3. 2 Tính toán cách nhiệt
5.2 Chọn các thông số làm việc, chọn máy nén
- Chế độ làm việc của một hệ thống lạnh được đặc trưng bằng bốn nhiệt độ sau:
- nhiệt độ ngưng tụ của môi chất tk;
- nhiệt độ quá lạnh của môi chất lỏng trước van tiết lưu tql; - nhiệt độ hơi hút về máy nén tqn
5.2.1- nhiệt độ sôi của môi chất lạnh t0:
phụ thuộc vào nhiệt độ buồng lạnh. Có thể tình toán như sau:
t0 = tb - ∆t0 (5-1) (TĐL)
tb - nhiệt độ buồng bảo quản đông ∆t0 - hiệu nhiệt độ yêu cầu
Trong hệ thống lạnh gián tiếp nên nhiệt độ sôi của môi chất lạnh sẽ được lấy thấp hơn nhiệt độ buống 8÷ 100C.
t0 = -18 -( 8÷ 10)0C = -26÷ -280C chọn t0 = -280C
5.2.2- nhiệt độ ngưng tụ của môi chất tk
Phụ thuộc vào nhiệt độ của môi trường làm mát của thiết bị ngưng tụ. thiết bị làm mát bằng nước nên được tính theo biểu thức:
tk = tw2 + ∆tk (5-2) (NĐL)
trong đó:
tw2 - nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng; tw2 = 440C(tính toán chương 1) ∆tk - hiệu nhiệt độ ngưng tụ yêu cầu. Chọn ∆tk = 30C
tk = 44 + 3 =47 0C
5.2.3-nhiệt độ quá lạnh của môi chất lỏng trước van tiết lưu tql
Nhiệt độ quá lạnh càng thấp thì năng suất lạnh càng cao. Vì vậy người ta cố gắng hạ nhiệt độ quá lạnh xuống càng thấp càng tốt.Được tính theo biểu thức là:
tql = tw1 + (3÷ 5)0C (5-3) (NĐL) khi đó : chọn tw1 = 390C
tql = 39 + 30C = 420C
5.2.4 - nhiệt độ hơi hút về máy nén tqn
Là nhiệt độ của hơi nước trước khi vào máy nén. Nhiệt độ hơi hút bao giờ cũng
nhiệt độ sôi từ 5 ÷ 150C (ta chọn 100C), để đảm bảo độ an toàn khi làm việc. Được tính theo biểu thức sau:
tqn = t0 + 100C = -25 + 10 = -180C
5.2.5 - Áp suất ngưng tụ Pk và áp suấ bay hơi P0
Với nhiệt độ ngưng tụ và nhiệt độ sôi của môi chất lạnh là amoniac ứng với các thông số sau:
t0 = -280C tra bảng hơi bão hòa ta có P0 = 0,13MPa tương tự tk = 470C tra bảng hơi bão hòa ta có Pk = 1,88 Mpa
5.2.6 chọn số cấp nén
π = = = 14,5 > 9 như vậy ta chọn chu trình 2 cấp (5-4) Với áp suất trung gian Ptg = = = 0,5MPa ⇒ ttg ≈5 0C
Do đó tỷ số nén ở mỗi cấp là: π1 = π2 = = 3,8
Như vậy tỷ số nén cao dẫn đến điều kiện làm việc không thuận lợi cho máy nén khi tỷ số nén lớn hơn 9 đối với môi chất NH3 phải chuyển chu trình một cấp nén sang hai cấp nén có làm mát trung gian. Việc chọn máy nén 1 cấp nén hay 2 cấp nén là một bài toán tối ưu về kinh tế. Do yêu cầu đảm bảo an toàn cho máy nén trong quá trình làm việc, để tránh những điều kiện làm việc không thuận lợi cho máy nén và thiết bị chọn máy nén 2 cấp. Sử dụng bình trung gian có ống xoắn.
