Giáo trình thiết bị cơ điện lạnh phần 1

CK.0000069535 HĂNG THIẾT BỊ NHÀ XUẤT BẢN XÂY DựNG -—■ r■: V ĐINH VĂN THẮNG THIẾT BỊ Cơ DIỆN LẠNH NHÀ XUẤT BẢN XÂY DựNG HÀ NỘI-2015 LỜI NÓI ĐẦU Cùng với phát triển khoa học công nghệ giới, kỹ thuật lạnh nước ta phát triên mạnh mẽ Các thiết bị lạnh thông dụng như: tủ lạnh, điều hồ khơng khí, máy làm kem, máy sản xuất nước đá trở nên quen thuộc đời song hàng ngày đoi với người dân Việt Nam Các loại máy thiết bị lạnh công nghiệp phục vụ cho nhiều ngành kinh tế quốc dân bao gồm ngành chế biến thực phẩm, sàn xuất rượu bia, dệt may, y tế, thể thao, du lịch, v.v phát huy tác dụng, thúc đay kinh tế đà lên đất nước Song hành với phát triển khoa học - kỹ thuật, việc phát triển đội ngũ cán khoa học - kỹ thuật công nhân lành nghề Đảng Nhà nước ta đặc biệt quan tâm chi rõ: "Phát triền giáo dục, đào tạo khoa học công nghệ quốc sách hàng đầu nhằm nâng cao dân trí, đào tạo nhân lực, bồi dưỡng nhân tài, phát huy nguồn lực người, khâu đột phá để tiến vào thời kỳ Đây nghiệp Đảng, Nhà nước cùa toàn dân, gia đình moi cơng dân Đe đáp ứng nhu cầu cấp bách phù hợp với chương trình đào tạo kỹ SƯ chuyên ngành Điện-Điện từ Trường Đại học Mỏ - Địa chất, biên soạn giáo trình "Thiết bị - điện lạnh " nhằm cung cấp cho người học kiến thức kỹ thuật lạnh thiết bị lạnh nhằm đáp ứng yêu cầu bo cập kiến thức chuyên mơn Giáo trình "Thiết bị - điện lạ n h " dùng đế giảng dạy học tập Trường Đại học Mó Địa chất, chuyên ngành Điện - Điện tử cho trường đại học, cao đắng khối kỹ thuật, làm tài liệu tham khảo để giảng dạy học tập Với đặc thù hau hết thiết bị lạnh phó biến dạng máy lạnh nén nên nội dung giáo trình tác giả chù yếu tập trung hướng vào máy lạnh nén hơi, máy lạnh khác như: máy lạnh hấp thụ, máy lạnh ejectơ, máy lạnh bán dẫn chi giới thiệu sơ lược mà không sâu chi tiết cụ thể Trong trình biên tập lần đầu, giáo trình "Thiết bị - điện lạnh " khơng tránh khỏi thiếu sót, tác giả mong nhận ý kiến đóng góp chuyên gia, nlià khoa học để giáo trình trở nên hoàn thiện Xin trân trọng cảm ơn! Tác giả Chương C SỞ KỸ THUẶT LẠNH 1.1 MỞ ĐÀU Làm lạnh sử dụng từ lâu lịch sử, nước nước đá dùng để làm lạnh, đến tận ngày quy trinh làm lạnh học áp dụng sở làm tạnh rộng rãi Cuộc sống đại đòi hỏi thiết bị làm lạnh sử dụng để bảo quản thực phẩm bảo đảm tiện nghi sống Nhiều quy trinh đại công nghiệp sống cơng nghiệp dệt, in ấn, thực phẩm, hóa chất đòi hòi ứng dụng hợp lý trang thiết bị làm lạnh điều hịa khơng khí để vận hành hiệu kinh tế quy trinh sản xuất Ngoài ra, nhiều lĩnh vực khoa học địi hỏi điều hịa khơng khí làm lạnh mức độ cao, chẳng hạn vật lý, hóa học Các kiến thức điện quan trọng người thiết kế, láp đặt, bảo dưỡng hệ thống lạnh Từ thời tiền sử loài người đẵ sử dụng vài phương pháp bảo quản thực phẩm Ban đầu, thực phẩm đưa xuống giếng hang động, nơi có nhiệt độ thấp xung quanh, nước đá sử dụng, cắt từ sơng hồ đóng băng Khi thu họach băng tự nhiên trở nên hiệu quả, hộp băng sử dụng rộng rai Tuy nhiên, việc vận chuyển bang tứ nơi có hậu lạnh dén nơi có khí hậu nóng hom trờ thành vấn đề lớn Từ nhiều kỷ trước, nhà khoa học châu Âu sử dụng áp suất nhiệt độ thấp để hóa lịng NH3, điều thực bàng cách tăng áp suất giảm nhiệt độ Khi áp suất giảm, NH3 lỏng sơi nhanh chuyển sang trạng thái khí, q trinh gây hấp thụ nhiệt từ vật thể xung quanh NH3 Đây phát quan trọng dẫn đến phát triển thiết bị làm lạnh dùng ngày Thiết bị làm đông nước thành đá (băng) sử dụng vào năm 1825, nước đá sản xuất từ thiết bị có độ tinh khiết cao so với băng tự nhiên, quy trình khơng phụ thuộc vào điều kiện khí hậu Nhu cầu việc làm lạnh ngày tăng, địi hỏi có thiết bị lạnh hiệu kinh tế Điều dẫn đến ngành công nghiệp mới, công nghiệp bảo quản thực phẩm dài ngày Sự phát triển vi sinh vật bị hạn chế nhiệt độ thấp phát Ngày nay, khoảng nhiệt độ gọi khoảng an toàn thực phẩm thường gọi khoảng lạnh an tồn Làm lạnh coi quy trình giải nhiệt từ khơng gian vật liệu trì khơng gian vật liệu nhiệt độ thấp mơi trường Hệ thống làm lạnh kín dùng để lấy nhiệt bên không gian vật liệu cần hạ thấp nhiệt độ để đưa đến nơi khác (môi trường) Khi hệ thống liên tục vận hành, nhiệt lấy nhiều, không gian vật liệu tiếp tục làm lạnh Quy trình dùng để làm lạnh loại thực phẩm, rau xanh, ưái loại sản phẩm khác để bảo quản chúng thời gian dài Các quy trinh khác, chẳng hạn điều hịa khơng khí làm lạnh, sử dụng thiết bị làm lạnh để làm giảm độ ẩm cùa khơng khí làm lạnh khơng khí đến nhiệt độ mong muốn Làm lạnh thực phương pháp tuần hồn lưu chất (được gọi mơi chất làm lạnh hay chất tải lạnh) qua ống dẫn thiết bị, tạo nên hệ thống lạnh Trong tuần hồn, mơi chất lạnh bị nén, bị làm nguội hóa (chuyển trạng thái) Máy nén làm cho mơi chất lạnh tuần hồn qua hệ thống cách tăng áp suất phía giảm áp suất phía (hình 1.1) Thiốt bị điếu khiển lưu lượng Hình 1.1 Sơ đồ mạch tuẩn hồn chất làm lạnh Trong chu kỳ vận hành, máy nén cung cấp môi chất lạnh nén vào ngưng tụ Tại đây, môi chất lạnh ngưng tụ chuyển sang trạng thái lỏng Môi chất lỏng qua hệ thống đến thiết bị kiểm sốt lưu lirợng, chất lỏng định lượng làm giảm áp suất Môi chất lạnh với áp suất thấp qua hóa hơi, mơi chất lạnh hóa hơi, hấp thụ nhiệt từ mơi trường xung quanh Trong trinh này, môi chất lạnh hấp thụ nhiệt chuyển thành áp suất thấp Máy nén bơm mơi chất lạnh từ hóa qua ống hút đến máy nén, chu kỳ lặp lại 1.2 TRẠNG THÁI RẮN, LỎNG, KHÍ VÀ s ự THAY ĐỎI TRẠNG THÁI CỦA VẬT CHÁT Các trạng thái vật chất quan trọng để giúp cho nắm bắt tốt sờ kỹ thuật lạnh, gồm: Trạng thải rắn: Vật chất trạng thái rắn tích hình dạng ổn định khơng có tác dụng lực từ bên ngồi Mọi phân tử chất rắn đồng kích cỡ hình dạng, ln ln trì vị trí tương đối chúng bên chất Cũng trạng thái khác, phân tử chất rắn luôn dao động Tần số biên độ dao động phân tử phụ thuộc vào loại chất rắn nhiệt độ, nhiệt độ cao dao động phân từ lớn Sức hút trái đất chất rắn lớn hon so với chất lỏng chất khí, mật độ cùa chất rắn thường lớn Chất rắn phải đỡ để chịu sức hút trái đất, lực ngược chiều với lực hút trái đất (hình 1.3) Khi chất rắn không chuyển động chuyển động thẳng đều, tổng lực tác dụng lên chất ran khơng, chất rắn trạng thái cân Hình 1.2 Chất rắn Hình 1.3 Lục đỡ chất rắn với lực hút trái đất Trạng thái lỏng: Khi vật chất trạng thái lỏng, có hình dạng vật chứa, nghĩa chất lỏng tích xác định khơng có hình dạng xác định (hình 1.4) Lực chất lỏng tác dụng lên bình chứa theo hai chiều vào Trọng lực cùa chất lỏng lực từ tính trái đất tạo lực hướng đáy bình chứa Cũng chất khác, phân tử chất lỏng dao động Sự dao động lớn so với trạng thái rắn khoảng cách phân tử trạng thái lỏng lớn trạng thái rắn, lực hút chúng thấp Mức độ dao động tỳ lệ thuận với nhiệt độ, nhiệt độ chất lỏng cao dao động lcm Khi nhiệt độ tăng, chất lỏng chuyển động hướng lên trên, chuyển động đối lưu, số phân tử tách khỏi bề mặt chất lỏng vào khí quyển, tượng gọi bay Hình 1.4 Lực chất lỏng bên bình chứa Hình 1.5 Chất khí bén bình chứa Trạng thái khí: Vật chất trạng thái khí có khả khí khơng chứa bình kín Khấc với trạng thái rán lỏng, vật chất trạng thái khí khơng có hình dạng thể tích xác định Các phân tử khí có lực hút tương tác nhỏ chúng với với chất khác, chúng chuyển động tự Khi chuyển động tự do, chúng va đập với va đập vào thành bình chứa S ự th a y đ ổ i trọ n g thái: Khi cung cấp giải phóng đủ nhiệt vật chất, chất thay đổi trạng thái Ví dụ: ba trạng thái nước băng, lỏng Ở nhiệt độ thường, băng tan chảy thành nước lỏng, cấp đủ nhiệt nước hóa Q trình thuận nghịch Hơi nước hóa lỏng gọi trinh ngưng tụ nước đóng băng giải phóng đủ lượng nhiệt cần thiết C hương C SỞ KỸ THUẬT NHIỆT Trong đời sống thường ngày, có hai khái niệm sử dụng phổ biến quen dùng nóng lạnh Nước sơi coi nóng, nước đá lạnh, chi nhũng khái niệm mang tính tương đối Thuật ngữ "lạnh" chi có ý nghĩa tương đối vật thể coi lạnh có nghĩa có nhiệt độ thấp Ví dụ, mùa đơng ta cảm thấy lạnh có nhiệt xung quanh, điều mà ta cảm nhận nhiệt độ thấp mơi trường quanh ta Do đó, muốn làm lạnh ta cần phải giải phóng nhiệt Đây mục đích nguyên lý làm việc hệ thống lạnh điều hịa khơng khí 2.1 CHUYÊN ĐỘNG NHIỆT Trong thực nghiệm, nhiệt đo ảnh hưởng nhiệt độ số chất cho trước so sánh với điều kiện chuẩn Nếu đặt ấm nước bếp lửa, nhiệt truyền từ lửa đến nước ấm, nước đáy ấm nóng nhanh hơn, nước phía đạt nhiệt độ tương đương bên Điều cho vật chất khác Chất rắn truyền nhiệt theo cách tương tự song cần phải xét đến hệ số truyền nhiệt đặc trưng vật liệu trình nhiệt Neu tiếp tục cấp nhiệt, nhiệt độ vật chất tăng làm thay đổi trạng thái Chất rắn nóng chảy thành chất lịng, chất lỏng hóa c ầ n phân biệt khác biệt hai đại lượng nhiệt lượng nhiệt độ Hai vật khác có nhiệt độ nhiệt lượng chúng hồn tồn khác 2.2 DỊNG NHIỆT v ề nguyên tắc, nhiệt đirợc truyền cách tự nhiên từ nơi có nhiệt độ cao đến nơi có nhiệt độ thấp Lượng nhiệt truyền phụ thuộc vào độ chênh lệch nhiệt độ Tốc độ truyền nhiệt nhanh chênh lệch nhiệt độ cao Ví dụ, hai vật loại đặt sát cách nhiệt với xung quanh, vật nặng lkg có nhiệt độ 400°c cịn vật nặng lOOOkg có nhiệt độ 300°c Nhiệt lượng vật nặng lớn vật nhẹ, có chênh lệch nhiệt độ hai vật đó, nhiệt truyền từ vật có nhiệt độ cao sang vật có nhiệt độ thấp hơn, nhiệt độ chúng 212°F Hình 2.1 Nhiệt lượng khác hai bình nước có nhiệt độ Tại thời điểm đầu, dòng nhiệt lớn Khi độ chênh nhiệt độ chúng giảm dần, dòng nhiệt giảm theo không nhiệt độ chúng Việc truyền nhiệt thực ba cách kết hợp cách gồm: dan nhiệt, truyền nhiệt, đối lưu xạ nhiệt Khơng có dịng nhiột 100°F 100°F Hình 2.2 Dòng nhiệt chênh lệch nhiệt độ 2.3 N H IỆ T D U N G R IÊ N G Nhiệt dung riêng định nghĩa nhiệt lượng cần thiết để tâng nhiệt độ đơn vị vật chất lên 1° Ví dụ, pound vật chất lên 1°F, lkg lên r c hay lm3 lên l°c Mỗi vật liệu khác có giá trị nhiệt dung riêng đặc trưng khác Nhiệt đung riêng coi tỳ số cùa nhiệt lượng cần thiết để thay đồi nhiệt độ cùa vật chất lên 1° so với nhiệt lượng cần thiết để thay đổi nhiệt độ nước có khối lượng lên 1° 10 Khi sử dụng đơn vị nhiệt lượng Anh Btu, sừ dụng đơn vị Btu/lb cho nhiệt dung riêng Các giá trị nhiệt dung số thực phẩm nêu bảng 2.1 sử dụng đơn vị Btu/lb Sau thực phẩm làm lạnh, nhiệt dung chúng nhỏ hon nhiều so với trước làm lạnh, hầu hết trường hợp, nhiệt dung chúng giảm đến nửa Bảng 2.1 Nhiệt dung số thực phẩm Thực phẩm Lúa mach Thịt bò Thịt lợn Cá Gà Trứng Bơ Pho mai Sữa Nhiệt dung (chưa làm lạnh) Btu 0,70 0,68 0,57 0,82 0,80 0,76 0,55 0,64 0,92 Nhiệt dung (sau làm lạnh) Btù 0,39 0,38 0,30 0,43 0,42 0,40 0,33 0,37 0,47 2.4 NHIỆT NHẠY Là phần nhiệt bổ sung giải phóng vật thể, làm thay đổi nhiệt độ không thay đổi trạng thái đo nhiệt kế Ví dụ, cấp nhiệt cho nước để thay đồi nhiệt độ từ 70 lên 212°F, nhiệt độ tăng thêm 142°F Nhiệt lượng tính từ hiệu số nhiệt độ 142°F, nhiệt dung nước khối lượng cùa nước, gọi nhiệt nhạy 142°F 212°F Hình 2.3 Ví dụ vê nhiệt nhạy 11 Van h ú t van xả Có nhiều van hút van xả khác Đơn giản loại van bố trí nắp xi lanh (hình 6.9) Lá van cố định đầu, cịn đầu mở đóng theo hiệu áp suất hai phía van Để tránh uốn cong mức, van có vấu cữ đảm bảo van mở vừa đủ Như vậy, van làm việc lâu bền, tuổi thọ cao Các máy công nghiệp công suất lớn thường sử dụng loại van hút đẩy hình trịn Cơ cấu giảm tải khởi động Hình 6.9 Cấu tạo cùa van hút van xả Có nhiều phương pháp giảm tải đồng thời để điều chỉnh suất lạnh, phương pháp ứng dụng rộng rãi máy nén cơng nghiệp vơ 77 hiệu hóa nhiều xi lanh bàng cách nâng van hút Khi nâng van hút, hút vào xi lanh lại đẩy trở lại khoang hút van hút khơng đóng lại Đe nâng van hút dùng phương pháp điện từ Khi khởi động máy người ta giảm tải tồn số xi lanh cù;i máy nén Khi máy nén đạt tốc độ định mức bơm dầu đạt áp suất dầu yêu cầu người ta cho van điện từ mở, đưa áp suất dầu vào pit tông thủy lực, hạ van hút xuống vị trí làm việc máy nén làm việc với điều kiện có tải Cơ cấu bơi trơn máy nén Việc bôi trơn máy nén với chế độ làm việc máy quan