[r]
(1)Chương 5
CHU TRÌNH VÀ NHIỀU CẤP
Máy nén lạnh, đặc b iệt m áy nén p ittô n g c ầ n đáp ứng yêu cẩu : - N h iệt độ cuối tầ m n é n không vượt q u 130°c.
- N h iệt độ d ầ u nhỏ 60°c.
- H ệ số cấp Ằ lớn 0,60
để đảm bảo cho hệ th ố n g lạn h làm việc an toàn, hiệu với độ tin cậy tuổi thọ cao, chi phí vận h n h thấp
Theo giá trị trê n , m áy nén am oniác tói đa làm việc với tỷ số n é n = m áy nén freôn tối đa n = 12 -í- 13 Khi tỷ số n én vượt giá trị n^ „„ trê n nên m áy nén frn tối đa = 12 -í- 12
sử dụng chu trìn h nh iêu cấp nén
Tuy nhiên, việc lựa chọn chu trìn h cấp hay cấp nén to án tối ưu kinh tế, phải xem x ét nghiên cứu t ấ t khía cạnh từ n g trư n g hợp ứng dụng cụ th ể
Máy lạn h cấp co' n h ữ n g ưu điểm đơn giản, th iế t bị, sử d ụ n g vận h n h dễ dàng, giá th n h rẻ, vốn đẩu tư ban đ ầu th ấp n h n g có nhược điểm giá vận h n h cao vượt q u ch ế độ làm việc th u ậ n lợi
Máy lạn h cấp ngược lại phức tạ p hơn, th iế t bị nhiều hơn, sử dụ n g vận hành khó hơn, giá th n h cao làm cho vốn đẩu tư ban đầu cao n h n g lại cđ ưu điểm có hiệu s u ấ t cao, giá vận h n h rẻ, giá th n h đơn vị lạn h th ấ p đặc biệt chế độ làm việc m m áy lạnh cấp h ầu không vận h àn h
Do đó, hệ th ố n g lạn h phải làm việc liên tụ c nên chọn m áy cấp, làm việc m ột số tro n g năm th ì nên chọn m áy cấp ta đ t giá th n h chung cho đơn vị lạn h th ấ p n h ất
Có r ấ t nh iều chu trìn h nh iều cấp vối cách bố tr í th iế t bị khác nhau, chúng t a khảo s t m ột số chu trìn h th n g dụ n g n h ấ t
5.1 CHU TRÌNH CẤP, TIẾT l u, l m m t t r u n g g ia n PHAN
Đây chu trĩn h cấp n é n đơn giản n h ấ t Quá trìn h ngưng tụ , tiế t lưu bay giống nh chu trìn h cấp
R iêng q u trìn h nén bố trí làm cấp có làm m t tru n g gian n h n g môi c h ấ t trư ớc vào m áy n én cao áp chưa đ t đến điểm bão hòa khơ chưa gọi làm m t tru n g gian to n phần H ình 5.1 giới thiệu chu trìn h cấp làm m t tru n g gian p h ẩ n tiế t lưu
(2)H ìn h 5.1 Chu trinh cấp, tiết lưu làm mát trung gian phần ; NHA - Máy nén hạ áp ; NCA - Máy nén cao áp ; MTG - Thiết bị làm mát trung gian (bằng nc làm mát)
Định nghĩa : Chu trìn h cấp tiế t lưu làm m t tru n g gian ph ẩn chu trìn h
tư ng tự chu trìn h khơ cấp, riên g q u trìn h nén ph ân th n h cấp, r a cấp hạ áp làm m t đến n h iệ t độ môi trư n g (tg = tị.).
Khi hiệu n h iệ t độ tị - t^ q u cao, tỷ số nén n = P|j/Po vượt giới hạn cho phép cẩn th iế t phải sử dụng chu trìn h cấp nén Áp s u ấ t tru n g gian Pjg xác định theo biểu thứ c :
tg = VPo'Pk
Đây áp s u ấ t tru n g gian tối ưu xét m ặt n h iệ t động T rong th ự c tế, chế độ làm việc th a y đổi phải chọn m áy nén với kết cấu có sẵn, áp s u ấ t tru n g gian cđ th ể lệch khỏi áp s u ấ t tru n g gian tối ưu
Chu trình làm việc sau
Hơi r a th iế t bị bay có trạ n g th i m áy n é n h áp h ú t n én lên áp s u ấ t tru n g gian, làm m t bằn g nước khơng khí mơi trư n g xuống n h iệ t độ Tg =T| m áy nén cao áp h ú t nén lên áp s u ấ t ngư ng tụ P|^ Sau ngưng tụ , lỏng đưa vào van tiế t lưu tiế t lưu xuóng áp su ấ t p^ cấp vào cho dàn bay dàn bay môi ch ất lỏng sôi th u n h iệt môi trư n g lạnh Hơi tạo th n h tro n g th iế t bị bay lại m áy nén h áp h ú t vể khép kín chu trìn h lạnh
ư u điểm so với chu trình cấp (1 -2 ’ - - )