Sơ đồ và chu trình biểu diễn trên đồ thị lgp-i
Hình 3-1 Chu trình 2 cấp nén bình trung gian có ống xoắn
Các quá trình của chu trình
1’-1:quá nhiệt hơi hút;
1-2 : nén đoạn nhiệt cấp hạ áp từ P0 lên Ptg ;
2-3 : làm mát hơi quá nhiệt hạ áp xuống đường hơi bão hòa x=1 3-4 :nén đoạn nhiệt cấp cao áp từ Ptg lên Pk;
4-5 : làm mát ngưng tụ và quá lạnh lỏng trong bình ngưng;
5–7: tiết lưu từ pk về ptg để làm mát hơi nén hạ áp và quá lạnh môi chất trong ống xoắn.
5–6: quá lạnh lỏng đẳng áp trong bình trung gian. 6 – 10: tiết lưu từ pk về p0 cấp cho dàn bay hơi. 10 – 1’: bay hơi thu nhiệt của môi trường lạnh.
Nguyên lý hoạt động:
Hơi môi chất sinh ra ở thiết bị bay hơi có nhiệt độ t0, áp suất p0 có trạng thái 1’ được máy nén tầm thấp hút về và được đẩy vào bình trung gian. Ở bình trung gian thì hơi quá nhiệt 1 sẽ được làm mát về trạng thái hơi bão hoà khô 3 do hoà trộn với lượng hơi ẩm 7 và được máy nén tầm cao hút về, được nén đến trạng thái 4 đưa vào bình ngưng. Ở bình ngưng thì môi chất được làm mát và ngưng tụ nhờ nước. Môi chất được quá lạnh ngay trong thiết bị ngưng tụ từ trạng thái 5’ đến 5. Sau khi ra khỏi thiết bị ngưng tụ vào bình chứa cao áp thì môi chất lỏng chia làm hai nhánh: một nhánh nhỏ đi qua van tiết lưu thứ nhất vào bình trung gian để làm mát hơi về máy nén tầm cao xuống trạng thái hơi bão hoà khô 3. Còn nhánh chính được dẫn qua ống xoắn của bình trung gian, được quá lạnh từ trạng thái 5 đến 6. Sau đó vào van tiết lưu thứ hai, tiết lưu xuống nhiệt độ t0, áp suất p0 để cấp cho dàn bay hơi. Như vậy môi chất lạnh được tuần hoàn trong hệ thống.
Nếu thiết bị trao đổi nhiệt ống xoắn là lý tưởng thì nhiệt độ ra khỏi ống xoắn (t6) phải bằng nhiệt độ trung gian(ttg). Nhưng thực tế có tổn hao không thuận nghịch nên nhiệt độ quá lạnh bao giờ cũng lấy lớn hơn nhiệt độ trung gian từ (3 ÷ 5)0C. Ta chọn 50C.
Các thông số trạng thái tại các điểm nút của chu trình được thể hiện dưới bảng sau đây:
Bảng 5 - 1 thông số trạng thái của từng điểm nút chu trình Điểm
nút
t, 0C P,MPa h,kJ/kg v,m3/kg Trạng thái
1’ -28 0,13 1730 Hơi bão hoà khô
1 -18 0,13 1750 0,7 Hơi quá nhiệt
2 65 0,5 1915 Hơi quá nhiệt
3≡8 5 0,5 1760 0,28 Hơi bão hoà khô
4 100 1,88 1960 Hơi quá nhiệt
5’ 47 1,88 720 Lỏng 5 42 1,88 690 Lỏng 6 8 1,88 535 Lỏng 7 5 0,5 690 Bão hòa ẩm 9 5 0,5 525 Lỏng 10 -28 0,13 535 Bão hòa ẩm
Năng suất lạnh riêng q0:
q0 = h1’ – h10 = 1730 – 535 = 1195 kj/kg (5-5) • Tính toán cấp hạ áp.
