Giáo trình kỹ thuật lạnh P5

Chng 1 55 Chương 5 MÁY NÉN 5 1 Công dụng và phân loại máy nén Máy mén lạnh là loại máy nén đặc biệt dùng trong kỹ thuật lạnh để hút hơi môi chất từ áp suất thấp, nhiệt độ thấp sinh ra trong thiết bị bốc hơi nén lên áp suất cao đưa vào thiết bị ngưng tụ đảm bảo sự tuần hoàn môi chất một cách hợp lý trong hệ thống lạnh Máy nén lạnh là bộ phận quan trọng nhất trong các hệ thống lạnh, máy nén có các nhiệm vu saụ + Liên tục hút hơi sinh ra ở thiết bị bốc hơi + Duy trì áp suất po và nhiệt độ to cần th.

Chương 5 MÁY NÉN

5.1 Công dụng và phân loại máy nén

- Máy mén lạnh là loại máy nén đặc biệt dùng trong kỹ thuật lạnh để hút hơi môi chất từ áp suất thấp, nhiệt độ thấp sinh ra trong thiết bị bốc hơi nén lên áp suất cao đưa vào thiết bị ngưng tụ đảm bảo sự tuần hoàn môi chất một cách hợp lý trong hệ thống lạnh

- Máy nén lạnh là bộ phận quan trọng nhất trong các hệ thống lạnh, máy nén có các nhiệm vu saụ:

+ Liên tục hút hơi sinh ra ở thiết bị bốc hơi

+ Duy trì áp suất po và nhiệt độ to cần thiết

+ Nén hơi lên áp suất cao tương ứng với môi trường làm mát (môi trường làm mát bằng nước, không khí hoặc nước kết hợp không khí) trong thiết bị ngưng tu

- Đưa lỏng qua thiết bị tiết lưu đến thiết bị bốc hơi thực hiện vòng tuần hoàn kín của môi chất lạnh trong hệ thống lạnh gắn liền với việc thu nhiệt ở môi trường làm lạnh và thải nhiệt ra môi trường ngoài

- Máy nén lạnh quyết định đến công suất, chất lượng, tuổi thọ và độ tin cậy của hệ thống lạnh Có thể so sánh máy nén lạnh có chức năng và tầm quan trọng giống như trái tim của cơ thể sống

- Phạm vi sử dụng: Hiện nay trong các hệ thống lạnh hầu hết đều sử dụng máy nén: Piston, trục vít, Rotor xoắn ốc, Turbin …

Trong kỹ thuật lạnh, người ta sử dụng hầu như tất cả các kiểu máy nén khác nhau và các máy nén thông dụng nhất hiện nay được chia thành nhiều loại, sau đây là một trong các cách phân loại máy nén:

- Theo nguyên lý nén thể tích thì quá trình nén được thực hiện nhờ sự thay đổi thể tích giới hạn bởi xy lanh và Piston khi Piston chuyển động đi lên

- Theo nguyên lý nén động học thì áp suất tăng lên là do động năng của dòng hơi biến thành thế năng

- Theo nhiệt độ t0 ta có thể chia:

1 Máy nén 1 cấp khi t0 = (+10 ÷-25)0C

2 Máy nén nhiều cấp và máy nén bậc thang khi t0 = (-30 ÷-110)0C Trong đó máy nén piston có nhiều loại thường dùng nhiều nhất và rất đa dạng

- Theo cách bố trí xắp xếp các xi-lanh có thể có các loại như: nắm ngang, thẳng đứng, đặt nghiêng một góc, bố trí hình chử V, W, hướng tâm

- Theo cách chuyển động của xylanh có thể có các loại trực lưu (Chuyển động theo một hướng từ lúc vào đến lúc ra)

- Dựa vào số lượng xy lanh của máy nén (có thể đến 16 xylanh)

- Theo cách bố trí xylanh và hộp máy (Cacte) gồm có: Loại đặt chung (Block-cacte) và loại đặt riêng

- Dựa vào cấu tạo của thanh truyền và số lựơng khoang nén làm việc có thể có các loại: máy nén không có con trượt hoạt động đơn giản chỉ nén một phía và loại máy nén có con trượt hoạt động hai phía và nén hai phía

