Đang tải... (xem toàn văn)
(NB) Giáo trình Vật liệu điện lạnh với mục tiêu giúp các bạn có thể trình bày được các kiến thức cơ bản về vật liệu kỹ thuật điện và vật liệu kỹ thuật nhiệt lạnh; Xác định được ứng dụng của vật liệu sử dụng trong kỹ thuật điện và kỹ thuật lạnh
ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HÀ NỘI TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT NAM - HÀN QUỐC THÀNH PHỐ HÀ NỘI LÊ THỊ THU HẰNG (Chủ biên) TRẦN QUANG ĐẠT – NGUYỄN ĐỨC NAM GIÁO TRÌNH VẬT LIỆU ĐIỆN LẠNH Nghề: Kỹ thuật máy lạnh điều hịa khơng khí Trình độ: Trung cấp (Lưu hành nội bộ) Hà Nội - Năm 2021 LỜI NĨI ĐẦU Giáo trình Vật liệu điện lạnh biên soạn thông qua Hội đồng sư phạm Nhà trường Nội dung biện soạn ngắn gọn, dễ hiểu, súc tích Các kiến thức tồn giáo trình có mối liên hệ logic, chặt chẽ Khi biên soạn giáo trình chúng tơi cố gắng cập nhật kiến thức có liên quan đến mơn học phù hợp với đối tượng sử dụng gắn nội dung lý thuyết với vấn đề công việc thực tế Nội dung giáo trình biên soạn gồm: Chương 1: Vật liệu kỹ thuật điện Chương 2: Vật liệu kỹ thuật lạnh Cuốn giáo trình biên soạn dựa theo nội dung tài liệu tham khảo Mặc dù có nhiều cố gắng giáo trình chắn khơng tránh khỏi thiếu sót Chúng tơi mong nhận ý kiến đóng góp để giáo trình chỉnh sửa ngày hồn thiện Mọi góp ý xin gửi Khoa điện Trường CĐN Việt Nam - Hàn Quốc thành phố Hà Nội Xin trân trọng cám ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2021 Chủ biên: Lê Thị Thu Hằng MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU MỤC LỤC Mở đầu Chương Vật liệu kỹ thuật điện 1.1 Vật liệu cách điện (chất điện môi) 1.2 Vật liệu dẫn điện 16 Chương Vật liệu kỹ thuật lạnh 28 2.1 Vật liệu kỹ thuật lạnh 28 2.2 Vật liệu cách ẩm, hút ẩm 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO 48 CHƯƠNG TRÌNH MƠN HỌC Tên môn học: VẬT LIỆU ĐIỆN LẠNH Mã môn học: MH 08 Thời gian môn học: 30 giờ; (Lý thuyết: 23 giờ; Thực hành: 7giờ) I Vị trí, tính chất mơn học: - Vị trí: Mơn học bố trí sau học xong mơn học chung sở kỹ thuật điện - Tính chất : Là môn học bắt buộc II Mục tiêu mơn học: - Trình bày kiến thức vật liệu kỹ thuật điện vật liệu kỹ thuật nhiệt lạnh - Xác định ứng dụng vật liệu sử dụng kỹ thuật điện kỹ thuật lạnh - Lựa chọn vật liệu để lắp đặt sửa chữa hệ thống điện lạnh - Nghiêm túc tìm hiểu đặc tính vật liệu để sử dụng mục đích III Nội dung mơn học: Nội dung tổng quát phân bổ thời gian: Thời gian Số TT Thực hành, thí Tổng Lý nghiệm, số thuyết thảo luận, tập Tên chương, mục Mở đầu 1 Chương 1: Vật liệu kỹ thuật điện 14 11 Vật liệu cách điện (chất điện môi) Vật liệu dẫn điện Kiểm tra Thi/ Kiểm tra 1 Chương 2: Vật liệu kỹ thuật lạnh 15 11 Vật liệu kỹ thuật lạnh Vật liệu cách ẩm, hút ẩm Kiểm tra Tổng Cộng 30 1 23 Mở đầu Kỹ thuật điện lạnh ngành khoa học nghiên cứu, thiết kế, chế tạo ứng dụng hệ thống điện, hệ thống lạnh điều hịa khơng khí Tuổi thọ, độ tin cậy, giá vận hành, hiệu kinh tế thiết bị phụ thuộc nhiều vào vật liệu chế tạo vật liệu phụ Bởi việc sử dụng loại vật liệu chế tạo, vật liệu thay thế, vật liệu phụ quan trọng Giáo trình vật liệu điện lạnh nhằm trang bị cho học sinh - sinh viên kiến thức loại vật liệu dùng ngành Đối tượng để tìm hiểu mơn Vật liệu điện lạnh vật liệu chế tạo vật liệu phụ hệ thống lạnh Nhiệm vụ môn Vật liệu điện lạnh cung cấp cho học sinh hiểu biết lý hóa tính năng, tác dụng vật liệu cách điện, dẫn điện, vật liệu cách nhiệt, hút ẩm, đồng thời rèn luyện cho họ tác phong làm việc khoa học, có ý thức tổ chức kỷ luật, tính cẩn thận…của người thợ hay người làm công tác kỹ thuật Môn Vật liệu điện lạnh môn sở mang nhiều tính chất giới thiệu Trong q trình học tập học sinh phải liên hệ với đời sống thực tế cơng việc Nội dung giáo trình biên soạn với nội dung 30 giờ, gồm chương: Chương 1: Vật liệu kỹ thuật điện Chương 2: Vật liệu kỹ thuật lạnh Chương Vật liệu kỹ thuật điện Mục tiêu: - Trình bày khái