- Năng suất lạnh riêng: q0=1070kJ/kg
- Lưu lượng hơi thực tế qua máy nén hạ áp :
m1 = = = 0,042 kg/s (5-6) - Thể tích hút thực tế của máy nén hạ áp
λ HA = - C - . (5-8)
Với máy nén sử dụng môi chất amoniac m =0,95÷1,1 , chọn m =1 c – tỉ số thể tích chết , c = 0,03÷0,05 , chọn c =0,04
Thường lấy ∆p0=5 Pa, ∆ptg=10 Pa. ⇒λ HA = - 0,04 - = 0,74 Thể tích hút lý thuyết cấp hạ áp
VltHA = = = 0,04m/s (5-9) - Công nén đoạn nhiệt :
Ns= m1.l1= 0,042. (1915 - 1750)= 6,9 Kw (5-10) - Hiệu suất chỉ thị : ηi = .λw + b.t0 = + 0,001t0 = + 0,001.(-18) = 0,9 (5-11) - Công suất chỉ thị : Ni = = =7,7 kW (5-12) - Công suất ma sát : Nms = Vtt . pms = 0,03. 69 = 2,07 kW (5-13)
(với pms là áp suất ma sát riêng, máy nén amoniac pms=49÷69Pa, chọn pms=69Pa )
- Công suất hữu ích:
Ne=Ni + Nms = 7,7 + 2,07 = 9,77kW (5-14) - Công suất tiếp điện cấp hạ áp :
NelHA = = = 12,1kW (5-15) ηtd là hiệu suất truyền động của khớp , đai …ηtd=0,95
ηel là hiệu suất động cơ , lấy ηel=0,85.
Tính toán cấp cao áp.
- Lưu lượng hơi thực tế qua máy nén cao áp .
m3 = 1,351.m1 = 1,351. 0,042= 0,057 kg / s (5-16) -Thể tích hút thực tế cấp cao áp :
- Hệ số cấp của cấp cao áp:
λCA = - c - (5-18) = - 0,04 - =0,78 Thường lấy ∆ptg=5Pa , ∆pk=10Pa. - Thể tích hút lý thuyết cao áp .
VltCA = = = 0,02 (5-10) - Công nén đoạn nhiệt cấp cao áp.
Ns =m3.l2 =m3(h4 −h3) =0,057(1960-1760)=11,4 kW (5-19) - Hiệu suất chỉ thị cấp cao áp:
ηi = .λw + b.ttg = + b.ttg = + 0,001.6 = 0,87 (5-20) - Công suất chỉ thị cấp cao áp: Ni = = = 13,1 kW (5-21)
- Công suất ma sát cao áp: Nms =Vtt.pms =0,016.69 = 1,1kW (5-22) Công suất hữu ích : Ne =Ni +Nms = 13,1 +1,1 = 14,2 kW. (5-23) - Công suất tiếp điện cấp cao áp .
NelHA = = = 17,6KW (5-24)
- Tổng công suất tiếp điện cấp hạ áp và cao áp:
Nel =12,1+ 17,6 = 29,7kW , lấy Nel =30 kW (5-25)
Chọn công suất động cơ Ndc:
Được xác định như sau:
Ndc = (1,1÷2,1)Nel = 1,3.29,7 = 38,61 kW (5-26) Để đảm bảo an toàn cho hệ thống lạnh trong quá trình làm việc ta chọn hệ số an toàn là 1,3.
Chọn máy nén
Qua việc tính toán nhiệt tải kho lạnh ở chương III, ta xác định được nhiệt tải của máy nén Q0MN ≈ 50 kW. Đây chính là năng suất lạnh mà máy nén cần phải đạt được để bảo đảm duy trì được nhiệt độ kho lạnh ở điều kiện thiết kế.
Với chế độ làm việc như sau: + Máy nén 2 cấp
+ Môi chất lạnh amoniac NH3 +Q0 = 50,023 kW, Ndc = 38,61Kw
Tra phần mềm chọn máy hãng Mycom, tôi chọn 2 máy nén Mycom 2 cấp có kí hiệu N42A với các thông số sau:
Thông số kỹ thuật của máy nén MYCOM N42A
Kí hiệu Pittong φ và S, mm Số xi lanh Tốc độ (v/ph) Thể tích quét, (m3/h) Q0 (kW) Ne (kW) N42A 95x76 4+2 1000 193,9 35,4 17,3
CHƯƠNG 6: TRANG BỊ TỰ ĐỘNG HÓA VÀ VẬN HÀNH HỆ THỐNG LẠNH
6.1 Trang Bị Tự Động Hóa
Máy nén là thiết bị quan trọng nhất trong hệ thống lạnh, vì vậy nó được bảo vệ rất nghiêm ngặt. Khi các điều kiện làm việc không đạt yêu cầu, hệ thống bảo vệ tự động ngắt điện để dừng máy. Máy nén được bảo vệ bởi các thiết bị sau:
- Bảo vệ áp suất: Áp suất cao HP, áp suất dầu OP, áp suất thấp LP. - Bảo vệ quá dòng và quá nhiệt (OCR).
