单级压缩机性能试验台的实验设计与教学应用

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作者：管理员发布时间：2025-04-09 14:37:40

　　在职业院校制冷专业的教学体系中，实践教学占据着举足轻重的地位。单级压缩机性能试验台作为一款高度仿真的教学设备，为学生提供了一个将理论知识与实际操作紧密结合的优质平台。通过对该试验台的科学实验设计与有效教学应用，能够极大地提升学生对制冷专业知识的理解与掌握程度，培养学生的实践技能与创新思维，为其未来投身制冷行业奠定坚实基础。

一、MYN-540单级压缩机性能试验台概述
（一）系统构成
本试验台采用蒸汽压缩式制冷循环系统，核心部件涵盖制冷压缩机、不锈钢冷凝器、蒸发器等，均为制冷系统中的真实组件，确保学生能接触到最真实的制冷设备运行环境。同时，配备彩色控制屏、制冷剂流量调节控制器、电子膨胀阀、涡轮流量计、压力变送器以及多种电量测量仪表，如电压、电流、功率等相关测量装置，实现对试验过程中各类参数的精准监测与调控。
（二）设备特点
标准合规性：实训装置的测试参数严格遵循 GB/T5773 - 2016 容积式制冷剂压缩机性能试验方法的规定，为学生提供符合行业标准的实践环境，使学生熟悉和掌握制冷压缩机在标准测试工况下的测试方法，加深对制冷压缩机性能评估标准的理解。
电量热器法应用：通过将蒸发器置于密闭容器中的电量热器组，利用电量热器法测定压缩机的制冷量。此方法不仅能测定标准工况下的制冷量、功率并计算制冷系数，还可进行热平衡计算，且能实现有回热、无回热两种工况的模拟，为学生深入研究制冷循环的能量转换与利用提供了多样化的实验手段。
可视化设计：电量热器设置的玻璃视镜，方便学生观察第二制冷剂的液位变化，直观了解制冷剂在系统中的状态变化，增强学生对制冷系统运行原理的感性认识。
结构与安全优势：采用 1 匹制冷机组，冷凝器为壳管式水换热器，系统结构紧凑、布局合理，造型美观大方。同时，设置了电压型漏电保护、电流型漏电保护、过流保护、过载保护、接地保护等多重保护机制，全方位保障人身及设备安全，为教学实践提供可靠的安全环境。
（三）技术性能参数
输入电源：单相三线～220V±10% 50Hz，适应常见的教学场所电力供应环境。
工作环境：温度 -10℃～ +40℃，相对湿度＜85%(25℃)，海拔＜4000m，具备较宽泛的环境适应性，可在多数地区的教学环境中稳定运行。
装置容量：＜4kVA，合理的容量设计既满足教学实验需求，又不会对电力系统造成过大负荷。
制冷剂：采用 R22，是制冷行业中较为常见的制冷剂，方便学生熟悉和掌握其特性及在制冷系统中的应用。
制冷量：1.3kW，明确的制冷量参数为实验数据的分析与对比提供了基础。
重量：100kg，结合外形尺寸 120cm×60cm×142cm，在保证设备稳定性的同时，也兼顾了一定的便携性，底部装有四个带刹车的万向轮，便于在教学场所内移动和固定。
直流电源：DC24V、2A，为部分控制及测量元件提供稳定的直流电源。
温度测量：采用 PT100 传感器：A 级，测量范围 -50～ +150℃，精度 0.1℃，能够精确测量制冷系统中关键部位的温度，如压缩机吸气口温度、压缩机排气口温度等 11 种温度，为实验数据分析提供高精度的温度数据支持。
二、实验设计
（一）实验项目规划
基础性能测定实验
标准工况下的制冷量、制热量实验：在标准工况设定下，利用电量热器法，精确测定压缩机的制冷量与制热量，让学生掌握制冷量与制热量的测量原理与方法，熟悉标准工况对压缩机性能测定的重要性。
定频压缩机性能测试：测试定频压缩机在不同运行时段的电流、电压、功率等参数，分析其性能变化规律，使学生深入了解定频压缩机的工作特性。
影响因素探究实验
模拟产生各制冷系统参数变化对制冷性能和制热能效比的影响：通过调节制冷剂流量、改变冷凝温度、蒸发温度等参数，观察制冷性能和制热能效比的变化情况，引导学生探究制冷系统参数与性能之间的内在联系，培养学生的实验探究能力。
在不同冷却温度下，研究热泵的性能：设置不同的冷却温度条件，测试热泵在相应工况下的制热性能参数，分析冷却温度对热泵性能的影响机制，拓宽学生对热泵系统的认识。
系统性能分析实验
系统主要性能参数的计算：根据实验测得的制冷量、功率等数据，计算制冷系数、能效比等性能参数，培养学生的数据处理与分析能力，加深对制冷系统性能评价指标的理解。
研究压缩机在不同的冷却温度下制冷效率和制冷系数：对比不同冷却温度下压缩机的制冷效率与制冷系数，引导学生总结冷却温度对压缩机性能的影响规律，提升学生的归纳总结能力。
