Chng 1 Chương 9 CÁC THIẾT BỊ PHỤ TRONG HỆ THỐNG LẠNH Trong hệ thống lạnh ngoài các thiết bị chính như máy nén, thiết bị ngưng tụ, thiết bị bay hơi, và thiết bị van tiết lưu ra thì tất cả các thiết bị.
Trang 1Chương 9 CÁC THIẾT BỊ PHỤ TRONG HỆ THỐNG LẠNH
Trong hệ thống lạnh ngoài các thiết bị chính như : máy nén, thiết bịngưng tụ, thiết bị bay hơi, và thiết bị van tiết lưu ra thì tất cả các thiết bị cònlại được coi là các thiết bị phụ Số lượng và công dụng các thiết bị phụ rất đadạng, bao gồm các thiết bị tách lọc: bình tách dầu, bình tách lỏng, bình táchkhí không ngưng, phin sấy lọc; các thiết bị chứa đựng như: bình chứa cao áp,bình chứa hạ áp, bình chứa tuần hoàn, bình tập trung dầu, bình giữ mức lỏng,bình trung gian; các thiết bị đường ống; và một số thiết bị phụ khác như: thiết
bị hồi nhiệt, thiết bị quá lạnh , tháp giải nhiệt nước,
b Vị trí lắp đặt bình tách dầu
Để tách được lượng dầu bị cuốn theo dòng hơi môi chất khi máy nénlàm việc, ngay ở vị trí đường đẩy của máy nén người ta bố trí lắp đặt bìnhtách dầu.Lượng dầu được tách ra sẽ được hồi lại cacte máy nén hoặc thu hồi
Trang 2Trong đó:
a) Kiểu tấm chặn đổi hướng; d) Kiểu rửa hơi trong amoniăc lỏng;
c) Kiểu khối đệm & làm mát bằng nước;
- Làm giảm đột ngột dòng hơi môi chất từ tốc độ cao ( khoảng 18 ^ 25m/s) xuống tốc độ thấp (còn khoảng 0,5 ^ 1,0 m/s) Khi giảm tốc độđột ngột các giọt dầu mất động năng và rơi xuống đáy bình
- Dùng các tấm chắn hoặc khối đệm để ngăn các giọt dầu Khi dònghơi môi chất chuyển động va đập vào các vách chắn, khối đệm cácgiọt dầu bị mất động năngvà rơi xuống đáy bình
Hình 9.1: Một số loại bình tách dầu thường gặp
1 Cửa hơi vào;
2 Cửa hơi ra;
Trang 3- Một số loại bình tách dầu có cấu tạo ống xoắn trao đổi nhiệt bêntrong bình ngoài nhiệm vụ tách dầu còn làm nhiệm vụ làm mát dònghơi môi chất xuống còn 50 ^ 600C.
> Phạm vi sử dụng:
Bình tách dầu được sử dụng cho hầu hết các hệ thống lạnh có công suấttrung bình, lớn và rất lớn, sử dụng cho tất cả các loại môi chất Đặc biệt cácloại môi chất không hòa tan dầu như môi chất NH3, hoặc hòa tan hạn chế như
R22 thì trong hệ thống lạnh cần phải lắp đặt bình tách dầu
Đối với các hệ thống lạnh nhỏ, như tủ lạnh, máy điều hòa nhiệt độ giađình thì rất ít khi sử dụng đến bình tách dầu
d Các lưu ý khi lắp đặt và sử dụng bình tách dầu:
Cần lưu ý các trường hợp đặc biệt khi thu hồi dầu từ bình tách dầu vềcacte máy nén:
- Đối với hệ thống sử dụng bình tách dầu chung cho nhiều máy nén,nếu gom dầu về bình thu hồi dầu rồi mới bổ sung cho các máy nénsau thì không có vấn đề gì Nhưng trường hợp thu hồi dầu trực tiếp
về cacte của các máy nén thì rất dễ xảy ra tình trạng có máy nén bịthừa dầu, có máy thì lại bị thiếu dầu Vì vậy các máy nén đều bố trícác van phao và tự động hồi dầu về khi thiếu
- Khi máy nén đang làm việc có nhiệt độ cao, nên trường hợp này thuhồi dầu về cácte máy nén là không tốt, vì vậy cần hồi dầu vào lúc hệthống đang dừng, vì nhiệt độ bình tách dầu lúc lúc dừng rất thấp
- Đối với bình thu hồi dầu tự động bằng van phao, mỗi lần thu hồi dầuthường không được nhiều nhưng nhờ làm việc tự động nên lượng dầu
Ta cần đi xác định các thông số của bình sau:
- Xác định đường kính trong của bình: Dt
V nrn
Trang 4Trong đó: + V lưu lượng thể tích dòng hơi đi qua bình, m3/s;
+ C) tốc độ của hơi môi chất trong bình, m/s Tốc độ hơimôi chất trong bình đủ nhỏ để làm tách được các hạtdầu, và rn = 0,5 ^ 1,0m/s
- Lưu lượng thể tích hơi môi chất đi qua bình tách dầu được xác định:
Với: + G lưu lượng khối lượng môi chất qua bình, kg/s;
