制冷 实验讲义.docx
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制冷实验讲义
《制冷原理与设备》实验指导书
一、气-液式换热器实验
二、制冷压缩机性能实验
三、制冷（热泵）循环演示装置
四、飞机环境控制系统实验
五、制冷设备电气排故实验
一、气-液式换热器实验
（一）实验装置
实验装置结构、组成见图1所示，换热器为表冷器（风机盘管的换热器，风冷的翅片冷凝器）。
图1实验装置示意图
1.循环水泵；2.转子流量计；3.过冷器；4.表冷器；5.实验台支架；6.吸入段；7.整流栅；8.加热前空气温度；9.表冷器前静压；10.U形差压计；11.表冷器后静压；12.加热后空气温度；13.流量测试段；14.孔板；15.引风机；16.倾斜管压力计；17.控制测试仪表盘；18.水箱
1.表冷器几何尺寸
表1表冷器几何尺寸
铝串片尺寸
（mm）
片距
b
（mm）
基管直径
dw/dn
（mm）
迎风面积
Fy
（m2）
散热面积
F
（m2）
最窄通风面积
f
（m2）
热水流通面积
fˊ
（m2）
200
43
2.0
10/8
0.04
0.885
0.026
1.256×10-5
2．水箱电加热器总功率为4.5kW，分三档控制，三档功率分别为1.5kW；
3．空气温度和热水温度用K型热电偶测量；
4．空气流量用孔板配倾斜式微压计测量；
5．空气通过换热器的流通阻力，在换热器前后的风管上设静压测嘴，配倾斜式微压计测量；热水通过换热器的流通阻力，在换热器进出口处设阻力测嘴，配压力表和U型管测量。
6．热水流量用转子流量计测量。
（二）实验步骤
1．联接电源（220V，四线，50HZ，5kW）；
2．向电热水箱内注水至水箱净高5/6处；
3．用耐压胶管连接换热器进出口处的阻力测嘴和差压计的管口；
4．连接倾斜式微压计及其相应的接口；
5．工况调节
（1）全开水箱电加热器开关，待水温接近试验温度时，打开水泵开关，利用水泵出口阀门调节热水流量；
（2）视换热器情况，调节水箱电加热器功率（改变加热器投入，并利用调压器改变第三组加热器工作电压），使热水温度稳定于试验工况附近。
6．停机注意事项
（1）先关闭全部电热器开关；
（2）十分钟后关闭水泵和风机开关；
（3）最后切断电源。
（三）试验方法和数据处理
1．实验方法
（1）拟定试验热水温度（可取T1=50~65℃）；
（2）在固定热水流速，改变空气流速的工况下，进行一组试验（5个以上工况）；
（3）在固定空气流速，改变热水流速的工况下，进行一组试验（5个以上工况）；
（4）每一工况的试验，均需测定以下参数：
空气进口温度（或室温）；空气出口温度及空气流量；热水进出口温度及热水流量；空气和热水通过换热器的阻力等。
[注]：
孔板的流量系数可事先用皮托管或风速仪进行标定。
2．数据处理
（1）空气得热量：
Q1=Cpk·Gk（t2-t1）,W
（2）热水放热量：
Q2=Cps·Gs（T1-T2）,W
（3）平均换热量：
，W
（4）热平衡误差：
（5）传热系数：
，W/（m2·℃）
式中：
Cpk，Cps分别为空气和水的定压比热，J/（kg·℃）；
Gk，Gs—空气和水的质量流量，kg/s；
Gk=
，m3/s；
α—流量系数0.7
ε—被测介质的膨胀校正系数1；
F0—孔板喉部断面面积m2，喉部直径100mm；
ΔP—孔板前、后取压断面的静压差；
ρ—气体密度，kg/m3；
Gs—进口温度下的水流量，kg/s；
b—微压计倾斜比1/5；
t1，t2—空气的进、出口温度,℃；
T1，T2—热水的进、出口温度,℃；
F—换热器散热面积0.885m2；
—传热温差，℃；
，℃。
[注意事项]：
热水温度不能超过70℃，以免影响设备使用寿命。
二、制冷压缩机性能实验
（一）实验目的
1．了解制冷循环系统的组成。
2．测定冷机性能（制冷量、功率等）。
3．分析影响冷机性能的因素。
（二）实验装置
本实验台为整体组装，水箱加满水即可使用，水箱装有1500W加热器（环境特别或者北方严寒时使用），制冷剂为R22，各测温点均采用K形热电偶测温。
试验装置结构及工作原理如图一所示：
图一工作原理如图
1.压缩机2.冷凝器3.储液罐4.干燥器5.节流阀前温度计6.节流阀7.蒸发器8.吸气温度9.吸气压力10.吸气截止阀11.排气截止阀12排气压力13.排气温度14.节流阀后温度计15.蒸发器冷载体水泵16.加热器17流量计18.调节阀19.蒸发器前温度20.蒸发器后温度21.冷凝器载体水泵22.流量计23.调节阀24.冷凝器前温度25.冷凝器后温度26、27.水箱28.排水
（三）实验步骤
1、实验前准备
详细了解实验系统各部分的作用，掌握制冷系统的操作规程和制冷工况的调节方法，熟悉各测试仪表的安装使用方法。
2、水箱灌满自来水，接电源220V，打开电源开关，检查各测点的温度是否显示正常。
3、打开蒸发器、冷凝器的水泵开关及水流量计阀门，使水泵运行，并向蒸发器、冷凝器供水。
打开压缩机开关，压缩机工作若发现异常情况（如发现电流过大、或者有异常声音，应立即停机过3分钟后再启动压缩机）
4、蒸发压力和吸气温度的调节（蒸发压力可以从吸气压力表上近似地反映出来）。
开大（关小）节流阀，可以使蒸发压力提高（降低），随之吸气温度将稍有降低（提高）所谓节流阀的调节，就是将节流阀的螺杆调节顺时针转为减少，反方向为增大，届时吸气压力有所反映。
改变载冷剂的温度，即与水流量和蒸发压力有关，还与水初温有关。
冷凝压力的调节（冷凝压力可从排气压力表近似的反映出来）。
上述各种控制部件状态的改变及主要相关参数的变化对其它控制参数均有一定影响，所以在调节时要互相兼顾。
5、待工况稳定后测定蒸发压力、冷凝压力、吸气温度、排气温度、过冷温度、蒸发器和冷凝器进出水温度及流量、电机平衡力矩、压缩机转速等参数。
6、待三次记录数据均在稳定工况要求范围内，该工况测试即告结束。
改变工况，重复上述实验。
7、实验结束后，关闭压缩机开关，关闭水泵开关，切断总电源。
表1制冷压缩机制冷量计算表
时间
I
U
N=IU
Q
平均
表2蒸发器热负荷计算表
时间
G1
t1
t2
Q1
平均
表3冷凝器热负荷计算表
时间
GL
T1
T2
Q
平均
四、实验数据的整理
取三次读数的平均值做为计算数据。
1．压缩机制冷量
对开启式压缩机
KW
式中：
Q1—蒸发器换热量。
Q1=G1·C（t1-t2）KW
式中：
G1—载冷剂（水）的流量。
Kg/s
C—载冷剂（水）的比热。
KJ/Kg·℃
t1,t2—载冷剂（水）的进出口温度。
℃
i1—在压缩机规定吸气温度、吸气压力下制冷剂蒸气的焓kj/kg
i7—在规定的过冷温度下，节流阀前液体制冷剂的焓kj/kg
if—在实验条件下，离开蒸发器制冷剂蒸气的焓kj/kg
i6—在实验条件下，节流阀前液态制冷剂的焓kj/kg
v1—压缩机实际吸气温度、吸气压力下制冷剂蒸气的比容m3/kg
—在压缩机规定吸气温度、吸气压力下制冷剂的比容m3/kg
n1—压缩机的额定转速r/min
n2—压缩机的实测转速r/min
在教学中，小型封闭式制冷压缩机可以认为：
i1=i7if=i6
v1=
n1=n2
Q=Q1
2．压缩机轴功率