- N hiệt độ cuối tầ m nén thấp, không vượt q u giới hạn cho phép : T « T 2., m áy vận h àn h an to àn , tin cậy, hiệu
- Do làm m t tru n g gian nên công nén giảm
Nhược điểm
- Chu trìn h phức tạ p hơn, vận h n h khtí hơn, đ ầ u tư lộn
(3)Tính tốn chu trình
Chu trìn h tín h to n gẩn giống chu trìn h khơ cấp, riê n g ; - N ă n g s u ấ t lạn h riê n g khối lượng :
= hj - h^ (5.1)
- Công nén riê n g :
1 = (h2 - h j) + (h^ - h 3) (5.2)
ứ n g dụng thực tẽ
Chu trìn h cấp, tiế t lưu làm m t tru n g gian p h ần ứng dụ n g chủ yếu cho môi c h ấ t freôn với n h iệ t độ cuối tầ m nén khơng cao
5.2 CHU TRÌNH CẤP, TIẾT l u, l m m t t r u n g g i a n
1 PHẦN CÓ HỒI NHIỆT
Do n h iệ t độ Í2 tư n g đối th ấ p nên thư ng bố trí th êm th iế t bị hổi n h iệ t để tă n g hiệu q u ả lạn h cho chu trìn h Đ iểm dịch vào vùng n h iệt điểm tiế n vào v ù n g -lỏ n g q u lạn h (hình 5.2)
H ìn h 5.2 Chu trình cấp, tiết lưu làm mát trang gian phần, có hồi nhiệt HN
So với sơ đổ biểu diễn trê n hìn h 5.1 ta th rõ ràng, nhờ cổ hồi n h iệt m n ă n g su ấ t lạn h riê n g khối lượng tă n g lên m ột khoảng Aq^, tro n g sơ đổ th iế t bị khơng phức tạ p thêm
Đ ể cđ th ể tă n g th êm hiệu lạn h người ta cịn tìm cách bố tr í th êm bình q lạn h mơi c h ấ t lạn h lỏng th iế t bị hổi n h iệ t van tiế t lưu H ình 5.3 giới tjiiệu chu trìn h cấp, tiế t lưu, làm m t tru n g gian khơng hồn tồn, cđ hổi n h iệ t bình lạn h lỏng
Bình lạn h lỏng sử dụ n g van tiế t lưu n h iệt để tiế t lưu ph ần lỏng vào làm m át môi c h ấ t lỏng từ th iế t bị hổi n h iệt Mơi ch ất lỏng khỏi bình lạnh
(4)lỏng có n h iệt độ t j gần b ằ n g n h iệt độ bình tru n g gian tjg = tg Về lý th u y ết có th ể tín h t j = tg+5K
H ìn h 5.3 Chu Irinh cấp, tiết lưu, làm Qiát trung gian phần có hổi nhiệt có binh lạnh QL
Hơi m ôi c h ấ t r a khỏi b ìn h bay có tr n g th i r q u a hổi n h iệ t tra o đổi n h iệ t với lỏng no'ng trở th n h q u n h iệ t tr n g th i 1, m áy n é n h ú t n é n lên tr n g th i K hi q u a bìn h m t tr u n g g ian n é n áp s u ấ t tr u n g g ian làm m t xuống đến tg H từ bìn h làm m t tr u n g g ian cđ tr n g th i hòa trộ n với từ b ìn h q u lạ n h QL có tr n g th i (hơi bão hịa khơ) th n h tr n g th i ’ vào m áy n é n cao áp S au n é n cđ tr n g th i bìn h n g n g tụ n g n g tụ th n h lỏng tr n g th i lỏng bão hòa 5", q u a hổi n h iệ t, giảm n h iệ t độ xuống ’ q u a bìn h q u lạ n h n h iệ t độ giảm x u ố n g đ iểm 5, cao n h iệ t độ tru n g gian khoảng 5°c.
Từ trạ n g th i 5, p h ần lỏng đư a qua van tiế t lưu n h iệ t TLN tiế t lưu xuống áp s u ấ t tru n g gian ’ bay làm q u lạ n h 'm ô i c h ấ t lỏng p h ầ n lớn tiế t lưu th ẳ n g xuống áp s u ấ t bay đưa vào bình bay để bay sinh lạnh, nh khép kín chu trìn h lạnh
Việc tín h to n chu trìn h theo hình 5.2 5.3 phải vào độ q u n h iệt h ú t l ’- l tro n g hổi n h iệ t hay vào tra o đổi n h iệ t thực t ế tro n g th iế t bị tra o đổi nhiệt
C ũng giống n h 'c h u trìn h biểu diễn trê n hình 5.1 co' th ể chọn th iế t bị hồi n h iệt
xác định q u a qu an hệ tg - tg = 5K hay tj = tg + 5K - N ăn g s u ấ t lạn h riê n g khối lượng :
■ ^6 >
(5)- Công n én riên g
lj - ÌI2 hj I4 = -
h3-(5.3a) (5.3b) tro n g đ t í'l j công n én riê n g m áy nén h áp 1^ công nén riên g m áy nén cao áp
Công nén lý th u y ế t : Ns^ = Ns4=
