kỹ thuật điện lạnh

kỹ thuật điện lạnh tài liệu, giáo án, bài giảng , luận văn, luận án, đồ án, bài tập lớn về tất cả các lĩnh vực kinh tế,...

- Kỹ thuật nhiệt lạnh là hạ nhiệt độ của đối tượng để phục

vụ đối tượng nào đó

Phần I: Kỹ thuật lạnh cơ bản Chương I : Đại cương về kỹ thuật lạnh

§ 1.1 : Các phương pháp làm lạnh cơ bản

1, Bay hơi , khuếch tán → nhiệt độ môi trường bị hạ đi nếu cho chất lỏng bay hơi trường → phương pháp vừa kinh điển vừa hiện đại (như trong buồng hơi của máy lạnh)

2, Hòa trộn lạnh :

- Nước lạnh + muối → nhiệt độ giảm

- Ứng dụng : dùng trong đánh cá biển

3, Phương pháp giãn nở có sinh ngoại công

- Dùng trong công nghiệp

Nguyên lý máy lạnh nén khí ( khí không đổi pha – trạng thái )

bình nóng Máy

→ Sử dụng thay cho máy dãn nở

trong máy lạnh nén hơi

5, Dùng hiệu ứng điện nhiệt :

Môi chất lạnh là chất chuyển động trong chu trình lạnh của thiết bị lạnh

và thu nhiệt của đối tượng cần làm lạnh và tỏa nhiệt ra ở thiết bị ngưng tụ

Sự tuần hoàn của môi chất thực hiện bằng máy nén

1, Yêu cầu vật lý :

- Áp suất ngưng tụ không được quá cao → yêu cầu thiết bị phải có độ dày cao

- Áp suất bay hơi không được quá thấp vì dễ bị rò gỉ

- Năng suất lạnh riêng càng lớn càng tốt

2

Bay hơi

1

môtơ điện máy nén ngưng tụ

- Tính hòa tan dầu và nước đều cao

2, Yêu cầu hóa học :

- Bền vững trong vùng nhiệt độ làm việc và trong chu trình

- Không được ăn mòn vật liệu trong hệ thống

- Qv = 2165 (kg/m3) - nhiệt lạnh sâu theo thể tích

- Q0 = 1101 (kJ/kg) - năng suất lạnh riêng theo kim loại

- t2 = 1000C ( nhiệt độ nén )

- NH3 không hòa tan dầu nhưng hòa tan nước

- Không ăn mòn kim loại đen nhưng ăn mòn kim loại màu → dùng thép

- NH3 dẫn điện → không làm máy nén kín dược

- NH3 nếu gặp thuỷ ngân thì sẽ gây hỗn hợp nổ nguy hiểm → cấm không dùng Hg trong thiết bị có NH3

-Ngưng tụ ở 300C nếu làm mát bằng nước , áp suất ngưng tụ 0,74 MPa , sôi ở -300C , q0 =117 kJ/kg , qv = 1779 kJ/m3 khả năng trao đổi nhiệt αT =

- là chất không khí , màu mùi thơm nhẹ

- t0 ngưng tụ 300C , Pngưng tụ =1,2 MPa , sôi ở -410C

- Năng suất lạnh riêng Q0 lớn hơn R12 khoảng 1,5 lần → kỹ thuật nhỏ hơn R12

- Khả năng hòa tan gấp 5 lần R12 → không sợ bị tắc dường ống do đóng băng

- Không hòa tan dầu → bôi trơn phức tạp

- Không dẫn điện ở thể khí nhưng ở thể lỏng lại dẫn điện → trong máy nén kín không cho phần ga lỏng trong máy nén tồn tại

→ Dùng máy làm lạnh nén hơi loại công suất trung bình , công suất lớn , điều tiết không khí

