Chng 1 Chương 5 MÁY NÉN 5 1 Công dụng và phân loại máy nén Máy mén lạnh là loại máy nén đặc biệt dùng trong kỹ thuật lạnh để hút hơi môi chất từ áp suất thấp, nhiệt độ thấp sinh ra trong thiết bị bốc.
Chương MÁY NÉN 5.1 Công dụng phân loại máy nén - Máy mén lạnh loại máy nén đặc biệt dùng kỹ thuật lạnh để hút môi chất từ áp suất thấp, nhiệt độ thấp sinh thiết bị bốc nén lên áp suất cao đưa vào thiết bị ngưng tụ đảm bảo tuần hồn mơi chất cách hợp lý hệ thống lạnh - Máy nén lạnh phận quan trọng hệ thống lạnh, máy nén có nhiệm vu saụ: - Liên tục hút sinh thiết bị bốc - Duy trì áp suất po nhiệt độ to cần thiết - Nén lên áp suất cao tương ứng với môi trường làm mát (mơi trường làm mát nước, khơng khí nước kết hợp khơng khí) thiết bị ngưng tu - Đưa lỏng qua thiết bị tiết lưu đến thiết bị bốc thực vịng tuần hồn kín môi chất lạnh hệ thống lạnh gắn liền với việc thu nhiệt môi trường làm lạnh thải nhiệt mơi trường ngồi - Máy nén lạnh định đến công suất, chất lượng, tuổi thọ độ tin cậy hệ thống lạnh Có thể so sánh máy nén lạnh có chức tầm quan trọng giống trái tim thể sống - Phạm vi sử dụng: Hiện hệ thống lạnh hầu hết sử dụng máy nén: Piston, trục vít, Rotor xoắn ốc, Turbin Trong kỹ thuật lạnh, người ta sử dụng tất kiểu máy nén khác máy nén thông dụng chia thành nhiều loại, sau cách phân loại máy nén: - Máy nén thể tích: + Máy nén piston dao động: Máy nén piston trượt, máy nén lắc, máy nén kiểu màng + Máy nén piston quay: máy nén trục vít, máy nén roto lăn, máy nén trượt, máy nén rôto xắn ốc + Máy nén động học: + Máy nén turbin + Máy nén Ejector - Theo ngun lý nén thể tích q trình nén thực nhờ thay đổi thể tích giới hạn xy lanh Piston Piston chuyển động lên - Theo nguyên lý nén động học áp suất tăng lên động dòng biến thành - Theo nhiệt độ t0 ta chia: Máy nén cấp to = (+10 :-25)0C Máy nén nhiều cấp máy nén bậc thang to = (-30 :-110)0C Trong máy nén piston có nhiều loại thường dùng nhiều đa dạng - Theo cách bố trí xắp xếp xi-lanh có loại như: nắm ngang, thẳng đứng, đặt nghiêng góc, bố trí hình chử V, W, hướng tâm - Theo cách chuyển động xylanh có loại trực lưu (Chuyển động theo hướng từ lúc vào đến lúc ra) - Dựa vào số lượng xy lanh máy nén (có thể đến 16 xylanh) - Theo cách bố trí xylanh hộp máy (Cacte) gồm có: Loại đặt chung (Block-cacte) loại đặt riêng - Dựa vào cấu tạo truyền số lựơng khoang nén làm việc có loại: máy nén khơng có trượt hoạt động đơn giản nén phía loại máy nén có trượt hoạt động hai phía nén hai phía - Theo số lượng cấp nén gồm có: cấp hay nhiều cấp - Theo độ kín số lượng phận tháo lắp gồm có: Loại xylanh động chứa hộp kín hồn tồn khơng tháo Loại xylanh động chứa hộp có chèn có nắp tháo Loại hộp máy có chứa tác nhân lạnh chịu áp lực có chèn