niệm cấu tạo vật liệu dẫn điện, cách điện - Phân loại xác chức vật liệu cụ thể - Trình bày kiến thức cơ, lý, hố tính năng, tác dụng vật liệu cách điện; - Trình bày kiến thức cơ, lý, hố tính tác dụng vật liệu dẫn điện đồng thời giúp học sinh nắm phạm vi ứng dụng vật liệu dẫn điện - Nghiêm túc tìm hiểu đặc tính vật liệu để sử dụng mục đích Nội dung: 1.1 Vật liệu cách điện (chất điện môi) 1.1.1 Khái niệm đặc tính chất cách điện a Khái niệm - Vật liệu cách điện chất điện môi chất dùng để thực cách điện cho phần dẫn điện chi tiết thiết bị điện - So với vật liệu dẫn điện vật liệu cách điện có điện trở lớn nhiều - Đặc tính chất điện mơi khả tạo nên điện trường lớn tích luỹ lượng điện b Phân loại chất điện môi - Theo trạng thái vật thể chất điện môi gồm: chất khí, lỏng rắn - Theo chất hóa học,chất điện mơi chia ra: chất vơ hữu - Theo khả chịu nhiệt chất điện môi phân thành cấp: Y, A, E, B, F, H, C c Tính chất chung vật liệu cách điện - Tính hút ẩm:Là khả hút ẩm từ mơi trường xung quanh + Tác hại:tăng dịng điện rị, tổn hao điện mơi giảm điện áp phóng điện + Biện pháp khắc phục: thực sơn phủ bề mặt điện mơi - Tính thẩm thấu: khả cho nước xuyên qua vật liệu + Lượng ẩm m thời gian qua mặt phẳng S (cm2) lớp vật liệu cách điện có chiều dày h (cm), tác dụng hiệu số áp suất nước P1 P2 (mmHg) hai phía bề mặt vật liệu tính theo cơng thức sau: m ( p1 p2 ).S h Trong đó: độ thấm ẩm vật liệu + Tác hại: tương tự tính hút ẩm - Tính dính ước: Khả hình thành màng ẩm bề mặt vật liệu bề mặt vật liệu đặt mơi trường có độ ẩm cao + Tác hại: tăng dòng điện rò giảm đáng kể điện áp phóng điện + Biện pháp khắc phục: thực sơn phủ bề mặt điện môi - Tính học: + Độ bền kéo, nén uốn điện môi khác nhiều: Độ bền phụ thuộc nhiều vào tiết diện mẫu vật liệu * Ví dụ: sợi thuỷ tinh đường kính giảm độ bền học tăng, đường kính giảm tới 0,01 mm đạt giới hạn bền dây đồng Độ bền học giảm nhiệt độ tăng + Tính giịn: Khả bề mặt vật liệu chống lại tải học động + Độ cứng: Biểu thị khả bề mặt vật liệu chống lại biến dạng gây nên lực nén truyền từ vật liệu có kích thước bé Ngoài chất lỏng nửa lỏng như: dầu, sơn, hỗn hợp chất tráng, tẩm độ nhớt đặc tính quan trọng - Tính chất hố học khả chịu phóng xạ điện môi: + Khi làm việc lâu dài, không bị phân huỷ để giải thoát sản phẩm phụ khơng bị ăn mịn kim loại tiếp xúc với nó, khơng phản ứng với chất khác nước axít + Khi sản xuất chi tiết dùng hố chất khác như: Chất kết dính, chất hồ tan, điện mơi khác - Hiện tượng đánh thủng điện môi độ bền cách điện: + Khi cường độ điện trường cao giới hạn độ bền cách điện chất điện môi, xảy đánh thủng điện mơi Đánh thủng q trình phá hoại chất điện mơi, điện mơi tính chất cách điện chỗ bị đánh thủng + Trị số điện áp lúc xảy đánh thủng điện môi gọi điện áp đánh thủng (Uđt) trị số cường độ điện trường tương ứng gọi độ bền cách điện chất điện môi (Eđm) Độ bền cách điện chất điện môi xác định theo công thức: Eđt = U dt / d [kV/mm] Trong đó: d: chiều dày chất điện mơi chỗ đánh thủng, mm - Độ bền điện: + Đặc trưng giá trị điện áp lớn đặt vào bề mặt vật liệu mà vật liệu đảm bảo tính cách điện + Các yếu tố ảnh hưởng tới độ bền điện chủ yếu nhiệt điện Ngồi cịn phụ thuộc vào khoảng cách áp suất Nếu áp suất giảm độ bền điện lớn, áp suất tăng độ bền điện nhỏ - Tính chịu nhiệt: + Đánh giá khả chịu nóng vật liệu cách điện chi tiết chịu nhiệt không bị hư hại thời gian ngắn lâu dài tác dụng nhiệt độ cao thay đổi đột ngột nhiệt độ gọi độ bền chịu nóng + Đối với điện mơi vơ cơ: Độ bền chịu nóng xác định nhiệt độ mà điện mơi bắt đầu có thay đổi tính chất điện + Đối với điện mơi hữu cơ: Độ bền chịu nóng xác định nhiệt độ mà bắt đầu có biến đổi mặt học 1.1.2 Chất cách điện thể khí a Khơng khí Khơng khí phổ biến khắp nơi, thường tham gia vào thiết bị điện giữ vai trò vật liệu cách điện hổ trợ thêm cho vật liệu cách điện rắn, lỏng Tuy nhiên việc tồn bọt khí vật liệu