Chng 1 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 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 lượnglớn
- 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 lạnhlàm 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 lượnglớn, 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 hợpkim của đồng
Trang 2- Là khí không màu , có mùi khai, gây độc hại với môi trường và conngưòi.
[Sdũny ivtig áp JU.Í1 hili (im Rai vs kí]7 [Nlrp
b Môi chất Freon 12
- Ký hiệu thương mại của môi chất này là R12, công thức hoá học làCCl2F2 Là dẫn suất halogen của mêtan Môi chất này đã bị cấm sửdụng trên thế giới do nó có tính phá huỷ ozone và là khí gây hiệu ứngnhà kính làm nóng địa cầu
- Đây là loại môi chất an toàn, không cháy nổ, không độc hại với cơthể 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 suấtlạnh riêng nhỏ
- Không ăn mòn các vật liệu, không dẫn điện, không hoà tan nước, hoàtan 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 tụtrung bình
- Hiện nay, để thay thế cho môi chất này người ta dùng môi chấtR134a
Trang 3c Môi chất Freon 22
- Ký hiệu thương mại của môi chất này là R22, công thức hoá học làCHClF2 Là dẫn suất halogen của metan nhưng trong phân tử chỉ cómột nguyên tử clo nên khả năng phá huỷ môi trường không bằngR12, tuy nhiên môi chất này cũng đã bị cấm nhưng việc tìm môi chấtthay thế cũng gặp nhiều khó khăn
- Đây là loại môi chất an toàn, không cháy nổ, không độc hại với cơthể 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 suấtlạnh 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 nhiệtđộng 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 đốithân 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 lạnhcũng 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 dụngR134a thì cần thay đổi một số phụ kiện và thiết bị như là dầu bôitrơn, các vòng đệm kín bằng cao su, phin sấy lọc, kể cả các dụng cụnhư 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 chấtsau 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 thủylực
- 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 mònkim 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 cónhiệm 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, ổbạc, ra vỏ máy để toả ra môi trường, đảm bảo nhiệt độ ở các vị trítrên 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 hoànmôi chất lạnh, đi qua tất cả các thiết bị chính và phụ của hệ thống Chính vìvậy 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 hệthống lạnh như ẩm, axit, lưu huỳnh, không được hút ẩm
- Nhiệt độ bốc cháy phải cao, cao hơn nhiều so với nhiệt độ cuối quátrình nén
- Nhiệt độ đông đặc phải thấp, thấp hơn nhiều so với nhiệt độ sau tiếtlưu và ở dàn bay hơi
- Nhiệt độ lưu động phải thấp hơn nhiệt độ bay hơn để đảm bảo tuầnhoàn 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 hợpnày 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 lỏngđặc 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 vậtliệu 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 thểlàm 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 ứngđầy 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 vớidầu khoáng thì nó có độ bôi trơn tốt hơn khi hỗn hợp với môi chấtlạnh, nhiệt độ đông đặc cũng thấp hơn, sự mài mòn thấp hơn nhưnggiá thành cao hơn
- Dầu khoáng có phụ gia tổng hợp: Để cải thiện một số tính chất củadầu 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 đôngđặc, tăng nhiệt độ bốc cháy trên thực tế có thể sử dụng hỗn hợpdầu khoáng và dầu tổng hợp nhưng phải thận trọng và phải thửnghiệm trước Đã có trường hợp bổ sung dầu bôi trơn loại khác vàogây trục trặc nghiêm trọng toàn bộ hệ thống bôi trơn dẫn đến cháyđộng 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 đầutrục,
cho các đệm kín, các khoang hút và nén của máy nén trục vít Để bôi trơnbình thường cho máy nén hiện đại có tốc độ cao, độ nhớt dầu ở 1000Ckhông
nhỏ hơn 6 ^ 7mm2/s khi máy làm việc với cường độ cao hơn độ nhớt phảiđạt
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 nănglưu
động trong thiết bị đường ống đảm bảo vòng tuần hoàn, thường nhiệt độnglưu động cao hơn nhiệt độ đông đặc từ 3 đến 50C Nhiệt độ đông đặc củadầu
giảm khi tăng hàm lượng napten, giảm cacbuahydro thơm và parafin, nhiệtđộ
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 thểcháy trong hệ thống lạnh nhưng nhiệt độ bốc cháy cao chứng tỏ sự ổn địnhcủa 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 0,05mgKOH
trong một gam dầu độ acid có thể thể hiện qua độ PH Độ PH của dầu lạnh6,5; 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, nướccó
thể hoà tan trong dầu khoáng tốc độ hút bụi cũng phụ thuộc vào từng loạidầu, nước dù còn lại ít cũng gây trục trặc trong hệ thống làm lão hoá dầugây
phản ứng vơi dầu và môi chất lạnh tạo ra chất ăn mòn có hại khác Trongthực tế nước trong dầu lạnh có khoảng 10 đến 60 phần triệu khối lượng theolượng dầu nạp vào máy R12, R22, R502
Trang 9Do dầu có tính hấp thụ nước cao nên phải rất thận trọng khi bảo quảndầu.
