đồ án tìm hiểu hệ thống lạnh nén hơi hai cấp

Máy lạnh nén hơi với Po, to thấp thì nhiệt độ cuối của quá trình nén rất cao, nhất là đối với môi chất lạnh NH3, cho nên dầu bôi trơn mất tác dụng, dầu sẽ còn bị phân hủy thành các chất

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 3

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN 4

DANH MỤC HÌNH ẢNH 5

DANH MỤC BẢNG 6

DANH MỤC CHỮ CÁI VIẾT TẮT 7

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 8

1.1.Hệ thống máy lạnh nén hơi hai cấp 8

1.1.2.Máy lạnh hai cấp không trích hơi TG, làm mát TG không hoàn toàn 9

1.1.3.Máy lạnh 2 cấp có trích hơi TG, làm mát TG không hoàn toàn, có 2 tiết lưu 10

1.1.4.Máy lạnh 2 cấp có trích hơi TG, làm mát TG hoàn toàn, có 2 tiết lưu 12

1.1.5.Máy lạnh 2 cấp làm mát trung gian hoàn toàn, có 2 chế độ bốc hơi 13

1.1.6.Máy lạnh 2 cấp có trích hơi TG, làm mát TG hoàn toàn, bình TG loại ống TĐN 15

1.1.7.Máy lạnh 2 cấp, làm mát trung gian không hoàn toàn, bình trung gian ống xoắn 17

1.2.Vai trò và ứng dụng 19

1.2.1.Ứng dụng trong chế biến thủy sản 19

1.2.2.Ứng dụng trong ngành chế biến và bảo quản thực phẩm 20

1.2.3 Ứng dụng trong công nghiệp hoá chất 21

1.2.3.Ứng dụng trong các ngành khác 23

CHƯƠNG 2 HỆ THỐNG MÁY LẠNH NÉN HƠI HAI CẤP 25

2.1 Cấu tạo của hệ thống máy lạnh nén hơi hai cấp 26

2.2 Nguyên lý hoạt động 26

CHƯƠNG 3 CÁC THIẾT BỊ CHÍNH CỦA HỆ THỐNG LẠNH NÉN HƠI HAI CẤP 29

3.1 máy nén 29

3.1.2 Máy nén piston 31

3.1.3 Một số vấn đề cần lưu ý khi sử dụng máy nén 33

3.2 Thiết bị ngưng tụ (Condenser) 36

3.2.1 Vai trò của thiết bị ngưng tụ trong hệ thống lạnh 36

3.2.1 Phân loại thiết bị ngưng tụ 37

3.3 Thiết bị bốc hơi (Evaporator) 41

3.4 Thiết bị tiết lưu 43

3.4.1.Van tiết lưu nhiệt tác động trực tiếp 43

3.4.2.Van tiết lưu nhiệt tác động gián tiếp (pilot) 46

CHƯƠNG 4 CÁC THIẾT BỊ PHỤ TRONG HỆ THỐNG MÁY NÉN HƠI HAI CẤP 50

4.1 Bình tách khí không ngưng 50

4.2 Bình tách dầu 50

4.3 Bình tách lỏng 52

4.4 Bình chứa cao áp 53

4.5 Bình trung gian 53

4.6 Bình quá lạnh lỏng 54

4.7.Thiết bị hồi nhiệt 55

4.8.Bình chứa dầu 56

4.9.Tháp làm mát nước 56

4.10.Van điện tử 57

4.10.1.Van điện tử tác động trực tiếp 57

4.10.2.Van điện tử tác động gián tiếp 58

4.10.3Van điện tử chuyển dòng bốn ngả 59

4.10.3.Đặt tính làm việc của van điện tử 60

4.11.Van thừa hành pilot ( Van chủ ) 60

4.12.3.Lắp đặt 63

4.13 Đường ống 63

CHƯƠNG 5 CÁC SỰ CỐ THƯỜNG GẶP, NGUYÊN NHÂN VÀ DẤU HIỆU 65

5.1.Mô tơ máy nén không quay 65

5.2.Áp suất đẩy quá cao 66

5.3.Áp suất đẩy quá thấp 66

5.4.áp suất hút cao 67

5.5.Áp suất hút thấp 67

5.6.Carte bị quá nhiệt 68

5.7.Dầu tiêu thụ quá nhiều 68

5.8.Nhiệt độ buồng lạnh không đạt 69

5.9.Các trục trặc thường gặp ở máy nén 69

KẾT LUẬN 71

TÀI LIỆU THAM KHẢO 72

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm qua, ngành kỹ thuật lạnh nước ta đã phát triển rất mạnh mẽ, đặc biệt trong ngành chế biến và bảo quản thuỷ sản Quá trình chuyển đổi công nghệ chế biến để đáp ứng các tiêu chuẩn quốc tế và thay đổi môi chất lạnh mới đã tạo nên một cuộc cách mạng thực sự cho ngành kỹ thuật lạnh nước ta

Hiện nay, máy lạnh nén hơi dùng động cơ điện đang phổ biến nhất trên thới giới Nó chiếm tới hơn 90% tổng công suất máy lạnh hiện có Như vậy là công suất của các loại máy lạnh khác gồm máy lạnh hấp thụ, máy lạnh ejector, máy lạnh nhiệt điện, máy lạnh hiệu ứng xoáy, cộng lại vẫn chưa tới 10% tổng công suất máy lạnh của thế giới Sở dĩ máy lạnh nén hơi được dùng phổ biến và chiếm một vị trí quan trọng như vậy, lí do là nó có nhiều tính ưu việt như gọn, nhẹ, sử dụng dễ dàng, thuận tiện phạm vi sinh lạnh - làm lạnh lớn từ +20oC đến ±0oC, -40oC, -60oC, -120oC và thấp hơn nữa Đặc biệt, hệ thống lạnh nén hơi hai cấp lại có nhiều ưu điểm nổi trội và được sử dụng rộng rãi hơn trong các nhà máy chế biến thủy sản

Do thời gian và kiến thức có hạn, chưa có nhiều tiếp xúc thực tế, được sự cho

phép của khoa và sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Công Bỉnh, em đã có những tìm

hiểu về đề tài hệ thống lạnh nén hơi hai cấp Trong quá trình thực hiện vẫn còn nhiều thiếu xót và bất cập rất mong nhận được ý kiến đóng góp và chỉ dạy của thầy

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

TP.HCM, ngày tháng 05 năm 2017

Giảng viên hướng dẫn

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Máy lạnh hai cấp không trích hơi TG, làm mát TG không hoàn toàn 10

Hình 1.2: Máy lạnh 2 cấp có trích hơi trung TG, làm mát TG không hoàn toàn, có tiết lưu 11

Hình 1.3: Máy lạnh 2 cấp có trích hơi trung gian, làm mát trung gian hoàn toàn, có tiết lưu 13

Hình 1.4: Máy lạnh 2 cấp làm mát trung gian hoàn toàn, có 2 chế độ bốc hơi 14

Hình 1.5: Máy lạnh 2 cấp làm mát trung gian hoàn toàn, có 2 chế độ bốc hơi 15

Hình 1.6: Máy lạnh 2 cấp có trich hơi TG, làm mát TG hoàn toàn, bình trung gian loại 16

Hình 1.7: Máy lạnh 2 cấp có trích hơi TG, làm mát TG hoànt toàn, bình trung gian loạị ống xoắn 18 Hình 2.1: Chu trình 2 tiết lưu, quá lạnh lỏng môi chất, làm mát TG hơi nén, nhưng chỉ sử dụng một máy nén trục vis hoặc tuban MN 28

Hình 3.1: Đồ thị p - v 31

Hình 3.2: Quá trình nén thực 32

Hình 3.3: Thiết bị ngưng tụ 37

Hình 3.4: Bình ngưng ống nước nằm ngang 38

Hình 3.5: Thiết bị ngưng tụ kiểu bay hơi 40

Hình 3.6: Thiết bị bay hơi làm lạnh chất lỏng 41

Hình 3.7: Thiết bị bốc hơi kiểu xương cá 42

Hình 3.8: Cấu tạo van tiết lưu của Danfoss 43

Hình 3.9: Cấu tạo van tiết lưu nhiệt kiểu TE 12/20 và TE 55 của Danfoss 46

Hình 3.10: Van tiết lưu nhiệt pilot kiểu PHT85 của Danfoss 47

Hình 3.11: Van tiết lưu điện tử kiểu RTC của Englrhof 48

Hình 4.1: Bình tách khí không ngưng 50

Hình 4.2: Bình tách dầu 51

Hình 4.3: Bình tách lỏng 52

Hình 4.4: Bình chứa cao áp 53

Hình 4.5: Bình trung gian có ống xoắn 54

Hình 4.6: Thiết bị trao đổi nhiệt ngược dòng kiểu ống lồng dùng để quá lạnh dòng 55

