第１９卷第２
期２ ０ １
９年２月ＲＥＦＲＩＧＥＲＡＴＩＯＮ ＡＮＤ ＡＩＲ－ＣＯＮＤＩＴＩＯＮＩＮＧ
３９－
４２收稿日期：２０１８－０７－０２，修回日期：２０１８－０９－
０４作者简介：
朱峰，工程硕士，工程师，主要从事制冷与空调方面的研究。大制冷量螺杆式压缩机性能测试方法分析 朱峰１），２） 柳建华１） 刘效德２） 路阳２） 张维加
２
）１）
（上海理工大学） ２）
（
英格索兰亚太工程技术中心）摘 要 目前用于测试大制冷量螺杆式压缩机的测试装置压降均较大，很难实现吸排气小压差工况的性能测试，且测试台位建造成本较高。本文提出倒三角法以满足吸排气小压差工况的性能测试，并进行测试方法对比试验。结果表明，相比于完全冷凝法，倒三角法在循环回路上的流动压降减小约１５０ ｋＰａ，能够满足吸排气小压差测试要求；对于额定制冷工况的测试，２种方法的测试结果基本吻合，制冷量偏差在０．０３％左右。关键词 螺杆式压缩机；完全冷凝法；倒三角法；制冷量；压降 Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｔｅｓｔｉｎｇ
ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｓｃｒｅｗ ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒｗｉｔｈ ｌａｒｇｅ ｃｏｏｌｉｎｇ
ｃａｐａｃｉｔｙＺｈｕ Ｆｅｎｇ
１
），２）
Ｌｉｕ Ｊｉａｎｈｕａ１）
Ｌｉｕ Ｘｉａｏｄｅ２）
Ｌｕ Ｙａｎｇ２）
Ｚｈａｎｇ Ｗｅｉｊ
ｉａ２
）
通水电缆１）
（Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｈａｎｇｈａｉ ｆｏｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）２）
（Ｉｎｇｅｒｓｏｌｌ Ｒａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
Ｃｅｎｔｅｒ－Ａｓｉａ Ｐａｃｉｆｉｃ）ＡＢＳＴＲＡＣＴ Ａｔ ｐｒｅｓｅｎｔ，ｔｈｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｄｒｏｐｓ ｏｆ ｔｅｓｔ ｄｅｖｉｃｅ ｕｓｅｄ ｆｏｒ ｓｃｒｅｗ ｃｏｍｐ
ｒｅｓｓｏｒ ｗｉｔｈｌａｒｇｅ ｃｏｏｌｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ ａｒｅ ａｌｌ ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ ｌａｒｇｅ，ｗｈｉｃｈ ｍａｋｅｓ ｉｔ ｄｉｆｆｉｃｕｌｔ ｔｏ ｃｏｎｄｕｃｔ ｔｈｅ ｐｅｒ－ｆｏｒｍａｎｃｅ ｔｅｓｔ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｌｏｗ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｐ
ｒｅｓｓｕｒｅ ｏｆ ｓｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｘｈａｕｓｔ，ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃ－ｔｉｏｎ ｃｏｓｔ ｏｆ ｔｅｓｔ ｂｅｎｃｈ ｉｓ ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ
ｈｉｇｈ．Ｔｈｅ ｉｎｖｅｒｔｅｄ ｔｒｉａｎｇｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｆｏｒｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｔｅｓｔ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｌｏｗ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｏｆ ｓｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｘｈａｕｓｔ，ａｎｄ ｔｈｅｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅ ｔｅｓｔｓ ｆｏｒ ｔｈｅｓｅ ｔｅｓｔ ｍｅｔｈｏｄｓ ａｒｅ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｆｌｏｗｐｒｅｓｓｕｒｅ ｄｒｏｐ ｏｆ ｃｙｃｌｅ ｃｉｒｃｕｉｔ ｕｓｉｎｇ
