Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy lạnh Ejector

Header Page of 126 B GIO DC V O TO I HC NNG TRNG CễNG THNH NGHIấN CU THIT K, CH TO MY LNH EJECTOR Chuyờn ngnh: Cụng ngh nhit Mó s : 60.52.80 TểM TT LUN VN THC S K THUT Nng Nm 2013 Footer Page of 126 Header Page of 126 Cụng trỡnh c hon thnh ti I HC NNG Ngi hng dn khoa hc: TS TRN THANH SN Phn bin 1: TS Nguyn Thnh Vn Phn bin 2: PGS.TS Nguyn Bn Lun ó c bo v trc Hi ng chm Lun tt nghip Thc s K thut hp ti i Hc Nng vo ngy 23 thỏng 10 nm 2013 Cú th tỡm hiu Lun ti: - Trung tõm Thụng tin-Hc liu, i hc Nng - Trung tõm Hc liu, i hc Nng Footer Page of 126 Header Page of 126 M U Tớnh cp thit ca ti Hin nhu cu nng lng ngy cng tng m ngun ti nguyờn nng lng trờn th gii ang ngy cng cn kit thỡ vic tỡm kim, phỏt trin cỏc ngun nng lng l rt quan trng Tn dng nhit khúi thi chy iu hũa khụng khớ, ci thin i sng ca ngi lao ng cỏc nh mỏy sn xut l mụ hỡnh phự hp vi xu th hin Mc ớch nghiờn cu Mc ớch ca mụ hỡnh nghiờn cu l tn dng nhit tha (cú th l nng lng mt tri, khúi thi t lũ hi hay mt ngun nhit tha no y) chy iu hũa khụng khớ i tng v phm vi nghiờn cu i tng nghiờn cu ca ti: Mỏy lnh ejector s dng ngun nhit tha Phm v nghiờn cu ca ti: Do mc hn ch ca vic u t nghiờn cu, nờn ti ny chỳng ta xut nghiờn cu thit k ch to mỏy lnh ejector m ngun nhit cp cho h thng l nhit t lũ hi in (dựng in tr t núng nc lũ hi) Phng phỏp nghiờn cu Tin hnh tớnh toỏn lý thuyt cú c s ch to mụ hỡnh thc nghim Tin hnh thc nghim trờn mụ hỡnh thit b thc t nhm xỏc nh hiu qu lm vic thc t í ngha khoa hc thc tin í ngha thc tin ca ti l tn dng ngun nhit tha chy iu hũa khụng khớ vi kt cu n gin Footer Page of 126 Header Page of 126 ti nghiờn cu thit k ch to mỏy lnh ejector s giỳp tit gim bt lng in nng tiờu th cỏc h thng iu hũa khụng khớ Footer Page of 126 Header Page of 126 CHNG TNG QUAN 1.1 TèNH HèNH S DNG NNG LNG HIN NAY 1.1.1 Cỏc ngun nng lng truyn thng hin S cn kit ca cỏc ngun nng lng truyn thng nh: than ỏ, nhiờn liu tng hp t than, du v khớ thiờn nhiờn V nhng nh hng ca vic khai thỏc s dng chỳng i vi mụi trng 1.1.2 Cỏc ngun nng lng thay th hin Mt thc t khụng th trỏnh ang din l nhu cu nng lng cho nhng nn cụng nghip ang phỏt trin cng nh cỏc xó hi tõn tin ó phỏt trin liờn tc tng, ú s chuyn hng s dng sang nhng ngun nng lng thay th tng lai tr thnh tt yu Gi gỡn nhng ngun nng lng hin cú v s dng chỳng mt cỏch hiu qu l gii phỏp kt hp gii quyt trit nng lng, mt mang tớnh cp thit ca thi i ngy 1.2 CC H THNG IU HềA KHễNG KH Hin cỏc h thng iu hũa khụng khớ rt a dng, bờn cnh cỏc h thng iu