Hình 4.7: Bình hồi nhiệt 55

Hình 4.8: Bình chứa dầu 56

Hình 4.9: Tháp giải nhiệt 57

Hình 4.10: Van điện tử tác động trực tiếp ( Direcl operation) 57

Hình 4.11: Giới thiệu van điện tử tác động gián tiếp hay có trợ động (Servoperation) 58

Hình 4.12: Van điện tử chuyển dòng bốn ngã tác động gián tiếp của hãng Ranco (Mỹ) 59

Hình 4.13: Đặc tính làm việc của van điện tử 60

Hình 4.14: Van chủ PM của hãng Pilot 61

Hình 4.15: Van chủ PM1 và PM3 của hãng Danfoss 62

Hình 4.16: Mối quan hệ giữa kV (m3/h) và lift (mm) 62

Hình 4.17: Mắt gas 63

DANH MỤC BẢNG

Bảng 3.1: Điểm MOP (áp suất làm việc tối đa) 44

Bảng 3.2: Tổn thất áp suất Δp3, bar ở hiệu nhiệt chiều cao Δh, m giữa giàn bay hơi và bình chứa 45

Bảng 3.3: Hệ số hiệu chỉnh năng suất lạnh 46

Bảng 5.1: Các nguyên nhân và dấu hiệu mô tơ không quay 65

Bảng 5.2: Các nguyên nhân và dấu hiệu áp suất đẩy cao 66

Bảng 5.3: Các nguyên nhân và dấu hiệu áp suất đẩy thấp 67

Bảng 5.4: Các nguyên nhân và dấu hiệu áp suất hút cao 67

Bảng 5.5: Các nguyên nhân và dấu hiệu áp suất hút thấp 67

Bảng 5.6: Các nguyên nhân và dấu hiệu khi có tiếng phát lạ từ máy nén 68

Bảng 5.7: Các nguyên nhân và dấu hiệu carte quá nhiệt 68

Bảng 5.8: Các nguyên nhân và dấu hiệu áp dầu tiêu thụ nhiều 68

Bảng 5.9: Các nguyên nhân và dấu hiệu nhiệt độ buồng lạnh không đạt 69

Bảng 5.10: Các trục trặc của máy nén lạnh và nguyên nhân 69

DANH MỤC CHỮ CÁI VIẾT TẮT

Hệ thống nén có thể thực hiện theo hai cách:

 Dùng hai máy nén một cấp riêng biệt: Máy nén cùng thấp áp, máy nén cao áp

 Dùng một máy nén hai cấp có hai cấp nén trông một cacte

Ở chu trình làm việc của máy lạnh nén hơi, ta thấy áp suất ngưng tụ Pk phụ thuộc vào vị trí địa lý có khí hậu hàn đới, ôn đới hay nhiệt đới, phụ thuộc vào thời tiết lạnh, ôn hòa hay nóng bức, và phụ thuộc cả vào thời gian ban đêm hay ban ngày Còn Po thì phụ thuộc vào yêu cầu làm lạnhít hay nhiều mà có trị số Po có hay thấp, áp suất thường hay áp suất chân không Ngày nay xu thế cần nhiệt độ to khá thấp, ví dụ lạnh đông nhanh thực phẩm phải cần nhiệt độ của không khí ( môi trường tải lạnh) khoảng -40oC, nên nhiệt độ phải khoảng -50oC, do đó Po cũng rất nhỏ, cho nên tỉ số 𝑃𝑘

𝑃𝑜 rất lớn Chênh lệch áp suất 𝑃𝑘

𝑃𝑜 lớn thì hệ số lạnh của hệ thống máy sẽ thấp, máy lạnh làm việc với hiệu suất không cao Tỉ số áp suất ( tỉ số nén) càng cao thì việc thiết kế, chế tạo càng phức tạp tốn kém, và dĩ nhiên là tuổi thọ của máy càng thấp

Máy lạnh nén hơi với Po, to thấp thì nhiệt độ cuối của quá trình nén rất cao, nhất là đối với môi chất lạnh NH3, cho nên dầu bôi trơn mất tác dụng, dầu sẽ còn bị phân hủy thành các chất có hại khác, roăng đệm kín cũng như một số phụ kiện khác cũng bị biến đổi Vì vậy khi tỉ số nén lớn hơn 9 hoặc 10, hiệu số áp suất Pk – Po >

12 đối với máy nén lạnh NH3, Pk – Po > 8 đối với máy lạnh freon thì phải chuyển sang chu tình nén lạnh hai hay nhiều cấp có làm mát trung gian Việc chuyển sang máy nén lạnh hai cấp sẽ có nhiều ưu điểm:

- Giảm nhiệt độ cuối của quá trình nén ( t4 < 𝑡4′ )

- Giảm công nén so với máy nén một cấp

- Độ an toàn, tin cậy trong vận hành rất cao, tăng tuổi thọ của máy

- Tăng hệ số vận chuyển 

- Có được hai chê độ làm lạnh với t01 và t02

Có được t02 khá thấp, đáp ứng cho yêu cần lạnh đông nhanh với nhiệt độ môi trường tải lạnh -35oC -> -40oC (to = -45oC -> -50oC)

Tuy vậy, việc lựa chọn chu trình một hay hai cấp nén còn phụ thuộc vào nhiều điều kiện của từng trường hợp cụ thể, vì một cấp nén vẫn có ưu điểm cơ bản so với hai cấp nén là đơn giản, dễ sử dụng, ít thiết bị và gía thành rẽ hơn Đây là bài toán khó về kinh tế - kỹ thuật

Có nhiều chu trình hai cấp nén khác nhau, ở đây tôi xin giới thiệu giản lược một số chu trình tiêu biểu sau:

1.1.2 Máy lạnh hai cấp không trích hơi trung gian, làm mát trung gian không hoàn toàn

Sơ đồ nguyên lý, đồ thị, chu trình lý thuyết:

Chu trình: Hơi môi chất với các thông số trạng thái po, t1 được máy nén thấp áp NTA (Hình 1.1) nén đoạn nhiệt đến áp suất pt, t2 Hơi môi chất được đưa vào thiết bị làm mát trung gian,môi chất nhả nhiệt cho môi trường làm mát theo quá trình 2 – 3 Đây là quá trình làm mát không hoàn toàn, điểm 3 ở vùng quá nhiệt; ta lấy t3 = t5 Sau thiết bị làm mát trung gian hơi trung áp được đưa vào máy nén áp cao NAC và được nén đọan nhiệt đến áp suất pk, t4 Sau nén cao áp môi chất được đưa đến thiết bị ngưng tụ và ngưng tụ thành lỏng hoàn toàn ứng với thông số trạng thái điểm 5 Lỏng sau thiết bị ngưng tụ được đưa đến van tiết lưu và tiết lưu từ pk xuống

po ứng với thông số trạng thái điểm 6 rồi đi vào thiết bị bay hơi nhận nhiệt trở về thông số trạng thái điểm 1

Hình 1.1: Máy lạnh hai cấp không trích hơi trung gian, làm mát trung gian không

hoàn toàn MNTA: máy nén thấp áp; MNCA: máy nén cao áp; TBLM: thiết bị làm mát; TBNT: thiết bị ngưng tụ; VTL: van tiết lưu; TBBH: thiết bị bay hơi.

