tính toán thiết kế hệ thống bảo vệ máy nén sử dụng role nhiệt, role áp suất cao, role áp suất thấp cho hệ thống điều hòa không khí

Một hệ thống điều hòa không khí đúng nghĩa là hệ thống có thể duy trì trạng thái của không khí trong không gian điều hòa, trong vùng qui định nào đó.Nó không chịu ảnh hưởng bởi sự thay đ

MÃ SỐ: SV24-2009

S 0 9

S KC 0 0 2 5 5 2

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM



ĐỀ TÀI NCKH CẤP SINH VIÊN

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG BẢO VỆ MÁY NÉN SỬ DỤNG ROLE NHIỆT, ROLE ÁP SUẤT CAO, ROLE ÁP SUẤT THẤP CHO HỆ THỐNG

ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ

MÃ SỐ: SV2009_24

THUỘC NHÓM NGÀNH : KHOA HỌC KỸ THUẬT

NGƯỜI CHỦ TRÌ : LÊ CÔNG KHANH

ĐƠN VỊ : KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

TP HỒ CHÍ MINH – 3/2010

Chương 1.CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ĐIỀU HÒA KHÔNG

KHÍ Ô TÔ

Kỹ thuật điều hòa không khí la ngành khoa học nghiên cứu các phương pháp, công nghệ và thiết bị để tao ra và duy trì một môi trường phù hợp với công nghệ sản xuất, chế biến hoặc thuận tiện cho sinh hoạt của con người Các đại lượng cần tạo ra, duy trì và khồng chế hệ thống điều hòa không khí bao gồm: nhiệt độ ,độ ẩm, sự lưu thông và tuần hoàn của không khí,khử bụi ,tiếng ồn,khí độc hại và vi khuẩn …

Một hệ thống điều hòa không khí đúng nghĩa là hệ thống có thể duy trì trạng thái của không khí trong không gian điều hòa, trong vùng qui định nào đó.Nó không chịu ảnh hưởng bởi sự thay đổi của khí hậu bên ngoài hoặc sự thay đổi của phụ tải bên trong.Từ đó ta thấy rằng,có mối liên hệ mật thiết giữa điều kiện thời tiết bên ngoài không gian điều hòa với chế độ hoạt động và các đặc điểm cấu tạo của hệ thống điều hoà không khí

Khi xét đến sự ảnh hưởng của môi trường không khí đến con người,thì qua thực nghiệm cho thấy: con người dễ chịu , thoải mái trong vùng nhiệt độ khoảng từ 22 đến 270C.ở 270C tương ứng với độ ẩm tương đối của không khí xung quanh - thông số này quyết định đến mức độ bay hơi nước từ cơ thể ra ngoài môi trường là 50% và tốc độ chuyển động của dòng không khí xung quanh -ảnh hưởng đến lượng hơi ẩm thoát ra từ cơ thể sẽ nhiều hay ít là 0,25m/s Tuy vậy, khi chọn tốc độ dòng không khí phải lưu ý đến sự tương thích với nhiệt độ,

độ ẩm, khi nhiệt độ tăng thì tốc độ dòng không khí cũng tăng, điều này sẽ ảnh hưởng đến sự thoải mái và cảm giác dễ chịu của con người

Về mặt thiết bị hệ thống điều hòa không khí là một tổ hợp bao gồm các thành phầnsau:

1.Máy lạnh: Là bộ phận cơ bản của hệ thống, đóng vai trò chủ yếu trong việc khống chế trạng thái của không khí trong không gian cần điều hòa ở vùng

2.Bộ phận gia nhiệt và hâm nóng: Là bộ phận hỗ trợ với máy lạnh trong việc điều chỉnh các thông số của không khí Bộ phận này không nhất thiết phải có mặt trong tất cả các hệ thống điều hòa không khí - ở những vùng thường xuyên nóng bức, sự biến động của phụ tải không nhiều và các yêu cầu kỹ thuật không quá cao thì có thể không cần dùng đến

tải lạnh từ nguồn sinh lạnh đến không gian cần thực hiện kỹ thuật lạnh Ở đây chất tải lạnh có thể là nước, không khí hoặc kết hợp giữa nước và không khí - ở các hệ thống nhỏ, chất tải lạnh thường chính là tác nhân lạnh

4.Hệ thống phun ẩm: Thường được dùng cho những nơi có nhu cầu gia tăng độ chứa hơi không khí trong không gian điều hòa

