某新型制冷压缩设施喷液的预设研讨的新举措探究

　　目前国内外对制冷系统的喷液理论和实验研究较多，Dutta等考虑了热传导等因素，并建立了相关的喷液过程的数值模型，Winandy等人研究了不同制冷剂喷射方法对涡旋压缩机性能的影响，Wang等建立了可以预测喷液对涡旋压缩机性影响的模型。这些研究都说明喷液可以有效的降低排气温度，提高压缩机的可靠性。然而上述这些研究多是针对涡旋压缩及其所构成的制冷系统，对于半封闭活塞式制冷压缩机的喷液研究很少。这里在现有喷液理论研究的基础上，分析了在不同工况下，喷液对半封闭活塞式制冷压缩机排气温度、功耗和COP的影响，并以大连三洋压缩机有限公司生产的半封闭活塞式制冷压缩机C-L150M82为测试样机，进行试验分析。

　　1喷液过程分析

　　半封闭活塞式制冷压缩机的工作过程压焓图所示，正常的工作过程在压焓图上表示为1-2-3-4，采用吸气喷液的循环过程为1'-2'-3-4.

　　可以看出，在吸气时进行喷液，降低了压缩机的吸气温度（T 1 '　　2试验条件及装置

　　测试实验台的系统原理图所示，该测试系统主要由油分离器、水冷冷凝器、储液器、干燥过滤器、喷液控制阀、喷液毛细管、膨胀阀、蒸发器，以及监控测试系统的多个温度和压力传感器组成。喷液控制阀采用手工控制，为了便于试验过程中随时调节开停状态和流量。被测样机置于室内，环境温度保持在30℃33℃，吸气温度均保持在18℃。该试验装置的喷液系统是流经干燥过滤器的部分制冷剂，经毛细管节流降压后进入压缩机的吸气。

　　测试样机为大连三洋压缩机C-L150M82型号的半封闭活塞式制冷压缩机，额定功率15kW，转速1450r/min，排气容积84.5m 3 /h，工作电源，电压380V，频率50Hz，制冷剂R22.

　　2.1 喷液对排气温度、冷量、功耗和COP的影响试验样机选取冷凝温度40℃，蒸发温度分别为（-5℃，-10℃，-15℃，-20℃）这几个工况，进行喷液和未喷液测试。试验结果可以看出，压缩机进行吸气喷液后，排气温度降低。吸气喷液量与排气温度的变化趋势参，由于各工况的喷液率的不同，降温幅度也不同，其范围在8%13%之间（即9℃19℃），喷液率越高，排气温度下降越多。试验证明吸气口喷液确实可以有效的降低排气温度。

　　表明，吸气喷液后，压缩机制冷量Q和COP降低，功耗P上升。喷液率的增加与制冷量和COP的下降成正比，即喷液率越高，制冷量Q和COP的降幅也越大；而且喷液对压缩机性能的影响随着蒸发温度的降低而加大。

　　同时也表明，喷液率与制冷量、COP和功耗之间不是简单的线性比例关系。尽管吸气喷液对压缩机的性能有所影响，但影响相对是比较小的，比如，蒸发温度在-20℃时，喷液率为9%，制冷量下降只有3%，COP下降低于7%，而降温效果则很明显，降温幅度可以达到18℃（降幅约为13%）。在蒸发温度为-40℃时，其理论排气温度高达154℃，超过了压缩机许可工作范围（R22制冷剂，排气温度<135℃），使用吸气喷液后，排气温度可以降低到128℃。这说明喷液对制冷压缩机工作在低蒸发温度、高冷凝压力的时候有良好的综合效果，特别是增加了压缩机运行的可靠性。所以，各大压缩机厂商比如，三洋、比泽尔、谷轮等的半封闭活塞式制冷压缩机工作在蒸发温度<-25℃时，均采用吸气喷液的方法，来降低排气温度，使压缩机的工作范围更广。

　　2.2 喷液与蒸发温度和冷凝温度的关系

　　这里测试了不同冷凝温度和蒸发温度与喷液质量流量的关系。经过测试发现（测试结果参见，蒸发温度与喷液的变化趋势，对于给定的喷液装置（喷液毛细管的直径和长度不变），在同一冷凝温度下（比如，冷凝温度为40℃），随着蒸发温度的改变，其喷液质量流量变化不大，基本在同一数值上，这是因为蒸发温度从-5℃变化到-40℃，其压力改变相对是比较小的，所以喷液量几乎不变。但是喷液率随着蒸发温度的降低而增加，这是因为随着蒸发温度的降低，压缩机吸入的工质流量减少，所以喷液率上升；对于同一蒸发温度，不同冷凝温度（比如，蒸发温度-15℃，冷凝温度30℃，40℃，50℃），随着冷凝温度的上升，喷液质量流量和喷液率都在上升，其变化曲线。

　　2.3 吸气喷液装置

　　由上面的分析可知，喷液量与冷凝温度有半封闭活塞式制冷压缩机喷液的研究，与蒸发温度几乎无关（喷液量随蒸发温度的改变变化非常小，可以认为是不改变的）；喷液率随着蒸发温度降低而升高，随着冷凝温度上升而增加。这一规律正好满足压缩机在低蒸发温度、高冷凝温度需要高喷液率的要求，所以在半封闭活塞式制冷压缩机的喷液装置设计上，喷液装置只要控制喷液的开停（ON-OFF）即可，不需要控制喷液质量流量随工况的变化而变化，因为喷液率会随着工况的变化而自动变化，已经满足了压缩机的使用要求，这就大大简化了喷液装置的设计。