tro n g nij m^ lưu lượng nén qua m áy nén h áp cao áp Đ ể xác định lưu lượng cao áp phải cân bằn g điểm hòa trộ n : - Cân b n g c h ấ t
m^ = m.y + m j hay m.y = m^ - m j m - Cân b ằ n g e n ta n p y :
myh.^ + niịh^ = m^.h^,
(5.4a) (5.4b)
7>
m^, h3,
m ,, h Thay m^ = m^ - m j vào phương trìn h cân bằn g en ta n p y r ú t gọn ta :
^3 ^7
“ = “ i h ^ hay m,
• - H ệ số lạn h : m
£ = !•%
m jlj + m^l^
^ • ^4
(5.5)-(5.6)
Thí dụ 5.1 : T ính to án chu trìn h cấp, tiế t lưu, làm m t tru n g gian phẩn,
có hổi n h iệt q lạnh, mơi c h ấ t R22, n ă n g su ấ t lạn h Q =100kW H ãy xác định th ô n g số m áy nén cao h áp Cho b iết : N h iệt độ ngưng tụ 40°c
và n h iệt độ bay -4 ”C, độ n h iệ t h ú t tro n g hồi n h iệ t 30K Chu trìn h tươrfg ứng hìn h 5.3
Giải :
Trước hết phải xây dự ng chu trìn h theo kiện cho đầu trê n đổ thị Igp-h
- Áp s u ấ t tru n g gian :
Ptg • Po “ V 15,33.1,05 = 4,01bar tro n g P|, = 15,33 b a r tư n g ứng t| = °c
và p^ = 1,05 b a r tư ng ứ n g t = - ° c Pịg = 4,01 b a r tư ng ứng tịg = - 6,8° c N hư t a xác định điểm n ú t :
1’ - Đ iểm c ắ t p^ X =1 (hơi bão hịa khơ) - Đ iểm c ắ t p^ tj = - 10°c (tj = + 30K)
(6)2 - Đ iểm c ắ t Pjg = X2 = const - Đ iểm c t tị
5"- Đ iểm cát P j X = (bão hòa lỏng)
7 - Đ iểm c ắ t P j g X =
8 - Đ iểm c t P j g X =
5 ’- Đ iểm c ắ t P|^ hg
h^ = hg,, - (hj - hj,)
5 - Đ iểm c ắ t P ị, tj
= tg + 5K = -4 + = -3 ° c
6 - Đ iểm c t Pp = const (vng góc trụ c hồnh) onst
6 ’- Đ iểm c ắ t Pjg h j = hg = h^ = const Đ iểm ’ xác định qua cân bằn g lưu lượng cân b ằng e n ta n p y điểm hòa trộ n bình lạn h :
N ăng lượng vào n ă n g lượng r a khỏi bình q u lạ n h n ê n ;
m^ h5, + (m^ -m j ) h^ =m4h5 + (m^ - m ịlh^ K hai triể n r ú t gọn :
(V i'hs= fì^‘)
m ^7 ^
m h^ hg, (5.7)
So sá n h với b iểu thức (5.5) cđ : m h , h j
m N ^5'
hg h^ hg, - h^
Nên ^3' - N + (h
(h^ hj.)
(hg h^)
Vậy điểm ’ đ ă xác định điểm c ắ t P ị g hg,
Đ iểm điểm cắt P | S g = S4 = const
N hư vậy, t ấ t điểm n ú t chu trin h xác định
ở xin n h c lại tù y từ n g trư n g hợp người ta có th ể chọn hổi n h iệ t lớn hay nhỏ K hi cấp n é n d ù n g hai m áy n é n riê n g biệt, cđ th ể d ù n g hổi n h iệ t lớn để n h iệ t độ r a khỏi hổi n h iệ t nhỏ n h iệ t độ n g n g tụ ° c N h n g ngược lại, n ế u cấp n én bố t r í tr ê n m áy n én n h ấ t th ì d ù n g hổi n h iệ t nhỏ th ậ m chí bỏ hổi n h iệ t d ù n g n é n r a từ cấp áp th ấ p làm m t cho m áy n é n động (loại n a kín) n h iệ t độ r a cấp k h th ấ p , sa u vào xilanh cao áp
T hông số trạ n g th i điểm n ú t chu trin h đọc trê n đổ thị Ig p-h (hoặc t r a từ bảng 2.4) tậ p hợp tro n g g 5.1
(7)BẨNG 5.1 T h ô n g số c c đ iể m n ú t c h u t r ì n h t h í d ụ 5.1
p,MPa t, “c h,kJ/kg v,m^/kg
1' 0,105 - 689 0,206
1 0,105 -1 ' l ữ l ' 0,255
2 0,401 52 744
- 0,401 40 736
-3' 0,401 31 731 0,07
4 1.533 99 769
-5" 1,533 40 550
-5' 1,533 26 532
-5 1,533 -1 ,8 498
-6' 0,401 -6 ,8 498
-6 0,105 - 498
-7 0,401 -6 ,8 703
-8 0,401 -6 ,8 492
-Tính tốn chu trình :
1 - N ăn g s u ấ t lạn h riê n g khối lượng :
= hj, - h^ = 689 - 489 = 191 kJ/k g - N ăn g su ấ t lạn h riê n g th ể tích :
% = ụ
-191
0,255 = 749kJ/m ^ - N ăn g su ấ t n h iệ t riê n g th ả i bình ngư ng ;
q, = h^ - h5„ = 769 - 550 = 219 k J/kg - Công nén riê n g :
lj = h - hj = 744 - 707 = 37 kJ/kg I4 =h^ - h3 = 769 - 731 = 38 kJ/kg - Tỷ số nén :*
n = Pk /Po = 14,6
