2.3.1. Thiết kế mạch điện
Hình 2.18. Mạch điện điều khiển
MN: Thường đóng của contacto máy nén
RL1,2,3,4,5: Rơ le trung gian điều khiển các van điện từ T1,2: Timer
Nguyên lý hoạt của mạch điện: khi cấp nguồn mạch điện sẽ không có điện cho tới khi máy nén ngừng hoạt động thì hệ thống được cấp điện do chúng ta sử dụng một cặp chân thường đóng MN được lấy từ hệ thống điều khiển của máy nén. Khi có điện các rơ le trung gian RL1,2,4 sẽ có điện, timer T1 có điện và bắt đầu đếm thời gian (thời gian
được set theo từng hệ thống khác nhau). Khi hết thời gian tiếp điểm T1 thường đóng
của timer sẽ mở và thường hở sẽ đóng. Trung gian RL1,2,4 mất điện và RL3,5 sẽ có điện tiếp điểm thường hở RL3 sẽ đóng lại giúp tự giữ để RL3,5 và T2 có điện. Timer T2 sẽ có điện và bắt đầu đếm thời gian. Khi hết thời gian tiếp điểm T2 thường đóng của timer sẽ hở ra khi đó RL3,5 và T2 mất điện, RL1,2,4 lại có điện và timer lại đếm. Mạch điện sẽ chạy tuần hoàn như vậy cho đến khi chúng ta nhấn Off hoặc máy nén hoạt động trở lại.
2.3.2. Chọn vật liệu cho hệ thống
Dựa theo sơ đồ mạch điện đã thiết kế ở phần 2.3.1 ta sẽ chọn vật liệu cho hệ thống điều khiển hệ thống vệ sinh tự động như sau:
Bảng 2.8. Bảng thống kê thiết bị mạch điện
STT Loại vật liệu Số lượng
1 Rơ le trung gian 5
2 Timer 2
3 Van điên từ 5
4 Nút nhấn 1
Chương 3: KẾT QUẢ VẬN HÀNH HỆ THỐNG THÍ NGHIỆM VÀ CÁC THẢO LUẬN
3.1. Chế tạo thành công hệ thống vệ sinh tự động cho bình ngưng .
Dưới đây là hình ảnh thực tế các bộ phận của hệ thống vệ sinh tự động sau khi hoàn thành:
-Bình ngưng của chiller: mô phỏng bình ngưng thực tế
(a). Bình ngưng sau khi hoàn thành (b). Bình ngưng lắp vào hệ thống
Hình 3.1. Bình ngưng thực tế
Hình 3.1 là bình ngưng sau khi được chế tạo theo bản vẽ. Thiết bị không có thay đổi hay sai lệch nhiều so với bản thiết kế. Bình ngưng được chế tạo từ các đoạn ống PVC Ø140 và mặt bích bình ngưng được làm từ nắp chụp của ống Ø140. Bên trong bình được thiết kế 6 đường ống trao đổi nhiệt được làm bằng ống Acrylic trong suốt để thuận tiện cho việc quan sát cũng như kiểm tra hiệu quả hoạt động của hệ thống.
Hình 3.2. Bình chứa bi chính
Hình 3.2. là các mặt của bình chứa bi chính, có tổng cộng 3 đường ống với 2 đường ống đối diện nhau, ống phía trên là ống lấy nước từ đường nước vào bình ngưng và phía dưới là đường ống dẫn bi ra khỏi bình chứa bi chính. Bên cạnh đường ống trích nước vào bình chứa bi là đường ống thoát nước về tháp giải nhiệt. Nguyên lí hoạt động của nó cũng khá đơn giản như khi bi từ bình chứa chính được yêu cầu di chuyển làm sạch bình ngưng thì van ống thoát nước về tháp sẽ đóng lại, 2 van trích nước vào và ống cho bi thoát ra sẽ mở, bi sẽ di chuyển từ bình chứa bi chính theo đường ống nước vào bình ngưng.
Hình 3.3. Bình chứa bi phụ
Ở đây là một thiết bị khá quan trọng trong mô hình là bình chứa bi phụ (hình 3.3). Thiết kế đơn giản với 2 đường ống đối diện nhau, đường phía trên trích từ đường nước ra của bình ngưng để đưa bi về bình chứa bi phụ và đường phía dưới là đường bi về bình
chứa bi chính. Đường còn lại là đường nước ra. Do không sử dụng bơm trở lực để đưa bi di chuyển trong hệ thống nên bình chứa bi phụ là thiết bị cần thiết cho mô hình. Nó có tác dụng thu gom lại bi đã đi qua bình ngưng và sau đó sẽ trả bi ngược lại bình chứa bi chính để trở thành một chu trình tuần hoàn.
