Hiện nay cĩ nhiều loại máy nén lạnh: Máy nén piston, máy nén roto, máy nén trục vít, máy nén tuabin . . .Chúng ta chỉ tập trung nghiên cứu loại máy nén quan trọng nhất: Máy nén piston.
6.1/ Phân loại máy nén Piston : 1. Theo năng suất lạnh :
- Loại nhỏ Q0 ≤ 3,5 KW - Loại nhỏ vừa Q0 = 3,5 ÷ 23 KW - Loại trung Q0 = 23 ÷ 105 KW - Loại lớn Q0 ≥ 105 KW
2. Theo mơi chất lạnh: Máy nén NH3, R12, R22. . .
3. Theo số xilanh của máy nén : Máy nén 1,2,4,6,8,12 xilanh 4. Theo cấp nén : Máy nén 1cấp, 2cấp, 3cấp
5. Theo hướng chuyển động của hơi mơi chất trong xilanh
+ Máy nén thuận dịng (dịng thẳng) : dịng hơi khơng đổi hướng khi qua xilanh, hơi được hút vaị ở thân máy hoặc thân xilanh Clapê hút đặt trên đỉnh Pittơng và Clapê đẩy đặt trên tấm nắp xilanh.
+ Máy nén ngược dịng (dịng khơng thẳng) : dịng hơi chuyển hướng khi hút vào và đẩy ra khỏi xilanh. Clapê hút và đẩy đều bố trí trên nắp xilanh.
6. Theo cách sắp xếp và bố trí xilanh : + Máy nén thẳng đứng
+ Máy nén nằm ngang + Máy nén hình chữ V + Máy nén hình chữ W ...
7. Theo phương pháp giữ kín khoang trong của máy nén:
+ Máy nén kín : Máy nén và động cơ nằm chung trong một vỏ được hàn kín với nhau để dảm bảo cĩ độ kín tuyệt đối. Cơng suất nhỏ ( ≤ 10 KW )
+ Máy nén nữa kín : Động cơ nằm chung vỏ của đế lắp động cơ và mặt bích được siết chặt với vỏ máy bằng bulơng. Động cơ truyền chuyển động trực tiếp đến trục khuỷu máy nén, khơng cĩ chi tiết chuyển động nhơ ra khỏi máy nén.
+ Máy nén hở : Máy nén và mơtơ đặt riêng re,ỵ đầu trục của trục khuỷu nhơ ra khỏi cacte để nhận truyền đơng từ động cơ qua đại truyền hoặc khớp nối. Phải cĩ cụm bịt kín đầu trục để khơng cho mơi chất rị rỉ ra ngồi và khơng cho khí lọt vào hệ thống.
8. Theo số mặt làm việc của Pittơng : - Tác dụng đơn : nén hơi trên một mặt
- Tác dụng kép : máy nén cĩ con trượt dẫn hướng piston nén hơi theo cả 2 mặt
9. Theo cấu trúc của phần gắn xilanh với thân máy: - Liền khối : Cơng suất nhỏ
- Đúc rời : Cơng suất vừa và lớn
6.2/ Các dạng cấu tạo của máy nén Piston : 6.2.1/ Máy nén thuận dịng và ngược dịng :
Thường là máy nén cỡ trung bình và lớn. Hơi mơi chất đi vào ở phần giữa của xilanh,khi Pittơng đi xuống, hơi tràn vào khoang giữa Pittơng rồi qua Clapê hút tràn vào xilanh. Clapê hút số đặt ngay trên nĩc Pittơng. Khi Pittơng vượt qua điểm chết dưới để đi lên trên, do lực quán tính Clapê hút đĩng lại, hơi được nén lên áp suất cao rồi đẩy ra ngồi qua van đẩy bố trí trên nắp trong của xilanh. Vậy dịng mơi chất khơng đổi hướng khi qua xilanh.
+ Ưu điểm :
- Khơng cĩ tổn thất do trao đổi nhiệt giữa khoang hút và khoang đẩy,hơi hút về tránh bị quá nhiệt,giảm đươcj nhiệt độ cuối tầm nén và cơng nén .
