Chng 1 98 Chương 6 THIẾT BỊ NGƯNG TỤ 6 1 Đặc điểm của thiết bị ngưng tụ trong hệ thống lạnh 6 1 1 Vai trò, vị trí của thiết bị ngưng tụ Trong các hệ thống lạnh, thiết bị ngưng tụ (TBNT) và thiết bị bay hơi (TBBH) là các thiết bị trao đổi nhiệt chủ yếu, chúng chiếm khoảng 50 70% về khối lượng và 45 60% về thể tích của toàn bộ hệ thống lạnh Đây cũng là 2 trong số 4 phần tử cơ bản của hệ thống lạnh (cùng với máy nén và thiết bị tiết lưu) ) Ngoài ra còn có những thiết bị phụ khác cũng thực hiện các.
Chương THIẾT BỊ NGƯNG TỤ 6.1 Đặc điểm thiết bị ngưng tụ hệ thống lạnh 6.1.1 Vai trị, vị trí thiết bị ngưng tụ Trong hệ thống lạnh, thiết bị ngưng tụ (TBNT) thiết bị bay (TBBH) thiết bị trao đổi nhiệt chủ yếu, chúng chiếm khoảng 50 - 70% khối lượng 45 - 60% thể tích toàn hệ thống lạnh Đây số phần tử hệ thống lạnh (cùng với máy nén thiết bị tiết lưu) ) Ngồi cịn có thiết bị phụ khác thực trình trao đổi nhiệt khác để nâng cao hiệu hoạt động hệ thống thiết bị lạnh, thiết bị hồi nhiệt, bình trung gian số loại bình tách dầu Thiết bị ngưng tụ thiết bị trao đổi nhiệt để biến mơi chất lạnh có áp suất nhiệt độ cao sau trình nén thành trạng thái lỏng Môi trường nhận nhiệt thiết bị ngưng tụ gọi môi trường làm mát (thường nước không khí) 6.1.2 Đặc điểm thiết bị ngưng tụ Các thiết bị ngưng tụ có ảnh hưởng lớn tới đặc tính lượng máy lạnh Do bề mặt trao đổi nhiệt thiết bị ngưng tụ lớn nên nhiệt độ ngưng tụ tk hệ thống lạnh lớn nhiệt độ môi trường xung quanh Chính trị số độ chênh lệch nhiệt độ 'tk gây nên độ khơng thuận nghịch bên ngồi chu trình nhiệt động dẫn đến tổn thất lượng Để giảm tổn thất lượng thiết bị trao đổi nhiệt phải vận hành thiết bị độ chênh nhiệt độ nhỏ phụ tải nhiệt riêng phải thấp, với điều kiện áp suất cao thiết bị ngưng tụ tính chất riêng mơi chất lạnh sơi ngưng, máy lạnh làm việc điều kiện phụ tải nhiệt riêng (cơng suất nhiệt tính cho 1m2 bề mặt truyền nhiệt) thấp, khoảng 1100 – 11000 W/m2, đồng thời thiết bị trao đổi nhiệt phải tính tốn theo phương pháp quan hệ riêng khơng phải theo cách tính thơng thường Để tăng cường trình trao đổi nhiệt ngưng, phải tìm cách tạo dịng chảy rối, phá vỡ tách màng chất ngưng khỏi bề mặt trao đổi nhiệt 98 6.2 Khái niệm Phân loại thiết bị ngưng tụ 6.2.1 Khái niệm thiết bị ngưng tụ Thiết bị ngưng tụ thiết bị trao đổi nhiệt để hóa lỏng mơi chất sau nén chu trình máy lạnh Thiết bị ngưng tụ thường thiết bị trao đổi nhiệt bề mặt Hơi mơi chất có áp suất, nhiệt độ cao truyền nhiệt cho nước hay khơng khí làm mát (qua bề mặt ngăn cách ống hay kênh dẫn), bị nhiệt môi chất giảm nhiệt độ đến nhiệt độ nhiệt độ bão hịa (hay nhiệt độ sơi) áp suất ngưng tụ bắt đầu ngưng tụ thành lỏng Bỏ qua tổn thất ma sát môi chất ống xem áp suất mơi chất khơng thay đổi suốt q trình ngưng tụ Nhiệt độ ngưng tụ (tk) suốt trình số Áp suất (p k) nhiệt độ ngưng tụ (tk) xác định đồ thị hay bảng mơi chất bão hịa, biết hai thông số xác định thơng số cịn lại Trong thiết bị ngưng tụ xảy trình lạnh lỏng tức hạ nhiệt độ lỏng ngưng tụ thấp nhiệt độ ngưng tụ Sau toàn ngưng tụ thành lỏng, lỏng ngưng tụ lại tiếp tục bị hạ nhiệt độ nhỏ nhiệt độ ngưng tụ tk, môi chất làm lạnh lỏng: t ql < tk Nhưng để đạt q trình