hũa khụng khớ c bn nh: H thng iu hũa khụng khớ cc b, h thng iu hũa khụng khớ trung tõm lm lnh nc (Water chiller), h thng iu hũa khụng khớ trung tõm kiu VRV Cũn cú hai h thng iu hũa khụng khớ khỏ ph bin hin nay: Mỏy lnh hp th v mỏy lnh s dng ejector 1.2.1 Mỏy lnh hp th Mỏy lnh hp th gi mt vai trũ quan trng k thut lnh Mỏy lnh hp th chu k H2O/H2SO4 Losli phỏt minh nm 1810 v mỏy lnh hp th liờn tc NH3/H2O Carrộ phỏt minh nm Footer Page of 126 Header Page of 126 1850 Vi chng ng phỏt trin gn 200 nm, ngy cỏc loi mỏy lnh khỏc ó c hon chnh v s dng cú hiu qu nhiu nc trờn th gii nht l Nga, Nht M v Trung Quc a u im - u im ln nht ca mỏy lnh hp th l khụng cn in nng hoc c nng m ch s dng ngun nhit nng cú nhit khụng cao (80ữ150oC) hot ng - Mỏy lnh hp th rt n gin b Nhc im Cng knh, din tớch lp t ln hn so vi mỏy lnh nộn hi 1.2.2 Mỏy lnh ejector Mỏy lnh ejector hot ụng theo nguyờn lý ca chu trỡnh ngc, nhng trng hp ny, quỏ trỡnh nộn hi mụi cht lnh c thc hin nh ejector V nguyờn lý mỏy lnh ejector cú th dựng bt c loi mụi cht no, nhng hin ngi ta thng dựng nc lm mụi cht lnh a u im Vic dựng nc lm mụi cht lnh cú nhng u im ỏng k giỏ thnh h, khụng c hi v gõy chỏy n m nhit húa hi li ln b Nhc im Hiu qu nng lng thp Footer Page of 126 Header Page of 126 CHNG Lí THUYT EJECTOR 2.1 DềNG CHY S CP QUA VềI PHUN Hi t lũ hi gión n vũi phun chớnh ti mt phn chõn khụng ti li ca vũi phun p dng nh lut nhit ng mt bng cỏch s dng phng trỡnh cõn bng nng lng q = l + hg - hm + c g2 + cm2 + g (z g - z m ) Vi gi thit ca quỏ trỡnh on nhit (q=0), khụng cú cụng (l=0) v khụng nh hng ca s thay i cao (zg=zm), ta cú tc ca dũng hi ti li ca vũi phun: c g = 2.(hg - hm ) = 2.h N ( hg - hgm ,is ) Footer Page of 126 Header Page of 126 Pt = Pg 1+ k-1 Pg, Tg Pt = Pt +DPt St = S(Pg, Tg) hgt = h(Sg, Pt) cg = 2.hN.(hg-hgt ) No! vt = v(Pt , ht ) Gt= cg vt Gt = Gtmax Yes! Gtmax, Pt, Vt, ct Hỡnh 2.2 Quỏ trỡnh tớnh toỏn din tớch ca c hng vũi phun 2.2 DềNG CHY TH CP Lu lng ca dũng chy th cp k +1 me = Pe Aey Te Footer Page of 126 k ổ k -1 ỗ ữ h Ne R ố k +1 ứ (2.10) Header Page of 126 Py = Pe 1+ k-1 Pe, Te Py =Py+DPy Se = S(Pe, Te) hey = h(Se, Py) cey = 2.hN.(he-hey) vy = v(Py, hy) Gey= cey vy No! Gey = Geymax Yes! Geymax, Py, vy, cey Hỡnh 2.3 Quỏ trỡnh tớnh toỏn din tớch ca c hng dũng th cp 2.3 DIN TCH MT CT NGANG TI MT CT Y-Y (A3) Din tớch mt ngang ti mt ct y-y l tng din tớch ca dng chy s cp (Agy) v dũng chy cun theo (Aey) A3 = Agy + Aey 2.4 PHN HềA TRN Cõn bng nng lng ti im hũa trn c th hin nh sau: (mg + me).hm = me.he + mg.hg,exp Footer