Nguyên lý làm việc: hơi (1) sau khi qua bộ hồi nhiệt trở thành hơi quá nhiệt (1’) được hút về máy nên hạ áp nén đoạn nhiệt lên áp suất trung gian (2) rồi được sục vào bình trung gian và được làm mát hồn tồn thành hơi bão hịa khơ. Hỗn hợp hơi bão hịa khô (3) được hút về máy nén cao áp và đuoc nén đoạn nhiệt lên áp suất ngưng tụ Pk điểm (4) sau đó đi vào thiết bị ngưng tụ, nhả nhiệt cho môi trường làm mát, ngưng tụ thành lỏng cao áp (5). Tại đây lỏng cao áp được chia làm 2 dòng:
Dòng nhỏ đi qua van tiết lưu 1 (TL1), giảm áp xuống áp suất trung gian thành hơi (5') đi vào bình trung gian và được tách thành hơi bão hịa khơ (3) và lỏng (7). Lượng hơi (3) này cùng với lượng hơi tạo thành do làm mát hoàn toàn hơi nén trung gian và do quá lạnh lỏng đi trong ổng trao đổi nhiệt, được hút về máy nén cao áp.
Phần lớn lỏng còn lại đi vào trong ống trao đổi nhiệt đưoc quá lạnh đến (6), lỏng (6) đi qua van tiết lưu 2(TL2) giảm áp xuống áp suất bay hơi (6') rồi đi vào thiết bị bay hơi nhận nhiệt của đối tượng cần làm lạnh hóa hơi đẳng áp đăng nhiệt thành hơi bão hịa khơ (l') và chu trình cứ thể tiếp tục.
Bảng 4.1 Thơng số các điểm nút Thông số Thông số Điểm Trạng Thái t [℃] p [bar] v [𝑚3/kg] i [kJ/kg] S [kJ/kgK]
1’ Hơi bão hồ khơ -25 1.05 0.18 382 1.74 1 Hơi quá nhiệt -17 1.05 0.19 388 1.77 2 Hơi quá nhiệt 22 3.39 0.06 416 1.77 3 Hơi bão hồ khơ 4.2 3.39 0.06 400 1.72 4 Hơi quá nhiệt 48 11 0.02 425 1.72 5 Lỏng sôi 43 11 0.003 261 1.2 5’ Hơi bão hoà ẩm 4.2 3.39 0.06 261 1.2 7 lỏng sôi 4.2 3.39 0.06 206 1.02 6 lỏng chưa sôi 35 11 _ 248 1.2 6’ Hơi bão hoà ẩm -25 1.05 0.08 262 1.3
Thiết kế tủ đơng gió năng suất 1500 Kg/mẻ để cấp đơng thịt bị
Chu trình được tính tốn cho 1kg mơi chất lạnh đi qua thiết bị bay hơi. Tính lượng hơi khơ tạo thành do làm quá lạnh 1kg lỏng cao áp:
γ=i5-i6 i3-i7=
261-248
400-206=0,06 Kg
(4.8)
Tính lượng hơi khơ tạo thành do làm mát trung gian hoàn toàn 1kg hơi nén trung áp: β=i2-i3
i3-i7=
416-400
400-206=0,08 kg
(4.9)
Lượng hơi khô tạo thành do van tiết lưu 1 α = (γ+ β)×i5'-i7
i3-i5'= (0,06 + 0,08) × 261−206
400−261= 0,05 kg (4.10)
Nhiệt lượng nhận được thực tế tại thiết bị bay hơi:
q0= i1'-i6' = 382– 262= 120kJ/kg (4.11) Nhiệt lượng thải ra cho môi trường làm mát ở thiết bị ngưng tụ:
qk = (1+ α + γ +β) × (i4-i5) (4.12) = (1+ 0,05 + 0,06 + 0,08) × (425 – 261)
= 195,16 kJ/kg
Lưu lượng thực tế qua máy nén hạ áp:
GHA =QMN0 q0 =
55,32
120 = 0,46 kg/s
(4.13)
Lưu lượng thực tế qua máy nén cao áp:
GCA = (1+ α + γ +β) × GHA= (1+ 0,05+ 0,06 + 0,08) ×0,46 = 0,54 kg/s. (4.14) Cơng suất nhiệt của thiết bị ngưng tụ:
QK = GCA× (i4- i5) = 0,54× (425 – 261) = 88,56 kW. (4.15) Công nén máy nén hạ áp:
LNHA= GHA × (i2- i1) = 0,46× (416- 388) = 12,88 kW. (4.16) Công nén máy nén cao áp:
LNCA= GCA × (i4- i3) =0,54× (425 – 400) = 13,5 kW. (4.17) Cơng nén cho cả chu trình.