phải có điều kiện bề mặt F thiết bị ngưng tụ đủ lớn (ống đủ dài), nhiệt độ môi trường làm mát thấp (chẳng hạn làm mát nước giếng, nước máy) hay cường độ truyền nhiệt cao (khi quạt gió mạnh, bơm nước lưu lượng lớn) Nước làm mát Hơi môi chất Môi chất lỏng Môi chất Nước làm mát Vùng Vùng Vùng hạ ngưng nhiệt độ Hình 6-1 Q trình ngưng tụ 99 6.2.2 Phân loại thiết bị ngưng tụ a Theo môi trường làm mát, chia thiết bị ngưng tụ thành nhóm: Thiết bị ngưng tụ làm mát nước Thiết bị ngưng tụ làm mát nước khơng khí Thiết bị ngưng tụ làm mát khơng khí Thiết bị ngưng tụ làm mát môi chất sôi hay sản phẩm công nghệ b Theo đặc điểm trình ngưng tụ mơi chất, chia thiết bị ngưng tụ thành nhóm lớn: x x Thiết bị ngưng tụ có mơi chất ngưng bề mặt ngồi bề mặt trao đổi nhiệt thiết bị kiểu ống vỏ nằm ngang, kiểu ống vỏ đứng hay kiểu ống lồng ống … Thiết bị ngưng tụ có mơi chất ngưng mặt bề mặt trao đổi nhiệt, thiết bị kiểu panen, kiểu tưới, kiểu bay hơi, dàn ngưng tủ lạnh gia đình, máy lạnh thương nghiệp cơng nghiệp … Đây nhóm thiết bị ngưng tụ sử dụng rộng rãi hệ thống lạnh c Theo đặc điểm q trình lưu động mơi trường làm mát qua bề mặt trao đổi nhiệt chia thiết bị ngưng tụ thành nhóm: Thiết bị ngưng tụ có mơi trường làm mát tuần hồn tự nhiên Thiết bị ngưng tụ có mơi trường làm mát tuần hồn cưỡng Thiết bị ngưng tụ có tưới chất lỏng làm mát * Đây thiết bị ngưng tụ sử dụng rộng rãi cho hiệu cao điều kiện khí hậu nước ta : Thiết bị ngưng tụ làm mát nước (bình ngưng ống vỏ nằm ngang) Thiết bị ngưng tụ làm mát nước khơng khí (thiết bị ngưng tụ kiểu bay hay kiểu xối tưới) Thiết bị ngưng tụ làm mát không khí lưu động cưỡng (có quạt) dàn ngưng khơng khí Trong máy lạnh dân dụng thương nghiệp công suất nhỏ hay gặp thiết bị ngưng tụ làm mát khơng khí đối lưu tự nhiên (khơng có quạt) 100 6.3 Thiết bị ngưng tụ làm mát nước Gồm bình ngưng ống vỏ nằm ngang, bình ngưng ống vỏ thẳng đứng, thiết bị ngưng tụ kiểu phân tử kiểu ống lồng 6.3.1 Bình ngưng tụ kiểu ống vỏ nằm ngang Đây loại bình ngưng áp dụng rộng rãi máy nén NH Freon a Cấu tạo chung bình ngưng NH3 Freon: Bình ngưng tụ kiểu ống vỏ nằm ngang dùng phổ biến cho hệ thống lạnh suất trung bình lớn (khoảng 1,5 đến 3500 kW), dùng thích hợp cho nơi có nguồn nước sẵn nước, giá thành nước khơng cao Bình ngưng gồm bình hình trụ nằm ngang chứa bên nhiều ống trao đổi nhiệt thép dạng thẳng dạng hình chữ U có đường kính nhỏ núc vào hai mặt sàng hai đầu bình ngưng Bình ngưng có nắp hai đầu, ống dẫn nước vào hàn vào nắp, nắp có chắn để tạo số hành trình cần thiết nước chảy Hai nắp siết chặt với mặt bích hai mặt sàng bulơng tạo thành buồng nước có vách ngăn 10 Hình 6-2 : Sơ đồ cấu tạo bình ngưng ống vỏ nằm ngang nối van an tồn Van xả khơng khí khoang nước ống nối đường cân với ống nước làm mát bình chứa ống NH3 vào ống nước làm mát vào áp kế van xả nước ống nối van xả khí khơng ngưng 10 ống NH3 lỏng 101 b Nguyên lý họat động: Hơi mơi chất nóng từ máy nén đưa vào phần bình ngưng qua đường ống bao phủ không gian ống, tỏa nhiệt cho nước làm mát ống ngưng tụ thành lỏng Để tăng tốc độ nước truyền nhiệt nước lạnh, để kéo dài đường nước bình ngưng, bố trí cho nước qua lại nhiều lần trước theo ống dẫn