Hệ thống thải không khí trong không gian cần điều hòa ra ngoài trời hoặc tuần hoàn trở lại vào hệ thống

Bộ điều chỉnh và khống chế tự động: để theo dõi, duy trì và ổn định tự động các thông số chính của hệ thống

Hệ thống giảm ồn, chống cháy, lọc bụi, khử mùi Hệ thống phân phối không khí Tuy nhiên, không phải bất kỳ hệ thống điều hòa không khí nào cũng phải

có đầy đủ các thiết bị nêu trên Ở một số trường hợp có thể có thêm các bộ phận phụ khác giúp cho hệ thống làm việc ổn định và thích ứng hơn Hệ thống điều hòa không khí có thể ứng dụng cho các không gian đứng yên: nhà ở, hội trường, phòng làm việc… ngoài ra còn được ứng dụng cho các không gian di động như: ôtô, xe lửa, máy bay…

Chương 2.CẤU TẠO HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ TRÊN

Ô TÔ

Một hệ thống điều không khí đúng nghĩa là hệ thống có thể duy trì trạng thái của không khí trong không gian cần điều hòa Nó không chịu ảnh hưởng bởi sự thay đổi của điều kiện khí hậu bên ngoài hoặc sự thay đổi của phụ tải bên trong Do đó, cómột mối liên hệ mật thiết giữa điều kiện thời tiết bên ngoài không gian cần điều hòa với chế độ hoạt động và các đặc điểm cấu tạo của hệ thống điều hòa không khí

Hệ thống điều hòa không khí là một tổ hợp bao gồm các thiết bị sau: 2.1.MÁY NÉN.

1) Chức năng, cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Máy nén trong hệ thống điều hòa không khí là loại máy nén đặc biệt dùng trong kỹ thuật lạnh, hoạt động như một cái bơm để hút hơi môi chất ở áp suất thấp nhiệt độ thấp sinh ra ở giàn bay hơi rồi nén lên áp suất cao (100PSI; 7-17,5 kg/cm2) và nhiệt

độ cao để đẩy vào giàn ngưng tụ, đảm sự tuần hòa của môi chất lạnh mộtcách hợp

lý và tăng mức độ trao đổi nhiệt của môi chất trong hệ thống Vì máy điều hòa nhiệt độ trên xe ôtô là một hệ thống làm lạnh kiểu nén khí, nên máy nén là một bộ phận quan trọng nhất của hệ thống lạnh Công suất, chất lượng, tuổi thọ và độ tin cậy của hệ thống lạnh chủ yếu đều do máy nén lạnh quyết định Có thể so sánh máy nén lạnh có tầm quan trọng giống như trái tim của cơ thể sống Trong quá trình làm việc, máy nén sẽ tăng áp suất chất làm lạnh lên khoảng 10 lần: tỉ số nén vào khoảng 5÷8:1, tỉ số nén này phụ thuộc vào nhiệt độ không khí môi trường xung quanh và loại môi chất lạnh Áp suất phải tăng lên đến điểm mà nhiệt độ của chất làm lạnh cao hơn nhiệt độ của không khí ở môi trường xung quanh và phải đủ tại bộ ngưng tụ để giải phóng toàn bộ nhiệt hấp thụ ở trong bộ bốc hơi

Máy nén sử dụng trong hệ thống điều hòa không khí ôtô là loại máy nén hở được gắn bên hông động cơ, nhận truyền động đai từ động cơ ôtô sang đầu trục máy nén qua một ly hợp từ Tốc độ vòng quay của máy nén lớn hơn tốc độ quay của động cơ Ở tốc độ chạy cầm chừng của động cơ ôtô, máy nén làm việc với tốc độ khoảng 600 rpm

Khi tốc độ động cơ đạt tốc độ tối đa thì tốc độ máy nén rất cao Vì vậy, máy nén phải có độ tin cậy cao và phải làm việc hiệu quả trong điều kiện tốc độ động cơ luôn thay đổi trong quá trình làm việc Đặc biệt là các chi tiết như cụm bịt kín cổ trục, các vòng bi, các clappe phải làm việc với độ tin cậy cao

Nhiều loại máy nén khác nhau được dùng trong kỹ thuật điều hòa không khí trên ôtô, mỗi loại máy nén đều có đặc điểm cấu tạo và làm việc theo nguyên tắc khác nhau Nhưng tất cả các loại máy nén đều thực hiện nhiệm vụ như nhau: nhận hơi có