ｔｈｅ ｉｎｖｅｒｔｅｄ ｔｒｉａｎｇｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｂｙ １５０ｋＰａ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈａｔ ｏｆ ｃｏｍｐｌｅｔｅ ｃｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ，ｗｈｉｃｈ ｓａｔｉｓｆｉｅｓ ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｒｅｑｕｉｒｅ－ｍｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｌｏｗ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｏｆ ｓｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｘｈａｕｓｔ．Ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｒａｔｅｄ ｒｅｆｒｉｇ
ｅｒａ－ｔｉｏｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｔｈｅｓｅ ｔｗｏ ｍｅｔｈｏｄｓ ａｒｅ ｂａｓｉｃａｌｌｙ ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔ ｗｉｔｈ ｅａｃｈ ｏｔｈ－ｅｒ，ａｎｄ ｔｈｅ ｄｅｖｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｏｌｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ
ｉｓ ａｂｏｕｔ ０．０３％．ＫＥＹ ＷＯＲＤＳ ｓｃｒｅｗ ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ；ｃｏｍｐｌｅｔｅ ｃｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ；ｉｎｖｅｒｔｅｄ ｔｒｉａｎｇ
ｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ；ｃｏｏｌｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ；ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｄｒｏｐ 压缩机是制冷系统的核心部件，
其性能决定整个制冷系统的性能，如何高效完成压缩机的测试及新测试方法的研究尤为重要。当前压
缩机测试方法主要有２种：
１
）第二制冷剂量热器法：工况通过控制输入量热器的电加热量调节，易于稳定，控制精度较高，从而保证测量较为准确；但在大制冷量压缩机测试中，其耗电量较大，不节能。 ２
）气环法：以制冷剂气体流量计法为主测法（Ｘ法）
，可采用压缩机排气管道量热器法为辅测法（Ｙ法）
，从而可以冷热回收，达到节能的目的。该方法初投资小，运行费用低；但是此方法系统压降很大，无法满足压缩机运行范围内小压差测试工况的测试要求。
张宝怀等［１
］提出了一种采用液体质量流量计
测试制冷压缩机性能的装置，此装置具有测试精度高、投资小、运行费用低的特点。但是系统压降很
大，无法满足压缩机运行范围内小压差测试工
·４０
·第１９卷
况的测试要求。
笔者尝试使用一种简单且能够满足吸排气小压差测试工况的测试方法———倒三角法，采用该方法的测试系统中制冷剂循环流向与倒三角形相似。倒三角法测试结果与完全冷凝法测试结果相吻合，而且可以满足小压差测试，扩大了试验台位的测试能力范围。１ 测试方法１．１ 测试标准
ＧＢ／Ｔ５７７３—２０１６《
容积式制冷剂压缩机性能试验方法》［２
］和ＡＮＳＩ／ＡＳＨＲＡＥ Ｓｔａｎｄａｒｄ
２３－２００５Ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ
ｔｅｓｔｉｎｇ ｆｏｒ ｒａｔｉｎｇ ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｄｉｓｐｌａｃｅ－ｍｅｎｔ ｒｅｆｒｉｇｅｒａｎｔ ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒｓ ａｎｄ ｃｏｎｄｅｎｓｉｎｇ