Lỏng ngưng tụ phần bình dẫn ngồi qua ống 10 vào bình chứa Để lỏng liên tục vào bình chứa phải có ống nối cân (qua đầu 2) bình ngưng bình chứa Hình 6-3 : Bình ngưng ống vỏ nằm ngang 102 c Sự khác biệt bình ngưng ống vỏ nằm ngang NH bình ngưng ống vỏ nằm ngang Freon: Cấu tạo Bình ngưng ống vỏ Bình ngưng ống vỏ nằm ngang NH3 nằm ngang Freon - Các ống trao đổi nhiệt bình ngưng amơniắc thường ống trơn, thẳng mà có hình chữ U (khi bình ngưng có nắp nên cấu tạo đơn giản hơn, khó làm vệ sinh phía nước) - Các ống trao đổi nhiệt thường bình ngưng Freon ống đồng có cánh nhơm lồng vào bề mặt ống để tăng cường khả truyền nhiệt Hình dạng cánh có ảnh hưởng - Các ống bình ngưng NH3 đến cường độ q trình thường làm thép có trao đổi nhiệt hiệu ngưng tụ đường kính d = 25 u 2,5mm, bố trí theo hình tam giác mặt sàng với bước ống - Các ống bình ngưng nằm ngang 34mm Trên tàu Freon thường làm đồng thuỷ ống bình có đường kính d = 20 u 3mm ngưng thường làm dày 16 x 2mm Sử dụng ống 3-4 mm đồng đắt tiền ống thép - Đối với NH3, dầu bơi trơn có hệ số dẫn nhiệt lớn bay theo NH3 rơi vào bình làm giảm trở nhiệt ngưng nặng khó tan vách ống, dễ làm cánh NH nên phải có bầu khơng bị gỉ sét gom dầu đáy bình để dầu lắng đọng bầu định kỳ thải qua van Năng suất - Phụ tải nhiệt bình ngưng NH3 khoảng 4000 – 5000W/m vận tốc nước khoảng 0,8 – 1,5 m/s, độ chênh lệch nhiệt độ trung bình lơganrit – K - Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt F = 25 – 300 m2 103 - Phụ tải nhiệt bình ngưng Freon khoảng 3500 – 23000W/m với vận tốc nước 1,5 – m/s KT* – 10 KT* – 20 KT* – 25 KT* – 32 KT* – 40 KT* – 50 KT* – 65 KT* – 90 KT* – 110 KT* – 140 KT* – 180 KT* – 250 KT* – 300 KT* – 500 KT* – 630 KT* – 800 KT* – 1250 Kiểu Đường kính Dt 408 500 500 500 600 600 600 800 800 1000 1000 1200 1200 1600 1800 1800 2200 F, m2 20 25 32 40 50 65 90 110 140 180 250 300 556 710 957 1370 Bề mặt truyền nhiệt Dung tích khơng gian, m3 1880 2930 3430 4430 3520 4520 5520 4640 5640 4750 5750 5845 6845 7190 7222 9305 9890 535 810 810 810 910 910 910 1110 1110 1330 1330 1520 1520 2632 3695 3695 3500 760 910 910 910 1000 1000 1000 1230 1230 1670 1670 1940 1940 3230 3426 3430 4175 104 99 144 144 144 216 216 216 386 386 614 614 870 870 897 1023 1023 1472 10 8 8 8 8 8 8 ;4 ;8 ;4 ;4 ;8 ;4 ;8 1500 2500 3000 4000 3000 4000 5000 4000 5000 4000 5000 5000 6000 6010 6010 8010 8030 0,16 0,078 555 0,32 0,15 995 0,39 0,17 1140 0,52 0,19 1440 0,53 0,25 1555 0,70 0,32 1980 0,885 0,40 2430 1,26 0,61 3300 1,58 0,72 4000 2,0 1,02 5330 2,5 1,23 6450 3,5 1,77 9360 4,1 2,0 10930 6,5 5,2 23000 8,0 6,9 29000 10,8 8,5 37000 16,2 14,6 60000 Chiều Khối Số lượng Số lối z dài ống ống n l, mm Ngoài Trong kg Rộng Dài L Cao H B ống ống Kích thước, mm * Bảng 6-1 Bình ngưng ống vỏ NH3 nằm ngang Liên Xô chế tạo Dùng cho NH3 Prôpan - Dùng cho NH3 Ghi KT* – KT* – KT* – KT* – 12 KT* – 18 KT* – 25 KT* – 35 KT* – 50 KT* – 65 KT* – 85 KT* – 110 KT* – 150 KT* – 200 KT* – 260 KT* – 380 KT* – 500 Kiểu 4,8 6,8 9,0 12,8 18,0 30,0 40,0 49,6 62,0 92,5 107,0 150,0 200,0 260,0 407,0 500,0 Fng, m2 Bề mặt thực tế 105 194 219 273; 377 377; 325 377; 325 404 404 404 500 500 600 600 800 800 900 900 vỏ D, mm l, m 1,0 