Giáo trình Kỹ thuật lạnh (Nghề: Điện công nghiệp - Cao đẳng): Phần 1 - Trường Cao đẳng Cơ điện Xây dựng Việt Xô

Giáo trình Kỹ thuật lạnh (Nghề: Điện công nghiệp - Cao đẳng) được biên soạn dùng cho chương trình dạy nghề Điện công nghiệp đáp ứng cho hệ đào tạo Cao đẳng. Giáo trình kết cấu gồm 10 bài và chia thành 2 phần, phần 1 trình bày những nội dung về: cơ sở nhiệt động kỹ thuật và truyền nhiệt; tổng quan về các loại máy lạnh thông dụng; máy nén lạnh; thiết bị ngưng tụ;... Mời các bạn cùng tham khảo!

1

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠ ĐIỆN XÂY DỰNG VIỆT XÔ

KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TĐH

GIÁO TRÌNH

MÔ ĐUN: KỸ THUẬT LẠNH

NGHỀ: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP

TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG

Ban hành theo quyết định số: 1045/QĐ – TrCĐ – ĐT ngày 12 tháng

09 năm 2017 của Hiệu trưởng

Ninh Bình, năm 2019

2

TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN

Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo

Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh

thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm

LỜI GIỚI THIỆU

Cùng với công cuộc đổi mới công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước,

kỹ thuật lạnh đang phát triển mạnh mẽ ở Việt Nam Tủ lạnh, máy lạnh thương nghiệp, công nghiệp, điều hòa nhiệt độ đã trở nên quen thuộc trong đời sống và sản xuất Các hệ thống máy lạnh và điều hòa không khí phục vụ trong đời sống

và sản xuất như: chế biến, bảo quản thực phẩm, bia, rượu, in ấn, điện tử, thông tin, y tế, thể dục thể thao, du lịch đang phát huy tác dụng thúc đẩy mạnh mẽ nền kinh tế, đời sống đi lên

Cùng với sự phát triển kỹ thuật lạnh, việc đào tạo phát triển đội ngũ kỹ thuật viên lành nghề được Đảng, Nhà nước, Nhà trường và mỗi công dân quan tâm sâu sắc để có thể làm chủ được máy móc, trang thiết bị của nghề

Giáo trình “Kỹ thuật lạnh’’ được biên soạn dùng cho chương trình dạy nghề Điện công nghiệp đáp ứng cho hệ Cao đẳng và trung cấp

Nội dung của giáo trình cung cấp các kiến thức cơ bản nhất về sử dụng môi chất lạnh, chất tải lạnh, dầu lạnh, vật liệu cách nhiệt, hút ẩm, cung cấp các kiến thức về kết nối, lắp ráp, vận hành mô hình các hệ thống lạnh điển hình; Cung cấp các kiến thức về thử nghiệm các thiết bị và mô hình các hệ thống lạnh như máy nén, hệ thống máy lạnh, hệ thống điều hòa không khí một, nhiều dàn bay hơi, bơm nhiệt

Hình thành và rèn luyện các kỹ năng gia công đường ống dùng trong kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí, nhận biết, kiểm tra, đánh giá tình trạng các thiết bị, phụ kiện của hệ thống lạnh, lắp đặt, kết nối, vận hành các thiết bị và

mô hình các hệ thống máy lạnh và điều hòa không khí có một, nhiều dàn bay hơi, bơm nhiệt Kỹ năng thử nghiệm máy nén, kết nối, lắp ráp, thử nghiệm mô hình các hệ thống máy lạnh, hệ thống điều hòa không khí một, nhiều dàn bay hơi, bơm nhiệt

Cấu trúc của giáo trình gồm 10 bài trong thời gian 90 giờ qui chuẩn

Chắc chắn giáo trình không tránh khỏi thiếu sót Chúng tôi mong nhận được ý kiến đóng góp để giáo trình được chỉnh sửa và ngày càng hoàn thiện hơn

Xin trân trọng cám ơn!