1.1.3 Máy lạnh 2 cấp có trích hơi trung gian, làm mát trung gian không hoàn toàn, có 2 tiết lưu

Sơ đồ nguyên lý, đồ thị, chu trình lý thuyết:

Hình 1.2: Máy lạnh 2 cấp có trích hơi trung gian, làm mát trung gian không hoàn

toàn, có 2 tiết lưu

12: quá trình nén đoạn nhiệt, đẳng entropy ở máy nén thấp áp; 23: quá trình làm mát ở thiết bị làm mát; 34 và 10-4 quá trình hoà trộn 2 dòng môi chất lạnh; 45: quá trình nén đoạn nhiệt, đẳng entropy ở máy nén cao áp; 56: quá trình ngưng tụ đẳng áp ở thiết bị ngưng tụ; 67: quá trình tiết lưu ở van tiết lưu 1; 89: quá trình tiết lưu ở van tiết lưu 2; 91: quá trình bay hơi ở thiết bị bay hơi

MNTA: máy nén thấp áp; MNCA: máy nén cao áp; TBLM: thiết bị làm mát; TBNT: thiết bị ngưng tụ; VTL1: van tiết lưu 1; VTL2: van tiết lưu 2; TBBH: thiết

bị bay hơi

Chu trình: Trong sơ đồ này (Hình 4.4) môi chất đi qua máy nén thấp áp và máy nén áp cao không bằng nhau do có trích một phần hơi trung gian, hơi này tạo ra sau tiết lưu TL1 Hơi môi chất với áp suất po, nhiệt độ T1 được nén ở máy nén thấp áp đến áp suất trung gian pTG Tiếp theo được làm mát đến điểm 3 ở thiết bị làm mát trung gian Sau khi ra khỏi thiết bị làm mát trung gian hơi môi chất được hỗn hợp với buồng hơi bão hòa khô sau van tiết lưu TL1 ứng với thông số trạng thái 10 tạo thành hỗn hợp có thông số trạng thái 4 Máy nén cao áp nén đến áp suất pk ứng với điểm 5 Hơi cao áp được đưa vào bộ ngưng và ngưng tụ đến điểm 6 Lỏng tiết lưu

qua tiết lưu 1 đến trạng thái 7 Phần hơi  sinh ra sau van tiết lưu TL1 với trạng thái

10 được đưa trở lại đầu hút máy nén áp cao; phần lỏng với trạng thái 9 đi tiếp qua van tiết lưu TL2 vào thiết bị bay hơi nhận nhiệt qo đến thông số trạng thái 1 rồi về đầu hút máy nén thấp áp

1.1.4 Máy lạnh 2 cấp có trích hơi trung gian, làm mát trung gian hoàn toàn, có 2 tiết lưu

Sơ đồ nguyên lý, đồ thị, chu trình lý thuyết:

Chu trình: Hơi môi chất sau thiết bị bay hơi với các thông số trạng thái 1

(po, t1) được máy nén thấp áp NTA (Hình 4.5) nén đoạn nhiệt đến trạng thái 2 với áp suất ptg rồi đưa sang bình trung gian, làm mát đẳng áp, làm mát hoàn toàn đến trạng thái 3 nhờ một phần lỏng  bay hơi ở bình trung gian Hơi bảo hòa khô đi vào máy nén cao áp NCA, nén tới pk theo quá trình 34 rồi tới thiết bị ngưng tụ, ngưng tụ đẳng áp, nhả nhiệt qk theo quá trình 45 Lỏng cao áp qua van tiết lưu TL1, tiết lưu theo quá trình 56 đến ptg rồi đi vào bình trung gian Tại bình trung gian phần hơi 

sinh ra sau van tiết lưu TL1 được đưa về đầu hút máy nén cao áp, phần lỏng  bay hơi để làm mát hoàn toàn 1 kg hơi qua nhiệt trung áp, phần lỏng còn lại (1 kg) được đưa đến van tiết lưu TL2 tiết lưu theo quá trình 78 đến đến áp suất po rồi đưa vào thiết bị bay hơi nhận nhiệt qo theo quá trình 81 rồi trở về máy nén thấp áp NTA

Hình 1.3: Máy lạnh 2 cấp có trích hơi trung gian, làm mát trung gian hoàn

toàn, có 2 tiết lưu

12: quá trình nén đoạn nhiệt, đẳng entropy ở máy nén thấp áp; 23: quá trình làm mát hoàn toàn trong bình trung gian; 34: quá trình nén đoạn nhiệt, đẳng entropy ở máy nén cao áp; 45: quá trình ngưng tụ đẳng áp ở thiết bị ngưng tụ; 56: quá trình tiết lưu ở van tiết lưu 1; 78: quá trình tiết lưu ở van tiết lưu 2; 81: quá trình bay hơi ở thiết bị bay hơi

MNTA: máy nén thấp áp; MNCA: máy nén cao áp; TBNT: thiết bị ngưng tụ; VTL1: van tiết lưu 1; VTL2: van tiết lưu 2; TBBH: thiết bị bay hơi

1.1.5 Máy lạnh 2 cấp làm mát trung gian hoàn toàn, có 2 chế độ bốc hơi

Sơ đồ nguyên lý, đồ thị, chu trình lý thuyết:

Do yêu cầu bảo quản hay gia công lạnh các mặt hàng ở nhiệt độ khác nhau ta lắp đặt hệ thống máy lạnh 2 cấp có hai chế độ bốc hơi Trong sơ đồ nguyên lý có lắp thiết bị bay hơi trung gian BHTG làm việc với các thông số ptg, ttg

Hình 1.4: Máy lạnh 2 cấp làm mát trung gian hoàn toàn, có 2 chế độ bốc hơi

12: quá trình nén đoạn nhiệt, đẳng entropy ở máy nén thấp áp; 23: quá trình làm mát hoàn toàn trong bình trung gian; 34: quá trình nén đoạn nhiệt, đẳng entropy ở máy nén cao áp; 45: quá trình ngưng tụ đẳng áp ở thiết bị ngưng tụ; 56: quá trình tiết lưu ở van tiết lưu 1; 78: quá trình tiết lưu ở van tiết lưu 2; 73: quá trình bay hơi ở thiết bị bay hơi số 1; 81: quá trình bay hơi ở thiết bị bay hơi số 2.

Chu trình: Hơi môi chất sau thiết bị bay hơi thấp áp TBBH2 với thông số

trạng thái 1 (po, t1) được máy nén áp thấp NTA (Hình 4.6) nén đoạn nhiệt theo quá trình 12 đến ptg rồi đi vào bình trung gian, được làm mát hoàn toàn đến điểm 3 nhờ một phần lỏng  bay hơi ở bình trung gian Hơi bảo hòa khô đi ra khỏi bình trung gian vào máy nén cao áp NCA, nén tới pk rồi tới thiết bị ngưng tụ, ngưng tụ đẳng áp theo quá trình 45, nhả nhiệt qk Lỏng cao áp qua van tiết lưu TL1, tiết lưu theo quá trình 56 đến áp suất ptg rồi đi vào bình trung gian Tại bình trung gian phần hơi 

sinh ra sau van tiết lưu 1 được đưa về đầu hút máy nén cao áp, phần lỏng  bay hơi làm mát hoàn toàn 1kg hơi quá nhiệt trung áp, phần lỏng  đưa sang thiết bị bay hơi TBBH1, phần lỏng 1 kg còn lại được đưa đến van tiết lưu TL2 tiết lưu theo quá trình 78 đến áp suất po rồi đưa vào thiết bị bay hơi nhận nhiệt qo theo quá trình 81 rồi trở về máy nén thấp áp NTA

Hình 1.5: Máy lạnh 2 cấp làm mát trung gian hoàn toàn, có 2 chế độ bốc hơi

1.1.6 Máy lạnh 2 cấp có trích hơi trung gian, làm mát trung gian hoàn toàn, bình trung gian loại ống trao đổi nhiệt (ống xoắn lò xo)

Mục đích dùng bình trung gian có ống trao đổi nhiệt (ống xoắn lò xo):

Đối với các xí nghiệp lạnh có công suất lớn thì có nhiều thiết bị bay hơi phải đặt tương đối xa hoặc cao so với giàn máy Do đó dịch lỏng cấp đến thiết bị bay hơi

có tổn thất áp suất tương đối lớn Nếu dùng áp suất pTG để cấp lỏng cho các thiết bị bay hơi này thì sẽ không đảm bảo có đủ lượng môi chất cần thiết, do đó sẽ không đạt năng suất lạnh cần thiết Để khắc phục ta dùng bơm lỏng bơm dịch từ bình trung gian đến các thiết bị bay hơi ở xa hoặc đưa dịch lỏng với áp suất pk từ thiết bị ngưng

tụ tới ống trao đổi nhiệt (thông dụng là ống xoắn lò xo) trong bình trung gian để quá lạnh rồi đưa đến thiết bị bay hơi và chỉ tiết lưu 1 lần ngay tại thiết bị bay hơi