1,5 1; 1; 1,80 1,50 2,00 2,50 2,0 3,0 2,50 3,50 3,0 4,0 4,0 5,0 Đường kính Chiều dài ống * Bảng 6-2 Bình ngưng ống vỏ NH3 nằm ngang Liên Xơ chế tạo 23 29 46; 53 86 86 135 135 135 210 210 293 293 455 455 680 680 Số ống n 4; 4; 4; 4; 4; 4 4; 4; 4; 2 Số lối z 15,4 21,5 30,8 43,3 63,8 104,7 140,0 173,0 216,0 322,0 373,0 523,0 700,0 1360,0 kcal/h Phụ tải lớn Qk, 1000 6.3.2 Bình ngưng tụ ống vỏ thẳng đứng Đây loại bình ngưng áp dụng rộng rãi hệ thống lạnh NH3 cơng suất lớn Cấu tạo : Bình ngưng tụ kiểu ống vỏ thẳng đứng có vỏ hình trụ trịn đặt thẳng đứng, có mặt sàng hàn vào hai đầu bình Các ống trao đổi nhiệt làm thép có đường kính d = 57 x 3,5 mm núc vào mặt sàng Trong loại bình ngưng này, nước khơng chứa đầy tồn ống mà chảy thành lớp mỏng bề mặt ống tác dụng trọng lực Trên bình ngưng có đặt thùng cấp nước có lỗ nút hình để phân phối nước làm chảy thành màng mặt ống Các nút thường có rãnh xoắn để nước chuyển động vịng theo bề mặt nhằm tăng cường trình trao đổi nhiệt Nguyên lý hoạt động : Hơi NH3 vào chùm ống từ bên hơng phía thân bình ngưng, toả nhiệt nước nước chảy thành màng bề mặt ống ngưng tụ thành lỏng Mơi chất lỏng NH3 theo mặt ngồi ống chảy xuống dẫn ống hàn vào thân cách mặt sàng khoảng 80 mm để tránh dầu vào bình chứa vào thiết bị bay Nước giải nhiệt dẫn từ thùng cấp nước đặt bình ngưng qua lỗ nút chảy vào chùm ống truyền nhiệt Nhờ nút có rãnh xoắn nên nước chảy thành màng mỏng dọc theo bề mặt ống tăng khả trao đổi nhiệt Nước sau nhận nhiệt từ môi chất chảy vào bể chứa bêtông đáy bình Năng suất làm việc : Phụ tải nhiệt bình ngưng ống vỏ thẳng đứng NH3 khoảng 4000 – 5200W/m2 với độ chênh lệch nhiệt độ trung bình lôganrit – K Khi công suất nhiệt 1,160kW, lượng nước làm mát yêu cầu khoảng 150 – 160 lít/h Hệ số truyền nhiệt bình ngưng khoảng 700 – 900 W/m2.K 106 800 1000 1000 1200 1400 75 100 125 150 250 1650 1450 1220 1220 1020 920 ngang kính 700 Chiều Đường 5500 5000 6000 5000 5500 5500 cao Chiều Kích thước, mm 50 F, m2 Diện tích bề mặt truyền nhiệt * Bảng 6-3 Bình ngưng ống vỏ thẳng đứng 312 210 150 150 96 64 Số ống n 107 125 100 80 80 70 70 Ống mm 50 50 40 40 32 32 lỏng Ống Đường kính ống vào 3,64 2,64 2,20 1,80 1,27 1,12 m3 Thể tích ống, 10815 6820 5700 4750 3365 2490 bị Thiết 16300 10500 8800 6300 5200 3500 làm việc Khi thiết bị kg Trọng lượng 6.4 Thiết bị ngưng tụ làm mát khơng khí Loại dàn ngưng thường sử dụng tủ lạnh gia đình, quầy hàng thực phẩm tươi sống, máy điều hịa khơng khí, phương tiện giao thơng vận tải nơi giải nhiệt nước khơng có đủ nước để giải nhiệt Dàn ngưng khơng khí chia làm loại: đối lưu tự nhiên đối lưu cưỡng 6.4.1 Dàn ngưng đối lưu tự nhiên Loại dàn ngưng đối lưu tự nhiên có cấu tạo chùm ống xoắn phẳng nhơm đồng có đường kính 4,8 y 6,5mm có bước ống 40 y 60mm Cánh sợi dây thẳng thép có đường kính y 1,5mm có bước cánh y 9mm hàn điểm vào chùm ống xoắn Hình 6-9 : Dàn ngưng khơng khí đối lưu tự nhiên Loại dàn ngưng có hệ số làm cánh E = 2,5 – hệ số truyền nhiệt vào khoảng k = Dng = – 12 W/m2K Trong thời gian gần đây, người ta sử dụng loại ống liền cánh để làm dàn ngưng khơng khí đối lưu tự nhiên Chúng có cấu tạo chùm ống xoắn có đường kính y 6mm có bước ống 35 y 