tiểu luận kỹ thuật điện lạnh

tiểu luận kỹ thuật điện lạnh

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA- ĐHQG TP HCM

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH

NHÓM 5

Báo cáo TIỂU LUẬN KỸ THUẬT LẠNH

THÀNH VIÊN NHÓM:

TRẦN DƯƠNG HỒNG QUÂN – 20902149

TRẦN THANH PHÚ – 20901985

G V H D : G S T S L Ê CHÍ HIỆ P

G V H D : G S T S L Ê CHÍ HIỆP Page 2

(srcol compressor)

Nguyên lí của máy nén xoắn ốc đã đươ ̣c

mô ̣t kĩ sư người Pháp thiết kế từ năm 1908

nhưng do công nghê ̣ chế ta ̣o yêu cầu khắt khe

nên phải đến những năm 1980 nó mới trở

thành hiện thực

Những máy nén xoắn ốc đầu tiên đưa ra thi ̣

trường là vào năm 1983

Ngày nay, với những ưu điểm vươ ̣t trô ̣i

nên máy nén xoắn ốc được ứng dụng nhiều

hơn Trong thực tế máy nén xoắn ốc đạt được

yêu cầu cao hơn tiêu chuẩn SEER (Seasonal

Energy Efficiency Ratio-hiệu quả sử dụng

năng lượng theo mùa) mà chính phủ Mỹ đã

quy định mỗi hệ thống làm mát trung tâm sản xuất tại Mỹ phải có SEER nhất là

13 Cùng với việc loại bỏ dần việc sử dụng R-22, các nhà sản xuất thiết bị HVACR đang tìm kiếm phương pháp nâng cao hiệu quả năng lượng áp dụng cho thiết bị của họ để đáp ứng các yêu cầu năng lượng mới

Bởi vì máy nén xoắn ốc có ít bộ phận nên nó hoạt động khá yên tĩnh hơn so với các máy nén khác và hiệu suất cao nên máy nén xoắn ốc được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực điều hòa dân dụng vừa và nhỏ, có công suất động cơ từ 0,75 đến 15kW Hãng Copeland còn chế tạo máy nén xoắn ốc có công suất động cơ lên đến 20kW và cao hơn Tuy vâ ̣y khoảng 80% số lươ ̣ng máy nén chỉ có công suất từ 0,75 đến 1,2 kW Ngoài ra máy nén xoắn ốc còn được ứng dụng trong máy làm kem và các loại tủ đựng nước giải khát…

G V H D : G S T S L Ê CHÍ HIỆP Page 3

II NGUYÊN LÝ HOA ̣T ĐỘNG:

- Đầu đẩy

- Đầu hút

- Đĩa xoắn tĩnh

- Đĩa xoắn đô ̣ng

- Van an toàn

- Trục động cơ

- Motor

- Ống dẫn dầu

- Khoang đẩy…

Máy nén xoắn ốc gồm hai đĩa xoắn

Một đĩa xoắn ở tra ̣ng thái tĩnh , đĩa còn la ̣i

quay quanh đĩa xoắn cố đi ̣nh Hai đĩa xoắn

này được đặt ăn khớp vào nhau tạo thành

các túi dạng hình lưỡi liềm

Trong quá trình nén , phần xoắn ốc tĩnh đươ ̣c

giữ cố đi ̣nh và phần xoắn đô ̣ng di chuyển trên

trục chuyển độ ng lê ̣ch tâm Gas đươ ̣c dẫn vào

khoảng trống do hai đĩa xoắn tạo ra Hai đĩa

khép dần từng nấc và dần tiến vào tâm của hình

xoắn ốc, thể tích nhỏ dần ta ̣o ra áp suất lớn, khi

đến tâm thì thể tích lúc này bằng không và gas đa ̣t tới áp suất đẩy được nén qua cổng đẩy ở tâm của đĩa xoắn cố đi ̣nh Các túi khí được nén đồng thời và liên tiếp nên ta ̣o ra sự liên tục, ổn định, hiê ̣u quả và yên tĩnh trong quá trình hoa ̣t đô ̣ng