+ v2 thể tích riêng trạng thái hơi qua bình, trạng thái nàytương ứng với trạng thái đầu đẩy hơi của máy nén,
+ ọ hệ số bền mối hàn dạc thân bình Nếu hàn hồ quang
ọ = 0,7, nếu là ống nguyên, không hàn thì ọ = 1,0;
+ Ơ CP ứng suất cho phaép của vật liệu ứng với nhiệt độthiết kế Với vật liệu chế tạo thân bình thường bằng thép
CT3, nhiệt độ thiết kế của bình tách dầu có thể lấy bằng
Mặt khác, khi nhiệt tải giảm đi, nếu cung cấp một lượng môi chấtkhông đổi thì lượng hơi môi chất hút về máy nén có dư lẩn lỏng dẩn đến máynén hút phải lỏng và nén lỏng và gây nên va đập thủy lực làm hư hỏng cácchi tiết bên trong máy nén
Trang 5b Vị trí lắp đặt bình tách lỏng
Để ngăn ngừa hiện tượng ngập lỏng gây hư hỏng cho máy nén, thì trênđường hơi hút về máy nén, ta bố trí lắp đặt bình tách lỏng (theo chiều chuyểnđộng tuần hoàn của môi chất, bình tách lỏng được bố trí lắp sau máy néntrước thiết bị ngưng tụ) Bình tách lỏng sẽ tách các giọt hơi ẩm còn lại trongdòng hơi môi chất trước khi về máy nén
c Cấu tạo và nguyên lý hoạt động, phạm vi sử dụng bình tách lỏng
3 đường hơi khô về máy nén;
4 từ van tiết lưu vào;
5 lỏng quay về thiết bị bốc hơi;
2 hơi khô về máy nén;
3 lỗ tiết lưu lỏng và dầu về máy nén;
4 vỏ bình;
Trang 6- Nguyên lý hoạt động:
Các bình tách lỏng có nguyên lý làm việc tương tự như bình tách dầu:
- Thay đổi hướng chuyển động của dòng hơi môi chất một cách độtngột Dòng hơi môi chất đưa vào bình không theo phương thẳng màđưa ngoặt vào theo những góc nhất định
- Làm giảm đột ngột tốc độ dòng hơi môi chất từ tốc độ cao xuống tốc
độ thấp (còn khoảng 0,5 ^ 1,0 m/s) Khi giảm tốc độ đột ngột các giọtlỏng mất động năng và rơi xuống đáy bình
- Dùng các tấm chắn hoặc khối đệm để ngăn các giọt lỏng Khi dònghơi môi chất chuyển động va đập vào các vách chắn, khối đệm cácgiọt lỏng bị mất động năng và rơi xuống đáy bình và có thể hồi trở lạithiết bị bốc hơi
- Có loại bình tách lỏng vừa kết hợp tách lỏng và vừa đóng vai trò hồinhiệt, khi đó hơi môi chất sẽ trao đổi nhiệt bốc hơi hoàn toàn trướckhi về máy nén
- Phạm vi sử dụng:
Hầu hết các hệ thống lạnh đều sử dụng bình tách lỏng Tuy nhiên một
số thiết bị trong hệ thống làm việc có khả năng tách được lỏng nên trườnghợp này ta không cần bố trí lắp bình tách lỏng Ví dụ hệ thống lạnh có sửdụng bình chứa hạ áp, bình giữ mức lỏng, các bình này có cấu tạo để có thểtách được lỏng
Trong các hệ thống lạnh nhỏ và rất nhỏ do lượng gas tuần hoàn trong
hệ thống không lớn nên rất ít khi sử dụng đến bình tách lỏng
d Tính toán chọn bình tách lỏng:
Khi chọn bình tách lỏng phải đảm bảo đủ lớn để tốc độ môi chất đitrong bình đạt yêu cầu
Ta cần đi xác định các thông số của bình sau:
- Xác định đường kính trong của bình: Dt
Trang 7- Lưu lượng thể tích hơi môi chất đi qua bình tách lỏng được xác định:
Với: + G lưu lượng khối lượng môi chất qua bình, kg/s;
+ vh thể tích riêng trạng thái hơi qua bình tách lỏng, trạng tháinày tương ứng với trạng thái hơi hút của máy nén, m3/kg
- Xác định chiều dày thân và đáy bình:
+ ọ hệ số bền mối hàn dạc thân bình Nếu hàn hồ quang
ọ = 0,7, nếu là ống nguyên, không hàn thì ọ = 1,0;
+ Ơ CP ứng suất cho phaép của vật liệu ứng với nhiệt độthiết kế Với vật liệu chế tạo thân bình thường bằng thép
CT3, nhiệt độ thiết kế của bình tách lỏng có thể lấy 500C;+ C hệ số dự trữ: C = 2 ^ 3mm
9.1.3 Thiết bị tách khí không ngưng
a Lý do cần phải tách khí không ngưng
Khi hệ thống lạnh để lọt khí không ngưng vào bên trong dẫn đến hiệuquả làm việc và độ an toàn của hệ thống lạnh giảm đi rõ rệt, các thông số vậnhành có xu hướng sai lệch so với giá trị làm việc bình thường, cụ thể:
J Áp suất và nhiệt độ ngưng tụ tăng.