60mm hàn lên kim loại có bề dày 0,5 y 1mm hai nhôm dập thành rãnh áp sát vào tạo thành rãnh cho môi chất lạnh ngưng tụ Loại dàn ngưng có ống liền cánh có hệ số làm cánh E = – 10 114 6.4.2 Dàn ngưng đối lưu cưỡng a Cấu tạo: Dàn ngưng đối lưu cưỡng thường gồm có ống xoắn có cánh xếp nhiều dãy dùng quạt hướng trục thổi qua với vận tốc – m/s để tạo chuyển động không khí Dàn ngưng bao gồm ống thẳng ống hình chữ U nối thơng với nhau, dãy có hai hay nhiều dãy (cụm) nối song song qua ống góp Vật liệu ống thường ống thép ống đồng có đường kính từ 10 – 30 mm, có cánh thép nhơm cánh sắt bên ngồi Các ống có cánh thường có đường kính 12 x 1mm, bước ống 26mm, chiều dày cánh 0,2 – 0,8mm, bước cánh nằm khoảng 3÷12mm Mỗi cụm có 10 – 12 ống b Nguyên lý hoạt động: Hơi môi chất ống xoắn nhả nhiệt cho khơng khí bên ngồi ống để ngưng tụ thành lỏng Sự chuyển động khơng khí nhờ quạt hướng trục thổi qua với vận tốc 4y5m/s c Năng suất làm việc: Phụ tải nhiệt tính 1m2 bề mặt ngồi vào khoảng 180 – 340W/m2, hệ số truyền nhiệt khoảng 30 – 35W/m2K với vận tốc khơng khí khoảng – m/s d Ưu nhược điểm thiết bị: + Ưu điểm: - Khơng dùng nước phí vận hành giảm Điều phù hợp nơi thiếu nước khu vực thành phố khu dân cư đông đúc - Không sử dụng hệ thống bơm, tháp giải nhiệt, vừa tốn lại gây ẩm ướt môi trường xung quanh - Đơn giản, dễ sử dụng - So với thiết bị ngưng tụ giải nhiệt nước, dàn ngưng khơng khí hư hỏng bị ăn mòn + Nhược điểm: - Chịu ảnh hưởng nhiều vào điều kiện khí hậu - Mật độ dịng nhiệt thấp, nên kết cấu cồng kềnh thích hợp cho hệ thống cơng suất nhỏ trung bình - Đối với dàn ngưng giải nhiệt khơng khí cưỡng phải sử dụng quạt gió o sinh tiếng ồn làm ảnh hưởng đến môi trường sống làm việc 115 Hình 6-10 : Dàn ngưng khơng khí đối lưu cưỡng 116 Bảng 6-4 Dàn giải nhiệt khơng khí Năng suất lạnh máy Qo, Diện tích truyền nhiệt F, kW m2 3,5 Lưu lượng quạt gió V Đường kính Cơng suất bánh xe cơng truyền tác quạt động cho gió D quạt gió Số vòng quay m3/h mm kW vg/s 15,0 2000 400 - 11,0 7,0 35,2 2550 500 0,55 22,8 10,5 61,5 4400 500 0,55 22,8 Ghi : Quạt gió có cánh Bảng 6-5 Dàn ngưng NH3 giải nhiệt không khí ống lưỡng kim cánh trịn Diện tích Lưu lượng Phụ tải truyền khơng khí nhiệt dàn nhiệt F, V, ngưng Qk m2 m3/h kW 325 30000 81 850 100000 268 1800 205000 559 5300 425000 1163 7500 640000 1745 Chiều Số hàng dài ống Hệ số Bố trí ống l, chùm làm cánh chùm ống m ống E Nằm ngang Zích zắc 117 9 4 9 14,6 6.5 Thiết bị ngưng tụ làm mát nước khơng khí 6.5.1 Thiết bị ngưng tụ kiểu tưới a Cấu tạo: Thiết bị ngưng tụ kiểu tưới chế tạo gồm nhiều cụm, thường có đến cụm Mỗi cụm gồm có 14 chùm ống nằm ngang đường kính d = 57 x 3,5 mm có diện tích bề mặt trao đổi nhiệt 15 m2 đặt song song 12 13 14 11 10 Hình 6-11 : Sơ đồ cấu tạo thiết bị ngưng tụ kiểu tưới Đồng hồ cao áp Bơm nước Van an toàn Bộ lọc khí Hơi cao áp cấp vào 10 Bể nước Đường cân 11 Van phao Đường xả khí khơng ngưng 12 Lỏng cao áp Dàn tưới 13 Đường xả dầu Ống trao đổi nhiệt 14 Xả nước tràn 118 b Nguyên lý hoạt động: Thiết bị ngưng tụ kiểu tưới làm mát nước khơng khí Nước tưới bên ngồi ống, mơi chất bên ống Hơi môi chất nhả nhiệt cho nước tưới để ngưng tụ tạo thành lỏng Nước làm mát nhận