4.7.1 Nhiệm vụ
Bình thermosyphone được thiết kế nhằm mục đích làm mát dầu máy nén nhờ quá trình tuần hoàn kín giữa bình và các bộ làm mát dầu.
4.7.2 Nguyên lý hoạt động
Môi chất lạnh ở trạng thái lỏng được cấp vào bình nhờ độ cao. Môi chất sau đó đi vào bộ trao đổi nhiệt ở bộ làm mát dầu nhận nhiệt từ dầu máy nén và bay hơi trở thành hơi quá nhiệt, hơi bay lên trở lại bình thermosyphone sau đó tiếp tục về giàn ngưng để ngưng tụ lại.
4.7.3 Cấu tạo
Hình 4.9: Bình Thermosyphone và ký hiệu bình Thermosyphone trên bản vẽ
4.7.4 Bộ làm mát dầu sử dụng bình thermosyphone.
Thực chất, làm mát dầu bằng phương pháp dùng bình thermosyphone là phương pháp sử dụng môi chất để làm mát dầu nhưng không làm giảm công suất của máy nén hoặc tăng lượng năng lượng tiêu thụ.
109 Bộ làm mát dầu này bao gồm một bình thermosyphone dùng để chứa môi chất lạnh sau khi ngưng tụ, một bộ làm mát dầu được gắn ở máy nén. Bộ làm mát dầu này là một bộ trao đổi nhiệt dạng vỏ bọc chùm ống, dầu bên ngoài và môi chất lạnh bên trong ống. Môi chất lỏng được cấp từ bình thermosyphone ở phía trên, môi chất lỏng đi vào bộ làm mát dầu nhờ trọng lực hoặc bơm. Sau khi đi vào ống trao đổi nhiệt, môi chất lỏng bay hơi, hỗn hợp môi chất lỏng và hơi còn lại trở lại bình thermosyphone.
Hình 4.10: Sơ đồ một hệ thống làm mát dầu bằng bình thermosyphone Nguồn: [Sơ đồ nguyên lý chính thức của hệ thống]
(1): Lỏng cao áp từ bình thermosiphon đến BCCA
(2): Lỏng cao áp từ bình thermosiphon đến bộ làm mát dầu (3): Lỏng cao áp từ TBNT về bình thermosiphon
(4): Hơi quá nhiệt từ bộ làm mát dầu quay lại bình thermosiphon (5): Hơi quá nhiệt từ thermosiphon đến TBNT
110
4.8 Hệ thống máy nén trục vít sử dụng bộ economizer 4.8.1 Khái niệm máy nén trục vít 4.8.1 Khái niệm máy nén trục vít
Máy nén trục vít là một loại máy nén pittong quay, hai trục quay nằm song song với nhau có răng xoắn theo hình ốc. Hai trục nằm gọn trong thân máy có cửa hút và cửa đẩy bố trí ở hai đầu thân. Hai trục chính là hai roto, một trục chính (lồi) và một trục phụ (lõm) có 4 – 6 răng xoắn. Khi hai trục quay, thể tích đầu cuối trục vít giới hạn giữa hai răng giảm dần thực hiện quá trình nén. Môi chất được nén qua các rãnh giữa hai trục và di chuyển từ đầu đến cuối thân trục. Hai trục vít khi quay trong thân máy không hề tiếp xúc với nhau và không tiếp xúc với thân máy, khoang nén được giữ kín bằng dầu bôi trơn.
Vì vậy, các chi tiết chuyển động trong máy nén trục vít rất ít khi bị mòn, môi chất có nhiệt độ cuối tầm nén thấp vì nhiệt lượng của môi chất sinh ra trong quá trình nén được làm mát bởi dầu bôi trơn và thải ra ngoài.
So với loại máy nén piston thì máy nén trục vít có công suất cao hơn rất nhiều, năng suất hút lý thuyết có thể đạt đến 10000 m3/h.
- Ưu điểm của máy nén trục vít:
Cấu tạo đơn giản, số lượng chi tiết chuyển động khá ít, ít gây mài mòn do hai trục không tiếp xúc với nhau, dẫn đến tuổi thọ cao, khoang nén kín do dầu.