- Bảo vệ các điều kiện giải nhiệt không tốt: + Bảo vệ áp suất nước, lưu lượng nước.
+ Bảo vệ khi bơm giải nhiệt dàn ngưng ngừng hoạt động. + Bảo vệ khi quạt tháp giải nhiệt không làm việc.
+ Bảo vệ bơm giải nhiệt máy nén.
- Bảo vệ khi một số thiết bị khác không làm việc: Máy nén sẽ tự động dừng khi một thiết bị nào đó không làm việc chẳng hạn như quạt dàn lạnh, bơm nước lạnh,…
- Ngoài ra ta còn trang bị điện điều khiển mức dịch ở bình trung gian và điều khiển nhiệt độ phòng lạnh.
Điều khiển mức dịch ở bình trung gian: Để điều khiển mức dịch ở bình
chế giữa hai mức: Cực đại và cực tiểu. Khống chế mức cực đại nhằm bảo vệ máy nén tránh hút ẩm, gây ngập lỏng phía cao áp. Mức cực tiểu được khống chế nhằm đảm bảo lượng dịch tối thiểu trong bình trung gian để tăng cường trao đổi nhiệt cho ống xoắn. Khi mức dịch trong bình đạt mức cực đại van phao phía trên tác động ngắt điện cuộn dây van điện từ cấp dịch cho bình trung gian, khi đó mức dịch trong bình sẽ không tăng. Khi mức dịch hạ xuống mức cực tiểu, van phao tác động mở van điện từ và dịch được tiết lưu vào bình.
Điều khiển nhiệt độ phòng lạnh: Đối với kho lạnh bảo quản, hệ thống lạnh
hoạt động hoàn toàn tự động và được điều khiển đóng ngắt theo nhiệt độ phòng. Khi nhiệt độ phòng lạnh đạt yêu cầu(bằng nhiệt độ cài đặt của thermostat), thermostat tác động đóng van điện từ ngừng cấp dịch cho dàn lạnh, máy tiếp tục hoạt động nên áp suất hút hạ xuống, sau đó một thời gian khi áp suất hút xuống thấp, rơle áp suất thấp tác động dừng máy. Khi nhiệt độ phòng nâng lên cao, thermostat tác động mở van điện từ cấp dịch cho dàn lạnh, áp suất hút tăng lên và rơle áp suất thấp đóng mạch khởi động máy nén. Về nguyên tắc, thermostat có thể trực tiếp tác động mạch điều khiển đóng máy nén. Tuy nhiên để đảm bảo an toàn khi dừng máy phải hút kiệt gas khỏi dàn lạnh nên người ta mới cho hoạt động như trên.
6.1.1 Trang bị điện động lực
Mạch điện động lực: còn gọi là mạch điện nguồn là mạch điện cấp điện nguồn
để chạy các thiết bị: Máy nén, bơm, quạt,… Đối với động cơ và thiết bị điện của hệ thống lạnh do công suất lớn nên việc đóng mở các động cơ được thực hiện bằng các khởi động từ. Các thiết bị đều được đóng mở và bảo vệ bằng các aptomat, tất cả các thiết bị đều có rơle nhiệt bảo vệ quá dòng. Các thiết bị có công suất nhỏ thì dùng ampe kế nối trực tiếp vào mạch điện, còn thiết bị có công suất lớn thì ampe kế được qua biến dòng CT.
