实验四、一机二库性能实验
一、实验目的
通过本实验的学习和训练，使学生了解并熟悉典型制冷装置的制冷系统、总体结构与运行特性；了解或掌握单台制冷机组如何给两个不同温度要求的冷间提供冷量和以及蒸发压力调节阀的构造、设置、调节原理，训练或培养设计控制系统的技能，为今后在冷库设计与调控方面的学习奠定基础。
1.熟悉认识一机二库制冷系统压缩机及蒸发器、冷凝器等设备的构造和工作特点，系统组成原则。参观冷库系统结构。
2.演示一个机组如何向两个不同温度要求的库体供液。 3.熟悉蒸发压力调节阀的构造、设置、调节原理。
二、实验原理、方法和手段
1.实验原理
一机二库制冷装置是由一台制冷压缩冷凝机组同时向两个不同蒸发温度的冷间供应冷量，例如：高温冷间的蒸发温度为+5℃左右，低温冷间的蒸发温度为-15℃左右。当不同蒸发温度的蒸发器共用一根回气管路时，由于每个蒸发器的制冷剂蒸发压力各不相同，而压缩机的吸气压力是与蒸发温度最低的冷间蒸发器的蒸发压力保持一致。在制冷系统运行时，为了维持每一冷间所必需的蒸发温度（蒸发压力），在蒸发温度较高的蒸发器出口管路上设置蒸发压力调节阀KVP（即背压阀），从而保证高温冷间的蒸发器内维持所需的蒸发压力（蒸发温度）。本实验装置在高温冷间的蒸发器出口管路上安装了蒸气压力调节阀，使阀前的压力保持在调定的范围内。经过阀的节流使阀后的压力与吸气压力保持一致，这样就保证了系统中各个蒸发器在各自不同工况下正常运转。
另外，由于高、低温冷间的蒸发器共用同一根回气管路，当制冷压缩机停机时，各蒸发器的压力很快平衡。这样就有可能使高温冷间蒸发器中的制冷剂气体流到低温冷间的蒸发器中去冷凝,而当压缩机再次启动时就会造成液击事故。因此，为防止液击事故的发生，本实验装置在低温冷间的蒸发器出口管路上安装了单向阀。本系统使用的工质R12充灌重量约2kg。
本实验装置制冷系统加装一个冷凝压力控制器，当冷凝压力大时，风机启动；当冷凝压力减小时，风机停止。制冷循环压-焓图如图1所示,一机二库制冷装置的工作原理图如图2所示，其电气控制原理图见图3。
2.实验方法和手段
运行一机二库制冷装置，调整至预设工况；利用预埋的测点读取相应的实验数据，然后根据制冷量的计算方法进行数据整理与分析，最后完成实验报告。
通过该实验使学生了解并熟悉一机二库制冷装置的工作原理、调节方法，初步学会制冷装置的运行、调整。了解并掌握制冷装置制冷量的测试方法、测试原理和热工仪表的校准和使用。
（1） 测试点参数
表1 测试点位置
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 测点位置 压缩机吸入口 压缩机排气口 蒸发压力调节阀 单向阀阀前 高温膨胀阀出口 高温膨胀阀进口 低温膨胀阀出口 低温膨胀阀进口 冷凝器出口
表2 库温、流量等测点
序号 10 11 12 13 测量参数 高温蒸发器库温(℃) 高温冷间制冷剂流量(m/s) 低温蒸发器库温(℃) 高温冷间制冷剂流量(m/s) 压缩机输入功率14 测量 电压（V） 电流（A） 15 空气加热器 电压（V） 电流（A） 33压力（MPa） 温度(℃) 备注 测量值1 测量值2 测量值3
（2） 一机二库制冷系统过热度设置及运行效果
热力膨胀阀的过热度调节，旋下密封螺帽，顺时钟旋转调节杆，可增加静态过热度，逆时针旋转为减小静态过热度。一旦停止旋转，系统因为温包温度的反馈作用，而维持在一定范围内的过热度。
通过热度的调节，观察静态过热度的大小对蒸发器的制冷量的影响程度，从而确定热力膨胀阀静态过热度与蒸发器的最佳匹配点，使蒸发器的利用率最高，制取的制冷量最大。
（3） 制冷量的计算方法
① 根据实测制冷剂流量与蒸发器进、出口的比焓值计算制冷量
Q0G?qmG?h0?h5? （1）
式中：Q0G——高温蒸发器的制冷量，kW；
