制冷技术实验指导书0510

专业课实验室

制冷与低温技术

实验指导书

重庆大学动力工程学院 二○○二四年十一月

制冷与低温技术实验要求

实验项目数：4个（选做2个） 适应专业：热动类 课程总学时：48学时 课程总学分：2.5学分 实验总学时：4学时 实验总学分：0.5学分 一、实验基础

制冷技术实验是在学生学习和掌握了“传热学”、“工程热力学”、 “工程流体力学”、“制冷技术”等技术基础课程及专业技术课程后开设的实验。实验为综合型、设计型实验。 二、实验类型

（1）综合型、设计型实验 1、制冷技术实验《设计型》

本实验项目由两个实验组成：环境参数变化对蒸汽压缩制冷系统性能的影响实验与制冷机组中换热器的传热性能随环境参数变化实验。要求学生自己根据已有实验系统加以改造，自主拟订实验方案，选择实验方法，搭建实验平台。

2、组装式制冷系统实验《综合型》

本实验要求学生自己根据图示的实验系统动手动脑，自主拟订装配实验方案，选择实验工具、制冷元件，组装制冷实验台，完成组装式制冷系统实验的实验全过程。

（2）验证型实验

1、制冷压缩机性能测试实验 2、一机二库系统实验 三、实验要求：

实验教学是整个教学过程的重要环节，和理论教学相辅相成。重视实验教学，提高实验教学质量，锻炼和培养学生分析问题和解决问题的能力是实验教学的重要任务。为规范实验教学，严格要求学生，实验课程要求如下：

1、综合型、设计型实验要求学生在做实验一周以前，预习实验指导书，设计出实验方案，提出所需的实验辅助材料，拟定实验实施步骤；交实验指导教师审阅。经实验指导教师审核，合乎要求者方可准予实验；

2、要求实验指导教师严格登记参加实验学生名单，在安排的实验课程表时间内不来者视为缺席，给予一次补做机会；

3、凡未完成实验课程者不能取得该课程学分。

1

实验一 制冷技术实验

一、实验内容及目的

本实验项目由两个实验组成：1、环境参数变化对蒸汽压缩制冷系统性能的影响；2、制冷机组中换热器的传热性能随环境参数变化实验。

实验要求学生自己根据已有如图1所示的实验系统加以改造，自主拟订实验方案，选择实验方法，搭建实验平台，完成实验全过程。

通过实验方案设计、改造，掌握实际制冷系统组成及制冷循环过程、了解各主要部件的结构、作用及工作原理；掌握蒸发器制冷量测定、冷凝器换热量及换热系数测定、压缩机耗功及制冷性能系数COP值的测定计算和环境参数变化对其性能的影响。 二、实验装置

1、实验系统

本实验系统由一小型空调用压缩制冷装置所需部件组成（见实验系统图）。学生要实现环境参数变化对蒸汽压缩制冷系统性能的影响的实验，需学生根据制冷技术所学知识设计实验方案，增加一定的测试手段和改变环境参数的手段。

p3 t3 tw2 2 4 tw1 5 p2 t2

1-压缩机 2-冷凝器 3-蒸发器 4-转子流量计 5-石英玻璃管 6-节流阀 7-制冷剂压力测点（p1-p4） 8-制冷剂温度测点（t1-t4）

9-蒸发器出口风温（ta）、风量（GA）测点 10-冷凝器冷却水流量（GK）及进、出口水

温测点（tw1、tw2） 11-压缩机电流（I）、电压（V）测点

图1 实验系统图

2

6 p4 t4 5 3 ta Ga p1 t1 三、实验方法

根据学生设计的实验方案，完成试验装置。

1、实验步骤

1）检查系统是否完好、电源和水是否接通，各压力表指示初始值是否正常。 2）开起压缩机和风机电源开关，观察确认其运行正常。

3）调节冷凝器却水进水量，从石英玻璃管处观察制冷剂为满液流动状态。 4）调节冷凝器出口节流阀，使蒸发器进口温度在3-8℃范围内。 5）待工况稳定后，按“制冷技术与空气调节实验测度记录表”中的测试项目，测定记录各有关数据。蒸发器出口风速应按出口断面的风速分布规律作多点测量后求平均值，风速仪应按说明书要求正确使用，应特别小心，防止损坏测量探头。冷凝器冷却水量最好用转子流量计法和容积法同时测量，以便相互校正，保证测量精度。