ｕｎｉｔｓ［３］
中都有第二制冷剂量热器法、
制冷剂量热器法、制冷剂气体流量计法、液体流量计法和水冷
冷凝器量热器法。ＧＢ／Ｔ５７７３—２０１６规定：单级压缩机的制冷量性能试验包含２种试验方法（Ｘ法和Ｙ法），２种方法应同时进行测量，
Ｘ法和Ｙ法的试验结果之间的偏差应在±４％以内，测试结果以Ｘ法和Ｙ法测量计算结果的平均值为准。根据ＧＢ／Ｔ５７７３—２０１６，
笔者使用的完全冷凝法的试验装置采用制冷剂液体流量计法和吸气管制冷剂气体流量计法２种测量方 法，倒三角法采用吸气管制冷剂气体流量计法和排气管制冷剂气体流量计法（本文未做介绍）２种测量方法。制冷剂在循环过程中各状态点在压－焓图中的表示分别见图１和图２，完全冷凝法，制冷剂的状态经历１—２—３—４—１；倒三角法，制冷剂状态经历１—２—３—１
。
图１ 完全冷凝法循环流程压－焓图
１．２ 测试方法分析
根据ＧＢ?Ｔ５７７３—２０１６，规定工况实测制冷量按式（１
）计算
：图２ 倒三角法循环流程压－焓图
Φ０ａ＝ｑｍｆ（ｈｇ
假牙加工
１－ｈｆ１）ｖｇ
ａｖｇ
１（１）式中：Φ０ａ为规定工况实测制冷量（ｋＷ）；ｑｍｆ为压缩机所在制冷循环中制冷剂质量流量（ｋｇ／ｓ）；ｈｇ
１为在规定的基本试验工况下进入压缩机的制冷剂理论比焓（ｋＪ／ｋｇ）；ｈｆ回转顶尖
１为在规定的基本试验工况下膨胀阀前的制冷剂理论比焓（ｋＪ／ｋｇ）；ｖｇａ为在规定的基本试验工况下进入压缩机的制冷剂蒸气的实测比容
（ｍ３
／ｋｇ）；ｖｇ
１为在规定的基本试验工况下进入压缩机的制冷剂蒸气的理论比容（ｍ３
／ｋｇ
徐山泉
）。从式（１）可以看出，压缩机制冷量的计算只与压缩机的吸／排气压力、温度和制冷剂的质量流量有关。从图１和图２可以看出，２种方法的区别在于制冷剂的流量测量不同，完全冷凝法主要测量液体流量和吸气气体流量，倒三角法主要测量吸气气体流量。所以从理论上分析，这２种方法都是可行的，而且倒三角法减少了设备的初期投资。
１．３ 完全冷凝法流程介绍
当前测试台使用的是完全冷凝法，Ｘ法采用制冷剂液体流量计法，Ｙ法采用吸气管制冷剂气体流量计法。测试流程如下：从压缩机出来的高压气体进入一级油分离器和二级油分离器（图中未画出），系统中的冷冻油基本上在２个油分离器中被充分分离。流出油分离器的一部分高压气体进入二次冷凝器被冷凝，这部分冷量即为压缩机的消耗功率。另一部分高压气体经蒸发式冷凝器冷凝成液体后与二次冷凝器冷凝后的液体一起进入
储液器，然后进入过冷器中过冷，再通过液体流量计和电动调节阀后与高压气体在蒸发式冷凝器中充分换热，换热后的低压气体经气体流量计后进入压缩机完成一个制冷循环。流程简图见图３。
第２期朱峰等：大制冷量螺杆式压缩机性能测试方法分析·４１
·
图３ 完全冷凝法测试系统流程简图
１
．４ 倒三角法流程介绍完全冷凝法测试装置的选型部件多于压缩机实际使用时的，系统压降较大，无法满足压缩机运行范围内吸排气小压差测试工况，笔者经过实践发现倒三角法可以满足压缩机运行范围内吸排气小压差测试工况要求。在完全冷凝法测试台基础上改造后的测试系统流程如图４所示。压缩机出口高温高压制冷剂气体经过一级油分离器和二级油分离器（图中未画出）后进入二次冷凝器换热，再依次经过电动调节阀和气体流量计，回到压缩机吸气口，完成制冷剂循环。不同工况下，制冷剂质量流量不同，因此需要利用储液器对系统循环进行充、放制冷剂的调节
。
图４ 倒三角法测试系统流程简图
关键参数控制方法如下：
１
）排气压力调节排气压力调节方法与完全冷凝法基本一致，通过调节台位上的二次冷凝器的变频水泵调节水量，用台位上的电动调节阀辅助调节二次冷凝器的水量来控制进水温度。
２
）吸气压力调节通过调节台位上主回路电动节流阀开度调节吸气压力。当进入压缩机的制冷剂流量增加时，吸气压力增大。
３
三维数据采集）吸气温度调节吸气温度主要依靠制冷剂充注量的调节，是倒三角法的关键点。在管路系统中增加了电动调节阀和电磁阀，通过电磁阀的通断控制制冷剂充注量，从而调节吸气温度。若吸气温度过高，通过电动调节阀从储液器底部抽取部分制冷剂进入系统；若吸气温度过低，需要从二次冷凝器底部抽取制冷剂到储液器。主要根据吸气温度的反馈值分
别控制２个支路电磁阀的通断实现。２ 试验验证２．１ 名义工况验证
２．１．１ 工况调节偏差
在ＧＢ／Ｔ
１９４１０—２００８《螺杆式制冷压缩机》［４］
规定的名义工况（高温低冷凝压力）下，完
全冷凝法和倒三角法对于各个参数的控制调节均应满足ＧＢ?