大型压缩机平衡力臂法：
kw
在教学中，小型封闭式制冷压缩机可以认为
Ne=N=IV
式中：
P—平衡臂上主法码质量kg
L—受力点至转子中心的距离m
P′—滑动法码的质量kg
l1,l2—分别为右侧和左侧滑动法码和转子中心的距离m
n—电机转数r/min
η—传动效率%
3．A、制冷系数：
b、效能比EER：
此指标考虑到驱动电机效率对耗能的影响，以单位电动机输入功率的制冷量大小进行评价，该指标多用于全封闭制冷压缩机。
EER＝Q/Ne
式中:
EER--效能比KW/KW;
4．热平衡误差
式中：
Q2冷凝器换热量
Q2=GL•C（T1-T2）
式中：
GL冷凝器水的流量
T1,T2冷凝水的进出口温度℃
五、分析讨论
分析试验结果，指出影响冷机性能的因素。
附：
为了便于比较不同活塞式制冷压缩机的工作性能，我国规定了四个温度工况，见附表1。
其中标准工况和空调工况可用来比较压缩机的制冷能力，最大功率工况和最大压差工况则为设计和考核压缩机的机械强度、耐磨寿命、阀片的合理性和配用电机的最大功率的指标。
附表1制冷压缩机的温度工况（℃）
工况
蒸发温度
吸气温度
冷凝温度
再冷温度
标准工况
－15
＋15
＋30
＋25
空调工况
＋5
＋15
＋40
＋35
最大功率工况
＋10
＋15
＋50
＋50
最大压差工况
－30
±0
＋50
＋50
三、制冷（热泵）循环演示装置
制冷（热泵）循环演示装置可为制冷、空调及有关专业的“制冷原理”课程进行演示性实验。
本装置采用玻璃作换热器的壳体，因此，可以使学生清晰地观察到制冷工质的蒸发、冷凝过程，使之了解蒸气压缩式制冷循环工质状态的变化及循环全过程的基本特征，经实验测定，还可以进行制冷循环的热力计算。
（一）实验目的
1.演示制冷（热泵）循环系统工作原理，观察制冷工质的蒸发，冷凝过程和现象。
2.熟悉制冷（热泵）循环系统的操作、调节方法。
3.进行制冷（热泵）循环系统初步的热力计算。
（二）工作原理
装置的原理示意图如图1所示。
演示装置由全封闭压缩机、换热器1、换热器2、浮子式节流阀、四通换向阀及管路组成制冷（热泵）循环系统，由转子流量计及换热器内盘管等组成水系统，同时设有温度、压力、电流、电压等测量仪表，用于测量工质温度以及对系统实现控制。
制冷工质采用低压工质R11。
装置原理示意图如图1所示。
当系统作制冷循环时，换热器1为蒸发器，换热器2为冷凝器；热泵循环时，换热器1为冷凝器，换热器2为蒸发器。
（三）操作步骤
1.制冷循环演示
1）将四通换向阀调至“制冷”位置；
2）打开连接演示装置的供水阀门，利用转子流量计阀门适当调节蒸发器，冷凝器水流量；
3）开启压缩机，观察工质的冷凝，蒸发过程及其现象；
4）待系统运行稳定后，即可记录压缩机输入电流、电压、冷凝压力、蒸发压力；冷凝器和蒸发器的进，出口温度及水流量等参数。
2.热泵循环演示
1）将四通换向阀调至“热泵”位置
2）类似上述2）、3）、4）步聚进行操作和记录。
【注】实验结束后，首先关闭压缩机，过一分钟后再关闭供水阀门
图1制冷（热泵）循环演示装置示意图
（四）制冷（热泵）循环系统的热力计算
1.系统作制冷运行时
换热器1的制冷量为：
Q1=G1·CP（t1—t2）+q1[kw]
换热器2的换热量为：
Q2=G2·Cp（t3—t4）+q2[kw]
热平衡误差为：
△1=
制冷系数为：
ε1=
2.当系统作热泵运行时
换热器1的制热置为：
Q1′=G1′·CP（t2—t1）+q1′[KW]
换热器2的换热量为：
Q2′＝G2′·CP（t4-t3）+q2′[KW]
热平衡误差为：
△2＝
制热系数为：