+ Điểm đông đặc phải thấp hơn nhiệt độ bay hơi

+ Không dược ăn mòn thiết bị

sôi

K- điểm tới hạn

Vùng hơi quá nhiệt

K Vùng hơi quá ẩm

h

Vùng hơi ẩm ngưng

x=1

§ 1.4 : Các đơn vị đo lường

1kcal/h = 1,163 N 1BTU/h = 0,293 W 1USRT ( tấn lạnh Mỹ ) =

Chương II : Các bộ phận chính của máy lạnh nén hơi

§ 2.1 :Đại cương về máy lạnh hơi

1 cấp nén → -200C bay hơi → thông dụng

2 cấp nén → -350C÷400C → cấp đông

nhiều cấp → (-500C÷600C ) ↑

- Máy nén hơi từ thiết bị bay hơi, nén ga lên áp suất cao, t0 cũng tăng lên

- (1-2) ga chưa chuyển trạng thái, đến ngưng tụ nóng, chuyển thành dạng lỏng qua tiết liệu lạnh dần, áp suất giảm → bay hơi trong thiết bị bay hơi → thu nhiệt của môi trường

- Ở ngưng tụ ó thể dùng hệ thống quạt gió hay làm mát bằng bơm nước

Loại

máy

Đặc điểm

nén

Pittông trượt Trục vít Tua bin

Năng suất lưu

lượng

( 0,5 ÷ 5000)

m3/h rất bé, bé, trung bình

(200÷10000)

m3/h, trung bình, lớn

≥ 10000 m3/h, trung bình đến rất lớn

Tỉ số nén cho 1 cấp 8 ÷ 12 20 Phụ thuộc môi

chất và kết cấu Dạng nén Xung động Tương đối ổn

Hạn chế theo nấc Vô cấp Vô cấp

lỏng hút Va đập thủy lực Không trở ngại Ít trở ngaị

+ Môi chất có máy nén thuận dòng hoặc ngược dòng

+ Kết cấu có kín ,hở , nửa hở

 * * * *

Trong đó : -  C là hệ số tính đến thể tích chết gây lên

-  tl là tổn thất do tiết lưu ở van hút và đẩy gây ra

- w là tổn thất năng lượng do hơi hút vào xilanh bị đốt nóng

- r là tổn thất dorò rỉ môi chất từ khoang dẫn , hút do xecmăng , pittông và các van

-  k là tổn thất khác

Van đóng Hơi ra

Xi lanh

pittông Van hút

- Tổn thất năng lượng và công suất động cơ :

+ Công nén đoạn nhiệt : là công nén lý thuyết để né hơi môi chất từ P0

→ Ni = Pi * Vlt ( áp suất * thể tích nén lý thuyết )

i

s i

N

N



 Hiệu suất chỉ thị

+ Công suất hữu ích

Nl – công suất cơ trên trục khuỷu

+ Công suất điện tiêu thụ

Nll →

ll td

l cl

N N

Khi Mkdd ≈ Mmax → không cần hệ số dự trữ

Q0 = m*q0 ( kW ) m- khối lượng [ kg ]

q0- năng suất lạnh riêng của môi chất [ kJ/kg ]

0 1 0

*

q V

(3) Giống xi lanh tàu hỏa hoặc tàu hơi nước , dùng với công suất rất lớn (4) Máy nén +Động cơ chung một vỏ → hàn kín ( dùng cho Freon → vì không dẫn điện , không ăn mòn , kim loại màu ) , dùng cho công suất

bé và rất bé

Nhược điểm : khó sửa chữa

(5) Giồng kín nhưng chỉ khác nắp và thân tách rời nhau liên hệ qua gicăng và bulông , vì có gicăng liên kết giữa nắp và thân để thuận tiện cho sửa chữa → chỉ dùng cho công suất trung bình và lớn ( chục kW trở lên )

(6) Máy nén là hộp kín + khớp nối + động cơ điện → mục đích là biến thiên tốc độ , dễ sửa chữa , bảo dưỡng

Nhược diểm : ga dễ bị rò rỉ qua trục máy nén đưa ra ngoài → chủ yếu dùng cho NH3

- Điều chỉnh năng suất lạnh của máy nén pittông trượt :

-d , S ,v1 không biến thiên dược

-Z biến thiên được bằng cách mở van khoảng hút và đẩy

-n – thay đổi được :

+ Máy nén hở : dùng puli + dây cozoa thay đổi tỉ số truyền

+ Máy nén kín hoặc nửa kín có thể dùng Đ2 tốc độ + biến tần Khi f biến thiên thì U/f = const → U tăng → I tăng → tổn hao thép → sinh nhiệt → đốt nóng cuộn dây

- Q0 biến thiên R12 ↔ R’22

- Cho thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại hoặc dùng nhiều tổ máy

§ 2.3 : Thiết bị trao đổi nhiệt

- Giữ vai trò quan trọng :