áp

suất thấp từ bộ bốc hơi và chuyển thành hơi có áp suất cao bơm vào bộ ngưng tụ

Thời gian trước đây, hầu hết các máy nén sử dụng loại 2 piston và một trục khuỷu, piston chuyển động tịnh tiến lên xuống trong xi lanh nên gọi là máy nén có piston tịnh tiến Có loại máy nén sử dụng piston tịnh tiến làm việc theo chiều hướng trục hoạt động nhờ đĩa lắc hay tấm dao động; còn có loại máy nén cánh quay và máy nén kiểu cuộn xoắn ốc Tuy nhiên, hiện nay đang dùng phổ biến nhất là loại máy nén piston dọc trục và máy nén quay dùng cánh van li tâm

Máy nén thường có những bộ phận cơ bản như hình 2.4

Cuộn dây nâm châm điện Nắp thân và đuôi máy nén

Mặt bích của máy nén Puli máy nén

Bộ ly hợp điện từ

Trên tất cả các loại máy nén sử dụng trong hệ thống điều hòa không khí ôtô đều được trang bị bộ ly hợp nhờ hoạt động từ trường Bộ ly hợp này được xem như một phần của puly máy nén Ly hợp sẽ ăn khớp hay không ăn khớp để điều khiển trục máy nén quay khi cần thiết, phần puly sẽ quay liên tục bởi dây đai được dẫn động từ trục khuỷu của động cơ khi động cơ làm việc

Ly hợp điện từ làm việc theo nguyên lý điện từ (hình 2.18a), có hai loại cơ bản: loại cực từ tĩnh (cực từ được bố trí trên thân của máy nén) (hình 2.18b) và loại cực từ quay (các cực từ được được lắp trên roto và cùng quay với roto, cấp điện thông qua các chổi than đặt trên thân máy nén)

Trục máy nén và đĩa cam Piston và bánh răng

Nguyên lý hoạt động của ly hợp từ được mô tả như sau (hình 2.19) Khi hệ thống máy lạnh được bật lên, dòng điện chạy qua cuộn dây nam châm điện (1) của

bộ ly hợp, lực từ của nam châm điện hít đĩa bị động (2) dính cứng vào mặt ngoài của puly đang quay (3) Đĩa bị động (2) liên kết với trục máy nén (4) nên lúc này cả puly lẫn trục máy nén được khớp nối cứng một khối và cùng quay với nhau Lúc ta ngắt dòng điện, lực hút từ trường mất, một lò xo phẳng sẽ đẩy đĩa bị động (2) tách rời mặt ngoài puly; lúc này, trục khuỷu động cơ quay, puly máy nén quay trơn trên vòng bi (5), nhưng trục máy nén đứng yên Đây là loại khớp nối kiểu cực từ tĩnh, nên trong quá trình hoạt động, cuộn dây nam châm điện không quay, lực hút từ trường của nó được truyền dẫn xuyên qua puly đến đĩa bị động (2) Đĩa bị động (2) và mayor của nó liên kết vào đầu trục máy nén nhờ chốt clavet, đồng thời có thể trượt dọc trên trục để đảm bảo khoảng cách của ly hợp là 0,022÷0,057 inch (0,56÷1,47mm)

Với loại ly hợp có cực từ tĩnh, hiệu suất cắt và nối cao; ít bị mài mòn và đỡ công kiểm tra, bảo trì thường xuyên Nên loại này được sử dụng rộng rãi hơn so với loại ly hợp từ có cực từ di động, vì phải thường xuyên kiểm tra sự tiếp xúc giữa chổi than với roto của ly hợp

Tùy theo cách thiết kế, bộ ly hợp từ trường thường được điều khiển cắt nối nhờ bộ cảm biến nhiệt điện, bộ cảm biến nhiệt này hoạt động dựa theo áp suất hay nhiệt độ của hệ thống điều hòa không khí Trong một vài kiểu bộ ly hợp được thiết kế cho nối khớp liên tục mỗi khi đóng nối mạch công tắc máy lạnh

2.2.PHẦN TÍNH TOÁN CHỌN MÁY NÉN

I.Phần mở đầu

1.Phân tích đặc điểm chu trình định hướng thiết kế

Thiết kế hệ thống điều hòa trên ô tô

Với các kích thước sau :

2.Chọn cấp điều hòa không khí

ở đây điều hòa trên ô tô nên ta chọn điều hòa cấp 3.Hệ thống điều hòa không khí được duy trì các thông số trong nhà ở phạm vi cho phép so với độ sai lệch cho phép không quá 400h một năm

