Tự động hoá hệ thống lạnh

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP NAM ĐỊNH GIÁO TRÌNH MƠN HỌC/MƠ ĐUN: TỰ ĐỘNG HĨA HỆ THỐNG LẠNH NGHÀNH/NGHỀ: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT NHIỆT TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG LỜI GIỚI THIỆU Tự động hóa hệ thống lạnh mơ đun chun mơn mang tính đặc trưng cao thuộc nghề Công nghệ kỹ thuật nhiệt Mơ đun có ý nghĩa định đến việc tiếp thu kiến thức kỹ nghề nghiệp Giáo trình thiết kế theo mơ đun thuộc hệ thống mơ đun/ mơn học chương trình đào tạo nghề Cơng nghệ kỹ thuật nhiệt cấp trình độ Cao đẳng nghề dùng làm giáo trình cho học viên khóa đào tạo Ngồi ra, tài liệu sử dụng cho đào tạo ngắn hạn cho công nhân kỹ thuật, nhà quản lý người sử dụng nhân lực tham khảo Tự động hóa hệ thống lạnh việc quan trọng đòi hỏi hiểu biết tổng quát chun mơn Mơ đun giúp để hình thành kỹ vận hành, tính tốn lựa chọn lắp đặt thiết bị tự động hóa cho hệ thống lạnh Mặc dù cố gắng, song sai sót khó tránh Tác giả mong nhận ý kiến phê bình, nhận xét bạn đọc để giáo trình hồn thiện Xin chân thành cảm ơn! Nam Định, ngày tháng năm 2015 Tham gia biên soạn Chủ biên: Ngô Văn Duyên ………………………… MỤC LỤC Trang Bài 1: Nhiệm vụ, sơ đồ, thuật ngữ, phân loại Đại cương Sơ đồ mạch điều chỉnh thuật ngữ Yêu cầu nhiệm vụ 10 Phân loại 11 Một số đặc tính điều chỉnh 12 Bài 2: Tự động hóa máy nén lạnh 15 Đại cương 15 Điều chỉnh suất lạnh máy nén pittông 15 2.1 Đóng ngắt máy nén “ ON –OFF ’’ 16 2.2 Tiết lưu hút 17 2.3 Xả nén phía hút 18 2.4 Vơ hiệu hóa xilanh cụm xilanh 20 2.5 Thay đổi vòng quay trục khuỷu máy nén 20 Điều chỉnh suất lạnh loại máy nén khác 21 3.1 Điều chỉnh suất lạnh máy nén trục vít 21 3.2 Điều chỉnh suất lạnh máy nén turbin 22 Tự động bảo vệ máy nén lạnh 22 4.1 Giới thiệu chung 22 4.2 Các dạng bảo vệ máy nén pittông 23 4.3 Nguyên tắc cấu tạo hệ thống bảo vệ ( chuỗi an toàn ) 25 4.4 Bảo vệ máy nén trục vít 25 Bài 3: Tự động hóa thiết bị ngưng tụ 26 Đại cương 26 Tự động hóa bình ngưng, giải nhiệt nước 28 Điều chỉnh dàn ngưng giải nhiệt gió 31 Bài 4: Tự động hóa thiết bị bay 33 Đại cương 33 Tự động cấp lỏng cho thiết bị bay 34 Bài 5: Tự động hóa máy lạnh buồng lạnh 38 Máy làm lạnh chất tải lạnh 39 1.1 Máy làm lạnh chất tải lạnh, môi chất sôi không gian ống, máy nén làm việc theo kiểu ON –OFF 39 1.2 Máy lạnh với bình bay mơi chất sơi ống , máy nén làm việc theo kiểu ON – OFF 40 1.3 Máy lạnh với bình bay môi chất sôi ống, máy nén điều chỉnh suất lạnh theo kiểu ngắt cụm xilanh 41 1.4 Máy lạnh với bình bay mơi chất sơi ống nhiều máy nén, điều chỉnh suất lạnh cách đóng ngắt máy nén kết hợp đóng ngắt cụm xilanh 42 Máy lạnh làm lạnh trực tiếp khơng khí buồng lạnh 