G V H D : G S T S L Ê CHÍ HIỆP Page 4

Hình trên giới thiê ̣u nguyên lý làm viê ̣c của máy nén xoắn ốc 3-DTM

của hãng Trane Ở vị trí 0ođĩa xoắn đô ̣ng và tĩnh khép kín Khi quay được 120o

và 240o thì khoang hút trên và dưới càng ngày càng mở rô ̣ ng và sau đó khép dần la ̣i Khi góc quay đa ̣t 360o

, quá trình hút kết thúc và hai túi khí được khép kín Hai tú i khí hình lưỡi liềm sẽ giảm thể tích dần thực hiê ̣n quá trình nén và đẩy sau hai vòng quay nữa

III ĐẶC ĐIỂM CỦA MÁY NÉN XOẮN ỐC:

 Đa ̣t hiê ̣u suất hoa ̣t đô ̣ng tối ưu :

 Không có van hút và van đẩy nên loa ̣i được tổn thất áp suất tại các van nên tăng hiê ̣u suất năng lươ ̣ng của chu trình

 Không tồn ta ̣i không gian chết giúp hiê ̣u suất thể tích tăng gần 100%

 Rất ít chi tiết chuyển đô ̣ng nên tỉ lê ̣ hư hỏng máy nén giảm tối đa tăng

đô ̣ tin câ ̣y của máy nén

 Viê ̣c nén gas được diễn ra liên tục trong các túi hình lưỡi liềm nên lưu lươ ̣ng nén ổn đi ̣nh và liên tục

 Đặc tính khởi động không tải tối ưu Máy nén xoắn ốc có ưu điểm khởi đô ̣ng giảm tải ngay cả khi áp suất hê ̣ thống không cân bằng

G V H D : G S T S L Ê CHÍ HIỆP Page 5

- Khi máy nén ngừng thì các đĩa xoắn đươ ̣c tách ra và áp suất lúc này cân bằng

- Khi máy nén khởi đô ̣ng trở la ̣i , nó không ở điều kiện giảm tải Vì áp suất sẽ tăng dần cho đến khi vượt quá áp suất đẩy làm van mở và thiết

lâ ̣p la ̣i sự liên tục của hê ̣ thống

- Moment khở i đô ̣ng thấp nên không cần tụ khởi đô ̣ng đối với các motor mô ̣t pha

 Tránh được hiện tượng n gâ ̣p lỏng Máy nén xoắn ốc cho phép một lượng nhỏ chất bẩn rắn đi qua mà không hư hỏng đĩa xoắn Để tránh được hiê ̣n tượng ngâ ̣p lỏng và că ̣n bẩn được là nhờ vào khả năng tương thích trục và tương thích bán kính trong máy nén xoắn

ốc Trong nhiều trường hợp không cần bình tách lỏng hoă ̣c bình chứa lỏng trên lắp trên đường hút Khi cần thiết thì máy nén xoắn ốc chỉ cần sấy cacte

Khả năng tương thích theo bán kính: khi có lỏng hay chất bẩn thì hai đĩa xoắn tách ra cho phép lỏng hoă ̣c chất bẩn

đi qua tự do không làm hỏng máy nén

Khả năng tương thích theo trục: khi quá tải, đĩa xoắn cố

tách tách lên phía trên ta ̣o ra khoảng hở giữ a hai đĩa xoắn trong khi đĩa xoắn di dô ̣ng vẫn quay để làm sạch lỏng hoặc chất bẩn ra khỏi máy nén

 Hạn chế tối đa sự rung động : Máy nén xoắn ốc vận hành rất ít rung động , do quá trình hút và nén gas diễn

ra liên tục và đều đă ̣n Điều này rất có lợi đối với hệ thống gas nối vào máy nén, do sự lan truyền rung đô ̣ng bi ̣ giảm đi rất nhiều để ha ̣n chế tối đa hư hỏng cho các bộ phận và khớp nối Vì vậy tuổi thọ hệ thống được tăng đáng kể

G V H D : G S T S L Ê CHÍ HIỆP Page 6

 Độ tin cậy cao Máy nén xoắn ốc rất ít chi tiết chuyển đô ̣ng và dung sai bé nên ta ̣o được đô ̣ tin câ ̣y cao trong máy nén

