Chng 1 14 Chương 2 VẬT LIỆU LẠNH 2 1 Môi chất lạnh 2 1 1 Yêu cầu đối với môi chất lạnh a Yêu cầu về nhiệt động Có năng suất lạnh riêng thể tích và năng suất lạnh riêng khối lượng lớn Áp suất ngưng tụ không quá lớn Áp suất sôi của môi chất lạnh mong muốn cao hơn áp suất khí quyển Tỷ số nén không quá lớn Ẩn nhiệt hoá hơi phải lớn Nhiệt độ đông đặc của môi chất thấp, trọng lượng riêng, độ nhớt nhỏ b Yêu cầu về hoá lý Dễ hoà tan trong nước Hoà tan nhiều trong dầu bôi trơn để dễhồi dầu về máy nén Khô.
Trang 1Chương 2 VẬT LIỆU LẠNH
2.1 Môi chất lạnh
2.1.1 Yêu cầu đối với môi chất lạnh
a Yêu cầu về nhiệt động :
- Có năng suất lạnh riêng thể tích và năng suất lạnh riêng khối lượng lớn
- Áp suất ngưng tụ không quá lớn
- Áp suất sôi của môi chất lạnh mong muốn cao hơn áp suất khí quyển
- Tỷ số nén không quá lớn
- Ẩn nhiệt hoá hơi phải lớn
- Nhiệt độ đông đặc của môi chất thấp, trọng lượng riêng, độ nhớt nhỏ
b Yêu cầu về hoá lý :
- Dễ hoà tan trong nước
- Hoà tan nhiều trong dầu bôi trơn để dễhồi dầu về máy nén
- Không ăn mòn vật liệu chế tạo máy và thiết bị
- Không cháy nổ , không độc hại, không gây ô nhiễm môi trường
c Yêu cầu về sinh lý
Không cháy nổ , không độc hại, không gây ô nhiễm môi trường
d Yêu cầu về kinh tế
Môi chất phải rẻ tiền, dễ kiếm , dễ vận chuyển và bảo quản
2.1.2 Một Số Môi Chất Lạnh Thông Dụng
a Môi chất NH3 ( Amoniac)
- Đây là môi chất vô cơ đuợc sử dụng rộng rãi trong các hệ thống lạnh làm nước đá công nghiệp
- Nhiệt độ bay hơi ở điều kiện tiêu chuẩn là -33,350C
- Có năng suất lạnh riêng thể tích và năng suất lạnh riêng khối lượng lớn, hoà tan vô hạn trong nước , không hoà tan dầu bôi trơn
- Không ăn mòn kim loại đen và phi kim loại , ăn mòn đồng và các hợp kim của đồng
Trang 2- Là khí không màu , có mùi khai, gây độc hại với môi trường và con ngưòi
b Môi chất Freon 12
- Ký hiệu thương mại của môi chất này là R12, công thức hoá học là CCl2F2 Là dẫn suất halogen của mêtan Môi chất này đã bị cấm sử dụng trên thế giới do nó có tính phá huỷ ozone và là khí gây hiệu ứng nhà kính làm nóng địa cầu
- Đây là loại môi chất an toàn, không cháy nổ, không độc hại với cơ thể sống khi ở điều kiện thường nhưng khi gặp nhiệt độ cao (550 –
6000 C) nó cháy và phân huỷ thành phosgen rất độc
- Nó chủ yếu sử dụng trong các máy lạnh dân dụng do có năng suất lạnh riêng nhỏ
- Không ăn mòn các vật liệu, không dẫn điện, không hoà tan nước, hoà tan một phần dầu bôi trơn
- Có tinh lưu động và thẩm thấu cao dễ bị dò rỉ
- Nhiệt độ bay hơi ở điều kiện tiêu chuẩn là – 29,80C , áp suất ngưng tụ trung bình
- Hiện nay, để thay thế cho môi chất này người ta dùng môi chất R134a
Trang 3c Môi chất Freon 22