43 2.1 Máy lạnh với buồng lạnh 43 2.2 Máy lạnh với nhiều buồng lạnh xấp xỉ nhiệt độ 43 2.3 Máy lạnh với nhiều buồng lạnh khác nhiệt độ 44 Điều chỉnh nhiệt độ độ ẩm buồng lạnh 45 3.1 Khái quát 45 3.2 Điều chỉnh độ ẩm nhờ độ nhiệt nhiệt 46 3.3 Gia ẩm phun ẩm 46 Điều chỉnh khí tươi buồng lạnh 47 Bài 6: Sơ đồ tự động hệ thống lạnh 49 Đại cương 49 Ký hiệu đường ống theo chất lỏng chảy ống 51 Các ký hiệu khác 51 Ký hiệu ký hiệu chữ dung sơ đồ hệ thống lạnh 56 CHƯƠNG TRÌNH MƠ ĐUN Tên mơ đun: Tự động hóa hệ thống lạnh Mã mơ đun: MĐ Thời gian thực mô đun: 80 giờ; (Lý thuyết: 40 giờ; Thực hành, thí nghiệm, thảo luận, tập:38 giờ; Kiểm tra: giờ) I Vị trí tính chất mơ đun: - Vị trí: Mơ đun Kỹ thuật lắp đặt điện học sau mô đun/môn học: Điện kỹ thuật, Đo lường điện, Khí cụ điện, An toàn & tổ chức sản xuất, Vẽ kỹ thuật - Tính chất: Là mơ đun chun mơn nghề II Mục tiêu mô đun: - Về kiến thức: - Hiểu nguyên lý điều khiển, thông số kỹ thuật số ứng dụng lĩnh vực điều khiển hệ thống lạnh; - Đọc thông số trạng thái làm việc hệ thống; - Lập trình số toán đơn giản điều khiển số thiết bị hệ thống lạnh; - Về kỹ năng: - Vận hành xử lý cố hệ thống tự động điều khiển; - Về lực tự chủ trách nhiệm: - Tư duy, cẩn thận, nghiêm túc, thực quy trình; - Đảm bảo an tồn III Nội dung mơ đun Bài 1: Nhiệm vụ, sơ đồ, thuật ngữ, phân loại Giới thiệu Bài học giới thiệu tổng quát phương pháp điều chỉnh tự động, giới thiệu sơ đồ, mạch điều khiển hệ thống lạnh Giúp người học có nhìn tổng qt mơn học Mục tiêu: - Hiểu đuợc kiến thức tự động hóa hệ thống lạnh - Hiểu phương pháp điều chỉnh - Cẩn thận, xác, an toàn - Yêu nghề, ham học hỏi Nội dung chính: Đại cương Tự động hóa hệ thống lạnh trang bị cho hệ thống lạnh, dụng cụ mà nhờ dụng cụ đo' cd thể vận hành toàn hệ thống lạnh phẩn thiết bị cách tự động, chắn, án toàn với độ tin cậy cao mà không cần tham gia trực tiếp công nhân vận hành Càng ngày thiết bị tự động hóa phát triển hoàn thiện, việc vận hành hệ thống lạnh tay thay hệ thống tự động hóa phần tồn phẩn Các hệ thống lạnh cỡ nhỏ trung thường tự động ho'a hoàn tồn, hoạt động tự động hàng tháng chí hàng nãm cần không công nhân vận hành Các hệ thống lạnh lớn có trung tâm điều khiển, điều chinh, báo hiệu bảo vệ Khi thiết kế hệ thống lạnh phải thiết kế theo phụ tải lạnh lớn chế độ vận hành không thuận lợi mức nhập hãng cao nhất, tần số mở cửa buổng lạnh lớn nhất, nhiệt độ bên ngồi cao nhất, khí hậu khác nghiệt nên phần lớn thời gian năm hệ thổng lạnh chạy với phẩn tải Mặt khác, thiết kế hệ thống lạnh phắn lớn thiết bị lựa chọn từ sàn phẩm chế tạo sẵn, đo' phù hợp thiết bị hạ thống máy nén mức độ định, thiết bị tự động cần phải tạo hoạt động hài hoà thiết