L =LNCA + LNHA = 13,5 + 12,88= 26,38 kW. (4.18) Hiệu suất làm lạnh. ε=Q0 L = 55,32 26,38=2,09 (4.19) 4.4. Tính chọn máy nén và động cơ 4.4.1. Tính chọn máy nén
Thể tích hút thực tế qua máy nén hạ áp:
VHAtt = GHA × V1 = 0,46× 0,19×10-3= 0,08×10-3 m3/s. (4.20) Thể tích hút thực tế qua máy nén cao áp:
VCAtt = GCA× V3 = 0,54×0,06×10-3= 0.03×10-3 m3/s. (4.21) Hệ số cấp máy nén của máy nén hạ áp và máy nén cao áp:
Máy nén hạ áp: Tỉ số nén: πHA =ptg p0 = 3,39 1,05 = 3,2 (4.22)
Tra đồ thị hình 7-4 – trang - 168 tài liệu [1] với máy nén kiểu hiện đại, ta có hệ số cấp λHA = 0,84 +Máy nén cao áp: Tỉ số nén: πCA= pk ptg= 11 3,39=3,2 (4.23) => λ = λCA = λHA = 0,84
Thể tích hút lý thuyết (thể tích quét pitton) của máy nén hạ áp và máy nén cao áp - Thể tích hút lý thuyết qua máy nén hạ áp:
VltHA =VttHA
λ =0,08×10-3
0,84 = 0,09 × 10−3 m3/s. (4.24)
- Thể tích hút lý thuyết qua máy nén cao áp: VltCA =VttCA
λ =
0,03×10-3
0,84 = 0,03 × 10−3 m3/s.
(4.25)
Khi chọn 1 máy nén 2 cấp như vậy ta khơng thể biết được thể tích hút lý thuyết của loại máy nén này là bao nhiêu, mà chỉ biết thể tích hút lý thuyết trong từng cấp của máy nén. Do đó ta chọn chu trình lạnh quy chuẩn và xác định máy nén cho chu trình lạnh quy chuẩn đó làm máy nén chạy trong hệ thống lạnh thực tế.
Xác định chu trình lạnh tiêu chuẩn:
Theo bảng (7-1) trang 172 tài liệu [1] chọn chế độ lạnh đơng 2 cấp freon thì có các thơng số sau: t0 = -35℃ => po= 2,65 bar tk = 30℃ => pk= 7,6 bar tqn = -20℃
Thiết kế tủ đơng gió năng suất 1500 Kg/mẻ để cấp đơng thịt bị
tql = 25℃
Suy ra áp suất trung gian của chu trình: ptg =√pk×po =√7,6×2,65 =4,48 bar. ttg = 12℃=> t6= 12+ 3 =15℃
Bảng 4.2 Bảng thơng số của chu trình lạnh tiêu chuẩn: Tỉ số Điểm Trạng Thái t [℃] p [bar] v [m3/kg] i [kJ/k]
1’ Bão hoà khô -35 2,65 0,28 375
5 Lỏng sôi 30 7,6 0,026 414
6 Lỏng chưa
sôi 15 7,6 220
6’ Hơi bão hoà
ẩm -35 2,65 220 Năng suất lạnh riêng khối lượng tiêu chuẩn
q0tc=i 1' tc
- i6tc = 375– 220 = 155 kJ/kg. (4.26)
Năng suất lạnh riêng thể tích tiêu chuẩn: qvtc =q0tc
v1'tc = 155
0,28 = 553,57 m3/s.
(4.27)
Hệ số cấp ở điều kiện tiêu chuẩn Có tỉ số nén: π=ptg
p0=4,482,65=1,7 Tra đồ thị hình 7- 4 trang 168 tài liệu [1] với máy nén kiểu hiện đại ta có: λtc = 0,87
Năng suất lạnh riêng thể tích: qv =q0
v1' = 152
0,26= 584,6kJ/kg.
