Giáo trình kỹ thuật lạnh 5-IUH

Chng 1 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.

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 húthơi môi chất từ áp suất thấp, nhiệt độ thấp sinh ra trong thiết bị bốc hơinén lên áp suất cao đưa vào thiết bị ngưng tụ đảm bảo sự tuần hoàn môichất một cách hợp lý trong hệ thống lạnh

- Máy nén lạnh là bộ phận quan trọng nhất trong các hệ thống lạnh, máynén 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 (môitrường làm mát bằng nước, không khí hoặc nước kết hợp khôngkhí) trong thiết bị ngưng tu

- Đưa lỏng qua thiết bị tiết lưu đến thiết bị bốc hơi thực hiện vòng tuầnhoàn kín của môi chất lạnh trong hệ thống lạnh gắn liền với việc thunhiệt 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 tincậy của hệ thống lạnh Có thể so sánh máy nén lạnh có chức năng vàtầm

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 dụngmáy nén: Piston, trục vít, Rotor xoắn ốc, Turbin

Trong kỹ thuật lạnh, người ta sử dụng hầu như tất cả các kiểu máy nénkhác nhau và các máy nén thông dụng nhất hiện nay được chia thành nhiềuloại, 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 thayđổi thể tích giới hạn bởi xy lanh và Piston khi Piston chuyển động đilên.

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

- Theo nhiệt độ t0 ta có thể chia:

1 Máy nén 1 cấp khi to = (+10 :-25)0C

2 Máy nén nhiều cấp và máy nén bậc thang khi to = (-30 :-110)0C

Trong đó máy nén piston có nhiều loại thường dùng nhiều nhất và rất đadạng

- 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 (Chuyểnđộng 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 cóthể có các loại: máy nén không có con trượt hoạt động đơn giản chỉ nénmột phía và loại máy nén có con trượt hoạt động hai phía và nén haiphía

- 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: Loạixylanh và động cơ chứa trong một hộp kín hoàn toàn không tháo rađược Loại xylanh và động cơ chứa trong một hộp có chèn nhưng cónắp

tháo ra được Loại hộp máy có chứa hơi tác nhân lạnh chịu áp lực và cóchèn đầu trục khuỷu (Loại máy nén không có con trượt) Loại có hộpmáy hở và chèn trục pittông ở đoạn ra khỏi xylanh (Loại máy nén cócon

trượt hoạt động hai phía)

- Theo cách truyền động gồm có: Truyền động trực tiếp và truyền độngbằng 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 chếtdưới) 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 ngượclại, thể tích nhỏ dần

+ Khi Piston chuyển động từ 1^2 gọi là quá trình nén, trong quátrình 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 nénvào 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 tạithời 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 1khoảng nữa, do điểm 4 dịch về phía phải và điểm 1 dịch về phía trái làmcho Vtt2 < Vtt1 Đường chấm trên sơ đồ biễu diễn quá trình nén thực cóxung động ở đường hút và đường đẩy

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

Mặt khác, khi hệ thống lạnh hoạt động thì máy nén , Piston , xy lanhnóng lên Để tránh việc Piston chạm vào nắp do giản nở nhiệt người tachừa lại khe hở an toàn nhất định ( thường từ 3 đến 5 % không gian chếtvới 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 ápsuất Khi áp suất 2 bên Clape bằng nhau, các Clape ở trạng thái đóng dosức đàn hồi hoặc lò xo nén Clape chỉ mở khi có áp suất chênh lệch đủlớn, đủ hướng Chính vì vậy thời điểm Clape mở muộn hơn so với lýthuyết khá nhiều

Hình 5.2: Quá trình nén thựcTrong đó:

V LT: thể tích nén lý thuyết do Piston quét được

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 lọccặn (scale) (2) qua van chặn hút (1) của máy nén Ở đây cặn được loại ra nhờlưới 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) ápsuát trong xy lanh (6) tụt xuống để ga trong buồng hút vào trong xy lanh saukhi 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 nénqua bên xả, qua ống xả (discharge elbow) (9) tới bộ ngưng tụ

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 hiệncác chức năng của máy một tầm nén

Hình 5.5: Cơ cấu nén gas

(6) Xy lanh(7) Đế van hút(8) Đế van xả

Trong số các xy lanh, 2 xy lanh hoạt động ở tầm cao và tùy theo kíchthước 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 (pressureequalizing hole) đường kính 12mm Phía dưới buồng hút và buồng trụckhuỷulại có 1 lổ khác đường kính 5mm để thải dầu thoát từ bộ bốc hơi rangoài và ngăn ngừa hiện tượng sủi bọt (foaming: là hiện tượng môi chất lạnhsôi trào khỏi đầu máy lạnh)

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

Từ lổ thoát dầu trong buồng hút tầm cao đường ống được dẫn đếnbuồng hút tầm thấp để tái tuần hoàn số dầu thu được trong buồng hút tầmcao Lưu lượng được điều chỉnh qua van chặn vặn bằng tay Dầu từ phía tầmcao qua phía tầm thấp rồi đến các te qua lổ thoát dầu dưới buồng hút tầmthấp Không nên mở van chặn quá % vòng vì có thể làm cho ga có áp suấttrung 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 (oilhammering)