Đối với động cơ máy nén quá trình khởi động diễn ra như sau: Khi nhấn nút START trên mạch điều khiển, nếu không có bất cứ sự cố nào thì cuộn dây khởi động từ MC có điện và đóng tiếp điểm thường mở MC trên mạch động lực. Trong khoảng 5 giây đầu tiên (đặt ở rơle thời gian), cuộn dây khởi động từ (MS) có điện và tiếp điểm thường mở MS của nó trên mạch động lực đóng. Lúc đó máy chạy theo sơ đồ sao,
dòng khởi động giảm đáng kể. Sau thời gian đặt rơle tác động ngắt điện cuộn MS và đóng điện cho cuộn MD, tương ứng các tiếp điểm trên mạch động lực MD đóng, MS mở. Máy chuyển từ sơ đồ sao sang sơ đồ tam giác. Đối với các thiết bị có công suất nhỏ hơn như bơm, quạt dòng khởi động nhỏ nên không cần khởi động theo sơ đồ sao – tam giác như máy nén.
6.1.2Mạch điện điều khiển 1. Mạch khởi động sao – tam giác
Các ký hiệu trên mạch điện:
MC, MS và MD - cuộn dây khởi động từ sử dụng đóng mạch chính, mạch sao và mạch tam giác của động cơ máy nén.
AX – rơle trung gian. T – rơle thời gian.
Khi hệ thống đang dừng, cuộn dây của rơle trung gian (AX) không có điện, các tiếp điểm thường mở của nó ở trạng thái hở nên các cuộn dây (MC), (MS) và (MD) không có điện.
Khi nhấn nút START để khởi động máy nén , nếu hệ thống không có sự cố áp suất cao, áp suất dầu, áp suất nước, quá nhiệt… thì các tiếp điểm thường đóng HPX, OPX, WPX, OCR… ở trạng thái đóng. Dòng điện đi qua cuộn dây của rơle trung gian (AX). Khi cuộn dây (AX) có điện nhờ tiếp điểm thường đóng AX mắc nối tiếp với tiếp điểm MCX nên tự duy trì điện cho cuộn (AX). Tiếp điểm thường mở MCX đóng khi không có sự cố áp suất nước ở bơm giải nhiệt máy nén.
Khi cuộn dây (AX) có điện, tiếp điểm thường mở AX thứ hai của nó sẽ đóng mạch điện cho các cuộn dây khởi động từ (MC) và (MS) hoặc (MD). Trong thời gian 5 giây đầu (thời gian này có thể thay đổi tùy ý) rơle thời gian T có điện và bắt đầu đến thời gian, mạch cuộn dây khởi động từ (MS) có điện, máy chạy theo sơ đồ nối sao, cuộn (MD) không có điện.
Sau thời gian 5 giây, tiếp điểm của rơle thời gian nhảy và đóng mạch cuộn (MD) và mạch cuộn (MS) mất điện. Kết quả máy chuyển từ sơ đồ nối sao sang sơ đồ tam giác.
Do cuộn dây (MC) nối với cặp tiếp điểm thường mở MS, MD nối song song nên dù máy có chạy theo sơ đồ nào thì cuộn (MC) cũng có điện.
Khi xảy ra quá nhiệt (do máy quá nóng hay dòng điện quá lớn) thì cơ cấu lưỡng kim của rơle quá nhiệt OCR nhảy và đóng mạch đèn báo hiệu sự cố báo hiệu sự cố đồng thời cuộn (AX) mất điện và đồng thời các khởi động từ của động cơ máy nén mất điện và máy dừng.
Nếu xảy ra một trong các sự cố áp suất dầu, áp suất cao hoặc áp suất nước hoặc nhấn nút STOP thì cuộn (AX) mất điện và máy nén cũng sẽ dừng.
2. Mạch bảo vệ áp suất dầu
Khi hệ thống đang hoạt động bình thường cơ cấu lưỡng kim của rơle áp suất dầu đóng, cuộn dây rơle trung gian (OP) mắc nối tiếp với nó có điện. Mạch điện cuộn (OPX) và đèn (L) không có điện do tiếp điểm thường đóng OP và thường mở OPX đang ở trạng thái hở.
Khi áp suất dầu nhỏ hơn giá trị định sẵn, dòng điện qua điện trở sấy dầu của rơle