LỜI MỞ ĐẦU Trong cuộc sống hiện đại ngày nay,khi mà công nghệ AI 4.0 lên ngôi,thaythế hầu hết các phương pháp thủ công truyền thống trong tất cả các lĩnh vực củađời sống,tự động hóa hệ t
CHƯƠNG MỞ ĐẦU
Đại cương
Tự động hóa hệ thống lạnh là trang bị cho hệ thống lạnh, các dụng cụ mà nhờ những dụng cụ đó hệ thống có thể vận hành hoặc từng phần thiết bị một cách tự động, chắc chắn, an toàn với độ tin cậy con mà không cần sự tham gia trực tiếp của công nhân vận hành
VD: Điều khiển nhiệt độ, áp suất, độ ẩm, dòng điện, khói….
1.2.2.Sơ đồ mạch điều khiển và một số thuật ngữ: a Vòng điều khiển ( Control loop ):
Là hệ thống bao gồm nhiều phần tử với mục đích điều khiển một đại lượng nào đó ( nhiệt độ, áp suất, độ ẩm ) Gồm các phần tử như: sensor, bộ điều khiển, cơ cấu chấp hành, tác nhân được điều khiển, đại lượng nhiễu…
+ Sensor cảm nhận tín hiệu của biến điều khiển và đưa về bộ điều khiển
+ Bộ điều khiển nhận tín hiệu phản hồi từ sensor và tính toán sai số so với điểm cài đặt và suất ra tín hiệu để điều khiển cơ cấu chấp hành ( van, bướm gió )
+ Cơ cấu chấp hành nhận tín hiệu từ bộ điều khiển để điều khiên tác nhân cần điều khiển ( đối tượng cần điều chỉnh )
Gồm 2 loại: Vòng điều khiển hở và kín
Là vòng điều khiển không có tín hiệu phản hồi Mạch điều khiển hở phải dự báo được đại lượng bên ngoài( external variable ) sẽ tác động lên hệ thống thế nào
VD: Van tiết lưu tay Căn cứ vào nhiệt độ ngoài bể đá và các đại lượng khác như nhiệt độ, lượng đá thu hoạch, sự bám tuyết Người ta dự đoán năng suất lạnh để chỉnh van tiết lưu
Vòng điều khiển hở có thể dùng để bảo vệ hệ thống Khi đó nó xuất tín hiệu On hay Off để đóng ngắt tác nhân cần điều khiển hoặc dùng trong việc điều chỉnh thời gian đóng mở máy
Vòng điều khiển kín ( Close loop ):
Có tín hiệu phản hồi sự thay đổi của biến điều khiển ( control variable ) về bộ điều khiển
Ví dụ: Buồng lạnh điều khiển nhiệt độ bằng van điện từ kết hợp với ro le nhiệt độ buồng b Nguồn năng lượng điều khiển ( Energy Source ):
- Hệ điều khiển bằng điện – điện tử: Nếu phần tử cảm biến và truyền tín hiệu đi là các bán dẫn, hệ được gọi là điện – điện tử hay gọi tắt là điện tử Cần lưu ý là ngay cả hệ điện tử thì nguồn năng lượng cung cấp vẫn là điện.
- Hệ điều khiển bằng khí nén ( Pneumatic ): Ở đây khí nén là nguồn năng lượng để cung cấp cho bộ điều khiển để tạo ra lực tác dụng vào phần tử bị điều khiển (van )
- Hệ điều khiển tự cung cấp năng lượng: Năng lượng cần tạo ra lực mở van không cần lấy từ bên ngoài mà lấy từ chính tác nhân bị điều khiển
Ví dụ: Khi van cần mở ra thì van SV mở ra cho phép dòng môi chất có as cao tác động vào power piston, để đóng van thì van điện từ đóng nhưng 1 van điện từ khác thông vào đường ống hút MN sẽ mở ra, nhờ vào lò xo sẽ đẩy power piston lên.
Ví dụ: Nếu đường gas áp suất cao được ngắt thì lò xo làm mở van Nếu cần đóng van thì gas áp suất cao sẽ tác động piston làm đóng van.
- Khi cần xả đá thì van V3 mở ra, van điện từ mở c.Bộ điều khiển:
Bộ điều khiển sẽ đánh giá sự hoạt động của quá trình và xuất tín hiệu để điều khiển cơ cấu chấp hành, qua đó sẽ điều tiết tác nhân điều khiển Ta sẽ có một số kiểu điều khiển như sau:
Điều khiển On-Off ( điều khiển 2 vị trí ):
Phương pháp điều khiển này điều khiển theo giá trị lớn nhất hay nhỏ nhất được yêu cầu Như vậy, tín hiệu ngõ ra của bộ điều khiển không liên tục và không đạt được chính xác nhiệt độ yêu cầu Do đó nên sử dụng trong hệ thống nhỏ hay dùng trong việc bảo vệ thiết bị.