-Tiết diện lưu thơng dịng khí lớn,gần gấp đơi,nên giảm được trở lực. - Clapê hút đĩng, mở theo lực quán tính nên giảm được trở lực. + Nhược :
- Clapê hút đặt trên đỉnh pittơng làm khối lượng Piston lớn nên máy khơng cĩ số vịng quay lớn ( n≤ 1200 vịng/ phút ) → kết cấu cồng kềnh .Nên cĩ kích thước lớn.
b) Máy nén ngược dịng :
Clapê hút và đẩy được bố trí trên nắp xilanh, phía trên nắp xilanh được chia thành 2 khoang hút và đẩy riêng biệt.
+Ưu : Clapê hút khơng bố trí trên đầu Piston nên Piston rất đơn giản, gọn nhẹ → giảm được lực quán tính và tăng tốc độ đến 3000 ÷ 3600 v/ph → kết cấu
gọn nhẹ.
- Cĩ sự trao đổi nhiệt giữa khoang hút và khoang đẩy. 6.2.3/ Máy nén hở, nữa kín và kín :
a) Máy nén hở :
- Máy nén và động cơ đặt rời.truyền động với nhau bằng khớp nối hoặc dây cuaroa.
- Buli hoặc dây cuaroa khơng chỉ làm nhiệm vụ truyền chuyển động cho trục khuỷu mà cịn làm nhiệm vụ của một bánh đà giúp Piston vượt qua các điểm chết.
+ Ưu điểm :
- Cĩ thể điều chỉnh vơ cấp năng suất lạnh nhờ điều chỉnh vơ cấp tỷ số đai truyền.
- Bảo dưỡng và sữa chữa dễ dàng, tuổi thọ cao, dễ gia cơng chế tạo.
- Động cơ khơng tiếp xúc với mơi chất cho nên cĩ thể dùng với bất kỳ loại mơi nào.
- Dùng cho tất cả các dãi cơng suất ,cĩ thể sử dụng động cơ điện, động cơ điezen hoặc động cơ nổ nên thuận tiện cho những nơi khơng cĩ điện hoặc lắp đặt trên các phương tiện giao thơng.
+ Nhược :
- Do cĩ một đầu trục khuỷu thị ra ngồi nên dễ bị rị rỉ ở đầu trục này,yêu cầu phải cĩ 1 bộ đệm kín rất phức tạp,cĩ độ tin cậy khơng cao hạn chế số vịng quay của máy nén(≤ 1200 vịng/ phút).
- Chế tạo phức tạp, cồng kềnh b) Máy nén nữa kín :
- Thường là máy nén ngược dịng, cĩ cơng suất nhỏ, trung bình.
- Động cơ được gắn vào máy nén bằng mặt bích,trục của động cơ cũng là trục khuỷu của máy nén.
+ Ưu điểm :
- Do trục khuỷu lắp trực tiếp vào rơtơ, khơng cĩ cụm bịt kín đầu trục nên tốc độ vịng quay đạt tới gần 3000 V/ph (50 Hz), 3600 V/ph (60 Hz).
- Động cơ được làm mát bằng mơi chất lạnh hút về máy nén,nên tăng được độ bền và giảm tổn thất của động cơ
- Kích thước máy nhỏ gọn. + Nhược điểm :
- Máy nén nữa kín và kín chỉ sử dụng cho mơi chất Freon, vì mơi chất NH3 dẫn điện, động cơ nhất thiết khơng được tiếp xúc với NH3.
- Do trục khuỷu vừa là động cơ nên một đầu trục phải gắn với roto, vì vậy roto khơng được quá lớn để tránh hỏng đầu trục,vì vậy máy nén này chỉ dùng cho cơng suất nhỏ,nhỏ và nhỏ vừa.
c) Máy nén kín :
- Tồn bộ máy nén và động cơ được lắp trong vỏ hàn kín nên máy làm việc với tốc độ rất cao, khối lượng và kích thước nhỏ, khơng ồn.
- Cĩ nhiều cách bố trí xilanh nằm ngang hay thẳng đứng, động cơ nằm trên hay ở dưới máy nén .
- Thân máy nén và xilanh đúc liền thường bằng gang xám để chống mài mịn.