-Theo số lượng cấp nén gồm có: một cấp hay nhiều cấp

- Theo độ kín và số lượng các bộ phận có thể tháo lắp gồm có: Loại xylanh và động cơ chứa trong một hộp kín hoàn toàn không tháo ra được Loại xylanh và động cơ chứa trong một hộp có chèn nhưng có nắp tháo ra được Loại hộp máy có chứa hơi tác nhân lạnh chịu áp lực và có chèn đầu trục khuỷu (Loại máy nén không có con trượt) Loại có hộp máy hở và chèn trục pittông ở đoạn ra khỏi xylanh (Loại máy nén có con trượt hoạt động hai phía)

- Theo cách truyền động gồm có: Truyền động trực tiếp và truyền động bằng dây đai

- Dựa vào năng suất lạnh QO

+ Máy nén nhỏ: QO  14 kW ( 12.000 KCal/h)

+ Máy nén trung bình: QO = 105 kW

+ Máy nén lớn: QO 105 kW ( 90.000 KCal/h)

+ Khi Piston chuyển động từ 4  1 (4: điểm chết trên, 1:điểm chết dưới) để Piston thay đổi hướng chuyển động Khi đó thể tích tăng từ

0 Vmax, van hút mở ra để hút môi chất vào xi lanh

+ Khi đến điểm 1, quá trình hút kết thúc, Piston chuyển động ngược lại, thể tích nhỏ dần

+ Khi Piston chuyển động từ 12 gọi là quá trình nén, trong quá trình này van hút và đẩy đóng Tại điểm 2, Piston trong xi lanh đạt

áp suất đẩy, Clape đẩy mở ra để Piston tiếp tục đi lên đẩy hơi nén vào khoang đẩy với áp suất không đổi P2

- Quá trình đẩy kết thúc khi Piston đạt điểm chết trên và quá trình hút, nén, đẩy lại bắt đầu chu kỳ mới

- Quá trình xảy ra:

+ a-b : là đường nén đoạn nhiệt

+ b-c : Clape đẩy mở ở thời điểm b

+ b-c : Là đường đẩy hơi nén, áp suất giảm xuống, clape đóng lại tại thời điểm c

+ c-d: là quá trình dãn nở hơi trong thể tích chết, Clape mở tại d + d-a: là quá trình hút

- Do tổn thất áp suất ở Clape hút và đẩy thể tích hút đã giảm xuống thêm 1 khoảng nữa, do điểm 4 dịch về phía phải và điểm 1 dịch về phía trái làm cho Vtt2  Vtt1 Đường chấm trên sơ đồ biễu diễn quá trình nén thực có xung động ở đường hút và đường đẩy

- Trong quá trình nén thực, VC là tổn thất lớn nhất VC là không gian còn sót lại giữa xy lanh và Piston cũng như các không gian ở Clape hút và đẩy khi Piston ở vị trí điểm chết trên

Mặt khác, khi hệ thống lạnh hoạt động thì máy nén , Piston , xy lanh nóng lên Để tránh việc Piston chạm vào nắp do giản nở nhiệt người ta chừa lại khe hở an toàn nhất định ( thường từ 3 đến 5 % không gian chết với máy nén có tốc độ cao)

- Một tổn thất nữa lổn thất do trở lực của Clape hút và đẩy Các Clape hút

và đẩy của máy nén lạnh làm việc hoàn toàn tự động sự chênh lệch áp suất Khi áp suất 2 bên Clape bằng nhau, các Clape ở trạng thái đóng do sức đàn hồi hoặc lò xo nén Clape chỉ mở khi có áp suất chênh lệch đủ lớn, đủ hướng Chính vì vậy thời điểm Clape mở muộn hơn so với lý thuyết khá nhiều

Hình 5.2: Quá trình nén thực

5.2.3 Máy một tầm nén

Hình 5.3: Máy nén trục vis

Hình 5.4: Máy nén pittong

Môi chất lạnh (refrigerant) trở thành ga ở bộ bốc hơi vào trong fin lọc cặn (scale) (2) qua van chặn hút (1) của máy nén Ở đây cặn được loại ra nhờ lưới sắt đặt trong fin lọc cặn Kế đến, ga đi qua bộ lọc hút (suction strainer) (3) vào trong buồng hút các-te (4) Khi pittông bắt đầu hành trình hút (5) áp suát trong xy lanh (6) tụt xuống để ga trong buồng hút vào trong xy lanh sau khi đẩy van hút (7) lên Khi pittông bắt đầu đẩy, van hút đóng, ga bị nén Khi

áp suất ga cao hơn áp suất bên xả thì van xả (8) đẩy lên và ga đã được nén qua bên xả, qua ống xả (discharge elbow) (9) tới bộ ngưng tụ