trọng, điều kiện tiên cho làm việc an toàn, tin cậy với tuổi thọ cao máy nén Tữ giàn lạnh Tới giàn nóng Kỳ nạp Kỹ nén Hình 6.10 Hoạt động cùa van hút, van xả Có nhiều phương pháp bơi trơn máy nén: - Đối với máy nén kín có trục đứng, dầu bơm từ đáy dầu lên rãnh xoắn bố trí quanh trục Khi trục quay dầu bơm lên nhờ lực ly tâm Các lốc có trục nằm ngang thường bố trí bơm dầu điều kiểu pit tơng vịng lệch tâm - Các máy nén nhỏ hở nửa kín đơn giản có chi cần dùng cấu kiểu văng gắn vào trục khuýu Khi trục khuỷu quay, cánh văng với xuống bề mặt dầu té dầu bôi trơn lên chi tiết khoang máy nén - Các máy nén cỡ trung bình, đặc biệt máy nén cỗ lớn lớn bố trí máy bơm dầu bánh đưa dầu đến bề mặt ma sát cần bơi 78 Cụm bịt kín cổ trục Cụm bịt kín cổ trục cần thiết cho máy nén hở để ngăn cách khoang môi chất cácte máy nén với khơng khí bên ngồi Cụm bịt cổ trục phải giữ kín khoang mơi chất điều kiện khác nhu áp suất dư, áp suất chân không thay đồi áp suất liên tục khoang máy, phảigiữ kín máy chạy máy dừng Thơng thường, việc làmkín cổtrục thựchiện nhờ hai bề mặt ma sát Vật liệu thường thép cứng với đồng, gồm teflon grafït Hai bề mặt ma sát luôn bôi trơn tốt dầu, bôi trơn bề mặt ma sát bị mịn dẫn đến rị ri mơi chất Các bề mặt ma sát gia cơng xác, có độ phẳng độ cao Có ba kiểu bịt kín cổ trục sử dụng rộng rãi là: + Cụm bít cổ trục kiểu màng; + Cụm bít cổ trục kiểu hộp xếp tĩnh; + Cụm bít cồ trục kiểu hộp xếp quay Van an tồn máy nén Các máy nén bảo vệ tải áp suất cao đường đẩy, áp suất cao dẫn đến hư hỏng vỡ nồ chi tiết như: pit tông, xi lanh, van đẩy, nắp đẩy, nguyên nhân thiếu nước làm mát bình ngưng, đầu máy nén, quạt dàn ngưng bơm nước bị trục trặc Ở máy nén nhỏ chi sử dụng rơ le áp suất cao để bảo vệ Ở máy nén cỡ trung cỡ lớn người ta cịn bố trí thêm van an tồn nối tắt đường xả đường hút Khi áp suất cao, van an toàn tự động mở xả bớt nén đường hút Đường xả cùa van an tồn đơi cho xà thẳng vào khí Bộ sưởi dầu Bộ sưởi dầu điện để sưởi dầu bôi trơn cácte máy nén chi tiết cần thiết bố trí cho nhiều máy nén khác nhau, đặc biệt máy nén freon nén cỡ trung trờ lên Trong vận hành máy lạnh, nhiều máy nén dừng thời gian dài Môi chất lạnh thường bị dầu hấp thụ, đặc biệt môi chất freon Khi khởi động lại, áp suất đột ngột giảm, môi chất dầu sôi làm cho dầu bị sủi bọt, bọt dầu theo bị hút vào xi lanh vào đường đẩy Nếu sủi bọt mạnh, pit tông hút phải nhiều dầu, máy làm việc nặng nề nhiều gây va đập thủy lực Dầu bốc khỏi máy nén nhiều, gây thiếu dầu dẫn đến việc chi tiết khơng bơi trơn đầy đủ, làm bào mịn cháy bề mặt ma sát Hơn nữa, dầu lẫn nhiều môi chất lạnh làm cho khả bôi trơn dầu giảm, dẫn tới hư hỏng chi tiết 79 Đe trách tượng môi chất bị dầu hấp thụ, cần phải giữ cho nhiệt độ dầu cácte đù cao máy nén dừng, đặc biệt trước khởi động máy nén, để tất môi chất lạnh bị đẩy khỏi dầu Bộ sưởi dầu đom giản điện trờ bố tri vỏ hình trụ đường kính 10 -í- 15mm dài 100 200mm có ren bắt vào đáy dầu máy nén đệm kín đảm bảo khơng chảy dầu ngồi Đối với máy nén kín bố trí vịng đệm bên ngồi, đáy lốc kín Làm mát đầu máy nén Phương pháp làm mát máy nén chủ yếu phụ thuộc nhiệt độ đầu xả, gọi nhiệt độ cuối tầm nén - Các máy nén amoniac cỏ nhiệt độ đầu xả cao, phần lớn làm mát nước Để tiết kiệm nước, người ta thường dùng nước sau qua làm mát bình ngưng Nhiệt độ nước vào máy nén không cao, thường nhỏ 35°c - Các máy nén freon thường làm mát cánh tản nhiệt Rơle hiệu áp suất dầu Để bơi trơn máy nén đầy đủ theo chế độ làm việc yêu cầu, áp suất dầu hệ thống bôi trơn phải đạt áp suất thiết kế định, áp suất áp suất dầu xà của bơm dầu (đọc áp kế dầu) trừ áp suất cácte máy nén, thường gọi hiệu áp suất dầu Người ta sử dụng rơle hiệu áp suất dầu để bảo vệ máy nén khihiệu áp suất dầu tụt xuống mức quy định Rơle áp suất cao Rơle áp suất cao thiết bị tự động bảo vệ, tránh cho máy nén phải làm việc áp suất q cao phía đầu xả truỊịng hợp nước làm mát dàn ngưng, hỏng hóc trục trặc van chặn phía xả Rơle tác động ngừng