1) Tính nhiệt độ ngưng tụ tk:
Nếu môi trường giải nhiệt là không khí: tk = tw+(10 20)oC;
Nếu môi trường giải nhiệt là nước: tk = tw+(5 8)oC; 2) Tính nhiệt độ bay hơi to:
Môi trường làm lạnh là không khí: to = tf - (7 10)oC;
Môi trường làm lạnh là không khí cho điều hòa nhiệt độ: to = tf - (1220)oC;
Môi trường làm lạnh là chất lỏng: to = tf - (4 6)oC; 3) Chọn độ qúa nhiệt:
Máy lạnh amôniăc: tqn = 3 5oC;
Máy lạnh freon: tqn = 10 45oC tùy theo mức độ hồi nhiệt; 4) Chọn độ quá lạnh:
Máy lạnh amôniăc: tql = 2 3oC tại thiết bị ngưng tụ;
Máy lạnh freon: tql xác định theo phương trình cân bằng nhiệt của thiết bị hồi nhiệt: h1-h6 = h3 - h4, kJ/h;
5) Xây dựng đồ thị, xác định giá trị t, p, v, h, s ở các điểm nút của chu trình (Bảng 3.1).
Bảng 3.1: Thông số trạng thái các điểm nút của chu trình.
TSTT Điểm nút t o C p bar v m3/kg h kJ/kg S kJ/(kg.độ) 1 2 3 4 5 6 7 Hình 3.9: Đồ thị T-s chu trình máy lạnh 1 cấp.
6) Tính công máy nén: l = h2-h1, kJ/h;
7) Tính nhiệt lượng thải ra ở thiết bị ngưng tụ: qk=h2-h3, kJ/kg; 8) Tính nhiệt lượng nhận được ở thiết bị bay hơi: qo=h6-h5, kJ/kg;
9) Tính hệ số làm lạnh:
l qo
.
10) Tính lượng môi chất G tuần hoàn trong hệ thống lạnh trong 1 giờ:
o o q Q G ; kg/h 11) Thể tích hút giờ máy nén: Vh=G.v1, m3/h.
CHƯƠNG 4:
MÁY LẠNH NHIỀU CẤP, NHIỀU TẦNG 4.1 Sự cần thiết phải dùng máy nén piston nhiều cấp, nhiều tầng. 4.1.1 Quá trình nén khí máy nén piston 1 cấp:
Hình 4.1: Máy nén 1 cấp có không gian chết.
Vì lý do kỹ thuật: các vật khi nóng lên thì thể tích tăng lên, nên khi piston lên đến điểm cao nhất (Hình 4.1, điểm 3 - gọi là điểm chết trên - hoặc tử điểm thượng) vẫn không chạm vào bề mặt nắp quy lát (cụm van đẩy) máy nén, do đó trong xy lanh vẫn còn một khoảng không gian cho môi chất; khoảng không gian này được gọi là không gian chết Vc. Khi pit tông thực hiện hành trình hút thì phần thể tích Vc dãn nở ra đến V4. Sau khi pit tông đi qua điểm 4 thì hơi môi chất mới được nạp vào xy lanh. Quá trình nạp môi chất dừng khi pit tông đi đến điểm chết dưới (điểm 1). Lượng hơi môi chất thực tế hút được bằng: Vh=V1-V4. Thể tích pit tông quét được là Vq.
Khi p2 tăng thì V4 tăng, Vh giảm, tác hại không gian chết tăng lên.
Ngoài ra khi p2 tăng thì nhiệt độ cuối tầm nén t2 tăng, làm giảm hoặc thậm chí phá hủy khả năng bôi trơn của dầu bôi trơn máy nén.
Để tăng thể tích hút và giảm nhiệt độ cuối tầm nén người ta khống chế tỷ số nén
12 10 p p 1 2
cho một cấp nén. Khi tỷ số nén vượt qua trị số này người ta sử dụng máy nén
nhiều cấp, nhiều tầng.
