Trên thực tế, có rất nhiều cách để tính được lượng gas cần nạp vào hệ thống, có thể đến các cách tính phần mềm, bằng kinh nghiệm thực tế. Tuy nhiên, có thể dựa vào thể tích của từng thiết bị trong hệ thống rồi tính ra lượng môi chất của cả hệ thống vẫn là phương pháp hợp lý nhất. Vì đa phần lượng gas trong hệ thống tồn tại dưới dạng lỏng, nằm ở phía dưới đáy của thiết bị.
Theo đó, ta có lượng môi chất có trong các thiết bị trong hệ thống lạnh như sau: - Bình chứa cao áp: 30% - Bình trung gian thẳng đứng: 60% - Bình tách lỏng: 20% - Dàn lạnh kiểu cấp dịch trực tiếp: 30% - Thiết bị ngưng tụ: 15% - Đường ống cấp dịch: 100%
Tuy nhiên, đó chỉ là cách tính toán dựa theo kinh nghiệm, với các bài toàn yêu cầu tính chính xác lượng gas nạp, chúng ta có thể tính bằng công thức như sau.
Tính toán lượng môi chất có trong hệ thống theo lý thuyết:
Lượng môi chất có trong hệ thống bao gồm lượng môi chất có trong máy nén, thiết bị ngưng tụ, thiết bị bay hơi, trong đường ống kết nối.
Lượng môi chất nạp vào hệ thống được xác định theo công thức:
mtotal = mcompressor + mthp + mtlp + mcon + mevp (kg) [TL5, tr.7] với:
mtotal: tổng lượng môi chất có trong hệ thống (kg) mcomp: lượng môi chất có trong máy nén (kg) mhp: lượng môi chất trong đường ống cao áp (kg) mlp: lượng môi chất trong đường ống thấp áp (kg) mcon: lượng môi chất trong thiết bị ngưng tụ (kg) mevp: lượng môi chất trong thiết bị bay hơi (kg)
55 mcompressor 1 2 2 Vcomp (kg) [TL5, tr.7] trong đó: ρ1 là mật độ môi chất đầu hút (kg/m3) ρ2 là mật độ môi chất đầu đẩy (kg/m3) Vcompressor là thể tích máy nén (m3)
+ Lượng môi chất trong đường ống cao áp:
mhp = mA/D1 + 2 2 ( ) ( ) 4 4 g l g g l l d d L L (kg) [TL5, tr.7] trong đó
mA/D1: là lượng môi chất trong bình chứa cao áp (kg) dg: là đường kính trong ống dẫn hơi phần cao áp (m) dl: là đường kính trong ống dẫn lỏng phần cao áp (m) ρg: mật độ của hơi môi chất (kg/m3)
ρl: mật độ của lỏng môi chất (kg/m3)
+ Lượng môi chất trong đường ống thấp áp
mlp = mA/D2 + 2 ( ) 4 lp l lp d L (kg) [TL5, tr.7] trong đó
dlp: là đường kính trong đường ống thấp áp (m) mA/D2 là lượng môi chất trong bình chứa hạ áp (kg) Llp: tổng chiều dài đường ống thấp áp (m)
ρlp: mật độ của lỏng môi chất (kg/m3)
+ Lượng môi chất có trong thiết bị ngưng tụ
mcon = mtp +
2 2
( ) ( )
4 4
con con
cong cong conl conl
d d L L ([TL5, tr.7]) trong đó:
dcon: đường kính trong của ống chứa môi chất trong thiết bị ngưng tụ ρcong: mật độ của hơi môi chất trong thiết bị ngưng tụ (kg/m3)
56 Lg: chiều dài đoạn ống chứa hơi (m)
ρconl: mật độ của lỏng môi chất trong thiết bị ngưng tụ (kg/m3) Ll: chiều dài đoạn ống chứa lỏng (m)
mtp là khối lượng môi chất trong vùng 2 pha (kg)
+ Lượng môi chất có trong thiết bị bay hơi:
mevp = mtp + 2 ( ) 4 evap evag evag d L (kg) [TL5, tr.8] trong đó:
devap: đường kính trong của ống chứa môi chất trong thiết bị bay hơi ρevag: mật độ của hơi môi chất trong thiết bị bay hơi (kg/m3)
Levag: chiều dài đoạn ống chứa hơi (m)
mtp: là khối lượng môi chất lạnh trong vùng 2 pha (kg) mtp = 2 ( ) (1 ) 4 tp g l tp d L (kg) [TL5, tr.8] trong đó
dtp: đường kính trong của đường ống chứa môi chất lạnh 2 pha (m) ρg: mật độ của hơi môi chất (kg)
ρl: Mật độ của lỏng môi chất (kg)
ltp: chiều dài đoạn ống chứa môi chất 2 pha (m) β là phần rỗng β g l S S [TL5, tr.8] trong đó:
Sg là là diện tích mặt cắt tại điểm chuyển pha chiểm bởi phần hơi (m2) Sl là diện tích mặt cắt tại điểm chuyển pha chiếm bởi phần lỏng (m2)
Với việc không tham khảo được chiều dài của các đường ống dẫn hơi, lỏng và đường ống môi chất trên sơ đồ nên việc tính toán lượng gas nạp chưa được thực hiện.