J Nhiệt độ cuối quá trình nén tăng.
J Năng suất lạnh giảm.
J Thời gian làm lạnh kéo dài,
Điều này do khí không ngưng không hoá lỏng được ở áp suất ngưng tụ(trong thiết bị ngưng tụ) và không hoá hơi được ở áp suất bốc hơi (trong thiết
bị bốc hơi).Chính vì lý do đó phải tách khí không ngưng ra khỏi hệ thốnglạnh để nâng cao hiệu quả làm việc độ an toàn cho hệ thống
Trang 8b Nguyên nhân khí không ngưng lọt vào bên trong hệ thống lạnh
Khí không ngưng lọt vào trong hệ thống lạnh do nhiều nguyên nhânkhác nhau, thường do một số nguyên nhân sau:
■ Do hút chân không không triệt để trước khi nạp môi chất lạnh,khi nạp dầu, khi lắp đặt hệ thống lạnh
■ Khi sửa chữa, bảo dưỡng máy nén và các thiết bị
■ Do dầu bị phân hủy ở nhiệt độ cao
■ Do môi chất lạnh bị phân hủy
■ Do hệ thống bị rò rỉ ở phía hạ áp, vì trong nhiều trường hợp phía
hạ áp có áp suất chân không khi có vết rò không khí bên ngoài
sẽ lọt vào bên trong hệ thống
c Cấu tạo và nguyên lý hoạt động bình tách khí không ngưng
d Cấu tạo: Bình tách khí không ngưng có nhiều dạng cấu tạo khác
nhau nhưng đều phải dựa trên nguyên lý làm việc là làm lạnh hổn hợp gồmkhí không ngưng có lẫn hơi môi chất xuống nhiệt độ ngưng tụ để môi chấtngưng tụ hết còn lại khí không ngưng được xả bỏ ra ngoài
Hình 9.3: Cấu tạo lắp đặt bình xả khí không ngưng
Trang 94. đường lỏng hồi trở về bình chứa;
7. van tiết lưu;
*Nguyên lý hoạt động:
Trong hệ thống lạnh khí không ngưng thườngtập trung chủ yếu ở thiết
bị ngưng tụ Khi dòng hơi môi chất được đưa vào thiết bị ngưng tụ, hơi môichất được làm mát và ngưng tụ xuống đáy bình và chảy tập trung về bìnhchứa cao áp Còn phần lớn khí không ngưng tích tụ lại ở trên thiết bị ngưng
tụ và vẫn còn lẫn rất nhiều hơi môi chất lạnh chưa được ngưng tụ hết Vì vậy
để tách được lượng khí không ngưng này người ta cho hỗn hợp khí đó đếnbình tách khí không ngưng, tại đó được tiếp tục làm lạnh ở nhiệt độ thấp hơn
để ngưng tụ hết môi chất lạnh, còn khí không ngưng ở nhiệt độ này khôngngưng tụ và lơ lửng bên trên sau đó được xả bỏ ra ngoài vào một chậu chứanước nếu hệ thống sử dụng môi chất NH3, xả bỏ ra ngoài nếu hệ thống sửdụng môi chất Frêon
9.1.4 Thiết bị lọc
a Lý do cần phải lắp đặt thiết bị tách lọc:
Trong hệ thống lạnh ngoài hai thành phần chính: dầu bôi trơn tham giaquá trình bôi trơn và giải nhiệt các chi tiết chuyển động trong máy nén; môichất lạnh tham gia thực hiện một chu trình làm lạnh Ngoài ra vẫn còn tồn tạimột số các tạp chất khác như ẩm, hơi nước hoặc các tạp chất gây ảnh hưởngkhông tốt đến quá trình làm việc của hệ thống lạnh Hơi ẩm có thể làm chođông đá và làm nghẹt lỗ van tiết lưu, hoặc làm ẩm cuộn dây động cơ máy nénkín, nữa kín dẫn đến cháy động cơ và dầu bôi trơn, các tạp chất khác có thểlàm bẩn dầu bôi trơn , tắt nghẹt đường hút về máy nén và làm cho thao táccác van khó khăn hơn