cách điện rắn, khoang rỗng cuộn dây máy điện thiết bị điện tẩm không kỹ làm xấu chất lượng cách điện b Nitơ Đơi dung thay khơng khí để lấp đầy tụ điện khí, trường hợp khác, có đặc tính cách điện gần giống với khơng khí, lại khơng có chứa 02 chất gây tác dụng oxy hóa vật liệu tiếp xúc với c Elaga (SF6) Elaga nặng khơng khí lần, nhiệt độ sơi – 640C, nhiệt độ bình thường nén tới 20at khơng hóa lỏng Elaga khơng độc, chịu tác dụng hóa học, khơng bị phân hủy bị đốt nóng tới 8000C, sử dụng tụ điện, cáp, máy cắt,…một cách có kết d Hydrơ Đó chất khí nhẹ, có đặc tính thuận lợi để dùng làm mơi trường làm mát thay cho khơng khí Sự làm mát máy điện cải thiện nhiều ta sử dụng hyđrơ Dùng hyđrơ thay cho khơng khí giảm nhiều tổn thất công suất ma sát roto với chất khí quạt gió gây ra, tổn hao gần tỷ lệ với tỷ trọng chất khí Do khơng có tác dụng ơxy hóa ơxy khơng khí nên dùng hyđrơ làm chậm hóa già chất cách điện hữu dây quấn máy điện loại trừ khả hỏa hoạn trường hợp bị ngắn mạch bên máy điện Sau điều kiện làm việc chổi điện cải thiện mơi trường hyđrơ Do làm nguội hyđrô cho phép tăng công suất hiệu suất công tác máy điện, người ta thường chế tạo máy phát nhiệt điện, máy bù đồng công suất lớn làm máy hyđrơ e Các loại khí khác Một số khí – chủ yếu hợp chất halogen (Flo, Clo,…) có khối lượng phân tử tỷ trọng cao, lượng ion hóa lớn, có độ bền điện cao hẳn khơng khí Một số khí hyđrơ cácbon flo hóa (ví dụ: CF4, C2F6 – hexafloetan…), số chất lỏng hyđrô bon hóa (ví dụ: C7E14; C8F16…), có độ bền lớn khơng khí nhiều Chỉ cần lượng nhỏ khí lẫn vào khơng khí làm tăng độ bền điện hỗn hợp lên cách đáng kể Các loại khí trơ như: Neon, Acgon… thủy ngân có độ bền điện thấp dùng để lấp đầy dụng cụ điện chân khơng bóng đèn 1.1.3 Chất cách điện thể lỏng a Dầu mỏ cách điện (dầu máy biến áp) - Là vật liệu cách điện ứng dụng nhiều ngành kỹ thuật điện Dầu có cơng dụng làm mát cách điện cho máy biến áp, làm cách điện dập tắt hồ quang máy cắt dầu - Tính chất dầu: Tạp chất có dầu làm giảm sút lớn đến độ bền cách điện dầu Vì trước cho dầu vào máy phải làm khuấy chân không Điện trở suất dầu khoảng 10 – 106 (.cm), làm việc dài hạn nhiệt độ 90 – 95 0C - Ưu điểm: Có độ bền cách điện cao, trường hợp dầu chất lượng cao đạt tới 160 kV/cm, = 2,2 – 2,3 Vì chất lỏng nên dầu có tính phục hồi cách điện cao Có thể thâm nhập vào khe rãnh hẹp Riêng loại chất dẻo flour có tính đàn hồi tương đối ổn định phụ thuộc vào nhiệt độ nhiệt độ giảm Các chất dẻo loại có độ đàn hồi lớn tính chất học tương đối ổn định so với vật liệu chất dẻo khác Khối lượng riêng vật liệu chất dẻo nhỏ nhiều so với kim loại Hệ số dãn nở nhiệt vật liệu chất dẻo ngược lại lớn kim loại Hệ số dẫn nhiệt vật liệu chất dẻo nằm khoảng 0,15 0,5W(mK) 1/00 đến 1/1000 hệ số dẫn nhiệt trung bình kim loại Với hệ số dẫn nhiệt nhỏ vậy, vật liệu chất dẻo thích ứng tốt với kỹ thuật cr Bảng Tính chất số vật liệu chất dẻo đối với môi chất lạnh Freon TT Vật liệu chất dẻo Một vài tính chất vật lý hóa học, thích ứng với mơi chất freon Polytêtrafltylen (PTFE) Nói chung có đặc tính chống ăn mòn tốt, phù hợp tốt, bị chảy tải nén lớn Polyvinyl clorit (PVC) Tính chất có khác tùy loại nói chung khơng bền (khơng phù hợp) với môi trường frêon Polyêtylen (PE) Bị trương phồng bị hòa tan phần Polypropylen (PP) Bị trương phồng, không phù hợp giống PE PVC, bị ăn mòn đặc biệt nhiệt độ cao Polyamit Nói chung phù hợp, bị biến giịn, khả giữ kích thước tốt Polyimit Phù hợp tốt Polystyrol (PS) Không phù hợp Polyacrylnitril Phù hợp Polyutheran (PU) 10 Polycarbonat Cần thận trọng, nhiều vấn đề cần phải tiếp tục Bền, khơng bị ăn mịn 11 Polymethylmethacrylat Khơng bền, bị hóa giịn, bị mơi chất R22 hịa tan 12 Nhựa êpoxi Tùy theo loại, phần lớn phù hợp, khả giữ kích thước tốt 13 Polyeste Bền, khơng bị frêon ăn mịn 34 e Gốm Vật liệu cách điện gốm, sứ vật liệu vơ cơ, sx sản phẩm có hình dáng bất kỳ, sau