ε2=
以各式中：
G1，G1′和G2，G2′——换热器1和换热器2的水流量[kg/s]
t1,t2和t4,t3——换热器1和换热器2水的进、出口温度[℃]
CP—— 水的定压比热，CP=4.1868kj/kg℃
q1,q1′和q2,q2′——换热器1和换热器2的热损失[KW]
其中：
q1=a（ta—tc）×10-3[kw]
q1′=a（ta—tc）×10-3[kw]
q2=b（ta—tc）×10-3[kw]
q2′=b（ta—tc）×10-3[kw]
式中：
ta——环境温度[℃]
te,tc——工质在蒸发压力，冷凝压力下所对应的饱和温度[℃]
a,b——换热器1和换热器2的热损失系数（实验标定）[kw/℃]
N——压缩机轴功率[kw]
N=η
式中：
η——电机效率，0.98
V——电压[V]
A——电流[A]
（五）分析讨论
1.分析实验结果，指出影响各参数测定精度的因素；
2.指出本系统运行参数的调节手段是什么。
（六）注意事项
1.为确保安全，切忌冷凝器不通水或无人看管情况下长时间运行；
2.实验结束后，首先关闭压缩机，过一分钟后再关闭供水阀门；
3.控制工质压力，不能超过0.2Mpa。
（七）实验预习要求
1.复习教材中有关制冷（热泵）循环方面的原理和公式；
2.了解一些常用的制冷方法；
3.了解常用的制冷剂的基本性质，命名规则以及制冷剂对环境的影响等方面的知识。
四、飞机环境控制系统实验
本实验装置可做集中式空调系统直流式、封闭式和一次回风式等不同循环形式的空气调节实验。
可以模拟不同季节的室内的和室外环境及其空气调节的全部过程。
实验装置可实现对空气进行加热、加湿、冷却和除湿等处理过程；可以对空气的温度、湿度进行测量、显示及控制调节；可以对空气调节中的各种工况进行观测和实验研究。
实验装置的特点是：
可以采用表冷式或淋水式对空气进行冷却和去湿。
一、实验装置的结构及工作原理
实验装置的结构如图1所示，由风管、风机、调风阀门、电加热器、加湿器、表面式冷却器（或淋水式冷却器）、制冷机组、循环水泵等组成，并装有测量风量的孔板、微压计，测量各断面的干湿球温度和测量冷却器进、出水温度的自动显示系统。
通过对调风阀门的调节，可以模拟直流式空调系统（阀门全开）、封闭式（循环式）空调系统（阀门全闭）和一次回风式空调系统（阀门如图所示）。
装置设有一次加热器和二次加热器（均为电加热器），可以对空气进行加热升温；设置加湿器，可以对空气进行加湿；设置冷却器（表面式或淋水式），可以对空气进行冷却降温和去湿。
冷却水由制冷系统制得，电加热器及电加湿器的电输入值都可分别直接测量，其数值可以与被处理的空气热焓变化进行比较。
所有测温系统都用热电偶测量和数字显示。
实验中，可以利用实验装置模拟不同季节的室内，室外空气环境（在非冬季条件下模拟冬季室外环境有困难），并经合理运行调节，加以测试和分析。
如：
夏季的室外空气一般是高温、高湿，空调系统的作用主要是降温和除湿。
在空调装置中，B区为新风（直流式时），或回风（封闭式时），或新风和回风的混合状态（一次回风式时），进行加热、加湿处理，并通过干湿球温度的测量，调节到设定（即模拟）的进风参数。
C区即为进入空调的参数。
空气流经冷却器降温去湿后，再经二次加热器加热至所要求的参数，最后送到被调房间E区。
本装置还可做改变风量运行调节实验和制冷系统实验测定。
二、主要性能参数
1.空气流量：
，
2.一次加热器：
500W，二组共1000W。
3.二次加热器：
500W，二组共1000W。
4.加湿器的蒸发发生器（电热式）：
1500W，四组共6000W。
