BÀI 2 : THIẾT KẾ LẮP ĐẶT SƠ BỘ HỆ THỐNG MÁY LẠNH
10. BỐ TRÍ CỤM MÁY NÉN, THIẾT BỊ VÀ VẼ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ
3.2. Chọn các thiết bị phụ khác cho hệ thống
3.2.1 Chọn bơm nước và bơm nước muối
Để tuần hoàn nước và nước muối trong hệ thống lạnh, cần phải sử dụng bơm
ly tâm.
Khi chọn bơm nước để làm mát bình ngưng hoặc bơm nước, bơm nước muối cho hệ thống tuần hoàn nước và nước muối trước hết cần xác định hai đại lương cơ bản đó là năng suất của bơm và cột áp.
- Năng suất bơm: Năng suất bơm hay lưu lượng là lượng môi chất chuyển động qua máy trong một đơn vị thời gian. Tuỳ thuộc đơn vị đo có lưu lượng thể tích, lưu lượng khối lượng, lưu lượng trọng lượng.
𝑉 = 𝜌 𝑄0
𝑛. 𝐶𝑛. ( 𝑡𝑛2 − 𝑡𝑛1)
V –Năng suất bơm. m3/s
ρn –mật độ nước muối kg/m3
tn1, tn2 –nhiệt độ nước muối vào và ra khỏi bình bay hơi, 0C
Q0 –Năng suất lạnh bình bay hơi
- Cột áp: Cột áp bơm cịn được gọi là chiều cao áp lực hay lượng tăng năng lượng của chất lỏng khi đi từ miệng hút lên đến miệng đẩy của bơm và thường được tính bằng mét cột áp chất lỏng.
62
H = Hh + Hđ + hh + hđ
Hh, Hđ–chiều cao hút và chiều cao đẩy
hh, hđ–tổn thất áp suất trên đường ống hút và đường ống đẩy
Trường hợp bơm được đặt ở dưới mức lỏng thì chiều cao đẩy mang dấu dương còn chiều cao hút mang dấu âm.
Để các mũi phun nước trong tháp giải nhiệt làm việc bình thường, tổn thất áp suất trên đường đẩy phải cộng thêm giá trị trở lực của vòi phun hf.
hf = (0,5 ÷ 0,8).105, N/m2
hf = 0,5 ÷ 0,8 bar
- Công suất yêu cầu: Công suất của bơm xác định theo biểu thức
𝑁 = 𝜂. 1000𝑉. 𝐻
N: công suất yêu cầu, kW
V: Năng suất bơm (lưu lượng) m3/s
H: Tổng trợ lực Pa
η: hiệu suất bơm, đối với bơm nhỏ η = 0,6 ÷0,7; bơm lớn η = 0,8 ÷0,9
Nếu bơm được nối qua khớp nối thì cơng suất u cầu của động cơ tính theo cơng thức:
Nđc = k . N k –hệ số an toàn của động cơ
Khi: N ≤ 2 kW k = 1,5
N = 2 ÷ 5 kW k = 1,25 ÷ 1,5
N = 5 ÷ 50 kW k = 1,15 ÷ 1,25
3.2.2 Chọn bơm amoniăc
Trong các hệ thống lạnh có bơm tuần hồn người ta sử dụng bơm điện kiểu kín để tuần hồn cưỡng bức mơi chấtlỏng NH3 qua dàn lạnh.
Bơm được lắp càng gần bình chứa hạ áp càng tốt để tránh lỏng bay hơi, tạo nút hơi, gián đoạn lỏng trên đường ống hút.
Đường ống hút mà bơm NH3 phải lắp đặt thấp hơn mức lỏng trong bình chứa hạ áp
Bài 2: Thiết kế
63
h = h1 + h2 h1 –cột áp cần thiết phía hút
h2 –tổn thất áp lực trên đường ống Cột áp cần thiết phía hút có thể chọn như sau:
Lưu lượng nhỏ hơn 20 m3/h, t0 = - 40 ÷ 00C, h1 = 1,5 mNH3.
Lưu lượng 20 ÷ 28 m3/h, t0 = - 20 ÷ 00C, h1 = 1,5 mNH3.