Dễ lắp đặt và sử dụng, ít gây tiếng ồn và rung động do các chi tiết chuyển động êm ái và mượt.
Năng suất lạnh có thể được điểu chỉnh và giảm tải từ 100% xuống còn 10% tùy theo yêu cầu sử dụng, tiết kiệm được năng lượng.
So với máy nén piston, tỷ số nén của máy nén trục vít cao hơn, có thể đạt đến П = 20, nhiệt độ cuối tầm nén thấp hơn.
Không có van hút và van đẩy nên sẽ không có không gian chết, không có tổn thất áp suất hút và đẩy. Đặc biệt, máy nén trục vít không bị ảnh hưởng nếu hút phải lỏng, không gây ra hiện tượng thủy kích.
111
- Nhược điểm của máy nén trục vít:
Công nghệ gia công phức tạp và đòi hỏi sự tỉ mỉ ở từng chi tiết, vì vậy giá thành sẽ cao hơn các loại máy nén khác.
Có trang bị thêm nhiều hệ thống bơm dầu, làm mát dầu, phun dầu, tăng thêm giá thành và không gian lắp đặt.
Hiện nay có rất nhiều hang chế tạo và lắp đặt máy nén trục vít được rất nhiều sự tin cậy và hài lòng như MYCOM, Bitzer. Ngoài kiểu máy nén trục vít hai trục được sử dụng rộng rãi, người ta đã tiến hành nghiên cứu thêm loại máy nén trục vít sử dung một trục. Đặc điểm của loại máy nén này là chỉ có một trục vít và có thêm hai bánh răng ở hai bên sườn của trục vít để ngăn cách khoang nén và khoang hút.
4.8.2 Khái niệm bộ Economizer trong máy nén trục vít
a. Khái niệm
Economizer là một hệ thống hoặc một đơn vị (thiết bị) riêng lẻ có tác dụng làm giảm lượng tiêu thụ năng lượng và tăng hệ số làm lạnh từ đó cải thiện hiệu suất làm lạnh của hệ thống.
Bộ economizer được sử dụng trong lò hơi cũng có tác dụng tương tự nhưng nguyên lý hoạt động khác nhau. Đối với hệ thống lạnh, bộ economizer xuất hiện cùng với máy nén trục vít. Sở dĩ máy nén trục vít có thể trang bị được bộ economizer bởi vì một trong những tính năng đặc biệt của máy nén trục vít là cho phép kết nối tải bên phía vỏ máy nén. Vì vậy, bộ economizer có thể trang bị trực tiếp lên hệ thống máy nén trục vít, làm cho công suất của máy nén tăng lên một lượng tương đối nhỏ và cải thiện hiệu suất của hệ thống.
Hiện nay, có rất nhiều hãng sản xuất máy nén có sản xuất loại máy nén trục vít có trang bị bộ economizer như Refcomp, MyCom, Bitzer và York.
b. Phân loại Economizer
Có hai loại economizer được sử dụng phổ biến trong các hệ thống lạnh là Flash Tank Economizer (FTE) và Liquid SubCooling Economizer (LSE). Cả 2 loại này tuy khác nhau về hình dạng và nguyên lý hoạt động nhưng đều có tác dụng làm tăng hiệu suất của hệ thống và tiết kiệm năng lượng.
112
+ Flash Tank Economizer
Với hệ thống sử dụng loại economizer này, FTE được gắn vào đầu ra của dàn ngưng tụ, môi chất sau khi ra khỏi dàn ngưng sẽ đi qua van tiết lưu thứ nhất vào bộ FTE, được làm mát xuống áp suất trung gian nhờ áp suất hơi hỗn hợp trong bộ FTE, hơi môi chất ở nhiệt độ và áp suất trung gian đi về đầu hút của máy nén, thực hiện quá trình nén tiếp theo, phần môi chất lỏng ở đáy bình ở dạng lỏng bão hòa tiếp tục đi qua van tiết lưu thứ hai đi đến dàn bay hơi thực hiện quá trình bay hơi.