测定设备冷却系统的总体传热系数：通过实验测量相关温度及流量数据，计算设备冷却系统的总体传热系数，使学生掌握传热系数的测定方法及在制冷系统中的应用。
循环原理演示实验
进行制冷循环过程和热泵演示，可观察制冷工质的蒸发、冷凝过程及压缩机的工作现象：利用试验台的可视化设计，让学生直观观察制冷工质在系统中的蒸发、冷凝过程以及压缩机的工作状态，将抽象的制冷循环原理具象化，帮助学生更好地理解制冷循环的工作机制。
演示在不同条件下压缩制冷循环以及系统内的能量平衡：设置不同的运行条件，如改变负载、调整制冷剂充注量等，演示压缩制冷循环过程及系统内的能量平衡变化，培养学生对能量转换与守恒定律在制冷系统中应用的理解。
关键部件研究实验
研究热力膨胀阀在系统中的作用：通过调节热力膨胀阀的开度，观察制冷系统性能参数的变化，分析热力膨胀阀对制冷剂流量控制及系统性能的影响，使学生掌握热力膨胀阀的工作原理与调节方法。
研究在不同冷却温度下，冷却水的吸热：测量不同冷却温度下冷却水的流量与进出口水温，计算冷却水的吸热量，探究冷却温度与冷却水吸热之间的关系，加深学生对冷却系统热交换过程的认识。
（二）实验步骤设计
以 “标准工况下的制冷量实验” 为例：
实验准备
检查试验台各部件连接是否牢固，电气线路是否正常，确保设备处于安全可运行状态。
开启彩色控制屏，检查各测量仪表的初始读数是否正常，如有异常进行校准。
按照试验要求，设置好标准工况的参数，包括温度、压力、制冷剂流量等。
设备启动
接通电源，启动制冷压缩机，观察压缩机的启动过程及运行状态，确保其平稳运行。
逐步开启冷凝器的冷却水循环系统和蒸发器的载冷剂循环系统，调节流量至合适范围。
数据测量与记录
等待系统运行稳定后，利用电量热器法，通过测量加热蒸发器循环水的功率以及相关温度、流量等参数，计算压缩机的制冷量。
同时，记录压缩机的吸气口温度、排气口温度、冷凝器出口温度、蒸发器进口温度等 11 种温度数据，以及制冷系统低压侧压力和高压侧压力数据。
每隔一定时间间隔（如 5 分钟），重复测量并记录上述数据，确保数据的准确性与可靠性。
实验结束
先关闭制冷压缩机，再依次关闭冷凝器的冷却水循环系统和蒸发器的载冷剂循环系统。
切断电源，清理试验台，整理实验数据，完成实验报告。
三、教学应用
（一）教学模式创新
项目式教学：将多个实验项目整合为一个大的项目，如 “制冷系统性能优化项目”。学生分组完成从实验设计、操作、数据采集与分析到最终提出性能优化方案的全过程，培养学生的团队协作能力与综合解决问题的能力。
探究式教学：在实验教学中设置开放性问题，如 “如何通过调整系统参数提高制冷系数”，引导学生自主设计实验方案、进行实验探究，激发学生的创新思维与主动学习积极性。
（二）教学效果提升
知识理解深化：通过实际操作试验台，学生能够将课堂上学到的制冷循环原理、压缩机工作原理等抽象知识与具体的实验现象和数据相结合，加深对知识的理解与记忆。例如，在观察制冷工质的蒸发、冷凝过程后，学生对制冷循环中热量传递与状态变化的理解更加深刻。
实践技能培养：学生在操作试验台的过程中，熟练掌握了制冷系统的安装、调试、运行与维护技能，学会了使用各种测量仪表和控制设备，提高了实际动手能力。如在进行定频压缩机性能测试时，学生能够准确连接测试线路，操作测量仪表获取准确数据。
职业素养养成：试验台的操作过程要求学生严格遵守安全规范和操作流程，培养了学生的安全意识与职业规范意识。同时，在团队协作完成实验项目的过程中，学生的沟通能力、团队协作能力和责任心等职业素养得到了有效提升。
（三）教学评价多元化
实验操作评价：观察学生在实验过程中的操作规范性、熟练程度，如设备启动与关闭顺序是否正确、参数调节是否精准等，给予相应评分。
实验报告评价：对学生提交的实验报告进行评价，包括实验数据的准确性、分析的合理性、结论的正确性以及报告撰写的规范性等方面。
项目成果评价：对于采用项目式教学的成果，如制冷系统性能优化方案，从方案的创新性、可行性、有效性等方面进行评价，全面考核学生的综合能力。
四、结论
单级压缩机性能试验台凭借其完善的系统构成、先进的设备特点和丰富的技术性能，为制冷专业的实验设计提供了广阔的空间。通过精心设计实验项目与步骤，并将其有效应用于教学实践中，能够创新教学模式，显著提升教学效果，实现对学生知识、技能与职业素养的全方位培养。在未来的制冷专业教学中，应进一步挖掘该试验台的潜力，不断优化实验设计与教学应用方法，为制冷行业培养更多高素质的专业人才。