Ở nhiệt độ thấp hơn cột lỏng phải tăng lên đến 3,5 mNH3
3.2.3 Chọn thiết bị ngưng tụ
Chế độ làm việc của thiết bị ngưng tụ trong hệ thống lạnh cũng có ảnh hưởng rất lớn tới sự làm việc và đặc tính năng lượng của tồn thể hệ thống. Do bề mặt trao đổi nhiệt của thiết bị không thể quá lớn nên nhiệt độ ngưng tụ tk trong máy phải cao hơn nhiệt độ mơi trường xung quanh. Chính trị số độ chênh lệch nhiệt độ này đã gây nên độ khơng thuận nghịch bên ngồi và dẫn tới tổn thất năng lượng.
Như vậy xuất hiện bài toán tối ưu về kinh tế - kỹ thuật trong việc lựa chọn thiết bị ngưng tụ. Khi tăng trị số độ chênh lệch nhiệt độ thì tổn thất năng lượng và chi phí vận hành tăng nhưng bề mặt của thiết bị ngưng tụ lại giảm đi, kết quả vốn đầu tư sẽ giảm. Ngược lại nếu chọn thiết bị ngưng tụ với độ chênh lệch nhiệt độ nhỏ thì tổn thất năng lượng nhỏ, chi phí vận hành giảm nhưng thiết bị lại lớn dẫn đến vốn đầu tư ban đầu tăng.
Tháp có 02 loại: Tháp trịn và tháp dạng khối hộp, tháp dạng khối hộp gồm nhiều modul có thể lắp ghép để đạt cơng suất lớn hơn. Đối với hệ thống trung bình thường sử dụng tháp hình trụ trịn.
* Tính diện tích trao đổi nhiệt của thiết bị ngưng tụ:
Diện tích trao đổi nhiệt của thiết bị ngưng tụ được xác định theo cơng thức:
𝐹 = 𝑘. ∆𝑡𝑄𝐾
𝑡𝑏, 𝑚2
Trong đó:
F –Diện tích trao đổi nhiệt thiết bị ngưng tụ
QK –Năng suất giải nhiệt ngưng tụ
k - Hệ số truyền nhiệt của thiết bị ngưng tụ, Δttb- Hiệu nhiệt độ trung bình chất tải nhiệt
64
3.2.4 Chọn tháp giải nhiệt
Trong các hệ thống lạnh sử dụng bình ngưng ống chùm, nước sau khi trao đổi nhiệt nhiệt độ tăng lên đáng kể. Để giải nhiệt cho nước người ta sử dụng các tháp giải nhiệt.
Bảng 3-6 : Thông số kỹ thuật tháp giải nhiệt RINKI (HồngKông) Ký Hiệu Tháp FRK LL (L/s)
Kích thước Đường ống Quạt Kích thước Độ ồn
m h H D Vào Ra Xả tràn Xả
đáy Bs m3/ph Φmm kW Tinh nước Có dB
8 1,63 170 950 1600 930 40 40 25 15 70 530 0,20 54 185 46,0 10 2,17 170 1085 1735 930 40 40 25 15 85 630 0,20 58 195 50,0 15 3,25 170 990 665 1170 50 50 25 15 140 630 0,37 70 295 50,5 20 4,4 170 1170 1845 1170 50 50 25 15 170 760 0,37 80 305 54,0 25 5,4 180 1130 1932 1400 80 80 25 15 200 760 0,75 108 400 55,0 30 6,5 180 1230 2032 1400 80 80 25 15 230 760 0,75 114 420 56,0 40 8,67 200 1230 2052 1580 80 80 25 15 290 940 1,50 155 500 57,0 50 10,1 200 1200 2067 1910 80 80 25 15 330 940 1,50 230 800 57,5 60 13,0 270 1410 2417 1910 100 100 25 20 420 1200 1,50 285 1100 57,0 80 17,4 270 1480 2487 2230 100 100 25 20 450 1200 1,50 340 1250 58,0 90 19,5 270 1480 2487 2230 100 100 25 20 620 1200 2,25 355 1265 59,5 100 21,7 270 1695 2875 2470 125 125 50 20 680 1500 2,25 510 1850 61,0 125 27,1 270 1740 3030 2900 125 125 50 20 830 1500 2,25 610 2050 60,5 150 32,4 270 1740 3030 2900 150 150 50 20 950 1500 2,25 