-Lưới bắt bi: Dùng để bắt các bi sau khi ra khỏi các ống của bình ngưng để đưa về các bình chứa
Hình 3.4. Lưới bắt bi
Hình 3.4 là bộ phận rất quan trọng trong mô hình này, đây có thể nói là nơi phân tách bi và nước. Bi sau khi đi qua bình ngưng sẽ đi đến lưới bắt để sàng lọc ra, nước thì di chuyển thẳng, bi sẽ chuyển hướng di chuyển về bình chứa bi phụ.
Bộ phận vệ sinh bi (hình 3.5) là một trong những cải tiến cũng như điểm nhấn trong mô hình mà nhóm nghiên cứu, khác với những hệ thống làm sạch ống bằng bi khác, nhóm nghiên cứu đã thiết kế thêm một bộ phận vệ sinh bi để đảm bảo bi đi vào bình ngưng là bi sạch. Với thiết kế gồm bình chứa bi phụ và bộ vệ sinh bi giúp bi và phần nước đi cùng bi luôn duy trì ở trạng thái sạch trong khi các hệ thống cùng loại sau khi được vệ sinh lại chạy chung cùng bi về bình chứa bi, sau khi hệ thống dừng thì bi sẽ được ngâm trong nước dơ gây bám bẩn lên bi cũng như giảm hiệu suất làm việc cho những lần sau.
-Tổng thể mô hình sau khi hoàn thành:
Hình 3.6. Mô hình thực tế sau khi hoàn thành
Hình trên (hình 3.6) là tổng thể mô hình thí nghiệm mà nhóm đã nghiên cứu và chế tạo ra. Mô hình được thực hiện hầu như không có thay đổi nhiều so với bản thiết kế. Mô hình bao gồm các bộ phận chính như bình ngưng, bơm nước cấp, các đường ống vào và ra cùng với bộ làm sạch ống tự động gồm: bình chứa bi chính, bình chứa bi phụ,
bộ vệ sinh bi, lưới bắt bi. Mô hình đưa vào chạy thử và vận hành khá tốt, đáp ứng được những yêu cầu mà nhóm đề ra.
3.2. Kết quả vận hành thực nghiệm và phân tích kết quả đạt được
Vận hành hệ thống sau khi hoàn thành và kết quả đạt được:
Phần 1: Cho chạy hệ thống khi chưa có bi để xác định hệ thống vận hành ổn định bình thường. Cho hệ thống chạy thực nghiệm để đuổi không khí trong ống ra ngoài. Chạy cho tới khi trong bình chứa nước không có không khí thì ngừng. Kiểm tra hở, xì, rỉ nước và khắc phục sự cố.
Hình 3.7. Đánh số và quy định đường ống trao đổi nhiệt
Phần 2: Vận hành hệ thống với lần lượt là 1, 3, 6, 9, 12 bi -Vận hành với 1 bi
Hình 3.9. Biểu đồ kết quả vận hành với 1 bi
Phía trên (hình 3.9) là biểu đồ thống kê kết quả vận hành 6 lần thử nghiệm khi sử dụng 1 bi để chạy trong hệ thống. Đồ thị dạng cột với trục tung là tỉ lệ phần trăm dành cho bi đi vào ống và trục hoành là thứ tự các ống đã được đánh dấu với sự phân biệt từng màu khác nhau. Dựa theo biểu đồ hình 3.9 ta có thể thống kê sơ bộ tỉ lệ bi đi vào các ống 1, 2, 3 sẽ lần lượt là 16,67%, 50%, 33,33%, và đối với các ống ra 4, 5, 6 sẽ lần lượt là 33,33% 50%, 16,67%. Ta có thể xem xét thống kê này để phỏng đoán cho kết quả các lần chạy tiếp theo. Và cũng từ đồ thị có thể có cái nhìn chung sơ bộ rằng tất cả các ống trong hình đều có khả năng bi sẽ đi qua, tức là khi chạy càng nhiều lần và số bi tăng lên, khả năng là hầu hết tất cả các ống đều được làm sạch.