Ví dụ : Để điều chỉnh nhiệt độ không khí trong phòng, máy điều hòa cửa sổ thực hiện như sau :
+ Nhiệt độ đặt trong phòng là 22 độ C + Khi nhiệt độ trong phòng xuống 21 độC máy sẽ dừng chạy
+ Khi nhiệt độ lên 23 độC thì máy bắt đầu chạy lại.
Điều khiển 2 vị trí có thời gian trễ :
Do sự đáp ứng của bộ điều khiển không kịp thời do có sai số hoạt động Sai số hoạt động này do thời gian trễ Thời gian trễ do cảm biến, do truyền tín hiệu, do thiết bị vận chuyển ( nước lạnh vào dàn FCU, gió lạnh ), do cần thời gian để trao đổi nhiệt nên việc điều khiển kém chính xác Do đó người ta gắn thêm một điện trở nhỏ vào đầu cảm biến.
VD: Lắp thêm điện trở trong quá trình on của quá trình sưởi ấm và off trong quá trình làm lạnh d Cảm biến ( Sensor ):
Hầu như các loại cảm biến đều làm việc theo nguyên tắc thay đổi tính chất vật lý khi biến điều khiển bị thay đổi Những sự thay đổi về độ dài, vị trí, điện dung, điện trở… đều được chuyển thành tín hiệu ngõ ra phù hợp với cơ cấu chấp hành Các thiết bị cảm biến được chế tạo bằng các vật liệu và các cấu trúc khác nhau để phù hợp với việc điều khiển trong hệ thống HVACR Các thông số đặc trưng gồm có như sau :
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG LẠNH
Nguyên lý hoạt động
Sau khi môi chất nhận nhiệt trong kho lạnh thì môi chất được máy nén hút về qua bình tách lỏng Môi chất được máy nén nén lại,đi qua bình tách dầu trước khi được đẩy qua bình ngưng, tháp giải nhiệt sẽ làm nhiệm vụ là giải nhiệt cho bình ngưng, tại bình ngưng môi chất được chuyển pha từ hơi sang lỏng và tiếp tục di chuyển đến dàn lạnh Dàn lạnh sẽ trao đổi nhiệt môi chất với môi trường trong kho lạnh và được máy nén hút về, tiếp tục quá trình làm lạnh.
TỰ ĐỘNG HÓA THIẾT BỊ BAY HƠI
Giới thiệu chung
Tự động hoá thiết bị bay hơi là trang bị cho nó những dụng cụ và thiết bị tự động để nó có thể làm việc bình thường, tự động không cần công nhân vận hành theo dõi phục vụ.
Những dụng cụ tự động thực hiện hai chức năng chính:
- Cấp đầy đủ và đều đặn (có thể theo chương trình hoặc chu kỳ) môi chất lỏng cho thiết bị bay hơi.
- Bảo vệ thiết bị ngưng tụ và hệ thống lạnh ở các chế độ làm việc nguy hiểm hoặc không kinh tế, thí dụ, tránh thiết bị bay hơi làm việc ở chế độ ứ lỏng, gây ra hiện tượng lỏng lọt về máy nén có thể dẫn đến va đập thủy lực hay thủy kích khi phụ tải nhiệt của thiết bị bay hơi tăng đột ngột.
Phương pháp tự động hóa, các dụng cụ tự động hóa cũng như bảo vệ tự động sử dụng phải phụ thuộc vào từng loại thiết bị bay hơi và từng loại môi chất lạnh.
Giống như thiết bị ngưng tụ, thiết bị bay hơi được chia ra làm 2 loại chính:
- Bình bay hơi làm lạnh chất lỏng trong đó có loại môi chất lạnh sôi trong ống và loại môi chất lạnh sôi ngoài ống.
- Dàn bay hơi làm lạnh không khí trực tiếp,môi chất lạnh sôi trong ống.
Ngoài ra, theo mức độ choán chỗ của môi chất lạnh lỏng trong thiết bị bay hơi có thể phân loại ngập và không ngập Sự phân loại này chỉ dùng cho bình bay hơi ống chùm:
- Ở loại thiết bị bay hơi kiểu ngập, môi chất lạnh bao phủ toàn bộ bề mặt trao đổi nhiệt F của thiết bị.
