变频压缩机制冷系统运行稳定性实验研究

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1、中国工程热物理学会流体机械学术会议论文编号：097054变频压缩机制冷系统运行稳定性实验研究杨志强陶乐仁郑志皋王金锋张建国上海理工大学能源与动力工程学院上海200093Tel：13817785347Email：hsdyzq@163.com摘要通过变频制冷循环实验，结合影响定容量压缩机制冷系统稳定运行的因素，确定其中影响变频系统稳定运行的两个主要因素：一是蒸发器完全蒸干点在蒸发器出口处随机振荡，二是蒸发器最小稳定过热度。关键词稳定性完全蒸干点最小稳定过热度气液两相流沸腾换热0前言自从Stoecker于1966年提出制冷系统稳定性研究的重要性以

2、来，国内外许多学者对定容量制冷系统的稳定性做了大量的理论分析与实验研究。ZahnWR在1964年，WedekindGI和StoeckerWI在1966年分别通过实验发现了即使在稳定流动传热情况下，蒸发器[1][2]的制冷剂蒸干点仍随机摆动，并认为这是蒸发过程气液两相流动的固有特性。HuelleZ.R.在文献[3]中分析指出，当蒸发器完全蒸干点（水平管干式蒸发器两相区与过热区的分界点）在蒸发器出口处随机振荡，由于两相流和过热蒸汽交替出现，蒸发器管壁温度有剧烈的变化。并在此基础上总结出最小稳定信号线理论(MinimumStable[4][5]S

3、ignalLine，简写MSS)。陈文勇，陈芝久等人(2002)提出最小稳定信号线是由于[6]蒸发器管内流型及传热机理变化的观点，并从理论角度进行了阐述。变频制冷系统中有两个流量调节装置，即变频压缩机和节流膨胀阀。因为两者有各自调节规则和调节方法，且存在相互之间的参数耦合和调节协调问题，所以变频制冷系统稳定性问题不同于定容量制冷系统稳定性问题。1998年清华大学与美国GM公司合作对变频制冷系统振荡现象进行研究，实验结果表明蒸发器出风温度、压缩机排气压力、压[7]缩机摆盘箱压力、蒸发压力和蒸发器出口制冷剂过热度随时间发生等幅周期性变化。综上所

4、述，可以看出制冷循环运行稳定性研究多以定容量制冷系统为主。而变频制冷系统以其高效节能已经得到迅速推广应用，目前对其稳定性的研究较少。文章通过变制冷剂流量制冷循环实验平台，承接前人对定容量制冷系统研究揭示蒸发器完全蒸干点在蒸发器出口处随机振荡、蒸发器最小稳定过热度对变频制冷系统运行稳定性的影响及其机理。1实验装置简介实验系统如图1所示，包括变频转子压缩机1（自带吸气气液分离器11）、冷凝器2、错误！未找到引用源。高压储液器5、电磁阀6、过滤器7、视液镜8、电子膨胀阀3、蒸发器4；压缩机频率在30Hz~100Hz范围内通过变频器进行调节。蒸发器

5、出口过热度可通过手动调节电子膨胀阀开度和设定过热度值自动调节两种方式进行控制。通过石英玻璃观察管和视液镜观察膨胀阀前后、蒸发器出口制冷剂流动型式。实验数据选用ADAM-5510E模块进行转换采集，运行过程利用基于组态软件开发的人机界面进行实时监控。ed2cT3T2T7T8DH519补水T9排水6181720121T116711248P0PK∆P0LPab310T494T1TT6T52215231213141变频压缩机，2冷凝器，3电子膨胀阀，4蒸发器，5高压储液器，6电磁阀，7过滤器8液视镜，9石英玻璃观察管1，10石英玻璃观察管2，11汽

6、液分离器，12冷冻水恒温水箱，13水泵，14浮子流量计，15阀门，16冷却水恒温水箱，17水泵，18浮子流量计，19阀门，20阀门，21变频器，22步进电机控制驱动器，23温控器，24温控器；T1回气温度，T2排气温度，T3冷凝温度，T4蒸发温度，T5冷冻水回温度，T6冷冻水出温度，T7冷却水回温度，T8冷却水出温度，T9补水温度，T10排水温度，TH热式传感器，LP低压开关，HP高压开关，DT排气温度开关，PK冷凝压力，P0蒸发压力，ΔP0蒸发器进出口压力差；图1变制冷剂流量制冷循环实验台2实验方法制冷剂蒸干点附近温度随机波动。为研究制冷

7、剂蒸干点位于蒸发器出口时对制冷剂温度的影响，开始时保持冷冻水温度12℃和冷却水温度30℃恒定，压缩机在一定频率下[8]运行，并从小到大手动调节电子膨胀阀开度，采用热式感应传感器确定完全蒸干点位于蒸发器出口时电子膨胀阀的开度，在此膨胀阀开度下直到制冷循环连续自平衡运行60分钟以上，记录数据并观察蒸发器出口处的制冷剂流动型式。3结果及理论分析3.1蒸发器完全蒸干点在蒸发器出口处随机振荡造成制冷循环参数随机波动压缩机60Hz时，采用热式感应传感器确定的完全蒸干点位于蒸发器出口时的膨胀阀开度为16%。此时，由于蒸发器面积得到最大利用，理论上制冷量有

8、最大值。实验结果如图2所示，膨胀阀开度为16%时确实有最大制冷量，这也充分说明了此开度下完全蒸干点位于蒸发器的出口。2.256.86.626.4/KW1.75℃6.2/温度61.