D) CÂU HỎI, BÀI TẬP, NỘI DUNG ÔN TẬP VÀ THẢO LUẬN CHƯƠNG
B) NỘI DUNG:
5.1. Chu trình 2 cấp, 1 van tiết lưu làm mát trung gian một phần
Đây là chu trình 2 cấp nén đơn giản nhất. Quá trình ngưng tụ, tiết lưu và bay hơi giống như chu trình 1 cấp.
Riêng quá trình nén được bố trí làm 2 cấp có làm mát trung gian nhưng hơi môi chất trước khi vào máy nén cao áp chưa đạt đến điểm bão hòa khô do đó chưa được gọi là làm mát trung gian toàn phần. Hình 5.1 giới thiệu chu trình 2 cấp làm mát trung gian một phần 1 tiết lưu.
Hình 5.1. Chu trình 2 cấp, 1 tiết lưu làm mát trung gian một phần NHA - máy nén hạ áp; NCA - máy nén cao áp;
MTG - Thiết bị làm mát trung gian (bằng nước làm mát)
Định nghĩa: Chu trình 2 cấp, 1 tiết lưu làm mát trung gian một phần là chu trình tương tụ chu trình khô 1 cấp, riêng quá trình nén được phân thành 2 cấp, hơi ra cấp hạ áp được làm mát đến nhiệt độ môi trường (t3 = tk).
Khi nhiệt độ tk - t0 quá cao, tỷ số nén Π = pk/p0 vượt giới hạn cho phép cần thiết phải sử dụng chu trình 2 cấp nén. Áp suất trung gian Ptg được xác định theo biểu thức:
0
tg k
P = p .p (5.1)
Đây là áp suất trung gian tối ưu xét về mặt nhiệt động. Trong thực tế, do chế độ làm việc thay đổi do phải chọn máy nén với kết cấu có sẵn, áp suất trung gian có thể lệch khỏi áp suất trung gian tối ưu.
Chu trình làm việc như sau:
Hơi ra ở thiết bị bay hơi ở trạng thái 1 được nén hạ áp hút và nén lên áp suất trung gian. Ở đây hơi được làm mát bằng nước hoặc không khí môi trường xuống nhiệt độ Ta = Tk và được máy nén cao áp hút và nén lên áp suất ngưng tụ pk. Sau ngưng tụ, lỏng được đưa vào van tiết lưu xuống áp suất p0 và cấp vào cho dàn bay hơi. Ở dàn bay hơi môi chất lỏng sôi thu nhiệt của môi trường lạnh. Hơi tạo thành trong thiết bị bay hơi lại được máy nén hạ áp hút về khép kín chu trình lạnh.
Ưu điểm của chu trình 2 cấp (1 - 2' - 5 - 6):
- Nhiệt độ cuối tầm nén thấp, không vượt quá giới hạn cho phép: T4 << T2, máy vận hành an toàn, tin cậy, hiệu quả hơn.
- Do được làm mát trung gian nên công nén giảm.
Nhược điểm: Chu trình phức tạp hơn, vận hành khó hơn, đầu tư lớn hơn.
Chu trình 2 cấp, 1 tiết lưu làm mát một phần được ứng dụng chủ yếu cho môi chất freôn với nhiệt độ cuối tầm nén không cao.
5.2. Chu trình 2 cấp, 1 tiết lưu, làm mát trung gian có một phần hồi nhiệt
Do nhiệt độ t2 tương đối thấp nên thường bố trí thêm thiết bị hồi nhiệt để tăng hiệu quả lạnh cho chu trình. Điểm 1 dịch vào vùng hơi quá nhiệt và điểm 5 tiến vào vùng lỏng quá lạnh (hình 5.2).
Hình 5.2. Chu trình 2 cấp, 1 tiết lưu làm mát trung gian một phần, có hồi nhiệt HN
So với sơ đồ biểu diễn trên hình 5.1 ta thấy rõ ràng nhờ có hồi nhiệt mà năng suất lạnh riêng khối lượng riêng tăng lên một khoảng ∆q0, trong khi đó sơ đồ thiết bị hầu như không phức tạp thêm.
Để có thể tăng thêm hiệu quả lạnh người ta còn tìm cách bố trí thêm 1 bình quá lạnh môi chất lạnh lỏng ở giữa thiết bị hồi nhiệt và van tiết lưu. Hình 5.3 giới thiệu chu trình 2 cấp, 1 tiết lưu, làm mát trung gian không hoàn toàn, có hồi nhiệt bình quá lạnh lỏng.
Bình quá lạnh lỏng sử dụng 1 van tiết lưu nhiệt để tiết lưu một phần lỏng vào làm mát môi chất lỏng từ thiết bị hồi nhiệt ra. Môi chất lỏng khi ra khỏi bình quá lạnh lỏng có nhiệt độ t5
gần bằng nhiệt độ bình trung gian ttg = t8. Về lý thuyết có thể tính t5 = t8 + 5K.
