Nhiệt độ quá lạnh càng thấp thì năng suất lạnh càng lớn. Vì vậy, người ta cố gắng hạ thấp nhiệt độ quá lạnh xuống càng thấp càng tốt.
Sự quá lạnh của mơi chất lỏng trong chu trình mà ta tính tốn ở đây sẽ được thực hiện như sau: một phần ở trong thiết bị ngưng tụ cĩ nhiệt độ tql1 và sau đĩ
phần lớn sẽ được quá lạnh ở trong ống xoắn ruột gà của bình trung gian cĩ nhiệt độ tql2.
Trong thiết bị ngưng tụ ta chọn là bình ngưng ống chùm vỏ bọc nằm ngang, nhiệt độ quá lạnh khi qua thiết bị trao đổi nhiệt ngược chiều cũng vẫn cao hơn nhiệt độ nước vào 3 ÷ 50C. Chọn ∆t = 50C.
tql1 =t5 = tw1 + ∆t = 28 + 5 = 330C
Nước đưa vào dàn ngưng, việc quá lạnh được thực hiện ngay trong thiết bị ngưng tụ bằng cách để mức lỏng ngập một số ống dưới cùng của dàn ống trong bình ngưng ống chùm. Nước cấp vào bình ngưng sẽ đi qua các ống này trước để quá lạnh lỏng sau đĩ mới lên các ống trên để ngưng tụ mơi chất.
Lỏng mơi chất sau khi ra khỏi bình ngưng sẽ được chia làm hai phần: một phần nhỏ sẽ được tiết lưu để làm mát hơi nén tầm thấp, phần lớn mơi chất sẽ được quá lạnh trong bình trung gian. Sau khi ra khỏi bình trung gian sẽ cĩ nhiệt độ và được đưa đến tiết lưu vào dàn lạnh (lấy theo kinh nghiệm):
tql2= t6= ttg+ 50C = 50C 3.3 CHU TRÌNH LẠNH 3.3.1 Chọn chu trình lạnh t0 = -280C p0 = 1,3 Mpa tk = 380C pk = 1,47 Mpa Tỷ số nén: 11,47,3 11,3 0 = = = Π p pk > 9
Đối với máy nén piston tỷ số nén càng cao, thì hệ số cấp càng nhỏ, nhiệt độ cuối quá trình nén càng cao, nhất là đối với mơi chất Amoniac. Như vậy tỷ số nén cao dẫn đến điều kiện làm việc khơng thuận lợi cho máy nén khi tỷ số nén lớn hơn 9 đối với mơi chất NH3 phải chuyển chu trình một cấp nén sang hai cấp nén cĩ làm mát trung gian. Việc chọn máy nén 1 cấp nén hay 2 cấp nén là một bài tốn tối ưu về kinh tế. Do yêu cầu đảm bảo an tồn cho máy nén trong quá trình làm việc, để tránh những điều kiện làm việc khơng thuận lợi cho máy nén và thiết bị, tơi quyết định chọn máy nén 2 cấp.
Yêu cầu đối với việc chọn chu trình: + Sử dụng máy nén 2 cấp + Mơi chất lạnh Amoniac NH3
+ Nhiệt độ ngưng tụ tk = 380C + Nhiệt độ sơi t0 = -280C
Trong các chu trình máy lạnh, sau khi phân tích ưu nhược điểm của mỗi chu trình tơi chọn chu trình 2 cấp bình trung gian cĩ ống xoắn ruột gà.