= Pk /Ptg = ^ = Ptg/Po = 3,32 - H ệ số lạn h chu trìn h (phương trìn h (5.6)) :
9 o
E = 191
7 - ^^ + 731 -
= 2,33
7 - Độ hồn th iệ n chu trìn h :
V = 2,33 = 2.33 ,3 3 ỉ ầ = 0.80,8
(8)Tính tốn máy nén :
8 - N ăn g s u ấ t lạn h Qq = 100kW (đẩu cho) - Liíu lượng nén qua m áy nén h áp :
Qn 100
m i =
% 191 = 0,5236 kg/s Lưu lượng nén qua m áy nén cao áp theo (5.7) :
1^7 ~ 1^5 703 - 498
m^ = m , ^ ;— = 0,5236 = = 0,6277 kg/s
1 h.^ hg, 703 - 532
10 - T hể tích h ú t thự c tế m áy nén h áp cao áp : = Vj m j = 0,5236.0,255 = 0,1335 m^/s
= V3, m^ = 0,07.0,6277 = 0,0439 m^/s 11 - H ệ số cấp Ả :
Với = 3,32 t r a đổ th ị hình 3.4 Aj = = 0,825 (máy nén R22)
12 - T hể tích h ú t lý th u y ết h áp cao áp :
v„
^111 = ^ = 0,1618 m^/s = 583m^/h V,
V ,t4 = tt4
= 0,0532m3/s = 192m3/h
(p = V|jjA^u4 = 3,04 ( ~ xilanh h áp có xilanh cao áp) 13 - Công nén lý th u y ết h áp cao áp :
^ s i = = 19>37 kW N ,4 = in^.l^ = 28,85 kW
14 H iệu s u ấ t nén hữu ích t r a đồ th ị hình 3.6 : Với n = 3,32 có = 0,76
15 - Cơng nén hữu ích : N„
N e = sl e
N, N =- ^e4
-s4
= 25,49 kW
= 31,38 kW
16 - Công nén tiê u th ụ với giả th iế t hiệu s u ấ t động ?2g| = 0,90 hiệu su ấ t tru y ề n động đai = 0,95 :
n ”j = 29,81 kW = 36,70 kW 17 - Chọn m áy nén (bảng 3.2c)
Chọn tổ F42B2, môi ch ất R22
Năn-g s u ấ t lạ n h 50 0 k c a l/h /tổ h a y 59 k l / / t ổ c h ế độ làm việc tk = ° c , to = -4 °C
N = 38,5kW/tỔ ;
(9)Đặc tín h kỹ th u ậ t m áy nén ;
d = 130m m ; s = lOOmm ; n = 900 vg/ph ; Z p = xilanh ; z „ = xilanh xA““ XdV^lllllẲ Ị ““ X v /vlỉllli Ị Ỉ1 ƠV/v V ^ ỉ ỉ Ị ^CA ~~ ^ Xllclllll ị ^HA
Vjjj = m áy X 286m ^/h = 573 m^/h — 583 m^/h yêu cầu V|j2 = m áy X 143m^/h = 286 m^/h > 192 m^/h yêu cấu
2 tổ F42B đủ đảm bảo n ă n g su ấ t lạn h n h n g chế độ làm việc cđ xê dịch Áp s u ấ t tru n g gian giảm so với tín h tốn
H ình 5.4 giới th iệ u m ột sơ đổ cấp làm việc theo chu trìn h giới th iệu trê n hình 5.2, môi c h ấ t lạn h R22, n h iệt độ bay -7 °c.
ỊO_
r 0
ì •
%— —
H ìn h 5.4 Sơ đổ hệ thổng lạnh làm việc theo chu trình cấp tiết lưu làm mát trung gian khơng hồn tồn có hổi nhiệt : Nhiệt độ ngưng tụ 25°c ; nhiệt độ bay -TO^C, nSng suất lạnh 1,22 kW ; công suất động 6,4kW Tiêu tổn nước cho bình ngưng m^/h : - hổi nhiột, thòi phin sấy lọc ; - quạt dàn lạnh ; - buổng lạnh ;
4 - dàn làm lạnh khơng khí ; - động điện ; - máy nén cấp hạ áp ; - binh ngưng làm mát nước ; - máy nén cáp cao áp ; - động diện ; 10 - binh làm mát trung gian nước ; 11 - van điểu chinh nước làm mát
H ình 5.5 giới th iệu sơ đổ cấp tiế t lưu, làm m t tru n g gian khơng hồn tồn, cđ hổi n h iệt bình q u lạn h dù n g để th u hổi CO2 tro n g n h m áy bia DANBREW Đ an Mạch
(10)H ìn h 5 Sơ cáp R22 hóa lỏng C (cùa DANBREW )
I - máy nén hạ áp ; - máy nén cao áp (trên máy nén) ; - tách dẩu kiểu phao có rơle nhiệt độ khống ché nhiệt độ dầu nhiệt độ dầu q cao khơng mà van; - bình ngung làm mát nước ; - phin sáy lọc ; - bình tách lỏng kiêm hổi nhiệt ; - mắt kính ; - phin lọc ; - van điện từ ; 10 - tiết lưu kiẻu phao ;
(11)H ình 5.6 giới th iệ u m ột tổ m áy nén nhỏ cấp BOCK (CHLB Đức) với n h iệt độ bay đến -60"C , môi c h ấ t R22 kiểu ký hiệu FZ, xilanh tro n g đđ xilanh cao áp xilanh hạ áp
H ìn h 5.7 giới th iệ u tổ m áy nén cấp cho R122 MYCOM
H ìn h 5.6 TỒ máv nén FZ cấp lỉOCK