-Vận hành hệ thống với 3 bi
Hình 3.10. Hai bi di chuyển qua và về
Hình 3.11. Biểu đồ kết quả vận hành với 3 bi
Hình 3.11 ở trường hợp dùng 3 bi để chạy thử nghiệm tỉ lệ bi đi vào các đường ống đã đều hơn so với khi sử dụng 1 bi thử nghiệm. Ví dụ dựa theo đồ thị 6 lần chạy vào lần thứ hai ở đầu bi đi vào các ống 1, 2, 3 đều cho kết quả 33,3% tức là mỗi ống đầu có 1 bi đi vào, ở đường ra thì 66,7% bi ra ở ống số 4 và 1 viên bi ứng với 33,3% còn lại đi ra ở ống số 6( dựa theo phụ lục 2). Theo thống kê tổng quát tính toán được thì tỉ lệ bi vào ống 1 là 33,33%, cho ống 2 là 38,89% và ống 3 là 27,78%. Tương tự vậy với các
ống đầu ra là 4, 5, 6 lần lượt có tỉ lệ 38,89%, 38,89% và 22,22%. Các tỉ lệ này thể hiện tại có sự chênh lệch không cao gần như đều bằng nhau cũng cho thấy sự tin cậy khi sử dụng hệ thống sẽ không bỏ sót đường ống nào.
- Vận hành hệ thống với 6 bi
Hình 3.12. Các bi qua ống và quay về
Hình 3.13. Biểu đồ kết quả vận hành với 6 bi
Ở biểu đồ 3.13 nhìn chung có thể thấy khi tăng số bi gấp đôi lên từ 3 thành 6 bi thì đã có sự phân hóa tỉ lệ khá rõ rệt đặc biệt là ở đường nước ra. Cụ thể là trong 6 lần thực nghiệm thì đã có 4 lần ống số 5 cho bi đi qua ≥50%, trong đó có 1 lần cho qua 83,3% trên tổng số bi đi qua. Con số này là khá cao và khá chênh lệch khá nhiều so với 2 đường
ống ra còn lại( dựa theo phụ lục 3). Và tổng kết cuối cùng trong 6 lần thử nghiệm khả năng có bi đi qua của các ống đầu vào 1, 2, 3 lần lượt là 33,33%, 25%, 41,67%. Về đầu ra thì tỉ lệ bi đi qua ống 4 là 25%, ống 5 là 58,78% và 22,2% cho ống số 6. Từ kết quả tổng thể thu được đã cho thấy một dự đoán rằng số bi đi qua các ống sẽ không đều nhau như lý thuyết mà sẽ dần phân hóa ra thành các ống có tỉ lệ cao bi đi qua và các ống ít được bi đi qua để làm sạch. Để kiểm chứng nhóm thử nghiên cứu tiếp tục thực hiện thí nghiệm với số lượng bi tăng dần theo cấp số cộng là 3.
-Vận hành hệ thống với 9 bi
Hình 3.14. Các bi di chuyển về bình chứa bi
Khi tăng dần số bi thành 9 bi để thí nghiệm thì hầu hết tất cả các ống đều có bi đi qua nhưng có một số ống có tỉ lệ bi đi qua rất thấp. Đồ thị biểu thị xác suất của ống 1 và 6 khá thấp và khác hơn khá nhiều so với các ống còn lại, trong khi đó các ống 2,3,4,5 có xác suất khá cân bằng với nhau. Qua biểu đồ xác suất thống kê các bi đi vào các ống 1 ,2 ,3 là tương ứng với 11,11%, 37,04%, 50%. Đối với các ống nước ra 4,5,6 thì tỉ lệ này lần lượt là 37,04%, 50%, 12,96%. Số liệu mà chúng ta thu được đã cho một mức độ tin cậy nhất định, để có những phán đoán chính xác hơn giải thích cho việc này nhóm nghiên cứu quyết định thực hiện lần chạy thử cuối cùng với 12 bi để có thể thu một kết quả cuối cùng và đáng tin cậy nhất.
-Vận hành hệ thống với 12 bi
Hình 3.17. Biểu đồ kết quả vận hành với 12 bi
Với số lượng bi thực hiện lần sau cùng lúc này là 12 thì chắc chắn sẽ đem lại cho nhóm một kết quả cuối cùng chính xác nhất và đáng tin cậy đối với sự phân phối bi đi qua ống là như thế nào. Nhìn chung ống nước ra số 5 vẫn luôn có tỉ lệ cho bi đi qua cao nhất và 2 ống số 1 và số 6 thì ngược lại có tỉ lệ bi đi qua thấp nhất. Đối với các ống còn lại 2, 3, 4 thì có tỉ lệ khá đều nhau và không chênh lệch nhiều. Số liệu thống kê thu được sau 6 lần thực hiện với 12 bi thì các ống nước vào 1, 2, 3 có tỉ lệ bi đi qua lần lượt là 16,6%, 41,6%và 41,6%. Với các ống nước ra tỉ lệ này đối với các ống 4, 5, 6 lần lượt là 33,3%, 41,6% và 25%.