đầu trục khuỷu (Loại máy nén khơng có trượt) Loại có hộp máy hở chèn trục pittơng đoạn khỏi xylanh (Loại máy nén có trượt hoạt động hai phía) - Theo cách truyền động gồm có: Truyền động trực tiếp truyền động dây đai - Dựa vào suất lạnh QO + Máy nén nhỏ: - Máy nén trung bình: + Máy nén lớn: QO < 14 kW (12.000 KCal/h) QO = 105 kW QO >105 kW ( 90.000 KCal/h) 5.2 Máy nén pittơng 5.2.1 Q trình nén lý thuyết: Trong trình nén lý thuyết, ta bỏ qua tổn thất trình nén thực Ta biểu diễn trình nén lý thuyết máy nén piston đồ thị p-v Hình 5.1: Đồ thị p-v + Piston chuyển động qua lại xi lanh làm thay đổi thể tích giới hạn xylanh bề mặt Piston tạo nên q trình hút, nén đẩy mơi chất + Khi Piston chuyển động từ ^ (4: điểm chết trên, 1:điểm chết dưới) để Piston thay đổi hướng chuyển động Khi thể tích tăng từ ^Vmax, van hút mở để hút môi chất vào xi lanh + Khi đến điểm 1, trình hút kết thúc, Piston chuyển động ngược lại, thể tích nhỏ dần + Khi Piston chuyển động từ 1^2 gọi trình nén, trình van hút đẩy đóng Tại điểm 2, Piston xi lanh đạt áp suất đẩy, Clape đẩy mở để Piston tiếp tục lên đẩy nén vào khoang đẩy với áp suất khơng đổi P2 + Q trình đẩy kết thúc Piston đạt điểm chết trình hút, nén, đẩy lại bắt đầu chu kỳ Chú ý: + Q trình nén mơi chất lạnh máy nén nhanh Số vòng quay trục khuỷu đạt đến 3600 vịng/phút + Hơi mơi chất lạnh thường bão hịa khơ nhiệt máy nén lạnh hoạt động 5.2.2 Quá trình nén thực: Đồ thị P - v : Quá trình nén kể đến tổn thất thể tích chết VC q trình nén kể đến tổn thất thể tích chết tổn thất Clape hút Clape đẩy - Quá trình xảy ra: + a-b : đường nén đoạn nhiệt + b-c : Clape đẩy mở thời điểm b + b-c : Là đường đẩy nén, áp suất giảm xuống, clape đóng lại thời điểm c + c-d: q trình dãn nở thể tích chết, Clape mở d + d-a: trình hút - Do tổn thất áp suất Clape hút đẩy thể tích hút giảm xuống thêm khoảng nữa, điểm dịch phía phải điểm dịch phía trái làm cho Vtt2 < Vtt1 Đường chấm sơ đồ biễu diễn trình nén thực có xung động đường hút đường đẩy - Trong trình nén thực, V C tổn thất lớn V C khơng gian cịn sót lại xy lanh Piston không gian Clape hút đẩy Piston vị trí điểm chết Mặt khác, hệ thống lạnh hoạt động máy nén , Piston , xy lanh nóng lên Để tránh việc Piston chạm vào nắp giản nở nhiệt người ta chừa lại khe hở an toàn định ( thường từ đến % khơng gian chết với máy nén có tốc độ cao) - Một tổn thất lổn thất trở lực Clape hút đẩy Các Clape hút đẩy máy nén lạnh làm việc hoàn toàn tự động chênh lệch áp suất Khi áp suất bên Clape nhau, Clape trạng thái đóng sức đàn hồi lò xo nén Clape mở có áp suất chênh lệch đủ lớn, đủ hướng Chính thời điểm Clape mở muộn so với lý thuyết nhiều Hình 5.2: Quá trình nén thực Trong đó: V LT: V C: thể tích nén lý thuyết Piston