động máy nén trước van an toàn tác động Rơle áp suất thấp Rơle áp suất thấp có cấu tạo gần giống rơle áp suất cao Nó dùng để điều chinh suất lạnh Khi nhiệt độ phịng đủ lạnh van điện từ cấp lỏng cho dàn đóng, ngừng cấp lỏng cho dàn, áp suất bay đột ngột giảm giá trị cho phép, rơle áp suất thấp tự động ngắt mạch Khi nhiệt độ phòng lạnh tăng cao, vượt mức cho phép, van điện từ từ mờ ra, cấp lỏng cho dàn bay hơi, áp suất hút đột ngột tăng lên vượt giá trị đặt rơle áp suất thấp lạitự động đóngmạch cho động máy nén hoạt động 80 6.4 CÁC MÁY NÉN RƠ TO Các máy nén có cấu tạo vận hành tương đối đom giàn (hình 6.11) phần chuyền động vòng thép, cam bánh lệch tâm, chặn chuyển động (trượt) Vịng thép cam bố trí bên xi lanh thép Vòng thép quay chế tạo lệch tâm đù để tiếp xúc với mặt xi lanh Khi vịng thép quay bên xi lanh, ln có khống hờ phía đối diện với phía vịng thép tiếp xúc với thành xi lanh Cam quay động điện đến đầu trục cùa máy nén - động Chuyển động làm vòng thép lăn theo mặt xi lanh Do có hai cửa thành xi lanh, môi chất lạnh vào xi lanh từ cửa cửa kia, máy nén nén đẩy môi chất lạnh qua tồn hệ thống Hình 6.11 Máy nén rơ to lăn Trong vận hành, vịng thép chuyển động đoạn ngắn, hai cửa mở tạo thành hình lưỡi liềm bên xi lanh nên khơng có tác dụng nén, người ta thiết kế vách ngăn cách hai cửa này, chặn trượt ngăn cản xả phía cửa hút cùa hệ thống Do chặn trượt tiếp xúc với vành thép quay thành xi lanh Một khe nhỏ gia công thành xi lanh đủ để chặn trượt vào rãnh tiếp xúc với thành xi lanh Lò xo đặt phía sau chặn di trượt để chặn tiếp xúc với vành thép vành thép thực chuyển động quay xung quanh thành xi lanh Khi chặn di trượt, môi chất lạnh giữ bên khơng gian hình lưỡi liềm chi có chiều chuyển động hướng theo 81 vành thép quay quanh xi lanh Nhờ có chặn mơi chất làm lạnh chi khói xi lanh qua cửa xả Van kiểm tra đặt đường xả hay đường hút máy nén để ngăn chặn xả quay lại đường hút Loại máy nén dùng hệ thống lạnh cần nhiều môi chất lạnh, cần tỷ số nén thấp Máy nén kiểu quay loại bơm dịch chuyển dương Loại máy thường dùng tù lạnh gia dụng, máy cấp đơng, hệ thống điều hồ khơng khí cỡ nhỏ 6.4.1 M y nén trụ c vít Máy nén trục vít có cấu tạo tương đối đơn giản, gồm hai trục vít tương hợp, chất làm lạnh nén đưa vào ngưng tụ (hình 6.12) Khi vận hành, mơi chất lạnh tràn vào khoảng trống trục vít, khoảng trống có thề tích giảm dần, môi chất lạnh bị nén lại tăng áp suất Khi cửa xả mờ trục vít quay, môi chất lạnh nén vào ngưng tụ Đây máy nén kiểu dịch chuyển dương, có dung lượng nén khoảng 100 đến 700 Chúng thường sừ dụng cho hệ thống làm nước đá Các máy nén kiểu trục vít có thề vận hành với khoảng nhiệt độ ngưng tụ tương đối rộng dung lượng thực tế giảm khoảng 10% Trong hầu hết trường hợp, điều khiển dung lượng thực cách tái tuần hồn hoi mơi chất lạnh bên máy nén Hình 6.12 Máy nén trục vít 6.4.2 M y nén kiểu cuộn xoắn Các máy nén có thiết kế tương đối đơn giản vận hành có hiệu quả, có phận chuyển động bên máy nén (hình 6.13) 82 C a xả Xoắn ốc cổ định Van xả Hình 6.13 Máy nén cuộn xoắn Hình 6.14 Chu kỳ vận hành cùa máy nén cuộn xoắn Các cuộn nén mơi chất lạnh bố trí phía hộp nén, động đặt phía dưới, mức dầu bôi trơn động Sự nén chất làm lạnh bàng cuộn xoắn giải pháp đơn giản tập trung xung quanh tâm hình xoắn Trong kiểu này, hai cuộn xoắn đồng tương hợp tạo thành hình xoắn đồng tâm Một cuộn cố định, cuộn thứ hai chuyển động xoay quanh cuộn thứ Cuộn thứ hai xoay theo chiều kim đồng hồ xung quanh cuộn thứ nhất, đẩy mơi chất lạnh phía ngồi, khơng gian hình lưỡi liềm tạo hai cuộn Lực ly tâm ngăn cản 83 môi chất lạnh ngồi Khi chuyển động, mơi chất lạnh bị ép phía tâm áp suất tăng dần Khi môi chất lạnh đến tâm hai cuộn, bị đẩy lên trên, vào buồng có cửa xả đinh máy nén Khi mơi chất lạnh qua cửa xả, có áp suất cao tác dụng lên phía cuộn này, làm kín hai đầu Khi máy nén hồn tất vịng quay, mơi chất lạnh nén đồng thời, làm cho chu kỳ nén họat động ồn định, làm giảm rung máy