H ìn h 5.7 Máy nén cấp F42B MYCOM (thí dụ 5.1) xilanh hạ áp, xilanh cao áp, d = 130, s=100mm, n= 900 vg/ph
5.3 CHU TRÌNH CÂP, TlẾX Lưu, LÀM MÁT TRUNG GIAN PhXn
H ình 5.8 biểu diễn chu trìn h cấp tiế t lưu làm m t tru n g gian phấn
H ình 5.8 Chu,trinh cấp, tiết Idu làm mát trung gian phẩn BTG - binh trung gian
(12)So với chu trìn h tiế t lưu (h.5.1), sơ đồ bố tr í th êm van tiế t lưu, bình tru n g gian đường ống nối bình tru n g gian với ống h ú t m áy nén cao áp
Các q u trìn h :
1 - : N én đoạn n h iệ t qua m áy nén hạ áp Sj = S2 = const - : Làm m t tru n g gian xuống n h iệt độ môi trư n g = t|
‘ -4 : H òa trộ n dòng nén từ m áy nén h áp với dịng từ bình tru n g g ian B T G ctí trạ n g th i th n h trạ n g th i
4 - : N én đoạn n h iệ t tro n g m áy nén cao áp = = const - : Làm m t ngưng tụ đẳn g áp tro n g bình ngưng
6 - : T iết lưu đ ẳ n g e n ta n p y từ áp s u ấ t ngưng tụ P ị xuống áp s u ấ t tru n g gian P j g đẩy vào bình tru n g gian h^ = hy T h ành ph ần m áy cao áp, th n h ph ần lỏng vào tiế t lưu có trạ n g th i
9 - 10 : T iết lưu đ ẳn g en ta n p y (họ = hjy) đư a vào bình bay - : Bay lỏng th u n h iệt môi trư ờng, tạo hiệu ứng lạnh
ư u nhược điềm sa với chu trình tiết lưu
- N ăng s u ấ t lạn h riê n g tă n g khoảng Aq^ r ấ t đán g kể so với việc tiế t lưu trự c tiếp từ điểm
- Công nén giảm khoảng AI làm m t từ xuống xuống điểm - N hiệt độ cuối tầ m nén giảm đ k ể từ ’ xuống nên hiệu s u ấ t làm việc cao
Tính tốn chu trình
- N ăn g s u ấ t lạn h riên g khối lượng ;
- Công nén riê n g cấp hạ áp cao áp
H ệ số lạ n h ;
l j - h h j
I4 = hs - h4 m
£: = %
kJ/k g
k J/kg kJ/k g gọ + — I41 m,
Tỷ số m ym ^ có th ể xác định q u a cân bàn g c h ấ t cân bằn g e n ta n p y bình tru n g gian BTG :
m- h y = m ^ h g + n ig hg
^ = “ - mj Vậy
N ên
m m,
£ =
h g hụ
h g - h y
%
h g h
ho - h^
(13)Các điểm n ú t chu trìn h xác định tư n g đối dễ dàng
R iêng điểm p hải tín h to án e n ta n p y h^ h^ cđ th ể tín h nhờ cân b ằ n g en ta n p y điểm hòa trộ n :
m j h + ( m ^ - n i j ) h g = m ^ h ^
“ i ^4 “ Ị n (^3 ^8
h g - h.^
4 “ h _ h Hg Hạ ^^3 ~ ^
^4 =
N hư vậy, t ấ t điểm n ú t chu trìn h xác định
ứ n g dụng :
Chu trìn h ứng dụ n g cho môi c h ấ t am oniắc írn N ếu dù n g cho írn, cd th ể có th êm hồi n h iệt Tuy nhiên môi c h ấ t am oniắc người ta sử dụng chu trìn h làm m t tr u n g gian hoàn to àn nhiểu để h ạn chế tói đ a n h iệ t độ cuối tầ m nén đặc điểm mơi c h ấ t am oniác ctí n h iệt độ cuối tầ m n é n r ấ t cao
5.4 CHU TRÌNH CẤP, TlẾT L ưu, LÀM MÁT TRUNG GIAN TOÀN PHẦN
Nhược điểm chủ yếu chu trìn h làm m t tru n g gian p h ẩ n h ú t m áy nén cao áp chưa làm m t "toàn phần" xuống đến trạ n g th i bão hịa khơ nên công nén tiế t kiệm chưa phải tối đa n h iệt độ cuối tầ m nén cao áp chưa phải tối th iểu
Đ ể làm m t to n p h ẩ n nén h áp sau q u a m t tru n g gian người t a cho sục th ẳ n g vào bình tru n g gian, ó đây, m ột p h ầ n lỏng áp s u ấ t n h iệ t độ tru n g gian bay làm m t trạ n g th i xuống trạ n g th i bão hịa khơ Đ iểm trù n g với điểm H ình 5.9 giới th iệu chu trìn h cấp tiế t lưu làm m t tru n g gian to n phần
H ình 5.9 Chu trình cáp, tiết luu, 'Jàm mát trung gian toàn phẩn
(14)ư u điểm : Khi h ú t m áy nén cao áp làm m t xuống đến đường bão hịa khơ, cơng n é n tiế t kiệm đ t tối đa N h iệt độ cuối tẩ m nén T n h iệ t độ tối th iể u với trìn h nén đoạn n h iệt Đây ưu điểm chu trìn h so với chu trìn h làm m t phần