quét thể tích chết V d: thể tích tổn thất dãn nở cao áp Vtt: thể tích thực tế A p1: Tổn thất áp suất phía hút A p2: Tổn thất áp suất phía đẩy 5.2.3 Máy tầm nén Hình 5.3: Máy nén trục vis Hình 5.4: Máy nén pittong Môi chất lạnh (refrigerant) trở thành ga bốc vào fin lọc cặn (scale) (2) qua van chặn hút (1) máy nén Ở cặn loại nhờ lưới sắt đặt fin lọc cặn Kế đến, ga qua lọc hút (suction strainer) (3) vào buồng hút các-te (4) Khi pittông bắt đầu hành trình hút (5) áp suát xy lanh (6) tụt xuống để ga buồng hút vào xy lanh sau đẩy van hút (7) lên Khi pittơng bắt đầu đẩy, van hút đóng, ga bị nén Khi áp suất ga cao áp suất bên xả van xả (8) đẩy lên ga nén qua bên xả, qua ống xả (discharge elbow) (9) tới ngưng tụ Hình 5.5: Cơ cấu nén gas (1) Ga từ van chặn (6) Xy lanh (2) Fin lọc cặn (3) Bộ lọc hút (7) Đế van hút (4) Buồng hút (5) Pittông 5.2.4 (8) Đế van xả Máy nén hai tầm (Một máy tầm nén) Máy nén tầm cấu tạo với buồng hút (suction chamber), cầu xả (discharge port) bên chia thành phần, phần thực chức máy tầm nén Trong số xy lanh, xy lanh hoạt động tầm cao tùy theo kích thước máy nén, hay xy lanh hoạt động tầm thấp Nhìn từ bơm dầu, xy lanh tầm thấp nằm bên phải máy nén Buồng hút buồng trục khuỷu (cranksaft chamber) nối với qua lổ quân bình áp suất (pressure equalizing hole) đường kính 12mm Phía buồng hút buồng trụckhuỷu lại có lổ khác đường kính 5mm để thải dầu từ bốc ngăn ngừa tượng sủi bọt (foaming: tượng môi chất lạnh sôi trào khỏi đầu máy lạnh) Phía tầm cao nằm bên với tản nhiệt dầu (oil cooler) Buồng hút tầm cao có thành ngăn với buồng hút tầm thấp để kín khí có dùng vịng “O” đầu sơ mi xy lanh Như xy lanh bịt kín với buồng trục khuỷu buồng hút tầm cao thành áp suất bốc trung gian máy chạy Từ lổ thoát dầu buồng hút tầm cao đường ống dẫn đến buồng hút tầm thấp để tái tuần hoàn số dầu thu buồng hút tầm cao Lưu lượng điều chỉnh qua van chặn vặn tay Dầu từ phía tầm cao qua phía tầm thấp đến te qua lổ thoát dầu buồng hút tầm thấp Không nên mở van chặn q % vịng làm cho ga có áp suất trung gian chạy ngược lại bên phía tầm thấp Tuy nhiên siết chặt van quá, buồng hút phía tầm cao tích tụ đầy dầu xảy việc dầu bị nén (oil hammering) Đặc biệt cần ý máy tầm nén dùng chạy cho tầm nén, cần phải giảm áp suất buồng hút tầm thấp theo định kỳ để dầu đọng bên tầm cao chảy vào bên tầm thấp Ống để dáu vé chocho buồng hút tổm Rãnh dùng vòng "O" Groove for "O' ring Suction chamber (high stage Side) Buóng hút (phia tám cao) ^Crankshaft chamber Pressure equalizing hole Lỗ quân binh áp suất Suction chamber (Low stage side) Buống hút phía tám tháp Oil drain hole Lỗ xả dáu Buóng trục khùyu O' ring, for 42WA & 62WA for 42WB & 62WB & 12-4B "O' dũng cho 42WA & 62WA dũng cho 42WB & 62WB & 12-4B Hình 5.6: Hình cắt ngang các-te máy nén tầm 5.2.5 Các phận chi tiết máy nén pittông a Đầu Van an toàn (Safety valve) cấu van Lò xo giảm xung ép nắp cụm van xả Dùng để giữ cho máy khỏi bị hư cách hút áp suất bất thường phát sinh xảy tượng dịch bị nén (liquid hammer) mơi chất lạnh, dầu, hay tạp chất (foreign matter) lọt vào xy lanh Nắp máy 10 Cái dẫn vòng cách, van xả Lò xo giảm xung 11 Bulơng dẫn vịng cách van xả Đai ốc số 2, van xả 13 Lò xo, van hút Đai ốc số 1, van xả 15 Bạc Bulơng van xả 16 Pittơng Vịng cách van xả 18 Miếng đệm, sơ mi xy lanh Lò xo van xả 12 Đế van 14 Van hút 17 Sơ mi xy lanh Hình 5.7: Hình cắt ngang cấu van e Năng suất lạnh máy nén Định nghĩa : Năng suất lạnh máy nén (cơng suất lạnh máy nén) tích suất lạnh riêng khối lượng suất khối lượng mà máy nén thực đơn vị thời gian Q0 = m x q0 , kW (hoặc kcal/h) Q0 - suất lạnh máy nén, kW (hoặc kcal/h) m - suất khối lượng, kg/s q0 - suất lạnh riêng khối lượng, kJ/kg Năng suất lạnh riêng khối lượng suất lạnh kg môi chất lạnh sau qua tiết lưu: qo = hl - h4, kJ/kg h1 - entanpi khỏi dàn bay máy nén h4 - entanpi lỏng sau tiết lưu vào dàn bay Gọi v1 thể tích riêng hút máy nén: ,d2 m — — — Ả— — Ả——— s n z v1 v1 4v1 Vtt - thể tích hút thực tế máy nén, m3/s v1 - thể tích hút máy nén, m3/s X - hệ số cấp Vlt - thể tích hút lý thuyết máy nén, m3/s d - đường kính pittơng, m s - hành trình pittơng, m z - số xilanh hay số pittơng n - số vịng quay trục khuỷu, vg/s V ẰX V ẰX TTX d2 X s X z X n X q Q0- m X q - VX q - , X q 4V Do q0 thay đổi m thay đổi X V1 thay đổi theo chế độ làm việc nên Q0 thay đổi theo 5.3 Máy nén roto Máy nén rôto lọai máy nén thể tích Điều khác biệt máy nén rôto với máy nén pittông trượt pittông lăn pittông quay 5.3.1 Máy nén roto lăn Máy nén rơto lăn có thân hình trụ xilanh, pittơng có dạng hình trụ nằm xilanh Nhờ có bánh lệch tâm, pittơng lăn bề mặt xilanh tạo khoang hút nén Khi pittơng lăn đến vị trí ngăn, khoang hút đạt thể tích tối đa, trình hút kết thúc Khi pittơng lăn tiếp tục, q trình nén bắt đầu khoang hút hình thành Cứ vậy, khoang nén nhỏ dần khoang hút tăng dần đến nén đẩy hết khoang hút đạt cực đại, trình hút nén lại bắt đầu Hình 5.28: Nguyên lý cấu tạo làm việc máy nén rơto lăn Hình 5.29: Cấu tạo máy nén roto lăn Hình 5.30: Mặt cắt máy nén roto lăn * Ưu điểm: - Ít chi tiết, gọn nhẹ, giảm tổn thất tiết lưu * Nhược điểm: - Đòi hỏi chế tạo xác - Khó giữ kín khoang mơi chất - Khó bơi trơn, độ mài mịn lớn 5.3.2 Máy nén roto trượt Cấu tạo nguyên lý làm việc máy nén rôto trượt giống máy nén rôto lăn Khác trượt nằm pittơng Pittơng khơng có bánh lệch tâm mà quay vị trí cố định Pittơng xilanh ln tiếp xúc với đường cố định Cửa hút khơng có van cửa đẩy có van Khi pittông