Tham gia biên soạn

Chủ biên: Kỹ sư Phạm Tiến Dũng

3

MỤC LỤC

TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN 2

LỜI GIỚI THIỆU 2

Các bài trong mô đun 6

Thời gian (giờ) 6

Kiểm tra 6

BÀI 1 9

1.3.1 Quá trình đẳng tích 14

1.3.2 Quá trình đẳng áp 15

a Định nghĩa 15

b Quan hệ giữa các thông số 16

2.3 Quá trình đẳng nhiệt 17

BÀI 2 20

TỔNG QUAN VỀ CÁC LOẠI MÁY LẠNH THÔNG DỤNG 20

1.Máy lạnh hấp thụ 20

1.1.Định nghĩa, sơ đồ nguyên lý 20

1.2 Nguyên lý làm việc và ứng dụng 21

2.Máy lạnh nén hơi 21

2.1.Định nghĩa, sơ đồ nguyên lý 21

3 Các loại máy lạnh khác 22

3.1 Máy lạnh nén khí 22

3.2 Máy lạnh Ejecto 23

3.3 Máy lạnh nhiệt điện 24

BÀI 3 26

MÁY NÉN LẠNH 26

1.Máy nén piston 26

1.1.Định nghĩa và phân loại 26

1.2 Các dạng cấu tạo của máy nén Piston 26

1.3.1 Thân máy 31

1.3.2 Xy lanh 32

1.3.3 Piston – xéc măng 33

1.3.4.Tay biên 34

1.3.5 Trục khuỷu 35

1.3.6 Van hút – van đẩy 36

1.3.7 Cơ cấu giảm tải khi khởi động (Van khởi động): 37

1.3.8 Cơ cấu bôi trơn máy nén 38

1.3.9 Cụm bịt kín cổ trục 38

1.3.10 Van an toàn 39

2.Máy nén Roto 40

2.1.Định nghĩa và phân loại 40

2.2 Cấu tạo, nguyên lý làm việc 41

3.Máy nén trục vít 43

3.1.Định nghĩa và phân loại 43

3.2.Cấu tạo, nguyên lý làm việc 43

4

4.Máy nén xoắn ốc 45

4.1.Định nghĩa và phân loại 45

4.2.Cấu tạo, nguyên lý làm việc 45

BÀI 4 46

THIẾT BỊ NGƯNG TỤ 46

1.Vai trò và phân loại 47

1.1.Vai trò 47

2.1 Bình ngưng ống – vỏ: 48

2.2 Thiết bị ngưng tụ kiểu phần tử và kiểu ống lồng: 53

2.3 Thiết bị ngưng tụ kiểu panen tấm bản: 54

3 TBNT làm mát bằng nước và không khí 55

3.1 Thiết bị ngưng tụ kiểu bay hơi (tháp ngưng tụ): 55

3.2 Thiết bị ngưng tụ kiểu tưới: 56

4 TBNT làm mát bằng không khí 57

4.1 Thiết bị ngưng tụ làm mát bằng không khí đối lưu tự nhiên 57

4.2 Thiết bị ngưng tụ làm mát bằng không khí đối lưu cưỡng bức 58

BÀI 5 60

THIẾT BỊ BAY HƠI 60

1.Vai trò và phân loại 60

2 TBBH làm lạnh chất lỏng 61

2.1 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động 61

3 TBBH làm lạnh không khí 68

3.1 Cấu tao, nguyên lý hoạt động 68

3.2 Ứng dụng 69

BÀI 6 70

THIẾT BỊ TIẾT LƯU 70

1 Vai trò và phân loại 70

2.Van tiết lưu nhiệt cân bằng trong 70

2.1 Cấu tạo nguyên lý hoạt động 70

2.2.Ứng dụng 71

3.Van tiết lưu nhiệt cân bằng ngoài 71

3.1 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động 71

3.2 Ứng dụng 73

BÀI 7 74

THIẾT BỊ PHỤ TRONG HỆ THỐNG LẠNH 74

1.Tháp giải nhiệt 74

1.1.Cấu tạo 74

1.2.Nguyên lý làm việc 75

2 Các thiết bị phụ của hệ thống lạnh 76

2.1 Bình tách dầu 76

2.2 Các loại bình chứa 80

3.Dụng cụ trong hệ thống lạnh 96

3.1.Van chặn: 96

3.2 Van 1 chiều: 96

5

3.3 Van an toàn: 97

3.4 Van nạp ga: 98

BÀI 8 101

CÁC THIẾT BỊ TỰ ĐỘNG HOÁ HỆ THỐNG LẠNH 101

1.Rơ le hiệu áp suất dầu 101

1.1 Cấu tạo 101

1.2 Hoạt động 102

2.Rơ le áp suất thấp 103

2.1.Cấu tạo 103

2.2.Hoạt động 103

3.Rơ le áp suất cao 104

3.1.Cấu tạo 104

3.2 Hoạt động 105

4.Rơ le áp suất kép 105

4.1 Cấu tạo 105

4.2 Hoạt động 106

5.Các bộ biến đổi nhiệt độ 107

6.Van điện từ 109

BÀI 9 112

KỸ THUẬT GIA CÔNG ĐƯỜNG ỐNG 112

1.Nong – loe ống 113

2 Uốn ống 116

3 Hàn ống 118

BÀI 10 121

KẾT NỐ MÔ HÌNH HỆ THỐNG MÁY LẠNH 121

1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống lạnh 121

2.Kết nối mô hình hệ thống lạnh 123

TÀI LIỆU THAM KHẢO 123

MÔ ĐUN: KỸ THUẬT LẠNH

Mã mô đun: MĐ 30

Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của mô đun:

6

- Vị trí: là mô đun sau khi đã học xong các môn kỹ thuật cơ sở, kỹ thuật

đo lường, các mô đun về điện;

- Tính chất: là mô đun chuyên môn nghề

Mục tiêu của mô đun:

- Về kiến thức: Trình bày được vai trò, cấu tạo, nguyên lý hoạt động, vị trí lắp đặt của các thiết bị chính và phụ trong hệ thống lạnh nén hơi;

- Về kỹ năng: Gia công được đường ống dùng trong kỹ thuật lạnh, nhận biết, kiểm tra, đánh giá tình trạng các thiết bị, phụ kiện của hệ thống lạnh, lắp đặt, kết nối, vận hành các thiết bị và mô hình các hệ thống lạnh điển hình;

- Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: Cẩn thận, chính xác, an toàn cho người và thiết bị

Nội dung của mô đun:

Số

TT Các bài trong mô đun

Thời gian (giờ)

Tổng

số

Lý thuy

ết

Thực hành, thí nghiệm , thảo luận, bài tập

Kiể

m tra

1 Bài 1 Cơ sở nhiệt động kỹ thuật và

truyền nhiệt

1.1 Các khái niệm về nhiệt động 0,5 0,5

1.2 Chất môi giới và các thông số trạng

thái của chất môi giới

1.3 Các quá trình nhiệt động cơ bản của

2.2 Các phương thức truyền nhiệt 0,5 0,5

2 Bài 2 Tổng quan về các loại máy lạnh

7

Số

TT Các bài trong mô đun

Thời gian (giờ)