5.冷冻水系统
冷冻水温由制冷系统及仪表控制，可维持在5℃左右，冷却水流量可调节大小，制冷系统制冷量W，kW；制冷工质为F22。
6.使用电源
工作电压：
220V，50Hz。
图1实验装置结构示意图
1.蒸发器；2.风机；3.风管；4.E区干、湿球温度测点；5.倾斜式微压计；6、排风孔板流量计；7.新风、回风混合器；8.倾斜式微压计；9.新风孔板流量计；10.A区干、湿球温度测点；11.整流孔板；12.B区干、湿球温度测点；13.控制面板；14.电加热器；15.蒸气加湿器；16.C区干、湿球温度测点；17.表冷式冷却器；18.高低压表及高低压保护继电器；19.水蒸气发生器；20.风冷冷凝器；21.制冷压缩机；22.冷冻水流量计；23.冷冻水泵；24.膨胀阀；25.挡水板；26.D区干、湿球温度测点；27.淋水式冷却器
三、操作步骤
1.实验操作前
（1）将测温电热偶的冷端为室温，计算时如需要应注意加上室温；
（2）调整微压计为水平状态；
（3）将蒸汽发生器水箱充满水，以保证蒸汽发生器用水（应用蒸馏水）。
（4）测温前应在湿球上注水。
2.合上电源总开关，接通开关，启动风机，调节适当风量。
3.按所模拟的工况，有选择地启用制冷压缩机及冷却水泵。
调节节流阀，电加热器和电加湿器，待系统达到要求条件并稳定后进行实验测定。
对空气进行冷却处理时，应先启动制冷机，待冷冻水降至所设定的温度后，再启动冷水泵。
4.测试结束后，先关闭电加热器、电加湿器、冷却水泵及冷压缩机，调节最大风门及最大风量，运行5分钟左右后，再关闭电源总开关，切断电源。
四、有关计算说明
1.空气流量计算
（1）设备常数
进口倾斜管压力计K1=0.22
出口倾斜管压力计K=0.20
进口流量孔板
出口流量孔板
孔板流量计直径d=0.19m
（2）风量
V=
=0.64
kg/s
式中：
—孔板流量计压力差，Pa。
—出风口空气密度，kg/m3。
2.空气在各处理过程热量
kW
式中：
—空气处理前后焓差，kJ/kg。
（1）为进行热平衡计算，可增加电热器电流和电压，其电加热功率为：
kW
式中：
I—加热器电流值，A；
V—加热器电压值,V。
（2）热平衡误差计算，并分析产生误差的原因：
·100%
3.在焓-湿图上表示各空气处理过程
图2空气处理过程在焓-湿图上的表示
4.风机、制冷压缩机耗电功率
N=IV
，W
式中：
I，V—工作电流和工作电压；
—电机功率因数，对风机
=1，对制冷压缩机
=0.85
5.风管散热量
，W
式中：
—风管材料的传热系数，一般室内
=3-5W/㎡；
—风管内两测温断面之间的散热面积（即测温断面之间的中心长度*风管周长），㎡，
—风管内外的空气温差，℃。
6.电加湿器的散热损失
，W
式中：
—材料的传热系数，一般室内5W/㎡；
—散热面积㎡；
t—环境温度℃
7.空气湿球温度修正
在对空气湿球温度测定时，需满足风速V>3.5m/s，如不满足这一测定条件时，应对湿球进行修正。
湿球温度修正如图3所示。
图3湿球温度修正图（v=1.0~2.0m/s）
五、制冷设备电气排故实验
制冷设备电气系列实验排故台，以下称排故台，该台是根据当前教育系统增开或者改增的暖通空调制冷的课目所急需的实验设备的紧迫形势下而开发出来的新型教具产品，该台集理论学习，实际动手操作，排除实际各类故障为一体的高效走捷经的教学工具，同时也是广大从事制冷技术的学好者，修理从业人员的良师益友。