Hình 5.5: Cơ cấu nén gas

5.2.4 Máy nén hai tầm (Một máy 2 tầm nén)

Máy nén 2 tầm được cấu tạo với 2 buồng hút (suction chamber), 2 cầu

xả (discharge port) và bên trong được chia thành 2 phần, mỗi phần thực hiện các chức năng của máy một tầm nén

Trong số các xy lanh, 2 xy lanh hoạt động ở tầm cao và tùy theo kích thước của máy nén, 4 hay 6 xy lanh hoạt động ở tầm thấp Nhìn từ bơm dầu,

xy lanh tầm thấp nằm bên phải máy nén Buồng hút và buồng trục khuỷu (cranksaft chamber) được nối với nhau qua lổ quân bình áp suất (pressure equalizing hole) đường kính 12mm Phía dưới buồng hút và buồng trục

khuỷu lại có 1 lổ khác đường kính 5mm để thải dầu thoát từ bộ bốc hơi ra ngoài và ngăn ngừa hiện tượng sủi bọt (foaming: là hiện tượng môi chất lạnh sôi trào khỏi đầu máy lạnh)

Phía tầm cao nằm cùng bên với bộ tản nhiệt dầu (oil cooler) Buồng hút tầm cao có thành ngăn với buồng hút tầm thấp và để kín khí có dùng 1 vòng “O” ở đầu dưới sơ mi xy lanh Như thế xy lanh được bịt kín với buồng trục khuỷu vì buồng hút tầm cao sẽ thành áp suất bộ bốc hơi trung gian khi máy chạy

Từ lổ thoát dầu trong buồng hút tầm cao đường ống được dẫn đến buồng hút tầm thấp để tái tuần hoàn số dầu thu được trong buồng hút tầm cao Lưu lượng được điều chỉnh qua van chặn vặn bằng tay Dầu từ phía tầm cao qua phía tầm thấp rồi đến các te qua lổ thoát dầu dưới buồng hút tầm thấp Không nên mở van chặn quá ¼ vòng vì có thể làm cho ga có áp suất trung gian chạy ngược lại bên phía tầm thấp Tuy nhiên nếu siết chặt van quá, buồng hút phía tầm cao sẽ tích tụ đầy dầu và xảy ra việc dầu bị nén (oil hammering)

Đặc biệt cần chú ý khi máy 2 tầm nén được dùng chạy cho một tầm nén, cần phải giảm áp suất ở buồng hút tầm thấp theo định kỳ để dầu đọng ở bên tầm cao chảy vào bên tầm thấp

Hình 5.6: Hình cắt ngang của các-te máy nén 2 tầm

5.2.5 Các bộ phận chi tiết trong máy nén pittông

a Đầu Van an toàn (Safety valve) và cơ cấu van

Lò xo giảm xung được ép giữa nắp và cụm van xả Dùng để giữ cho máy khỏi bị hư bằng cách hút áp suất bất thường phát sinh ra khi xảy ra hiện tượng dịch bị nén (liquid hammer) vì môi chất lạnh, dầu, hay tạp chất (foreign matter) lọt vào trong xy lanh

4 Đai ốc số 1, van xả 13 Lò xo, van hút

Hình 5.7: Hình cắt ngang của cơ cấu van

Van được để với áp suất xả theo bảng 5.1 như sau :

Phải kiểm tra van ít nhất mỗi năm 1 lần (thử áp suất nhỏ nhất) Cần dùng dụng cụ thử và đồng hồ áp suất tiêu chuẩn để điều chỉnh

Áp suất xả trên là áp suất xả của van an toàn theo tiêu chuẩn của chúng tôi Nếu yêu cầu một mức áp suất khác, xin vui lòng liên hệ với chúng tôi bất

b Bộ tải và giảm tải (Unloader mechanism)

Hoạt động dựa vào áp suất dầu và lò xo qua van xoay bằng tay (manual valve) hay van điện từ (solenoid valve)

Hình 5.9: Cơ cấu bộ tải và giảm tải

4 Lò xo, thiết bị giảm tải

Hình 5.10 cho thấy bộ tải và giảm tải ở vị trí tải, áp suất dầu được áp vào pittông

Vòng cam có chỗ cắt xéo và chốt nâng (lift pin) chuyển động thẳng góc với mặt cắt xéo này Chốt nâng đẩy van hút lên đỉnh của xy lanh

Hình 5.10: Cơ cấu bộ tải và giảm tải trong tình trạng tải

Hình 5.11 cho thấy vị trí không tải của cơ cấu, không có áp suất dầu ở pittông và pittông bị đẩy lùi lại do sức bật của lò xo Cần đẩy bắt đầu tác động xoay vòng cam từ phải qua trái