Tổng

số

Lý thuy

ết

Thực hành, thí nghiệm , thảo luận, bài tập

Kiể

m tra

1.1 Định nghĩa và phân loại

1.2 Các dạng cấu tạo của máy nén Piston

1.3 Các chi tiết của máy nén piston

2.1 Định nghĩa và phân loại

2.2 Cấu tạo, nguyên lý làm việc

3.1 Định nghĩa và phân loại

3.2 Cấu tạo, nguyên lý làm việc

4.1 Định nghĩa và phân loại

4.2 Cấu tạo, nguyên lý làm việc

2 Van tiết lưu nhiệt cân bằng trong 2,5 1,5 1

8

Số

TT Các bài trong mô đun

Thời gian (giờ)

Tổng

số

Lý thuy

ết

Thực hành, thí nghiệm , thảo luận, bài tập

Kiể

m tra

2.1 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động

2.2 Ứng dụng

3 Van tiết lưu nhiệt cân bằng ngoài 1 1

3.1 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động

2.7 Thiết bị hồi nhiệt

2.8 Phin lọc và phin sấy

2.9 Bơm – quạt – đường ống

8 Bài 8 Các thiết bị điện hệ thống lạnh 8 3 5

1 Rơ le khởi động kiểu dòng điện 1,5 0,5 1

9

Số

TT Các bài trong mô đun

Thời gian (giờ)

Tổng

số

Lý thuy

ết

Thực hành, thí nghiệm , thảo luận, bài tập

Kiể

m tra

Bài này cung cấp cho sinh viên học sinh những kiến thức cơ bản ban đầu

về cơ sở nhiệt động và truyền nhiệt: các khái niệm nhiệt động cơ bản, thông số

10

của hơi, các chu trình nhiệt động cũng như quy luật của các hình thức truyền nhiệt và thiết bị trao đổi nhiệt

Mục tiêu:

- Trình bày được các kiến thức chung nhất về kỹ thuật Nhiệt - Lạnh

- Phân tích được các khái niệm về nhiệt động lực học

- Trình bày được các kiến thức về hơi và thông số trạng thái hơi

- Trình bày được các quá trình nhiệt động của hơi

- Trình bày được các chu trình nhiệt động

- Trình bày được các quá trình dẫn nhiệt và truyền nhiệt và các thiết bị trao đổi nhiệt

- Phân tích được các quá trình, nguyên lý làm việc của máy lạnh và các quy luật truyền nhiệt nói chung;

- Rèn luyện tính tập trung, tỉ mỉ, tư duy logic, ứng dụng thực tiễn sản xuất

áp dụng vào môn học cho HSSV

Nội dung chính:

1 Cơ sở nhiệt động kỹ thuật

1.1 Các khái niệm về nhiệt động

- Thiết bị nhiệt: Là loại thiết bị có chức năng chuyển đổi giữa nhiệt năng và

cơ năng Thiết bị nhiệt được chia thành 2 nhóm: động cơ nhiệt và máy

lạnh

+ Động cơ nhiệt: Có chức năng chuyển đổi nhiệt năng thành cơ năng như động cơ hơi nước, turbine khí, động cơ xăng, động cơ phản lực, v.v

+ Máy lạnh: Có chức năng chuyển nhiệt năng từ nguồn lạnh đến nguồn nóng

- Hệ nhiệt động (HNĐ): Là hệ gồm một hoặc nhiều vật được tách riêng ra khỏi các vật khác để nghiên cứu các tính chất nhiệt động của chúng Tất

cả những vật ngoài HNĐ được gọi là môi trường xung quanh

Hình 1.1.Nguyên lý làm việc của động cơ nhiệt và máy lạnh, bơm nhiệt

Vật thực hoặc tưởng tượng ngăn cách hệ nhiệt động với môi trường xung

quanh được gọi là ranh giới của HNĐ

Hệ nhiệt động được phân loại như sau :

11

* Hệ nhiệt động kín: HNĐ trong đó không có sự trao đổi vật chất giữa hệ và

môi trường xung quanh

* Hệ nhiệt động hở: HNĐ trong đó có sự trao đổi vật chất giữa hệ và môi trường xung quanh

* Hệ nhiệt động cô lập: HNĐ được cách ly hoàn toàn với môi trường xung

quanh

1.2 Chất môi giới và các thông số trạng thái của chất môi giới

- Khái niệm chất môi giới (CMG): Chất môi giới hay môi chất công tác

được sử dụng trong thiết bị nhiệt là chất có vai trò trung gian trong quá trình biến đổi giữa nhiệt năng và cơ năng

Các thông số trạng thái của chất môi giới:

* Nhiệt độ: Nhiệt độ (T) - số đo trạng thái nhiệt của vật Theo thuyết động học phân

tử, nhiệt độ là số đo động năng trung bình của các phân tử

T - nhiệt độ tuyệt đối

Nhiệt kế: Nhiệt kế hoạt động dựa trên sự thay đổi một số tính chất vật lý của vật

thay đổi theo nhiệt độ, ví dụ: chiều dài, thể tích, màu sắc, điện trở , v.v

Thang nhiệt độ:

Hình 1.2 Hệ nhiệt động a) HNĐ kín với thể tích không đổi

b) HNĐ kín với thể tích thay đổi c) HNĐ hở

12

1) Thang nhiệt độ Celsius (0C)

2) Thang nhiệt độ Fahrenheit (0F)

3) Thang nhiệt độ Kelvin (K)

4) Thang nhiệt độ Rankine (

0R) Mối quan hệ giữa các đơn vị đo nhiệt độ:

+ Khái niệm: Áp suất của lưu chất (p) - lực tác dụng của các phân tử theo

phương pháp tuyến lên một đơn vị diện tích thành chứa

p = A F

Theo thuyết động học phân tử :

p =

3

n - số phân tử trong một đơn vị thể tích ;

α - hệ số phụ thuộc vào kích thước và lực tương tác của các phân tử + Đơn vị áp suất:

1) N/m

2

; 5) mm Hg (tor - Torricelli, 1068-1647) 2) Pa (Pascal) ; 6) mm H

2O 3) at (Technical Atmosphere) ; 7) psi (Pound per Square Inch) 4) atm (Physical Atmosphere) ; 8) psf (Pound per Square Foot) Mối quan hệ giữa các đơn vị đo áp suất:

Áp suất chân không (p

ck): Phần áp suất tuyệt đối nhỏ hơn áp suất khí quyển

p

ck = p

0 - p

Hình 1.4 Các loại áp suất

* Thể tích riêng và khối lượng riêng:

Thể tích riêng (v) - Thể tích riêng của một chất là thể tích ứng với một

Khối lượng riêng (ρ) - Khối lượng riêng - còn gọi là mật độ - của một

chất là khối lượng ứng với một đơn vị thể tích của chất đó :

Nội nhiệt năng (u) - gọi tắt là nội năng - là năng lượng do chuyển động

của các phân tử bên trong vật và lực tương tác giữa chúng

Nội năng gồm 2 thành phần: nội động năng (u

Đối với khí lý tưởng, lực tương tác giữa các phân tử bằng 0 nên nội năng chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ Lượng thay đổi nội năng của khí lý tưởng được xác định bằng các biểu thức:

du = CvdT và Δu = Cv(T2 - T1) Đối với 1kg môi chất, nội năng kí hiệu là u, đơn vị là J/kg; Đối với Gkg môi chất, nội năng kí hiệu là U, đơn vị là J Ngoài ra nội năng còn có một số đơn vị khác như: kCal; kWh; Btu…

1kJ = 0,239 kCal = 277,78.10-6 kWh = 0,948 Btu

*Enthanpy:

Enthalpy (i hoặc h) - là đại lượng được định nghĩa bằng biểu thức :

14

i = h = u + p.v Như vậy, cũng tương tự như nội năng, enthalpy của khí thực là hàm của các thông số trạng thái Đối với khí lý tưởng, enthalpy chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ

*Entropy:

Entropy (s) là một hàm trạng thái được định nghĩa bằng biểu thức :

ds = T

Quan hệ giữa các thông số

Từ phương trình trạng thái của khí lý tưởng pv = RT, ta có:

v

RT

p 

mà R = const và v = const, do đó suy ra:

constv

RT

2 2 1

1

T

pT

p 

Công thức chứng tỏ trong quá trình đẳng tích, áp suất thay đổi tỉ lệ thuận với nhiệt độ hoặc có thể viết:

2 1 2

1

T

Tp

p 

Công thay đổi thể tích

Vì quá trình đẳng tích có v = const, nghĩa là dv = 0, do đó công thay đổi thể

tích của quá trình:

L = p(V2-V1) = 0

Nhiệt lượng trao đổi với môi trường

Theo định luật nhiệt động I ta có: q = l + Δu, mà l = 0 nên:

q = Δu = Cv (T2 - T1)

Biến thiên entropi:

Độ biến thiên entrôpi của quá trình được xác định bằng biểu thức:

2 v

P

plnCT

TlnC

s 



Hệ số biến đổi năng lượng của quá trình

1q

Như vậy trong quá trình đẳng tích, nhiệt lượng tham gia vào quá trình chỉ

để làm thay đổi nội năng của chất khí

Biểu diễn trên đồ thị

Trạng thái nhiệt động của môi chất hoàn toàn xác định khi biết hai thông

số độc lập bất kỳ của nó Bởi vậy ta có thể chọn hai thông số độc lập nào đó để lập ra đồ thị biểu diễn trạng thái của môi chất, đồ thị đó được gọi là đồ thị trạng thái Quá trình đẳng tích được biểu thị bằng đoạn thẳng đứng 1-2 trên đồ thị p-v

và đường cong lôgarit trên đồ thị T-s Diện tích 12p2p1 trên đồ thị p-v biểu diễn công kỹ thuật, còn diện tích 12s2s1 trên đồ thị T-s biểu diễn nhiệt lượng trao đổi trong quá trình đẳng tich

Hình 1.5 Quá trình đẳng tích

1.3.2 Quá trình đẳng áp

a Định nghĩa

Quá trình đẳng áp là quá trình nhiệt động được tiến hành trong điều kiện

áp suất không đổi

p = const, dp = 0

16

b Quan hệ giữa các thông số

Từ phương trình trạng thái của khí lý tưởng pv = RT, ta có:

p

RT

v 

Mà R = const và p = const, do đó suy ra:

constp

RT

Nghĩa là trong quá trình đẳng áp, thể tích thay đổi tỉ lệ thuận với nhiệt độ hoặc:

2 2 1

1

T

vT

v  hay

2 1 2

1

T

Tv

v 

Công thay đổi thể tích của quá trình

Vì quá trình đẳng áp có p = const, nên công thay đổi thể tích:

L = p(V2-V1) = R(T2 – T1)

Công kỹ thuật của quá trình

lkt = - V(P2 – P1) = 0

Nhiệt lượng trao đổi với môi trường

Theo định luật nhiệt động I ta có: q = Δi + lkt , mà lkt = 0 nên:

q = Δi = Cp (T2 - T1)

Biến thiên entropi

Độ biến thiên entrôpi của quá trình được xác định bằng biểu thức:

dq = di - vdp = di (vì dp = 0), do đó ta có

T

diT

2 p

V

VlnCT

TlnC

TTCq

u

1 2 p

1 2

Biểu diễnquá trình trên đồ thị

Quá trình đẳng áp được biểu thị bằng đoạn thẳng nằm ngang 1-2 trên đồ thị

p-v và đường cong lôgarit 1-2 trên đồ thị T-s Diện tích 12v2v1 trên đồ thị p-v biểu diễn công thay đổi thể tích, còn diện tích 12s2s1 trên đồ thị T-s biểu diễn nhiệt lượng trao đổi trong quá trình đẳng áp

Quan hệ giữa các thông số

Từ phương trình trạng thái của khí lý tưởng pv = RT, mà R = const và T = const, do đó suy ra:

pv = RT = const Hay: p1v1 = p2v2

Nghĩa là trong quá trình đẳng nhiệt, thể tích thay đổi tỉ lệ nghịch với áp suất, suy

ra:

1 2 2

1

v

vp

p 

Công thay đổi thể tich của quá trình

Vì quá trình đẳng nhiệt có T = const, nên công thay đổi thể tích:

1

2 2 2 1

2 1 1 1

2

v

vlnvpv

vlnvpv

vlnRT

l  Hay:

2

1 2 2 2

1 1 1 2

1

p

plnvpp

plnvpp

plnRT

l  

Công kỹ thuật của quá trình

1V

VlnRTP

PlnRTl

1 2 2

1

Trong quá trình đẳng nhiệt công thay đổi thể tích bằng công kỹ thuật

Nhiệt lượng trao đổi với môi trường

v

vlnRTp

plnRT

q hoặc có thể tính: dq = Tds

hay: q= T(s2 - s1) (3-29)

Biến thiên entropi của quá trình

Độ biến thiên entrôpi của quá trình được xác định bằng biểu thức:

2 1 1

2

p

plnRv

vlnR

Biểu diễn quá trình trên đồ thị

Quá trình đẳng nhiệt được biểu thị bằng đường cong hypecbol cân 1-2 trên đồ thị p-v và đường thẳng năm ngang 1-2 trên đồ thị T-s Trên đồ thị p-v, diện tích 12p2p1 biểu diễn công kỹ thuật, còn diện tích 12v2v1 biểu diễn công thay đổi thể tích Trên đồ thị T-s diện tích 12s2s1 biểu diễn nhiệt lượng trao đổi trong quá trình đẳng nhiệt

2 Truyền nhiệt

2.1 Các khái niệm mở đầu

- Mặt đẳng nhiệt: Tại một thời điểm nào đó, tập hợp tất cả các điểm của vật có

nhiệt độ như nhau ta được những mặt gọi là mặt đẳng nhiệt, hay nói cách khác mặt đẳng nhiệt chính là quỹ tích của các điểm có nhiệt độ như nhau tại một thời điểm nào đó Bởi vì một điểm trong vật không thể tồn hai nhiệt độ do đó các mặt nhiệt độ không cắt nhau, nó chỉ cắt bề mặt vật hoặc khép kín bên trong vật

- Gradient nhiệt độ:Nhiệt độ trong vật chỉ thay đổi theo phương cắt các mặt

đẳng nhiệt, đồng thời sự biến thiên nhiệt độ trên một đơn vị độ dài theo phương pháp tuyến với bề mặt đẳng nhiệt là lớn nhất

- Mật độ dòng nhiệt (q - W/m2): là lượng nhiệt truyền qua một đơn vị diện tích

bề mặt đẳng nhiệt vuông góc với hướng truyền nhiệt trong một đơn vị thời gian

- Dòng nhiệt (Q – W): là lượng nhiệt truyền qua toàn bộ diện tích bề mặt đẳng

nhiệt trong một đơn vị thời gian

- Hệ số dẫn nhiệt: Là nhiệt lượng truyền qua một đơn vị diện tích bề mặt đẳng

nhiệt trong một đơn vị thời gian khi grad(t) = 1

b - hệ số thực nghiệm

* Tính chất của hệ số dẫn nhiệt:

 của kim loại nguyên chất và hầu hết chất lỏng (trừ nước và Glyxerin) giảm khi t tăng

Chất cách nhiệt và chất khí có  tăng khi t tăng

 của vật liệu xây dựng còn phụ thuộc vào độ xốp và độ ẩm

 ≤ 0,2 W/mK có thể làm chất cách nhiệt

2.2 Các phương thức truyền nhiệt

- Dẫn nhiệt: là việc truyền năng lượng nhiệt giữa các phân tử lân cận trong một chất khi có sự chênh lệch nhiệt độ Nó luôn luôn diễn ra từ vùng nhiệt độ cao hơn tới vùng nhiệt độ thấp hơn