Hơi môi chất ra khỏi bình bay hơi có trạng thái 1' qua hồi nhiệt trao đổi nhiệt với lỏng nóng trở thành hơi quá nhiệt trạng thái 1, được máy nén hút và nén lên trạng thái 2. Khi qua bình mát trung gian hơi nén ở áp suất trung gian được làm mát xuống đến t3. Hơi từ bình làm mát trung gian có trạng thái 3 sẽ hòa trộn với hơi từ bình quá lạnh QL có trạng thái 7 (hơi bão hòa khô) thành trạng thái 3' và đi vào máy nén cao áp. Sau khi hơi nén có trạng thái 4. Ở bình ngưng tụ hơi ngưng tụ thành lỏng ở trạng thái lỏng bão hòa 5'', qua hồi nhiệt, giảm nhiệt độ xuống 5' và qua bình quá lạnh nhiệt độ giảm xuống điểm 5, cao hơn nhiệt độ trung gian khoảng 50C.
Từ trạng thái 5, một phần lỏng được đưa qua van tiết lưu nhiệt TLN tiết lưu xuống áp suất trung gian 6' bay hơi làm quá lạnh môi chất lỏng còn phần lớn tiết lưu thẳng xuống áp suất bay hơi 6 đưa vào bình bay hơi để bay hơi sinh lạnh, và như vậy khép kín chu trình lạnh.
5.3. Chu trình 2 cấp, 2 tiết lưu, làm mát trung gian một phần
Hình 5.4 biểu diễn chu trình 2 cấp 2 tiết lưu làm mát trung gian một phần.
So với chu trình 1 tiết lưu (hình 5.1), sơ đồ này bố trí thêm 1 van tiết lưu, 1 bình trung gian và đường ống nối bình trung gian với ống hút của máy nén cao áp.
Hình 5.4. Chu trình 2 cấp, 2 tiết lưu làm mát trung gian 1 phần, BTG - Bình trung gian
Các quá trình cơ bản:
1 - 2: Nén đoạn nhiệt qua máy nén hạ áp s1 = s2 = const. 2 - 3: Làm mát trung gian xuống nhiệt độ môi trường t3 = tk.
3 - 4: Hòa trộn giữa dòng hơi nén từ máy nén hạ áp với dòng hơi từ bình trung gian BTG có trạng thái 8 thành trạng thái 4.
4 - 5: Nén đoạn nhiệt trong máy nén cao áp s4 = s5 = const. 5 - 6: Làm mát và ngưng tụ đẳng áp trong bình ngưng.
6 - 7: Tiết lưu đẳng entanpy từ áp suất ngưng tụ pk xuống áp suất trung gian ptg đẩy vào bình trung gian h6 = h7. Thành phần hơi 8 về máy nén cao áp, thành phần lỏng đi vào tiết lưu 2 có trạng thái 9.
9 - 10: Tiết lưu đẳng entanpy (h9 = h10) và đưa vào bình bay hơi. 10 - 1: Bay hơi lỏng thu nhiệt môi trường, tạo hiệu ứng lạnh.
Chu trình này được ứng dụng cho tất cả môi chất amoniắc và freôn. Nếu dùng cho freôn có thể có thêm hồi nhiệt. Tuy nhiên đối với môi chất amoniắc người ta sử dụng chu trình làm mát trung gian hoàn toàn nhiều hơi để hạn chế tối đa nhiệt độ cuối tầm nén vì đặc điểm của môi chất amoniắc là có nhiệt độ cuối tầm nén rất cao.
5.4. Chu trình 2 cấp, 2 tiết lưu, làm mát trung gian toàn phần
Nhược điểm chủ yếu của các chu trình làm mát trung gian một phần là hơi hút về máy nén cao áp chưa được làm mát "toàn phần" xuống đến trạng thái hơi bão hòa khô nên tiết kiệm được chưa phải là tối đa và nhiệt độ cuối tầm nén cao áp T5 chưa phải là tối ưu.
Để làm mát toàn phần hơi nén hạ áp sau khi qua mát trung gian người ta cho sục thẳng vào bình trung gian. Ở đây, một phần lỏng ở áp suất và nhiệt độ trung gian sẽ bay hơi làm mát ở trạng thái 3 xuống trạng thái bão hòa khô 8. Điểm 4 sẽ trùng với điểm 8. Hình 5.5 giới thiệu chu trình 2 cấp 2 tiết lưu làm mát trung gian toàn phần.
Ưu điểm: Khi hơi hút về máy nén cao áp được làm mát xuống đến đường bão hòa khô, công nén tiết kiệm được cũng đạt tối đa ∆lmax. Nhiệt độ cuối tầm nén T5 cũng là nhiệt độ tối thiểu với quá trình nén đoạn nhiệt. Đây cũng là ưu điểm cơ bản của chi trình này so với các chu trình làm mát một phần.