nung nhiệt độ cao Tùy theo thành phần cấu tạo, công nghệ chế tạo thích hợp vật liệu cách điện gốm, sứ có độ bền học cao, góc tổn hao điện mơi nhỏ, số điện mơi cao, chịu nóng tốt, độ bền hóa già nhiệt cao, không bị biến dạng chịu tải trọng học f Gỗ Là loại vật liệu phù hợp với kỹ thuật lạnh Rất nhiều loại gỗ có độ bền học cao nhiệt độ thấp đặc biệt độ ẩm nhỏ Mô đun đàn hồi độ bền nén tăng nhiệt độ giảm Độ bền nén gỗ từ 800kg/cm2 800C tăng lên 1600kg/cm2 -1600C 1.1.3 Vật liệu cách nhiệt Các vật liệu cách nhiệt chế tạo từ chất hữu sử dụng nhiều để cách nhiệt lạnh Chúng có khả cách nhiệt tốt, sản xuất với quy trình cơng nghệ ổn định chất lượng, kích thước, dễ gia cơng lắp ghép ứng dụng kinh tế Các vật liệu có ý nghĩa polystyrol polyutheran a Polystyrol Bọt xốp polystyrol sử dụng làm vật liệu cách nhiệt cơng trình điều hịa khơng khí kỹ thuật lạnh chúng sử dụng rộng rãi dải nhiệt độ từ 300C -1700C Nhiệt độ giới hạn 700C, không sử dụng cách nhiệt cho nhiệt độ cao 700C Bọt xốp polystyrol sản xuất thiết bị tĩnh tạo bọt chất tạo bọt xử lý nhiệt 1000C Bọt polystyrol chia làm loại theo phương pháp sản xuất khác nhau: bọt xốp dạng trục bọt dạng hạt Độ bền nén cao, đạt 0,1 0,2 N/mm2 Polystyrol dễ bị cháy, có loại polystyrol khó cháy trộn phụ gia chống cháy Hình 2.2 Xốp cách nhiệt 35 b Polyurethan Xốp polyutheran sử dụng rộng rãi để cách nhiệt cho buồng lạnh đến nhiệt độ -1800C Ngồi cịn dùng để cách nhiệt tủ lạnh, đường ống hệ thống lạnh công nghiệp Polyutheran có ưu điểm độ bền đảm bảo, dễ chế tạo tạo bọt không cần phải gia nhiệt, không cần áp suất Các lỗ rỗng, không gian giới hạn cách ẩm, không gian hai vỏ,… dễ dàng tạo bọt polyutheran điền đầy Với polyutheran người ta áp dụng phương pháp cách nhiệt kinh tế với hiệu cách nhiệt cao dây chuyền sản xuất tủ lạnh, loại buồng lạnh lắp ghép với đơn vị cách nhiệt tiêu chuẩn Ngay cách nhiệt đường ống, thiết bị bình, Polyutheran có ưu điểm hẳn loại bọt xốp khác Đặc biệt phun trực tiếp bọt lỏng vào vách cách nhiệt nơi thi công Bảng Tính chất số vật liệu cách nhiệt (kg/m3) (W/mK) Bọt xốp styrôpo 10 60 0,030,04 40150 10 25 80 Bọt xốp polyutheran 30 50 0,0230,03 30 60 15 30 120 Bọt xốp nhựa urê 10 15 120 Bọt xốp PVC 40 60 0,030,04 150300 30 50 70 Bọt xốp nhựa phênon 30 60 0,0350,04 30 50 20 40 150 Bọt thủy tinh 130150 0,050,06 70 430 Lie 150350 0,040,05 20 - - Các loại sợi khoáng 20250 0,0350,05 17 35 0,033 1000 25 35 110 Bột perlit 35100 0,030,05 Bột acrosil 60 80 0,0230,03 Alfol nhiều lớp 18 0,0230,05 Wellit nhiều lớp 40-100 0,040,06 Vật liệu Bọt polyetylen 0,035 36 1,53,5 nén (N/cm2) tmax (0C) c Một số vật liệu cách nhiệt khác Không khí: Khơng khí có hệ số dẫn nhiệt nhỏ, áp suất khí = 0,025W/mK Để tạo vật liệu cách nhiệt có khă dẫn nhiệt nhỏ nữa, cần phải tìm chất khí có hệ số dẫn nhiệt nhỏ khơng khí Các chất vơ tự nhiên: Các vật liệu cách nhiệt chất vô tự nhiên gốm, thủy tinh, amiăng thường gia công thành sản phẩm hay bán sản phẩm trước sử dụng dạng tấm, sợi, bơng,… loại bơng thủy tinh, xỉ, thủy tinh bột, sợi amiăng, sợi gốm,… Các chất hữu tự nhiên: Các chất hữu tự nhiên trấu, sơ dừa, mùn cưa, …cũng dùng làm vật liệu cách nhiệt lạnh, nhiên cần phải có biện pháp chống chuột, chống mối, chống ẩm có cơng nghệ tiện dùng, kinh tế 1.1.4 Dầu bôi trơn a Nhiệm vụ dầu bôi trơn Dầu bôi trơn sử dụng hệ thống lạnh có máy nén Nhiệm vụ chủ yếu dầu bôi trơn là: - Bôi trơn chi tiết chuyển động máy nén, bề mặt ma sát, giảm ma sát tổn thất ma sát gây Riêng máy nén máy dãn nở ôxy khơng có dầu bơi trơn nén, dầu gây cháy nổ dãn nở, nhiệt độ hạ đột ngột dầu đông cứng lập tức; - Làm nhiệm vụ tải nhiệt từ bề mặt ma sát pittông, xilanh, ổ bi, ổ bạc,… vỏ máy để tỏa môi trường, đảm bảo nhiệt độ vị trí khơng q cao; - Chống rị rỉ mơi chất cho cụm bịt kín đệm kín cổ trục; - Giữ kín khoang nén máy nén trục vít b Yêu cầu dầu bôi trơn Dầu bôi trơn nằm máy nén dầu tham gia