4.1.2 Quá trình nén khí máy nén piston nhiều cấp:
Ngoài hai ưu điểm kể trên quá trình nén nhiều cấp còn có ưu điểm là tiết kiệm công nén hơn do có thể sử dụng làm mát trung gian giữa các cấp nén. Trong thực tế kỹ thuật quá trình nén không vượt quá 3 cấp, phổ biến nhất là 2 cấp. Do làm mát trung gian nên đỡ tốn công nén.
Nguyên lý làm việc máy nén 3 cấp: môi chất với thông số trạng thái p1, T1 được hút vào máy nén cấp 1 (MN1) nén đoạn nhiệt theo quá trình 12 với thông số trạng thái 2 là p2, T2, tiêu thụ ngoại công l1. Sau khi ra khỏi máy nén cấp 1 môi chất được đưa đến thiết bị làm mát trung gian 1 (MTG), tại đây môi chất nhả nhiệt đẳng áp q1 cho môi trường xung quanh theo quá trình 23.
Hình 4.2: Máy nén nhiều cấp.
MTG1: thiết bị làm mát trung gian 1, MTG2: thiết bị làm mát trung gian 2; MN1: máy nén 1; MN2: máy nén 2; MN3: máy nén 3.
Sau khi ra khỏi thiết bị MTG1 môi chất đi vào máy nén cấp 2 nén đoạn nhiệt theo quá trình 34 với thông số trạng thái 4 là p4, T4, tiêu thụ ngoại công l2. Sau khi ra khỏi máy nén cấp 2 (MN2) môi chất được đưa đến thiết bị làm mát trung gian 2 (MTG 2), tại đây môi chất nhả nhiệt đẳng áp q1 cho môi trường xung quanh theo quá trình 45. Sau khi ra khỏi thiết bị MTG2 môi chất đi vào máy nén cấp 3 nén đoạn nhiệt theo quá trình 56 với thông số trạng thái 6 là p6, T6, tiêu thụ ngoại công l3. Sau khi ra khỏi máy nén cấp 3 (MN3) môi chất được đưa đến thiết bị ngưng tụ.
Tính toán:
Công nén: l = l1 + l2 + l3 = dt (12345678910)
Công nén cho máy nén 1 cấp l1cấp = dt(1278910)
Do làm mát trung gian nên đỡ tốn 1 công nén:
l = l – l1cấp = dt(27865432).
Tỷ số nén cho các cấp và nhiệt độ đầu tầm hút mỗi cấp được tính trên cơ sở công nén là nhỏ nhất (l = min; l = max). Khi tính toán sơ bộ cho m cấp chọn tỷ số nén b bằng:
m o k p p . 4.1.3 Máy lạnh nhiều tầng:
Khi làm lạnh ở nhiệt độ thấp ngoài phương pháp nén nhiều cấp còn sử dụng phương pháp máy lạnh nhiều tầng. Đây là phương pháp sử dụng để hoá lỏng các chất khí trong lịch sử lạnh cryo (Cryogen). Ngày nay rất ít sử dụng.
4.1.4 Phân cấp máy nén theo nhiệt độ bay hơi:to -30oC: 1 cấp nén. to -30oC: 1 cấp nén.
to = -30oC -50oC: 2 cấp nén. to = -30oC -70oC: 3 cấp nén.
4.2 MÁY LẠNH HAI CẤP KHÔNG TRÍCH HƠI TRUNG GIAN, LÀM MÁT TRUNG GIAN KHÔNG HOÀN TOÀN. GIAN KHÔNG HOÀN TOÀN.
4.2.1 Sơ đồ nguyên lý, đồ thị, chu trình lý thuyết:
Chu trình: Hơi môi chất với các thông số trạng thái po, t1 được máy nén thấp áp NTA (Hình 4.3) nén đoạn nhiệt đến áp suất ptg, t2. Hơi môi chất được đưa vào thiết bị làm mát trung gian,
môi chất nhả nhiệt cho môi trường làm mát theo quá trình 2 – 3. Đây là quá trình làm mát không hoàn toàn, điểm 3 ở vùng quá nhiệt; ta lấy t3 = t5. Sau thiết bị làm mát trung gian hơi trung áp được đưa vào máy nén áp cao NAC và được nén đọan nhiệt đến áp suất pk, t4. Sau nén cao áp môi chất được đưa đến thiết bị ngưng tụ và ngưng tụ thành lỏng hoàn toàn ứng với thông số trạng thái điểm 5. Lỏng sau thiết bị ngưng tụ được đưa đến van tiết lưu và tiết lưu từ pk xuống po ứng với thông số trạng thái điểm 6 rồi đi vào thiết bị bay hơi nhận nhiệt trở về thông số trạng thái điểm 1.