Ống xoắn lò xo nhằm làm quá lạnh môi chất trước van tiết lưu, giảm bớt tổn thất không thuận nghịch trong quá trình tiết lưu từ pk đến po

Sơ đồ nguyên lý, đồ thị, chu trình lý thuyết:

Hình 1.6: Máy lạnh 2 cấp có trich hơi trung gian, làm mát trung gian hoàn toàn,

bình trung gian loại ống xoắn

12: quá trình nén đoạn nhiệt, đẳng entropy ở máy nén thấp áp; 23: quá trình làm mát hoàn toàn trong bình trung gian; 34: quá trình nén đoạn nhiệt, đẳng entropy ở máy nén cao áp; 45: quá trình ngưng tụ đẳng áp ở thiết bị ngưng tụ; 56: quá trình tiết lưu ở van tiết lưu 1; 78: quá trình tiết lưu ở van tiết lưu 2; 81: quá trình bay hơi

bốc hơi ở bình trung gian theo quá trình 9-3

- Độ chênh nhiệt thn = t7 – t9 còn gọi là độ hoàn nhiệt, đánh giá mức độ hoàn thiện nhiệt động của sơ đồ, thn càng bé càng tốt Thông thường thn =

34oC

So sánh hai loại bình trung gian:

Bình trung gian không có ống xoắn lò xo:

+ Ưu điểm:

- Cấu trúc đơn giản, dễ chế tạo

- Độ hoàn nhiệt bằng không: thn =0

+ Nhược điểm:

- Dầu dễ bị cuốn từ bình trung gian vào thiết bị bay hơi

- Khó cấp môi chất cho các thiết bị bay hơi có trở lực lớn Bình trung gian không có ống xoắn lò xo dùng khi các thiết bị bay hơi gần phòng máy; nếu không phải dùng kèm bơm cấp dịch

Bình trung gian có ống xoắn lò xo:

+ Ưu điểm:

- Dễ dàng cấp lỏng cho thiết bị bay hơi

- Dễ tự động hóa và điều khiển

+ Nhược điểm:

- Cấu tạo phức tạp hơn

- Độ hoàn nhiệt thn > 0 nên hiệu quả kém hơn bình trung gian rỗng

Trong thực tế loại bình trung gian ống xoắn thông dụng hơn

1.1.7 Máy lạnh 2 cấp, làm mát trung gian không hoàn toàn, bình trung gian ống xoắn

Sơ đồ nguyên lý, đồ thị, chu trình lý thuyết:

Hình 1.7: Máy lạnh 2 cấp có trích hơi trung gian, làm mát trung gian hoànt toàn,

bình trung gian loại ống xoắn

12: quá trình nén đoạn nhiệt, đẳng entropy ở máy nén thấp áp; 23: quá trình làm mát hoàn toàn trong bình trung gian; 34: quá trình nén đoạn nhiệt, đẳng entropy ở máy nén cao áp; 45: quá trình ngưng tụ đẳng áp ở thiết bị ngưng tụ; 56: quá trình tiết lưu ở van tiết lưu 1; 78: quá trình tiết lưu ở van tiết lưu 2; 81: quá trình bay hơi ở thiết bị bay

- Dòng chất lỏng chính tới thiết bị bay hơi chỉ tiết lưu 1 lần ở van tiết lưu TL2 theo quá trình 7-8

- Dòng môi chất lỏng chính được làm quá lạnh theo quá trình 5-7 nhờ lượng lỏng trung áp 

bốc hơi ở bình trung gian theo quá trình 10-9

- Độ chênh nhiệt thn = t7 – t10 còn gọi là độ hoàn nhiệt, đánh giá mức độ hoàn

- thiện nhiệt động của sơ đồ, thn càng bé càng tốt Thông thường thn =

34oC

1.2 Vai trò và ứng dụng

Ngày nay,các hệ thống lạnh nén hơi đã phát triển rất mạnh mẽ, được sử dụng với nhiều mục đích khác nhau, phạm vi ngày càng mở rộng và trở thành ngành kỹ thuật có vai trò vô cùng quan trọng trong nhiều lĩnh vực, không thể thiếu được trong đời sống và kỹ thuật của tất cả các nước

1.2.1 Ứng dụng trong chế biến thủy sản

Ứng dụng trong một số hệ thống lạnh cơ bản như sau :

- Hệ thống lạnh sản xuất đá cây

- Hệ thông lạnh sản xuất đá vảy

- Hệ thống lạnh cấp đông băng chuyền

- Hệ thống cấp đông tủ đông tiếp xúc

- Hệ thống lạnh kho bảo quản đông

 Hệ thống lạnh sản xuất đá cây

Trong nhà máy chế biến thì như cầu cần sử dụng đá là rất lớn, vì vậy để đáp ứng nhu cầu này thì việc sản xuất đá là cực kỳ quan trọng

Hiện nay, đang có hệ thống sản xuất đá cây đáp ứng cho sản xuất và sử dụng

Đá cây được đặt trong các khuôn có khối lượng 50kg và được làm lạnh trong bể nước muối Nồng độ muối trong bể thường xuyên thay đổi do trong quá trình vận hành châm nước vào khuôn đá thì nước bị chảy xuống bể

Hệ thống lạnh sản xuất đá cây hiện nay đang vận hành ổn định cung cấp cho nhà máy lượng đá để sản xuất

Khi vận hành hệ thống cần chú ý đến chất lượng của nươc trong bể

Hệ thống lạnh của sản xuất đá vảy

Do đá cây có nhiều nhược điểm và không đảm bảo yêu cầu vệ sịnh nên hiện nay chủ yếu sử dụng đá vả để sản xuất trong các chế biến

- Máy đá vảy tạo ra các mảnh đá nhỏ, quá trình thực hiện trong cối đá có hai lớp ở giữa là môi chất lạnh lỏng bay hơi

- Cối đá có dạng hình trụ tròn được chế tạo từ vật liệu inox,có hai lớp Ở giữ hai lớp là môi chất lỏng bão hòa Nước được bơm tuần hoàn từ bể chứa được đặt phía dưới bơm lên khay chưa nước phía trên Nước từ khay chảy qua hệ thống ống phun lên bề mặt bên rong của trụ được làm lạnh, một phần đông lại thành đá trên bề mặt còn lại chảy xuống và tiếp tục được bơm lên

- Khi đá có đủ độ dày thì được dao cắt quay tròn cắt rơi xuống bể chứa đá

- Dao cắt được gắn trên trục quay đồng trục với cối đá và được xoay nhờ động cơ phía trên

Ưu Điểm

- Chi phí đầu tư nhỏ do không cần trang bị bể muối, hệ thống cầu trục…

- Thời gian làm đá ngắn thường sau khoảng 1 giờ là co đá để sử dụng

- Chi phí vận hành nhỏ, do hệ thống đá vảy rất đơn giản ít trang thiết bị hơn máy đá cây nên chi phí vận hành cũng thấp hơn

- Đảm bảo vệ sinh và chủ động trong sản xuất

- Tổn thất năng lượng nhỏ

Nhược điểm

- Đá vẩy có kích thước nhỏ nên chỉ sử dụng tại chỗ là chủ yếu, kho vận chuyển đi xa và bảo quản lâu ngày

- Cối đá là thiết bị khó chế tạo nên giá thành công

Hệ thống lạnh cấp đông tủ đông tiếp xúc

Hệ thống tủ đông tiếp xúc là hệ thống không thể thiếu trong các nhà máy chế biến thủy sản Hiện nay so yêu cầu về chất lượng sản phẩm ngày càng cao nên đòi hỏi thời gian cấp đông cho phép không được quá dài Trước khi ta sử dụng phương pháp cấp dịch từ bình chống chàn nhưng ngày nay sử dụng phương pháp cấp dịch trực tiếp cưỡng bức bằng bơm

Hệ thống lạnh cấp đông tủ tiếp xúc được sử dụng để cấp đông các sản phẩm block Sản phẩm dạng khối này được đưa vào trong các khay và các khay được đặt lên các tấm lắc để cấp đông