vào vịng tuần hồn mơi chất lạnh, qua tất thiết bị phụ hệ thống Chính vậy, dầu kỹ thuật lạnh có yêu cầu khắc khe: - Có đặc tính chống mài mịn chống sây sát bề mặt tốt; - Có độ nhớt thích hợp đảm bảo bơi trơn chi tiết; 37 - Có độ tinh khiết cao, khơng chứa thành phần có hại hệ thống lạnh như: ẩm, axit, lưu huỳnh không hút ẩm; - Nhiệt độ bốc cháy phải cao, cao nhiều so với nhiệt độ cuối trình nén; - Nhiệt độ đông đặc phải thấp, thấp nhiều so với nhiệt độ tiết lưu dàn bay hơi; - Nhiệt độ lưu động phải thấp nhiệt độ bay để đảm bảo tuần hoàn hệ thống hồi dầu dễ dàng máy nén (nếu dầu hịa tan hồn tồn vào mơi chất lạnh, việc tuần hoàn dầu dễ dàng); - Không tạo lớp trở nhiệt bề mặt trao đổi nhiệt trường hợp dầu phải hịa tan hồn tồn vào mơi chất; - Khơng làm giảm nhiệt độ bay hơi, qua làm giảm suất lạnh, trường hợp dầu khơng hịa tan vào mơi chất lạnh; - Khơng dẫn điện, có độ cách điện cao pha pha lỏng đặc biệt sử dụng cho hệ thống lạnh kín nửa kín; - Khơng gây cháy, nổ; - Khơng phân hủy phạm vi nhiệt độ vận hành (thường từ -600C đến 1500C, đặc biệt cho máy lạnh ghép tầng -800C chí -1100C); - Khơng tác dụng với môi chất lạnh, với vật liệu chế tạo máy vô hữu cơ, dây điện, sơn cách điện, dây quấn động cơ, với vật liệu hút ẩm để tạo sản phẩm có hại hệ thống lạnh, có hại cho động máy nén; - Tuổi thọ phải cao bền vững, đặc biệt hệ thống lạnh kín, làm việc liên tục từ 20 đến 25 năm ngang với tuổi thọ lốc tủ lạnh; - Phải không độc hại; - Phải rẻ tiền dễ kiếm; Trong thực tế, tất nhiên khơng thể tìm loại dầu bôi trơn lý tưởng đáp ứng đầy đủ yêu cầu (các yêu cầu nhiều mâu thuẫn nhau), ta tìm loại dầu cho trường hợp ứng dụng cụ thể để phát huy ưu điểm khắc phục nhược điểm c Phân loại dầu bơi trơn Dầu kỹ thuật lạnh chia thành 02 nhóm dầu khống dầu tổng hợp Ngồi cịn nhóm phụ dầu khống có phụ gia tổng hợp 38 - Dầu khoáng: loại dầu khống khơng có cơng thức hóa học cố định mà hỗn hợp nhiều thành phần gốc hyđrôcacbon từ dầu mỏ Hiện dầu khoáng sử dụng rộng rãi hệ thống lạnh - Dầu tổng hợp: Dầu tổng hợp sản xuất từ chất khác polyclycôl, loại este, silicol dầu tổng hợp gốc hyđrơcacbon So với dầu khống, dầu tổng hợp có chất lượng bơi trơn tốt hỗn hợp với môi chất lạnh, nhiệt độ đông đặc thấp hơn, mài mòn chi tiết thấp giá thành cao - Dầu khống có phụ gia tổng hợp: để cải thiện số tính chất dầu khoáng, người ta cho thêm vào dầu khoáng số phụ gia tổng hợp Trên thực tế sử dụng hỗn hợp dầu khoáng dầu tổng hợp phải thận trọng hỗn hợp khơng phát huy đặc tính u cầu mà lại tăng thêm nhược điểm Chính vậy, phải tiến hành thử nghiệm thận trọng trước sử dụng - Dầu este loại dầu đặc biệt dùng cho mơi chất freon khơng có clo d Các tính chất - Độ nhớt: Độ nhớt dầu bôi trơn thông số quan trọng nhất, định chất lượng việc bôi trơn, giảm tổn thất ma sát, giảm mài mòn thiết bị, tăng cường độ kín cho đệm kín cổ trục, đệm khác Độ nhớt dầu giảm bị môi chất lạnh hòa tan Đặc biệt nhiệt độ bay thấp cần có tỷ lệ hịa trộn thích hợp để đảm bảo dòng chảy, hồi lưu dầu máy nén - Khối lượng riêng: dầu lạnh nằm khoảng 0,87 ÷ 1,01g/cm3, phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất hàm lượng cacbuahyđrô thơm - Nhiệt độ đông đặc nhiệt độ lưu động: Nhiệt độ đông đặc nhiệt độ dầu hóa đặc Nhiệt độ lưu động nhiệt độ mà dầu cịn có khả lưu động thiết bị đường ống, bảo đảm vịng tuần hồn dầu bơi trơn hệ thống Thường nhiệt độ lưu động cao nhiệt độ đơng đặc ÷ 0C - Nhiệt độ bốc cháy: phụ thuộc vào có mặt nhóm dễ bay dầu Yêu cầu nhiệt độ bốc cháy dầu khống 160 ÷ 1800C trở lên - Tính axit dầu lạnh phải thấp để tránh ăn mòn chi tiết, hàm lượng lưu huỳnh tự do, chất cặn hắc ín phải nhỏ chúng thành phần làm biến chất, lão hóa tạo bùn dầu - Hàm lượng nước tính hút ẩm dầu: Nước hịa tan dầu, nhiên dầu lạnh có tính hút ẩm Tính hút ẩm tăng nhiệt độ tăng Nước hịa tan dầu khống Tốc độ hút ẩm dầu phụ thuộc vào loại dầu 39 - Sức căng bề mặt dầu