nén (hình 6.14) Loại máy nén không bị chất lỏng làm nghẹt chất lỏng vào cuộn xoắn, chúng bị chia tách ra, hướng tâm cuộn lên để tới ngưng tụ Máy nén kiểu cuộn xoắn trang bị cảm biến nhiệt độ xả phía trên, cơng tắc tĩnh nhiệt kiểu đem cực thiết kế để mở nhiệt độ xả máy nén đạt 28 ± 8°F Công tác ngát mạch điện điều khiển khởi động từ máy nén làm dùng máy nén bị nhiệt Cơng tắc tĩnh đóng lại tự động nhiệt độ xuống đến - 130 ± 14°F Bộ cảm biến nhiệt thường bố tri đỉnh máy nén 6.4.3 M y nén ly tâm Máy nén ly tâm thường dùng hệ thống lạnh có cơng suất lớn, đặc biệt hệ thống làm nước đá (hình 6.15) Chúng sử dụng lực ly tâm tạo cánh quay nhanh bên máy nén để thực nén môi chất Hình 6.15 Máy nén li tâm cấp lạnh Quá trinh nén môi chất lạnh xảy môi chất quay với tốc độ cao bị đẩy phía ngồi lực ly tâm M y n ó n ly tơ m c ó c ấ u tọo g m c c rô to h o ặ c c n h q u t q u a y đ ợ c đ ặ t tro n g ngăn riêng Khi máy nén vận hành, môi chất lạnh hút vào cửa hút máy nén gần trục Sự quay rô to tạo nên lực ly tâm làm tăng áp suất môi chất lạnh cửa xả cao hom cửa hút Căn vào yêu cầu tăng áp suất cần thiết mà số lượng cấp máy nén nhiều hay Trong cấp, mơi chất lạnh nén với áp suất tăng dần đạt áp suất mong muốn, cấp sau thường tích nhị hom cấp trước tương ứng với tăng áp suất cấp Các đường dẫn môi chất lạnh máy nén ly tâm phải có dạng xoắn để tránh thất mơi chất lạnh cấp Các vịng xoắn thiết kế với dung sai xác để đảm bảo không bị sụt áp suất cấp Các ổ đỡ trục phải bôi trơn thường xuyên Do yêu cầu bôi trơn, môi chất lạnh hệ thống ly tâm phải không chứa dầu, để tránh tích tụ dầu bên 84 bề mặt truyền nhiệt, chẳng hạn ngưng tụ hoá nhằm đạt hệ số trị nhiệt cao Các máy nén ly tâm thích hợp cho hệ thống có dung lượng 250 đến 3000 Chúng thiết kế để vận hành với tốc độ cao, nhiệt độ làm việc hiệu khoảng 50 đến 120°F Đây loại máy nén khơng có dịch chuyển dương, linh họat tải biến thiên 6.4.4 C c v an m y nén Các van sử dụng máy nén để kiểm soát lưu lượng môi chất lạnh qua hệ thống Khi van cửa xả, máy nén khơng thể bơm mơi chất lạnh theo u cầu cần phải có van xà van hút cho xi lanh Van hút điều khiển lưu lượng chất làm lạnh vào xi lanh máy nén van xả điều khiển chất làm lạnh khỏi xi lanh Các van kiểu cánh có cấu tạo từ thép mỏng, vận hành có hiệu tốc độ cao, gây hư hịng cho mặt tựa van Lá thép có lực cản nhỏ chuyển động mơi chất lạnh, làm tàng hiệu suit thể tích Van hút Cơng dụng cùa van mờ đường dẫn để môi chất lạnh vào xi lanh máy nén pit tơng hút (hình 6.16) Khi pit tơng nén, van hút đóng lại ngăn khơng cho mơi chất lạnh quay trở lại đường hút Van hút vận hành tự động nhờ chênh lệch áp suất hai bên thép trọng lượng thân thép Thơng thường, van hút khơng sử dụng lị xo để vận hành Van hút có nhiều hình dạng, ví dụ như: hình đĩa, hình xuyến hình Hình 6.16 Van hút cùa máy nén 85 Khi có chênh lệch áp suất làm cho thép cùa van dịch chuyển xa mặt tựa van, cổng van mờ Van hút thiết kế để lắp khớp với đầu máy nén để lắp lên giữ van Van bố trí pit tông gọi van pit tông Tất van phải có phận giới hạn chuyển động Lá thép chuyển động mức bị gãy biến dạng, quay mặt tựa chậm khơng đóng kín đirờng hút máy nén vận hành Có nhiều phương pháp dùng để giới hạn chuyển động thép van Ví dụ van pit tơng kiều hình xuyến sừ dụng đầu pit tông để giới hạn chuyển động Tấm cố định đầu pit tông nhờ hệ thống vít Mặt tựa van pit tơng vành trịn phía pit tơng Vành gia cơng để đạt độ xác độ bóng thích hợp Mặt thứ hai bố trí đồng tâm phía mặt tựa van Có cửa hai mặt để môi chất lạnh qua pit tơng hút Sự chuyển động vành xuyến bị giới hạn chi chuyển động vành tròn mặt tựa van phần đầu pit tơng Một lị xo xoắn nhị lắp vào pit tông để tránh kẹt đường dẫn van, giữ cho van đóng máy nén vận hành Van đóng để ngăn cản mơi chất lạnh lọt vào hộp trục khuỷu cùa máy nén Có nhiều kiểu thiết kế máy nén với van hút bố trí đầu xi lanh máy nén Trong kiểu thiết kế này, van bố trí van đầu thân máy nén Mỗi van chứa hai van, van hút