680 2120 61,0 175 38,0 350 1740 3100 3400 150 150 50 25 25 1150 1960 3,75 760 2600 61,5 200 43,4 350 1840 3200 3400 150 150 50 25 25 1250 1960 3,75 780 2750 62,5 225 48,5 350 1840 3200 3400 150 150 50 25 25 1350 1960 3,75 795 2765 62,5 250 54,2 590 1960 3760 4030 200 200 80 32 32 1750 2400 5,50 1420 2950 56,5 300 65 680 1960 3860 4030 200 200 80 32 32 2200 2400 7,50 1510 3200 57,5 350 76 680 2000 4160 4760 200 200 80 32 32 2200 2400 7,50 1810 3790 61,0 400 86,7 720 2100 4300 4760 200 200 80 32 32 2600 3000 11,0 2100 4080 61,0 500 109 720 2125 4650 5600 250 250 100 50 50 2600 3000 11,0 2880 7380 62,5 600 130 840 2450 5360 6600 250 250 100 50 50 3750 3400 15,0 3750 9500 66,0 700 152 840 2450 5360 6600 250 250 100 50 50 3750 3400 15,0 3850 9600 66,0 800 174 940 3270 6280 7600 250 250 100 80 80 5000 3700 22,0 5980 14650 74,0 1000 217 940 3270 6280 7600 250 250 100 80 80 5400 3700 22,0 6120 14790 74,0
Tháp có 02 loại: Tháp trịn và tháp dạng khối hộp, tháp dạng khối hộp gồm nhiều modul có thể lắp ghép để đạt cơng suất lớn hơn. Đối với hệ thống trung bình thường sử dụng tháp hình trụ trịn.
* Tính tốn chọn tháp
Cơng suất giả nhiệt của tháp được xác định theo công thức:
Q = G.Cn.Δtn G –Lưu lượng nước của tháp, kg/s
Cn –Nhiệt dung riêng của nước, Cn = 4,186 kJ/kg.K
Bài 2: Thiết kế
65
Hình 2-12: Tháp giải nhiệt RINKI
3.2.5 Chọn thiết bị bay hơi
Thiết bị bay hơi có nhiệm vụ hóa hơi gas bão hịa ẩm sau tiết lưu đồng thời làm lạnh môi trường cần làm lạnh. Như vậy cùng với thiết bị ngưng tụ, máy nén, thiết bị tiết lưu thì thiết bị bay hơi là một trong những bộ phận quan trọng không thể thiếu trong hệ thống lạnh.
Quá trình làm việc của thiết bị bay hơi ảnh hưởng tới thời gian và hiệu quả làm lạnh. Vì vậy dù hệ thống trang bị tốt đến đâu nhưng thiết bị bay hơi làm việc kém hiệu quả thì tất cả trở nên vơ ích. Do đó cần chọn thiết bị bay hơi phù hợp
cho hệ thống, có diện tích phù hợp với diện tích yêu cầu.
Thiết bị bay hơi có nhiều loại khác nhau tùy từng trường hợp cụ thể mà chúng ta chọn thiết bị bay hơi phù hợp với hệ thống lạnh thiết kế.
- Với những hệ thống lạnh gián tiếp, thiết bị bay hơi được chọn là các bình
bay hơi dạng ống vỏ hoặc dàn bay hơi kiểu tấm (panel).
- Với các kho lạnh làm lạnh trực tiếp thiết bị bay hơi được chọn là các loại dàn bay hơi. Dàn bay hơi có thể được chia ra làm hai loại: loại đối lưu tự nhiên và loại đối lưu cưỡng bức. Dàn đối lưu cưỡng bức có nhiều ưu điểm hơn so với dàn tĩnh như có thể có thể bố trí trong buồng hoặc ngồi buồng lạnh; ít tốn thể tích bảo quản sản phẩm; nhiệt độ đồng đều, hệ số trao đổi nhiệt lớn; ít tốn nguyên vật liệu. Nhưng chúng cũng có những nhược điểm là ồn và tốn thêm năng lượng cho động cơ quạt gió. Độ ẩm trong buồng lạnh thấp; độ khơ hao sản phẩm tăng.