Nhược điểm ; Chu trìn h có nhược điểm vể vận hàn h dẩu từ m áy nén h
áp vào bình tru n g gian theo môi c h ấ t lỏng, q u a tiế t lưu vào bình bay n h iệt độ th ấ p (khoảng -40°C ) dấu bị đặc q u án h khó lưu thơng, dính lên bề m ặ t tra o đổi n h iệ t binh dàn bay tạo lớp trở n h iệt làm giảm k h ả n ă n g tra o đổi nhiệt bình bay
ứ n g dụng : Chu trìn h chủ yếu ứng dụng cho môi c h ấ t am oniác
Tính tốn chu trình
Các điểm n ú t chu trìn h có th ể xác định r ấ t dễ d n g trê n đồ th ị Ig p -h tương tự chu trìn h trê n hìn h 5.8 R iêng tỷ số ni^^mỊ có th ể xác định q u a cân b ằng entanpy, bình tru n g gian :
m^hg + m jh g = m^h.^ + m^hg
m^Chg - h.7) = m^íhg -hg) m
m,
hg h,j hg - h,
Hệ số lạnh chu trìn h :
£ = % Mo
“
1 + — I4
1 m j ^ (^2 ^ 1)
(hg họ^ hg - h.7 (hs
-Thí dụ 5.2 : Một buồng k ết đông kiểu tu n el yêu cầu
Q = 100kW, t^ = -40“C, t^ = + 40°c ; môi c h ấ t lạn h N H
a) H ãy tín h to án chu trìn h lạn h cấp tiế t lưu làm m át tru n g gian to àn ph ần theo hình 5.9
b) H ãy tín h to án m áy nén
Giải :
Từ t| = °c xác định P ị = 15,56 b a r
Từ t = - ”C xác định Pq = 0,719 b a r
Tỷ số nén : n = P|,/Pjj = 21,64 > : sử dụ n g chu trìn h cấp Ấp s u ấ t tru n g gian :
Pj = V 15,56.0,719 = 3,34 b a r tư ng ứng tjg = -6,8°c
Tỷ số nén :
n = Pk
- pI 0,719
tg
Xây dựng chu trìn h trê n đổ th ị Ig p -h đọc th ô n g số trạ n g th i từ n g điểm n ú t chu trìn h Các th n g số tậ p hợp tro n g bảng 5.2
(15)- Tỷ số lưu lượng
m,
I13 h ọ
h g
-1862 - 469
1753 - 688 = 1,308 B Ấ N G 5.2
p, bar l, °c h, kJ/kg V niVkg
1 0.719 - 1707 1.55
3,34 64 1920
-3 3.34 40 1862
-4 3,34 -6 ,8 1753 0.37
5 15,56 105 1972
-6 15,56 40 688
-7 3,37 -6 ,8 688
-8 3,34 -6 ,8 1753
-9 3,34 -6 ,8 469
-10 0.719 - 469
-a) Tính tốn chu trình :
1 - N ăn g s u ấ t lạn h riên g khối lượng ;
q,, = h , - hjy = 1707 - 469 = 1238 kJ/kg - N ăn g s u ấ t lạn h riên g th ể tích :
% 1238 ,
^ = 798,7kJ/m
3 - N ăn g s u ấ t n h iệ t riên g th ả i bình ngưng : q, = h , - h^, = 1972 - 688 = 1284 kJ/kg - Công nén riê n g :
lj = h - hj = 1920 - 1707 = 213 kJ/kg I2 = h^ - h^ = 1972 - 1753 = 219 k j/k g
5 - Tỷ số nén :
n , = 1 z = 4,65
6 - H ệ số lạn h củ a chu trìn h :
£: = 1238 = 2,48
lj + 1,3081^ 213 + ,3
(lớn so với hệ số lạn h chu trìn h R22 thí dụ 5,1 : £ = 2,33)
(16)7 - Độ hồn th iệ n chu trìn h :
V = £ • = 0,85
(lớn so với chu trìn h R22 (thí dụ 5.1) V = 0,80)
V b) Tính tốn máy nén :
8 - N n g s u ấ t lạn h Qp = 100kW (đầu cho) - Lưu lư ợ n g n é n qua m áy nén h áp cao áp :
Q
%
100
1238 = 0,08078 kg/s = l,3 m j - 0,1057 kg/s 10 - T h ể tích h ú t thự c tế m áy nén h áp cao áp :
\ t i = = 1,55.0,08078 = 0,12521 m^/s v ” * = v^m* = 0,37.0,1057 = 0,03909 m^/s
11 - Hệ số cấp Ả : t r a đồ thị h.3.4 cho m áy n én cỡ tru n g N H 3, n = 4,65 = A4 = 0,71
12 - T hể tích h ú t lý th u y ết h áp cao áp :
V,Itl '■ ~ rVtti = 0,1764 m^/s
= 0,0551 m^/s = - ^ = 0,0551 m^/s
V = 3,2 (cứ xilanh hạ áp có x ila n h cao áp) f ~ ’ lt l ' ’ lt4
13 - Công nén đoạn n h iệt h áp cao áp : = m ĩ li = 17,2 kW
" \ s i
h = 23,2 kW
's “ “ M- M
14 - H iệu s u ấ t n é n hữu ích
T đổ th ị h.3.6 môi ch ất am oniác, n = 4,65
7 e l = % = , 7
1 hạ áp cao áp
N s i
= 22,34 kW
N e l 'ỉ e l
Ns4
N 4e4 = 30,13 kW
7e4