该实验排故台，选择了国内外直冷式电冰箱，间冷式电冰箱，窗式空调，分体式空调各种温控系统的典型线路，进行剖析，从理论学习元器件的熟悉，性能的深层了解，直到反复实验，设置故障排除故障、等等一系列的学习秩序，使参加制冷电气学习的学员，循序渐进，从低层向高层的层层考核，为市场经济的社会里培训一支技术过硬的业务水平较高的暖通制冷行业的主力军。
该实验排故台，内含初级板四块，中级四块，高级工二块共10块。
实验排故台的面板五个直流表供电子线路各点的电位显示如：
电子湿控的五个电位显示，从中可以看出运转状态，化霜开关状态化霜结果状态，又如KFR空调，从直流电表反映空调何种状态，制冷、制热、通风等的几种状况，操作面板上二个交流表，是交流电压显示、二只电脑插件，向外提供外控板的故障开关线路和电表联接线路，实验台操作面板万用表供检查10块板的工具。
十块电路板分别说明如下：
1、BCD电冰箱PTC启动实验排故板共设8个故障点具体见图红色标志。
2、BCD-177电冰箱电气原理实验板共设10个故障点具体见图红色标志。
3、BCD-216W电冰箱启动实验排故板共设9个故障点具体见图红色标志。
4、KCR-25窗式空调启动实验排故板共设10个故障点具体见图红色标志。
5、东芝电子温控GR-204E启动实验排故板共设12个故障点具体见图红色标志。
6、KFR分体遥控冷暖空调启动实验排故板共设12个机障点具体见图红色标志。
还有四块是动手接线板，不增设置故障点
1、看图接线，通电自校自验看速度看准确率高低。
2、每块接线板，都配置10根接线插头，接线时请注意安全，安全接好后，再通电自校。
操作面板使用说明
一、操作面板共设5个直流电压表0-30V，供KFR分体式空调电教板使用、检测各点，电位变化情况、具体见检测电教板图纸。
二、一套故障开关共16只，这套故障开关供6块制冷电路设故排故之间，故障开关电路通过电脑接插件向各制冷电路电教板联络，例如：
#1故障点开关的设置和操作是针对该电教板的#1故障点，其余一一对应以此类推。
三、操作面板的右下角安装两个电脑接插座，是给供各块板联络在做实验时，只要各板的相对应的电脑接插件，插上即可。
四、操作面板右下角还设置了电源输出线，供10块板子的电源电压等级220V交流电。
五、操作面上增置了计时器，还安装置零按钮，若指令时间到达的话，会发出相当警报，供老师考核时掌握时间之用。
本排故台共设置12只故障点，详细情况线路图
编号
故障所在
故障现象
解决办法
1
熔断器坏
全无现象
调换即可
2
变压器次级开路
无12V和5V
检查该电路问题所在，修复即可
3
无12V输出
系统不工作
重点检查，整流电路
4
无5V输出
系统无反映
重点检查稳压电路
5
微机6号开路
接收台无反映不工作
点动遥控板无反映，检查PX是否有变化
6
温控器开路
旋转电位器无停机现象，该停不停
检查相关插孔电阻变化情况，无论怎么旋转电位器，阻值始终是零，说明信号被短路
7
室外机接触器坏
室外压缩风机
信号灯不亮
室外机得不到电源，设法接通即可
8
室内风机
中速灯不亮
室内机中速继电器不吸合调换即可
9
换向阀不吸
四通换向阀相关指灯不亮
说明换向阀继电器失电不吸合
10
室内风相高速
室内机高速没有指示灯不亮
说明中速继电器失电不吸合
11
室内风机低速
室内机低速没有指示灯不亮
说明低速继电器失电不吸合
12
室外机继电器不吸
室外机不亮
说明室外机继电器失电不吸合
KFR-25冷暖带遥控排故台使用说明书
本排故台由交流220V供电合上面板开关运行指示灯亮，同时听到“嘀”声，然后要以进行操作，可以作制冷、制热、抽湿、通风等功能。
当选择制冷时，使用09液
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