Ngoài cách tính bằng công thức, ta có thể sử dụng các phần mềm hay công cụ tính toán có sẵn, đây cũng là phương pháp tính toán nhanh và tương đối chính xác.
57
Tính toán lượng gas nạp vào hệ thống bằng phần mềm Refrigerant Charge Calculator
Hình 3.11. Phần mềm tính toán bằng Excel
Đây là phần mềm được phát triển bởi công ty TNHH Enviros Consulting, dựa vào các công cụ trên Excel để tính toán lượng gas nạp vào các hệ thống lạnh, hệ thống điều hòa không khí và bơm nhiệt.
Ở mục Data Entry, ta có thể nhập các dữ liệu đã có trên hệ thống vào các ô, các dữ liệu ấy bao gồm:
- Refrigerant: loại môi chất (có tổng cộng 25 môi chất từ phổ biến đến ít sử dụng) - Temporature of main cooling load in degrees celcius: Nhiệt độ bay hơi (oC) - KW cooling known? công suất làm lạnh có biết hay không?
- Type of evaporator: loại dàn bay hơi (giải nhiệt gió qua cánh, chùm ống lỏng) - Type of condenser: loại dàn ngưng (chùm ống, giải nhiệt gió bằng cánh) - Type of compressor: loại máy nén (piston, trục vít, xoắn ốc, ly tâm) - Hermetically sealed? loại máy nén hở hay không?
- Liquid line dimension (diameter): đường kính ống dẫn lỏng - Liquid line dimension (length): chiều dài đường ống dẫn lỏng - Có bình chứa cao áp hay không? Nếu có:
58 + Độ dài bình chứa
+ Đường kính bình chưa
+ Loại bình chứa thẳng đứng hay nằm ngang + Độ sâu của mực lỏng trong bình
- Có bình chứa hạ áp hay không? nếu có: + Độ dài bình chứa
+ Đường kính bình chứa
+ Loại bình chứa thẳng đứng hay nằm ngang + Độ sâu của mực lỏng trong bình
Hình 3.12. Mục data entry của phần mềm
59
Hình 3.13. Ví dụ kết quả tính toán của phần mềm 3.5 So sánh kết quả tính toán với số liệu trên bản vẽ và nhận xét 3.5.1 So sánh sự chênh lệch
Từ việc tính toán chu trình và xác định các thông số trên đồ thị, ta xác định được các thông số dùng để tính toán và tính chọn các thiết bị. Từ đó, so sánh các kết quả tính toán đã thực hiện được với các kết quả về thông số của các thiết bị trên sơ đồ bản vẽ.
Bảng 3.8. So sánh độ chênh lệch giữa tính toán thực tế và bản vẽ
Loại thiết bị/vị trí đường ống Công suất/thông số tính toán Công suất/thông số trên bản vẽ Số chênh lệch Tỷ lệ chênh lệch (%) Thiết bị ngưng tụ 433,6 KW 600 KW 166,4 KW 27,7 % Bình chứa cao áp 762D × 4149L (mm) 1300D × 4000L (mm) 538D × 149L (mm) 3,7 % Bình chứa hạ áp 816D × 3846H (mm) 1300D × 4000H (mm) 484D × 154H (mm) 4 % Bình economizer 406D (mm) 406D (mm) 0 (mm) 0 %
60 Bơm dịch 3 KW – 12,5 m3/h 3,7 KW – 12 m3/h 0,7 KW – 0,5 m3/h 19 %
Đầu đẩy máy nén 40A 50A 0 0 %
Đầu hút máy nén 115A 125A 10A 8 %
Ống góp từ đầu đẩy máy nén 65A 65A 0 0 % Ống góp từ đầu hút máy nén 150A 150A 0 0 % Từ bình eco về đầu hút máy nén 50A 50A 0 0 % Từ dàn ngưng về BCCA 40A 40A 0 0 % Từ bình eco đến BCHA 25A 25A 0 0 % Từ BCCA vào dàn lạnh hành lang 15A 15A 0 0 %
* Chú thích: Với D, L, H lần lượt là đường kính trong, chiều dài và chiều cao. 3.5.2 Nhận xét
Khi tính toán với số liệu thực tế trên bản vẽ, ta thấy được sai số do sự tính toán này gây ra các sự chênh lệch vể kết quả. Kết quả của việc tính toán hầu như đều nhỏ hơn so với các số liệu trên bản vẽ, nguyên nhân này là do:
- Sự tính toán sẽ gây ra sai số ở việc tính toán các thông số, công thức, việc tính các thông số điểm nút trên đồ thị, các kết quả được làm tròn.