- Trao đổi nhiệt đối lưu: là quá trình trao đổi nhiệt xảy ra giữa bề mặt vật rắn với chất lỏng hoặc chất khí chuyển động khi có sự chênh lệch nhiệt độ Trao đổi nhiệt đối lưu luôn kèm theo dẫn nhiệt (nhưng không đáng kể) vì luôn có

sự tiếp xúc giữa các phần tử có nhiệt độ khác nhau

- Trao đổi nhiệt bức xạ: là quá trình trao đổi nhiệt được thực hiện bằng sóng điện từ Tia nhiệt là tia bức xạ được các vật hấp thụ và biến thành nhiệt Quá trình phát sinh và truyền những tia nhiệt được gọi là quá trình bức xạ nhiệt

- Truyền nhiệt tổng hợp: Trong các phần trước chúng ta đã nghiên cứu riêng lẻ qui luật của các phương thức truyền nhiệt như dẫn nhiệt, đối lưu và bức xạ Thực tế có một số quá trình là sự kết hợp của hai hay cả ba phương thức truyền nhiệt ở trên và có sự ảnh hưởng tác động qua lại lẫn nhau Trong tính toán thực tế thường tính theo dạng ảnh hưởng chính đối với quá trình, còn ảnh hưởng của các dạng phụ khác có thể đưa thêm vào hệ số hiệu chỉnh nào đó

 K

n t

20

BÀI 2 TỔNG QUAN VỀ CÁC LOẠI MÁY LẠNH THÔNG DỤNG

Mã bài: MĐ 30_02 Giới thiệu:

Ở bài này giới thiệu khái quát cho chúng ta về các loại máy lạnh được sử

dụng trong thực tiễn sản xuất cũng như đời sống để có được bức tranh chung về

các loại máy lạnh này trong nghề Kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí;

đồng thời xác định được sự ứng dụng thực tiễn của máy lạnh nén hơi là máy

lạnh chủ yếu nghiên cứu vì tính đa dạng và tiện ích của nó

Mục tiêu:

Trình bày được các kiến thức cơ bản về các loại máy lạnh thông dụng có

ý nghĩa thực tế và được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất và đời sống

Nhận dạng được các loại máy lạnh, các thiết bị chính của máy lạnh nén

Máy lạnh hấp thụ là máy lạnh sử dụng năng lượng dạng nhiệt để làm việc

Nó có các bộ phận ngưng tụ, tiết lưu, bay hơi như máy lạnh nén hơi Riêng máy

nén cơ được thay bằng một hệ thống gồm: Bình hấp thụ, bơm dung dịch, bình

sinh hơi và tiết lưu dung dịch

21

Hệ thống này chạy bằng nhiệt năng (như hơi nước, bộ đốt nóng) thực hiện chức năng như máy nén cơ là “hút” hơi sinh ra từ thiết bị bay hơi “nén” lên áp suất cao đẩy vào thiết bị ngưng tụ nên được gọi là máy nén nhiệt

Dung dịch loãng trong bình hấp thụ có khả năng hấp thụ hơi môi chất sinh ra

ở bình bay hơi để trở thành dung dịch đậm đặc Khi dung dịch trở thành đậm đặc

sẽ được bơm dung dịch bơm lên bình sinh hơi Ở đây dung dịch được gia nhiệt đến nhiệt độ cao (đối với dung dịch amoniac/nước khoảng 1300C) và hơi

amoniac sẽ thoát ra khỏi dung dịch đi vào bình ngưng tụ Do amoniac thoát ra,

dung dịch trở thành loãng, đi qua van tiết lưu dung dịch về bình hấp thụ tiếp tục chu trình mới Do vậy ở đây có hai vòng tuần hoàn rõ rệt:

+ Vòng tuần hoàn dung dịch: HT – BDD – SH – TLDD và trở lại HT, + Vòng tuần hoàn môi chất lạnh 1 – HT - BDD – SH – 2 – 3 – 4 – 1

- ứng dụng: Ứng dụng rộng rãi trong các xí nghiệp có nhiệt thải dạng hơi hoặc nước nóng

2 Máy lạnh nén hơi

2.1 Định nghĩa, sơ đồ nguyên lý

- Định nghĩa: Máy lạnh nén hơi là loại máy lạnh có máy nén cơ để hút hơi môi chất có áp suất thấp và nhiệt độ thấp ở thiết bị bay hơi và nén lên áp suất cao

và nhiệt độ cao đẩy vào thiết bị ngưng tụ Môi chất lạnh trong máy lạnh nén

2 3

và nén lên áp suất cao (PK), nhiệt độ cao (tK), đó là quá trình nén đoạn nhiệt 1 –

2 Hơi môi chất có áp suất cao và nhiệt độ cao được máy nén đẩy vào thiết bị ngưng tụ Tại đây hơi môi chất thải nhiệt (QK) cho môi trường làm mát và ngưng

tụ lại, đó là quá trình ngưng tụ 2 – 3 môi chất biến đổi pha Lỏng môi chất có áp suất cao, nhiệt độ cao qua van tiết lưu sẽ hạ áp suất thấp (P0) và nhiệt độ thấp (t0)

đi vào thiết bị bay hơi, đó là quá trình tiết lưu 3 – 4 Lỏng môi chất có áp suất thấp (P0) và nhiệt độ thấp (t0) ở thiết bị bay hơi thu nhiệt (Q0) của môi trường cần làm lạnh sôi lên và bay hơi tạo ra hiệu ứng lạnh, đó là quá trình bay hơi 4 –