Hình 4.3: Máy lạnh hai cấp không trích hơi trung gian, làm mát trung gian không hoàn toàn. MNTA: máy nén thấp áp; MNCA: máy nén cao áp; TBLM: thiết bị làm mát; TBNT: thiết bị
ngưng tụ; VTL: van tiết lưu; TBBH: thiết bị bay hơi.
4.2.2 Tính toán chu trình:
1) Công tiêu thụ máy nén thấp áp: lNAT = h2 – h1. 2) Công tiêu thụ máy nén cao áp: lNAC = h4 – h3. 3) Công nén: l = lNAT - lNAC.
4) Nhiệt lượng nhả ra ở thiết bị làm mát trung gian: qMTG = h3 – h2. 5) Nhiệt lượng nhả ra ở thiết bị ngưng tụ: qk = h4 – h5.
6) Nhiệt lượng nhận được ở thiết bị bay hơi: qo = h1 – h6. 7) Hệ số làm lạnh: = qo/l.
8) Lượng môi chất tuần hoàn qua máy nén thấp áp: GNAT = Qo/qo. 9) Lượng môi chất tuần hoàn qua máy nén áp cao: GNAC = GNAT. 10) Thể tích hút máy nén thấp áp: VhNAT = GNAT.v1.
11) Thể tích hút máy nén áp cao: VhNAC = GNAC.v3.
4.2.3 Nhận xét:
1) Nhiệt độ ở đầu hút máy nén áp cao là t3 còn lớn do môi chất chưa được làm mát hoàn toàn.
Nếu giảm được t3 xuống thì t4 sẽ giảm, công nén lNAC sẽ giảm. 2) Áp suất trung gian tính toán sơ bộ: pTG po.pk
4.3 MÁY LẠNH 2 CẤP CÓ TRÍCH HƠI TRUNG GIAN, LÀM MÁT TRUNG GIAN KHÔNG HOÀN TOÀN, CÓ 2 TIẾT LƯU. KHÔNG HOÀN TOÀN, CÓ 2 TIẾT LƯU.
4.3.1 Sơ đồ nguyên lý, đồ thị, chu trình lý thuyết:
Hình 4.4: M áy lạnh 2 cấp có trích hơi trung gian, làm mát trung gian không hoàn toàn, có 2 tiết lưu.
12: quá trình nén đoạn nhiệt, đẳng entropy ở máy nén thấp áp; 23: quá trình làm mát ở thiết bị làm mát; 34 và 10-4 quá trình hoà trộn 2 dòng môi chất lạnh; 45: quá trình nén đoạn nhiệt, đẳng entropy ở máy nén cao áp; 56: quá trình ngưng tụ đẳng áp ở thiết bị ngưng tụ; 67: quá trình tiết lưu ở van tiết lưu 1; 89: quá trình tiết lưu ở van tiết lưu 2; 91: quá trình bay hơi ở thiết
bị bay hơi.
MNTA: máy nén thấp áp; MNCA: máy nén cao áp; TBLM: thiết bị làm mát; TBNT: thiết bị ngưng tụ; VTL1: van tiết lưu 1; VTL2: van tiết lưu 2; TBBH: thiết bị bay hơi.