+ Thiết bị ngưng tụ (1)

+ Thiết bị bay hơi (2)

(1) môi chất ở Pk , Tk chuyển trạng thái hơi → lỏng , cần làm mát môi chất ( nóng )

(2) môi chất lỏng → hơi P0 , T 0 ( P, T thấp ) , thu nhiệt cho đối tượng (

lạnh )

1, Thiết bị ngưng tụ :

+ Phương pháp làm mát nước

hỗn hợp nước + không khí không khí

+ Kết cấu : đứng

ống lồng panen

- Hệ số truyền nhiệt ( dẫn , đối lưu ) lớn

- Không bị đóng cặn nước do nước cứng

- Dễ bảo dưỡng

a, Làm mát bằn nước :

- Hệ số truyền nhiệt lớn nên kích thước thiết bị bé lại → tốn nước

- ST diện tích tỏa nhiệt , môi chất nằm trong thùng bao ống dẫn nước nằm trong Dùng cho hệ thống lạnh vừa và lớn

- Dễ xử lý

c, Làm mát bằng không khí ;

- Ứng dụng trong thiết bị lạnh gia dụng ( công suất bé , rất bé )

- Đối lưu tự nhiên ( tự lạnh ) : hàn các thanh kim loại ( đồng nhôm ) để tăng ST

- Đối lưu cưỡng bức : → điều hòa gia dụng , công suất khoảng vài kW ( vài chục nghìn BTU )

- Cưỡng bức bằng quạt gió nóng → áp lực gió , lưu lượng gió đủ lớn , áp lực gió đủ lớn và ổn định

- Thiết bị công suất lớn → không khí , kích thước ST lớn , dùng quạt li tâm

2, Thiết bị bay bơi :

- Môi chất chuyển trạng thái lỏng sang hơi , áp suất , nhiệt độ giảm , thu nhiệt đói tượng ; ngung tụ → tiết lưu → bay hơi

→ Hiệu ứng tiết lưu không điều chỉnh dược

+ Van tiết lưu tay : tiết lưu có thể điều chỉnh bằng tay ( giống van chặn ) Khi đóng hết cỡ ( theo chiều khóa ) thì van không kín hoàn toàn được ( ống vãn hở )

Điều chỉnh min → bé , ren vặn rất bé

→ Dùng cho hệ thống lạnh công suất bé ( chục kW )

+ Van tiết lưu tự động nhiệt :

- Cửa van tự động mở nhờ P1 ,lấy tín hiệu nhiệt độ đầu ra của dàn bay hơi qua cân bằng nhiệt 6

P0 = const → độ mở van không đổi → việc cấp lỏng cho dàn hơi là hằng

Vít 5 điều chỉnh ban đầu

§ 2.5 : Các thiết bị phần tử phụ trong hệ thống lạnh

1, Các loại bình chứa :

- Bình chứa ga lỏng : dùng cho hệ thống lạnh lớn đặt sau vị trí :

+ Trước tiết lưu → dùng cho CA

+ Sau ngưng tụ

→ Bình chứa lỏng HA : dặt trước máy nén , sau bay hơi thu những ga bay hơi chưa hết

2, Thiết bị quá lạnh và quá nhiệt :

- Quá lạnh ; hạ nhiệt độ của chất lỏng sau ngưng tụ xuống vài 0C , hay kết hợp với CA tỏa nhiệt ( quá lạnh)

- Quá nhiệt : đặt sau bay hơi , trước máy nén dùng nâng cao nhiệt độ lên vài độ

3 , Đường ống :

- Liên kết các phần tử lại với nhau

- Tùy theo hướng nọi chất có đường kính thích hợp

4, Các loại van :

- Van chặn : tay , điều khiển điện từ ( Solenoid )

-Van một chiều : van đẩy , hút

- Van tiết lưu

5, Rơle áp suất , đồng hồ áp lực:

- Đồng hồ áp lực dùng để chỉ thị

- Rơle dùng để bảo vệ hệ thống khi áp lực trong hệ thống nằm ngoài phạm

vi qui định

+ Rơle áp lực thấp [ c ÷ d ] (1) → dưa tín hiệu cắt động cơ máy nén

+ Rơle áp lực cao [ a ÷ b ] (2)