- Hiện nay trong các nhà máy có sử dụng hệ thống liên hoàn để chạy cho các

tủ đông tiếp xúc Hệ thống cấp đông tủ đông tiếp xúc sử sụng hai loại môi chất chủ yếu NH3 và R22 Hai hệ thống này chạy độc lập với nhau

Hệ thống lạnh kho bảo quản lạnh

Trong các nhà máy chế biến, sản phẩm khi được cấp đông xong thì phải đưa đi bảo quản để giữ cho chất lượng sản phẩm không bị thay đổi

1.2.2 Ứng dụng trong ngành chế biến và bảo quản thực phẩm

Tác dụng của nhiệt độ thấp đối với thực phẩm

Ở nhiệt độ thấp các phản ứng hoá sinh trong thực phẩm bị ức chế Trong phạm

vi nhiệt độ bình thường cứ giảm 100C thì tốc độ phản ứng giảm xuống 1/2 đến 1/3

lần

Nhiệt độ thấp tác dụng đến hoạt động của các men phân giải nhưng không tiêu diệt được chúng Nhiệt độ xuống dưới 00C, phần lớn hoạt động của enzim bị đình chỉ Tuy nhiên một số men như lipaza, trypsin, catalaza ở nhiệt độ -1910C cũng không bị phá huỷ Nhiệt độ càng thấp khả năng phân giải giảm, ví dụ men lipaza phân giải

mỡ

Các tế bào thực vật có cấu trúc đơn giản, hoạt động sống có thể độc lập với cơ thể sống Vì vậy khả năng chịu lạnh cao, đa số tế bào thực vật không bị chết khi nước trong nó chưa đóng băng

Tế bào động vật có cấu trúc và hoạt động sống phức tạp, gắn liền với cơ thể sống Vì vậy khả năng chịu lạnh kém hơn Đa số tế bào động vật chết khi nhiệt độ giảm xuống dưới 40C so với thân nhiệt bình thường của nó Tế bào động vật chết là

do chủ yếu độ nhớt tăng và sự phân lớp của các chất tan trong cơ thể Một số loài động vật có khả năng tự điều chỉnh hoạt động sống khi nhiệt độ giảm, cơ thể giảm các hoạt động sống đến mức nhu cầu bình thường của điều kiện môi trường trong một khoảng thời gian nhất định Khi tăng nhiệt độ, hoạt động sống của chúng phục hồi, điều này được ứng dụng trong vận chuyển động vật đặc biệt là thuỷ sản ở dạng tươi sống, đảm bảo chất lượng tốt và giảm chi phí vận chuyển

Để bảo quả thực phẩm người ta có thể thực hiện nhiều cách như: phơi, sấy khô, đóng hộp và bảo quản lạnh Tuy nhiên phương pháp bảo quả lạnh tỏ ra có ưu điểm nổi bật vì:

- Hầu hết thực phẩm, nông sản đều thích hợp đối với phương pháp này

- Việc thực hiện bảo quản nhanh chóng và rất hữu hiệu phù hợp với tính chất mùa vụ của nhiều loại thực phẩm nông sản

- Bảo tồn tối đa các thuộc tính tự nhiên của thực phẩm, giữ gìn được hương vị, màu sắc, các vi lượng và dinh dưỡng trong thực phẩm

1.2.3 Ứng dụng trong công nghiệp hoá chất

Trong công nghiệp hoá chất như hoá lỏng các chất khí là sản phẩm của công nghiệp hoá học như clo, amôniắc, cacbonnic, sunfuarơ, các loại chất đốt, các khí sinh học vv

Hoá lỏng và tách các chất khí từ không khí là một ngành công nghiệp hết sức quan trọng, có ý nghĩa vô cùng to lớn với ngành luyện kim, chế tạo máy, y học, ngành sản xuất chế tạo cơ khí, phân đạm, chất tải lạnh vv Các loạt khí trơ như nêôn, agôn vv được sử dụng trong công nghiệp hoá chất và sản xuất bóng đèn

Việc sản xuất vải sợi, tơ, cao su nhân tạo, phim ảnh được sự hỗ trợ tích cực của kỹ thuật lạnh Thí dụ trong quy trình sản xuất tơ nhân tạo người ta phải làm lạnh

bể quay tơ xuống nhiệt độ thấp đúng yêu cầu công nghệ thì chất lượng mới đảm bảo

Cao su và các chất dẻo khi hạ nhiệt độ xuống thấp sẽ trở nên dòn và dễ vỡ như thuỷ tinh Nhờ đặc tính này người ta có thể chế tạo được cao su bột Khi hoà trộn với bột sắt để tạo nên cao su từ tính hoặc hoà trộn với phụ gia nào đó có thể đạt được độ đồng đều rất cao

Trong công nghiệp hoá chất cũng sử dụng lạnh rất nhiều trong các quy trình sản xuất khác nhau để tạo ra nhiệt độ lạnh thích hợp nhất cho từng hoá chất

Ứng dụng trong điều hoà không khí

Ngày nay kỹ thuật điều hoà được sử dụng rất rộng rãi trong đời sống và trong công nghiệp Khâu quan trọng nhất trong các hệ thống điều hoà không khí đó là hệ thống lạnh

Máy lạnh được sử dụng để xử lý nhiệt ẩm không khí trước khi cấp vào phòng Máy lạnh không chỉ được sử dụng để làm lạnh về mùa hè mà còn được đảo chiều để sưởi

ấm mùa đông

Các hệ thống điều hoà trong công nghiệp:

Trong nhiều ngành công nghiệp để sản xuất ra các sản phẩm có chất lượng kỹ thuật cao đòi hỏi phải duy trì nhiệt độ, độ ẩm trong một giới hạn nhất định Ví dụ như trong ngành cơ khí chính xác, thiết bị quang học, trong công nghiệp bánh kẹo, trong ngành điện tử vv

Trong các ngành công nghiệp nhẹ điều hoà không khí cũng được sử dụng nhiều như trong công nghiệp dệt, công nghiệp thuốc lá vv

Mỗi loại sản phẩm đòi hỏi sản xuất trong những điều kiện nhiệt độ, độ ẩm khác nhau, Ví dụ như: - Kẹo sôcôla: 7 ÷ 80C; Kẹo cao su: 200C; Bảo quản rau quả : 100C;

Ứng dụng trong kỹ thuật đo và tự động

Áp suất bay hơi của một chất lỏng luôn phụ thuộc vào nhiệt độ vì vậy người ta ứng dụng hiện tượng này trong các dụng cụ đo lường như đồng hồ áp suất, nhiệt kế, trong các rơ le áp suất vv

Hiệu ứng nhiệt điện phản ánh mối quan hệ của độ chênh nhiệt độ 2 đầu cặp nhiệt với dòng điện chạy qua mạch cặp nhiệt điện ứng dụng hiện tượng này người

ta đã tạo ra các dụng cụ đo nhiệt độ, áp suất hoặc thiết bị điều khiển tự động

Ứng dụng trong thể thao

Trong một số bộ môn thi đấu trong nhà người ta duy trì nhiệt độ thấp để không làm ảnh hưởng tới sức khoẻ và nâng cao thành tích của vận động viên Trong hầu hết các nhà thi đấu đều có trang bị các hệ thống điều hoà không khí

Trong thể thao kỹ thuật lạnh được ứng dụng khá rộng rãi Trong môn trượt băng nghệ thuật, để tạo ra các sân băng người ta dùng hệ thống lạnh để tạo băng theo yêu cầu

Ứng dụng trong sấy thăng hoa

Vật sấy được làm lạnh xuống dưới -200C và được sấy bằng cách hút chân không Đây là một phương pháp hiện đại và không làm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm Vật phẩm hầu như được rút ẩm hoàn toàn khi sấy nên sản phẩm trở thành bột bảo quản và vận chuyển dễ dàng Giá thành sản phẩm cao nên người ta chỉ ứng dụng để sấy các vật phẩm đặc biệt như các dược liệu quý hiếm, máu, các loại thuốc, hócmôn

Quá trình thực hiện theo tuần tự sau: đầu tiên người ta kết đông sản phẩm xuống khoảng -200C, sau đó rút nước ra sản phẩm bằng cách thăng hoa các tinh thể nước hoá đá trong sản phẩm nhờ hút chân không cao

1.2.3 Ứng dụng trong các ngành khác

Ngoài ứng dụng trong kỹ thuật chế biến và bảo quản thực phẩm, kỹ thuật lạnh còn được ứng dụng rất rộng rãi trong rất nhiều ngành kinh tế, kỹ thuật khác nhau Dưới đây là các ứng dụng thông dụng nhất