- Do kinh nghiệm của các nhà thiết kế bản vẽ hoặc tính chọn thiết bị, họ thường làm tròn lên số lớn hoặc tính toán bằng kinh nghiệm thực nghiệm nhiều hơn là dựa vào tính toán chi tiết.
61 - Ở các thiết bị như là dàn ngưng hay bình chứa, một số kỹ sư thiết kế có thể tận dụng các thiết bị sẵn có ở công ty mà lựa chọn lắp đặt vào hệ thống, các thiết bị này thường có các thông số được làm tròn sẵn, gây ra sự chênh lệch với tính toán.
- Để đảm bảo an toàn cho hệ thống, hệ số an toàn sẽ được cân nhắc thêm vào các phép tính hoặc lúc chọn lựa thông số thiết bị.
62
CHƯƠNG 4. NGHIÊN CỨU VỀ HỆ THỐNG VAN 4.1 Các loại van thường dùng trong hệ thống
4.1.1 Van chặn
a. Van chặn thẳng
Khái niệm: Van chặn là van có nhiệm vụ cho phép lưu thông hoặc khóa dòng lưu chất đi qua khi vận hành, sửa chửa và bảo trì hệ thống. Van chặn là loại van được sử dụng phổ biến nhất trong các hệ thống, được biết đến với nhiều cái tên như là van cổng, van cửa, van 2 chiều. Hầu như các loại van chặn đều được điều khiển bằng tay.
Cấu tạo: bao gồm các bộ phận như tay van, cửa van, trục van, nắp bít và vòng chèn
Hình 4.1. Cấu tạo van chặn thẳng và ký hiệu van chặn thẳng trong bản vẽ
Nguyên lý hoạt động: van chặn được kết nối với đường ống ở vị trí cửa van, tại đó có gioăng đệm và vòng kín để chống rò rỉ. Ở giữa 2 cửa van là đĩa van được kết nối với trục van và tay van ở phía trên. Khi xoay tay van theo chiều kim đồng hồ thì đĩa van mở ra cho phép lưu chất lưu thông, khi xoay ngược lại theo chiều ngược kim đồng hồ thì đĩa van đóng lại ngăn lưu chất đi qua.
Van chặn có rất nhiều loại khác nhau, có kích thước dao động từ DN50 – DN1000, được cấu tạo từ nhiều loại vật liệu khác nhau tùy theo môi trường sử dụng như gang, thép, inox… Van chặn được sử dụng rất nhiều trong hệ thống lạnh, tại mọi nơi có môi chất lưu thông hoặc bảo vệ đường ống.
63
b. Van chặn góc
Khái niệm: Van chặn góc có nhiệm vụ tương tự như van chặn thẳng, dùng để chặn và cho phép lưu chất lưu thông trên đường ống. Khác với van chặn thảng, van chặn góc được sử dụng ở các đoạn đường ống gấp khúc, các co có góc 90o.
Hình 4.2. Van chặn góc
Nguyên lý hoạt động: khi xoay tay van, cần van kéo cửa van lên, lưu chất sẽ đi qua cửa van và đi theo góc 90o.
Cấu tạo:
64
c. Van chặn 1 chiều và van 1 chiều
Khái niệm: Văn chặn 1 chiều là loại van 1 chiều nhưng có thể điều chỉnh lưu lượng của môi chất đi qua nó.
Van 1 chiều là loại van chỉ cho phép lưu chất lưu thông qua 1 chiều nhất định, không cho phép lưu thông theo chiều ngược lại. Mặt khác, nó cũng là một loại van chặn.
Cấu tạo:
Hình 4.4. Cấu tạo van 1 chiều
Nguyên lý hoạt động: Khi lưu chất đi vào đầu vào của van, lực chảy tác động lên đĩa van, nhờ có bản lề mà đĩa van mở ra, cho môi chất đi qua đầu bên kia của van. Khi không có lưu chất, đĩa van đóng lại do không có lực tác động, tấm đệm giúp cho đĩa van trở về vị trí cũ mà không bị va đập.
65
4.1.2 Van an toàn
Khái niệm: Van an toàn là một loại van có tác dụng bảo vệ hệ thống khi áp suất trong hệ thống tăng cao vượt qua mức cài đặt hay quy định. Khi áp suất vượt qua mức cài đạt đó thì van an toàn sẽ làm giảm áp suất bằng cách xả bớt các yếu tố đang làm tăng áp suất bên trong hệ thống, giúp đảm bảo sự an toàn cho hệ thống.
