Chng 1 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 h.
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 Atk 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 1m 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 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 môi 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 (pk) 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: tql < 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) lạnh tụ Hình 6-1 Quá trình ngưng tụ 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 q trình ngưng tụ mơi chất, chia thiết bị ngưng tụ thành nhóm lớn: • Thiết bị ngưng tụ có mơi chất ngưng bề mặt 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 trình lưu động môi 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 : s Thiết bị ngưng tụ làm mát nước (bình ngưng ống vỏ nằm ngang) s Thiết bị ngưng tụ làm mát nước khơng khí (thiết bị ngưng tụ kiểu bay hay kiểu xối tưới) s Thiết bị ngưng tụ làm mát khơng 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) 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 NH3 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 Hình 6-2 : Sơ đồ cấu tạo bình ngưng ống vỏ nằm ngang nối van an toàn ống nối đường cân với bình chứa ống NH3 vào áp kế ống nối van xả khí Van xả khơng khí khoang nước ống nước làm mát ống nước làm mát vào van xả nước 10 ống NH3 lỏng b Ngun 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 c Sự khác biệt bình ngưng ống vỏ nằm ngang NH3 bình ngưng ống vỏ nằm ngang Freon: Cấu tạo - Năng suất - 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 bình ngưng NH3 thường làm thép có đường kính d = 25 X 2,5mm, bố trí theo hình tam giác mặt sàng với bước ống nằm ngang 34mm Trên tàu thuỷ ống bình ngưng thường làm dày 3-4 mm Đối với NH3, dầu bơi trơn bay theo NH3 rơi vào bình - 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 đến cường độ trình trao đổi nhiệt hiệu ngưng tụ - Các ống bình ngưng Freon thường làm đồng có đường kính d = 20 X 3mm 16 x 2mm Sử dụng ống đồng đắt tiền ống thép có hệ số dẫn nhiệt lớn làm giảm trở nhiệt vách ống, dễ làm cánh không bị gỉ sét * Bảng 6-1 Bình ngưng ống vỏ NH3 nằm ngang Liên Xô chế tạo Kiểu Be mặt truyền nhiệt F,m2 KTr- 10 KIT - 20 KIT - 25 KIT - 32 KIT - 40 KIT - 50 KIT - 65 KIT - 90 KTr- 110 KIT - 140 KTr- 180 KIT - 250 KIT - 300 KIT - 500 KIT - 630 KIT - 800 KIT - 1250 20 25 32 40 50 65 90 110 140 180 250 300 556 710 957 1370 Kích thước, mm Đường kính Dt 408 500 500 500 600 600 600 800 800 1000 1000 1200 1200 1600 1800 1800 2200 Dài L 188 293 343 443 352 452 552 464 564 475 575 584 684 719 722 930 989 số ống n Số lối z Chiều dài ống 1, mm 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 Rộng CaoH B 535 810 810 810 910 910 910 111 111 133 133 152 152 263 369 369 350 760 910 910 910 100 100 100 123 123 167 167 194 194 323 342 343 417 Dung tích khơng gian, m Ngoà Trong i ống ống 0,16 0,078 0,32 0,15 0,39 0,17 0,52 0,19 0,53 0,25 0,70 0,32 0,885 0,40 1,26 0,61 1,58 0,72 2,0 1,02 2,5 1,23 3,5 1,77 4,1 2,0 6,5 5,2 8,0 6,9 10,8 8,5 16,2 14,6 Khối lượng kg 555 995 1140 1440 1555 1980 2430 3300 4000 5330 6450 9360 10930 23000 29000 37000 60000 Ghi Dùng cho NH3 Dùng cho NH3 Prơpan - * Bảng 6-2 Bình ngưng ống vỏ NH3 nằm ngang Liên Xô chế tạo Kiểu KTr-4 KTr-6 KTr-6 KTr- 12 KTr- 18 KIT - 25 KTr-35 KIT - 50 KIT - 65 KIT - 85 KTr- 110 KTr- 150 KIT - 200 KIT - 260 KTr-380 KIT - 500 Be mặt thực tế Chiều dài ống Đường kính Fng, m2 1, m vỏ D, mm 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 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 5,0 194 219 273; 377 377; 325 377; 325 404 404 404 500 500 600 600 800 800 900 900 Số ống n Số lối z Phụ tải lớn Qk, 1000 kcal/h 23 29 46; 