Nhược điểm: Chu trình này có nhược điểm về vận hành là dầu từ máy nén hạ áp đi vào bình trung gian sẽ theo môi chất lỏng, qua tiết lưu 2 vào bình bay hơi. Ở nhiệt độ thấp (khoảng - 400C) dầu bị đặc quánh khó lưu thông, dính lên bề mặt trao đổi nhiệt của bình hoặc dàn bay hơi tạo ra lớp trở nhiệt làm giảm khả năng trao đổi nhiệt của bình bay hơi.
Chu trình này chủ yếu ứng dụng cho môi chất amoniắc.
5.5. Chu trình 2 cấp, bình trung gian ống xoắn
Chu trình 2 cấp, 2 tiết lưu làm mát trung gian toàn phần (hình 5.5) có nhược điểm là dầu của cấp nén hạ áp theo lỏng vào bình bay hơi tạo lớp trở nhiệt trên bề mặt trao đổi nhiệt. Để khắc phục nhược điểm này người ta dẫn lỏng qua ống xoắn vào làm quá lạnh trong bình trung gian, và dầu ở cấp nén hạ áp không thể đi vào bình bay hơi được. Hình 5.6 giới thiệu chu trình 2 cấp bình trung gian ống xoắn.
Hình 5.6. Chu trình 2 cấp bình trung gian ống xoắn
Chu trình này dùng môi chất lỏng từ thiết bị ngưng tụ ra chia làm 2 nhánh: Nhánh chính đi qua ống xoắn được quá lạnh đến trạng thái 10 để qua tiết lưu 2 vào bình bay hơi, nhánh phụ vào tiết lưu 1 để vào bình trung gian bay hơi làm mát hơi nén hạ áp từ điểm 3 xuống điểm 4 8≡
bão hòa khô.
- Nhiệt độ t10 là nhiệt độ lỏng ra khỏi bình trung gian ống xoắn lấy bằng:
10 9 min 9 5
t = + ∆t t = +t K
Hiệu nhiệt độ tối thiểu trong thiết bị trao đổi nhiệt: ∆tmin =5K.
- Môi chất lỏng tiết lưu trực tiếp từ áp suất pk xuống p0 (không qua áp suất trung gian nên có thể coi là chu trình 2 cấp 1 tiết lưu). Chu trình 1 tiết lưu có ưu điểm là có thể đặt dàn lạnh ở xa vì hiệu áp rất cao.
- Do nhiệt độ tiết lưu cao hơn nhiệt độ bình trung gian (điểm 9) do đó năng suất lạnh bị giảm mất 1 khoảng ∆ =q0' h11−h11'.
Nhưng do bình trung gian ống xoắn có ưu thế vận hành không bị dầu làm bẩn bình bay hơi nên vẫn được ứng dụng rộng rãi cho môi chất amoniắc, tuy phải chấp nhận tổn thất nhỏ về năng suất lạnh.
C) TÀI LIỆU HỌC TẬP
1. Nguyễn Đức Lợi, Phạm Văn Tùy (2005), Máy và thiết bị lạnh, Nhà xuất bản Giáo dục. 2. Nguyễn Đức Lợi, Phạm Văn Tùy (1996), Kỹ thuật lạnh cơ sơ, Nhà xuất bản Giáo Dục.
D) CÂU HỎI, BÀI TẬP, NỘI DUNG ÔN TẬP VÀ THẢO LUẬN CHƯƠNG
1. Vì sao phải cân nhắc giữa chu trình 1 cấp và 2 cấp khi thiết kế cho một ứng dụng lạnh cụ thể? 2. Vì sao phải sử dụng chu trình 2 và nhiều cấp?
3. Hãy vẽ sơ đồ thiết bị và chu trình 2 cấp 1 tiết lưu biểu diễn trên đồ thị lgp - h. 4. Vẽ sơ đồ thiết bị và đồ thị lgp - h của chu trình 2 cấp 1 tiết lưu có hồi nhiệt. 5. Mô tả nguyên tắc làm việc chu trình 2 cấp 1 tiết lưu có hồi nhiệt.
6. Vẽ sơ đồ thiết bị và đồ thị lgp - h của chu trình 2 cấp 1 tiết lưu có hồi nhiệt và bình quá lạnh. 7. Ưu nhược điểm của chu trình 2 cấp 1 tiết lưu có hồi nhiệt và bình quá lạnh so với các chu trình 1 tiết lưu khác là gì?
CHƯƠNG 6
Các thiết bị trong hệ thống lạnh
Số tiết: 09 (Lý thuyết: 07 tiết; bài tập, thảo luận: 02 tiết)
A) MỤC TIÊU:
Học xong chương này sinh viên biết được vị trí, vai trò, đặc điểm của các thiết bị trong hệ thống lạnh như: Thiết bị ngưng tụ, thiết bị bay hơi, tháp tỏa nhiệt, các thiết bị phụ trong hệ thống lạnh; Hiểu được cấu tạo, nguyên lý làm việc của các thiết bị trong hệ thống lạnh.