4.4.1 Chức năng
Bộ trao đổi nhiệt dạng tấm trong hệ thống lạnh là một thiết bị có tác dụng giúp tiết kiệm năng lượng, làm giảm mức tiêu thụ năng lượng và giúp tăng hệ số làm lạnh (COP), góp phần nâng cao hiệu suất làm lạnh của hệ thống.
102 Bộ trao đổi nhiệt dạng tấm thường hay xuất hiện trong hệ thống lạnh sử dụng máy nén trục vít vì một trong những tính năng đặc biệt của máy nén trục vít là việc cho phép kết nối thêm tải bên ngoài ở vỏ máy nén. Vì vậy, bộ trao đổi nhiệt dạng tấm có thể được trang bị trực tiếp một cách dễ dàng vào máy nén trục vít, giúp cải thiện hiệu suất làm việc của hệ thống.
4.4.2 Cấu tạo
Bộ phận chính của thiết bị là những tấm bảng hình chữ nhật với độ dày rất mỏng và được làm bằng thép không rỉ. Mỗi tấm bảng sẽ có bốn lỗ tại bốn góc và hệ thống các đường rãnh trên khắp bề mặt để tạo sự chảy rối và tăng diện tích truyền nhiệt.
Hình 4.3: Cấu tạo bộ trao đổi nhiệt dạng tấm (PHE) Nguồn:[http://thietbitraodoinhiet.net/]
103
4.4.3 Nguyên lý hoạt động
Hai dòng lưu chất nóng và lạnh chảy xen kẽ với nhau giữa các tấm, các tấm này được dập rãnh để tạo nên dòng chảy rối cho hai lưu chất nhằm đạt được năng suất trao đổi nhiệt lớn nhất.
Do mỗi tấm có diện tích bề mặt lớn, nên tạo ra bề mặt trao đổi nhiệt lớn giữa các môi chất. So với thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống chùm truyền thống với cùng công suất thì một bộ PHE sẽ có hiệu suất trao đổi nhiệt tốt hơn. Hơn nữa, với PHE quá trình vệ sinh, bảo trì và bảo dưỡng cũng trở nên dễ dàng hơn.
Hình 4.4: Nguyên lý hoạt động bộ trao đổi nhiệt dạng tấm Nguồn:[https://congnghevotrung.com/]
𝐹 = 𝑄0
𝑘 . ∆𝑡 , m2
Qo – Công suất lạnh yêu cầu của thiết bị bay hơi, W k – Hệ số truyền nhiệt, W/m2.K
∆𝑡 – Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình logarit, 0K Dựa vào bảng 7.1 [TL2, tr.287]
Ta có hệ số truyền nhiệt của thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm bản môi chất NH3 K = 2500 – 4500 W/m2.K
104 Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình logarit
∆𝒕 = ∆𝒕𝒎𝒂𝒙− ∆𝒕𝒎𝒊𝒏 𝒍𝒏∆𝒕∆𝒕𝒎𝒂𝒙
𝒎𝒊𝒏
∆𝑡𝑚𝑎𝑥 , ∆𝑡𝑚𝑖𝑛 : Hiệu nhiệt độ lớn nhất và bé nhất ở đầu vào và ra của thiết bị trao đổi nhiệt. ∆𝑡𝑚𝑎𝑥 = - 4 - -12 = 8 ℃ ∆𝑡𝑚𝑖𝑛 = -7 - - 12 = 5 ℃ ∆𝑡 = 8− 5 𝑙𝑛8 5 = 6,38 ℃ Ta có: Q0 = 593,1 kW, chọn k = 2500 W/m2.K, ∆𝑡 = 6,38 ℃ 𝐹 = 593,1 . 1000 2500 . 6,38 = 37,18 m2
Dựa theo catalouge của hãng Thermowave, ta chọn được PHE với các thông số sau:
105
4.5 Bình tách dầu 4.5.1 Chức năng 4.5.1 Chức năng
Bình tách dầu có nhiệm vụ tách dầu cuốn theo hơi nén, không cho dầu đi vào dàn ngưng mà dẫn dầu quay trở lại máy nén (hoặc bình thu hồi dầu)
4.5.2 Cấu tạo
Hình 4.6: Cấu tạo bình tách dầu
Nguồn:[ kholanhcongnghiep.net]
4.5.3 Nguyên lý hoạt động
Bình tách dầu hoạt động dựa trên nguyên lý giảm vận tốc của môi chất lạnh và dầu. Khi môi chất và dầu đi vào bình tách dầu, vận tốc của nó ngay lập tức bị chậm lại, dầu sẽ mất động năng và rơi xuống. Vận tốc giảm là do sự thay đổi hướng đột ngột, các nón chắn cản trở, vách ngăn bên trong hoặc sự mở rộng hay chuyển tiếp của đường ống ở đầu vào của bộ tách dầu.