nhiệt o nóng lên: phần bay hơi, phần nhả nhiệt cho khơng khí bên ngồi Phần nhả nhiệt cho khơng khí bên ngồi + lượng nước bổ sung o nước nguội lại trạng thái ban đầu bơm bơm lên dàn tưới Chu trình tiếp diễn c Năng suất làm việc: - Phụ tải nhiệt thiết bị ngưng tụ kiểu tưới tương đối cao q = 4100 – 5200 W/m2 - Hệ số truyền nhiệt khoảng 700 – 900 W/m2K - Lượng nước xối tưới cho chùm ống vào khoảng 10 – 12 m3/h d Ưu nhược điểm thiết bị: + Ưu điểm: - Dễ chế tạo, đơn giản có khả sử dụng nước bẩn + Nhược điểm: - Cồng kềnh, tốn nhiều kim loại, ảnh hưởng mạnh đến thời tiết, o sử dụng cho hệ thống lạnh nhỏ trung bình - Nước bị văng o làm vệ sinh khu vực xung quanh tốn lượng nước đáng kể - Sẽ ăn mòn kim loại ống trao đổi nhiệt sắt hay thép 119 6.5.2 Thiết bị ngưng tụ kiểu bay a Cấu tạo Hình 6-12 : Sơ đồ cấu tạo thiết bị ngưng tụ kiểu bay Vịi phun nước 12 Đường lỏng mơi chất Dàn ống ngưng tụ 13 Ống trích lỏng trung gian Bơm 14 Tấm chắn nước Bộ lọc 15 Quạt gió 10 Bể nước 16 Vỏ thiết bị 11 Van phao 120 Thiết bị ngưng tụ kiểu bay (còn gọi tháp ngưng tụ) kiểu thiết bị ngưng tụ dùng nước tưới, khác với thiết bị ngưng tụ kiểu xối tưới chỗ thiết bị khơng khí chuyển động cưỡng từ lên nhờ bố trí quạt hút hay quạt đẩy hướng trục Khác với thiết bị ngưng tụ kiểu xối tưới, tất thiết bị (trừ bơm đường ống nước) đặt vỏ kín để cửa đưa gió vào miệng thổi quạt thông với môi trường bên ngồi b Ngun lý hoạt động : Hơi mơi chất ống xoắn trao đổi nhiệt truyền nhiệt cho nước chảy thành màng ống thiết bị phân phối nước đặt phía phun xuống Nước nóng lên bay phần Nước gặp gió hút từ lên qua cửa gió nhờ quạt hút đặt phía thiết bị lại bơm nước bơm lên vòi phun Nước bổ sung vào qua ống với số lượng lượng nước bay nước bị gió theo Nhờ chắn nước 14 mà lượng nước tổn thất gió theo c Năng suất làm việc : Phụ tải nhiệt vào khoảng 1400 – 1900 W/m2, hệ số truyền nhiệt k = 450 – 600 W/m2K với độ chênh lệch nhiệt độ trung bình môi chất chất làm mát 'ttb = – 3K Điện tiêu thụ cho động bơm, quạt khoảng 20 – 30W cho 1kW lạnh d Ưu nhược điểm thiết bị: + Ưu điểm: - Tiết kiệm nước bổ sung (chỉ khoảng 3%) - Tương đối đơn giản, dễ chế tạo, lắp đặt, vận hành lại đạt hiệu truyền nhiệt cao o chế tạo ngày nhiều - Có thể đặt ngồi trời để tiết kiệm diện tích mặt gian máy - Rất vệ sinh, không gây ẩm cho môi trường xung quanh + Nhược điểm: - Cũng thiết bị làm mát nước khơng khí thiết bị ngưng tụ kiểu bay ảnh hưởng mạnh vào trạng thái khí tượng, thời tiết thay đổi theo mùa năm hay lượng khơng khí bên ngồi 121 Hình 6-13 : Thiết bị ngưng tụ kiểu bay 122 Bảng 6-6 Thiết bị ngưng tụ kiểu bay Kích thước, mm Lưu Công Lượng lượng suất nước bổ không động sung khí quạt gió l/s kW kg/s Chiều Qk, kW Bề mặt truyền nhiệt F, m2 dài rộng cao 160 100 1200 4000 4050 12 0,07 3x2,0 560 400 2400 4000 4050 24 0,27 4x6,0 835 600 3600 4000 4050 36 0,54 6x12,0 1120 800 4800 4000 4050 48 0,81 8x12,0 1400 1000 6000 4000 4050 60 1,08 10x15,0 Phụ tải nhiệt Chiều Chiều Bảng 6-7 Thiết bị ngưng tụ kiểu bay Phụ tải nhiệt phần thiết bị kW Lưu lượng Bề mặt khơng khí truyền nhiệt F, m2 m3/s Lưu lượng nước, l/s Số vòi phun Tuần hoàn Bổ sung 380 131 12,20 8,8 0,21 16 615 212 19,44 13,9 0,33 26 