(4.28)
Năng suất lạnh tiêu chẩn Q0tc : Q0tc =Q 0 MN ×qv tc×λtc qv×λ = 55,32 × 553,57 × 0,87 584,6 × 0,76 = 59,96 kw (4.29)
Ta sử dụng phần mềm bitzer để chọn máy nén
Phần mềm thiết kế và tính tốn cơng suất máy nén, cụm máy nén, dàn ngưng giải nhiệt bằng nước của hãng Bitzer. Phần mềm có tiếng việt nên rất dễ dàng để chúng ta sử dụng.
Đây là một phần mềm rất hữu ích cho các bạn có nhu cầu sử dụng các sản phẩm máy nén của Bitzer, dựa vào nhu cầu của cá nhân hay chủ đầu tư ta có thể tinhs tốn cơng suất hoặc dựa vào cơng suất để có thể lựa chọn model máy nén một cách hiệu quả nhất
Hình 4.4 Giao diện chính phần mềm BITZER Ta sử dụng máy nén piton nữa kín loại 2 cấp
Sau đó nhập các thơng số tương ứng Môi chất lạnh: R134a
Công suất lạnh: 59,96 Nhiệt độ quá lạnh: 35 Nhiệt độ quá nhiệt: -17 Kết quả
Thiết kế tủ đơng gió năng suất 1500 Kg/mẻ để cấp đơng thịt bị
Hình 4.5 Nhập thông số
=> Chọn Z = 1 máy nén hai cấp cho R134a. Cấu tạo
Hình 4.7 Bản vẽ chi tiết máy nén
4.4.2. Tính chọn động cơ
Cơng suất động cơ diện kéo máy được tính theo cơng thức (7-25) trang 171 tài liệu [1] Ndc = (1,1÷2,1) *Nel
Đối với các máy lạnh nhỏ chế độ làm việc dao động lớn, điện lưới lên xu ống phập phù nên chọn hệ số an toàn là 2,1
Ndc =2,1 ×Nel = 2,1×L
ƞ
Với 𝑁𝑒𝑙 là cơng suất đo được trên bảng bản đấu điện có kể đến tổn thấy truyền động khớp, đai, …
L công nén của máy nén
Ƞ tổn thất năng lượng trong máy nén là ≈ 0,59 đối với hệ thống lạnh này
Ndc = 2,1× L
0,59= 2,1 × (26,38/0,59) = 93,9 kw
Thiết kế tủ đơng gió năng suất 1500 Kg/mẻ để cấp đơng thịt bị
Chương 5. TÍNH THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT VÀ THIẾT BỊ PHỤ
Chương này ta tính chọn các thiết bị cho hệ thống: - Thiết bị ngưng tụ
- Thiết bị bay hơi - Bình tách dầu - Bình trung gian - Bình tách khí khơng ngưng - Tháp giải nhiệt - Bình chứa cao áp - Bình chứa hạ áp - Bình hồi nhiệt 5.1. Tính chọn thiết bị ngưng tụ 5.1.1. Lựa chọn thiết bị
Chọn thiết bị ống chùm nằm ngang có nước làm mát tuần hồn. Bởi vì loại thiết bị này có phụ tải nhiệt khoảng 4500÷5500 W/m2 nên nó ít tiêu hao kim loại, thiết bị gọn nhẹ, chắc chắn, làm mát bằng nước nên ít phụ thuộc vào sự thay đổi của thời tiết và nhiệt độ ngưng tụ thấp nên năng suất lạnh cao, dễ vệ sinh về phía nước làm mát
5.1.2. Cấu tạo
Chú thích: 1. Áp kế 2. Van an toàn
3. Đường vào hơi cao áp 4. Đường cân bằng
5. Đường dự trữ hoặc đường xả khí khơng ngưng 6,8. Đường xả khí và xả bẩn về phía nước làm mát 7. Nắp bình là nắp phẳng
9. Đường ra của lỏng cao áp 10. Các ống trao đổi nhiệt
11, 12. Đường vào và ra của lỏng cao áp
5.1.3. Nguyên lý làm việc
Hơi cao áp đi vào bình ngưng từ phía trên theo đường 4, chiếm đầy khơng gian thể tích bình. Tại đây nó nhả nhiệt cho nước làm mát chuyển động cưỡng bức bên trong ống, ngưng tụ thành lỏng qua đường 10 đi ra ngồi.