Ｔ５７７３—２０１６规定的偏差要求（测量值与规定值之间的最大允许偏差为±１％，测量值的任一读数相对于平均值的最大允许偏差在±０．５％内）
。名义工况下的试验结果如图５～图７所示，图中的虚线表示偏差的上下限，以稳定工况的４０组数据为一组数组，４０组数据的平均值作为压缩机性能测试报告的输出值。压缩机性能的３个主要控制参数（排气压力、吸气压力和吸气温度）均满足标准的偏差要求
。
图５ 排气压力名义工况测试结果
２．１．２ 与完全冷凝法的测试结果比较
以同一台被测压缩机为例，在名义工况下，采集稳定状态下的多组数据并计算平均值，见表１。可见，２种方法在同一工况下的测量值很接近，两者偏差在±０．５％以内，说明倒三角法用于压缩机性能测试是可行的。
·４２
·第１９卷
图６
吸气压力名义工况测试结果
图７ 吸气温度名义工况测试结果表１ 两种方法测试结果比较
测点
完全冷凝法倒三角法偏差／％
吸气压力／ｋＰａ
３４９．７
３４９．８
－０．０３排气压力／ｋＰａ
１ ０１７．９ １ ０１７．２ ０．０７吸气饱和温度／℃
５．０１ ５．０１ ０．００排气饱和温度／℃４０．０５ ４０．０３ ０．０５吸气温度／℃
２０．０１ １９．９７ ０．２１吸气流量／（ｍ
３／ｈ）４８４．１ ４８３．６ ０．１０功率／ｋＷ ８６．７ ８６．６ ０．１３制冷量／ｋＷ
３３９．４
３３９．３ ０．０３
２
．２ 吸排气小压差工况验证结合图３和图４可以看出，倒三角法的制冷剂循环流程相比于完全冷凝法，省去了蒸发式冷凝器、储液器、过冷器、液体流量计及相关管路，理论上减小了制冷剂循环回路上的沿程阻力和局部压降。根据表２中各个部件的选型设计和理论压降值估算，相比于完全冷凝方法，倒三角法循环回路流动压降低约１５０ ｋＰａ，可以满足压缩机吸排气小压差工况条件。
表２ 各部件理论压降比较
部件名称型号
压降／ｋＰａ
备注
蒸发式冷凝器
ＳＷＥＰ Ｐ４００ＴＨｘ２８０蒸发侧：５冷凝侧：２
０２个过冷器
ＳＷＥＰ Ｂ１２０ＴＨｘ６０
４８．８ １个
储液器３０ １个液体管路ＤＮ５０
６
１０ ｍ其他管路ＤＮ６５
１０大于１０ ｍ过滤器、阀门等部件
３抗振压力表
０若干
笔者选取了某品牌压缩机吸排气小压差工况进
行测试。测试工况如下：吸气饱和温度７．２２℃，排气饱和温度２１．１１℃，吸气温度１５．５６℃，根据Ｒｅｆ－ｐ
ｒｏｐ制冷剂物性软件计算得出吸气压力为３７７．４ ｋＰａ，排气压力为５９１．４ ｋＰａ，吸排气压差为２１４
ｋＰａ（见表３）。由前期的调试结果得出完全冷凝法能够测试的最小压差工况为：吸气压力为３４２．４ｋＰａ，排气压力为７０９．２ ｋＰａ，压差为３６６．８
ｋＰａ，完全冷凝法无法满足吸排气小压差工况的测试要求。
表３ 倒三角法测试数据
吸气压力／ｋＰａ ３７７．
４排气压力／ｋＰａ ５９１．４吸气饱和温度／℃７．２２排气饱和温度／℃２１．１１吸气温度／℃１５．５６功率／ｋＷ ５８．４９制冷量／ｋＷ
４２６．３
３ 结束语
倒三角法可以满足压缩机测试需求，且在压缩机运行范围内的吸排气小压差测试时具有循环流动压降小的优势。相比于完全冷凝法，倒三角法既有利于减少新建台位的初期投入，又有利于后期的节能维护，值得推广。
参考文献
［１］ 张宝怀，
王晓，腾琴，等，大功率制冷压缩机性能测试新装置［Ｊ］．流体机械，２００３，３１（增刊）：２３２－２３４．［２］ 容积式制冷剂压缩机性能试验方法：
ＧＢ／Ｔ５７７３—２０１６［Ｓ］．
［３］ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｔｅｓｔｉｎｇ ｆｏｒ ｒａｔｉｎｇ
ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｒｅ－ｆｒｉｇｅｒａｎｔ ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒｓ ａｎｄ ｃｏｎｄｅｎｓｉｎｇ ｕｎｉｔｓ：ＡＮＳＩ／ＡＳＨＲＡＥ Ｓｔａｎｄａｒｄ ２３－
２００５［Ｓ］．［４］ 螺杆式制冷压缩机：
ＧＢ／Ｔ１９４１０—２００８［Ｓ］．
豫公网安备41160202000603
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