928 318 30,69 21,9 0,55 39 Đường kính quạt gió, Cơng suất quạt gió, mm kW Chiều dài Chiều rộng Chiều cao kg 700 2,2 4142 1700 2855 2900 700 2,2 6242 1700 2855 4600 800 4,0 6242 2320 2855 6950 Kính thước, Trọng lượng , mm 123 e Sự khác biệt thiết bị ngưng tụ kiểu bay kiểu tưới Thiết bị ngưng tụ kiểu bay (tháp ngưng tụ) thiết bị ngưng tụ làm mát nước khơng khí Tồn nhiệt mơi chất tỏa truyền cho khơng khí làm nước bay Nhưng có điểm khác biệt với thiết bị ngưng tụ kiểu tưới sau: - Trong thiết bị khơng khí chuyển động cưỡng nhờ bố trí quạt hút hay quạt đẩy - Tất thiết bị (trừ bơm đường ống nước) đặt vỏ kín để cửa đưa gió vào miệng thổi quạt thông với môi trường bên ngồi 6.6 Tính chọn thiết bị ngưng tụ * Tính chọn thiết bị ngưng tụ thường phải qua bước sau: 6.6.1 Chọn kiểu thiết bị thiết kế dự kiến chế độ làm việc dựa vào: 9 9 Công suất hệ thống Đặc tính số lượng chất lượng nguồn nước cung cấp Diện tích tình trạng mặt gian thiết bị Khả vật tư, thiết bị, thiết kế, vận hành, … 6.6.2 Xác định phụ tải nhiệt thiết bị ngưng tụ Qk q trình tính tốn nhiệt chu trình máy lạnh Qk = k.F.'ttb = qF.F, W (6-1) Trong : k - hệ số truyền nhiệt thiết bị, W/m2K (có thể chọn) f – diện tích bề mặt truyền nhiệt thiết bị, m2 'ttb - hiệu nhiệt độ trung bình logarit mơi chất môi trường làm mát, K qF = k.'ttb - mật độ dòng nhiệt, W/m2 Qk m.(h h ).1000 ,W 3600 (6-2) Với: h2 h3 - entanpi môi chất vào khỏi thiết bị, kJ/kg m - lưu lượng môi chất qua thiết bị ngưng tụ, kg/s 124 6.6.3 Xác định độ chênh nhiệt độ trung bình mơi chất lạnh mơi trường 'ttb: Thông thường, thiết bị ngưng tụ làm mát nước hay khơng khí kiểu thiết bị trao đổi nhiệt bề mặt 'ttb lấy theo trị số trung bình logarit Hơi vào thiết bị ngưng tụ nhiệt có nhiệt độ t 2, lớn nhiệt độ tk sau trao đổi nhiệt, nhiệt độ ngưng tụ giảm nhiệt độ bị làm lạnh thiết bị lạnh hay thiết bị ngưng tụ Trong tính tốn thiết bị ngưng tụ thường coi nhiệt độ môi chất thiết bị ngưng tụ khơng đổi tk Cách tính trường hợp thiết bị khơng có q lạnh làm giảm 'ttb so với trị số thực diện tích F tính có dự trữ, cịn trường hợp có q lạnh, trị số F dao động trị số: Δ t tb = t w2 - t w1 t k - t w1 ln t k - t w2 (6-3) Với: tw1 tw2 – Nhiệt độ vào môi trường làm mát, oC Nếu tính gần đúng, sử dụng hiệu nhiệt độ trung bình số học: Δt tb tk t w2 t w1 (6-4) Khi sử dụng dàn ngưng tụ bay coi nhiệt độ nước không Δt tb t k t w đổi nên: (6-5) 6.6.4 Xác định hệ số truyền nhiệt k: Trong trường hợp tính sơ bộ, chọn hệ số truyền nhiệt theo bảng 6-8 sau đây: Bảng 6-8 Hệ số truyền nhiệt k thiết bị ngưng tụ Kiểu thiết bị ngưng tụ Hệ số truyền nhiệt k, W/m2K Phụ tải nhiệt Độ chênh lệch nhiệt qF, W/m2 độ 'ttb (thí dụ) * Mơi chất NH3 Bình ngưng ống vỏ x Nằm ngang 700 – 1000 3500 – 5200 5–6 x Thẳng đứng 800 – 900 4200 – 4700 5–6 125 Kiểu phần tử 900 – 1000 4700 – 5200 5–6 Kiểu tưới có trích lỏng trung gian 700 – 930 3500 – 4700 5–6 Kiểu bay 500 – 700 1400 – 2400 Bình ngưng ống vỏ nằm ngang 700 3600 5–6 Ống vỏ ống xoắn, ống có cánh đồng 400 – 470 3000 – 4000 – 10 Ống xoắn có cánh làm mát khơng khí 30 – 35 230 – 300 * Môi chất Freon – 10 6.6.5 Xác định diện tích bề mặt trao đổi nhiệt F, m2 Bề mặt truyền nhiệt F thiết bị xác định theo phương trình truyền nhiệt: F Qk k.