Ứng dụng trong sản xuất bia, nước ngọt

Bia là sản phẩm thực phẩm, thuộc loại đồ uống độ cồn thấp, thu nhận được bằng cách lên men rượu ở nhiệt độ thấp dịch đường (từ gạo, ngô, tiểu mạch, đại mạch vv ), nước và hoa húp lông Qui trình công nghệ sản xuất bia trải qua nhiều giai đoạn cần phải tiến hành làm lạnh mới đảm bảo yêu cầu

Đối với nhà máy sản xuất bia hiện đại, lạnh được sử dụng ở các khâu cụ thể như sau:

a Sử dụng để làm lạnh nhanh dịch đường sau khi nấu

Dịch đường sau quá trình húp lông hoá có nhiệt độ khoảng 800C cần phải tiến hành hạ nhiệt độ một cách nhanh chóng xuống nhiệt độ lên men 6÷80C Tốc độ làm lạnh khoảng 30÷45 phút Nếu làm lạnh chậm một số chủng vi sinh vật có hại cho quá trình lên men sẽ kịp phát triển và làm giảm chất lượng bia Để làm lạnh dịch

đường người ta sử dụng thiết bị làm lạnh nhanh

Như vậy trong quá trình hạ nhiệt này đòi hỏi phải sử dụng một lượng lạnh khá lớn Tính trung bình đối với một nhà máy bia công suất 50 triệu lít/năm mỗi ngày phải nấu khoảng 180m3 dịch đường Lượng lạnh dùng để hạ nhiệt rất lớn

b Quá trình lên men bia

Quá trình lên men bia được thực hiện ở một phạm vi nhiệt độ nhất định khoảng 6÷80C Quá trình lên men là giai đoạn quyết định để chuyển hoá dịch đường houblon hoá thành bia dưới tác động của nấm men thông qua hoạt động sống của chúng Trong quá trình lên men dung dịch toả ra một lượng nhiệt lớn

c Bảo quản và nhân men giống

Một khâu vô cùng quan trọng cần lạnh trong nhà máy bia là khâu bảo quản và nhân men giống Men giống được bảo quản trong những tank đặc biệt ở nhiệt độ

thấp Tank cũng có cấu tạo tương tự tank lên men, nó có thân hình trụ bên ngoài có các áo dẫn glycol làm lạnh Tuy nhiên kích thước của tank men nhỏ hơn tank lên men rất nhiều, nên lượng lạnh cần thiết cho tank men giống không lớn

d Làm lạnh đông CO2

Trong quá trình lên men nhờ các quá trình thuỷ phân mà trong các tank lên men sinh ra rất nhiều khí CO2 Khí CO2 lại rất cần cho trong qui trình công nghệ bia như ở khâu chiết rót và xử lý công nghệ ở tank lên men Khí CO2 thoát ra từ các tank lên men trong các quá trình sinh hoá cần phải được thu hồi, bảo quản để sử dụng vào trong dây chuyền công nghệ Để bảo quản CO2 tốt nhất chỉ có thể ở thể lỏng, ở nhiệt độ bình thường áp suất ngưng tụ của CO2 đạt gần 100at Vì vậy để giảm áp suất bảo quản CO2 xuống áp suất dưới 20 kG/cm2 cần thiết phải hạ nhiệt

độ bảo quản xuống rất thấp cỡ (- 30 ÷ -350C)

e Làm lạnh nước 10C

Nước lạnh được sử dụng trong nhà máy bia với nhiều mục đích khác nhau, đặc biệt được sử dụng để làm lạnh nhanh dịch đường sau khi được houblon hoá đến khoảng 200C Việc sử dụng nước 10C là một giải pháp rất hữu hiệu và kinh tế trong các nhà máy bia hiện đạiViệc sử dụng nước lạnh 10C để hạ lạnh nhanh dịch đường cho phép trữ một lượng lạnh đáng kể để làm lạnh dịch đường của các mẻ nấu một cách nhanh chóng Điều này cho phép không cần có hệ thống lạnh lớn nhưng vẫn đảm bảo yêu cầu Nước được làm lạnh nhờ glycol đến khoảng 10C qua thiết bị làm lạnh nhanh kiểu tấm bản

f Làm lạnh hầm bảo quản tank lên men và điều hoà

Trong một số nhà máy công nghệ cũ, bia được bảo quản lạnh trong các hầm làm lạnh, trong trường hợp này cần cung cấp lạnh để làm lạnh hầm bảo quản

Có thể sử dụng lạnh của glycol để điều hoà không khí trong một số khu vực nhất định của nhà máy, các phòng bảo quản hoa vv

CHƯƠNG 2 HỆ THỐNG MÁY LẠNH NÉN HƠI HAI CẤP

2.1 Cấu tạo của hệ thống máy lạnh nén hơi hai cấp

Thực hiện chu trình nén lạnh hai cấp có thể bằng máy nén lạnh hai cấp cộng với thiết bị phụ như bình trung gian, các thiết bị làm mát trung gian bằng nước, các thiết bị hồi nhiệt ( trao đổi nhiệt), thiết bị ngưng tụ, thiết bị làm quá lạnh, bình chứa cao áp, bình chứa hạ áp, các trạm tiết lưu, các giàn bay hơi – làm lạnh, các bình tách lỏng, hệ thống ống, van,

Máy nén lạnh hai cấp thường có cấu tạo hình chữ V hoặc , W, trong đó số xy lạnh nén cao áp thường chiếm tỷ lệ so với số xy lanh nén hạ áp là 1/3, 2/6, hoặc 3/5 Cũng có một số máy nén lạnh với tỷ số 2/2, 4/4, Trong trường hợp không có máy nén lạnh hai cấp thì thường dùng các máy nén lạnh một cấp ghép lại thành hệ thống nén lạnh hai cấp theo tỷ số thích hợp Theo cách này người ta đã lắp ghép nhiều hệ thống nén lạnh hai cấp khác nhau như:

 Máy 2AB – 15ghép hai máy ở nén haj áp với một máy ở nén cao áp

 Máy 2 AB – 15 với máy 4AB – 15: ghép một máy 4AB – 15 ở nén hạ áp với một máy 2AB – 15 ở nén cao áp

 Ở công ty Thiết bị lạnh Hà Nội đã lắp ghép máy 2AD -150 ở nén hạ áp với một máy 2AT – 80 hoặc một máy nén 2AT – 125 ở nén cao áp thành hệ thống máy lạnh hai cấp phục vụ cho thiết bị cấp đông thực phẩm kiểu Contac Freeger và kiểu tunen ( toàn bộ hệ thống đều do Công ty chế tạo)

Ngoài việc đấu ghép các loại máy khác nhau, người ta cò đấu ghép các kiểu máy khác nhau thành hệ thống nén lạnh hai cấp như máy nén lạnh ở cấp cao áp với máy lạnh ejector ở nén hạ áp; máy nén lạnh ở cấp hạ áp với máy lạnh hấp thu ở nén cao áp; Máy lạnh ejector ở nén hạ áp với máy lạnh kiểu hiệu ứng xoáy ở nén cao áp,

tk, sau đó vào bình trung gian với nhiệt độ t8 (t3 ≡ t8 ≡ t01 ) Từ trạng thái 3, hơi được hút về để nén cao cấp tới trạng thái quá nhiệt t4 Nhiệt độ cuối t4 của quá trình nén vẫn thấp hơn rất nhiều so với t4 nếu dùng hệ nén một cấp Hơi môi chất cao áp và thiết bị NT để hóa lỏng, làm quá lạnh tới t7 và tập trung ở bình chứa cao áp Từ bình chứa cao áp, một phần dịch môi chất lạnh qua tiết lưu 1 ( quá trình tiết lưu 7-8 ) để hòa trộn, làm mát nguồn hơi nén hạ áp, đã làm mất trung gian bằng nước ( quá trình 2-2’), nhằm làm mát trung gian hoàn toàn ở bình trung gian với t3 ≡ t8 Phần dịch môi chất lạnh qua tiết lưu 1 còn để làm quá lạnh tiếp phần dịch chính chảy trong ống xoắn ở bình trung gian từ nhiệt độ t7 xuống đến nhiêt độ t9 Nhiệt độ t9 khoảng