Nhận xét
Từ những kết quả cũng như các thống kê xác suất thu được từ những quá trình thực nghiệm thì xác suất bi đi vào các ống sẽ không đều mà có sự chênh lệch khá cao đối với một số đường ống. Cụ thể thì có thể nhận định các ống có vị trí nằm giữa thẳng trục với đường ống vào và ra của nước thì sẽ có tỉ lệ bi đi vào cao nhất và các ống càng xa trục giữa của 2 đường nước vào và ra thì tỉ lệ có bi đi qua sẽ càng ngày càng giảm xảy ra cũng có phần nào hiểu được. Cùng với đó là một số sự rò rỉ ở các đường ống trong hệ thống còn lại làm giảm áp lực nước đi trong hệ thống. Ở điểm này nhóm đã
khắc phục lại và hiện tại hệ thống đã chạy ổn định không còn xuất hiện hiện tượng kẹt bi nữa.
Hình 3.18. Biểu đồ so sánh thời gian với số bi vận hành khác nhau
Phía bên trên là đồ thị 3.18 biểu thị thời gian vận hành cho 1 chu kỳ tuần hoàn của bi. Ở đây thời gian được xác định cho 1 chu kỳ của bi sẽ bắt đầu từ lúc mở van cho bi di chuyển từ bình chứa bi chính đi vào bình ngưng về bình chứa bi phụ, bi được thu gom từ bình chứa bi phụ trở về lại cho bình chứa bi chính. Nguyên một chu kỳ này sẽ chia ra hai phần gồm khoảng thời gian bi di chuyển để làm sạch rồi về bình chứa bi phụ và khoảng thời gian bi từ bình chứa phụ trở về bình chứa bi chính. Trong 1 quá trình làm việc của hệ thống vệ sinh cho bình ngưng sẽ diễn ra nhiều chu kỳ. Và việc chúng ta xác định thời gian biến động cho một chu kỳ tuần hoàn sẽ là cơ sở để setup thời gian trên mạch điều khiển một cách chính xác và hiệu quả nhất.
Dựa theo đồ thị 3.18 thì ta có thể thấy biên độ dao động của thời gian hoàn thành một chu kỳ tuần hoàn sẽ ngày càng lớn khi chúng ta tăng số lượng bi trong hệ thống lên. Cũng từ kết quả thu được ta có thể thấy thời gian để hoàn thành một chu kỳ tuần hoàn ví dụ là dùng 12 bi thì cao nhất là 39s tương đương trung bình mỗi ống sẽ có 4 bi đi qua trong 39s. Theo thiết kế thì hệ thống vệ sinh sẽ chạy sau khi máy nén tắt và thời gian tối
thiểu để máy nén khởi động lại sẽ vào khoảng 5 phút, như vậy trong 5 phút này hệ thống bi của chúng ta sẽ tuần hoàn được khoảng 7 lần. Giả sử một chu kỳ thì một ống sẽ có ít nhất một bi đi qua thì việc có ít nhất 7 chu kỳ diễn ra cho một lần hoạt động sẽ tương đương một ống được ít nhất 7 bi đi qua cho một lần hoàn động.
Với giả thuyết trên đã đảm bảo cho các nhà đầu tư yên tâm về độ làm sạch đường ống của hệ thống này. Bên cạnh đó việc thường xuyên được làm sạch như thế này sẽ mang lại nhiều lợi ích như đảm bảo hiệu suất bình ngưng ổn định, đảm bảo việc tích tụ cặn bẩn lâu ngày (các ion Ca2+, Fe2+, Mg2+ không có cơ hội để chúng bám lên thành
ống). Hệ thống hoàn toàn khắc phục các nhược điểm của các phương pháp truyền thống
hiện nay hơn nữa còn tối ưu hóa hơn đối với các hệ thống tuần hoàn bi trước đó.
Hình 3.19. Biểu đồ biểu diễn thời gian trung bình ứng với số bi vận hành
Biểu đồ 3.19 là sự thể hiện mối quan hệ giữa số lượng bi và thời gian vận hành ứng với một chu kỳ. Khác biểu đồ 3.18 ở đây thời gian vận hành cho một chu kỳ được thống kê ra chỉ số trung bình để biểu diễn tương ứng với số bi hoạt động trên đồ thị. Ví dụ ta có thể thấy khi hệ thống hoạt động với 1 bi thì thời gian trung bình cho một chu