van xả cho xi lanh tương ứng Hơi mơi chất lạnh từ hố làm nguội cho đầu xi lanh phận cỏ liên quan Ngoài ra, khả bơm dầu bị loại bỏ môi chất lạnh không cần qua hộp trục khuỷu máy nén, mà mơi chất lạnh hồ trộn lẫn với dầu bôi trơn Các van hút kiểu chế tạo từ thép mịng có độ đàn hồi cao Kiểu van tác động tương tự lò xo đàn hồi thép Áp suất cùa môi chất lạnh từ đường hút làm cho van cong xuống đẻ môi chất lạnh vào xi lanh cùa máy nén Van ln có xu hướng đóng lại lực đàn hồi thép, trừ áp suất cùa môi chất lạnh đù lớn để thắng lực đàn hồi van Van xả Công dụng van xả hướng môi chất lạnh vào hố (bộ ngưng tụ) làm kín bề mặt van mặt tựa van, ngăn không cho môi chất lạnh rị rỉ sang phía áp thấp hệ thống Các van họat động tương tự van kiểm tra, ngăn chặn môi chất lạnh quay ngược trờ lại Vị trí cùa van xả thường van thân máy nén đầu xi lanh Có nhiều kiểu van xả khác theo hình dạng chúng phân loại theo kiểu như: kiểu vòng, kiểu đĩa, kiểu lả (hình 6.17) Khi thiết kế van xả, thường phải xét đến điều kiện an toàn, tránh hư hỏng van môi chất lạnh lỏng dầu vào vùng van xả Van xả kiểu cầu nối thơng dụng nhất, loại van có đường nối đến mặt tựa xả 86 Hình 6.17 Van xà máy nén Các đầu van kiểu lắp chặt vào dẫn van Các dẫn vít gia cơng có hình dạng đặc biệt với ren cho phép vặn vít vào van Van xả chế tạo từ thép đàn hồi Đình van cữ chặn van uốn cong phía tâm đề van uốn cong cho phép mơi chất lanh qua Trong vận hành, có chất lịng vào xi lanh, van phải ép lên cữ chặn lò xo van Cữ chặn lò xo van bị ép lên phía trên, áp suất đủ cao Khi cữ chặn van bị ép lên phía trên, lị xo van bị ép, chất lỏng khơng làm hư hỏng máy nén van Lò xo van đàm bảo an tồn cho van, gọi lị xo an tồn 6.5 BƠI TRƠ N MÁY NÉN Đối với máy nén phận khác máy nén cần bơi trơn, phải có lượng dầu bơi trơn thích hợp hộp trục khuỷu Mỗi máy nén phải có lượng dầu bơi trơn tương ứng với dung lượng nén Trong máy nén kín, khơng kiếm tra mức dầu bôi trơn máy mẳt Đế khắc phục nhược điếm này, người ta lắp thêm ống thuỷ tinh chi báo mức dầu vào máy nén để theo dõi Đối với máy nén, chi nên sử dụng loại dầu thích hợp để bơi trơn Nếu dùng sai loại dầu, cỏ thể xảy cố khó sửa chữa sửa chữa Các nhà sản xuất thường ln đưa loại dầu bơi trơn thích hợp cho hệ thống, tương ứng với loại môi chất lạnh sử dụng nhiệt độ vận hành hệ thống Các phư ơng pháp bơi trơn Có hai phương pháp bôi trơn máy nén: phương pháp phun phương pháp cưỡng Hầu hết máy nén sử dụng kết hợp hai phương pháp Phương pháp phun Bôi trơn phương pháp phun tương đối đơn giản, dầu bôi trơn phun lên phận chuyển động quay trục khuỷu Một số máy nén sử dụng 87 nhỏ cuối truyền để giúp phân phối dầu Phương pháp dùng nhiều cho máy nén tốc độ thấp Tuy nhiên, máy nén tốc độ cao, thường yêu cầu bôi trơn nhiều hơn, điều không chi làm giảm ma sát phận chuyển động mà làm giảm nhiệt sinh ma sát chuyển động bên máy nén Phương pháp cưỡng Sự bôi trơn cưỡng dùng máy nén đại Hai cách phổ biến bôi trcm đường dẫn sử dụng máy bơm dịch chuyển dương Phương pháp bôi trơn đường dẫn dùng cho máy nén cỡ nhỏ có cơng suất mẫ lực Dầu ép qua đường dẫn đến vị trí cần bơi trơn Khi máy nén vận hành, dầu dẫn qua đường dẫn bàng lực ly tâm Đối với máy nén công suất lớn, thường sử dụng bơm kiểu dịch chuyển dương Bcmi lắp đầu trục khuỷu, truyền động từ trục khuỷu máy nén vận hành Khi bơm họat động, dầu với áp suất cao qua lỗ trục khuỷu đến điểm cần bôi trơn Van giảm áp đưa dầu rỗ nhánh đến hộp trục khuỷu áp suất dầu cao Bơm dầu bố trí bên hộp trục khuỷu, áp suất vào ln bàng tồng áp suất hộp trục khuỳu áp suất bơm Áp suất dầu bình thường máy nén vận hành khoảng 30 đến 40 Psi Tuy nhiên, để bôi trơn đầy đủ, áp suất dầu chuẩn phài không nhỏ 10 Psi Van giảm áp điều chỉnh để mở áp suất tổng vượt 60 Psi Bơm dầu thuờng bị ảnh hưởng tồn môi chất lạnh lỏng bên hộp trục khuỷu máy nén Sự tạo bọt hộp trục khuỷu làm dầu thoát khỏi máy nén, làm giám áp suát (làu Néu mỡi chát lạnh lịng có hộp trục khuỷu, 11 Ó gây rung động