6）测试记录过程中，应对制冷系统及各设备的工作情况进行仔细的观察和思考。

7） 改变环境参数（如冷凝器的进口水温，水的流量等），重复以上记录。8）8） 测试记录完成后，先关闭压缩机及风机电源，再关闭冷凝器进水。 9）独立完成实验报告并按时交给指导教师批改。 四、实验数据记录及实验结果计算

1、实验数据记录

试验过程中按“制冷技术与空气调节实验测试记录表”要求的测试项目记录测试数据。

2、实验结果计算 1）制冷压缩机耗功量计算 ①根据电流I、电压V计算功率N 单相功率：N=VI (KW)

② 由绝热压缩过程参数计算功率N

NGR(h2h1)

（KW）

3

式中，h2、h1—压缩机出口、进口制冷剂焓（KJ/Kg）；

GR—制冷剂流量（kg/s） 2）计算冷凝器热负荷QK

QKGKC(tw2tw1)

（KW）

式中，GK-冷却水流量（kg/s）；

制冷技术与空气调节实验测试记录表（学生可添加测试项目） 测试项目 压缩机电流 压缩机电压 压缩机功率 蒸发器出口风温 蒸发器出口风速 蒸发器进口风温 蒸发器中空气凝结水量 蒸发器进出口空气湿度 蒸发器进口制冷剂压力 蒸发器进口制冷剂温度 蒸发器出口制冷剂压力 蒸发器出口制冷剂温度 蒸发器出口制冷剂压力 蒸发器出口制冷剂温度 冷凝器进口制冷剂压力 冷凝器进口制冷剂温度 冷凝器进出口冷却水温 冷凝器冷却水流量 C—冷却水比热（kJ/kg.K）；

符号 A V N ta V tao Gon xao P4 t4 P1 t1 P2 t2 P3 t3 tw1/tw2 GS 单位 测试数据 （tw2-tw1）—冷却水进出口温差（℃）。 3）计算冷凝器传热系数K

由传热方程：QkKFtm QKKFtm

4

（KW） （W/m2·K）

式中 F—冷凝器传热面积（m2）；

tw2tw1tmtm—制冷剂和冷却水的对数平均温差（℃）tktw1。

2.31gtktw2

式中tk—制冷剂冷凝温度，也即是压缩机出口制冷剂压力对应的饱和温度。 4）制冷量计算

①由冷凝器热平衡计算制冷量Q。 由QKQoN

QoQKN

式中N——压缩机耗功；

Qk—冷凝器冷却水带走热量。

②由制冷剂在蒸发器中的状态变化计算Q。

QoGR(h1h4)

式中GR-制冷剂质量流量（kg/s）；

h1—压缩机进口制冷剂饱和蒸汽焓（KJ/kg）； h4—蒸发器进口制冷剂饱和液体焓（KJ/Kg）。 ③由蒸发器热平衡计算制冷量Q。

QoGa(haoha)