Hình 4.11: Đồ thị P-H của chu trình sử dụng bộ FTE Nguồn:[ Screw Compressor, Taiwan]
Với việc sử dụng bộ FTE, hiệu suất của hệ thống được tăng lên đáng kể và giảm được lượng tiêu thụ năng lượng, cũng như tăng một ít công suất máy nén, giảm nhiệt độ cuối tầm nén.
Điều đó được chứng minh bằng đồ thị P-H và các so sánh trực tiếp với hệ thống không sử dụng bộ FTE. Để chứng minh cho việc sử dụng bộ FTE làm tăng hiệu suất của hệ thống, người ta so sánh hai đồ thị của hai hệ thống giống nhau nhưng một hệ thống có sử dụng bộ FTE.
113 Thật vây, đối với hệ thống có sử dụng bộ FTE, hơi môi chất ở áp suất trung gian đi về máy nén làm giảm công nén, còn môi chất lỏng ở đáy bình tiết lưu về thiết bị bay hơi làm tăng thêm nhiệt lượng q0 ở bình bay hơi, từ đó làm tăng hệ số làm lạnh và tiết kiệm năng lượng.
+ Liquid Subcooled Economizer (LSE)
Cũng giống như bộ FTE, loại Liquid Subcooled Economizer (bộ eco làm quá lạnh lỏng) được gắn trực tiếp sau thiết bị ngưng tụ trong hệ thống, môi chất sau khi ngưng tụ đi vô bộ LSE qua hai đường: một đi vào ống xoắn bên dưới đáy bình, một đi qua van tiết lưu thứ nhất đi vào bình ở dạng hỗn hợp hơi và lỏng, môi chất ở dạng lỏng ở đáy bình nhận nhiệt từ lượng lỏng ở trong ống xoắn sau đó bay hơi, kết hợp với phần hơi ở phần trên bình ở áp suất và nhiệt độ trung gian đi về đầu hút của máy nén thực hiện quá trình nén tiếp theo, phần lỏng trong ống xoắn sau khi được quá lạnh đi qua van tiết lưu thứ hai đi vào thiết bị bay hơi.
Hình 4.12: Đồ thị P-H của chu trình sử dụng bộ LSE Nguồn:[ Screw Compressor, Taiwan]
114 So với loại economizer FTE, môi chất đi vào thiết bị bay hơi là môi chất ở dạng lỏng quá lạnh. Vì lượng hơi từ bình eco về máy nén là lượng hơi trung gian có nhiệt độ và áp suất trung gian do được làm mát không hoàn toàn, điều đó làm cho công nén của máy nén trục vít nhỏ hơn so với không sử dụng bộ eco.
Ta có đồ thị P-H của chu trình sử dụng bộ eco LSE, trong hình có thể thấy được hiệu suất của hệ thống được cải thiện do sự quá lạnh của lượng lỏng ở bình eco.
4.9 Kiểm tra các thiết bị phụ so với bản vẽ
Bảng 4.2: Bảng so sánh thông số của các thiết bị phụ so với bản vẽ
Bình chứa Tính toán Bản vẽ Nhận xét BCCA 12,34 m3 11,9 m3 Sai lệch 9% do tính toán thể tích các dàn bay hơi thành phần chưa đúng. BCHA -470C 0,6 m3 2,5 m3 Sai lệch 76% do trên thực tế các hệ số k sẽ khác so với TL[1]. BCHA -320C 4,6 m3 15,55 m3 Sai lệch 70,41% do trên thực tế các hệ số k sẽ khác so với TL[1]. BCHA -20C 3,36 m3 3,93 m3 Sai lệch 14,5% do trên thực tế các hệ số k sẽ khác so với TL[1]. Bình surgedrum 0,8 m3 1,33 m3 Sai lệch 40% do thực tế chưa biết chính xác thể tích dàn bay hơi trao đổi
115 nhiệt dạng tấm. Số liệu sử dụng là dự trên kích thước dàn ghi trên catalouge.