Có 2 loại van an toàn là van an toàn tác động trực tiếp (bằng tay) và van an toàn tác động gián tiếp (tự động).
Cấu tạo:
1- Thân van; 2- Bộ phận kết nối vào đường ống: 3- Phần xoay xả lưu chất ra ngoài: 4- Đệm Lò xo; 5 – Đĩa; 6 - Nắp chụp bảo vệ; 7 - Lò xo; 8
- Nút bịt; 9 - Vít điều chỉnh; 10 - Tay giật
Hình 4.6. Cấu tạo van an toàn
Nguyên lý hoạt động: Cả hai loại van an toàn đều có một nguyên tắc hoạt động giống nhau. Chỉ khác là với van an toàn tác động trực tiếp thì khi có trường hợp khẩn cấp thì có thể dùng tay để tác động lên van còn với van an toàn tác động gián tiếp thì có thể tự động.
Khi van an toàn được lắp trên hệ thống thì van an toàn đã được cài đặt mức độ an toàn nhất định. Khi hệ thống hoạt động, các yếu tố gây ra áp suất và áp lực sẽ được luân chuyển qua van an toàn. Ở trạng thái làm việc bình thường thì van an toàn gần như không hoạt động, Khi hệ thống có xảy ra một sự cố nào đó, do cố ý, hoặc chủ ý làm hệ thống tăng áp dần, tăng áp đột ngột thì khi đó áp lực sẽ phá vỡ cân bằng với lực lò xò, khi áp lực lớn hơn mức cài đặt thì van an toàn sẽ mở và xả bớt lưu chất trong hệ thống giúp cho áp lực giảm như vậy, sẽ đảm bảo được an toàn cho hệ thống. Khi áp lực trong hệ thống giảm qua mức cài đặt thì van an toàn lại trở về vị trí đóng ban đầu.
66
Hình 4.7. Ký hiệu van an toàn trên bản vẽ 4.1.3 Van tiết lưu tay
Khái niệm: van tiết lưu là loại van có khả năng điều chỉnh lưu lượng môi chất sau khi ra khỏi dàn ngưng trong hệ thống lạnh. Van tiết lưu tay có nhiệm vụ điều tiết lưu lượng phù hợp cho dàn bay hơi để cho ra công suất lạnh cũng như là nhiệt độ bay hơi theo yêu cầu.
Cấu tạo: van tiết lưu tay có cấu tạo giống với loại van chặn thông thường, tuy nhiên có các điểm khác biệt sau:
- Kim van có độ chính xác cao để thể dễ dàng điều chỉnh lưu lượng của môi chất - Điều chỉnh kim van mượt hơn và chính xác hơn
Hình 4.8. Van tiết lưu tay REG của Danfoss và ký hiệu van tiết lưu tay trên bản vẽ
Ưu điểm của van tiết lưu tay: có cấu tạo đơn giản (giống van chặn), giá thành rẻ, có thể điều chỉnh bằng tay.
Van tiết lưu tay rất thích hợp cho các hệ thống lạnh có công suất lớn, có lưu lượng ổn định, vì vậy nên hệ thống kho lạnh 4200MT sử dụng rất nhiều. Bên cạnh đó, van tiết lưu tay còn được bố trí tắt sau hệ thống bơm tuần hoàn cấp lỏng, phòng khi trường hợp có sửa chữa
67 hoặc bảo trì hệ thống. Tuy nhiên, khi sử dụng van tiết lưu tay cần kết hợp với van điện từ ở phía trước vì khi có sự cố xảy ra, môi chất lỏng có thể tràn ngược lại máy nén do van tiết lưu tay phải đóng mở bằng tay.
Nhược điểm của van tiết lưu tay là chỉ sử dụng với lưu lượng môi chất ổn định, không thích hợp nếu muốn thay đổi tải liên tục ở dàn bay hơi.
4.1.4 Van điện từ
Khái niệm: van điện từ (solenoid valve) là một loại van hay một thiết bị cơ điện, dùng để kiểm soát và điều chỉnh dòng chảy của lưu chất dựa vào nguyên lý đóng/mở do lực tác động của cuộn dây điện từ.
Van điện từ có rất nhiều loại khác nhau được phân loại theo nhiều chức năng và cấu tạo khác nhau như: van 2 ngã, van 3 ngã, van thường đóng (NC), van thường mở (NO), van inox, van đồng… Cấu tạo: 1. Thân van 2. Đường dẫn môi chất 3. Đường dẫn môi chất rỗng