(2) đặt ở đầu ra của máy nén

(1) đặt ở đầu vào (hút) của máy nén

- Van an toàn theo áp lực

6, Phin lọc và phin sấy :

- Phin lọc: lọc bụi bẩn đặt trước tiết lưu

- Phin sấy : hút H2O ở dạng hơi làm bằng các hạt chống ẩm

7, Mắt ga :

- Linh kiện trong suất ( nhựa , thủy tinh ) để quan sát dòng chảy của ga lỏng vào thiết bị bay hơi → đặt sau tiết lưu , trước bay hơi → nhận biết việc cấp lỏng cho BH đã thích hợp , tối ưu chưa

Dòng chảy có bọt trắng thì chưa thích hợp

8, Cảm biến nhiệt độ (Thermostart ) :

- Đo nhiệt độ của đối tượng và điều khiển máy nén theo nhiệt độ đã đặt

- Cảm biến nhiệt kiểu áp kế → ga bão hòa bơm vào xemzow ( tương tự như van tiết lưu tự động theo nhiệt ) → màng áp suất → tác động vào công tắc hành trình , tủ lạnh

- Dùng sensor điện trở , mạch cầu → qua bộ khuếch đại tuyến tính Gió đi

là gió lạnh → thu nhiệt → gió hơi →

- Công tắc thủy ngân + bimetal ( lưỡng kim )

T

Chương III : Các chu trình nhiệt của máy lạnh nén hơi

Máy lạnh nén hơi thông dụng nhất → môi chất chuyển trạng thái :

Đồ thị T-S

→ chu trình kín liên tục :

1-2 nén đoạn nhiệt

2-3 ngưng tụ đẳng nhiệt Chu trình lý tưởng , hiệu suất cao

3-4 giãn nở doạn nhiệt

4-1 bay hơi đẳng nhiệt

- Nhược điểm : Điểm 1 nằm trong vùng hơi ẩm → máy nén dễ hỏng do va đập thủy lực

ẩm

Đường bão hòa khô

1-2 : nén hơi đoạn nhiệt trong vùng hơi khô

2-2’ : làm mát hơi quá nhiệt ở cuối tầm nén đến Tk

2’-3 : ngưng tụ môi chất ở áp suất cao , nhiệt độ cao

3-4 : tiết lưu chất lỏng khi nhiệt dộ cao , áp suất cao vuống nhiệt độ thấp ,

áp suất thấp

4-1 : bay hơi chất lỏng đẳng nhiệt

Đặc điểm : - 1 nằm trên đường bão hòa khô → môi chất chạy vào máy nén không có

chất lỏng → không bị va chạm thủy lực

- Công của chu trình bão hòa khô lớn hơn chu trình Cacnô ngược

3, Chu trình quá lạnh và quá nhiệt :

- Quá lạnh : giảm nhiệt độ ga lỏng trước khi vào tiết lưu vài độ ( từ 350C →

300C )

- Quá nhiệt : tăng nhiệt độ của môi chất sau khi bay hơi , trước khi vào máy nén cho bay hơi hết các phần tử lỏng không cho vào máy nén

4, Chu trình thực : khô + quá lạnh + quá nhiệt

5, Sự phụ thuộc năng suất lạnh vào Tk ,T0 ( nhiệt độ ngưng tụ và bay hơi )

Tk tăng → áp suất ngưng tụ cao → hiệu suất thấp ( do làm mát không đủ )

→ Giữ Tk chuẩn

T0 thấp → giàn lạnh quá lạnh → hiệu suất thấp

T0 cao , tải của dàn bay hơi quá cao

→ giữ T0 chuẩn

§ 3.2 : Chu trình máy lạnh nén hơi 2 cấp

Từ (-35÷45)0C

- Khi hạ T0 xuống quá thấp cho 1 cấp nén thì hiệu suất lạnh rất bé

1, Chu trình 2 cấp làm mát trung không hoàn toàn , 1 tiết lưu :

Q TG ( mát trung gian) Nén cao áp

Q 0

Nén hạ áp Ngưng tụ

→ là chu trình đơn giản nhất về thết bị của 2 cấp nén

- So với cấp nén 1 cấp công nén ít hơn

2, Chu trình nén 2 cấp :

- Hai tiết lưu làm mát trung gian không hoàn toàn

- Hai tiết lưu làm mát trung gian hoàn toàn

Bay hơi ( giàn lạnh)