Page of 126 Header Page 10 of 126 Chiu di ca phn hũa trn thng c xỏc nh bng mi quan h vi ng kớnh vũi phun Lmix = 7.D3 (ASHRAE, 1983) Lmix = 6.D3 (Chang and Chen, 2000) (2.21) (2.22) 2.5 PHN DIN TCH KHễNG I Chiu di ca phn din tớch khụng i bng 57 ln ng kớnh c theo ASHRAE, 1983, bng ln ng kớnh c theo Chang and Chen, 2000 2.6 PHN KHUCH TN Sau hũa trn, dũng s di chuyn qua phn din tớch khụng i n phn khuch tỏn Trong phn khuch tỏn, dũng hi s c nộn n ỏp sut ngng t v tc s gim Phn khuch tỏn cú hỡnh dng l hỡnh nún i vi ejector hi, gúc cú th phm vi t 5-12o, vi chiu di trc khong 4-12 ln ng kớnh c (ASHRAE, 1983) Chang and Chen, 2000, chiu di trc 2.7 HIU SUT Hiu sut ca mt ejector thng c nh ngha bng mi quan h ca t l lu lng ca dũng hi t thit b bay hi v lũ hi, gi l t l cun theo w= Footer Page 10 of 126 me mg (2.30) 10 Header Page 12 of 126 3.4 TNH TON CC KCH THC CA EJECTOR 3.4.1 Phn th cp Ta cú: Gey = me m Aey = e Aey Gey = 1,23.10-4 m2 Suy ra: ng kớnh c hng phn th cp de = 12,5 mm 3.4.2 Phn s cp -5 m m Ta cú: Gt = g At = g = 1,52.10 = 7,07.10-6 m2 Gt 2,157 At Suy ra: ng kớnh c hng vũi phun dt = mm 3.4.3 Phn hũa trn Din tớch mt ngang ti mt ct y-y l tng din tớch ca dng chy s cp (Agy) v dũng chy cun theo (Aey) A3 = Agy + Aey = 4,95.10-4 + 1,23.10-4 = 6,18.10-4 m2 Suy ra: d3 = 28 mm Chiu di ca phn hũa trn thng c xỏc nh bng mi quan h vi ng kớnh vũi phun Lmix = 4.d3 (Chang and Chen, 2000) = 112 mm Gúc ca phn hũa trn cng quan trng, hiu sut ca ejector b gim nu gúc quỏ ln, ngc li nu gúc quỏ nh ejector s khụng th nộn dũng hi n ỏp sut ngng t thit k Gúc ca phn hũa trn khong 7-10 o cho phn u v 3o cho phn sau (ASHRAE, 1983) 3.4.4 Phn din tớch khụng i Theo Chang and Chen, 2000, chiu di phn din tớch khụng i bng ln ng kớnh vũi phun L3 = 5.D3 = 140 mm 3.4.5 Phn khuch tỏn Phn khuch tỏn cú hỡnh dng l hỡnh nún i vi ejector hi, Footer Page 12 of 126 11 Header Page 13 of 126 gúc cú th phm vi t 5-12o, vi chiu di trc khong 4-12 ln ng kớnh c (ASHRAE, 1983) Chang and Chen, 2000, chiu di trc l ln ng kớnh c 3.5 HIU SUT Hiu sut ca mt ejector c nh ngha bng mi quan h ca t l lu lng ca dũng hi t thit b bay hi v lũ hi, gi l t l cun theo w= me 6,6.10 -6 = = 0,43 m g 1,52.10 -5 Bng 3.1 Kt qu tớnh toỏn ejector Thụng s Kt qu Cụng sut lnh Qo (kW) 0,7457 Nhit t Lũ hi Tg (oC) 80 o Nhit t Dn bay hi Te ( C) o Nhit Dn núng Tc ( C) Lu lng mg (kg/s) ng kớnh c vũi phun dt (mm) 32 1,52.10-5 Phn s cp ng kớnh u vo dg1 (mm 25,1 ng kớnh u dgy (mm) 24,2 Lu lng me (kg/s) 6,6.10-6 ng kớnh dey (mm) 12,5 Chiu di Lmix (mm) 112 Phn th cp Phn