Hình 5.11: Cơ cấu bộ tải và giảm tải trong tình trạng không tải

Đương nhiên gas thoát ra phía hút dù pittông mở hành trình nén Cái này chỉ bộ tải và giảm tải ở trong tình trạng không tải (Hình 5.11) lại nếu chốt nâng tụt xuống, van tác động trên mặt ổ tựa, cơ cấu ở trong tình trạng tải (Hình 5.10)

Khi áp suất dầu được áp vào cơ cấu bộ tải và giảm tải qua lổ tiết lưu (throtle nozzle), bộ tải và giảm tải quay về tình trạng không tải nếu áp suất dầu bị thoát ra do đóng van xoay tay hay mở van điện từ khi đang vận hành

Nắp pittông giảm tải (Hình 5.11) có lắp van điện từ hay van xoay tay ở bên ngoài

c Van xoay tay

Hình 5.12: Nắp giảm tải loại tiêu chuẩn và van xoay tay

(1) Thao tác van điện từ (2) Thao tác van xoay tay

Tải đóng van lại Tải đóng van lại

Không tải mở van ra Không tải mở van ra

Đường ống bộ giảm tải của model 12WB và 12-4WB nằm bên trong

và dùng một nắp pittông đặc biệt Muốn để không tải, mở van xoay tay hay van điện từ Muốn tải, đóng van này lại

Điều khiển công suất để vận hành một tầm nén thì tỉ lệ trực tiếp với lượng đẩy ra của pittông (displacement volume) còn đối với máy 2 tầm nén hay vận hành 2 tầm nén lượng pittông đẩy ra ở tầm thấp được giảm đi Tỉ lệ lượng đẩy ra của tầm cao và thấp thay đổi như sau :

d Cơ cấu bôi trơn (Lubrication mechanism)

Máy nén lạnh dùng một cái bơm dầu có bánh răng “trochoid” (trochoid gear) đưa dầu máy lạnh đến các bộ phận chuyển động, bộ đệm kín Bơm liên kết truyền động cùng với trục khuỷu Một dấu mũi tên chỉ hướng xoay của bơm

Từ các-te dầu máy lạnh được bơm hút lên qua bộ lọc dầu (oil strainer) tới bộ lọc tinh kiểu nhiều tấm lá sắt ghép lại (multiplate type cuno filter).Dầu

từ bộ lọc tinh theo 2 đường đi, một là để bôi trơn máy lạnh và hai là để tác động bộ tải và giảm tải Dầu máy lạnh đi ngang qua bộ tản nhiệt dầu (oil cooler) rồi tới bộ đệm kín Từ bộ đệm kín dầu qua ổ chặn, trục khuỷu nơi đó dầu sẽ bôi trơn vòng lót thanh chuyền (connecting rod bearings) và trục chính (main bearing)

Van điều chỉnh áp suất dầu được lắp ở cuối đường đi của dầu như thế đồng hồ áp suất dầu chỉ một áp suất hơi thấp hơn ở những điểm bôi trơn chính trên đường dầu chảy qua

Hình 5.13: Cơ cấu bộ lọc tinh

Hình 5.14: Cơ cấu bộ lọc tinh

e Kính xem dầu (oil sight glass)

Có thể kiểm tra mức dầu trong các-te qua kính xem dầu (oil sight glass) lắp trên nắp Lổ nhòm (handhole cover) Khi cần đổi nắp lổ nhòm để dễ thấy qua kính xem dầu

Hình 5.15: Mức dầu tiêu chuẩn qua kính xem dầu

Dầu có thể được nạp dễ dàng từ miệng nạp dầu ngay cả lúc máy nén đang vận hành nếu áp suất bên trong các-te cao có khả năng dầu chạy ngược lại nên cần chú ý

Nếu bị chảy ngược, đóng van chặn hút (suction stop valve) lại một tí chờ cho áp suất trong các-te tụt xuống rồi mới nạp dầu Đặt ống nạp dầu vào sâu trong thùng dầu để cho không khí không bị hút vào

Thùng dầu đã được dùng để nạp dầu phải giữ cho sạch sẽ vì nếu để các loại dầu khác lẫn vào có thể làm cho máy bị sự cố

f Bộ tản nhiệt dầu (Oil cooler)