Bình tách dầu sử dụng ở hầu hết các hệ thống có công suất từ lớn đến nhỏ, đối với tất cả các loại môi chất. Đặc biệt với hệ thống sử dụng môi chất NH3 không hòa tan dầu hoặc R22 hòa tan dầu một phần phải cần sử dụng bình tách dầu.
106 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
4.6 Bình thu hồi dầu 4.6.1 Chức năng 4.6.1 Chức năng
Trong hệ thống lạnh luôn có một lượng dầu tuần hoàn cùng môi chất lạnh và có khả năng tồn tại ở các thiết bị của hệ thống lạnh. Khi xuất hiện ở các thiết bị khác ngoài máy nén, dầu có thể tạo thành một lớp trở nhiệt trên thiết bị và cản trở quá trình trao đổi nhiệt. Vì vậy, trong hệ thống lạnh cần có bình gom dầu để thu hồi dầu từ các thiết bị về, giúp giảm tổn thất nhiệt và các nguy hiểm khi xả dầu từ áp suất cao, đồng thời có thể hồi lại một lượng dầu cần thiết về cacte máy nén, giúp máy nén hoạt động được an toàn và ổn định.
Bình gom dầu trong hệ thống lạnh có chức năng gom dầu từ bình tách dầu hay từ bầu dầu của các thiết bị như: thiết bị bay hơi, thiết bị ngưng tụ, bình chứa cao áp, bình chứa hạ áp, bình tách lỏng,…
4.6.2 Cấu tạo
Bình gom dầu thường có hình dạng là hình trụ được đặt đứng hay nằm ngang với đáy elip.
Hình 4.7: Cấu tạo của bình thu hồi dầu
Nguồn: [https://voer.edu.vn/m/binh-giu-muc-tach-long/7f7547ee]
Trong đó:
1. Kính xem mức; 2. Áp kế; 3. Van an toàn; 4. Đường nối với đầu hút máy nén; 5. Đường gom dầu về; 6. Đường xả dầu.
107
4.6.3 Nguyên lý hoạt động
Hình 4.8: Bình thu hồi dầu trong sơ đồ bản vẽ Nguồn: Bản vẽ hệ thống kho lạnh NH3
Dầu từ các thiết bị được gom về bình thu hồi dầu nhờ vào nguyên lý chênh lệch áp suất. Khi tiến hành thu hồi dầu từ các thiết bị, trước hết ta phải kiểm tra, đóng van chặn ở đường ống tạo áp suất đẩy của bình thu hồi dầu, sau đó ta mở van chặn một cách từ từ tại đường ống tạo áp suất hút được nối với bình chứa hạ áp, thông qua đầu hút máy nén để tạo áp suất hút cho bình gom dầu. Sau khi mở các van chặn tại các đường ống gom dầu về, do áp suất hút tạo sự chênh lệch áp suất trong bình, dầu từ các thiết bị sẽ thông qua các đường ống gom dầu, tự động chảy về bình thu hồi dầu.
Trên bình gom dầu ở sơ đồ bản vẽ có lắp đồng hồ đo áp suất PG (Pressure Gauge) nhằm hiển thị áp suất trong bình, đồng thời giúp kiểm soát, đảm bảo tính an toàn khi thực hiện quá trình hút hay xả bỏ dầu ở bình thu hồi dầu, đặc biệt là quá trình xả dầu ra ngoài.
Khi xả dầu ra khỏi bình thu hồi dầu, ta cần lưu ý kiểm tra, đóng van chặn ở đường ống tạo áp suất hút của bình thu hồi dầu và đóng van chặn ở các đường ống gom dầu. Sau đó ta mở van chặn ở đường ống tạo áp suất đẩy của bình thu hồi dầu một cách từ từ và chú ý quan
108 sát đồng hồ PG trên bình gom dầu để điều chỉnh áp suất trong bình sao cho áp suất chỉ lớn hơn một 1 chút hoặc xấp xỉ với áp suất khí quyển của môi trường bên ngoài nhằm đảm bảo dầu được đẩy ra khỏi bình một cách an toàn. Trong quá trình xả dầu, cũng cần lưu ý không được tạo áp suất hút trong bình, vì như vậy dầu sẽ không được đẩy ra ngoài, đồng thời còn gây ra nguy cơ khí không ngưng xâm nhập vào hệ thống.
4.7 Bình thermosiphone (Liquid trap) 4.7.1 Nhiệm vụ 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 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
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) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
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