66
Dàn lạnh xương cá được sử dụng rất phổ biến trong các hệ thống làm lạnh nước hoặc nước muối, ví dụ như hệ thống máy đá cây. Về cấu tạo, tương tự dàn
lạnh panel nhưng ở đây các ống trao đổi nhiệt được uốn cong, do đó chiều dài mỗi ống tăng lên đáng kể. Các ống trao đổi nhiệt gắn vào các ống góp trơng giống như một xương cá. Dàn lạnh xương cá cũng có cấu tạo nhiều cụm, mỗi cụm có một ống góp trên và một ống góp dưới. Mật độ dòng nhiệt của dàn khoảng 2900
3500 W/m2
3.2.6 Chọn van tiết lưu
Van tiết lưu là bộ phận chính trong hệ thống lạnh, nó có nhiệm vụ tiết lưu lỏng môi chất ở áp suất cao, nhiệt độ cao xuống áp suất thấp và nhiệt độ bay hơi thấp. Nó cịn có nhiệm vụ điều chỉnh lưu lượng môi chất cấp vào thiết bị bay hơi.
Việc chọn van tiết lưu phải dựa vào các thông số sau: + Nhiệt độ bay hơi, nhiệt độ ngưng tụ.
+ Năng suất lạnh Q0.
+ Loại môi chất làm việc trong hệ thống lạnh.
Van tiết lưu nhiệt cân bằng ngoài thường sử dụng cho hệ thống lạnh thiết bị bay hơi có trở kháng thủy lực lớn.
3.2.7 Chọn bình chứa cao áp
Bình chứa cao áp được bố trí ngay sau bình ngưng tụ, dùng để chứa lỏng mơi chất ở áp suất cao, nhiệt độ cao giải phóng bề mặt trao đổi nhiệt của thiết bị ngưng tụ, duy trì sự cấp lỏng liên tục cho van tiết lưu. Nó được đặt ngay dưới bình ngưng và được cân bằng áp suất với bình ngưng bằng các đường cân bằng hơi và lỏng. Nó có tác dụng chứa tồn bộ lượng gas trong hệ thống khi cần sửa chữa bảo dưỡng
1- Kính xem gas; 2 - ống lắp van an toàn; 3 - ống lắp áp kế; 4 - ống lỏng về; 5 - ống cân bằng; 6 - ống cấp dịch; 7 - ống xả đáy.
Bài 2: Thiết kế
67
* Tính tốn bình chứa cao áp:
Theo quy định về an tồn thì sức chứa của bình chứa cao áp phải đạt 30 %
sức chứa của toàn bộ hệ thống bay hơi (bao gồm tất cả các tổ dàn và thiết bị làm lạnh khơng khí) đối với hệ thống cấp môi chất từ trên và đạt 60 % sức chứa của toàn bộ hệ thống bay hơi đối với hệ thống cấp môi chất từ dưới. Khi vận hành, mức lỏng ở trong bình chứa cao áp đạt 50 % thể tích của bình.
Ở đây ta sử dụng phương pháp cấp dịch tiết lưu trực tiếp vào dàn bay hơi -
cấp dịch từ dưới. Thể tích bình chứa cao áp được xác định theo cơng thức sau:
𝑉𝐵𝐶𝐶𝐴 ≥ 0,6 . 𝑉0,5 . 1,2 = 1,45 𝑉𝐵𝐻 𝐵𝐶 , 𝑚3
Trong đó: VBH –thể tích hệ thống bay hơi, m3
Thể tích của dàn bay hơi chính là thể tích phần trong của tồn bộ ống thép
mà mơi chất chứa trong đó.