PHE 37,18 m2 45,588 m2
Sai lệch 18,5% do hệ số truyền nhiệt của thiết bị dao động
Nhận xét: Dựa vào bảng kiểm tra sai lệch ta có thể thấy được mức độ sai lệch khá lớn. Theo nhóm em nghĩ là do ở mỗi điều kiện nhiệt độ khác nhau và hiện nay công nghệ chế tạo ra dàn lạnh bay hơi cực kỳ hiện đại cho nên người ta đã giảm thiểu tối đa rủi ro và tăng hiệu suất vận hành cho nên sẽ làm thay đổi ít nhiều hệ số k trong TL[1], tr.307. Do nhóm em chưa có kinh nghiệm thực tế tính toán các bình chứa cho nên chưa biết chính xác các hệ số k và cách tính đôi khi có phần sai sót dẫn đến kết quả tính toán sai lệch ít nhiều so với bản vẽ.
116
CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN – KIỂM TRA BƠM NƯỚC MUỐI, BƠM NƯỚC XẢ BĂNG VÀ BƠM DỊCH TUẦN HOÀN 5.1 Bơm nước muối
5.1.1 Tính toán
Nhiệt dung riêng nước muối Cn = 3140 J/kg ~ 3,14 kJ/kG.0C Khối lượng riêng nước muối ρn = 1,1132 g/cm3 ~ 1113,2 kg/m3 Ta có công thức [TL1, tr.349]:
𝑄 = 𝑄0
𝐶𝑛. ρ𝑛. ∆𝑡𝑛 , 𝑚
3/𝑠 V – năng suất của bơm, m3/s Q0 – năng suất lạnh TBBH, kW
Cn – nhiệt dung riêng của nước muối, kJ/kG.K ρn – khối lượng riêng của nước muối, kg/m3
∆tn – hiệu nhiệt độ nước muối vào và ra khỏi TBBH, K
a) Năng suất bơm từ bể chứa đến bộ trao đổi nhiệt PHE:
𝑄1 = 636,9
3,14 . 1113,2 . (−4 − (−7)) = 0,0607 𝑚
3/𝑠 = 218 𝑚3/ℎ
b) Đường ống từ bể chứa đến bộ trao đổi nhiệt PHE:
Theo [TL7] mục 6.5 tr.14 ta có tốc độ nước chảy trong đường ống chính và đường ống đứng là 1,5 – 2 m/s ta chọn ω = 2 (m/s). Khi đó:
𝑑1 = √ 4 . 𝑉1
ρ𝑛.𝜋 . 𝜔 = √
4 .218.1113,23600
1113,2. 𝜋 .2 = 0,196 𝑚 = 196 𝑚𝑚
117
c) Cột áp bơm từ dàn lạnh xa nhất đến bộ trao đổi nhiệt PHE:
H = H1 + H2, m Trong đó:
H1: là tổng của cột áp cao nhất ( tức là áp lực nước theo độ cao từ vị trí đặt bơm đến nơi xa nhất của hệ thống. Theo kinh nghiệm (5÷10) mét đẩy ngang bằng 1 mét đẩy cao). Có thể tính bằng tổng chiều cao hút cộng chiều cao đẩy.
H2: tổn thất áp tại co cút tê trên đường ống (tổn thất cục bộ) và ma sát đường ống. Theo thực tế ta thấy khoảng cách từ dàn lạnh xa nhất đến bộ PHE là khoảng 300 mét ngang và 3 mét cao). Như vậy ta có thể chọn H1 ≈ 33m.
H2 = ∆Pms + ∆Pcb ,m
Với:
∆Pms = A . L . Q2 ,m – tổn thất ma sát. [TL7]
A – sức cản ma sát từ ống dựa vào [TL7] bảng 6.15 đối với ống 200A ta có A = 9,273 L – tổng chiều dài ống, m
∆Pcb = 20%.∆Pms – tổn thất qua co, tê trên toàn hệ thống. Mục 6.16 [TL7] đối với cấp nước phục vụ sản xuất.