50C : t11 = t9 – ( ≈ 50C ) Như vậy về mặt nhiệt động thì dung dịch môi chất từ ống xoắn với độ quá lạnh ít nên năng suất lạnh riêng q02 sẽ nhỏ hơn so với trường hợp dung dịch môi chất từ bình trung gian với nhiệt độ t11 thấp hơn, nên quá trình tiết lưu 11-12 sẽ cho năng suất lạnh riêng q02 lớn hơn vì quá trình bay hơi sinh lạnh 12-1 lớn hơn 10-1 Nhưng chu trình dung dịch môi từ ống xoắn có ưu việt cơ bản là dung môi chất chảy trong ống với áp suất cao tương đương Pk, nên có thể vạn chuyển tới giàn bay hơi với khoảng cách lớn mà không phải lắp đặt thêm bơm như ở hệ thống không có ống xoắn trong bình trung gian Mặt khác, trong vận hành hệ thống máy lạnh với bình gian có ống xoắn thì dầu bôi trơn từ máy nén hạ áp không đi theo tuyến lỏng để thiết bị bay hơi với t02 rất thấp, nên không làm bẩn bề mặt bên trong của giàn lạnh Chu trình với bình trung gian có ống xoắn được sử dụng rộng rãi do rất phù hợp với thực tế sản xuất công nghiệp thường đòi hỏi hai chế độ làm lạnh cho cấp đông/ trữ đông hay trữ đông/bể nước đá hoặc trữ đông/kho nước đá, v.v… với hai nhiệt độ bay hơi t01 và t02 Vấn đề phải cân đối thế nào cho 2 nhiệt độ bay hơi

t01 và t02 phù hợp tương ứng với trị số áp suất trung gian P01 = √𝑃𝑘 𝑃02

Như vậy trong chu trình phải tính toán năng suất lạnh Q01 = G1.q01 ở nhiệt độ bay hơi t01, và năng suất lạnh Q02 = G2.q02 ở nhiệt độ bay hơi t02 là phần năng suất

cơ bản chính của chu trình lạnh hai cấp nén Do có hai năng suất lạnh ở nhiệt độ bay hơi khác nhau nên phải tính hệ số lạnh riêng cho từng cấp áp suất nén, và như vậy

rõ ràng là không chính xác lắm, cho nên bình thường người ta chỉ xét đến hệ số lạnh của cấp nén

Hình 2.1: Chu trình 2 tiết lưu, quá lạnh lỏng môi chất, làm mát trung gian hơi nén,

nhưng chỉ sử dụng một máy nén trục vis hoặc tuban MN a) Bình trung gian làm mát hoàn toàn

b) Bình trung gian có ống xoắn trao đổi nhiệt thấp nhất, tức ứng với nhiệt độ bay hơi thấp nhất trong chu trình là t 02 là phần cơ bản chính của chu trình nén lạnh hai cấp

Từ những năm của thập kỷ 60, người ta đã ứng dụng rộng rãi máy nén lạnh trục vít và tuabin lạnh khác nhau mà hệ thống vẫn đơn giản , vẫn chỉ với một máy nén duy nhất Đó là nhờ đặc điểm cơ chế mềm của máy lạnh trục vít, của tuabin lạnh cho phép có nhiều của hút trên thân máy với nhiều áp suất trung gian khác nhau nằm trong khoảng Pk và Po. Hệ thống cũng có bố trí trung gian làm mát hoàn toàn bên giảm tối đa công nén, và đạt độ quá lạnh sâu đưa tới năng suất lạnh riêng

q02 khá lớn so với chu trình có ống xoắn trao đổi nhiệt trong bình trung gian luôn luôn làm mát trung gian chỉ môt phần nên tiết kiệm công nén chưa được nhiều và do

độ quá ạnh ít nên chấp nhận năng suất lạnh riêng q02 nhỏ Tuy nhiên, chu trình với ống xoắn trao đổi nhiệt trong bình trung gian luôn luôn làm mát trung gian chỉ một phần nên tiết kiệm công nén chưa được nhiều và do độ quá lạnh ít nên chấp nhận năng suất cao tương đương Pk , nên có thể vận chuyển trong khoảng cách 20m trở lại là không phải lắp đặt thêm bơm như ở chu trình đối chứng

CHƯƠNG 3 CÁC THIẾT BỊ CHÍNH CỦA HỆ THỐNG

Trong kỹ thuật lạnh, người ta sử dụng hầu như tất cả cá kiểu loại máy nén với

cá nguyên lí làm việc khác nhau, nhưng những loại máy nén hay sử dụng nhất là máy nén pittong, trục vít, roto xoắn ốc làm việc theo nguyên lí nén thể tích và máy nén turbin, ejecto làm việc theo nguyên lí động học

MN Piston

MN Piston trượt, MN Piston con lắc

MN trục víc

MN Roto

MN Roto tấm trượt

MN turbin ly tâm

MN Ejector

làm việc theo chu kỳ , không liên tục Hơi được hút vào và nén theo những phần riêng, do đó dường hút và đường đẩy có hiện tượng xung động

Quá trình làm việc của máy nén turbin được chia ra lam hai giai đoạn:

 Giai đoạn một: dòng hơi được làm tăng tốc nhờ đĩa quay và cánh quạt

 Giai đoạn hai: dòng hơi có lượng năng lớn được dẫn đến buồng khuếch tán,

ở đó động năng biến thành thế năng và áp suất tăng dần

Đặc điểm làm việc của máy nén động học là làm việc liên tục và khong có van Máy nén thể tích có thể tạo ra áp suất lớn với khối lượng nhỏ, nhưng ngược lại máy nén động học đòi hỏi có một dòng hơi với lưu lượng lớn hoặc rất lớn, tỷ số áp suất đạt được qua mỗi tầng bánh cánh uạt lại tương đối hạn chế và phụ thuộc nhiều vào tính chất của từng môi chất nhất định

- Phân loại máy nén theo nhiệt độ

Máy nén một cấp khi t0 =( +10  -25)oC

Máy nén hai hay nhiều cấp khi t0 = (-30110)oC

- Phân loại theo môi chất

- Phân loại theo cách truyền động

Máy nén truyền động trực tiếp

Máy nén truyền động băng dây đai

- Phân loại theo năng suất lạnh

o Khi piston chuyển động từ 4 – >1 ( 4: điểm chết trên, 1: điểm chết dưới)

để piston thay đổi theo hướng chuyển động Khi đó thể tích tăng từ 0 - > Vmax, van hút mở ra để hút môi chất vào xylanh

o Khi đến điểm 1., qua trình hút kết thúc, piston chuyển động ngược lại, thể tích nhỏ dần

o Khi piston chuyển động từ 1 ->2 gọi là quá trình nén, trong quá trình này van hút và van đẩy đóng Tại điểm 2, piston trong xylanh đạt áp suất đẩy, Clape đẩy

mở ra để piston tiếp tục đi lên đẩy hơi nén vào khoang đẩy với áp suất không đổi P2

-

- Quá trình đẩy kết thúc khi piston đạt điểm chết trên và quá trình hút, nén, đẩy bất đầu chu kỳ mới

V2: tổn thất áp suất phía đẩy

Đồ thị P - v ở trên: quá trình nén chỉ kể đến tổn thất do thể tích chết Vc và quá trình nén kể đến tổn thất do thể tích chết và tổn thất clape hút và clape đẩy

Quá trình xảy ra:

- a-b: đường nén đoạn nhiệt

- b-c: clape đẩy mở ở thời điểm b

- b-c: đường đẩy hơi nén, áp suất giảm xuống, clape đống lại tại thời điểm c

- c-d: là quá trình giãn nở hơi trong thể tích chết, Clape mở tại d

Mặt khác, khi hệ thống lạnh hoạt động thì máy nén, piston, xylanh nóng lên

Để tránh việc piston chạm vào nắp do giãm nở nhiệt người ta chừa lại khe hở an toàn nhất định (thường từ 3 – 5 % không gian chết với máy nén có tốc độ cao) Một tổm thất nữa là tổn thất của clape hút và đẩy Các Clape hút và đẩy của máy nén lạnh làm việc hoàn toàn tự động nhờ sự chênh lệch áp suất Khi áp suất hai bên clape bằng nhau, các clape ở trạng thái đóng do sức đàn hồi hoặc lò xonens Clape chi mở khi có áp suất chênh lệchđủ lớn, đủ hướng chính vì vậy thời điểm clape mở lớn hơn so với lý thuyết khá nhiều