bị đáp ứng nhu cẩu lạnh tương ứng với điễu kiện vận hành bên tác động vào điều kiện thời tiết, xuất nhập hàng Nói tóm lại, q trình vận hành hệ thống lạnh, nhiệt độ đối tượng cần làm lạnh thường bị biến động tác động dịng nhiệt khác từ bên ngồi vào hoậc từ bên buổng lạnh Giữ cho nhiệt độ không đổi hay thay đổi phạm vi cho phép nhiệm vụ điều chỉnh máy lạnh, Đôi việc điều khiển q trình cơng nghệ lạnh khằc lại phải lãm thay đổi nhiệt độ, độ ẩm đại lượng vật lý khác theo chương trình định Hệ thống tự động có chức điều khiển toàn làm việc máy lạnh, trì chế độ vận hành tối ưu giảm tổn hao sản phấm phòng lạnh Bên cạnh việc trì tự động thơng số (nhiệt độ, áp suất, độ ẩm, lưu lượng,mức lỏng ) giới hạn cho, cần bào vệ hệ thống thiết bị tránh chế độ làm việc nguy hiểm Đây yêu cẩu bảo vệ hệ thống tự động Tự động hóa làm việc hệ thống lạnh có ưu điếm so với điều chỉnh tay giữ ổn định liên tục chế độ làm việc hợp lý Ưu điểm kéo theo loạt ưu điểm tăng thời gian bào quản, nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm tiêu hao điện năng, tăng tuổi thọ độ tin cậy máy thiết bị, giảm chi phí nước làm mát, giảm chi phí vận hành chi phí lạnh cho đơn vị sản phẩm góp phần hạ giá thành sản phẩm Việc bảo vệ tự động thực nhanh, nhậy, đảm bảo tin cậy thao tác người Tuy việc trang bị hệ thống tự động hợp lý hạch tốn kinh tế có lợi nhu cầu tự động hóa khơng thể điều khiển tay tính xác q trình, lý khác cơng nghệ địi hỏi phải thực mơi trường độc hại dễ cháy nổ, nguy hiểm Trong tất q trình tự động hóa điều khiển, điểu chỉnh, báo hiệu, báo động bảo vệ trình tự động điều chỉnh có ý nghĩa Sơ đồ mạch điều chỉnh thuật ngữ Cơ nhiều sơ đổ mạch điều chỉnh khác nhau, giới thiệu mạch điều chỉnh thường sử dụng hệ thống lạnh Trưởc hết cần định nghĩa số khái niệm Mạch điều chỉnh (Control loop) hệ thống bao gổm nhiều phần tử nhằm mục đích điều chỉnh đại lượng (nhiệt độ, áp suất, độ ẩm, mức lỏng lưu lượng hệ thống lạnh Các phần tử phần tử cảm biến CB, phần từ so sánh ss, phẩn tử định trị ĐT, phần tử điểu chỉnh ĐC Mạch điều chỉnh kín (closed loop control) cịn gọi hệ thống điều chỉnh có tín hiệu phản hồi (feedback control system) Mạch điêu chỉnh kín thay đổi tức thời đại lượng điều chỉnh (controlled variable) để tác động vào cấu điều chỉnh làm xuất điều chỉnh Tác động hiệu chỉnh tiếp tục diễn đại lượng điều chỉnh đến giá trị yêu cầu nằm giới hạn thiết kế dụng cụ điều chỉnh (thí dụ van tiết lưu nhiệt) Hình 1.2.1 Nguyên lý mạch nguyên lý mạch điều chỉnh kín Phản hồi (Feedback) : hệ thống tín hiệu đại lượng điều chỉnh trở lại dụng cụ điểu chỉnh (hệ thống cảm biến van tiết lưu nhiệt gồm đẩu cảm ống nối hộp xếp), Mạch diều chinh hở (open loop