3.8.1 Các đại lượng cho trước.
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM
Nhiệt độ của môi trường giải nhiệt (nước hoặc không khí): tw.
Nhiệt độ của sản phẩm cần làm lạnh, hoặc môi trường cần làm lạnh (lỏng hoặc khí): tf.
Năng suất lạnh cần đảm bảo Qo cho 1 giờ; quy đổi ra kJ/h.
3.8.2 Trình tự tính toán.
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
oC
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.
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM
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
GQ ; kg/h 11) Thể tích hút giờ máy nén: Vh=G.v1, m3/h.
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM
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
p 10 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.
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM
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 -50oC: 2 cấp nén.
to = -30oC -70oC: 3 cấp nén.
4.2 MÁY LẠNH HAI CẤP KHÔNG TRÍCH HƠI TRUNG GIAN, LÀM MÁT TRUNG