式中Ga—流过蒸发器的空气量（kg/s）；

(haoha)—进、出蒸发器的空气焓差（KJ/kg）。

5）制冷系数COP计算

COPQoN 6）蒸发器中的除湿量计算 ①每公斤空气去湿量d

d(d1d2)（g/kg干空气）

式中d1、d1—空气在蒸发器进、出口的含焓量（g/kg干空气）②每小时从空气中除去的水蒸汽量D

DGa(d1d2)1000

5

KW） KW）

KW）

KW）

kg/h）

（（（（

（7） 绘制制冷系统性能与环境参数变化与制冷系统的制冷量、压缩机功耗的关系曲线。

3、实验报告要求 1）简述实验目的及内容

2）简述实验系统设计依据、原理和及工作流程 3）简述实验过程 4）填写实验记录表 5）实验结果计算及分析

6）对实验装置、实验测试过程及实验结果是否合理、完善提出分析意见。 五、设计实验思考题

（实验思考题要求结合实验独立完成，并书面写人实验报告书中） 1、制冷压缩机的作用是什么？有哪几种结构型式？本系统的压缩机为何种型式？其型号及参数如何？

2、制冷换热器有哪两种用途？有哪些结构型式？如何优化制冷换热器的传热？本系统采用何种型式？你认为经济合理吗？

3、制冷系统减压元件的作用是什么？有哪些结构型式？本系统采用的是何种型式？

4、根据制冷剂在常温下冷凝时的饱和压力和在常压下蒸发时的蒸发温度的高低，制冷剂被分为哪三类？其在常温下的饱和压力和在常压下的蒸发温度各在什么范围？各举两例？本实验系统所用的是何种制冷剂？

5、从热力学、物理化学、生理及环保、经济性四个方面考虑，对制冷剂的特性有哪些要求？

6、何谓载冷剂？常用的有哪几种？其热力学、传热学特性各有何特点？本系统的载冷剂是哪一种？

7、环境参数变化如何影响蒸汽压缩制冷系统性能的影响

8、从制冷系统的调节控制、安全保护、安装及维修等方面考虑，一个完备的制冷系统还应该有哪些辅助装置？本系统有哪些缺点及不完备之处？

6

实验二 一机二库系统实验

一、 实验内容及目的

一机二库,是一台制冷压缩机同时向二个不同库温的库房供应冷量,高温库要求在50℃左右,低温库要求在-150℃左右,通过了解一机二库实验台的制冷原理实验，了解蒸发压力调节阀,在系统中所起到的关键作用，加深对制冷原理的理解，学习、掌握冷藏库结构及工作原理。为初步设计冷藏库打下基础。 二、实验装置

一机二库数学实验台由二个部分组成。 1、制冷系统：

由三个电磁阀,二个热力膨胀阀,八只手阀(便于实验),一个蒸发压力调节阀,一个机组,还有相应的压力表、数显温度表所组成。

蒸发压力调节阀的工作原理:由一台制冷机组同时向二个或二个以上的冷库供应冷量,各库要求的蒸发温度(蒸发压力)也不同,因为高温库的蒸发温度较高,低温库的蒸发温度较低,压缩机工作时吸气压力是根据低温库的蒸发压力,因此吸气压力较低。这时,那些需要保持较高蒸发温度(即高温库)的蒸发器出口管路上便装上蒸气压力调节阀(即背压阀),使阀前的压力保持在调定的范围内,经过阀的节流,使阀后的压力和吸气压力相同,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。本系统使用的工质R12。

2、电气控制部分：

一机二库的工作匹配了相应的电气控制系统,操作面板设有控制线路图,设置了检测点,同时也在系统上设置九点故障开关,只要在背后打开小门,就可以进行电气系统故障检测实验。实验中要求学生利用电压测量法,电阻测量法进行找出故障和排出故障操作,进行动手动脑实验操作。

有关电气控制系统安置的检测点,故障点说明:(见线路图) 1）SQT-108Ⅱ数字式温度控制的使用说明:

①将显示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。如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,则指示上限设定温度,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,下限温度设定定值,必须低于上限温度设定值。

7

②当被测温度高于(指制冷)或低于(指加热)下限温度时,继电器吸合,控制外接触器工作,红灯亮,当被测温度低于(指制冷)或高于(指加热)上限温度时,继电器释放,断开外接触器的电路,红灯灭。

③调节上下限设定温度后,必须将锁紧螺幅拧紧。

2）有关热力膨胀阀的过热调节,旋下密封螺帽,顺时针旋转调节杆,可增加静止过热度,逆时针旋转为减小过热度,根据实际运行情况而定。

技术参数：

额定功率 电压等级 制冷量 高低温库量 外形尺寸

800W AC220V 50Hz 632Kcal/n 106×66×50

长210cm×宽70cm×高171cm

8

实验三 制冷压缩机性能测试台

一、实验内容及目的

本装置为蒸汽压缩制冷循环系统,除能测定制冷压缩机性能参数外,并能显示制冷循环的基本原理,可满足教学演示和学生实验的要求。 二、实验装置

实验台为立式,整体组装,带脚轮,易移动,带水箱,用户接上电源即可使用。 实验台采用一匹全封闭制冷压缩机,工质为F12(充灌量为2Kg),实验台主试验为蒸发器液体载冷剂循环法,辅助试验为水冷冷凝器热平衡法,其制冷循环系统和水循环系统见如下附图。实验台蒸发器和冷凝器均为水换热器。