control) gọi hệ thống điểu khơng có tín hiệu phản hổi thuận tiến (feed' -.forward) Mạch điêu chỉnh hở phải dự đốn đại lượng bên ngồi (external variable) tác động vào hệ thống Van tiết lưu tay thí dụ Căn vào nhiệt độ bên bể đá đại lượng nhiễu khác nhiệt độ nứớc làm đá, vào lượng đá thu hoạch người ta dự đoán suất lạnh u cầu để điểu chỉnh cửạ mơi chất lạnh phù hợp vói tải lạnh u cẩu mà khơng có tín hiệu phản hối trở lại van tiết lưu Hình 1.2.2 Nguyên lý mạch nguyên lý mạch điều chỉnh hở Y – Đại lượng đặt (định trị) X – Đại lượng (đại lượng điều chỉnh) Z1 - Đại lượng nhiễu Z2 - Đại lượng nhiễu O - Dổi tượng điều chỉnh Yêu cầu nhiệm vụ Nói chung, hệ thống lạnh cẩn có thiết bị tự động để điều chỉnh đại lượng chù yếu : nhiệt độ, áp suất, độ ẩm, mức lỏng lưu lượng Các thiết bị bảo vệ thêm độ kín độ tinh khiết , khơng hể có liên quan tới vấn đề điều chỉnh Các công tác tự động htía điều khiển, điều chỉnh, báo hiệu bảo vệ hệ thống lạnh phức tạp nên sơ đổ điễu khiển điện phức tạp nhiễu so với hệ thống lạnh Đối với hệ thống lạnh nén yêu cầu nhiệm vụ đặt cho cơng tác tự động hóa : Máy nén Bảo vệ tải : dòng điện, nhiệt độ cuộn dây động cơ, nhiệt độ chi tiết chuyển động máy nén, nhiệt độ dầu, nhiệt độ đắu đẩy, áp suất đầu đẩy cao, áp suất hút thấp, lưu lượng khối lượng cao, hiệu áp suất dầu nhỏ, dòng khởi động, tải khởi động lớn, pha, không đối xứng pha Điéu chỉnh suất lạnh phù hợp với yêu cáu Đối với máy nén công nghiệp cẩn điều chỉnh bảo vệ nước làm mát máy nén nhiệt độ nước, lưu lượng nước… Thiếtbị ngưng tụ Điểu chỉnh thiết bị ngưng tụ phân làm loại chủ yếu : Bình ngưng làm mát nước : điều chỉnh áp suất ngưng tụ, điêu chỉnh lưu lượng nước làm mát (vận hành kinh tế) Dàn ngưng làm mát bàng khơng khí : lưu lượng khơng khí, f giữ áp suất ngưng tụ tối thiểu Ngoài thiết bị điểu chỉnh mức lỏng bình ngưng binh chứa để cẩp lỏng cho dàn bay (van điều chỉnh kiểu phao áp suất cao) Thiêt bị bay Các thiết bị điều chỉnh cho dàn bay gồm thiết bị cấp lòng (việc cấp lỏng phải vừa đủ để dàn bay đạt hiệu trao đổi nhiệt cao hút vé máy nén phải ô trạng thái khô, không gây va đập thủy lực cho máy nén), điểu chỉnh nhiệt độ bay hơi, áp suất bay việc phá bãng cho dàn bay tránh lớp tuyết đóng q dầy cản trở q trình trao đổi nhiệt Thiết bị tự động cho đối lượng cần làm lạnh Chủ yếu thiết bị tự động để trỉ nhiệt độ độ ẩm yêu cầu phòng lạnh Nhiệt độ độ ẩm phải ổn định không vượt giới hạn cho phép Phân loại Phẩn 1.3 đễ cập đến kiểu phân loại thiết bị tư động theo đối tượng tự động hóa máy nén, thiết bị ngưng tụ, thiết bị bay phịng lạnh Cũng phân loại thiết bị tự động theo đặc trưng khác : - Theo chức phân thiết bị tự động ra: Tự động điểu khiển ; Tự động