b.Các loại thiết bị lọc
Có nhiều dạng thiết bị được sử dụng để khử loại bỏ hơi ẩm và các tạpchất, thường có các loại sau: thiết bị lọc hơi, thiết bị lọc lỏng và phin lọcdầu,
Trang 10❖ Thiết bị lọc hơi:
Thiết bị lọc hơi là một phin lọc hơi được bố trí gần kề ngay tại đầu hútcủa máy nén để giữ lại các cặn bẩn (cáu bẩn, rỉ sét, sĩ hàn, rác, ) không hútvào trong máy nén làm bẩn dầu bôi trơn và làm hư hỏng xi lanh của máy nén
Cấu tạo thiết bị lọc hơi có thân bằng thép hàn với hai đầu nối vuônggóc với nhau và có nắp Bên trong thân 1 có bố trí một lưới đôi số 2 bằngthép mỏng, nắp số 3 có thể tháo mở dễ dàng để làm vệ sinh lưới lọc
❖ Thiết bị lọc lỏng:
Thiết bị lọc lỏng là một phin lọc được bố trí lắp trên đường dẫn lỏngtrước van tiết lưu để ngăn ngừa các loại cáu bẩn làm tắt nghẹt van tiết lưu.Thiết bị lọc lỏng có thân bằng gang đúc số 1, bên trong thân có khung để đởlưới lọc bằng thép số 2, lưới lọc được ép chặt bằng lò xo 3 tựa trên nắp đặt ởphía dưới
Các lưới lọc dùng để lọc hơi và lọc ẩm trong hệ thống lạnh sử dụngmôi chất lạnh NH3 đều được làm bằng thép có lổ lưới khoảng 0,4mm, còn khilàm việc với hệ thống lạnh frêon thì làm bằng đồng có lổ lưới 0,22mm đốivới lưới lọc hơi và 0,1mm đối với lọc lỏng Ngoài ra ta còn có thể sử dụngcác loại vải, dạ hoặc các hạt bằng đồng có đường kính 0,2 ^ 0,3mm làm lướilọc
Hình 9.4: Cấu tạo thiết bị lọc
Trang 11❖ Thiết bị khử ẩm (hút ẩm):
Thiết bị khử ẩm được sử dụng trong các hệ thống lạnh môi chất frêon
Do trong quá trình lắp đặt, sửa chữa, nạp gas, nạp dầu ta đuổi gió hút chânkhông không triệt để hay khi vận hành ở áp suất chân không ẩm sẽ lọt vào vàtồn tại bên trong hệ thống Vì vậy cần phải lắp đặt thiết bị lọc ẩm để giữ lạikhông cho chúng tuần hoàn lẫn trong môi chất lạnh
Thiết bị lọc ẩm được lắp đặt trên đường dẫn lỏng trước van tiết lưu,(đôi khi kết hợp thiết bị vừa có lọc ẩm và lọc bẩn)
Cấu tạo hiết bị hút ẩm có thân hình trụ, bên trong có chứa các hạt hút
ẩm xilicagen (SiO2) có đường kính 3 ^ 5mm Các hạt xilicagen có khẳ nănghút 40% lượng nước theo trọng lượng của bản thân Khả năng hấp thụ củaxilicagen có thể tái sinh bằng cách đốt nóng nó lên nhiệt độ lớn hơn 2000C.Ngoài ra ta có thể sử dụng loại đá hoạt tính để khử ẩm
Trang 129.2 Thiết bị chứa đựng
9.2.1 Bình chứa cao áp
a Nhiệm vụ của bình chứa cao áp:
Bình chứa cao áp dùng để chứa môi chất lỏng ở áp suất cao và nhiệt độcao sau khi đã ngưng tụ đồng thời giải phóng bề mặt trao đổi nhiệt cho thiết
bị ngưng tụ, duy trì ổn định sự cấp lỏng liên tục cho van tiết lưu Khi bảo trì,sửa chữa bình chứa cao áp có khẳ năng chứa hết toàn bộ lượng môi chất lỏngtrong hệ thống
b Cấu tạo, vị trí lắp đặt bình chứa cao áp:
Bình chứa cao áp có cấu tạo bình hình trụ nằm ngang trên bình đượclắp đặt các đường ống và các thiết bị như hình 9.6
4 ống hồi lỏng từ bộ xả khí về;