3.2.8 Chọn bình tách dầu
Nhằm đảm bảo tách triệt để dầu bị cuốn theo mơi chất lạnh, bình tách dầu được thiết kế theo nhiều nguyên lý khác nhau như sau:
- Giảm đột ngột tốc độ dòng gas từ tốc độ cao, khoảng (18 ÷ 25) m/s xuống tốc độ thấp (0,5 ÷ 1) m/s. Khi giảm tốc độ đột ngột các giọt dầu mất động năng và rơi xuống.
- Thay đổi hướng chuyển động của dịng mơi chất một cách đột ngột. Dịng mơi chất đưa vào bình khơng theo phương thẳng mà đưa ngoặt theo những góc nhất định.
- Dùng các tấm chắn hoặc khối đệm để ngăn các giọt dầu. Khi dịng mơi
chất chuyển động va vào các vách chắn, khối đệm các giọt dầu bị mất động năng và rơi xuống.
- Làm mát dòng mơi chất xuống (50 ÷ 60)0C bằng ống xoắn trao đổi nhiệt
đặt trong bình tách dầu.
- Sục hơi nén có lẫn dầu vào môi chất lạnh ở trạng thái lỏng.
* Tính chọn bình tách dầu:
Bình tách dầu phải đảm bảo đủ lớn để tốc độ gas trong bình đạt yêu cầu. Xác định đường kính trong Dt của bình:
68 𝐷𝑡 = √𝜋. 𝜔4𝑉
Trong đó:
V – lưu lượng thể tích dịng hơi đi qua bình tách dầu, nó bằng lưu lượng thể tích của máy nén , m3/s.
- tốc độ của hơi mơi chất trong bình, m/s. Tốc độ hơi trong bìnhphải nằm trong khoảng từ (0,7 ÷ 1) m/s.
3.2.9 Chọn bình tách lỏng
Bình tách lỏng làm việc theo nguyên lý tương tự bình tách dầu. Điểm khác biệt nhất giữa bình tách lỏng và bình tách dầu là ở bình tách lỏng phạm vi nhiệt độ làm việc của chúng khác nhau.
1 - Ống gas; 2 - Tấm gia cường; 3 - Ống gas ra; 4 - Nón chắn.
Hình 2.14 - Bình tách lỏng kiểu nón chắn * Tính chọn bình tách lỏng:
Bình tách lỏng phải đảm bảo đủ lớn để tốc độ gas trong bình đạt u cầu. Đường kính trong của bình Dt:
πω V 4 D h t = Trong đó:
Vh –lưu lượng thể tích dịng hơi đi qua bình tách lỏng, nó bằng lưu lượng thể tích của máy nén.
Bài 2: Thiết kế
69
- tốc độ của hơi môi chất trong bình, m/s. Tốc độ hơi trong bình đủ nhỏ để tách được các hạt lỏng, = (0,5 ÷ 1) m/s.
CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP
1 –Hãy vẽ sơ đồ thiết bị, đồ thị logp –h và phát biểu các quá trình cơ bản chu trình hồi nhiệt?
2 - Hãy vẽ sơ đồ thiết bị, đồ thị logp – h và phát biểu các quá trình cơ bản chu trình 2 cấp, 2 tiết lưu làm mát trung gian hồn tồn và khơng hồn tồn? So sánh đặc điểm của 2 chu trình?
3 –Hãy nêu trình tự tính chọn bơm; tháp giải nhiệt?
4 –Hãy tính nhiệt và chọn máy nén, động cơ thích hợp cho hệ thống lạnh
Tài liệu tham khảo
35
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Phạm Văn Tùy –Nguyễn Đức Lợi (1996) - Kỹ thuật lạnh cơ sở – NXB Giáo
dục.
[2] Nguyễn Đức Lợi, Phạm Văn Tùy, Đinh Văn Thuận (2002) – Kỹ thuật lạnh ứngdụng. NXB Giáo dục,
[3] Nguyễn Đức Lợi, Phạm Văn Tùy (2005) – Máy và thiết bị lạnh. NXB Giáo dục.
[4] Nguyễn Đức Lợi (2002) –Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh. NXB Khoa học kỹ thuật
[5] Đinh Văn Thuận, Võ Chí Chính (2007) –Hệ thống máy và thiết bị lạnh.
Phụ lục