điều chỉnh ; Tự động báo hiệu, báo động (âm ánh sáng) ; Tự động bảo vệ - Theo đối tượng hệ thống phân thiết bị tự động phục vụ cho hệ thổng lạnh bơm nhiệt hệ thống điều hịa khơng khí nhịên hệ thống điểu hịa khơng khí cịn ctí nhiều u cầu đặc biệt vé thiết bị tự động khác - Theo đối tượng thiết bị phân thiết bị tự động phục vụ cho : Máy nén ; Thiết bị ngưng tụ (bình ngưng, dàn ngưng thiết bị kết hợp làm mát nước, khơng khí kết hợp gió nước) ; - Thiết bị bay (làm lạnh chất lỏng hoậc làm lạnh trực' tiếp khơng khí, trực tiếp sản phẩm ,) ; Buồng lạnh (trực tiếp hay nước muối) ; Máy lạnh làm lạnh trực tiếp khơng khí buồng lạnh Máy lạnh có dàn bay trực tiếp làm lạnh khơng khí đối lưu tự nhiên đối lưu cưỡng (dàn lạnh quạt) đổi tượng cơng tác tự động hóa, Các dàn lạnh đối lưu tự nhiên thường sử dụng hệ thống lạnh nhỏ nhỏ tủ lạnhgia đình, tủ lạnh thương nghiệp buổng lạnh nhỏ, buổng lạnh môi chất amoniac 2.1 Máy lạnh với buồng lạnh Máy nén thường loại máy nén frn nhỏ trung bình kín nửa kín, hở Thiết bị ngưng tụ bình ngưng tụ ống vỏ giải nhiệt nước dàn ngưng tụ giải nhiệt gió Cấp lỏng cho dàn bay hệ thống van điện từ với van tiết lưu nhiệt cân ngồi Duy trì nhiệt độ khơng đổi trọng buồng lạnh nhờ rơle nhiệt độ Điều chỉnh suất lạnh phương pháp đóng ngắt máy nén (ON-OFF) Việc đóng ngắt máy nén tiến hành trực tiếp nhờ rơle nhiệt độ T sử dụng rơle nhiêt độ T đóng ngắt van điện từ sau rơle hạ áp đóng ngắt máy nén Các chương trình phá băng dàn lạnh, sưởi cácte máy nén tự động hóa thiết bị ngưng tụ nhờ vào hệ thống tự động ĐK 2.2 Máy lạnh với nhiều buồng lạnh xấp xỉ nhiệt độ Hệ thống lạnh có nhiêu buồng lạnh nhiệt độ độ chênh nhiệt độ xấp xi sử rộng rãi với suất lạnh nhỏ, trung bình lớn, buổng lạnh có nhiều dàn lạnh với hệ thống cấp lỏng cho buổng lạnh Các dàn bay liên kết thành hệ thống dàn bay Nhiệt độ buổng lạnh trì, khống chế riêng biệt Ở có buồng lạnh Bl, B2 B3 nên có dàn lạnh hệ thống cấp lỏng với van điện từ van tiết lưu nhiệt (để đỡ rối, sơ đồ không vẽ đầu cảm nhiệt độ áp suất van tiết lưu buổng B2 B3) Rơ le nhiệt độ có nhiệm vụ trì nhiệt độ phịng khồng đổi cách đóng ngắt van điện từ cấp lỏng Máy nén điều chỉnh suất lạnh phù hợp làm việc đầy tải (cả ba buồng làm việc) phần tải buổng làm việc Khi phòng đủ lạnh, van điện từ cuối ngắt, ngừng cấp lỏng máy nénngừng làm việc Khi van điện từ mở để cấp lỏng cho dàn máy nén bắt đầu làm việc trở lại 2.3 Máy lạnh với nhiều buồng lạnh khác nhiệt độ Về nguyên tắc, nhiệt độ buổng lạnh xấp xì sử dụng máy nén lạnh nhiệt độ buồng lạnh chênh lệch nhiều thìmơi buồng lạnh cần máy nén riêng biệt với hệ thống cấp lỏng riêng biệt với hệ thống tự động riêng biệt, bình ngưng, dàn ngưng