Cả hai moden WA vàWB đều dùng bộ tản nhiệt dầu kiểu “shell và coil

“ như hình 5.16

Hình 5.16: Bộ tản nhiệt dầu, kiểu WA

g Cơ cấu bộ đệm kín (Shaft seal mechanism)

Bộ đệm kín (Hình 5.17 và 5.18) là một bộ phận đơn giản và đệm kín tốt, gồm có một vành bịt trục (Shaft seal collar) (33-1), bạc si túc (Shaft seal ring) (41) và những vòng “O” (37, 39 và 42) Vành bịt trục được cố định với trục bằng bi khóa (locking ball) nên quay cùng với trục khuỷu Bạc si túc bị khóa vào nắp (cover plate) bằng chốt con lăn (roll pin) (44) và việc cân chỉnh mặt ma sát của 2 phần này được bảo đảm nhờ lắp một lò xo xoắn ốc (helical spring) (43) Bộ đệm kín được cho dầu nhờ vào bơm dầu được bịt kín bằng vòng “O” và mặt ma sát đã được mài nhẵn

Hình 5.17: Tiết diện của đệm kín, kiểu WA

Hình 5.18: Tiết diện của đệm kín, kiểu WB

Hình 5.19: Bình dầu kiểu bắt phía dưới

h Thân máy ( còn gọi là cacter ):

- Thân máy là giá đỡ các bộ phận khác của máy, thân máy nén thường được đúc bằng gang xám hoặc đúc bằng kim loại nhẹ độ mịn tinh thể cao có thấm sơn chống rò rỉ Đặc biệt có loại thân máy sử dụng làm bằng kết cấu thép hàn vì vậy thân máy có độ ổn định lớn, đủ nặng và bền

- Trong thân máy là không gian chuyển động quay tròn của trục khuỷu và chứa dầu bôi trơn Phần dưới của thân có lắp kính xem mức dầu

- Hai thành bên của thân máy có các cửa có nắp đậy, kích thước đủ lớn

để có thể tháo, lắp các bộ phận bên trong Kết cấu và kích thước cụ thể của thân máy phụ thuộc vào công suất nén, kiểu nén, kiểu máy (thẳng đứng, nằm ngang, chữ V, W, hở hay nửa kín, kín ) Trên thân máy có nhiều lỗ phải gia công chính xác để lắp ráp trục khuỷu, xy lanh, bơm dầu, ỗ đỡ trục, cụm bịt kín ……

Hình 5.20: Thân máy nén

i Pistong và sơ mi xylanh

- Xi lanh có nhiệm vụ tạo ra không gian hút và nén hơi Xi lanh là chi tiết hình trụ để Piston chuyển động lên xuống thực hiện quá trình hút nén, đẩy môi chất lạnh Xi lanh làm việc với nhiệt độ cao và áp suất luôn thay đổi theo chu kỳ hút, nén Khi nhiệt độ hơi nén không quá

90OC cấu tạo của Xi lanh có thể đúc liền cánh tản nhiệt để làm mát không khí Khi nhiệt độ hơi nén cao hơn 90OC xi lanh được làm mát bằng nước

- Xi lanh của máy nén thường được đúc bằng gang xám , để có độ mịn cao người ta pha thêm 1 đến 2% Ni Đối với máy nén cở nhỏ, người

ta làm các cánh tản nhiệt để làm mát xi lanh Các máy nén lớn xi lanh được chế tạo rời để có thể thay thế được

rỉ trở lại khoang có áp suất thấp Ngoài ra piston có séc măng dầu để quét đều dầu bôi trơn trên bề mặt ma sát của xi lanh

- Piston thường được đúc bằng gang xám hoặc hợp kim nhôm Để giảm khối lượng chết Piston có dạng rỗng

Hình 5.21: Cơ cấu cụm pittong-xylanh

O Ắc piston:

- Được chế tạo thép 20 , 15X, 20X với độ thấm Các bon từ 1  1,5

mm, tôi đạt độ cứng HRC 58 – 62> Nếu ắc piston làm từ thép 45 thì tôi bề mặt bằng dòng điện cao tần đến độ sâu 1,5  2 mm có HRC

58 – 65

- Độ ô van của tiết diện ngang ắc bằng 1/3  ¼ dung sai lắp ghép cho phép

Xéc măng gồm 2 loại: Xéc măng hơi và Xéc măng dầu

- Xéc măng hơi có nhiệm vụ bịt kín khe hở giữa xi lanh và piston Muốn vậy thì xéc măng phải khít với thành rãnh ở piston phải tì kín mặt ngoài lên mặt trong của xi lanh