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, vàomôi
chất lạnh
Trang 10h 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 cacbuathơm, điểm anilin phụ thuộc vào phân tử lượng và thành phần dầu, trong kỹthuật lạnh điểm anilin dùng để định hướng đánh giá tính ổn định và sự hoàtan 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 ổnđịnh,
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 ổnđịnh nhiệt được thể hiện qua nhiều chỉ tiêu như: hàm lượng hắc ín, asfalnhỏ,
nhiệt độ bắt cháy cao, nhiệt độ sôi cao dầu parafin có tính ổn định nhiệtcao, 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 suốtcao 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 chấtlượng cao phải có màu sáng hoặc sáng vàng Khi làm việc trong hệ thốnglạnh càng ngày dầu càng sẫm lại nó đặc trưng cho sự oxy hoá và thời gian sửdụng 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 máylàm
việc nặng nề vì dầu lọt vào đường hút để vào xi lanh nếu vào quá nhiều dễgây ngập dịch Sự sủi bọt phụ thuộc vào chế độ làm việc của máy và độ hoàtan của dầu vào môi chất (độ hoà tan càng lớn sủi bọt càng nhiều) Người tathử 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 nhiêncác phụ gia đều làm giảm chất lượng dầu cho nên hạn chế phụ gia ở mức thấpnhất
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 máynên
phải cách điện để đảm bảo động cơ hoạt động an toàn, do có tính cách điệncao 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 lợicho các quá trình trao đổi nhiệt, tuy nhiên nó không đóng vai trò quan trong
Trang 11trong việc đánh giá chất lượng dầu.
Trang 12o 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 trơnphụ thuộc vào loại dầu, độ nhợt sức căng bề mặt và các tính chất khác củadầu
Để cải thiện chất lượng bôi trơn và chống mài mòn cảu dầu có thể chovào 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 vớimôi
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 lỏngcòn parafin rắn lắng xuống thành cặn Trong hệ thống lạnh dầu tuần hoàncùng với môi chất lạnh, các cặn đóng dần ở các cửa van vì vậy nhiệt độ sôicủa môi chất lạnh không được thấp hơn nhiệt độ vẩn đục của dầu trongvòng
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 dầubôi trơn, R13 cũng hoàn toàn như vậy, dầu chìm bên dưới NH3 nhưng lạinổi
trên freon Các môi chất hoà tan dầu hoàn toàn tạo điều kiện cho việc hồidầu
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 Tuỳtheo từng loại dầu và môi chất người ta xây dựng các quan hệ toán học đểtính toán độ nhớt của hỗn hợp
Sự thay đổi dầu trong cacte máy nén diễn ra phức tạp hơn Ở áp suấtkhông đổi cho trước trong cacte nhiệt độ dầu giảm thì thành phần môi chấtlạnh hoà tan tăng lên, độ nhớt giảm, khi nhiệt độ dầu tăng môi chất lạnh bịđẩy ra khỏi dầu hầu như hoàn toàn và độ nhớt gần đạt độ nhớt dầu nguyênchất Lúc này độ nhớt giảm là do nhiệt độ tiếp tục tăng chứ không do môichất 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 tếngười ta có thể thực hiện nhiệt độ bay hơi thấp hơn cả nhiệt độ lưu động củadầu do có hoà tan môi chất trong dầu Đây là một trong những ưu điểm của
Trang 13sự hoà tan môi chất lạnh trong dầu bôi trơn.