ảnh hưởng đến chất lượng bơi trơn chống mài mịn chúng Sức căng bề mặt dầu phụ thuộc vào nhiệt độ, loại dầu, độ hịa tan, loại mơi chất lạnh định độ nhớt dầu - Điểm anilin: nhiệt độ tới hạn hòa tan dầu vào anilin để tạo dung dịch đồng Điểm anilin dùng để định hướng đánh giá tính ổn định hịa tan dầu mơi chất lạnh - Màu sắc dầu sáng có màu gián sáng Căn vào màu sắc đánh giá chất lượng dầu Màu dầu tốt chứng tỏ hàm lượng hắc ín dầu cao - Hình dạng dầu đặc trưng cho suốt hay không suốt quan sát qua chiều dày dầu định Dầu lạnh phải có độ suốt cao - Nhiệt dung riêng loại dầu lạnh nằm khoảng 1,6 ÷ 2,2 kJ/kgK - Độ dẫn điện: Đối với máy lạnh kiểu kín nửa kín, động bố trí nằm vỏ máy nén nên dầu có độ cách điện cao, điện áp xuyên thủng lớn để đảm bảo động làm việc an toàn - Độ dẫn nhiệt: hệ số dẫn nhiệt dầu tương đối nhỏ, nằm khoảng 0,1 ÷ 0,16W/mK Trong hệ thống lạnh, hệ số dần nhiệt lớn thuận lợi cho trình trao đổi nhiệt 2.2 Vật liệu cách ẩm, hút ẩm 2.2.1 Vật liệu cách ẩm a Yêu cầu vật liệu cách ẩm Do có tượng ngưng đọng ẩm vách cách nhiệt lạnh nên phải có lớp cách ẩm để tăng trở ẩm cho vật liệu, trường hợp vật liệu không đủ độ trở thấm ẩm Vật liệu cách ẩm cần có yêu cầu sau đây: - Có trở ẩm lớn có hệ số thấm ẩm nhỏ - Không ngậm nước - Phải bền nhiệt, khơng bị cứng, giịn, lão hóa nhiệt độ thấp bị mềm nóng chảy nhiệt độ cao - Khơng có mùi lạ, khơng độc, khơng ảnh hưởng tới sản phẩm bảo quản - Không gây ăn mịn tác dụng hóa học với vật liệu cách nhiệt xây dựng - Phải rẻ tiền dễ kiếm 40 b Một số vật liệu cách ẩm thông dụng Vật liệu cách ẩm chủ yếu bitum Trong kỹ thuật sử dụng 3-4 mác bitum NH-3, BH-4, BH-5 BH-5K (Liên xô cũ) Hệ số dẫn nhiệt từ 0,3….0,35W/mK Ngoài bitum, số vật liệu khác sử dụng để ngăn ẩm giấy nhôm, màng polyetylen, màng PVC, giấy dầu,… (bảng 10) Trong buồng lạnh lắp ghép, lợp tôn sử dụng làm vỏ cách nhiệt polyutheran đồng thời làm cách ẩm Bảng 10 Một số vật liệu cách ẩm Vật liệu cách ẩm Hệ số khuếch tán g/(mhMPa) Giấy nhôm 0,0054 Bitum 0,86 Hydrozol 11,38 Pergamin 1,20 Màng Polyetylen 0,0018 Giấy dầu 1,35 Bảng 11 Đặc tính kỹ thuật số mác Bitum Đặc tính Mác Bitum BH – BH – BH – BH – 5K Nhiệt độ nóng chảy, 0C 45 70 90 90 Nhiệt độ bắt cháy, 0C 200 230 230 230 Khối lượng riêng, kg/m3 1000 1000 1000 1000 c Các phương pháp cách ẩm Nói chung có phương pháp chống nhiễm ẩm cho cách nhiệt sau: - Sử dụng lớp cách ẩm với cách nhiệt - Nâng cao hệ số trở ẩm vật liệu cách nhiệt - Sử dụng lớp vữa có độ khuếch tán ẩm lớp phía phịng lạnh - Tạo áp suất dương phịng lạnh, qua tạo dịng khơng khí qua vách ngược chiều với độ giáng phân áp suất nước - Tác động nhân tạo vào áp suất riêng phần nước bề mặt lạnh vách cách nhiệt 41 Tuy nhiên có ba phương pháp có ý nghĩa thực tiễn Hình 2.3 Biến thiên áp suất nhiệt độ vách Hình 2.3 biểu diễn biến thiên nhiệt độ tx, áp suất riêng nước px áp suất nước bão hòa px’’ phụ thuộc vào độ dày x vách cách nhiệt; tx, px px” xác định qua độ chênh nhiệt độ hai bên vách thông số vật lý vách môi trường hai bên vách; tx px đường thẳng (hàm tuyến tính) px” hàm mũ Có hai trường hợp xảy ra: Trường hợp 1: Hai đường px px” không cắt nhau, px nằm px”, vách cách nhiệt khơng có vùng ngưng đọng ẩm Trường hợp 2: hai đường px px” cắt hai điểm Trong vách cách nhiệt xảy tượng ngưng đọng ẩm áp suất riêng phần p x cao áp suất bão hòa px” Đường áp suất thực nằm hai đường p x tính tốn áp suất bão hịa px” (đường liền hình 1) Để tránh tượng đọng sương vách cách nhiệt phải áp dụng biện pháp để đẩy đường px xuống không cắt đường px” để lượng ẩm khuếch tán từ phía nóng vào vách nhỏ lượng ẩm khuếch tán từ vách vào phòng lạnh 2.2.2 Vật liệu hút ẩm a Nhiệm vụ vật liệu hút ẩm Trong hệ thống lạnh amoniac Freon, ẩm (nước) lẫn vịng tuần hồn mơi chất lạnh có nhiều tác hại nghiêm trọng như: 42 - Tác dụng với dầu bôi trơn tạo axit vô cơ, keo dầu bùn, làm lão hóa dầu - Kết hợp với mơi chất