Là loại máy lạnh có máy nén cơ nhưng môi chất dùng trong chu trình luôn

ở thể khí, không thay đổi trạng thái Máy lạnh nén khí có hoặc không có máy dãn nở

Quá trình dãn nở trong máy dãn nở có sinh ngoại công có ích Sau khi thu nhiệt của môi trường cần làm lạnh, khí lại được hút về máy nén tiếp tục chu trình lạnh

- Ứng dụng:

Máy lạnh nén khí được sử dụng hạn chế trong một số công trình điều hòa không khí, nhưng được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật lạnh sâu cryo dùng để hóa lỏng khí

nén

1

2

Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lý của máy lạnh ejectơ hơi nước

- Nguyên lý làm việc, ứng dụng: Hơi có áp suất cao và nhiệt độ cao sinh ra ở lò hơi được dẫn vào ejectơ Trong ống phun, thế năng của hơi biến thành động năng và tốc độ chuyển động của hơi tăng lên cuốn theo hơi lạnh sinh ra ở bình bay hơi Hỗn hợp của hơi công tác (hơi nóng) và hơi lạnh đi vào ống tăng áp, ở đây áp suất hỗn hợp tăng lên do tốc độ hơi giảm Hỗn hợp hơi được đẩy vào bình ngưng tụ Từ bình ngưng tụ, nước ngưng được chia làm hai đường, phần lớn được bơm nén về lò hơi còn một phần nhỏ được tiết lưu trở lại bình bay hơi

để bay hơi làm lạnh chất tải lạnh là nước Máy lạnh ejectơ có ba cấp áp suất Ph >

Pk > P0 là áp suất công tác, áp suất ngưng tụ và áp suất bay hơi

3.3 Máy lạnh nhiệt điện

Định nghĩa: Máy lạnh nhiệt điện là máy lạnh sử dụng cập nhiệt điệntạo lạnh theo hiệu ứng nhiệt điện hay hiệu ứng Pentier Hiệu ứng nhiệt điện do Pentier phát hiện năm 1934: Nếu cho dòng điện một chiều đi qua vòng dây dẫn kín gồm hai kim loại khác nhau nối tiếp nhau thì một đầu nối nóng lên, một đầu nối lạnh đi

- Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của máy lạnh nhiệt điện:

Bình ngưng

Lò

tiết lưu

25

Hình 2.5 Nguyên lý cấu tạo của máy lạnh nhiệt điện

1: Đồng thanh có cánh tản nhiệt phía nóng;

2, 3: Cặp kim loại bán dẫn khác tính;

4: Đồng thanh có cánh tản nhiệt phía lạnh;

5: Nguồn điện một chiều

- Nguyên lý làm việc: Mô tả cấu tạo của cặp nhiệt điện Khi bố trí các cặp kim loại khác tính với các thanh đồng có cánh tản nhiệt như hình 1.5 và cho dòng điện một chiều chạy qua một phía sẽ lạnh đi với năng suất lạnh Q0 và một phía

sẽ nóng lên với năng suất nhiệt Qr Nếu đổi tiếp điểm điện, nguồn nóng và nguồn lạnh cũng thay đổi theo

- Ứng dụng: Máy lạnh nhiệt điện thường có năng suất lạnh rất nhỏ (Q < 100W)

và chỉ được sử dụng trong phòng thí nghiệm Tủ lạnh nhiệt điện cũng được cũng hay được sử dụng trong dịch vụ du lịch, y tế với hai chức năng làm lạnh và sưởi

ấm với nguồn điện ắc qui ô tô rất tiện lợi

26

BÀI 3

MÁY NÉN LẠNH

Mã bài: MĐ 30_03 Giới thiệu:

Ở bài này giới thiệu khái quát cho chúng ta về các loại máy lạnh được sử

dụng trong thực tiễn sản xuất cũng như đời sống để có được bức tranh chung;

Đồng thời xác định được sự ứng dụng thực tiễn của máy lạnh nén hơi là máy

lạnh chủ yếu chúng ta nghiên cứu vì tính đa dạng và tiện ích của nó

- Vận hành, cưa, bổ, tháo, lắp, thay dầu một số máy nén trên;

- Rèn luyện kỹ năng quan sát, thực hành, ham học, ham hiểu biết, tư duy

1.1 Định nghĩa và phân loại

Máy nén lạnh là bộ phận quan trọng nhất trong các hệ thống lạnh nén hơi

Máy nén có nhiệm vụ liên tục hút hơi môi chất lạnh sinh ra ở thiết bị bay hơi để

nén lên áp suất cao, nhiệt độ cao đẩy vào thiết bị ngưng tụ Máy nén phải có

năng suất hút đủ lớn để duy trì được áp suất bay hơi po (tương ứng với nhiệt độ

bay hơi to) đạt yêu cầu ở thiết bị bay hơi và có áp suất đầu đẩy đủ lớn để đảm

bảo áp suất trong thiết bị ngưng tụ đủ cao tương ứng với nhiệt độ môi trường

làm mát

1.2 Các dạng cấu tạo của máy nén Piston

1.2.1 Máy nén hở:

- Định nghĩa: Là loại máy nén có đầu trục khuỷu nhô ra ngoài thân máy nén để

nhận truyền động từ động cơ điện, nên phải có cụm bịt kín cổ trục Cụm bịt kín

có nhiệm vụ phải bịt kín khoang môi chất trên chi tiết chuyển động quay (Cổ

trục khuỷu)