quay, trượt văng lực ly tâm tạo khoang tích thay đổi, thực trình hút, nén đẩy - Ưu điểm : - Gọn nhẹ, chi tiết mài mịn - Tự giảm tải - Khơng có tổn thất tiết lưu đường hút, hệ số cấp lớn - Nhược điểm : - Khó bịt kín đầu máy nén - Độ mài mịn chi tiết lớn - Cơng nghệ gia cơng địi hỏi cao Hình 5.31: Ngun lý làm việc máy nén roto trượt 5.4 Máy nén xoắn ốc Hình 5.32: Máy nén xoắn ốc a) máy nén xoắn ốc có vịng xoắn Vịng xoắn (xilanh) đứng im, vòng xoắn quay ; b) q trình hút - vịng xoắn quay vịng 360 , hai túi hình thành khép kín ; c) q trình nén : hai túi khép nhỏ dần thực trình nén ; d) trình đẩy : hai túi khép nhỏ thực trình đẩy Xilanh pittơng có dạng băng xoắn Xilanh đứng im cịn pittơng chuyển động Bề mặt pittơng xilanh tạo khoang tích thay đổi thực trình hút, nén đẩy * Ưu điểm: chi tiết, Ả cao, độ tin cậy hiệu cao Hình 5.33: Cấu tạo máy nén roto xoắn ốc Hình 5.34: Nguyên lý làm việc máy nén roto xoắn ốc 5.5 Máy nén trục vít Hình 5.35: Cụm máy nén trục vít MYCOM 5.5.1 Mở đầu Càng ngày, máy nén trục vít giữ vị trí quan trọng kỹ thuật lạnh máy nén trục vít có loạt ưu điểm bật so với nén pittông sau : - Cấu tạo đơn giản, số lượng chi tiết chuyển động ít, độ tin cậy cao, tuổi thọ cao - Máy nén gọn gàng, chắn - Dễ lắp đặt, truyền động quay ổn định so với truyền động xung qua lại pittơng trục khuỷu - Năng suất lạnh điều chỉnh vô cấp từ 100% xuống đến 10% tiết kiệm công nén - Nhiệt độ cuối tầm nén thấp - Tỷ số nén cao hơn, đạt n = — = 20 p0 - Có thể đạt nhiệt độ sơi thấp mà với máy nén pittơng phải dùng chu trình cấp - Khơng có van hút đẩy nên khơng có tổn thất tiết lưu - Dầu phun tràn máy nén tác dụng làm kín, bơi trơn, hấp thụ nhiệt q trình nén cịn có tác dụng làm giảm tiếng ồn - Hầu không ảnh hưởng hút phải lỏng 5.5.2 Cấu tạo máy nén trục vít Máy nén trục vít loại máy nén pittơng quay, gồm trục trục phụ Trục có lồi gọi trục chủ động (trục đực), trục phụ có lõm gọi trục Ngồi người ta cịn bố trí lỗ phun dầu thân để làm kín khoang Hình 5.36: Hình dáng, cấu tạo máy nén trục vít loại vít, vít vít phụ - vít với lồi ; - xilanh thân máy ; - vít phụ với lõm ; - trượt điều chỉnh suất lạnh Ngồi máy nén trục vít kiểu vít nguời ta cịn chế tạo máy nén trục vít loại vít Nguyên lý làm việc máy nén trục vít giống máy nén trục vít phải có thêm bánh hình bố trí bên sườn trục vít để tạo khoang tích thay đổi lớn dần q trình hút nhỏ dần trình nén, đẩy 5.5.3 Nhiệt độ cuối tầm nén, tỉ số nén, hệ số cấp Nhiệt độ cuối tầm nén máy nén pittông, đặc biệt máy nén amoniắc cao Nhiệt độ cuối tầm nén máy nén trục vít ngược lại thấp phun tràn dầu buồng nén dầu hấp thụ nhiệt lượng trình nén sinh Vì vậy, tỉ số nén máy nén trục vít đạt cao : n = pk/p0 = 20 hiệu áp suất khoang đẩy khoang hút đạt