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

^Crankshaft chamber

Buóng trục khùyu

O' ring, for 42WA & 62WA

for 42WB & 62WB & 12-4B

"O' dũng cho 42WA & 62WA dũng cho 42WB & 62WB & 12-4B

Rãnh dùng cho vòng "O"

Groove for "O' ring

Pressure equalizing hole

Lỗ quân binh áp suất

Lỗ xả dáu

Ống để dáu vé

cho buồng hút tổm

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 chomáy khỏi bị hư bằng cách hút áp suất bất thường phát sinh ra khi xảy ra hiệntượng dịch bị nén (liquid hammer) vì môi chất lạnh, dầu, hay tạp chất(foreign matter) lọt vào trong xy lanh

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

b Bộ tải và giảm tải (Unloader mechanism)

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

Hình 5.9: Cơ cấu bộ tải và giảm tải

1 Pittông tải và giảm tải 5 Cần đẩy 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 ápvào pittông

Vòng cam có chỗ cắt xéo và chốt nâng (lift pin) chuyển động thẳnggóc 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 ởpittông và pittông bị đẩy lùi lại do sức bật của lò xo Cần đẩy bắt đầu tácđộng 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 Cáinày chỉ bộ tải và giảm tải ở trong tình trạng không tải (Hình 5.11) lại nếu chốtnâng 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 suấtdầu 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 ởbên 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 hayvan điện từ Muốn tải, đóng van này lại

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

62WA, 62WB L:H =3:1/2:1/1:142WA, 42WB L:H =2:1/1:112.4WA L:H =3:1/2:1/1:1

d Cơ cấu bôi trơn (Lubrication mechanism)

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

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 tácđộng bộ tải và giảm tải Dầu máy lạnh đi ngang qua bộ tản nhiệt dầu (oilcooler) rồi tới bộ đệm kín Từ bộ đệm kín dầu qua ổ chặn, trục khuỷu nơi đódầu 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 thếđồng hồ áp suất dầu chỉ một áp suất hơi thấp hơn ở những điểm bôi trơnchính 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) lắptrên nắp Lổ nhòm (handhole cover) Khi cần đổi nắp lổ nhòm để dễ thấy quakính xem dầu

Standard circle line

Hình 5.15: Mức dầu tiêu chuẩn qua kính xem dầu

Nếu bị chảy ngược, đóng van chặn hút (suction stop valve) lại một tíchờ cho áp suất trong các-te tụt xuống rồi mới nạp dầu Đặt ống nạp dầu vàosâu 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 đểcác 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

(with relief for abnormal high pressure)

Path is changed by variation

of inner oil pressure

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 kíntốt, gồm có một vành bịt trục (Shaft seal collar) (33-1), bạc si túc (Shaft sealring) (41) và những vòng “O” (37, 39 và 42) Vành bịt trục được cố định vớitrục bằng bi khóa (locking ball) nên quay cùng với trục khuỷu Bạc si túc bịkhóa vào nắp (cover plate) bằng chốt con lăn (roll pin) (44) và việc cân chỉnhmặt ma sát của 2 phần này được bảo đảm nhờ lắp một lò xo xoắn ốc (helicalspring) (43) Bộ đệm kín được cho dầu nhờ vào bơm dầu được bịt kín bằngvòng “O” và mặt ma sát đã được mài nhẵn

(32) Cơ cấu bộ đệm kín (33-1,39,41,42)(33-1) Cơ cấu vành bịt trục đôi

(39) Vòng “O” vành bịt trục

(41) Bạc si túc(42) Vòng “O” bạc si túc(43) Lò xo xoắn ốc(44) Chốt con lăn

Hình 5.17: Tiết diện của đệm kín, kiểu WA(23) Ụ trục

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 thườngđược đúc bằng gang xám hoặc đúc bằng kim loại nhẹ độ mịn tinh thể

thấm sơn chống rò rỉ Đặc biệt có loại thân máy sử dụng làm bằng kếtcấu

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 vàchứa 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 thểcủa

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 phảigia

công chính xác để lắp ráp trục khuỷu, xy lanh, bơm dầu, ỗ đỡ trục, cụmbịt

kín

Hình 5.20: Thân máy nén

TOtt rtúy 8 Xílanh bằng gang đức

8 LÕ láp bộ điỂu chỉnh nâng íttếi lạnh

i Pistong và sơ mi xylanh

^ Xi lanh:

- Xi lanh có nhiệm vụ tạo ra không gian hút và nén hơi Xi lanh là chitiết hình trụ để Piston chuyển động lên xuống thực hiện quá trình hútnén, đẩy môi chất lạnh Xi lanh làm việc với nhiệt độ cao và áp suấtluôn 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 mátkhông khí Khi nhiệt độ hơi nén cao hơn 90OC xi lanh được làm mátbằng nước

- Xi lanh của máy nén thường được đúc bằng gang xám , để có độ mịncao 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 lanhđược chế tạo rời để có thể thay thế được

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

+ 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 + % dung sai lắp ghép cho

phép

+ Xéc măng:

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 kínmặt ngoài lên mặt trong của xi lanh

- Xéc măng cho piston có đường kính < 200 mm được chế tạo từ C 24

- 24, với đường kính > 200 mm dùng C 21 - 40 để chế tạo xécmăng