- Ở loại thiết bị bay hơi kiểu không ngập, môi chất lạnh lỏng không bao phủ toàn bộ bề mặt trao dổi nhiệt mà một phần bề mặt này dùng để hoá nhiệt hơi hút về máy nén. Đối với các loại dàn bay hơi trực tiếp thì phân ra theo kiểu cấp lỏng từ trên xuống hoặc cấp lỏng từ dưới lên Khi cấp lỏng từ dưới lên hiệu quả trao đổi nhiệt lớn hơn vì diện tích dàn được phủ lỏng sôi nhiều hơn, tuy nhiên, khả năng lọt lỏng về máy nén gây va đập thủy lực lại lớn hơn Ngược lại kiểu cấp lỏng từ trên xuống có hiệu quả trao đổi nhiệt nhỏ Phần dưới dàn chủ yếu sử dụng vào việc quá nhiệt hơi hút nên an toàn hơn, khó bị lọt lỏng về máy nén hơn.
Theo môi chất lạnh, phân ra hai loại chính là thiết bị bay hơi amoniăc và thiết bị bay hơi freôn Sự khác nhau trong phương pháp cấp lỏng cũng là do tính chất vật lý và nhiệt động khác nhau cũng như tác động qua lại giữa chúng và dầu bôi trơn.
Thí dụ, các freôn có nhiệt hoá hơi nhỏ hơn nhiều lần so với amoniăc, hệ số tỏa nhiệt cũng nhỏ hơn, do đó với cùng năng suất lạnh, lưu lượng freôn tuần hoàn trong hệ thống lạnh lớn hơn nhiều lần, bề mặt trao đổi nhiệt cũng phải lớn hơn nên thường có cánh phía freôn Hầu hết các freôn hòa tan dầu tạo khả năng tốt hồi dầu về máy nén qua đường hút nhưng hệ thống lạnh amoniăc cần trang bị bình tách dầu và các bầu dầu cho các thiết bị để thu hồi và trả dầu về bình chứa.
Bảo vệ thiết bị bay hơi cũng gồm 3 công việc chính, đó là:
- Bảo vệ thiết bị bay hơi không bị cấp quá nhiều lỏng, gây nguy cơ lọt lỏng về máy nén, gây va đập thuỷ lực.
- Bảo vệ thiết bị bay hơi không bị đóng băng chất tải lạnh lỏng trong ống trao đổi nhiệt gây nguy cơ nổ ống, rò rỉ môi chất lạnh, làm hư hỏng thiết bị bay hơi.
- Xả băng định kỳ cho các dàn bay hơi làm lạnh không khí bảo đảm quá trình trao đổi nhiệt hiệu quả.
Sau đây chúng ta sẽ đi sâu nghiên cứu các vấn đề cụ thể của tự động điều khiển,điều chỉnh, báo hiệu và bảo vệ cho thiết bị bay hơi.
Tự động cấp dịch cho thiết bị bay hơi
Ống mao đơn giản chỉ l đoạn ống rất nhỏ có đường kính từ 0,2 đến 2mm.
Chiều dài từ 0,5 đến 5 m So với van tiết lưu nó có ưu điểm như sau: Đơn giản, không chi chi tiết chuyển động, sau khi ngừng máy chỉ cần vài phút thì hệ thống tự cân bằng áp suất nên khởi động lại dễ dàng
Những nhược điểm là dễ tắc ẩm, khó xác định chiều dài cần thiết, lưu lượng lượng môi chất qua DL không thể điều khiển chính xác nên chỉ sử dụng cho công suất thấp và trung bình
+ Những hư hỏng thường gặp:
- Ống mao thường bị tắc ẩm do hệ thống lạnh có ẩm Những chỗ bị tắc thường đọng sương
- Hoặc bị đập dẹp, gấp khúc do di chuyển Sử dụng đồ thị để tìm chiều dài và đường kính ống mao Lưu ý đồ thị này sử dụng cho hệ thống có nhiệt độ ngưng tụ 35 0 C
+ Sơ đồ cân cáp ống mao:
- Lắp theo sơ đồ trên Cho lốc chạy, kim áp kế từ từ tăng đến giá trị nào đó.
Giá trị P1 chính là trở lực ống mao Đối với tủ lạnh 1 sao, nhiệt độ -6 0 C thì p1 130~150PSI, tủ 2 sao (-12 0 C ) p1 = 150~160 PSI, tủ 3 sao cũng như tủ kem, tủ bảo quản đông p1 = 160~180 PSI Lốc khỏe lấy giá trị trên và ngược lại
- Khi cân cáp cần lưu ý nguyên tắc sau:
+Chọn đường kính ống mao lớn, không chọn quá nhỏ để tránh tắc ẩm +Không tăng trở lực ống mao bằng cách kẹp ống
+Trở lực càng lớn, độ lạnh càng sâu nhưng năng suất hệ thống nhỏ, vì vậy cân đến độ lạnh cần thiết
3.2.2 Cấp dịch bằng van phao kiểu hạ áp:
Lắp tại thiết bị bay hơi Khi mức lỏng hạ xuống thì lỏng từ bình chứa cao áp được tiết lưu qua ti van.
