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,
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM
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.
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM
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 Cể TRÍCH HƠI TRUNG GIAN, LÀM MÁT TRUNG GIAN KHễNG HOÀN TOÀN, Cể 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
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM
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 Cể TRÍCH HƠI TRUNG GIAN, LÀM MÁT TRUNG GIAN HOÀN TOÀN, Cể 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.
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM
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 1 h
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.
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM
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, Cể 2 CHẾ ĐỘ BỐC 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 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; 73: quá trình bay hơi ở thiết bị bay hơi số 1; 81: quá trình bay hơi ở thiết bị bay hơi số 2.
Chu trình: Hơi môi chất sau thiết bị bay hơi thấp áp TBBH2 với thông số trạng thái 1 (po, t1) được máy nén áp thấp NTA (Hình 4.6) nén đoạn nhiệt theo quá trình 12 đến ptg rồi đi vào bình trung gian, được làm mát hoàn toàn đến điểm 3 nhờ một phần lỏng bay hơi ở bình trung gian. Hơi bảo hòa khô đi ra khỏi bình trung gian vào máy nén cao áp NCA, nén tới pk rồi tới thiết bị ngưng tụ, ngưng tụ đẳng áp theo quá trình 45, nhả nhiệt qk. Lỏng cao áp qua van tiết lưu TL1, tiết lưu theo quá trình 56 đến áp suất ptg rồi đi vào bình trung gian. Tại bình trung gian phần hơi
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM
sinh ra sau van tiết lưu 1 được đưa về đầu hút máy nén cao áp, phần lỏng bay hơi làm mát hoàn toàn 1kg hơi quá nhiệt trung áp, phần lỏng đưa sang thiết bị bay hơi TBBH1, phần lỏng 1 kg còn lại được đưa đến van tiết lưu TL2 tiết lưu theo quá trình 78 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.
4.5.2 Tính toán chu trình:
Các dữ kiện cho trước tw, ttgo , to, Qtgo , Qo.
Từ các số liệu trên ta xác định các thông số trạng thái của các điểm nút của chu trình 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8.
Chu trình được tính toán cho 1 kg môi chất đi qua máy nén thấp áp NTA:
: là lượng lỏng môi chất bình trung gian đi qua thiết bị bay hơi trung gian TBBH1 khi có 1 kg môi chất đi qua máy nén thấp áp.
: lượng hơi sau van tiết lưu TL1.
: lượng lỏng bay hơi ở bình trung gian để làm mát hoàn toàn 1 kg hơi quá nhiệt trung áp.
Lượng môi chất đi qua máy nén cao áp là 1 + + + .
1) Tính giá trị của :
- Năng suất lạnh riêng khối lượng trung áp và thấp áp:
7 3 tg
o h h
q ;
8 1
o h h
q .
- Lưu lượng môi chất lạnh đi qua các thiết bị bay hơi tương ứng:
tg o
tg o
tg q
G Q ;
o o
NAT q
G Q - = Gtg / GNAT
2) Xác định trị số theo phương trình cân bằng nhiệt: h2 + .h7 = (1 + ).h3 7
3 3 2
h h
h h
3) Xác định trị số : (1 + + + ).h6 = (1 + + ).h7 + .h3 6 3
7 6
h h
h )h 1
(
4) Công cấp cho máy nén thấp áp: lNAT = h2 – h1.
5) Công cấp cho máy nén áp cao: lNAC = (1 + + + ). (h4 – h3) 6) Công cấp cho chu trình: l = lNAT + lNAC
7) Nhiệt lượng nhả ra ở thiết bị ngưng tụ: qk = (1 + + + )(h4 – h5).
8) Nhiệt lượng nhận được ở các thiết bị bay hơi: qo qoqo,tg. 9) Hệ số làm lạnh:
l qo
’
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.
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM
4.5.3 Nhận xét: Ngoài sơ đồ lấy lỏng từ bình trung gian cấp cho thiết bị bay hơi TBBH1 như trên còn có sơ đồ cấp lỏng trực tiếp từ thiết bị ngưng tụ TBNT qua van tiết lưu VTL3 cho thiết bị bay hơi TBBH1 như hình 4.7
Hình 4.7: Máy lạnh 2 cấp làm mát trung gian hoàn toàn, có 2 chế độ bốc hơi.