lạnh tạo khí lạ, axit phân hủy mơi chất thủy phân, cản trở trao đổi nhiệt - Kết hợp với vật liệu chế tạo máy, cặn bẩn kim loại vô hữu tạo liên kết oxy hóa, ăn mịn phá hủy chi tiết máy thiết bị - Do hịa tan hồn tồn mơi chất (NH3) nên làm tăng nhiệt độ bay hơi, giảm suất lạnh, tiêu tốn lượng cao - Do khơng hịa tan mơi chất (freon) nên gây tắc ẩm cho tiết lưu Do tác hại ẩm hệ thống lạnh nên người ta đề nhiều biện pháp loại trừ có mặt ẩm vịng tuần hồn mơi chất lạnh như: - Sấy khô nghiêm ngặt chi tiết máy thiết bị trước lắp ráp sau bảo dưỡng, sửa chữa - Hạn chế độ ẩm tối thiểu môi chất lạnh, ammoniac không vượt 0,2% khối lượng, Freon công nghiệp không vượt 25 phần triệu, Frêon nạp tủ lạnh máy lạnh kín khơng q phần triệu khối lượng - Sấy chân không nhiều trước nạp gas hệ thống lạnh Sử dụng phin sấy lắp vịng tuần hồn mơi chất đường lỏng đường Phin sấy đường lỏng lắp trước phận tiết lưu phin sấy đường thường lắp sau dàn bay theo chiều chuyển động môi chất lạnh Tóm lại, vật liệu hút ẩm hệ thống lạnh có nhiệm vụ sau: - Hút ẩm giữ lạ axit, chất lạ có hại sinh trình vận hành máy lạnh, “sấy khô” môi chất lạnh, loại trừ tác hại ẩm hệ thống lạnh gây cho dầu bôi trơn chi tiết máy thiết bị - Chống tắc ẩm hệ thống lạnh Frêon b Yêu cầu vật liệu hút ẩm Bảng 12 giới thiệu số vật liệu hút ẩm dựa ba nguyên tắc hút ẩm nêu, khả phạm vi ứng dụng kỹ thuật lạnh Căn vào chức vật liệu hút ẩm hệ thống lạnh, vật liệu hút ẩm phải đáp ứng yêu cầu sau: - Có khả hút ẩm cao tính theo lượng ẩm hút đơn vị khối lượng áp suất riêng nước thấp - Có khả hút loại axit khí lạ có hại sinh trình vận hành hệ thống lạnh 43 - Khả hút ẩm sản phẩm có hại không phụ thuộc vào nhiệt độ phạm vi nhiệt độ vận hành - Có khả tái sinh dễ dàng nhờ nhiệt hóa chất - Khơng tác dụng với môi chất lạnh, dầu bôi trơn, ẩm sản phẩm phụ vật liệu chế tạo máy vơ hữu tạo chất có hại khác - Không làm chất xúc tác cho phản ứng có hại hệ thống lạnh - Có hình dạng cố định, khơng bị tơi rã theo môi chất lạnh làm tắc phận tiết lưu đường ống - Rẻ tiền, dễ kiếm Trong thực tế khơng có vật liệu hút ẩm lý tưởng Người ta phải chọn vật liệu hút ẩm cho trường hợp ứng dụng để phát huy ưu điểm hạn chế nhược điểm chúng Bảng 12 Phân loại vật liệu hút ẩm STT Nguyên tắc hút ẩm Ký hiệu hút ẩm Phạm vi ứng dụng Thành phần hóa học Ghi Silicagel SiO2 Hấp phụ Đất sét hoạt tính Al2O3 Nói chung sử dụng cho tất loại môi chất lạnh, đặt (Liên kết Rây phân tử, zêolit đường lỏng đường học) (Silicat nhôm kali, natri canxi) Hấp thụ Sunphat canxi CaSO4 Phản ứng hóa học Về ngun tắc dùng Ơxit canxi CaO (vơi đường hơi, P2O5 khơng thích sống) hợp cho NH3 đường Hạn chế sử dụng Ví dụ CaCl2 khơng thích hợp với mơi chất (Tạo tinh Clorua canxi CaCl2 lạnh, đặc biệt không đặt thể ngậm manhê đường lỏng, có CaSO4 cịn nước Perclorat Mg(ClO4)2 ứng dụng hyđrat) (Tạo axit bazơ) Oxyt bari BaO Pentôxit P2O5 phốt Tuy hiệu hút ẩm tốt song chất hóa học tạo khơng nên sử dụng hệ thống lạnh 44 c Một số vật liệu hút ẩm thường dùng kỹ thuật lạnh Zelôit silicat: Zelơit dùng hệ thống lạnh có cơng thức Na 12(AlO2)12(SiO2)12, kí hiệu 4A hay A4 dùng cho mơi chất freon R12 R22 Hiện người ta chế tạo loại zelơit có diện tích bề mặt lớn đến 800m2/g với kích thước lỗ A Khi thay Na Kali (K) canxi (Ca) chế tạo zeolit 0 đường kính lỗ từ A đến A Zelơit có khả hấp phụ ẩm tốt chịu ảnh hưởng nhiệt độ, dùng nhiều để hút ẩm hệ thống lạnh frêon Khả hấp phụ lớn gấp lần sillicagel Các phin sấy zelơit đặt cạnh máy nén, dàn ngưng hay bình chứa cao áp mà không sợ nhiệt độ cao Về nguyên tắc, bão hịa zelơit tái sinh phục hồi khả hút ẩm cách gia nhiệt tới nhiệt độ 450 – 5000C Tuy nhiên, thực tế zelôit làm việc hệ thống lạnh thường bị nhiễm bẩn dầu nên việc tái sinh hiệu Vì vậy, nói chung khơng nên tái sinh phin sấy cũ mà nên thay cần Silicagel SiO2 Cùng với zelôit, silicagel chất rắn hấp phụ ẩm dùng cho hệ thống lạnh frêon Silicagel