- Ký hiệu thương mại của môi chất này là R22, công thức hoá học là CHClF2 Là dẫn suất halogen của metan nhưng trong phân tử chỉ có một nguyên tử clo nên khả năng phá huỷ môi trường không bằng R12, tuy nhiên môi chất này cũng đã bị cấm nhưng việc tìm môi chất thay thế cũng gặp nhiều khó khăn
- Đây là loại môi chất an toàn, không cháy nổ, không độc hại với cơ thể sống khi ở điều kiện thường nhưng khi gặp nhiệt độ cao (550 –
6000 C) nó cháy và phân huỷ thành phosgen rất độc
- Nó chủ yếu sử dụng trong các máy lạnh dân dụng do có năng suất lạnh riêng nhỏ, các máy điều hoà không khí có công suất trung bình
và trong các máy lạnh công nghiệp khác
- Nhiệt độ bay hơi tiêu chuẩn của nó là -40,80C, các tính chất nhiệt động của nó tốt hơn so với R12
- Hoà tan dầu bôi trơn, không hoà tan nước, không ăn mòn kim loại, hợp kim và phi kim
d Môi chất Freon 134a
- Ký hiệu thương mại của môi chất này là R134a, là môi chất tương đối thân thiện với môi trường được dùng để thay thế cho môi chất R12
- Môi chất này có những tính chất tương đồng với R12 , năng suất lạnh cũng tương đương
- Nhiệt độ bay hơi tiêu chuẩn của nó là – 26,30C, cao hơn so với R12
- Khi máy lạnh đang sử dụng môi chất R12 mà chuyển qua sử dụng R134a thì cần thay đổi một số phụ kiện và thiết bị như là dầu bôi trơn, các vòng đệm kín bằng cao su, phin sấy lọc, kể cả các dụng cụ như các loại đồng hồ gas, đèn thử xì …
Trang 52.2.2 Các yêu cầu đối với chất tải lạnh
Giống như môi chất lạnh, chất tải lạnh lý tưởng cũng cần có các tính chất sau đây:
a Tính chất hoá học
- Không ăn mòn thiết bị
- Bền vững, không phân hủy trong phạm vi làm việc
- Hệ số dẫn nhiệt và trao đổi nhiệt phải lớn
- Nhiệt dung riêng càng lớn càng tốt
- Độ nhớt và khối lượng càng nhỏ càng tốt vì giảm được tổn thất thủy lực
- Không gây cháy nổ
- Không làm ô nhiểm môi trường
Trang 6b Dung dịch nước muối NaCl
- Đáp ứng khá đầy đủ yêu cầu trên Nhược điểm chủ yếu là ăn mòn kim loại của hệ thống lưu chuyển môi chất tải lạnh
c Dung dịch nước muối CaCl 2
- Có các tính chất gần giống NaCl tuy khó tìm
2.3 Dầu bôi trơn
2.3.1 Đại cương
a.Nhiệm vụ của dầu bôi trơn
Dầu bôi trơn được sử dụng trong các hệ thống lạnh có máy nén cơ có nhiệm vụ chủ yếu là:
- Bôi trơn các chi tiết chuyển động của máy nén, các bề mặt ma sát, giảm ma sát và tổn thất do ma sát gây ra Riêng máy nén và máy giãn
nở, nhiệt độ giảm đột ngột dầu bị đông cứng ngay
- Làm nhiệm vụ tải nhiệt từ các bề mặt ma sát piston, xi lanh, ổ bi, ổ bạc,… ra vỏ máy để toả ra môi trường, đảm bảo nhiệt độ ở các vị trí trên không quá cao
- Chống rò rỉ môi chất cho các cụm bịt kín và đệm kín cổ trục
- Giữ kín các khoang nén trong máy nén trục vít
b Yêu cầu đối với dầu bôi trơn