4.6 MÁY LẠNH 2 CẤP Cể TRÍCH HƠI TRUNG GIAN, LÀM MÁT TRUNG GIAN HOÀN TOÀN, BèNH TRUNG GIAN LOẠI ỐNG TRAO ĐỔI NHIỆT (ỐNG XOẮN Lề XO)
4.6.1 Mục đích dùng bình trung gian có ống trao đổi nhiệt (ống xoắn lò xo):
Đối với các xí nghiệp lạnh có công suất lớn thì có nhiều thiết bị bay hơi phải đặt tương đối xa hoặc cao so với giàn máy. Do đó dịch lỏng cấp đến thiết bị bay hơi có tổn thất áp suất tương đối lớn. Nếu dùng áp suất pTG để cấp lỏng cho các thiết bị bay hơi này thì sẽ không đảm bảo có đủ lượng môi chất cần thiết, do đó sẽ không đạt năng suất lạnh cần thiết. Để khắc phục ta dùng bơm lỏng bơm dịch từ bình trung gian đến các thiết bị bay hơi ở xa hoặc đưa dịch lỏng với áp suất pk
từ thiết bị ngưng tụ tới ống trao đổi nhiệt (thông dụng là ống xoắn lò xo) trong bình trung gian để quá lạnh rồi đưa đến thiết bị bay hơi và chỉ tiết lưu 1 lần ngay tại thiết bị bay hơi.
Ống xoắn lò xo nhằm làm quá lạnh môi chất trước van tiết lưu, giảm bớt tổn thất không thuận nghịch trong quá trình tiết lưu từ pk đến po.
4.6.2 Sơ đồ nguyên lý, đồ thị, chu trình lý thuyết:
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM
Hình 4.8: Máy lạnh 2 cấp có trích hơi trung gian, làm mát trung gian hoàn toàn, bình trung gian loại ống xoắn.
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.
- Dòng chất lỏng chính tới thiết bị bay hơi chỉ tiết lưu 1 lần ở van tiết lưu TL2 theo quá trình 7-8.
- Dòng môi chất lỏng chính được làm quá lạnh theo quá trình 5-7 nhờ lượng lỏng trung áp bốc hơi ở bình trung gian theo quá trình 9-3.
- Độ chênh nhiệt thn = t7 – t9 còn gọi là độ hoàn nhiệt, đánh giá mức độ hoàn thiện nhiệt động của sơ đồ, thn càng bé càng tốt. Thông thường thn = 34oC.
4.6.3 Tính toán chu trình:
Chu trình được tính toán cho 1 kg môi chất đi qua máy nén thấp áp NTA:
- : là lượng lỏng môi chất lạnh trong bình trung gian bay hơi để làm quá lạnh 1 kg lỏng cao áp tương ứng khi có 1 kg môi chất đi qua máy nén thấp áp.
- : lượng hơi sau van tiết lưu TL1.
- : lượng lỏng môi chất lạnh bay hơi ở bình trung gian để làm mát hoàn toàn 1 kg hơi quá nhiệt trung áp.
- Lượng môi chất đi qua máy nén cao áp là 1 + + + .
1) Tính giá trị của :
h5 –h7 = (h3 – h9) = (h5 –h7)/( h3 – h9) 2) Xác định trị số theo phương trình cân bằng nhiệt:
h2 + .h9 = (1 + ).h3
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM
9 3
3 2
h h
h h
3) Xác định trị số : ( + + ).h6 = ( + ).h9 +.h3
6 3
9 6
h h
h h
4) Công cấp cho máy nén thấp áp: lNAT = h2 – h1.
5) Công cấp cho máy nén áp cao: lNAC = (1 + + + ). (h4 – h3) 6) Công cấp cho chu trình: l = lNAT + lNAC
7) Nhiệt lượng nhả ra ở thiết bị ngưng tụ: qk = (1 + + + )(h4 – h5).
8) Nhiệt lượng nhận được ở các thiết bị bay hơi: qo = h1 – h8. 9) Hệ số làm lạnh:
l qo
;
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. 4.6.4 So sánh hai loại bình trung gian:
Bình trung gian không có ống xoắn lò xo:
+ Ưu điểm:
- Cấu trúc đơn giản, dễ chế tạo.
- Độ hoàn nhiệt bằng không: thn =0.
+ Nhược điểm:
- Dầu dễ bị cuốn từ bình trung gian vào thiết bị bay hơi .
- Khó cấp môi chất cho các thiết bị bay hơi có trở lực lớn. Bình trung gian không có ống xoắn lò xo dùng khi các thiết bị bay hơi gần phòng máy; nếu không phải dùng kèm bơm cấp dịch.
Bình trung gian có ống xoắn lò xo:
+ Ưu điểm:
- Dễ dàng cấp lỏng cho thiết bị bay hơi.
- Dễ tự động hóa và điều khiển.
+ Nhược điểm:
- Cấu tạo phức tạp hơn.
- Độ hoàn nhiệt thn > 0 nên hiệu quả kém hơn bình trung gian rỗng.
Trong thực tế loại bình trung gian ống xoắn thông dụng hơn.
4.7 MÁY LẠNH 2 CẤP, LÀM MÁT TRUNG GIAN KHÔNG HOÀN TOÀN, BÌNH