- Piston bằng thép khơng cĩ xecmăngnên địi hỏi phải gia cơng chính xác. - Cơ cấu van hút và đẩy được lắp trên nắp trong của xilanh, nắp ngồi tạo 2 khoang hút và đẩy riêng biệt
- Dầu bơi trơn được đảo lộn do tác dụng của lực ly tâm khi trục quay. - Hơi mơi chất trước khi vào khoang hút nĩ đi qua làm mát động cơ. + Ưu điểm :
- Do trục khuỷu lắp trực tiếp vào rơtơ, khơng cĩ cụm bịt kín đầu trục nên tốc độ vịng quay đạt tới gần 3000 V/ph (50 Hz), 3600 V/ph (60 Hz).
- Động cơ được làm mát bằng mơi chất lạnh hút về máy nén,nên tăng được độ bền và giảm tổn thất của động cơ
- Kích thước máy nhỏ gọn. + Nhược điểm :
- chỉ dùng cho frêon R12 (vì R12 khơng dẫn điện được ở thể hơi và nước - Do động cơ của máy nén đặt trong vỏ kín,u cầu phải cĩ độ tin cậy cao.Giảm được 1 số chi tiết dễ hư như xecmăng chỉ dùng máy nén cĩ cơng suất nhỏ và rất nhỏ
6.3/ Chi tiết của máy nén Piston : 6.3.1/ Thân máy :
- Thân máy là giá đỡ các bộ phận khác của máy nên phải cĩ độ ổn định lớn, đủ nặng và bền.
-Phía trên thân máy,để làm mát xilanh thì cĩ cánh tản nhiệt hoặc áo nước -Do NH3 cĩ nhiệt độ cuối tầm nén cao,nên cácnh tản nhiệt thường chỉ dùng cho frêon,coin áo nước dùng cho cả hai
- Vật liệu thân máy loại lớn là gang xám cịn trong tủ lạnh gia đình và trên các phượng tiện giao thơng thường đúc bằng hợp kim nhơm để giảm bớt khối lượng.
6.3.2/ Xilanh :
- Xilanh cĩ thể đúc liền hoặc rời với thân hoặc đúc rời.
- Vật liệu làm xilanh là gang xám, mặt trong được doa bĩng từ ∆ 8 ÷ ∆10 . - Đối với máy nén ngược dịng, xylanh là ống trụ bình thường cịn đối với máy nén thuận dịng, xilanh cĩ lỗ ở trên thành để hơi hút vào.
6.3.3/ Piston : cĩ 2 loại
+ Piston khơng thủng : dùng trong máy nén ngược dịng. + Piston thủng : dùng trong máy nén thuận dịng.
12 2
3
4
5
* Để giảm bớt trọng lượng Piston được làm rỗng bên trong và khĩa lổ ở bên hơng
1:pittơng
2:Rãnh để gắn xécmăng
3:Lổ khoét ở thân để giảm khối lượng 4:Lổ gắn ắc,nối giữa pittơng và tay biên 5:Các pittơng cấy để gắn clapê hút
- Piston được chế tạo từ gang xám cĩ chất lượng cao hoặc bằng hợp kim nhơm.
- Để giảm tổn thất do rị rỉ, bề mặt tiếp xúc với xilanh được làm kín bằng các xecmăng.khi đĩ khe hở giữa pittơng và xilanh là δ= 0.001d.
d
δ
- Khe hở giữa xilanh và Piston = 0,001x d( đường kính lổ xilanh ).
- Đối với Piston cĩ điều kiện ≤ 50 mm(nhất là trong máy nén kín), khơng cần vịng xecmăng nhưng phải cĩ các rảnh nhỏ để dẫn dầu bơi trơn, khe hở giữa Piston và xilanh yêu cầu chính xác hơn
δ = 0,0003 x d.
6.3.4/ Xecmăng :
Xecmăng gồm 2 loại : bịt kín và dầu a) Xecmăng bịt kín :
- Cĩ nhiệm vụ bịt kín xécmăng và piston ,thường lắp từ 2 ÷ 4 chiếc trong một
Piston. Mặt ngồi của xecmăng phải tì sát vào thành xilanh bởi lực đàn hồi của vật liệu xecmăng, đồng thời 2 thành bên của nĩ phải ⊥ đường sinh của xilanh.