主要技术参数：

电压等级 额定功率 制冷量 循环水量 流量计 制冷剂 外形尺寸

AC200V 1KW 632Kcal/n 流量3吨杨程9米 4-901L/n R12 1公斤

长110cm×宽75cm×高125cm

9

实验四 组装式制冷系统实验

一、实验内容及目的

组装式制冷系统实验在设计上设有制冷实验基本元件，配有铆、焊、钳工工具，微电控制安装调试工具，自己动手进行实验可以对准备进行实验的装置进行固定、管道接口改装，电源、控制回路准备等工作。学生在此基础上可进一步学习，参考资料阅读、网上科技信息查询，有了新的思路后，可与教师讨论提出实验方案，向实验室提出申请，教师将汇同实验员备齐所需的元器件后，学生即可自己动手进行实验。 二、实验装置

组装式制冷系统实验台：尺寸:700×500× l000mm。详见附图。车内分上下二层。上层为制冷系统专用箱，下层为工具专用箱。箱体间装有不锈钢滑轨、滑轮,箱体上设有拉手，可方便地从车中取出,放置在工作台上。操作完毕后,又可迅速归拢上车移出收藏。 1、制冷系统专用箱：

专用箱由6mm铝合盒底板和8mm无色透明有机玻璃板构成。边板白不锈钢脱卸百合与底板边接。五个面都可脱卸。外框尺寸:700×500×500mm

热泵分体式空调制冷小系统采用二块底板。其他制冷系统均只有一块底板。不锈钢燕形槽固定在底板上。供制冷无器件安装使用。

各制冷原器件都安装了钻好孔的固定底脚。可灵活方便地安装在燕形槽上。各制冷原器件气路进出口分别装设进口耐高压快速接头。接头牢固地固定在自制不锈钢支架上。气路之间的连接采用德国进口耐高压软管,耐压≥2.5Mpa.。耐温≥100℃。制冷系统的低压部分安装加液阀(热泵分体机除外)。压缩机进出口各装高低压力表和压力控制器。电控箱面板上装设电流表,系统内采用的各种电动机保护装置。各制冷系统均配设专用的电控箱,满足系统的运行要求。单冷、热泵窗机小系统采用触摸式开关控制。热泵分体机采用遥控开关控制。直冷、间冷冰箱采用近似于实际装置的电控方式。专用的电控箱,分别安装在各制冷小系统的底板上。制冷小系统需由学员进行电气接线的部分,均装设安全、耐用的接线端子和接插件,其他外部连线采用带金属外壳的专用接插件。电源端设有容量适当的1:1双圈式隔离变压器和漏电保护装置。保证使用者的安全。

10

2、工具专用箱：

工具专用箱是各制冷系统附属配套装置,外形尺寸:700x500x400mm,用8mm透明有机玻璃加工成长万六面体,内设工具箱、抽真空、充氮、充氟四大部分。详见附图。抽真空:配1 L/H小型真空泵、真空表、铜考壳、快速接头、电源开关等

充氮：配长700mm气瓶、压力表、铜考克、快速接头等 充氟：配3Kg小型钢瓶、压力表、铜考克、快速接头等 工具箱：配装拆制冷小系统的专用及通用工具。 三、实验内容及操作步骤： 1、进行各种制冷原器件的识别。

2、使用耐高压软管和快速接头进行各种冰箱、空调制冷与系统的连接。 3、电气接线操作,掌握各种制冷系统的外部接线方法。

4、制冷系统的故障识别:通过各种制冷小系统中专设的故障阀门人为制造系统故障,学生通过故障现象和高低压,电流等表计参数进行故障判断。 5、充制冷剂:系统中增设专用充液阀(或三通阀)。通过充氟装置,可进行排出制冷剂,定量充灌制冷的实际操作。

6、抽真空、充氮、检漏:通过真空泵、充氮装置、可进行系统抽真空,充氮试压的实际操作,学生使用检漏工具查出系统中的泄漏点。

11