Performance analysis of refrigeration compressors : Based on data from compressor manufacturers

Rapporten ämnar kartlägga beteendet för de vanligaste typerna av kylkompressorer, vid användning av köldmedier med låg GWP (global warming potential) under olika driftsförhållanden, samt att tillgängliggöra denna kartläggning i form av diagram och tabeller. Av de parametrar som utgör kartläggningen, så ligger huvudfokus på den isentropiska och volymetriska verkningsgraden. Alla de kompressormodeller som ingår i kartläggningen är antingen hermetiska eller semihermetiska. Det har i vissa fall varit omöjligt att ta fram den isentropiska verkningsgraden gällande dessa kompressormodeller. I dessa fall har den så kallade hermetiska verkningsgraden använts istället, vilken baseras på den elektriska effekten som kompressorenheten kräver. Kartläggningen är baserad på köldmedierna koldioxid (R744), propan (R290) och tetrafluoretan (R134a) i kombination med ett flertal kompressormodeller av typerna kolv och scroll. Katalogdata för dessa modeller erhölls via Select 8 och Coolselector 2; två beräkningsverktyg från tillverkarna Emerson och Danfoss. För att beräkna de parametrar som inte var tillgängliga via dessa beräkningsverktyg användes samband tillhörande den kompressordrivna förångningsprocessen. Slutligen sammanställdes insamlad och beräknade data i form av tabeller och diagram, där diagrammen utformades i stil med tidigare kartläggningar som förekommer i kurslitteratur på KTH. Det är fortfarande oklart om vad som i Select 8 benämns som ”isentropisk verkningsgrad” endast avser de mekaniska förlusterna som uppkommer under kompressionen, eller om alla förluster i kompressorenheten är inkluderade. Om fallet är det sistnämnda borde denna verkningsgrad ses som en hermetisk verkningsgrad (för semi-hermetiska eller hermetiska kompressorer) istället för enisentropisk. I denna rapport har tanken varit att separera den isentropiska verkningsgraden från den hermetiska verkningsgraden, eftersom så är fallet i den kurslitteratur som använts i rapporten. Däremot har samma termer som förekommer i de båda beräkningsprogrammen även använts i rapporten, vilket är anledningen till varför isentropisk verkningsgrad står utskrivet för de hermetiska och semihermetiskakompressormodellerna från Select 8. Det finns således en risk att vad som står som isentropisk verkningsgrad i denna rapport egentligen ska läsas som hermetisk verkningsgrad. Detta gäller för alla kompressormodeller som behandlats i Select 8. Sånär som på oklarheten som kvarstår kring betydelsen av den isentropiska verkningsgraden från Select 8, är rapportens syfte och delmål genomförda.This bachelor thesis aims to chart the behaviour of modern compressors, using low GWP (global warming potential) refrigerants during different operating conditions. The aim is also to present the gathered data in form of diagrams and tables. The isentropic and volumetric efficiencies are the main parameters that have been used to chart the behaviour of the compressors in this project. In some cases, it has not been possible to calculate the isentropic efficiency regarding the semihermetic and hermetic compressor models that occur in this report. In these cases, the overall efficiency for a hermetic or a semi-hermetic compressor has been used instead. The overall efficiency is based on the total electric power input to the compressor unit. In order to chart the behaviour, three refrigerants were chosen in combination with different compressor models. The chosen refrigerants were carbon dioxide (R744), propane (R290) and tetrafluorethane (R134a), and the compressor models were of the types piston and scroll. The compressors models, in combination with the refrigerants, were chosen from the software tools Select 8 and Coolselector 2 provided by the manufacturers Emerson and Danfoss. The input variables consisted of two values for superheat and several values for condensing and evaporatingtemperatures. The compressor models used in this report are either hermetic or semi-hermetic. Some of the desired data was not available in the software and had to be calculated using well known equations regarding the vapor compression cycle with superheated suction vapor. Finally, both the collected and calculated data was compiled into tables and diagrams. The final shape of the diagrams was inspired by previous work available through mentioned course literature. It is still unclear if what is labelled as “isentropic efficiency” for hermetic and semi-hermetic compressors in Select 8 truly considers only the mechanical losses during the compression, or if it takes into account all losses in the compressor unit. If the latter, the efficiency should be considered as an overall efficiency for a hermetic or semi-hermetic compressor, not isentropic. The intention in this report has been to separate the isentropic efficiency from the overall efficiency regarding hermetic compressors, since these are two distinct efficiencies according to the course literature used. However, when an efficiency has been reported as “isentropic” by the manufacturer, it has also been labelled as so in the report. Therefore, if the efficiency is mislabelled in the software, it is also mislabelled in this report. A word of caution is therefore advised when taking part of these results, with regards to the isentropic efficiency whenever mentioned. Except for the confusion surrounding the meaning of isentropic efficiency in Select 8, the purpose and objectives of this bachelor thesis have been fulfilled