Dầu bôi trơn nằm trong máy nén, do đó dầu tham gia vào vòng tuần hoàn môi chất lạnh, đi qua tất cả các thiết bị chính và phụ của hệ thống Chính vì vậy dầu kỹ thuật lạnh có các yêu cầu rất khắt khe:
- Có đặc tính chống mài mòn và chống sây sát bề mặt tốt
- Có độ nhớt thích hợp đảm bảo bôi trơn các chi tiết
- Có độ tinh khiết cao, không chứa các thành phần có hại đối với hệ thống lạnh như ẩm, axit, lưu huỳnh, không được hút ẩm
- Nhiệt độ bốc cháy phải cao, cao hơn nhiều so với nhiệt độ cuối quá trình nén
- Nhiệt độ đông đặc phải thấp, thấp hơn nhiều so với nhiệt độ sau tiết lưu và ở dàn bay hơi
- Nhiệt độ lưu động phải thấp hơn nhiệt độ bay hơn để đảm bảo tuần hoàn được trong hệ thống và có thể hồi dầu dễ dàng về máy nén
- Không tạo lớp trở nhiệt trên bề mặt trao đổi nhiệt, trong trường hợp này dầu phải hoà tan hoàn toàn vào môi chất
Trang 7- Không làm giảm nhiệt độ bay hơi qua đó làm giảm năng suất lạnh, trong trường hợp này dầu không được hoà tan vào môi chất lạnh
- Không được dẫn điện, có độ cách điện cao cả ở pha hơi và pha lỏng đặc biệt cho hệ thống lạnh kín và nửa kín
- Không gây cháy nổ
- Không phân huỷ trong phạm vi nhiệt độ vận hành (thường từ -60 đến
1500C, đặc biệt cho máy ghép tầng đến 800C thậm chí – 1100C)
- Không được tác dụng với môi chất lạnh, với các vật liệu chế tạo máy
vô cơ và hữu cơ, dây điện, sơn cách điện dây cuốn động cơ với vật liệu hút ẩm để tạo ra các sản phẩm có hại trong hệ thống lạnh, nhất là
có hại cho động cơ và máy nén
- Tuổi thọ cao và bền vững, đặc biệt trong hệ thống lạnh kín, có thể làm việc liên tục 20 đến 25 năm ngang với tuổi thọ của block tủ lạnh
- Phải không được độc hại
- Phải rẻ tiền và dễ kiếm
Trong thực tế, tất nhiên không tìm được dầu bôi trơn lý tưởng đáp ứng đầy đủ các yêu cầu trên, chỉ có thể tìm loại dầu ứng dụng cho từng loại cụ thể
để phát huy ưu điểm hay khắc phục nhược điểm
- Dầu tổng hợp: Được sản xuất từ các chất khác nhau, các loại este, silicol, polyclycol hoặc các dầu tổng hợp gốc hydrocacbon, so với dầu khoáng thì nó có độ bôi trơn tốt hơn khi hỗn hợp với môi chất lạnh, nhiệt độ đông đặc cũng thấp hơn, sự mài mòn thấp hơn nhưng giá thành cao hơn
- Dầu khoáng có phụ gia tổng hợp: Để cải thiện một số tính chất của dầu khoáng người ta cho thêm vào các chất phụ gia Ví dụ: để tăng
độ nhớt, chống ôxy hoá, chống hiện tượng sủi bọt, hạ nhiệt độ đông đặc, tăng nhiệt độ bốc cháy… trên thực tế có thể sử dụng hỗn hợp dầu khoáng và dầu tổng hợp nhưng phải thận trọng và phải thử nghiệm trước Đã có trường hợp bổ sung dầu bôi trơn loại khác vào gây trục trặc nghiêm trọng toàn bộ hệ thống bôi trơn dẫn đến cháy động cơ
Trang 82.3.2 Một số tính chất cơ bản của dầu bôi trơn