qmG——高温冷间的制冷剂流量，kg/s；
h0——高温冷间蒸发器出口的制冷剂比焓值，kJ/kg；
h5——高温冷间蒸发器进口的制冷剂比焓值，kJ/kg；
'' （2） Q0D?qmDh0?h5??式中：Q0D——低温蒸发器的制冷量，kW；
qmD——低温冷间的制冷剂流量，kg/s；
h'0——低温冷间蒸发器出口的制冷剂比焓值，kJ/kg； h'5——低温冷间蒸发器进口的的制冷剂比焓值，kJ/kg；
Q0?Q0G?Q0D 式中：Q0——总制冷量，kW；
② 根据实测制冷压缩机的输入功率计算制冷量
Q0?3?Iy?Vy?cos? （4）
式中：
Iy——压缩机的电流，A； Vy——压缩机的电压，V；
图1 制冷循环压-焓图
cos?——电机的功率因数；
cos??PE?Ie?Ve?； 式中：PE——全封闭制冷压缩机的额定功率，kW；
Ie——全封闭制冷压缩机压缩机的电流，A； Ve——全封闭制冷压缩机压缩机的电压，V；
③ 根据实测空气加热器的功率计算制冷量
Q0?Qk?Ik?Vk1000 式中：Qk——空气加热器的加热量，kW；
Ik——空气加热器的电流，A；
Vk——空气加热器的电压，V。 （4） 制冷压缩机输入功率的计算方法：
P?3?Iy?Vy 式中：P——制冷压缩机的输入功率，kW；
Iy——制冷压缩机的电流，A； Vy——制冷压缩机的电压，V；
3）
5）
6） 7）
（（（（（5） 一机二库的能效比：
EER?
Q0 （8） P图2 一机两库制冷装置原理图
1.制冷压缩机 2.贮液器 3.冷凝器 4.蒸发压力调节阀 5.高温蒸发器 6.高温冷间膨胀阀
7. 电磁阀 8.流量计 9.手阀 10.低温流量计 11. 低温冷间热力膨胀阀 12.低温蒸发器 13.干燥过滤器 14.数显温度仪 15.单向阀 16. 温度计
图3 一机二库电气控制原理图
三、实验内容
1.认识并熟悉一机二库的制冷系统和总体结构； 2.按照设定工况，进行一机二库的运行调整； 3.工况稳定后，进行一机二库的性能测试；
4.测试仪器、仪表的调整，温度及压力传感器的布置； 5.数据的采集和整理； 6.计算结果。
四、实验准备
1.了解并熟悉一机二库制冷装置的工作原理、基本组成以及各个设备的结构特点； 2.必须仔细阅读实验指导书，了解实验的目的、原理和任务；
五、实验步骤
1.实验温度的调节：将数字温度显示的选择开关拨至中间位置，显示器指示被测点的实际温度；将开关拨至左边，则指示上限设定温度。调节上限温度电位器，可改变上限温度设定值；将开关拨至右边，则指示下限设定温度，调节下限温度电位器，可改变下限设定值。为保证温度控制器的正常，下限温度设定值必须低于上限温度设定值。
2.调节上下限值后，必须将锁紧螺帽拧紧。
3.正式运转，合上电源，合上带锁按钮，机组开始运行，逐一打开高低温库的手阀。
4.观察高低压压力表的变化情况，如高压压力表的读数开始上升，低压压力表的读数同时下降，说明系统工作正常。
5.系统正常工作后，可以按照要求选择关闭6只手阀，模拟系统的各种故障形式。
6.当高温库或低温库温度达到预定值时，该库的电磁阀失电关闭。并记录此时的温度。当两库均达到预定值时，压缩机停止，系统处于待命状态。
7.制冷量测量，保持冷间温度不变，加载置于冷间内的空气加热器，记录所用电流、电压，计算其功率消耗。
8.过热度调节，保持制冷装置稳定运行，调节热力膨胀阀静态过热度的大小，观察蒸发器制冷量的变化趋势。
六、注意事项及其它说明
1.压缩机在运行时观察排气压力是否在正常的0.8～1.0MPa范围内。 2.压缩机不能频繁开停，每次间隔大约3分钟，否则损坏压缩机。
3.每次实验结束后先关吸气端手阀，再关排气端手阀，以防意外泄漏，开机时再打开6只手阀。
七、思考题
1.绘制一机二库制冷系统流程图并标注压力、温度传感器布置点的位置，蒸发器、冷凝器、热力膨胀