Hiện nay công nghệ hiện đại cho phép chế tạo những bộ bịt kín mà lượng

thất thoát môi chất là vài gam trong một ngày đêm Máy nén hở có công suất từ

trung bình đến lớn, trên máy có bố trí các van an toàn Để nhận truyền động từ

động cơ, trên đầu trục khuỷu nhô ra ngoài thân máy để lắp bánh đai truyền động

- Nguyên lý làm việc: Động cơ quay sẽ truyền chuyển động cho dây đai và sau

đó tới bánh đai làm cho trục khuỷu của máy nén quay theo truyền động cho tay

biên, tay biên sẽ biến chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến của pitton,

nhờ pitton di chuyển tịnh tiến qua lại trong xylanh, máy nén sẽ thực hiện quá

trình hút và nén môi chất Máy nén hở thường dùng loại máy nén pitton thuận

dòng

27

Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo máy nén pitton đứng thuận dòng

5: Van hút; 6: Van đẩy 12: Nắp xi lanh

Khi bắt đầu vận hành, người ta phải nối thông đường hút và đường đẩy của máy nén, động cơ chỉ phải thắng quán tính và ma sát động cơ nên động cơ đạt tốc độ định mức rất nhanh, khi máy nén đã chạy đều mới khóa van nối thông đường hút và đường đẩy kết thúc quá trình khởi động

Hơi môi chất đi vào phần giữa của xi lanh, khi pitton đi xuống, hơi tràn vào khoang giữa pitton qua van hút tràn vào xi lanh Van hút bố trí ngay trên đỉnh pitton Khi pitton vượt qua điểm chết dưới để đi lên trên, do lực quán tính, van hút đóng lại hơi được nén lên áp suất cao rồi đẩy ra ngoài qua van đẩy được bố trí trên nắp trong của xi lanh Như vậy dòng môi chất không đổi hướng khi đi qua xi lanh

- Ưu điểm:

+ Tăng tiết diện van hút, van đẩy để giảm tổn thất áp suất

+ Có thể điều chỉnh vô cấp năng suất lạnh nhờ điều chỉnh vô cấp đai truyền làm thay đổi tốc độ máy nén;

+ Bảo dưỡng sửa chữa dễ dàng, tuổi thọ tương đối cao;

+ Dễ gia công các chi tiết thay thế vì công nghệ đơn giản;

+ Có thể sử dụng động cơ điện hoặc sử dụng động cơ xăng, dầu để truyền động cho máy nén khi không có điện khi lắp trên các phương tiện giao thông

- Định nghĩa: Máy nén nửa kín có động cơ lắp chung trong vỏ của máy nén Các

mặt đệm kín khoang môi chất đều là loại mặt đệm kín có gioăng, được siết chặt với thân máy bằng các bu lông Trên máy có bố trí các van hút, đường đẩy, mắt

28

dầu Hình giới thiệu nguyên tắc cấu tạo của máy nén nửa kín thường sử dụng

máy nén ngược dòng

Hình 3.2 Nguyên lý cấu tạo máy nén pitton đứng ngược dòng

4: Pitton; 5: Van hút 10: Cánh tản nhiệt

- Nguyên lý làm việc:

Van hút không bố trí trên đỉnh của pitton nên pitton đơn giản, gọn nhẹ, có thể tăng tốc độ, van hút và đẩy được bố trí trên nắp xi lanh, phía trên nắp xi lanh được chia thành hai khoang hút và đẩy riêng biệt

Hình 3.3 Nguyên lý cấu tạo máy nén nửa kín

2: Khối vỏ xi lanh đúc liền 9: Stato

xi lanh thực hiện quá trình hút, nén và đấy của hơi môi chất;

Hơi môi chất sau khi đi qua cuộn dây làm mát động cơ điện sẽ đi vào khoang hút bên thành xi lanh rồi vào xi lanh qua van hút Khi pitton chuyển

29

động qua lại trong xi lanh làm thay đổi thể tích giới hạn bởi xi lanh và bề mặt pitton tạo nên các quá trình hút, nén Pitton chuyển động từ điểm chết trên đến điểm chết dưới thể tích tăng đến lớn nhất, van hút mở ra để hơi môi chất đi vào

xi lanh Pitton chuyển động ngược lại, thể tích nhỏ dần bắt đầu quá trình nén và đẩy hơi môi chất lạnh Lúc này hai van hút và đẩy đều đóng

Việc giảm tải cho máy nén trong quá trình khởi động được thực hiện một cách tự động, các van chặn đường hút và đường đẩy của máy ở trạng thái mở hoàn toàn;

Động cơ điện được làm mát theo hai cách: hơi môi chất hoặc quạt làm mát từ bên ngoài

Hình 3.4 Cấu tạo máy nén nửa kín

3: Tấm hãm cố định rô to vào động cơ 13: Van một chiều

4: Phin lọc đường hút 14: Pitton

- Ưu điểm:

+ Khả năng rò rỉ môi chất giảm do không có cụm bịt cổ trục mà chỉ có các gioăng đệm tĩnh đảm bảo hơn;

+ Kích thước máy nhỏ hơn máy nén hở, diện tích lắp đặt không lớn;

+ Không có tổn thất truyền động do trục khuỷu liền với trục động cơ; + Vận hành đơn giản, an toàn, tin cậy, bảo dưỡng đơn giản

- Nhược điểm:

+ Van có tiết diện nhỏ nên tăng tổn thất áp suất;

+ Chỉ sử dụng cho các loại môi chất không dẫn điện;