chung, đặc biệt hệ thống lạnh amoniac lớn, đổi với hệ thốngfreon nên sử dụng riêngbiệt thuận lợi lắp đặt vận hành bảo dưỡng, sửa chữa, vận chuyển thử nghiệm Chì trương hợp khó khăn, có máy nén, phải vận hành máy nen với chế độ nhiệt độ sôi buổng lạnh thẩp toàn hệ thống cấp lỏng tự động hóa tương tự máy lạnh vơi nhiều buồng lạnh xấp xỉ nhiệt độ Nhiệt độ buồng lạnh tự động điểu chỉnh rơle nhiệt độ qua trực tiếp đóng ngắt cấp lỏng cho dàn bay van điện từ Áp suất bay nhiệt độ bay tất buồng lạnh giống Do nhiêt độ buổng khác nên hiệu nhiệt độ dàn lạnh nhiệt độ buổng có độ chênh lệch khác Như nói trên, nhiệt độ buồng yêu cầu cao mà nhiệt độ bay thấp dẫn đến việc độ ẩm tương đối buồng lạnh giảm xuống thấp Rau, hoa, thực phẩm khơng có bao gói khơng thấm bị khô hao tỷ lệ tổn thất khối lượng khơ ngót tăng lên đáng kể Việc điều chỉnh trì độ ẩm yêu cầu cao khó khăn Điều chỉnh nhiệt độ độ ẩm buồng lạnh 3.1 Khái quát Nhưng ngược lại, có nhiều buồng lạnh có yêu cầu khát khe độ ẩm bảo quản.Thí dụ, bảo quản sản phẩm rau, hoa, , sản phẩm hơ hấp trứng với nhiệt độ, độ ấm tiêu quan trọng cấn khống chế Đơi việc khống chế độ ẩm cịn quan trọng việc khống chế nhiệt độ, Việc điều chỉnh nhiệt độ độ ẩm cịn có ứng dụng rộng rãi kỹ thuật điểu hịa khơng khí Nói chung kỹ thuật lạnh, việc khống chế độ ẩm cẩn phải dự trù ngaykhi thiết kế buồng lạnh Muốn trì độ ẩm cao buồng lạnh cần đạt : Độ dày cách nhiệt cách ẩm thật tốt, nhiệt thẩm thấu vào ít, hệ số làm việc giảm qua lượng nước ngưng đọng vào dàn lạnh giảm Diện tích trao đổi nhiệt dàn bay phải lớn sẽ, tránh tạo tâm ngưng cho nước, dàn phải phá băng tự động thường xuyên để tránh lớp tuyết dày bám bề mặt Hiệu nhiệt độ buổng nhiệt độ bay cần phải nhỏ đề giảm tối thiểu ngưng đọng nước vào dàn Năng suất lạnh hệ thổng cẩn phải lớn để giảm hệ số làm việc cùa máy lạnh qua giảm ngưng tụ nước Giảm tuẩn hồn khơng khí lạnh qua dàn lạnh để giảm ngưng tụ nước vào dàn lạnh (ở buồng lạnh lớn amoniăc thường sử dụng dàn lạnh tĩnh để tăng độ ẩm giảm thiểu tổn thất khối lượng sản phẩm bảo quàn khồ ngót) Do nhiệt độ bay dàn lạnh thấp nhiều nhiệt độ đọng sương khơng khí buồng lạnh nên ln ln xảy trình ngưng đọng nước vào dàn lạnh Chính q trình nên việc khử ẩm phòng lạnh dề dàng nhiều so với việc tăng ẩm phòng lạnh Muốn khử ẩm chi cần hạ nhiệt độ bay dàn lạnh Hạ nhiệt độ bay có nhiểu cách sau : Giảm diện tích bễ mặt trao đổi nhiệt Giảm tốc độ quạt dàn lạnh cho chạy theo chế độ ON-OFF (ngừng quạt cho to giảm, sau cho quạt chạy rổi lại ngừng) Muổn trì độ ẩm cao buống lạnh cần phải Sử dụng máy phun ẩm (chỉ dùng cho buổng có nhiệt độ từ +3°c trở lên, đặc biệt thích hợp cho buổng điều hịa khơng khí) Như buổng nhiệt độ