Để tăng tối đa đô ̣ tin câ ̣y trong vâ ̣n hành , máy nén xoắn ốc được trang bi ̣ nhiều cách bảo vê ̣ bên trong

- Cử a sổ vươ ̣t quá tỉ số nén ngăn cản bằng đê ̣m kín di đô ̣ng đă ̣t giữa đĩa xoắn cố đi ̣nh và không gian áp suất đẩy Trong quá trình hoa ̣t đô ̣ng bình thường, nó cung cấp đệm kín giữa các vùng áp suất cao và thấp

- Tuy nhiên nếu có hư hỏng bất ngờ trong đường ống gây nên tỉ số nén tăng cao thì đê ̣m kín di đô ̣ng được xả ra khỏi chỗ của nó và cho phép

áp suất cao ở phía đẩy chảy ngược sang phía áp suất thấp

 Bôi trơn Máy nén xoắn ốc không cần bôi trơn trực tiếp, vì tốc độ quĩ đạo bị giới hạn của chúng và tiếp xúc trượt liên tục Dầu mang đến hê ̣ thống bằng cách thâm nhâ ̣p vào gas nhiều hơn là tương ứng để đảm bảo bôi trơn cần thiết

Đây là mô ̣t thuâ ̣n lợi đáng kể Vì dầu không phụ thuộc vào áp suât và nhiêtê

đô ̣ cao khi nén có thể gây thay đổi đă ̣c tính với thời gian Và trong máy nén xoắn ốc dầu vẫn giữ đô ̣ ổn đi ̣nh trong thời gian dài và bảo đảm bôi trơn liên tục lâu dài

Ngoài ra nó còn có khả năng chấp nhận sự di tản dầu tạm thời , như trong lúc khởi đô ̣ng hay quãng ngắn khi dầu bi ̣ lẫn trong di ̣ch gas

IV ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT:

3.1) Phương pha ́ p sử du ̣ng biến tần (inverter):

Khả năng biến đổi công suất ra của công nghệ Inverter cho phép điều chỉnh nhiệt độ chính xác hơn.Trong khi đó máy ĐHKK không sử dụng công nghệ Inverter kiểm soát nhiệt độ bằng cách bật/tắt máy nén, khiến nhiệt độ thay đổi liên tục.Với model sử dụng công nghệ Inverter, bạn có thể tin chắc rằng nhiệt độ trong phòng luôn ổn định và duy trì đều đặn cho bạn cảm giác thoải mái hơn, không như trường hợp khi nóng quá hoặc khi lạnh quá như máy lạnh thông thường không dùng Inverter

G V H D : G S T S L Ê CHÍ HIỆP Page 7

ĐHKK là một trong những thiết bị tiêu thụ điện lớn nhất trong các thiết bị tiêu dùng Xuất phát từ những yếu điểm đó của thiết bị mà các nhà sản xuất máy điều hòa đưa ra những dòng sản phẩm tiết kiệm điện dùng công nghệ Inverter có khả năng tiết kiệm điện từ 30% đến 50% so mới máy thông thường Chính vì thế, các

cơ sở kinh doanh thương mại, dịch vụ cao ốc, văn phòng khách sạn đặc biệt quan tâm đến loại ĐHKK tiết kiệm điện năng để giảm chi phí tiền điện Loại ĐHKK với công nghệ biến tần (Inverter) đang là loại ĐHKK được ưa chuộng nhất hiện nay tại thị trường Việt Nam.Công nghệ biến tần đã tạo được bước đột phá, làm cho hao phí năng lượng đến mức thấp nhất.Công nghệ biến tần điều chỉnh công suất phù hợp với yêu cầu tải lạnh ở các mức khác nhau