Chu trình: Trong sơ đồ này (Hình 4.4) môi chất đi qua máy nén thấp áp và máy nén áp cao không bằng nhau do có trích một phần hơi trung gian, hơi này tạo ra sau tiết lưu TL1. Hơi môi chất với áp suất po, nhiệt độ T1 được nén ở máy nén thấp áp đến áp suất trung gian pTG. Tiếp theo được làm mát đến điểm 3 ở thiết bị làm mát trung gian. Sau khi ra khỏi thiết bị làm mát trung gian hơi môi chất được hỗn hợp với buồng hơi bão hòa khô sau van tiết lưu TL1 ứng với thông số trạng thái 10 tạo thành hỗn hợp có thông số trạng thái 4. Máy nén cao áp nén đến áp suất pk
ứng với điểm 5. Hơi cao áp được đưa vào bộ ngưng và ngưng tụ đến điểm 6. Lỏng tiết lưu qua tiết lưu 1 đến trạng thái 7. Phần hơi sinh ra sau van tiết lưu TL1 với trạng thái 10 được đưa trở lại đầu hút máy nén áp cao; phần lỏng với trạng thái 9 đi tiếp qua van tiết lưu TL2 vào thiết bị
bay hơi nhận nhiệt qo đến thông số trạng thái 1 rồi về đầu hút máy nén thấp áp.
4.3.2 Tính toán chu trình:
Chu trình được tính toán cho 1kg môi chất đi qua thiết bị bay hơi . 1) Xác định lượng lỏng hóa hơi sau van tiết lưu TL1: .
Xác định theo phương trình cân bằng nhiệt bình trung gian: (1 + ).h7 = h8 + .h10 7 10 8 7 h h h h
2) Công máy nén thấp áp: lNAT = h2 – h1.
3) Công máy nén áp cao: lNAC = (1 + ).(h5 – h4). 4) Công nén: l = lNAT + lNAC.
5) Nhiệt lượng tỏa ra ở thiết bị làm mát trung gian: qMTG = h2 – h3. 6) Nhiệt lượng tỏa ra ở thiết bị ngưng tụ: qk = (1 + ).(h5 – h6). 7) Nhiệt lượng nhận được ở thiết bị bay hơi: qo = h1 – h9. 8) Hệ số làm lạnh: = qo/l.
9) Lượng môi chất tuần hoàn qua máy nén thấp áp: GNAT = Qo/qo. 10) Lượng môi chất tuần hoàn qua máy nén áp cao: GNAC = (1 + )GNAT. 11) Thể tích hút máy nén thấp áp: VhNAT = GNAT.v1.
12) Thể tích hút máy nén áp cao: VhNAC = GNAC.v4.
4.3.3 Nhận xét:
1) Do giảm được nhiệt độ đầu hút nén cao áp nên nhiệt độ cuối tầm nén cao áp T5 nhỏ hơn so với 4.2. Công nén cao áp ở 4.3 lNAC = (1 + ).(h5 – h4) nhỏ hơn so với 4.2 lNAC = h4 – h3. 2) Nhiệt độ thấp nhất ở đầu hút máy nén áp cao có thể đạt được là T10.
4.4 MÁY LẠNH 2 CẤP CÓ TRÍCH HƠI TRUNG GIAN, LÀM MÁT TRUNG GIAN HOÀN TOÀN, CÓ 2 TIẾT LƯU. HOÀN TOÀN, CÓ 2 TIẾT LƯU.
4.4.1 Sơ đồ nguyên lý, đồ thị, chu trình lý thuyết:
Chu trình: Hơi môi chất sau thiết bị bay hơi với các thông số trạng thái 1 (po, t1) được máy nén thấp áp NTA (Hình 4.5) nén đoạn nhiệt đến trạng thái 2 với áp suất ptg rồi đưa sang bình trung gian, làm mát đẳng áp, làm mát hoàn toàn đến trạng thái 3 nhờ một phần lỏng bay hơi ở bình trung gian. Hơi bảo hòa khô đi vào máy nén cao áp NCA, nén tới pk theo quá trình 34 rồi tới thiết bị ngưng tụ, ngưng tụ đẳng áp, nhả nhiệt qk theo quá trình 45. Lỏng cao áp qua van tiết lưu TL1, tiết lưu theo quá trình 56 đến ptg rồi đi vào bình trung gian. Tại bình trung gian phần hơi
sinh ra sau van tiết lưu TL1 được đưa về đầu hút máy nén cao áp, phần lỏng bay hơi để làm mát hoàn toàn 1 kg hơi qua nhiệt trung áp, phần lỏng còn lại (1 kg) được đưa đến van tiết lưu TL2 tiết lưu theo quá trình 78 đến đến áp suất po rồi đưa vào thiết bị bay hơi nhận nhiệt qo theo quá trình 81 rồi trở về máy nén thấp áp NTA.