SiO2 dạng xốp không định hình, kích thước lỗ khơng cố định, diện tích riêng bề mặt khoảng 500m2/g Khả hấp phụ silicagel giảm từ nhiệt độ tăng đến 40 – 50 C Vì khơng bố trí phin sấy silicagel gần thiết bị có nhiệt độ cao máy nén, dàn ngưng hay bình chứa cao áp Khả hấp phụ silicagel tái sinh sấy nhiệt độ 120 đến 200 0C vòng 12 Tuy vậy, zelôit, hiệu tái sinh silicagel hạn chế, nên thay phin sấy cần thiết Một số vật liệu hút ẩm khác: Đất sét hoạt tính có cấu trúc tương tự, có khả hút ẩm, loại axit, bazơ chất lạ hình thành trình vận hành máy lạnh CO 2, NH3, SO2, H2S hydrocacbon Hiện người ta nghiên cứu để sử dụng đất sét hoạt tính làm chất chống ẩm hệ thống lạnh Các chất lỏng hấp thụ ẩm thực tế sunfat canxi CaSO4, clorua canxi CaCl2 perelorat magiê Mg(ClO4)2 không sử dụng để hút ẩm hệ thống lạnh nhiều nhược điểm tính chất cơ, hóa, lý Nếu sử dụng khơng bố trí đường lỏng 45 Các chất có phản ứng hóa học với nước có hiệu khử ẩm cao, tác dụng hóa học chúng lại tạo chất khác nên thực tế dùng hệ thống lạnh Các vật liệu hút ẩm loại như: vôi sống (CaO), oxitbari, penoxit phốt P2O5 bố trí hệ thống lạnh tạo loại axit bazơ gây ăn mòn thiết bị, làm lão hóa phá hủy dầu bơi trơn, phá hủy sơn cách điện làm chập mạch cuộn dây máy nén kín nửa kín,… Câu hỏi tập chương Câu hỏi Đặc điểm, yêu cầu vật liệu sử dụng máy thiết bị lạnh? Quan hệ tính chất vật liệu kim loại dung máy thiết bị với tính chất hố lý mơi chất dầu bơi trơn? từ rút kết luận sử dụng? vật liệu phi kim loại chủ yếu dung hệ thống máy thiết bị lạnh? Tính chất chúng thay đổi theo nhiêt độ, môi trường dầu môi chất lạnh? Các vật liệu cách nhiệt thường sử dụng đâu hệ thống máy thiết bị lạnh? Đặc điểm yêu cầu kỹ thuật chính? Kể tên nêu vắn tắt tính chất vật liệu cách nhiệt hay sử dụng máy hệ thống lạnh Vật liệu hút ẩm dùng kỹ thuật lạnh có loại chính? Tính chất cơng nghệ sử dụng zeôlit sillicagen? Đặc điểm yêu cầu dầu bôi trơn máy lạnh? Các loại dầu, tính chất phạm vi ứng dụng hệ thống máy lạnh? Bài tập thực hành học sinh, sinh viên: nhận biết vật liệu kỹ thuật lạnh Giáo viên: - Chia lớp thành nhiều nhóm, nhóm từ (5 ÷ 7) học sinh - Chuẩn bị mẫu vật liệu kỹ thuật lạnh: vật liệu kim loại phi kim, vật liệu cách nhiệt, vật liệu hút ẩm số loại dầu bôi trơn thông dụng - Hướng dẫn học sinh phân biệt nhận biết loại vật liệu kỹ thuật lạnh: + Nhận biết vật liệu kim loại phi kim 46 + Nhận biết vật liệu cách nhiệt bản: polyutheran polystyrol + Phân biệt loại dầu bôi trơn + Nhận biết loại vật liệu hút ẩm cách ẩm, phân biệt vật liệu zêolit sillicagen * Yêu cầu đánh giá kết học tập: Mục tiêu Nội dung Kiến thức - Trả lời đầy đủ câu hỏi; Điểm Kỹ - Nhận dạng vật liệu kim loại, phi kim loại, vật liệu cách nhiệt, hút ẩm, dầu bôi trơn thông dụng, hút ẩm, cách ẩm, zêôlit, sillicagen Thái độ - Nộp tập hạn (1 tuần nhà), tập nghiêm túc, Tổng 10 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1- PGS.TS Nguyễn Đức Lợi, Vũ Diễm Hương, Nguyễn Khắc Xương - Vật liệu kỹ thuật nhiệt kỹ thuật lạnh, Nhà xuất Giáo Dục 2- Nguyễn Xuân Phú, Hồ Xuân Thanh - Vật liệu kỹ thuật điện, NXB Khoa học kỹ thuật 3- Nguyễn Đình Thắng - Vật liệu kỹ thuật điện, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội -2006 4- Nguyễn Đình Thắng - Giáo trình vật liệu điện, Nhà xuất Giáo Dục - 2004 48 ... thức vật liệu kỹ thuật điện vật liệu kỹ thuật nhiệt lạnh - Xác định ứng dụng vật liệu sử dụng kỹ thuật điện kỹ thuật lạnh - Lựa chọn vật liệu để lắp đặt sửa chữa hệ thống điện lạnh - Nghiêm... Chương 1: Vật liệu kỹ thuật điện 14 11 Vật liệu cách điện (chất điện môi) Vật liệu dẫn điện Kiểm tra Thi/ Kiểm tra 1 Chương 2: Vật liệu kỹ thuật lạnh 15 11 Vật liệu kỹ thuật lạnh Vật liệu cách... Chương 1: Vật liệu kỹ thuật điện Chương 2: Vật liệu kỹ thuật lạnh Chương Vật liệu kỹ thuật điện Mục tiêu: - Trình bày khái niệm cấu tạo vật liệu dẫn điện, cách điện - Phân loại xác chức vật liệu cụ