Khi lắp phải xoay để khe đứt của các xecmăng lệch ngang một gĩc 900, cĩ như vậy mới đảm bảo bịt kín tốt lúc máy làm việc.
- Xecmăng cĩ dạng hình vành khăn, khe đứt của xecmăng cĩ thể là thẳng, xiên gĩc hoặc gấp khúc.
- Cấu tạo đơng giản : thẳng → xiên → gấp khúc
- Độ kín kém nhất là khĩa thẳng → xiên → gấp khúc nhưng thực tế thường dùng thẳng và xiên vì dễ chế tạo.
- Khi chưa lắp vào xilanh, đường kính của nĩ lớn hơn xilanh; khi lắp khe hở của khe đứt xecmăng phải cịn khoảng 0,004 ÷ 0,007 đường kính Piston để bù giãn nở nhiệt. Tiết diện ngang của xecmăng bịt kín là hình chữ nhật
- Vật liệu: Gang xám cĩ độ dàn hồi cao,mặt ngồi được làm bĩng từ cấp 8 đến cấp 10.
- Riêng xecmăng trên cùng phải khác vi nĩ chịu nhiệt độ cao, độ chính xác của nĩ ảnh hưởng đến hệ số tổn thất thể tích của máy nén.
b) Xecmăng dầu :
Xecmăng dầu khác với xecmăng bịt kín ở chổ tiết diện ngang của nĩ là hình thang và cĩ lổ dẫn dầu, xecmăng dầu được lắp ở phần dưới của Piston khi lắp chú ý để cho mặt vát về phía đầu Piston cĩ như vậy thì việc xoa dầu mới bảo đảm. Khi Piston chuyển động lên thì dầu được đẫy lên và bơi đều trên thành xilanh cịn lúc chuyển động xuống thì cạnh sắt của xecmăng gạn bớt lớp dầu và xoa đều lên thành xylanh
13 3 4 1: xylanh 2: piston 3:xécmăng dầu 4:Lổ dẫn dầu 6.3.5/ Clapê hút và đẩy :
Clapê hút và đẩy làm việc tự động theo hiệu áp suất trong quá trình hút đẩy. Tổn thất trong máy nén phụ thuộc lớn vào cấu tạo và khả năng làm việc của các Clapê
Các yêu cầu của Clapê :
1. Lỗ thơng của van phải đủ lớn, đảm bảo cho mơi chất đi qua dễ dàng,giảm trở lực.
2. Khi đĩng phải đảm bảo kín.
3. Kết cấu van khơng tạo nhiều khơng gian chết cho xilanh
Cấu tạo của các van rất đa dạng, nhưng mỗi loại đều cĩ các bộ phận chính như : đĩa van, lá van, các rãnh cĩ hơi đi qua
Các Clapê cĩ 2 loại : - Loại 1 : lá van đàn hồi .
- Loại 2 : lá van cĩ lị xo trợ lực, van hút thường khơng cĩ lá van cĩ thể là hình trịn, hình chữ nhật hoặc hình vành khăn với độ dày 0,2 ÷ 2,5 mm.
-Đĩa van cũng cĩ thể là hình trịn, hình bầu dục và trên đĩa xĩ rãnh để cho hơi đi qua và cĩ lổ để gắn hoặc giữ các lá van
43 3
1 2
1: Rãnh cho hơi đi qua (lổ trịn) 2: Đĩa van(dạng hình trịn)
3: Lá van(Hình trịn hình vành khăn)
4: Ống lịng để giử lá van chuyển động theo chiều thẳng đứng
43 3
12 2
1: Rãnh cho hơi đi qua
2: Đĩa van(dạng hình bầu dục)
3:Lá van(Hình trịn hình và cĩ tính đàn hồi) 4:Vít gắn lá van vào đĩa van
-Lá van làm bằng gang xám chất lượng cao,độ dày từ (0,2→2,5)mm. Tuối thọ của lá van : khoảng 10.000h đối với máy cĩ cơng suất nhỏ cịn trong máy nén lớn thì tuổi thọ lá van thấp hơn khoảng 3000h
-Để tránh khí trong khoan đẩy về lại xilanh.Yêu cầu lá van đẩy,đĩng lại rất nhanh.Muốn vậy lá van đẩy thường được lắp thêm lị xo trở lực
-Clapê đẩy khơng được gắn chặc trên nắp xilanh mà được giữ bằng lị xo an tồn.Mục đích để khi máy bị lỏng hĩa hơi,giản nở,áp súat tăng lên đột ngột thắng được lực nén của lị xo .Clapê đẩy được nâng lên,thĩat nhanh khí ra ngồi.