Hình 4.5: Máy lạnh 2 cấp có trích hơi trung gian, làm mát trung gian hoàn toàn, có 2 tiết lưu. 12: quá trình nén đoạn nhiệt, đẳng entropy ở máy nén thấp áp; 23: quá trình làm mát hoàn toàn trong bình trung gian; 34: quá trình nén đoạn nhiệt, đẳng entropy ở máy nén cao áp; 45: quá trình ngưng tụ đẳng áp ở thiết bị ngưng tụ; 56: quá trình tiết lưu ở van tiết lưu 1; 78: quá trình tiết lưu ở van tiết lưu 2; 81: quá trình bay hơi ở thiết bị bay hơi.
MNTA: máy nén thấp áp; MNCA: máy nén cao áp; TBNT: thiết bị ngưng tụ; VTL1: van tiết lưu 1; VTL2: van tiết lưu 2; TBBH: thiết bị bay hơi.
4.4.2 Tính toán chu trình:
Chu trình được tính toán cho 1 kg qua thiết bị bay hơi. - : lượng hơi sau van tiết lưu TL1.
- : Lượng lỏng bay hơi ở bình trung gian để làm mát hoàn toàn 1 kg hơi qua nhiệt trung áp. - Lượng môi chất đi qua máy nén cao áp là 1 + + .
1) Xác định theo phương trình cân bằng nhiệt:
.h7 + 1.h2 = (1 + ).h3. 7 3 3 2 h h h h
2) Xác định qua van tiết lưu TL1:
h5 = h6 (1 + + ).h6 = (1 + ).h7 + .h4 6 4 7 6 7 3 7 2 6 4 7 6 h h h h h h h h h h h h 1
3) Công máy nén thấp áp: lNAT = h2 – h1.
4) Công máy nén cao áp: lNAC = (1 + +)(h4 – h3). 5) Công nén: l = lNAT + lNAC.
6) Nhiệt lượng tỏa ra ở thiết bị ngưng tụ: qk = (1 + +)(h4 – h5). 8) Nhiệt lượng nhận được ở thiết bị bay hơi: qo = h1 – h8.
9) Hệ số làm lạnh: = qo/l.
10) Lượng môi chất tuần hoàn qua máy nén thấp áp: GNAT = Qo/qo.
11) Lượng môi chất tuần hoàn qua máy nén cao áp: GNAC = (1 + +)GNAT. 12) Thể tích hút của máy nén thấp áp: VhNAT = GNAT.v1.
13) Thể tích hút máy nén cao áp: VhNAC = GNAC.v3.
4.5 MÁY LẠNH 2 CẤP LÀM MÁT TRUNG GIAN HOÀN TOÀN, CÓ 2 CHẾ ĐỘ BỐC HƠI. HƠI.
4.5.1 Sơ đồ nguyên lý, đồ thị, chu trình lý thuyết:
Do yêu cầu bảo quản hay gia công lạnh các mặt hàng ở nhiệt độ khác nhau ta lắp đặt hệ thống máy lạnh 2 cấp có hai chế độ bốc hơi. Trong sơ đồ nguyên lý có lắp thiết bị bay hơi trung gian BHTG làm việc với các thông số ptg, ttg.
Hình 4.6: Máy lạnh 2 cấp làm mát trung gian hoàn toàn, có 2 chế độ bốc hơi.
12: quá trình nén đoạn nhiệt, đẳng entropy ở máy nén thấp áp; 23: quá trình làm mát hoàn toàn trong bình trung gian; 34: quá trình nén đoạn nhiệt, đẳng entropy ở máy nén cao áp; 45: quá