5 ống nối đường cân bằng hơi với bình ngưng;
6 đường gắn đồng hồ cao áp;
7 đường nối van an toàn;
Trang 13- Khi sửa chữa bảo dưỡng, bình có khả năng chứa hết toàn bộ môi chất
sử dụng trong hệ thống và chiếm khoảng 80% dung tích bình
Ta kết hợp giữa hai điều kiện trên chọn dung tích bình chứa cao ápkhoảng 1,25 ^ 1,5 thể tích môi chất lạnh của toàn bộ hệ thống là đạt yêu cầu
Để xác định lượng môi chất trong hệ thống, người ta căn cứ vào lượngmôi chất có trong các thiết bị khi hệ thống đang vận hành
Khi dung tích bình qua lớn, nên sử dụng một vài bình sẽ an toàn vàthuận lợi hơn Tuy nhiên giữa các bình phải thông với nhau để cân bằngluợng dịch trong các bình
9.2.2 Bình chứa hạ áp
a Nhiệm vụ của bình chứa hạ áp:
Trong nhiều hệ thống lạnh cần phải lắp đến bình chứa hạ áp, đặc biệttrong các hệ thống lạnh hai cấp nén có sử dụng bơm và cả không sử dụngbơm cấp dịch
Bình chứa hạ áp có nhiệm vụ:
- Chứa môi chất lỏng ở nhiệt độ thấp sau khi được tiết lưu để bơm dịchlỏng ổn định cho hệ thống lạnh hoặc đổ tràn lỏng đều cho các thiết bị bay hơikhi không sử dụng bơm
- Dùng tách được lỏng trong dòng hơi môi chất hút về máy nén Trongcác hệ thống lạnh có sử dụng bơm cấp dịch lượng lỏng sau dàn bay hơi khálớn nếu sử dụng bình tách lỏngthì không có khà năng tách hết làm rất dễ gâyngập dịch cho máy nén.Vì vậy ta đưa về bình chứa hạ áp, tại đó lỏng đượctách rơi xuống phía dưới đáy bình còn hơi ở trên được hút về máy nén
Trang 14b Cấu tạo và vị trí lắp đặt bình chứa hạ áp:
* Cấu tạo: Bình chưa hạ áp có cấu tạo vỏ thép hình trụ tên thân bình
được lắp các đường ống và thiết bị:
Hình 9.6: Cấu tạo bình chứa hạ ápkiểu thẳng đứng.
* Vị trí lắp đặt bình chứa hạ áp:
Bình chứa hạ áp được lắp sau van tiết lưu trước thiết bị bay hơi, có thểlắp đặt nằm ngang nhưng do chiếm nhiều diện tích và bề mặt thoáng của chấtlỏng lớn nên rất khó tự động hóa Do đó người ta thường sử dụng bình chứa
hạ áp lắp đặt thẳng đứng
c Xác định thể tích bình chứa hạ áp:
Thể tích bình chứa hạ áp có thể chọnnhư sau:
+ V =0,375Vl - nếu chất lỏng đưa vào dàn lạnh từ trên xuống (9.8)
+ V =0,75Vl - nếu chất lỏng đưa vào dàn lạnh từ dưới lên (9.9)Trong đó Vl là thể tích chứa của dàn lạnh trực tiếp
Trang 15Ta có thể chọn bình chứa hạ áp theo bảng sau:
9.2.3 Bình chứa tuần hoàn
a Nhiệm vụ của bình chứa tuần hoàn:
Bình chứa tuần hoàn được sử dụng trong các hệ thống lạnh NH3 có sửdụng bơm cấp dịch để cung cấp NH3 lỏng cho các dàn lạnh Trong bình chứaluôn luôn có một lượng NH3 lỏng nhất định để đảm bảo sự làm việc an toàncho bơm dịch NH3
b Cấu tạo và vị trí lắp đặt bình chứa tuần hoàn:
* Cấu tạo: bình chứa tuần hoàn gần giống như bình chứa hạ áp, có
thân bình hình trụ bằng thép có thể lắp đặt nằm ngang hoặc lắp thẳng đứng vàđược lắp đặt về phía hạ áp, sau van tiết lưu trước thiết bị bay hơi
Hình 9.6: Cấu tạo bình chứa tuần hoàn kiểu nằm ngang.