Chính nhờ bộ biến tần mà biên độ thay đổi nhiệt độ trong phòng cũng rất nhỏ (khoảng 0,5 độ C), không bị ảnh hưởng bởi thời tiết bên ngoài đang mưa hay nắng Nhờ đó, người sử dụng cảm thấy sảng khoái với làn không khí lạnh truyền nhẹ nhàng sâu vào bên trong phòng, làm cho không khí trong phòng lạnh đều và sâu hơn các máy điều hoà nhiệt độ thường Ngoài ra, cũng nhờ hiệu suất điện năng được nâng cao làm không khí phòng nhanh chóng đạt đến nhiệt độ mong muốn Ngay khi bật ĐHKK Inverter, máy sẽ cung cấp lượng điện năng vừa đủ để nhanh chóng làm lạnh trong phòng Nó cho phép đạt đến mức nhiệt độ yêu cầu nhanh gấp 1,5 lần so với các model không sử dụng công nghệ Inverter

 Nguyên lý hoa ̣t đô ̣ng :

Nguyên lý cơ bản làm việc của bộ biến tần cũng khá đơn giản Đầu tiên, nguồn điện xoay chiều 1pha hay 3 pha được chỉnh lưu và lọc thành nguồn 1 chiều bằng phẳng Công đoạn này được thực hiện bởi bộ chỉnh lưu cầu diode và tụ điện Nhờ vậy, hệ số công suất cosφ của hệ biến tần đều có giá trị không phụ thuộc vào tải và có giá trị ít nhất 0.96 Điện áp một chiều này được biến đổi (nghịch lưu) thành điện

áp xoay chiều 3 pha đối xứng Công đoạn này hiện nay được thực hiện thông qua hệ IGBT (transistor lưỡng cực có cổng cách ly) bằng phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM) Nhờ tiến bộ của công nghệ vi xử lý và công nghệ bán dẫn lực hiện nay, tần số chuyển mạch xung có thể lên tới dải tần số siêu âm nhằm giảm tiếng ồn cho động cơ và giảm tổn thất trên lõi sắt động cơ

n -tốc độ quay của động cơ (rpm)

f - tần số lưới điện (Hz)

p - số cặp cực từ trên stato động cơ

G V H D : G S T S L Ê CHÍ HIỆP Page 8

Tuy nhiên sử dụng Inverter cũng có các hạn chế là:

- Cộng hưởng tần số

- Công suất Dải từ 40% đến 100%, Không rộng đủ

- Cần Inverter đắt tiềnvà điều khiển điện tử

- Vấn đề hồi dầu

- Phức tạp By-Pass mạch

- Sự nhiễu điện từ

3.2) Phương pha ́ p kỹ thuâ ̣t số (Digital Capacity Control):

Áp dụng công nghệ điều chỉnh

công suất kỹ thuật số thế hệ mới

có khả năng khắc phục các

khuyết điểm còn tồn đại của

phương pháp inverter

Máy nén có 1 bộ phận cho phép

đĩa tĩnh dichuyển một đoạn rất

nhỏ dọc trục

Máy nén Copeland có Một piston được liên kết với đĩa xoắn ốc trên (đĩa tĩnh) đảm bảo khi piston di chuyển lên thì đĩa xoắn ốc (tĩnh) trên cũng di chuyển theo

Có mô ̣t khoang cong

(modulation chamber) tại đỉnh

buồng nén, khoang cong này

được nối với đường đẩy bằng

đường trích đường kính 0.6 mm

Van điện từ được gắn trên

đường nối khoang cong với

đường hút để nhâ ̣n tín hiê ̣u điều

khiển

G V H D : G S T S L Ê CHÍ HIỆP Page 9

 Nguyên lý hoạt động:

Khi van điện từ đóng (van là thường đóng), áp suất trong buồng nén và lực lò xo bảo đảm 2 đĩa tiếp xúc nhau, máy nén hoạt động đầy tải và quá trình nén xảy ra

Khi van điện từ mở tác nhân lạnh cao áp ở khoang cong sẽ di chuyển qua van solenoid và áp suất trong khoang cong giảm làm piston di chuyển lên khiến đĩa xoắn tĩnh di chuyển lên, hai đĩa tách rời nhau ra, kết quả là không có môi chất lạnh đi vào hệ thống Trong khi đó đĩa xoắn dưới vẫn quay quanh trục với tốc đô ̣ không đổi