a Độ nhớt: Là thông số quan trọng nhất quyết định việc bôi trơn, giảm
tổn thất ma sát, độ mài mòn thiết bị, tăng cường độ kín cho cụm bịt đầu trục, cho các đệm kín, các khoang hút và nén của máy nén trục vít Để bôi trơn bình thường cho máy nén hiện đại có tốc độ cao, độ nhớt dầu ở 1000C không nhỏ hơn 6 7mm2/s khi máy làm việc với cường độ cao hơn độ nhớt phải đạt
c Nhiệt độ đông đặc và nhiệt độ lưu động: Nhiệt độ đông đặc là nhiệt
độ khi dầu đã hoá đặc, nhiệt độ lưu động là nhiệt độ dầu còn có khả năng lưu động trong thiết bị đường ống đảm bảo vòng tuần hoàn, thường nhiệt động lưu động cao hơn nhiệt độ đông đặc từ 3 đến 50C Nhiệt độ đông đặc của dầu giảm khi tăng hàm lượng napten, giảm cacbuahydro thơm và parafin, nhiệt độ đông đặc của dầu khoáng khi độ nhớt giảm
d Nhiệt độ bốc cháy: Phụ thuộc vào sự có mặt của nhóm dễ bay hơi
trong dầu Yêu cầu nhiệt độ bốc cháy 160 đến 1800C trở lên Dầu không thể cháy trong hệ thống lạnh nhưng nhiệt độ bốc cháy cao chứng tỏ sự ổn định của dầu cao
e Độ acid: Độ acid của dầu là hàm lượng KOH trong dầu tính bằng
miligam KOH trong một gam dầu, yêu cầu không quá 0,03 đến 0,05mg KOH trong một gam dầu độ acid có thể thể hiện qua độ PH Độ PH của dầu lạnh 6,5; 7
f Hàm lượng nước và tính hút ẩm của dầu: Nước hoà tan ít trong dầu
tuy nhiên dầu lạnh có tính hút ẩm, tính hút ẩm tăng khi nhiệt độ tăng, nước có thể hoà tan trong dầu khoáng tốc độ hút bụi cũng phụ thuộc vào từng loại dầu, nước dù còn lại ít cũng gây trục trặc trong hệ thống làm lão hoá dầu gây phản ứng vơi dầu và môi chất lạnh tạo ra chất ăn mòn có hại khác Trong thực tế nước trong dầu lạnh có khoảng 10 đến 60 phần triệu khối lượng theo lượng dầu nạp vào máy R12, R22, R502
Do dầu có tính hấp thụ nước cao nên phải rất thận trọng khi bảo quản dầu
g Sức căng bề mặt: Ảnh hưởng đến chất lượng bôi trơn và chống mài mòn của chúng, nó phụ thuộc vào loại dầu, nhiệt độ, vào độ hoà tan, vào môi chất lạnh
Trang 9h Điểm anilin: Được định nghĩa là nhiệt độ tới hạn của sự hoà tan dầu
vào anilin để tạo ra dung dịch đồng nhất
Thực tế điểm anilin được sử dụng để đánh giá hàm lượng hydro cacbua thơm, điểm anilin phụ thuộc vào phân tử lượng và thành phần dầu, trong kỹ thuật lạnh điểm anilin dùng để định hướng đánh giá tính ổn định và sự hoà tan dầu trong môi chất lạnh
i Hàm lượng asfat: Có trong dầu khoáng và dầu hydro cacbua, đây là những thành phần có hại làm giảm chất lượng dầu tạo căn, giảm tính ổn định, lão hoá, trong dầu lạnh tốt thì hàm lượng hắc ín không vượt quá 0,3 -0,5%
j Tính ổn định nhiệt: Đặc trưng cho khả năng bảo toàn tính chất hoá học