16 - Công nén tiêu th ụ thự c t ế hạ áp cao áp (giả th iế t = 0,90 ; J2e| = 0,95)
N „ 'e l l = 26,13 kW
N e.4 =
7el • nid
N ẹ4 7el • Utd
= 35,24 kW
(17)1 - Chọn m áy nén :
Có th ể chọn m áy N62B với đặc tín h kỹ th u ậ t :
Q = X 56,1 = 112,2 kW lớn yêu cầu 12,2% N e = X 42,7 = 85,4 kW lớn tín h to án 39,3% chế độ làm việc = “ °c , t^ = °c
Đ ặc tín h m áy nén : H iệu MYCOM, ký hiệu N62B
d = 130m m ; s = lOOmm ; n = 900vg/ph ; Zj = x ilanh h áp ; cao áp
= xilanh
5.5 CHU TRÌNH CẤP, BÌNH TRUNG GIAN ốN G XOẮN
N hư tr ê n đ ẩ nói, chu tr in h cấp tiế t lưu làm m t tr u n g g ian to n phấii (h.5.9) có ợ c đ iểm d ầ u c ủ a cấp n é n h áp th eo lỏng vào b ìn h bay tạ o lớp trở n h iệ t tr ê n bề m ặ t tra o đổi n h iệ t Đ ể khác ph ụ c nhược điểm n ày người t a d ẫ n lỏng q u a ống xo ắn vào làm q u lạ n h tro n g bìn h tr u n g g ian, d ầ u cấp n é n hạ áp k hông th ể vào bìn h bay H ìn h 5.10 giới th iệ u chu tr ìn h cấp bình tr u n g g ian ống xoán
K hác biệt với -chu trìn h (h.5.9) :
- D ịng mơi c h ấ t lỏng từ th iế t bị ngưng tụ r a chia làm n h n h : n h án h q u a ống xóắn lạn h đến tr n g th i 10 đ ể qua tiế t lưu vào bình bay ; n h án h phụ vào tiế t lưu để vào bình tru n g gian bay làm m t nén hạ áp từ điểm xuống điểm s bão hịa khơ
H ình 5.10 Chu trinh cáp bình trung gian xoắn
(18)- N h iệ t độ n h iệ t độ lỏng r a khỏi bìn h tr u n g g ian ố ng xoắn lấy b ằ n g
^10 “ *'9 + ^ ^ m i n ~
H iệu n h iệ t độ tối th iể u tro n g th iế t bị tra o đổi n h iệt : = 5K
- Môi c h ấ t lỏng tiế t lưu trự c tiếp từ áp s u ấ t P | xuống P j^ (không qua áp su ấ t
tru n g gian nên cđ th ể coi chu trìn h cấp tiế t lưu) Chu trìn h tiế t lưu co' ưu điểm cđ th ể đ ặ t dàn lạnh xa hiệu áp r ấ t cao
- Do n h iệ t độ tiế t lưu cao n h iệ t độ bình tru n g gian (điểm 9) n â n g su ấ t lạn h bị giảm m ấ t khoảng Aq^^= h jj - h j|
N hư ng bình tru n g gian ống xoắn có ưu th ế vận h àn h khơng bị dẩu làm bẩn bình bay nên ứng dụ n g rộng rãi cho môi c h ấ t am oniắc, phải chấp n h ậ n tổ n th ấ t nhỏ n ă n g s u ấ t lạnh
- Tính to án chu trìn h giống chu trìn h cấp tiế t lưu làm m t tru n g gian to àn p h ầ n (h.5.9) Tỷ số m^/nij xác định bằn g cách cân b ằ n g e n ta n p y bình tru n g gian
m ^ h i
^ t ĩ ^
nijh^ + nijh3 + (m4 - mịl.h^ = m^h^ + m^h^Q
m
Vậy ^3 ^7 Ị^IO
m, ^4 ^7
/77, Ạto *10'*10
R iê n g đ iể m 10 giao đ iểm củ a P |
= tọ + 5K N hư t ấ t điểm n ú t đ ã xác định
H ình 5.11 giới th iệ u sơ đồ hệ th ố n g lạn h cấp (MYCOM) sử dụ n g bình tru n g gian ống xoán, hệ th ố n g d àn bay có bơm cấp lỏng từ bình chứa tu ầ n hồn (bình chứa hạ áp)
Máy nén h áp h ú t từ bìn h c h ứ a tu ẩ n ho àn q u a b ìn h tá c h lỏng n én lên áp s u ấ t tr u n g g ian đẩy vào bình tá c h d ầu đư a vào bìn h tr u n g g ian ống xoắn Máy nén cao áp h ú t đ ã làm m t n é n lên áp cao đ a q u a bìn h tá c h d ầ u đẩy vào bìn h ngư ng Mơi c h ấ t lạ n h N H n g n g tụ chảy vào b ỉn h c h ứ a cao áp, vào bình tr u n g g ian ố ng xoắn, q u lạn h , sa u tiế t lưu x u ố n g áp s u ấ t sôi
p v c h ứ a v o b ìn h c h ứ a tu ấ n h o àn Từ b ìn h ch ứ a t u ầ n h o n N H lỏng bơm