Chú ý : sự di chuyển doc trục của đĩa trên là rất nhỏ khoảng 1.0 mm

Hai trạng thái này diễn ra trong thời gian 1 chu kỳ(gồm thời gian tải và thời gian

không tải chứ không phải là chu kỳ nén của máy nén)

Khoảng thời gian của 2 trạng thái sẽ quyết định công suất của máy nén trong 1 chu kỳ

G V H D : G S T S L Ê CHÍ HIỆP Page 10

Ví dụ : thời gian một chu kỳ là 10s, nếu thời gian tải là 2s và thời gian không tải là 8s

thì công suất của máy nén trong một chu kỳ là 20%

Nếu cùng thời gian một chu kỳ như trên(10s) nhưng thời gian tải là 5s và thời gian

không tải là 5s thì công suất máy nén là 50%

Công suất máy nén là trung bình cộng của trạng thái tải và không tải trong cùng một

chu kỳ

Bằng việc thiết lập cặp thời gian tải và thời gian không tải khác nhau ta sẽ có được dải công suất máy nén từ 10% đến 100%

G V H D : G S T S L Ê CHÍ HIỆP Page 11

 Ưu điểm của phương pháp kỹ thuật số

Sự thay đổi của áp suất :

Trong trạng thái tải áp suất hút bắt đầu giảm và áp suất đẩy bắt đầu tăng

Ngược lại trong quá trình không tải, áp suất hút bắt đầu tăng và áp suất đẩy

bắt đầu giảm

Điện năng tiêu thụ :

Trong suốt trạng thái tải máy nén sử dụng 100% năng lượng điện cung cấp

Nhưng trong suốt trạng thái không tải, điện năng tiêu thụ rất ít khoảng 10% điện năng khi toàn tải

Tiêu thụ ít điện năng khi hoạt động ở chế độ không tải nên máy nén xoắn ốc kỹ thuật

số có hiệu suất cao

Thời gian một chu kỳ :

Thời gian một chu kỳ là thông số quan trọng trong quá trình vận hành

Với cùng công suất máy nén nhưng có thể có thời gian một chu kỳ khác nhau.Ví dụ: 50% công suất có thể đặt thời gian trạng thái tải /không tải là 7.5s / 7.5s hoặc 15s/15s Trạng thái công suất thấp thì thời gian một chu kỳ sẽ dài

Tại thời gian một chu kỳ lý tưởng thì hiệu suất năng lượng của hệ thống sẽ tối đa

Dải công suất :

Liên tục từ 10% - 100% dải công suất, ít loại máy nén sánh được

Về mặt này, máy nén xoắn ốc kỹ thuật số vượt trội hơn so với kỹ thuật biến tần

Đối với kỹ thuật biến tần công suất chỉ có thể điều chỉnh theo bước

G V H D : G S T S L Ê CHÍ HIỆP Page 12

Dải công suất liên tục cũng bảo đảm điều chỉnh công suất theo nhiệt độ phòng Việc khởi động máy nén nhiều lần tiêu tốn nhiều điện năng, máy nén xoắn ốc kỹ thuật số với dải công suất rộng sẽ làm giảm số lần khởi động máy nén

Vấn đề hồi dầu :

Máy nén xoắn ốc kỹ thuật số không cần phải có bình tách dầu hoặc mạch hồi dầu bởi

2 lý do :

Dầu chỉ rời máy nén khi máy nén ở trạng thái tải, tại trạng thái không tải, rất ít dầu rời máy nén

Máy nén vận hành tại toàn tải khi ở trạng thái tải Vận tốc trong chu kỳ tải bảo đảm cuốn dầu trở về máy nén

Sự giảm ẩm :

Sự giảm ẩm là cần thiết và điều này trở nên quan trọng trong quá trình vận hành ở công suất thấp.Với hệ thống sử dụng biến tần, tại điều kiện công suất thấp máy nén phải vận hành ở điều kiện tần số thấp, lưu lượng khối lượng tác nhân lạnh giảm nên

áp suất đầu hút cao dẫn đến hệ số nhiệt hiện (SHF) cao

Máy nén kỹ thuật số cung cấp quá trình giảm ẩm hiệu quả bởi vì nó vận hành ở áp suất hút thấp hơn biến tần