và lý học của dầu chống lại sự phá huỷ và oxy hoá ở nhiệt độ cao, tính ổn định nhiệt được thể hiện qua nhiều chỉ tiêu như: hàm lượng hắc ín, asfal nhỏ, nhiệt độ bắt cháy cao, nhiệt độ sôi cao … dầu parafin có tính ổn định nhiệt cao, để nâng cao người ta cho thêm vào chất phụ gia chống oxy hoá
k Hình dạng và mầu sắc: Đặc trưng cho sự trong suốt và không trong
suốt khi quan sát qua một lớp dầu nhất định, dầu lạnh phải có độ trong suốt cao do có keo hoặc các chất lạ khác lơ lửng trong dầu
Màu sắc của dầu cũng là chỉ tiêu để đánh giá chất lượng dầu chất lượng cao phải có màu sáng hoặc sáng vàng Khi làm việc trong hệ thống lạnh càng ngày dầu càng sẫm lại nó đặc trưng cho sự oxy hoá và thời gian sử dụng trong hệ thống
l Sự sủi bọt: Là một tiêu chuẩn đánh giá sự thích hợp của dầu đối với
máy lạnh trong các hệ thống kín và nửa kín sủi bọt của dầu làm cho máy làm việc nặng nề vì dầu lọt vào đường hút để vào xi lanh nếu vào quá nhiều dễ gây ngập dịch Sự sủi bọt phụ thuộc vào chế độ làm việc của máy và độ hoà tan của dầu vào môi chất (độ hoà tan càng lớn sủi bọt càng nhiều) Người ta thử sự sủi bọt của dầu tinh khiết bằng cách thổi qua quả cầu có khoan nhiều
lỗ ngâm trong dầu
Giảm sự sủi bọt bằng cách thêm các phụ gia chống sủi bọt, tuy nhiên các phụ gia đều làm giảm chất lượng dầu cho nên hạn chế phụ gia ở mức thấp nhất
m Độ dẫn điện: Độ dẫn điện của dầu là một tính chất quan trọng đánh
giá chất lượng dầu, với máy kín và nửa kín vì động cơ nằm trong vỏ máy nên phải cách điện để đảm bảo động cơ hoạt động an toàn, do có tính cách điện
cao nên dễ nhầm với dầu biến thế
n Độ dẫn nhiệt: Hệ số dẫn nhiệt tương đối nhỏ nếu bám trên bề mặt dầu
trở thành cách nhiệt, trong hệ thống lạnh hệ số dẫn nhiệt lớn càng thuận lợi cho các quá trình trao đổi nhiệt, tuy nhiên nó không đóng vai trò quan trong trong việc đánh giá chất lượng dầu
Trang 10o Tính bôi trơn và tính chất mài mòn: Tính bôi trơn chính là khả năng
chống lại sự mài mòn do ma sát, chống sây sước bề mặt, tính chất bôi trơn phụ thuộc vào loại dầu, độ nhợt sức căng bề mặt và các tính chất khác của dầu
Để cải thiện chất lượng bôi trơn và chống mài mòn cảu dầu có thể cho vào dầu một lượng nhỏ chất phụ gia, thường làm là phốt phát trierezol
2.3.3 Các đặc tính riêng biệt của dầu lạnh
a Tính ổn định với môi chất lạnh: Yêu cầu đầu tiên đối với dầu là phải
ổn định và bề vững hoá học với môi chất lạnh, không được phản ứng với môi chất lạnh hoặc làm xúc tác phá huỷ dầu, môi chất và tạo các chất có hại
b Nhiệt độ vẩn đục: Nhiệt độ vẩn đục là nhiệt độ bắt đầu của sự kết tủa
parafin trong dầu, nhiệt độ vẩn đục của dầu với môi chất lạnh cao hơn nhiệt