53 86 86 135 135 135 210 210 293 293 455 455 680 680 4; 4; 4; 4; 4; 4 4; 4; 4; 2 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 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 NH 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 * Bảng 6-3 Bình ngưng ống vỏ thắng đứng Diện tích bề mặt truyền nhiệt Kích thước, mm Số ống n Đường kính ống vào mm bị làm việc 1,12 2490 3500 32 1,27 3365 5200 80 40 1,80 4750 6300 150 80 40 2,20 5700 8800 210 312 100 125 50 50 2,64 3,64 6820 10815 10500 16300 Chiều Ống Ống kính ngang hoi lỏng 50 700 920 cao 550 64 70 32 75 800 1020 96 70 100 1000 1220 150 125 1000 1220 600 150 250 1200 1400 1450 1650 550 550 500 500 kg Khi thiết bị Chiều Trọng lượng Thiết Đường F,m2 Thể tích ống, m3 Bảng 6-4 Dàn giải nhiệt khơng khí Đường kính bánh xe cơng tác quạt gió D mm Cơng suất truyền động cho quạt gió kW 2000 400 - 11,0 35,2 2550 500 0,55 22,8 61,5 4400 500 0,55 22,8 Năng suất lạnh máy Qo, kW Diện tích truyền nhiệt F, m2 3,5 15,0 7,0 10,5 Lưu lượng quạt gió V m3/h Số vòng quay vg/s Ghi : Quạt gió có cánh Bảng 6-5 Dàn ngưng NH3 giải nhiệt khơng khí ống lưỡng kim cánh trịn Diện tích truyền nhiệt F, m2 Lưu lượng khơng khí V, m3/h Phụ tải nhiệt dàn ngưng Qk kW 325 30000 81 850 100000 268 1800 205000 559 5300 425000 1163 7500 640000 1745 Bố trí chùm ống Nằm ngang Zích zắc Hệ số làm cánh p Số hàng ống chùm ống Chiều dài ống l, m 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 14' 11 10 Hình 6-11 : Sơ đồ cấu tạo thiết bị ngưng tụ kiểu tưới Đồng hồ cao áp Van an toàn Hơi cao áp cấp vào Bơm nước Bộ lọc khí 10 Bể nước 11 Van phao Đường cân 12 Lỏng cao áp Đường xả khí khơng ngưng 13 Đường xả Dàn tưới Ống trao đổi nhiệt 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 ^ 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 ^ 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, ^ sử dụng cho hệ thống lạnh nhỏ trung bình - Nước bị văng ^ làm vệ sinh khu vực xung quanh tốn lượng nước đáng kể Sẽ ăn mòn kim loại ống trao đổi nhiệt sắt hay thép - 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 14 Tấm chắn nước 13 Ống trích lỏng trung gian Bộ lọc 10 Bể nước 15 Quạt gió 11 Van phao 16 Vỏ 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 thơng với mơi trường bên ngồi b Ngun lý hoạt động : Hơi môi 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 mơi chất chất làm mát Attb = - 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 ^ 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 Hình 6-13 : Thiết bị ngưng tụ kiểu bay Bảng 6-6 Thiết bị ngưng tụ kiểu bay K thước, mm Phụ tải Bề mặt íc nhiệt truyền Chiều Chiều Chiều nhiệt F, Qk, ca dài rộng m2 kW o kg/s Lượng nước bổ sung l/s 12 0,07 3x2,0 24 0,27 4x6,0 36 0,54 6x12,0 48 60 0,81 1,08 8x12,0 10x15,0 Lưu lượng khơng khí 405 160 100 1200 4000 560 400 2400 4000 835 600 3600 4000 405 405 1120 1400 800 1000 4800 6000 4000 4000 405 0 405 Công suất động quạt gió kW Bảng 6-7 Thiết bị ngưng tụ kiểu bay Phụ tải nhiệt Lưu lượng Bề mặt phần truyền khơng khí thiết bị nhiệt F, m m3/s kW Lưu lượng nước, Tuần hoàn l/s Số vòi phun Bổ sung 380 131 12,20 8,8 0,21 16 615 928 212 318 19,44 30,69 13,9 21,9 0,33 0,55 26 39 Đường kính quạt gió, mm Cơng suất quạt gió, kW Chiều dài Chiều rộng Chiều cao 700 2,2 4142 2855 2900 700 800 2,2 4,0 6242 6242 1700 170 02320 2855 2855 4600 6950 Kính thước, mm Trọng lượng , kg 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: s Cơng suất hệ thống s Đặc tính số lượng chất lượng nguồn nước cung cấp s Diện tích tình trạng mặt gian thiết bị s Khả vật tư, thiết bị, thiết kế, vận hành, 6.6.2 Xác định phụ tải nhiệt thiết bị ngưng tụ Q k q trình tính tốn nhiệt chu trình máy lạnh Qk = k.F.Attb = 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 Attb - hiệu nhiệt độ trung bình logarit mơi chất môi trường làm mát, K Qk = m.