hũa trn Footer Page 13 of 126 Header Page 14 of 126 Phn din tớch khụng i Phn khuch tỏn 12 ng kớnh d3 (mm) 28 Chiu di L3 (mm) 140 ng kớnh u vo d3 (mm) 28 ng kớnh u d4 (mm) 57,4 Chiu di LD 168 Footer Page 14 of 126 13 Header Page 15 of 126 CHNG CH TO Mễ HèNH 4.1 GIA CễNG CH TO V LA CHN CC THIT B TRONG H THNG 4.1.1 Ejector Ejector c chia thnh tng phn nh, c ch to bng phng phỏp tin phụi thnh phm sau ú ghộp vi bng mi hn in Ejector c kt ni vi thit b ngng t v lũ hi bng bớch Do mụi cht lm vic nhit cao (80oC) nờn ti cỏc mi liờn kt bớch chỳng ta dựng keo silicon Ultra Grey lm giong Hỡnh 4.5 Cu to Ejector 4.1.2 Lũ hi a Tớnh cụng sut ca lũ hi Ql = mg(hg - hc) Trong ú: hg = h (t=tg=80oC, x=1) = 2642,76 kJ/kg hc = h (t=tc=32oC, x=0) = 133,4786 kJ/kg Footer Page 15 of 126 Header Page 16 of 126 14 mg = 1,52.10-5 kg/s Suy ra: Ql = 1,65.10-4 (2642,76 133,4786) = 1.65 kW Hỡnh 4.9 Hỡnh nh thc cu to Lũ hi Footer Page 16 of 126 15 Header Page 17 of 126 b in tr t Thit b in tr thc t khụng cú cụng sut theo yờu cu tớnh toỏn ca mụ hỡnh, ú chỳng ta chn cụng sut ca in tr kW v to thờm b bin tr iu chnh cụng sut theo yờu cu Hỡnh 4.6 Cu to in tr c Phn thõn lũ Vt liu ch to: thộp en dng ng, Chiu di thõn lũ: 400 mm, ú chiu di khoang nc l 200 mm v khoang hi l 200 mm, ng kớnh thõn lũ: 125 mm d Phn chõn lũ Vt liu ch to: thộp en dng ng, Chiu di chõn lũ: 80 mm, ng kớnh chõn lũ: 250 mm e Cỏc thit b i kốm theo Lũ hi p k, ng thy sỏng, cc bỏo mc f Phng phỏp ch to Lũ hi c ch to tng phn, c liờn kt vi bng mi hn in Footer Page 17 of 126 Header Page 18 of 126 16 4.1.3 Thit b bay hi n gin vic ch to v gim tr lc dũng mụi cht lm vic, nờn mụ hỡnh nghiờn cu ny chỳng ta dựng ng ng 9,5x0,71mm lm thit b bay hi 4.1.4 Thit b ngng t Trong h thng ny chỳng ta chn thit b ngng t ng chựm nm ngang, gii nhit bng nc n gin vic tớnh toỏn thit b ngng t, chỳng ta chn ph ti nhit ca thit b ngng t bng 1,5 ln cụng sut ca lũ hi a Cu to Bỡnh ngng cú thõn hỡnh tr nm ngang, lm t vt liu thộp CT3, bờn l cỏc ng trao i nhit bng ng Cỏc ng trao i nhit c hn kớn vo hai mt sng, mt sng cú dy mm Hai u thõn bỡnh l cỏc np bỡnh Hỡnh 4.9 Cu to Bỡnh ngng Hỡnh 4.10 Cu to dn ng trao i nhit ca bỡnh ngng Footer Page 18 of 126 Header Page 19 of 126 17 b Nguyờn lý lm vic Gas t Ejector c a vo bỡnh bao ph lờn khụng gian gia cỏc ng trao i nhit v thõn bỡnh Bờn bỡnh gas trao i nhit vi nc lm mỏt chuyn ng bờn cỏc ng trao i nhit v ngng t thnh lng Lng ngng t bao nhiờu lp tc chy v bỡnh cha t phớa di bỡnh ngng c Phng phỏp ch to Cỏc b phn c gia cụng v hn kớn bng mi hn in 4.1.5 