H2 = 9,273 . (300 + 3) . (0,0607)2 + 0,2∆Pms= 12,4 m Như vậy tổng cột áp là:
H = 33 + 12,4 = 45,4 m
d) Năng suất bơm từ bể chứa đến các dàn lạnh:
𝑄2 = 593,1
3,14 . 1113,2 . (−4 − (−7)) = 0,0565 𝑚
3/𝑠 = 203 𝑚3/ℎ
e) Đường ống từ bể chứa đến các dàn lạnh:
Theo [TL7] mục 6.5 tr.14 ta có tốc độ nước chảy trong đường ống chính và đường ống đứng là 1,5 – 2 m/s ta chọn ω = 2 (m/s). Khi đó:
118 𝑑1 = √ 4 . 𝑉1
ρ𝑛.𝜋 . 𝜔 = √
4 .203.1113,23600
1113,2. 𝜋 .2 = 0,189 𝑚 = 189 𝑚𝑚
Dựa vào bảng 10.2 [TL1,tr.346] ta chọn ống 200A.
f) Cột áp bơm từ bể chứa đến dàn lạnh xa nhất:
H = H1 + H2, m Trong đó:
H1: là tổng của cột áp cao nhất ( tức là áp lực nước theo độ cao từ vị trí đặt bơm đến nơi xa nhất của hệ thống. Theo kinh nghiệm (5÷10) mét đẩy ngang bằng 1 mét đẩy cao). Có thể tính bằng tổng chiều cao hút cộng chiều cao đẩy.
H2: tổn thất áp tại co cút tê trên đường ống (tổn thất cục bộ) và ma sát đường ống. Theo bản vẽ ta ước lượng thấy khoảng cách từ vị trí đặt bơm đến dàn lạnh xa nhất là khoảng 300 mét ngang và 3 mét cao). Như vậy ta có thể chọn H1 ≈ 33 m.
H2 = ∆Pms + ∆Pcb ,m
Với:
∆Pms = A . L . Q2 ,m – tổn thất ma sát. [TL7]
A – sức cản ma sát từ ống dựa vào [TL7] bảng 6.15 đối với ống 200A ta có A = 9,273 L – tổng chiều dài ống, m
∆Pcb = 20%.∆Pms – tổn thất qua co, tê trên toàn hệ thống. Mục 6.16 [TL7] đối với cấp nước phục vụ sản xuất.
H2 = 9,273 . (300 + 3) . (0,0565)2 + 0,2∆Pms= 10,7 m Như vậy tổng cột áp là:
119
5.1.2 Kiểm tra bơm nước muối so với bản vẽ
Bảng 5.1: Bảng so sánh thông số của bơm nước muối so với bản vẽ
a) Đối với bơm từ bể chứa đến bộ trao đổi nhiệt PHE
Vị trí Tính toán Bản vẽ Nhận xét
Đường ống góp, mm 200A 200A Đúng so với bản vẽ
Cột áp bơm, m 45,4 40
Sai lệch 13,5% do ta tính toán dựa trên sự ước lượng chiều dài đường ống theo bản vẽ và dựa theo kinh nghiệm thực tế.
Lưu lượng bơm, m3/h 218 220 Đúng so với bản vẽ
b) Đối với bơm từ bể chứa đến các dàn lạnh:
Vị trí Tính toán Bản vẽ Nhận xét
Đường ống góp, mm 200A 200A Đúng so với bản vẽ
Cột áp bơm, m 43,7 40
Sai lệch 9% do ta tính toán dựa trên sự ước lượng chiều dài đường ống theo bản vẽ và dựa theo kinh nghiệm thực tế.
Lưu lượng bơm, m3/h 203 170
Sai lệch 19,4% do trên thực tế người ta thường không sử dụng tối đa năng suất của tất cả dàn lạnh.
120
5.2 Bơm nước xả băng 5.2.1 Tính toán 5.2.1 Tính toán
Nhiệt dung riêng nước C = 4200 J/kg ~ 4,2 kJ/kG.K Khối lượng riêng nước ρ = 999,972 kg/m3
Khối lượng riêng của không khí là ρkk = 1,2 kg/m3
Do hệ thống tận dụng nước ngưng từ các dàn lạnh được đưa về 2 bồn chứa sau