(h2 -h3).1000 3600 (6-2) qF = k.Attb - mật độ dòng nhiệt, W/m2 Với: h2 h3 - entanpi môi chất vào khỏi thiết bị, kJ/kg m - lưu lượng môi chất qua thiết bị ngưng tụ, kg/s 6.6.3 Xác định độ chênh nhiệt độ trung bình mơi chất lạnh mơi trường Attì>: Thơng thường, thiết bị ngưng tụ làm mát nước hay khơng khí kiểu thiết bị trao đổi nhiệt bề mặt Attb 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 toán thiết bị ngưng tụ thường coi nhiệt độ môi chất thiết bị ngưng tụ không đổi t k Cách tính trường hợp thiết bị khơng có q lạnh làm giảm Attb so với trị số thực diện tích F tính có dự trữ, cịn trường hợp có lạnh, trị số F dao động trị số: t „T - t „T △ ttb = w2 w tk - U In k w1 tk - tw2 (6-3) Với: tw1 tw2 — Nhiệt độ vào mơi trường làm mát, oC t„,•) + (6-4) t.,,1 Nếu tính gần đúng, sử dụng hiệu nhiệt độ trung bình số học: Khi sử dụng dàn ngưng tụ bay coi nhiệt độ nước không Attb = tk đổi nên: Attb = tk - tw (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 * Môi chất NH3 Bình ngưng ống vỏ Hệ số truyền nhiệt k, W/m2K Phụ tải nhiệt qF, W/m2 Độ chênh lệch nhiệt độ Attb (thí dụ) • Nằm ngang 700 - 1000 3500 - 5200 5-6 • Thẳng đứng 800 - 900 4200 - 4700 5-6 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 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 - 10 * Mơi chất Freon Bình ngưng ống vỏ nằm ngang 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: Fk.A = tbQ 6.6.6 Qk _ , m2 qF (6-6) Xác định chiều dài tổng cộng ống thiết bị ngưng tụ: L = F / (n.d) (6-7) Trong đó: 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: 4G ni T-pTT— n.d M.p = (6-8) Trong đó: G - Lượng nước giải nhiệt cần thiết cho thiết bị ngưng tụ, kg/s m ® - vận tốc nước, m/s p - khối lượng riêng nước, kg/m3 Giá trị n1 phải làm tròn đến số nguyên gần b Xác định tổng số ống : Chọn trước chiều dài ống, ta xác định tổng số ống: L n-f (6-9) Trong đó: 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 cơng 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 công thức Giá trị m cần làm tròn đến số lẻ gần nhất, từ xác định thơng số cấu tạo chủ yếu thiết bị ngưng tụ Ngoài ra, tính tốn theo cơng thức 6-9, ta biết tổng số ống n (số ống n làm trịn đến giá trị có bảng 6-9) xác định thông số m theo bảng đây: Bảng 6-9 Số ống bố trí mặt sàng thiết bị trao đổi nhiệt a m n n’ a m n 7 15 169 19 19 17 217 37 37 10 19 271 61 61 11 21 331 11 91 91 12 23 397 13 127 127 13 25 469 14 27 547 613 20 39 1141 15 29 631 721 21 41 1261 16 31 721 823 22 43 1387 17 33 817 931 23 45 1519 18 35 919 1045 24 47 1657 19 37 1027 1165 25 49 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 Nếu m > 13 khoảng cạnh lục giác ngồi với thân hình trụ bố trí thêm số ống ( ~ 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 (6-11) Trong đó: 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: n z = ni f Xác định tiết diện ống để môi chất lưu động: F mc = , c 2' ^c 'Pmc Gm (6-13) (6-14) ,m Trong đó: Gmc - khối lượng mơi chất thiết bị, kg/s ©mc - tốc độ mơi chất, m/s Pmc - khối lượng riêng môi chất, kg/m3 Ta chọn tốc độ mơi chất ©mc tính kiểm tra lại Mặt khác, Fmc cần thoả mãn điều kiện hình học sau: „ F Í.D2 R.d.n = -“ -1" (6-15) Từ công thức 6-15 xác định đường kính mặt sàng (đường kính vỏ): c 7TZ Gmc /T-d2.% -7 ( mmc + —■—), m (6-16) ( 'P Pmc Theo phương pháp tính thiết kế, suy cách tính kiểm tra ... 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 môi 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:... điểm : - Có thể sử dụng hệ thống lạnh cơng suất trung bình lớn - Chắc chắn, nhẹ nhàng, dễ tháo lắp - Có thể dễ làm q lạnh mơi chất đầu nên cịn dùng làm thiết bị lạnh đặt sau thiết bị ngưng tụ để