6.3.6/ Trục khuỷu :
Trục khuỷu là trục chính của máy nén. Đối với máy nén cĩ cơng suất trung bình, vừa và lớn. Một đầu trục khuỷu được gắn với động cơ hoặc bộ truyền động của động cơ, đầu kia được lắp với bơm dầu bơm dầu. Đối với máy nén nhỏ ( kín )
thí đầu cịn lại của trục khuỷu chỉ gắn với ổ đỡ nhưng cĩ thêm bánh tát để tác dầu bơi trơn.
Trục được lắp 2 ổ đỡ cĩ thể là ổ lăn hay ổ trượt. Đoạn giữa 2 ổ đỡ được lắp một hoặc nhiều tay biên phụ thuộc vào số lượng xilanh. Trong trục được khoan lỗ và rãnh để dầu chảy đến bơi trơn các bộ phận chuyển động.
Trong trường hợp trục khuỷu dài quá người ta lắp thêm ổ tựa để tránh hỏng trục
Trục khuỷu thường cĩ 1( đối với máy nén nhỏ ) hoặc 2 khuỷu lệch nhau 1800 trên trục khuỷu cĩ đối trọng giữ cân bằng mơnen quay
Trục khuỷu được chế tạo từ thép 40X bằng phương pháp rèn hoặc dập ( loại nhỏ )
6.3.7/ Đệm trục : ( cụm bịt kín cổ trục )
Đệm trục ( trong máy nén hở ) cĩ nhiệm vụ ngăn khơng cho mơi chất rị rỉ ra ngồi khi áp suất trong máy dương và khơng cho khơng khí lọt vào khi áp suất trong máy chân khơng.
Đệm trục khơng nên cĩ kết cấu phức tạp q và phải ít tồn hao cơng suất do ma sát.
Cấu tạo của đệm trục rất đa dạng : đệm trục bằng vịng kim loại, vịng chì, đệm trục cĩ lị xo và màng đàn hồi, đệm trục vịng ma sát trong dầu nhưng phổ biến là loại vịng ma sát trong dầu.
a) Cấu tạo bộ đệm vịng ma sát trong dầu:
6 7 7 8 9 10 11 12 1 2 3 Pd 4 1. Trục khuỷu 2. Ổ đở 3. Thân máy 4. Đường dẫn dầu 5. roan 6. Nắp trục khuỷu 7. (13) các vịng xu “0” 8. Bạc sitúc 9. lị xo
10.Chốt 11.Vịng vus 12.Khĩa seclip b) Nguyên lý làm việc :
Hơi mơi chất cĩ thể rị rỉ ra ngồi theo 4 đường:
- Đường 1: Giữa thân máy 3 và nắp máy 6 , được làm kín bằng roăn 5.
- Đường 2: Giữa bạc situp 8 và nắp 6 , giữa trục 11 và trục khuỷu 1. Được làm kín bằng các vịng su 7 và 13. Để bảo vệ các vịng su thì bề mặt trên phải được đứng yên tương đối với nhau bằng chốt 10 và khĩa 12.
- Đường 3: Giữa ổ trục 11 và bạc situp 8, do đây là 2 vịng ma sát trong dầu nên được làm kín. Để chúng tiếp xúc tốt với nhau thì nhờ vao lực của lị xo 9.
*Ưu và nhược điểm :
- Ưu: Cĩ độ tin cậy cao và làm kín tốt so với các loại đệm trục khác.