cao Ap = pk - p0 = 20 bar tỉ số nén Với tỷ số áp suất đó, đạt nhiệt độ thấp buồng lạnh với cấp nén Ưu điểm đưa có áp suất trung gian hịa trộn để làm mát trung gian máy nén, nâng cao hiệu suất lạnh Do máy nén trục vít khơng có van hút, van đẩy nên khơng có tổn thất tiết lưu nhiệt độ cuối tầm nén thấp nên hệ số cấp Ả cao hẳn so với máy nén pittông 5.5.4 Điều chỉnh suất lạnh máy nén Điều chỉnh suất lạnh máy nén trục vít cách điều chỉnh trượt Khi trượt dịch chuyển sang bên phải phần quay trở lại cửa hút đồng thời cửa xả khép lại nên suất hút giảm suất lạnh giảm tương ứng Khi trượt điều chỉnh tận phái trái, cửa xả mở to khe hút chảy ngược khép kín hồn tồn, suất hút máy nén đạt cao suất đạt 100% Hình 5.37: Máy nén trục vít nửa kín BITZER Hình 5.38: Mặt cắt máy nén trục vít MYCOM 5.6 Máy nén ly tâm 5.7 Máy nén turbin 5.7.1 Định nghĩa Máy nén turbin máy nén động học Áp suất dòng tăng lên biến đổi động nhận bánh cách quạt thành năng: Máy nén turbin gồm hai loại li tâm hướng trục 5.7.2 Cấu tạo nguyên lý làm việc Hình : Cấu tạo máy nén turbin Hình : Máy nén turbin Centra Vac hãng TRANE (Mỹ) Hơi môi chất hút vào ống hút 6, cánh quạt truyền động đẩy vào buồng khuyến tán động dòng chuyển thành áp suất, dòng nén vào buồng đổi hướng để vào cấp nén cao - Cấp nén: Trong kỹ thuật điều hồ khơng khí thường sử dụng máy nén turbin đến cấp nén, kỹ thuật lạnh tùy theo chế độ làm việc môi chất, máy nén turbin có đến cấp nén Giống máy nén trục vít, làm mát trung gian nén bình trung gian để cấp vào cấp nén trung gian sườn máy nén - Tốc độ vòng quay: - Máy nén turbin cao tốc có số vịng quay tới 24.000 vg/ph - Máy nén turbin trung bình có số vịng quay từ 10.000 - 12.000 vg/ph Máy nén turbin tốc độ thấp kiểu nửa kín có số vịng quay khoảng 3000 vg/ph - Ưu nhược điểm - Có hiệu suất thấp đặc biệt với suất lạnh nhỏ tỉ số áp suất lớn - Nhỏ gọn, diện tích lắp đặt nhỏ, vững - Vận hành đơn giản, độ tin cậy cao - Lực qn tính nhỏ - Có thể điều chỉnh vơ cấp suất lạnh - Có thể làm mát trung gian máy nén - Tỉ số áp suất thấp - Cấu tạo đơn giản, chi tiết, nguyên vật liệu, vận hành với tốc độ cao ... Hình cắt ngang cấu van Van để với áp suất xả theo bảng 5. 1 sau : Môi chất lạnh Psig (kg/cm2) A môniắc 2 75 19 ,5 R -22 R -12 2 75 2 75 19 ,5 19 ,5 Phải kiểm tra van năm lần (thử áp suất nhỏ nhất) Cần... circle line Hình 5. 15: Mức dầu tiêu chuẩn qua kính xem dầu Bảng 5. 2: Lượng dầu ban đầu Đơn vị : 4W 6W A A 16, 16, Mức cao 6 ,5 13, 11, Mức tiêu chuẩn 5, 0 Mức thấp 3 ,5 11 ,5 7 ,5 30, 30, Dung lượng... suất lạnh QO + Máy nén nhỏ: - Máy nén trung bình: + Máy nén lớn: QO < 14 kW (12.000 KCal/h) QO = 1 05 kW QO >1 05 kW ( 90.000 KCal/h) 5. 2 Máy nén pittơng 5. 2.1 Q trình nén lý thuyết: Trong trình