Ta cĩ: Ptg = Pk×Po =0,43MPa ttg = 00C
3.3.2 Sơ đồ và chu trình biểu diễn trên đồ thị lgp-i
Hình 3-1 Chu trình 2 cấp nén bình trung gian cĩ ống xoắn
- Nguyên lý hoạt động:
Hơi mơi chất sinh ra ở thiết bị bay hơi cĩ nhiệt độ t0, áp suất p0 cĩ trạng thái 1’ và được quá nhiệt do: qua nhiệt trong thiết bị bay hơi nhờ van tiết lưu nhiệt và do tổn thất trên đường ống hút từ dàn lạnh về máy nén đến trạng thái quá nhiệt 1 cĩ nhiệt độ th, po và được máy nén tầm thấp hút về và được đẩy vào bình trung gian. Ở bình trung gian thì hơi quá nhiệt 1 sẽ được làm mát về trạng thái hơi bão hồ khơ 3 do hồ trộn với lượng hơi ẩm 7 và được máy nén tầm cao hút về, được nén đến trạng thái 4 đưa vào bình ngưng. Ở bình ngưng thì mơi chất được làm mát
và ngưng tụ nhờ nước. Mơi chất được quá lạnh ngay trong thiết bị ngưng tụ từ trạng thái 5’ đến 5. Sau khi ra khỏi thiết bị ngưng tụ vào bình chứa cao áp thì mơi chất lỏng chia làm hai nhánh: một nhánh nhỏ đi qua van tiết lưu thứ nhất vào bình trung gian để làm mát hơi về máy nén tầm cao xuống trạng thái hơi bão hồ khơ 3. Cịn nhánh chính được dẫn qua ống xoắn của bình trung gian, được quá lạnh từ trạng thái 5 đến 6. Sau đĩ vào van tiết lưu thứ hai, tiết lưu xuống nhiệt độ t0, áp suất p0 để cấp cho dàn bay hơi. Như vậy mơi chất lạnh được tuần hồn trong hệ thống.
Nếu thiết bị trao đổi nhiệt ống xoắn là lý tưởng thì nhiệt độ ra khỏi ống xoắn (t6) phải bằng nhiệt độ trung gian(ttg). Nhưng thực tế cĩ tổn hao khơng thuận nghịch nên nhiệt độ quá lạnh bao giờ cũng lấy lớn hơn nhiệt độ trung gian từ (3 ÷ 5)0C. Ta chọn 50C.
- Các quá trình của chu trình:
+ 1’ – 1: quá nhiệt hơi hút về máy nén hạ áp. + 1 – 2: nén đoạn nhiệt cấp hạ áp từ p0 lên ptg. + 2 – 3: làm mát hơi nén hạ áp.
+ 3 – 4: nén đoạn nhiệt cấp cao áp từ ptg lên pk.
+ 4 – 5: làm mát ngưng tụ, quá lạnh trong thiết bị ngưng tụ.
+ 5 – 7: tiết lưu từ pk về ptg để làm mát hơi nén hạ áp và quá lạnh mơi chất trong ống xoắn.
+ 5 – 6: quá lạnh lỏng đẳng áp trong bình trung gian. + 6 – 10: tiết lưu từ pk về p0 cấp cho dàn bay hơi. + 10 – 1’: bay hơi thu nhiệt của mơi trường lạnh.
3.3.3 Tính tốn chu trình hai cấp bình trung gian cĩ ống xoắn.1. Xác định các thơng số trạng thái các điểm nút của chu trình 1. Xác định các thơng số trạng thái các điểm nút của chu trình
Ta lấy t6 = t9 + 50C
Tra trên đồ thị lgP-i của mơi chất NH3 cho chu trình 2 cấp, bình trung gian cĩ ống xoắn ta cĩ:
Bảng 3-6 Các thơng số trạng thái tại các điểm nút của chu trình. Điểm nút t0 (0C) P (MPa) i (kj/kg) v (m3/kg) Trạng thái
1’ -28 0,13 1420 Hơi bão hồ khơ 1 -20 0,13 1435 0,92 Hơi quá nhiệt 2 60 0,43 1585 0,35 Hơi quá nhiệt 3=8 2 0,43 1455 0,28 Hơi bão hồ khơ
4 92 1,47 1640 0,12 Hơi quá nhiệt
5’ 38 1,47 370 Lỏng 5 33 1,47 350 0,005 Lỏng 6 5 1,47 230 Lỏng 7 0 0,43 350 Bão hịa ẩm 9 0 0,43 200 Lỏng 10 -28 0,13 230 Bão hịa ẩm