bơm dầu, cần phải có thiết bị xử lý trường hợp 6.6 TỶ SÓ NÉN Tỳ số nén quan trọng máy nén, cần phải biết phương pháp tính tỷ số nén ảnh hưởng tỷ số hệ thống Tỷ số nén xác định tỳ số áp suất xả tuyệt đối áp suất hút tuyệt đối Để tính áp suất tuyệt đối, cần cộng thêm 15,7Psi cho giá trị đo đuợc áp kế Phản ứng hố học xảy ơxi, ẩm, dầu bơi trơn, axít tăng gấp đơi nhiệt độ xả máy nén tăng lên 18°F so với điều kiện nhiệt độ áp suất thường Do đó, vận hành cùa hệ thống với áp suất cao áp suất xả bình thường gây cố cho hệ thống 88 Đề tính tốn tỷ số nén, sử dụng cơng thức sau: Áp suất xả tuyệt đối Tỷ số nén = -Áp suất hút tuyệt đối 6.7 LÀM NGUỘI MÁY NÉN Máy nén cần làm nguội để tăng tuồi thọ tăng hiệu suất vận hành Các phương pháp làm nguội chủ yếu sử dụng nước, khơng khí, mơi chất lạnh dầu Làm nguội khơng kh í Phương pháp địi hỏi phải có đủ lượng khơng khí tuần hồn qua thân máy để giải phóng nhiệt mức tối đa Khơng khí thổi quạt ngưng tụ phải hướng phía động - máy nén Trong hầu hết trường hợp, quạt hút không cung cấp đủ khơng khí làm nguội cho động - máy nén, nhiệt độ cùa máy nén cao hom so với kiểu làm nguội khác Làm nguội nước Phương pháp áp dụng cho máy có áo nước phía thân máy kết hợp chung với thân máy Khi vận hành, nước phải tuần hoàn qua hệ thống ống để làm nguội Khi nước làm nguội khơng đủ khả giải nhiệt máy trờ nên nhiệt độ cỏ thể bị hư hỏng l.àm nguội môi chất lạnh Hầu hết máy lạnh đại dùng môi chất lanh để làm nguội hệ thống Chúng thiết kế để hút môi chất lạnh từ hoá qua cuộn dây máy nén - động phận khác cần làm mát Đối với hệ thống lạnh nhiệt độ thấp 0°F, cần thiết bị làm nguội bồ xung cho máy nén (do môi chất lạnh không đủ khả hấp thụ nhiệt cho máy nén) Loại thiết bị bồ xung thường quạt riêng quạt ngưng tụ, thiết kế để làm nguội đồng thời máy nén ngưng tụ Làm nguội dầu Phương pháp thường dùng với hệ thống lạnh cơng suất nhỏ nhiệt độ thấp, ví dụ tủ lạnh gia dụng máy cấp đông Cuộn ống nối cho phần khí xả qua ống sau làm nguội dầu Hơi môi chất lạnh quay ngưng tụ đề tiếp tục làm nguội hoá lỏng 89 6.8 CÁC YẾU TĨ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CƠNG ST MÁY NÉN Khi công suất máy nén nhỏ so với yêu cầu, tồn hệ thống vận hành khơng chuẩn Các yếu tố kiểm soát lượng chất làm nguội qua máy nén là: kiểu thiết kế, điều kiện làm việc máy nén, kiểu môi chất lạnh hệ thống, vận hành máy nén Các áp suất vận hành có ảnh hưởng lớn đến cơng suất máy nén bao gồm: Tỷ số nén Kiểu chất làm lạnh sử dụng Hiệu suất thể tích, tỷ số thể tích chất k h í thực đưa vào x i lanh thể tích khoảng hành trình cùa pit tơng Khoảng hành trình pit tơng tạo thành thể tích xi lanh tính theo công thức: -Y., ỉ , , , , , • 7t X D2 X L Thê tích hành trình pit tơng = Thể tích thực Hiệu suất thể tích = Thể tích tính tốn đó: D - đường kính pit tơng; L - khoảng hành trình pit tông Hệ thống làm nguội x i lanh Hiệu suất thể tích cải thiện làm nguội xi lanh tăng lên Hiệu suất hệ thống làm nguội Hiệu suất làm tăng hiệu suất thể tích giảm nhiệt độ mơi chất lạnh Áp suất môi chất lạnh đường hút Khi áp suất hút thấp, hiệu suất thể tích máy nén bị giảm giảm lượng chất làm lạnh vào xi lanh hút Tốc độ máy nén Khi máy nén vận hành tốc độ cao, van máy nén làm việc với hiệu suất thấp Do mơi chất lạnh vào xi lanh hom, làm giảm hiệu suất thể tích cùa máy nén 90 Kiểu kích cỡ van Kích cỡ ốhg van, tốc độ vận hành van ảnh hưởng đến lượng nén máy nén Ma sát m ôi chất lạnh Ma sát đường ống dẫn môi chất lạnh làm giám lượng môi chất vào xi lanh máy nén 10 Điều kiện học máy nén Vòng găng, van, đ ỡ , bị mịn làm giảm cơng suất máy nén 11 Chất bơi trơn Lượng chất bơi trơn thích họp phái tuần hồn qua hệ thống đề làm kín van phận khác máy nén nhằm đảm bảo máy nén vận hành có hiệu quả, cho phép trì cơng suất ổn định Máy nén phận chủ yếu hệ thống lạnh, khó khăn lớn xác định nguyên nhân gây cố cho máy nén Hầu hết cố máy nén thường phận khác gây Vì máy nén thường phận ý để tìm nguyên nhân phận khác 91