3 Chọn thông số tính toán ngoài nhà

4.chọn thông số thiết kế trong nhà

Nhiệt độ sôi của môi chất t0 =tp - t0= 18- 8 = 100C

Qht :nhiệt hiện thừa

Qât :nhiệt ẩn thừa

2 Tính nhiệt hiện thừa và nhiệt ẩm thừa

Nhiệt hiện bức xạ qua kính Q1

Q1 = nt.Q1’

Nt : hệ số tác dụng tức thời

Q1’ =F.εc.εds.εmm.εkh.εm.εr ,W

F :diện tích mặt kính có khuôn thép, m2

Q1’:lượng nhiệt bức xạ tức thời qua kính vào phòng

Rt :nhiệt bức xạ môi trường qua kính vào phòng w/m2

Hệ thống hoạt động 24/24 nên chọ Rt trong bảng 4.2.chon Rt = 514 ở hướng tây vào tháng 9 và tháng 3

εc : hệ số ảnh hưởng của độ cao so với mặt nước biển

Q1 :nhiệt lượng tác dungjtruwcj tiếp đến phụ tải lạnh

Q1’: lượng nhiệt bức xạ qua kính vào phòng nhưng không tác dụng trực tiếp đến phụ tải lạnh

Giả sử hệ thống điều hòa hoạt động 24/24 , có khối lượng sàn là 150kg/m2

,tìm được ntmax =0,29 ( vào 2h chiều)

2.3.Nhiệt truyền qua kính cửa sổ :

a Nhiệt truyền qua cửa ra vào

Q22 = k.F.Δt= 2.1,3.1,3.5,89.16,6 = 330w

b.Nhiệt truyền qua nền

Q23 = k.F.Δt

Vậy Q2 = 10+330+77 =417w

2.4.Nhiệt tỏa ra do đèn chiếu sáng

Q3 theo định hướng tiêu chuẩn 10-12w/m2 sàn

Ở đây ta chọn là 10w/m2

Q3 = 10.F= 10.2,6.1,3 = 34w

2.5 Nhiệt hiện và nhiệt ẩn do người tỏa ra

a Nhiệt hiện do người tỏa ra

Qh = n.qh = 4.79 = 316w

Trong đó: n = 4 số người ở trong phòng

Qh lượng nhiệt của một người tỏa ra = 79w/người

b.Nhiệt ẩn do người tỏa ra :

Trong đó dn :dung ẩm của không khí bên ngoài

dt :dung ẩm của không khí bên trong phòng

Với các thông số :

tk = 47,60C

t0 = 100C

Q0 = 3kw

Không khí đƣợc lấy từ bên ngoài vào và đi qua giàn lạnh (bộ bốc hơi) Tại đây

không khí bị giàn lạnh lấy đi rất nhiều năng lƣợng thông qua các lá tản nhiệt, do

đó nhiệt độ không khí sẽ bị giảm xuống rất nhanh đồng thời hơi ẩm trong không

khí cũng bị ngƣng tụ lại và đƣa ra ngoài

Tại giàn lạnh khi môi chất ở thể lỏng có nhiệt độ, áp suất cao sẽ trở

thành môi chất thể hơi có nhiệt độ, áp suất thấp Khi quá trình này xảy ra môi

chất cần một năng lƣợng rất nhiều, do vậy nó sẽ lấy năng lƣợng từ không khí

xung quanh giàn lạnh (năng lƣợng không mất đi mà chỉ chuyển từ dạng này

sang dạng khác) Không khí mất năng lƣợng nên nhiệt độ bị giảm xuống, tạo

nên không khí lạnh

Trong hệ thống, máy nén làm nhiệm vụ làm môi chất từ dạng hơi áp suất, nhiệt

độ thấp trở thành hơi có áp suất, nhiệt độ cao Máy nén hút môi chất dạng hơi áp

suất, nhiệt độ thấp từ giàn lạnh về và nén lên tới áp suất yêu cầu: 12-20 bar Môi

chất ra khỏi máy nén sẽ ở dạng hơi có áp suất, nhiệt độ cao đi vào giàn nóng (bộ

ngƣng tụ) quan trọng nó giúp hệ thống hoạt động đƣợc tối ƣu

thông qua các lá tản nhiệt Khi môi chất mất năng lượng, nhiệt độ của môi chất sẽ

bị giảm xuống cho đến khi bằng với nhiệt độ, áp suất bốc hơi thì môi chấtsẽ trở về dạng lỏng có áp suất cao