- Ống mao thay cho tiết lưu

- Bầu lọc → lọc bụi , bẩn , hơi nước

- R12 – môi chất năng suất riêng bé

- Máy nén kiểu kín ( mô tơ điện + máy nén )

- Mô tơ điện 1 pha có cuộn khởi động ( + tụ khởi động )

- Tủ lạnh làm việc tốt nhất khi ga bay hơi trong giàn lạnh

- Đuôi chuột để sửa chữa , nạp ga

2, Máy lạnh có van tiết lưu :

- Công suất 250W ÷ 1kW

- Tiết lưu tự động ( có phản hồi ) → tạo nên chu trình với hiệu suất cao

- QL chạy đầu tiên → QN → MN

Dàn lạnh bay hơi Bầu cân

3 , Trạm điều hòa không khí trung tâm ( trực tiếp ):

- Ngưng tụ - làm lạnh bằng nước , làm mát bằng tháp giải nhiệt

- Trước và sau thiết bị có van chặn , dễ bị rò ga

Nước nóng được làm mát bằng gió , , ngưng tụ bơm tuần hoàn lên Phần điện máy nén , QN ,QL : công suất lớn nhất là máy nén → QL → bơm nước → QN ( 3 pha )

Máy nén điều khiển bởi Therniostat

Bơm nước bảo vệ bằng Rơle áp lực nước

Thứ tự chạy QL → QN → Bơm nước → Máy nén , QL có thể chạy độc lập

→ Các động cơ 3 pha không được quay ngược chiều

Van chặn Tháp giải nhiệt

Mắt ga Rơle áp lực thấp

Giàn lạnh Thermostat

QL

ga

nước Ngưng tụ

§ 3.5 : Các vấn đề về tự động hóa hệ thống lạnh

- Tự động hóa → vận hành với mục đích : Hiệu quả lớn nhất

liên quan đén điều khiển dòng điện

- Khi cần Q0 lớn thì các động cơ đầy tải

- Khi cần Q0 bé thì các động cơ non tải

- Vậy tín hiệu nào để biết Q0 và phương pháp điều khiển các động cơ điện Máy biến áp I0 = ? Iđm

- Tính toán cung cấp điện , thiết kế phần điều khiển và bảo vệ các động

cơ điện

Bài tập dài :

- Tình bày các phương pháp thay đổi Q0 , với từng phương pháp trình bày các thiết bị cần gì

Phần 2 : Phần điện trong hệ thống lạnh Chương I : Các động cơ điện trong hệ thống lạnh

§ 1.1 : Dại cương về loại động cơ điện

1, Động cơ điện một chiều :

- Đặc điểm :

- Phạm vi sử dụng

- Công suất động cơ

- Phân biệt vành trượt – cổ góp → đổi chiều

- Động cơ không đồng bộ dùngcho máy mômen cản tính lớn ( Mkdd max )

- Động cơ lồng sóc độ tin cậy tốt

- Vành chập tạo từ trường quay

- Thay đổi chiều quay ?

- Đặc điểm :

+ Đơn giản , hiệu suất thấp

+ Imin bé → quá tải tốt

+ Thường dùng cho cá hộ công suất bé ( P< 1kW )

→ Phạm vi sử dụng quạt gió công suất bé

2, Động cơ có dây quấn khởi động :

S

l

C

- Mlv lớn ( do Wlv ,Wph ) → hiệu suất động cơ cao hơn 2

- Mkd bé hơn so với 2

→ Dùng cho quạt 1 pha trong thiết bị lạnh

MC = f(n)

N = 0 → MC rất thấp → thay đổi tốc độ : bằng cách biến đổi U

Ung UphUQ

Dùng : Cuộn kháng ( nhảy cấp )

Điều chỉnh góc pha ( vô cấp )

Thay đổi số vòng dây giữa cuộn khởi động và làm việc ( dùng cho quạt

5, Động cơ có tụ làm việc và tụ khởi động :

- Ba pha → việc đảo chiều quay dễ dàng

Ở máy nén → bơm dầu không được phép quay ngược

Ở bơm nước → đa phần dùng bơm li tâm → không dùng

Ở quạt gió

→ Không cho phép quay ngược → cần có thiết bị bảo vệ chống đảo pha

- Vấn đề khởi động các động cơ công suất lớn :phức tạp

+ Không được khởi động đồng thời