5.1.4. Tính chọn thiết bị ngưng tụ
Phụ tải nhiệt của thiết bị ngưng tụ:
Qk= QkCĐ+ QkTĐ = 85,56 + 14,82 = 100,38kw (5.1) Lấy phụ tải nhiệt:
qF = 3600 w/ m2
Diện tích bề mặt truyền nhiệt F
Theo cơng thức (8-4) trang 216 tài liệu [1] Fk = Qk
qF =100,38×103/3600 =27,88 ≈ 28 m2 (5.2) Theo bảng 8-3, trang 204 tài liệu [1] ta chọn bình ngưng với các thơng số:
Bảng 5.1 Thơng số bình ngưng Ký hiệu Ký hiệu Diện tích bề mặt ngồi,m2 Đường kính ống vỏ, mm Chiều dài ống, m Số ống Tải nhiệt max, kw Số lối KTP-25 30 404 1,5 135 105 4
5.2. Tính chọn thiết bị bay hơi
Thiết kế tủ đơng gió năng suất 1500 Kg/mẻ để cấp đơng thịt bị
Chọn dàn bay hơi đối lưu cưỡng bức
5.2.2. Cấu tạo
Hình 5.2 Dàn bay hơi Chú thích: Chú thích:
1- Đường vào của lỏng môi chất.
2- Búp chia để phân phối lỏng vào dàn, có bao nhiêu dàn thì búp chia có bấy nhiêu lỗ. Búp chia thường đặt thẳng đứng như hình vẽ để phần phối đều cho các dàn thông qua các lỗ chia.
3- Các ống chia: phải có độ dài bằng nhau và tránh sai lệch trở kháng cục bộ. 4- Các ống trao đổi nhiệt, dùng ống đồng trơn. Chiều dài vỉ dàn tối đa 20m. 5- Ống góp dưới.
6- Bẫy dầu: khi dầy đầy bẫy dầu sẽ được hút về máy nén. 7- Đường ra của hơi hạ áp.
8- Vách bao che. 9- Quạt gió.
5.2.3. Nguyên lý làm việc
Đây là thiết bị hay hơi kiểu khơng ngập làm lạnh chất khí chuyển động cưỡng bức bên ngồi ống
Lỏng Freon tiết lưu vào dàn từ phía trên nhờ búp chia và các ống chia, được chia đều cho các ví ống vào trong thiết bị trao đổi nhiệt nhận nhiệt cuae chất khí chuyển động đối
lưu cưỡng bức bên ngoài ống, khi đi đến đoạn cuối vỉ được hố hồn tồn thành hơi theo ống góp dưới ra ngồi.
Phụ tải nhiệt: qF = 170 ÷ 340 w/m2
5.2.4. Tính chọn thiết bị bay hơi
Phịng cấp đơng: chính là tủ cấp đơng
Năng suất lạnh của thiết bị bay hơi: Q0= 55,32kw Chọn phụ tải nhiệt của thiết bị bay hơi: qF = 300 w/m2
Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt:
F= Q0/qF = 55320/ 300 = 184,4 m2 (5.3) Tra bảng 8-14 trang 251 tài liệu [1] ta chọn 5 dàn quạt kiểu 2B020
Diện tích bề mặt ngồi: 20 m2 Tải nhiệt khi △t = 10k, w Số lượng quạt: 8
Công suất quạt: 100 w
Kích thước phủ bì, mm: 630×765×465
5.3. Các thiết bị phụ
5.3.1. Bình chứ cao áp
❖ Mục đích:
- Để cấp lỏng ổn định cho van tiết lưu.
- Để chứa lỏng môi chất từ các thiết bị khác về khi sửa chữa hệ thống. Vị trí: đặt sau thiết bị ngưng tụ và trước van tiết lưu
❖ Cấu tạo:
Thiết kế tủ đơng gió năng suất 1500 Kg/mẻ để cấp đơng thịt bị
Chú thích:
1. Áp kế, dưới áp kế có ống xiphơng để chống rung cho kim áp kế.
2. Van an tồn, dưới van an tồn có van chặn để cơ lập khi sửa chữa hoặc khi van an tồn mất tác dụng.
3. Đường vào của lỏng cao áp.