Môi chất sau khi ra khỏi giàn nóng sẽ tới bình lọc hút ẩm Trong bình lọc hút ẩm có lưới lọc và chất hút ẩm Môi chất sau khi đi qua bình lọc sẽ tinh khiết và không còn hơi ẩm Đồng thời nó cũng ngăn chặn áp suất vượt quá giới hạn

Sau khi qua bình lọc hút ẩm, môi chất tới van tiết lưu Van tiết lưu quyết định lượng môi chất phun vào giàn lạnh, lượng này được điều chỉnh bằng 2 cách: bằng áp suất hoặc bằng nhiệt độ ngõ ra của giàn lạnh Việc điều chỉnh rất quang trọng nó giúp hệ thống hoạt động được tối ưu

T

h

lg P

Chức năng, cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Thiết bị ngƣng tụ của hệ thống điều hòa không khí ôtô (hay còn gọi là giàn nóng) là thiết bị trao đổi nhiệt để biến hơi môi chất lạnh có áp suất và nhiệt độ cao sau quá trình nén thành trạng thái lỏng trong chu trình làm lạnh Đây là một thiết bị cơ

bản trong hệ thống điều không khí, có ảnh hưởng rất lớn đến các đặc tính năng lượng của hệ thống

Công dụng của bộ ngưng tụ là làm cho môi chất lạnh đang ở thể hơi áp suất

và nhiệt độ cao từ máy nén bơm đến, ngưng tụ biến thành lỏng Quá trình môi chất lạnh ngưng tụ thành thể lỏng được mô tả như sau: Trong quá trình hoạt động bộ ngưng tụ tiếp nhận hơi môi chất lạnh dưới áp suất và nhiệt độ rất cao do máy nén bơm vào, qua lỗ nạp được bố trí phía trên giàn nóng Dòng khí này tiếp tục lưu thông trong ống dẫn đi dần xuống phía dưới, nhiệt của khí môi chất lạnh truyền qua các cánh tỏa nhiệt và được luồng gió mát thổi đi Quá trình trao đổi khí này làm tỏa một lượng nhiệt rất lớn vào trong không khí; do bị mất nhiệt, hơi môi chất giảm nhiệt độ,đến nhiệt độ bằng nhiệt độ bão hòa (hay nhiệt độ sôi) ở áp suất ngưng tụ thì bắt đầu ngưng tụ thành thể lỏng Môi chất lạnh thể lỏng, áp suất cao này tiếp tục chảy đến bộ bốc hơi (giàn lạnh)

Sự trao đổi nhiệt ở giàn nóng nếu xảy ra không đầy đủ sẽ làm tăng áp suất trong hệ thống và gây ra sự ngưng tụ không hoàn toàn của môi chất lạnh Đồng thời, nếu không ngưng tụ hoàn toàn thì lúc này trong môi chất lạnh còn ở thể hơi, làm cho thể tích của môi chất lạnh lớn sẽ không qua hết được thiết bị tiết lưu để vào giàn lạnh Do đó, điều này sẽ làm giảm đáng kể công suất của hệ thống vì không đủ môi chất lạnh quy định tuần hoàn trong một chu trình làm lạnh

Trên ôtô, bộ ngưng tụ được ráp ngay trước đầu xe, phía trước két nước làm mát của động cơ, ở vị trí này bộ ngưng tụ tiếp nhận tối đa luồng không khí mát thổi

xuyên qua khi xe đang lao tới và do quạt gió tạo ra

- Lá tỏa nhiệt: Lá tỏa nhiệt được chế tạo bởi các lá nhôm mỏng và được xếp song song với nhau Với cách thiết kế như vậy sẽ tạo được diện tích lớn nhất để tỏa nhiệt tốt nhất

- Ống xoắn chữ U: Ống xoắn chữ U chủ yếu dung để truyền môi chất và tỏa nhiệt Vật liệu thường dùng là ống đồng, nó vừa tỏa nhiệt tốt vừa có độ bềncao.

2.4 THIẾT BỊ BAY HƠI

Chức năng, cấu tạo và nguyên lý hoạt động Thiết bị bay hơi (hay còn gọi là giàn lạnh) là thiết bị trao đổi nhiệt trong đó môi chất lạnh lỏng hấp thụ nhiệt từ môi trường cần làm lạnh sôi và hóa hơi Do vậy, cùng với thiết bị ngưng tụ, thiết bị bay hơi cũng là thiệt bị trao đổi nhiệt quan trọng và không thể thiếu được trong hệ thống lạnh