Bỡnh cha cao ỏp Bỡnh cha cao ỏp c b trớ sau bỡnh ngng t 4.1.6 Bm 4.1.7 Van chn, van khúa Cu to van chn, van khúa ph thuc vo chc nng, cụng dng ca van, kớch c van v dũng chy qua van 4.1.8 Van tit lu iu chnh bng tay 4.1.9 Van mt chiu Van mt chiu c lp t trờn ng y ca bm, cú nhim v ngn khụng cho dũng mụi cht t lũ hi chy ngc 4.1.10 p k 4.1.11 ng ng Yờu cu i vi vic tớnh toỏn v la chn ng ng l bn cn thit, tit din ng m bo yờu cu k thut v kinh t Cỏc ng ng s dng h thng lnh thng l ng thộp, ng ng v ng nhụm Trong h thng ny, n gin vic lp t ta chn ng ng Footer Page 19 of 126 18 Header Page 20 of 126 4.2 LA CHN NGUN NHIT, MễI CHT CHO H THNG 4.2.1 La chn ngun nhit cp cho ejector Trong ti ny, n gin vic nghiờn cu, chỳng ta chn ngun nhit cp cho ejector l nhit t lũ hi in 4.2.2 La chn mụi cht lm vic Trong h thng ny, ta chn mụi cht lm vic l nc Nc cú cụng thc húa hc l H2O, kớ hiu l R718 v c coi l mụi cht hin i 4.3 S MCH IN CHO H THNG L FL3 R MAN AUTO P T FL1 FL2 Pr T R P N Hỡnh 4.14 S mch in cho h thng 4.4 XY DNG Mễ HèNH 4.4.1 Yờu cu k thut - Nhit ti dn lnh t t 18oC n 25oC - Nhit lũ hi t t 80oC n 90oC - Bỡnh ngng gii nhit bng nc, nhit nc lm mỏt o 25 C - H thng t ti Qung Nam, nhit trung bỡnh hố o 37 C Footer Page 20 of 126 Header Page 21 of 126 19 4.4.2 S nguyờn lý Hỡnh 4.16 S nguyờn lý ca h thng Hi t lũ hi c dn ti vũi phun ca ejector Trong ng phun, th nng ca hi c bin thnh ng nng v tc chuyn ng ca hi tng, cun theo hi lnh to thnh t thit b bay hi Hn hp ca hi lm vic (hi núng) v hi lnh c i vo ng tng ỏp ca ejector, õy ỏp sut ca hn hp tng lờn hi gim tc Nh vy, nh ng nng ca dũng hi lm vic phun vo m quỏ trỡnh nộn hn hp hi c thc hin t ỏp sut thit b bay hi po n ỏp sut thit b ngng t pk Trong thit b ngng t, nhit ngng t c thi cho nc lm mỏt, nc ngng chia thnh dũng: dũng hi lm vic c bm vo lũ hi, phn cũn li i qua van tit lu vo thit b bay hi Do cú s bay hi mt phn nc thit b bay hi nh chõn khụng cao m xy Footer Page 21 of 126 Header Page 22 of 126 20 quỏ trỡnh lm lnh Nhit sụi ca nc õy ph thuc vo ỏp lc thit b bay hi Hi to thnh t thit b bay hi c ejector hỳt liờn tc, vy m thit b bay hi luụn luụn trỡ mt ỏp sut khụng i v quỏ trỡnh bay hi xy liờn tc 4.4.3 Lp t h thng Ejector c liờn kt vi lũ hi v thit b ngng t bng bớch, sit cht bng bulụng, keo silincon Cỏc thit b van, ng h ỏp sut, bm, ng ng c liờn kt bng rc co 4.4.5 Th kớn h thng Sau lp t cỏc thit b thnh mụ hỡnh hon chnh, chỳng ta tin hnh th kớn h thng 4.4.6 Np mụi cht v hỳt chõn khụng h thng Sau th kớn h thng, chỳng ta chy bm np mụi cht vo h thng v tin hnh hỳt chõn