4. Đường cân bằng với thiết bị ngưng tụ để lỏng từ bình ngưng chảy xuống bình chứa dễ dàng.
5. Đường dự trữ hoặc làm đường xả khí khơng ngưng. 6. Ống thuỷ sáng để quan sát mức lỏng trong bình. 7. Đường ra của lỏng cao áp.
❖ Tính tốn bình chứa cao áp:
Ta chọn hệ thống lạnh môi chất Freon chảy từ trên xuống nên thể tích chứa được tính theo cơng thức 8 -13, trang 260, tài liệu [1] ta có:
VCA = Vd
0,5×1,2 = 0.72×Vd (5.4) Với: Hệ số an tồn là 1,2
VCA: Thể tích bình chứa cao áp Vd: Thể tích hệ thống dàn bay hơi
Đối với dàn bay hơi Freon, chọn ống đồng đường kính là 0,018 m, dày 0,001m (trang 251 tài liệu [1] => đường kính ngồi của ống là d = 0,019 m.
Chọn số ống trong dàn là 12, mỗi ống dài 2,5 m => Tổng chiều dài của các ống là: L = 12 × 2,5 × 18 = 540 m. Thể tích hệ thống dàn bay hơi: Vd =2×Π×d×L 4 =Π×0,019×540 4 =0,15 m3 (5.5) Suy ra: VCA = 0,72 ×0,15 =0,11 m3
Chọn bình chứa cao áp nằm ngang theo bảng 8-17 trang 264 tài liệu [1], ta chọn bình 0.4PB với các thơng số:
Thể tích bình V= 0,4 m3
Đường kính ngồi Da= 800 mm Chiều dài L = 3620 mm
Chiều cao H = 570 mm
❖ Mục đích:
Để tách dầu ra khỏi luồng hơi nén của môi chất nhằm tránh dầu đến bám bẩn các bề mặt truyền nhiệt của các thiết bị trao đổi nhiệt như thiết bị ngưng tụ, thiết bị bay hơi làm cản trở q trình truyền nhiệt.
Vị trí của bình tách dầu: đặt sau máy nén và trước bình ngưng tụ
❖ Cấu tạo
Hình 5.4 Bình tách dầu Chú thích:
1,3-Đường vào và ra của hơi cao áp. 2-Van an tồn.
4-Các nón chắn dầu. 5-Miệng phun ngang. 6-Van phao.
7-Đường xả dầu.
Tính tốn bình tách dầu
Chỉ tính chọn bình tách dầu kiểu khơ cho máy nén 2 cấp Đường kính ống: theo tài liệu [2] trang 123 ta có:
Thiết kế tủ đơng gió năng suất 1500 Kg/mẻ để cấp đơng thịt bị
d=√4Vh
πϖ (5.6) Trong đó:
:tốc độ mơi chất ở ống nối vào bình tách dầu
Chọn = 18 [m/s] (theo tài liệu [2] trang 123) Vh: thể tích thực tế của mơi chất ra khỏi máy nén Đối với bình tách dầu dùng cho tủ cấp đơng: VhCĐ= G×V4 = 0,522×0,017 = 8,874×10-3 m3/s dCĐ = √4×8,874×10-3
π×18 = 0,025 m Chọn 1 bình loại bình 65-MO.
65: chỉ đường kính ống nối vào đầu đẩy máy nén; MO: chỉ loại bình
5.3.3. Thiết bị tách khí khơng ngưng
❖ Mục đích:
Nhằm loại khí khơng ngưng ra khỏi thiết bị ngưng tụ để tăng diện tích trao đổi nhiệt
❖ Cấu tạo:
Hình 5.5 Thiết bị tách khí khơng ngưng Chú thích:
2- Đường vào của hỗn hợp khí khơng ngưng và hơi cao áp. 3 -Đường lỏng cao áp tiết lưu vào ống trong.
4- Đường tiết lưu của lỏng cao áp ngưng tụ. 5 -Đường xả khí khơng ngưng.
❖ Nguyên lí làm việc:
Hỗn hợp hơi cao áp và khí khơng ngưng từ thiết bị ngưng tụ qua bình chứa cao áp được đi vào không gian giữa hai ống nhả nhiệt cho môi chất lạnh là lỏng cao áp tiết lưu vào trong ống trong (3). Hơi cao áp được ngưng lại thành lỏng chảy xuống dưới và qua