độ vẩn đục của dầu tinh khiết vì môi chất lạnh hoà tan các thành phần lỏng còn parafin rắn lắng xuống thành cặn Trong hệ thống lạnh dầu tuần hoàn cùng với môi chất lạnh, các cặn đóng dần ở các cửa van vì vậy nhiệt độ sôi của môi chất lạnh không được thấp hơn nhiệt độ vẩn đục của dầu trong vòng tuần hoàn của môi chất
c Sự hoà tan dầu với môi chất lạnh: Để đảm bảo bôi trơn chèn kín cần
dầu có độ hoà tan tốt, NH3 là loại môi chất lạnh điển hình không hoà tan dầu bôi trơn, R13 cũng hoàn toàn như vậy, dầu chìm bên dưới NH3 nhưng lại nổi trên freon Các môi chất hoà tan dầu hoàn toàn tạo điều kiện cho việc hồi dầu
về máy, còn các môi chất hoà tan hạn chế gây nhiều phức tạp hơn cả, chúng
có các khoảng trống không gian không hoà tan
d Độ nhớt của hỗn hợp: Độ nhớt của hỗn hợp dầu và môi chất lạnh nhỏ
hơn độ nhớt của dầu nguyên chất vì độ nhớt của môi chất lạnh rất nhỏ Tuỳ theo từng loại dầu và môi chất người ta xây dựng các quan hệ toán học để tính toán độ nhớt của hỗn hợp
Sự thay đổi dầu trong cacte máy nén diễn ra phức tạp hơn Ở áp suất không đổi cho trước trong cacte nhiệt độ dầu giảm thì thành phần môi chất lạnh hoà tan tăng lên, độ nhớt giảm, khi nhiệt độ dầu tăng môi chất lạnh bị đẩy ra khỏi dầu hầu như hoàn toàn và độ nhớt gần đạt độ nhớt dầu nguyên chất Lúc này độ nhớt giảm là do nhiệt độ tiếp tục tăng chứ không do môi chất hoà tan
e Độ lưu động của hỗn hợp: Môi chất lạnh hoà tan trong dầu làm cho
tính lưu động của dầu tăng lên, nhiệt độ lưu động dầu giảm xuống, thực tế người ta có thể thực hiện nhiệt độ bay hơi thấp hơn cả nhiệt độ lưu động của dầu do có hoà tan môi chất trong dầu Đây là một trong những ưu điểm của
sự hoà tan môi chất lạnh trong dầu bôi trơn
Trang 112.3.4 Sử dụng dầu lạnh
a Đại cương: Dầu lạnh phải đáp ứng đựơc yêu cầu đã nêu, chia làm hai
loại, loại A cho NH3, loại B cho freon, loại B chia làm 4 nhóm Bản sau giới thiệu sự phân loại dầu theo điều kiện ứng dụng và chất lượng dầu
Phân loại một số dầu sản xuất ở Liên Xô cũ và các nước khác theo loại
và nhóm dầu giới thiệu trong bảng sau:
PHÂN LOẠI DẦU THEO ĐIỀU KIỆN ỨNG DỤNG
VÀ CHẤT LƯỢNG YÊU CẦU
- Dầu có độ nhớt cao sử dụng cho nhiệt độ ngưng tụ cao và thế nhiệt lớn trong máy nén
- Dầu có độ nhớt thấp dùng cho nhiệt độ ngưng tụ thấp
- Các dầu nhóm I sử dụng cho nhiệt độ sôi đến - 300C
- Dầu nhóm II sử dụng cho các máy lạnh một cấp nhiệt độ thấp môi chất là R22 và R502
- Dầu nhóm III sử dụng cho các máy lạnh một và hai cấp ở nhiệt độ sôi thấp hơn -550C, chủ yêu là các loại dầu hydro cacbua và dầu tổng hợp
- Dầu nhóm IV sử dụng cho tầng dưới của máy lạnh ghép tầng, môi chất lạnh là R13, R13B1 và R502
-40 0C R22, R502
-70 0C R13B1 R502 R22
-100 0C R13B1 R13 Kiểu dầu
Dầu
khoáng
Dầu khoáng
Dầu khoáng hydrocacbu
a tổng hợp
Hydrocacbua tổng hợp
Dầu tổng hợp