khụng h thng Footer Page 22 of 126 Header Page 23 of 126 21 Hỡnh 4.18 Mụ hỡnh mỏy lnh ejector 4.5 O T CC THễNG S VN HNH - Mụ hỡnh lp t ti Qung Nam - Nhit mụi trng: 37oC - p sut chõn khụng h thng: -700 mmHg - Vn hnh h thng lỳc 15 gi, ngy 23 thỏng 06 nm 2013 Footer Page 23 of 126 22 Header Page 24 of 126 Bng 4.1 o t thụng s hnh Thi im o 15g00 15g02 15g04 15g06 15g08 tkkl (oC) 29,5 27,0 25,2 22,7 21,0 Thi im o (gi) 15g10 15g12 15g14 15g16 tkkl (oC) 20,3 19,8 19,5 19,5 (gi) 4.6 NHN XẫT - Thi gian u hnh, nhit khụng khớ lnh xung rt nhanh - Trong thi gian 10 phỳt tip theo, nhit xung chm v t nhit n nh 19,5oC h thng hot ng trờn 15 phỳt Footer Page 24 of 126 Header Page 25 of 126 23 KT LUN, KIN NGH KT LUN a Kt qu t c - Phõn tớch lý thuyt v ejector Xõy dng, tớnh toỏn thit k ejector - Tớnh toỏn thit k ch to mụ hỡnh mỏy lnh ejector, ngun nhit s dng l nhit t lũ hi in - Thc nghim trờn mụ hỡnh thit b Nhit bay hi t o 19,5 C sau 16 phỳt hot ng b Cỏc tn ti - H thng hot ng vo hố, nhit mụi trng cao, mt khỏc kinh phớ cũn hn ch nờn h thng cha m bo kớn, ú chõn khụng h thng cha t c nh yờu cu - H thng cha t chõn khụng theo yờu cu, ú cha t c cụng sut lnh nh mong mun - Kinh nghim ch to ejector v kinh u t cũn hn ch, ú hiu sut ca ejector cha t c nh mong mun KIN NGH - Vic ch to thnh cụng mụ hỡnh mỏy lnh ejector cho thy trin vng phỏt trin v hon thin mụ hỡnh - Trong mụ hỡnh ny, ngun nhit cp cho ejector l nhit t lũ hi Mc ớch ca ti l tn dng cỏc ngun nhit tha nhng ni cú ngun nng lng th cp ln nh cỏc xớ nghip cụng nghip nh v thc phm v trờn tu thy Do ú, phỏt trin mụ hỡnh cn kinh phớ cng nh thi gian nghiờn cu nhiu hn Footer Page 25 of 126 Header Page 26 of 126 24 NH HNG PHT TRIN TRONG TNG LAI - Tỡm kim ngun nhit tha nhng ni cú ngun nng lng th cp ln - Tip tc hon thin mụ hỡnh t c chõn khụng theo yờu cu - Nghiờn cu mụ hỡnh cú qui mụ ln hn nhm phc v nhu cu i sng ca ngi lao ng, vớ d nh cỏc nh mỏy xớ nghip Footer Page 26 of 126 ... nộn hi 1.2.2 Mỏy lnh ejector Mỏy lnh ejector hot ụng theo nguyờn lý ca chu trỡnh ngc, nhng trng hp ny, quỏ trỡnh nộn hi mụi cht lnh c thc hin nh ejector V nguyờn lý mỏy lnh ejector cú th dựng bt... CH TO V LA CHN CC THIT B TRONG H THNG 4.1.1 Ejector Ejector c chia thnh tng phn nh, c ch to bng phng phỏp tin phụi thnh phm sau ú ghộp vi bng mi hn in Ejector c kt ni vi thit b ngng t v lũ hi bng... LUN, KIN NGH KT LUN a Kt qu t c - Phõn tớch lý thuyt v ejector Xõy dng, tớnh toỏn thit k ejector - Tớnh toỏn thit k ch to mụ hỡnh mỏy lnh ejector, ngun nhit s dng l nhit t lũ hi in - Thc nghim