3.1.3 Một số vấn đề cần lưu ý khi sử dụng máy nén

-Làm mát máy nén

Nhiệt độ của máy nén cao do nhiệt lượng sinh ra khi nén môi chất Ngoài ra, nhiệt còn sinh ra do ma sát, do động cơ máy nén( loại kín và nữa kín) Do đó, cần phải làm mát máy nén để máy làm việc hiệu quả và ổn định chất lượng dầu bôi trơn Nhiệt sinh râ trong máy nén được chuyển cho môi trường máy lạnh Để tán nhiệt lượng này ra ngoài, người ta sử dụng phương pháp:

- Làm cánh tản nhiệt bên ngoài máy nén

- Dùng quạt nhỏ để tạo đối lưu cưỡng bức trên đầu máy nén

- Nếu hệ thống giải nhiệt băng nướ, có thể giải nhiệt máy nén cũng dùng nước

- Có thể cho dấu ở Carte (Crankcase) xuyên qua bộ phận giaỉ nhiệt bằng không khí hoặc nước

- Ở các máy nén kín và nữa kín thường môi chất trở về làm mát máy nén Do

đó, khi thiết kế vận hành, không thể để môi chất trở về máy nén ở trạng thái hóa nhiệt nhiều (nhiệt dộ quá nhiệt đầu hút quá cao)

-Bôi trơn máy nén

Máy nén có nhiều bộ phận chuyển động cần được bôi trơn Để bôi trơn người

ta sử dụng nhiều biện pháp :

- Phương pháp tạt dầu; Trong phương pháp này dầu trong máy nén phải đổ đến mức cần thiết sao cho khi quay, một phần trục khuỷu nhúng trong dầu, dầu sẽ văng vào các bộ phận cần bôi trơn Một biến tướng của phương pháp này là trang bị các “muỗng” trên cốt máy Khi máy nén quay muỗng sẽ múc dầu và đổ vào phểu để chảy vào rãnh trên cốt máy

- Phương pháp bơm dầu: Trang bị dầu để nén dầu với áp suất cần thiết nhằm bôi trơn cưỡng bức các bộ phận quay Loại đơn giản nhất dùng trong máy nén hỏ là bơm kiểu “vít vô tận” Trong loại này cốt máy được gia công thành rãnh vít vô tận, khi động cơ quay, dầu theo đường xoắn ốc cua vít để thoát lên cao bôi trơn Như vậy, đối với máy nén nhỏ, chiều quay của động cơ (một pha) là hết sức quan trọng Nếu máy nén không vận hành đúng chiều quay thì sẽ “kẹt” ngay trong 5 phút vận hành

Đối với máy nén lớn, thường người ta trang bị bơm dauauf kiểu bánh răng (gear pump) mà cốt bơm được nối thẳng vào cốt máy nén Khi máy nén chạy, Bơm dầu, hút dầu từ carte và bơm vào các bộ phận cần bôi trơn Cũng có thể trang bị bơm dầu hoạt động với động cơ riêng Điều kiện để máy nén vận hành ổn định là:

Pdầu >= PCarte + 1,5 kg/cm2

Điều kiện này dược kiểm soát bằng rơle áp suất dầu (oil Pressure control) Khi

áp suất dầu bôi trơn không thỏa bất đẳng thức trên rơle áp suất dầu sẽ cắt máy nén sau 90 đến 120 giây chạy máy.Cần lưu ý chỉ cấp điện cho rơle áp suất khi máy nén hoạt động

-Xả tải máy nén (unloader)

Có hai dạng xả tải máy nén chính

- Xả tải khởi động được trang bị trong những máy nén lớn moomen khởi động Đối với máy nén piston thẳng, xả tải bằng cách cho piston “không nén” Đối với máy trục vít, giảm chiều dài của trục vít bằng piston giảm tải (capacily control slide) Đối với máy nén ly tâm, đóng van hút

- Xả tải để điề chỉnh năng suất lạnh Xả tải này nhằm mục đích duy trì nhiệt

dộ làm lạnh theo yêu cầu Phương pháp đơn giản nhất là ngừng máy nén (loại nhỏ) hoặc dưng lần lượt các máy nén trong một cụm máy lạnh Đối với máy nén công suất lớn, không nên đóng cắt điện máy nén quá nhiều lần Do đó, máy nén lớn được trang bị cơ cấu xả tải để ổn định nhiệt độ làm lạnh ( xả tải nhưng máy nén vẫn chạy) đối với máy nén piston thẳng, xả tải bằng cách giảm số piston làm việc có tải

Đối với máy nén trục vít, giảm tải bằng cách thay đổi chiều dài làm việc của trục vít Đối với máy nén turbin giảm tải bằng cách thay đổi độ mở của van hút

-Nung dầu carte ( Crankcase heater)

Trong rất nhiều hệ thống lạnh, dầu ở carte cần phải được sưởi ấm để cho môi chất lẫn trong dầu bốc hơi nhằm tránh bôi trơn không hiệu quả và va đập thủy lực khi máy khởi động Ngoài ra việc nung nấu cũng nhằm mục díchđưa nhiệt độ dầu đạt yêu cầu vận hành

Việc nung dầu ở carte được tiến hành bằng điện tử Đối với máy nén nho, điện trở có thể quấn bên ngoài vỏ máy nén

Cần lưu ý là điện trở nung dầu chỉ làm việc khi máy nén ngừng và được ngắt khi máy nén chạy Vì vậy, khi tắt cụm máy lạnh không nên tắt nguồn điện (cát aptomat chính) vì như thế dễ làm môi chất lẫn và dầu

Trong trường hợp dưng cụm máy lạnh thời gian lâu (ví dụ:1 tuần) thì có thể cát aptomat chính Thuy nhiên, aptomat này cũng được đóng lại trước ít nhất hai giờ rồi mới chạy để điện trở nung dầu hoạt động trước

3.2 Thiết bị ngưng tụ (Condenser)

3.2.1 Vai trò của thiết bị ngưng tụ trong hệ thống lạnh

Thiết bị ngưng tụ là thiết bị chính trong hệ thống máy lạnh nến thực chất là thiết bị trao đổi nhiệt và nó có nhiệm cụ biến môi chất từ trạng thái hơi quá nhiệt thành hơi bảo hòa khô và sau đó được hóa lỏng

Môi chất nhận nhiệt trong thiết bị ngưng tụ gọi là môi trường làm mát (thường

là nước hay không khí) Trong thiết bị ngưng tụ có thể xảy ra quá trình làm lạnh môi chataslanhj

Khối lượng kim loại để chế tạo thiết bị ngưng tụ chiếm một tỷ lệ rất lớn so với tiêu hao kim loại cho toàn bộ hệ thống Thiết bị ngưng tụ chiếm 2/3 khối lượng toàn bộ máy lạnh NH3

Trong máy lạnh Freon khối lượng các thiết bị ngưng tụ bằng ¾ khối lượng của máy

Khái quát về thiết bị ngưng tụ

Thiết bị ngưng tụ dùng để hóa lỏng môi chất sau khi nén trong chu trình lạnh

Thiết bị ngưng tụ thường là loại thiết bị trao đổi nhiệt bề mặt hơi môi chất có

áp suất và nhiệt độ cao truyền cho nước hay không khí làm mát ( qua bề mặt ngăn cách của ống hay kênh dẫn) Do bi mất nhiệt hơi môi chất lạnh giảm đến nhiệt độ bằng nhiệt độ bão hòa ( hay nhiệt độ sôi) ở áp suất ngưng tụ và ngưng tụ lại thành lỏng

Xét sơ đồ thiết bị ngưng tụ:

Bỏ qua tổn thất ma sát của môi chất đi trong ống

Nhiệt độ ngưng tụ (tk) và áp suất ngưng tụ tpk1 trong suốt quá trình ngưng tụ là không đổi Áp suất và nhiệt độ ngưng tụ xác định bằng đồ thị hay bảng hơi bảo hòa môi chất

Gội bề mặt đủ lớn của thiết bị ngưng tụ là F( ống đủ dài), nhiệt độ môi trường làm nước mát thấp (nước giếng,, nước máy, )