　　吸气喷液是为了降低压缩机的排气温度，所以可以采用通过检测排气温度的方法来控制喷液的开关。这样的喷液装置主要由喷液管和带有温度控制的阀两大元件构成，喷液管一般选用毛细管，制冷剂在细长管中的流动阻力起节流降压的作用。控制阀一般采用电磁阀，可以与温度的感温包/传感器配合使用。将检测温度的元件安装在压缩机的排气口或者排气管处，通过检测排气温度的高低来控制喷液阀的开关，这种装置可以比较经济的使用压缩机。另外，通过以上的分析可以知道，在蒸发温度比较高的时候（比如蒸发温度-5℃-20℃），喷液对压缩机的性能影响相对是比较小的，鉴于此，喷液装置还可以设计成无温度检测的，即喷液控制阀的开停随着压缩机的开停进行动作，压缩机开机则喷液阀打开，压缩机停机则喷液阀关闭。这样的喷液装置成本低。

　　2.4 吸气喷液量的选择

　　既然喷液是一种必须的附加冷却方式，就需要对喷液质量流量进行优化，因为如果喷液量过多，压缩机性能下降太大，反之喷液量过小，则无法有效地降低排气温度，影响压缩机工作。所以喷液量的选择既要能有效的降低压缩机的排气温度，又要*大限度的利用压缩机的能效。

　　喷液质量流量的多少主要由喷液管和喷液吸气腔的压差决定的。其中喷液管的入口压力主要取决于冷凝温度，出口压力取决于喷液管的管径和长度，吸气腔的压力主要取决于吸气温度，只有当喷液管的出口压力大于吸气腔压力，喷液动作才能完成。从前面的分析可以知道，当冷凝温度一定，蒸发温度变化时，喷液率与排气温度的降幅和COP的降幅之间不是简单的线性比例关系。同样，也测试了蒸发温度一定，冷凝温度变化时，喷液率与排气温度的降幅和COP的降幅也不是简单的线性比例关系。在同一工况下，喷液率的不同，对压缩机的性能和排气温度的影响也是不一样的。

　　以蒸发温度-15℃，测试了同一台压缩机用直径不同的喷液毛细管进行喷液的实验。喷液率的改变对压缩机COP和排气温度的影响测试数据参见。喷液I的喷液毛细管参数是（φ1.8mm×1000mm），喷液II的喷液毛细管参数是（φ1.5mm×1000mm）。可以看出，喷液率的改变对排气温度和压缩机的性能COP均有影响，同一工况下，喷液率越高，排气温度越低，同时压缩机性能COP也随之降低。以冷凝温度40℃，蒸发温度-20℃为例，在实验条件为在喷液I时（即喷液率为9.08%时），排气温度118℃，COP为1.91%；喷液II时（即喷液率为4.47%），其排气温度T 2是128℃，COP为1.99.尽管喷液II的COP 2高于喷液I的COP 1（COP 2 >COP 1），但排气温度T 2也高于排气温度T1（T 2 >T 1）。应该注意，排气温度T 2 =128.3℃已经接近于该种压缩机排气温度的上限值（130℃），不利于压缩机的可靠性工作。所以喷液毛细管及喷液量的选择是一个优化的过程，要兼顾排气温度和压缩机性能两方面因素，需要经过反复试验的方法*终确定，并选取一个优化的值。对于这里而言，9.08%的喷液率是比较好的，既能使排气温度在正常的工作范围内，又能获得较为高的COP.

　　另外在试验中发现，喷液量开始随着喷液毛细管的直径的增加而增加，当喷液量达到某一值的时候，即使再增加毛细管的直径，喷液量也不再增加。这是因为对于一定尺寸的毛细管，当出口流速达到当地音速，毛细管内出现流动拥塞，这时其流通量达到*大，即使出口压力再降低，毛细管出口仍保持上述临界状态，即流量不再增大。这说明吸气喷液冷却是有一定的工作范围的，如果压缩机的设计不合理或者使用不合理，单纯依靠加大喷液量来降低排气温度的想法是难以实现的。

　　3结论

　　分析了吸气喷液对半封闭活塞式制冷压缩机性能的影响，并以三洋C - L150M82型号压缩机进行试验，得出以下结论：1）吸气喷液可以有效的降低排气温度，但同时也降低了压缩机的制冷量和COP.为了能使压缩机工作在恶劣的环境下，喷液冷却是一种必须的附加冷却方式，具有良好的综合效果。

　　2）吸气喷液质量流量的多少主要取决于喷液管和喷液吸气腔之间的压差，当冷凝温度一定的时候，喷液量几乎不随蒸发温度的变化而变化，但是喷液率随着蒸发温度的降低而升高；当蒸发温度一定的时候，喷液率会随着冷凝温度的升高而升高。

　　这使得喷液装置的设计简单化，不必考虑对喷液质量流量的控制，只需要控制喷液阀的开关即可。

　　3）喷液率与排气温度的降幅以及制冷量的降幅之间并不是简单的线性关系，需要进行试验，经过优化后选择合适的喷液毛细管和喷液量。