4.1. Chọn môi chất và môi trường giải nhiệt
4.1.1. Chọn môi chất lạnh
Ở đây ta chọn môi chất R134a cho tủ cấp đơng vì R134a có các đặc điểm sau: CTHH: CH2F-CF
Tên gọi: Tetrafloetan Ưu điểm: Ưu điểm:
- Độ ổn định cao
- Khơng ăn mịn kim loại
- R134a là môi chất bền vững về mặt hóa học - Ít độc hại
- Không gây nổ, tuy nhiên ở nhiệt độ cao R134a phân hủ thành chất cực kì độc hại như HF. Do đó nghiêm cấm các vật liệu có nhiệt độ bề mặt cao trong phịng máy - Không gây cháy
- Khơng hịa tan được nước, do đó có thể tách nước ra khỏi R134a bằng các chất hút ẩm thông thường
- Khi rị rỉ khơng làm hỏng các sản phẩm cần bảo quản lạnh - Không gây hại cho môi trường ( tầng ozone )
- Dễ kiếm dễ tìm Nhược điểm:
- Độc hại
- Hiện tại còn đắt tiền
- Khi rị rỉ khó phát hiện: R134a khơng màu, khơng mùi, khơng vị
- Độ nhớt rất nhỏ, nhỏ hơn khơng khí nên R134a có thể rị rỉ qua các khe hở mà khơng khí khơng đi qua được, độ nhớt R134a lớn hơn nitơ nên thử kín phải dùng nitơ khơ
4.1.2. Chọn môi trường giải nhiệt
Chọn môi trường giải nhiệt là nước tuần hồn qua tháp giải nhiệt vì so với khơng khí thì giải nhiệt bằng nước có những ưu điểm sau:
- Hệ số toả nhiệt cao hơn giải nhiệt tốt hơn, nhanh hơn - Ít chịu ảnh hưởng của thời tiết
4.2. Thông số
Thiết kế tủ đơng gió năng suất 1500 Kg/mẻ để cấp đơng thịt bị
Q0MN =∑Q0×k
b (4.1)
Với:
K: là hệ số kể đến tổn thất lạnh trên đường ống và các thiết bị trong hệ thống lạnh. Theo trang 92 tài liệu [1], đối với nhiệt độ cấp đông 𝑡𝑓 = -18 0C nên bằng phương pháp nội suy ta có, k = 1,058
b: hệ số kể đến thời gian làm việc ngày đêm của kho lạnh. Dự tính kho làm lạnh làm việc khoảng 22h/ngày đêm ➔chọn b=0,9 theo trang 92 tài liệu [1]
vậy công suất lạnh yêu cầu của máy nén là: Q0MN= 47,06×1,058
0,9 = 55,32 kw
Năng suất làm lạnh yêu cầu máy nén Q0MN= 55,32 kw Nhiệt độ đối tượng cần làm lạnh: t = - 18 0C
Chọn môi trường giải nhiệt là nước tuần hoàn qua tháp giải nhiệt: Nhiệt độ nước khi vào bình là
tw1 = tư + (3 ÷ 4) 0C (4.2) Với 𝑡ư là nhiệt độ nhiệt kế ướt của khơng khí được tra theo đồ thị i-d với 𝑡𝑛 = 37,7 0C và độ ẩm φ= 77%, ta có tư ≈ 32 0C
tw1 = 32 + (3 ÷ 4)0C = 36
tw2 = tw1 + (2 ÷ 6)0C (4.3)
Ta chọn bình ngưng ống chùm nằm ngang nên tw2 = tw1 + 5 0C = 36 + 5 = 41
Chọn nhiệt độ ngưng tụ: 𝑡𝑘 tw= tw1+ tw2
2 =36+412 = 38,5 (4.4)
tk = tw+ (4-10) 0C = 38,5 + 4,5 = 43 (4.5) Chọn vì mơi trường làm mát là nước. Tra bảng hơi bão hồ R134a ta có áp suất ngưng tụ pk =11 bar
Chọn nhiệt độ bay hơi
𝑡0 = tf – (4 ÷ 10) 0
C = -18 – 7 = -25 0C
Tra bảng bơi bão hồ R134a ta có áp suất bay hơi p0 = 1,05 bar
4.3. Tính tốn chu trình 4.3.1. Chọn cấp của chu trình 4.3.1. Chọn cấp của chu trình π=pk po= 11 1,05=10,5<13 (4.6)
Tuy nhiên hệ thống làm lạnh tới -180C nên ta chọn 2 cấp nén để quá trình tiết lưu dễ dàng, nâng cao hiệu quả làm lạnh
Vậy chọn chu trình máy nén 2 cấp, với áp suất trung gian:
Ptg = √pk×p0 = √11×1,05 = 3,39 bar (4.7) Tra bảng hơi bão hoà R134a với áp suất 3,39 bar ta được ttg = 4,2 0C
4.3.2. Chọn kiểu chu trình
Chọn chu trình cho phịng cấp đơng là chu trình máy lạnh 2 cấp làm mát trung gian hồn tồn bình trung gian (BTG) có ống trao đổi nhiệt. Bởi vì do trở lực của hệ thống dàn bay hơi trong phịng cấp đơng khá lớn. Nếu dùng BTG làm mát hồn tồn thì mơi chất cấp cho thiết bị ngưng tụ là ở áp suất trung gian không đủ lớn để đủ trở lực cấp đủ lỏng cho thiết bị bay hơi làm giảm công suất của thiết bị bay hơi, ảnh hưởng đến hiệu suất của chu trình. Do đó ta chọn chu trình máy lạnh 2 cấp dùng BTG có ống trao đổi nhiệt.
4.3.3. Chọn nhiệt độ quá nhiệt, quá lạnh
Nhiệt độ quá lạnh tql = 35 0C
Đối với máy nén sử dụng môi chất freon do nhiệt độ cuối tầm nén thấp nên độ quá nhiệt hơi hút có thể chọn rất cao. Trong các máy nén freon, độ quá nhiệt hơi hút đạt được trong thiết bị hồi nhiệt.
Với môi chất freon R134a, độ quá nhiệt hơi hút t = -25 + 25 = 0 0C
4.3.4. Xây dựng đồ thị và lập thông số các điểm nút
Hình 4.1 Sơ đồ nguyên lý của chu trình lạnh 2 cấp sử dụng thiết bị hồi nhiệt nhiệt
Thiết kế tủ đơng gió năng suất 1500 Kg/mẻ để cấp đơng thịt bị
Hình 4.2 Đồ thị T-s
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 Thông 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) Công 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) Công 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 thông số của chu trình lạnh tiêu chuẩn: Tỉ số Điểm Trạng Thái t [℃] p [bar] v [m3/kg] i [kJ/k]
1’ Bão hồ khơ -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 Mơi 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 thơng 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 tồn là 2,1
Ndc =2,1 ×Nel = 2,1×L
ƞ
Với 𝑁𝑒𝑙 là công 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 công 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 mơi 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