N H đư a đến ống p h â n phối lỏng (ống góp lỏng) để p h â n phối cho d n bay tro n g buồng lạnh Sau bay làm lạ n h phòng, N H vể ố ng góp quay trở lại bìn h c h ứ a tu ầ n h oàn Lỏng rơi xuống đ ể bơm bơm trở lại dàn qu ay m áy n é n h áp B ình c h ứ a tu ầ n h o n làm nh iệm vụ tá c h lỏng n h n g đ ể đề p h ò n g trư n g hợp tả i n h iệ t q u lớn, dòng q u m ạn h cuón theo lỏng m áy n é n n ên bìn h tá c h lỏng th ứ láp đ ặ t trư c đ ầ u h ú t m áy nén h áp T rướ c van tiế t lưu người ta bố tr í van điện từ đ ể khống c h ế m ức lỏng tiê u , ch u ẩ n tro n g b ìn h c h ứ a tu ầ n hoàn T rư n g hợp m ức lỏng r a m ức cho phép (cao q u th ấ p q) có tín h iệu âm th a n h n h s n g cấp báo cho người vận h n h xem x é t điểu chỉnh
(19)" đ
-ã r
H ìn h 5.11 Sci đổ hệ thống lạnh cấp binh trung gian xoắn có bơm amoniắc I - máv nén hạ áp ; - binh tách dẩu ; - bình trung gian xoắn ; - máy nén cao áp ; - bình ngưng làm mát nước ; - bình chứa cao áp ; - trạm nạp N H j ;
8 - bình chứa tuẩn hồn (bình chứa hạ áp) ; - bơm N H , ; 10 - phan phói lỏng ; II - góp hoi ; 12 - dàn lạnh lắp đặt phòng lạnh ; 13 - binh tách lỏng ;
a) xả dầu ; b) xà khí ; c) van xà đáy ; d) van an toàn ; e) phao ; f) lưới lọc ; g) chuông báo động h) van diện từ ; i) van chiểu ; j) giới hạn ; k) mức tiêu chuẩn ; 1) giới hạn
(20)5.6 CÁC CHU TRÌNH VÀ NHlỀU CẤP KHÁC
a) Chu trìn h cấp c h ế độ bay hơi
Về nguyên tắ c chu trin h cấp có n h iệ t độ bay t tj N ếu cẩn n h iệt độ bay tru n g gian người t a c ần m ắc th êm vào bình tru n g ^ a n d àn bay theo ý m uốn Khi bình tru n g gian kiêm vai trị bình tác h lỏng cho d n bay tru n g gian
Với n h iệ t độ bay co' th ể sử dụ n g rơle n h iệt độ phòng lạn h điều kh iển van điện từ đtíng n g ắ t việc cấp lỏng cho dàn bay hơi, nh t a cđ th ể thực nhiều n h iệt độ phòng lạn h theo ý m uốn
b) Chu trìn h có m áy n én trụ c v v tu rb in
Đây chu trìn h có m áy nén (m áy trụ c vít cẫp, m áy tu rb in nhiều cấp) n h n g chúng cđ đặc điểm có th ể tríc h ng an g sườn m áy đ ể tạo đường h ú t có áp s u ấ t tru n g gian có th ể bố tr í bình tru n g g ian làm q u lạn h lỏng trư ớc vào van tiế t lưu
c) Chu trìn h cấp kín
Chu trìn h d ù n g để tạo n h iệt độ r ấ t th ấ p n h n g cd nhược điểm Jà áp su ấ t bay th ấ p (chân không) áp s u ấ t ngưng tụ q u cao n ên sử dụng
d) Chu trìn h cấp hỏ sản x u ấ t đá khô
Đ khô sử dụ n g r ấ t nhiều tro n g công nghiệp đời sống Sau cấp n én cấp tiế t lưu người ta cđ th ể tạo CO2 rắ n dạn g tuyết CO2 tu y ế t m áy ép th n h bán h đưa sử dụ n g làm c h ấ t tải lạnh
e) Chu trìn h gh ép tẩ n g
Đ ể tạo n h iệ t độ th ấ p -8 -ỉ- -1 ° c n h n g trá n h nhược điểm chu trìn h cấp, người ta sử d ụ n g chu trìn h cấp độc lập ghép vào n h a u đ ể lạn h bay tầ n g trê n làm ngư ng tụ môi c h ấ t tẩ n g Các hình vẽ giải thích tỷ mỉ xin th am khảo tà i liệu [ 1]
CÂU HỎI ƠN TẬP
1 Vì phải cân nhắc chu trìn h cấp cấp th iế t k ế cho m ột ứng dụng lạnh cụ th ể ?
2. Vì phải sử dụng chu trìn h nhiều cấp ?
3 H ãy vẽ sơ đổ th iế t bị chu trìn h cấp tiế t lưu biểu diễn trê n đổ th ị Igp-h Cách tín h áp s u ấ t tru n g gian tối ưu th ế ?
5 H ãy mô tả nguyên tắ c làm việc chu trìn h cấp tiế t lưu
6 Vẽ sơ đồ th iế t bị đồ th ị Ig p -h chu trìn h cấp tiế t lưu co' hổi nhiệt Mô tả nguyên tắ c làm việc chu trìn h cấp tiế t lưu có hổi nhiệt
8 Vẽ sơ đồ th iế t bị đồ th ị Ig p -h chu trìn h cấp tiế t.lư u có hổi n h iệ t bình lạnh
9 P h t b iểu nguyên tá c làm việc chu trìn h cấp tiế t lưu có hổi n h iệt bình q u lạnh