3.2.3 Cấp dịch bằng van phao kiểu cao áp:
Khi mức lỏng trong bình chứa cao áp tăng lên thì phao nổi lên và lỏng từ BCCA tiết lưu qua ti van rồi đi vào bình bay hơi
3.2.4 Cấp dịch bằng rơ le phao:
Cấu tạo gồm có : Phao, lõi sắt, nam châm Khi phao nổi lên hoặc hạ xuống làm đóng mở tiếp điểm của rơ le gắn nam châm
3.2.5 Cấp dịch bằng van tiết lưu nhiệt:
Ta xét đến ảnh hưởng của độ quá nhiệt đến năng suất lạnh Qo như sau:
Có 2 loại van tiết lưu nhiệt : Cân bằng ngoài và cân bằng trong a Van tiết lưu nhiệt cân bằng trong:
Gồm có khoang áp suất quá nhiệt p1 có màng đàn hồi, đầu cảm nhiệt, ống nối, lò xo Phía trong khoang được nạp môi chất dễ bay hơi ( thường chính là môi chất thường sử dụng trong hệ thống lạnh ) Nhiệt độ quá nhiệt ( cao hơn nhiệt độ sôi ) được đầu cảm biến nhiệt biến thành tín hiệu áp suất để làm thay đổi vị trí màng đàn hồi Màng đàn hồi gắn vào kim van nhờ thanh truyền.
Nếu phụ tải lạnh tăng hay môi chất vào dàn lạnh ít thì độ quá nhiệt p1 tăng, màng xếp dãn ra, đẩy kim van xuống, môi chất vào nhiều hơn Khi môi chất lạnh vào nhiều thì độ quá nhiệt hơi hút giảm, áp suất p1 giảm, màng xếp được kéo lên đóng bớt không cho môi chất vào nhiều.Ta chỉnh được độ quá nhiệt bằng vis
Nếu p 1 ≤ p 0 + p lx van tiết lưu đóng Nếu p 1 > p 0 + p lx van tiết lưu mở
Ví dụ : R22 p 0 = 5,35 bar, nhiệt độ t 0 = 7,2 0 C p lx = 0,7 bar. p 1 = 5,35 + 0,7 = 5,42 bar Tương ứng nhiệt độ bay hơi trong bầu cảm nhiệt là 10,6 0 C. Đây cũng là nhiệt độ hơi hút về MN Vậy độ quá nhiệt là 3,4K b Van tiết lưu nhiệt cân bằng ngoài:
Xét van tiết lưu nhiệt cân bằng trong có các điều kiện sau:
Thiết bị bay hơi có áp suất tại ngõ đặt bầu cảm biến là 52 PSI (3,66 bar ); tổn thất áp suất thiết bị bay hơi 6 PSI (0,42 bar); áp suất do lò xo 12 PSI ( 0,84bar ) Do đó, áp suất tác động vào đáy màng xếp 70 PSI nên áp suất để mở van là 70 PSI, tương ứng với nhiệt độ tại bầu cảm nhiệt 41 0 F Như vậy, độ quá nhiệt sẽ tăng lên thành 13 độF.
- Áp suất làm đóng van: 58 + 12 pPSI - Áp suất cần mở van : 70 PSI ~ 4,93bar
- Nhiệt độ bão hòa tại bầu cảm nhiệt tương ứng 70PSI – 41độF ( 5 0 C ) - Nhiệt độ bão hòa ứng với áp suất bay hơi tại ngõ ra TBBH : 28 độF ( -2,2 0 C ) - Độ quá nhiệt : 41 0 F – 28 0 F = 13 0 F ( 7,2 K )
Vì lý do trên; ta phải sử dụng van tiết lưu cân bằng ngoài Ống cân bằng sẽ kết nối áp suất ngõ ra TBBH và ngõ vào bên dưới van tiết lưu Như vậy; áp suất tác động vào màng xếp để làm đóng van là 52PSI + 12PSI = 68PSI Khi đó việc hoạt động của van tiết lưu nhiệt sẽ giống như ví dụ đầu tiên.
+ Vị trí lắp đặt : Vị trí lắp đặt bầu cảm nhiệt gần ông cân bằng ngoài Nếu đường kính ống lớn hơn 18mm thì bầu cảm nhiệt đặt ở vị trí 4 giờ, nếu d