Δ tb Qk , m2 qF (6-6) 6.6.6 Xác định chiều dài tổng cộng ống thiết bị ngưng tụ: L = F / (S.d) Trong đó: (6-7) d – Đường kính ống thiết bị ngưng tụ, m 6.6.7 Bố trí kết cấu thiết bị ngưng tụ: a Xác định số ống đường nước theo vận tốc nước chọn: n1 4G ω π.d Z.U (6-8) Trong đó: GZ - Lượng nước giải nhiệt cần thiết cho thiết bị ngưng tụ, kg/s Z - vận tốc nước, m/s U - khối lượng riêng nước, kg/m3 Giá trị n1 phải làm tròn đến số nguyên gần 126 b Xác định tổng số ống : Chọn trước chiều dài ống, ta xác định tổng số ống: n Trong đó: L l (6-9) l chiều dài ống c Xác định thông số m: Trên mặt sàng ống thường bố trí theo cạnh hình lục giác đỉnh tam giác Theo cách bố trí tổng số ống n mặt sàng xác định theo công thức sau: n = 0,75.(m2 – 1) + (6-10) Trong m số ống bố trí theo đường chéo lớn lục giác ngồi ln ln số lẻ Từ xác định số ống m theo cơng thức Giá trị m cần làm trịn đến số lẻ gần nhất, từ xác định thông số cấu tạo chủ yếu thiết bị ngưng tụ Ngồi ra, tính tốn theo công thức 6-9, ta biết tổng số ống n (số ống n làm tròn đến giá trị có bảng 6-9) xác định thơng số m theo bảng đây: Bảng 6-9 Số ống bố trí mặt sàng thiết bị trao đổi nhiệt a 14 15 16 17 18 19 m 11 13 27 29 31 33 35 37 n 19 37 61 91 127 547 631 721 817 919 1027 n’ 19 37 61 91 127 613 721 823 931 1045 1165 a 10 11 12 13 20 21 22 23 24 25 127 m 15 17 19 21 23 25 39 41 43 45 47 49 n 169 217 271 331 397 469 1141 1261 1387 1519 1657 1801 n’ 187 241 301 367 439 517 1303 1459 1615 1765 1921 2083 Giá trị a bảng số ống bố trí cạnh lục giác ngồi Nếu m > 13 khoảng cạnh lục giác với thân hình trụ bố trí thêm số ống (a 10 – 15% n) Cách bố trí ta gọi bố trí tồn diện tích mặt sàng với tổng số ống n’ > n d Xác định đường kính mặt sàng D (đường kính vỏ): D = m.S Trong đó: (6-11) S bước ống ngang , m Bước ống ngang S xác định từ biểu thức : S / dng = 1,24 – 1,45 (6-12) Với dng – Đường kính ngồi ống, m Cần kiểm tra tỉ số k = l/D cho dao động khoảng – Trong trường hợp cần thiết phải hiệu chỉnh lại giá trị l đạt yêu cầu e Xác định số đường nước z: z n n1 (6-13) f Xác định tiết diện ống để mơi chất lưu động: Fmc Trong đó: G mc , m2 ` Zmc U mc (6-14) Gmc – khối lượng môi chất thiết bị, kg/s Zmc – tốc độ môi chất, m/s Umc – khối lượng riêng môi chất, kg/m3 Ta chọn tốc độ mơi chất Zmc tính kiểm tra lại Mặt khác, Fmc cần thoả mãn điều kiện hình học sau: Fm c S D S d n 4 , m2 (6-15) Từ công thức 6-15 xác định đường kính mặt sàng (đường kính vỏ): D S Gmc ( Zmc.U mc S d n ), m (6-16) Theo phương pháp tính thiết kế, suy cách tính kiểm tra 128 ... tưới, kiểu bay hơi, dàn ngưng tủ lạnh gia đình, máy lạnh thương nghiệp cơng nghiệp … Đây nhóm thiết bị ngưng tụ sử dụng rộng rãi hệ thống lạnh c Theo đặc điểm trình lưu động mơi trường làm mát... tụ xảy trình lạnh lỏng tức hạ nhiệt độ lỏng ngưng tụ thấp nhiệt độ ngưng tụ Sau toàn ngưng tụ thành lỏng, lỏng ngưng tụ lại tiếp tục bị hạ nhiệt độ nhỏ nhiệt độ ngưng tụ tk, môi chất làm lạnh lỏng:... Ưu điểm : - Có thể sử dụng hệ thống lạnh cơng suất trung bình lớn - Chắc chắn, nhẹ nhàng, dễ tháo lắp - Có thể dễ làm lạnh môi chất đầu nên dùng làm thiết bị lạnh đặt sau thiết bị ngưng tụ để giảm