TÌM HIỂU và THIẾT kế lại mô HÌNH máy LẠNH CÔNG NGHIỆP ( GIẢI NHIỆT BẰNG KHÔNG KHÍ)

Nếu môi chất về máy nén ở trạng thái nhiệt độ cao thì không giải nhiệt được cuộn dây của đọng cơ, dễ làmcuộn dây bị quá nhiệt ngay cả dòng điện vào động cơ nhỏ hơn dòng định mức ghitrên

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ – CÔNG NGHỆ

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH

ĐỒ ÁN KỸ THUẬT ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ

ĐỀ TÀI :

TÌM HIỂU VÀ THIẾT KẾ LẠI MÔ HÌNH MÁY LẠNH CÔNG NGHIỆP

( GIẢI NHIỆT BẰNG KHÔNG KHÍ)

GVHD : TS NGUYỄN THANH HÀO

Máy được trang bị đầy đủ thiết bị đo: nhiệt kế, áp kế.

Hệ thống bảo về đầy đủ: bảo vệ ngắn mạch, quá tải cho từng động cơ, bảo vệ ápsuất cao, áp suất thấp và hệ thông xả tuyết điểu khiển bằng kỹ thuật số

II THÔNG SỐ KỸ THUẬT.

1 Máy nén: Hitachi, 3HP, 280 Volt, 5 HZ

Năng suất giải nhiệt: 6,300W

Lưu lượng gió: 3000m3/h

Môi chất R22 ( R12 )

5 Điều khiển kỹ thuật số ( Cold storage refrigeration micro computer temperaturecontroller)

Điều khiển nhiệt độ :

+ Màn hình cài đặt, hiển thị tinh thể lỏng

+ Nguồn điện : 220VAC 10%/-15% ; 50/60Hz

+ Dải nhiệt độ đo : -500C đến 990C

+ Dải nhiệt độ điều khiển : -400C đến 500C

+ Bước cài đặt 10C

+ Tiếp điểm 7A/220VAC

+ Cấp bảo vệ IP64

Điều khiển xả tuyết

6 Điều chỉnh vận tốc quạt dàn bốc hơi:

Dimmer 1.000w

7 Môi chất: R-22 ( có thể dùng R12)

Hình 2 Máy nén nửa kín.

Hình 3 Hình cắt máy nén nửa kín.

- Cấu tạo :1- Roto động cơ; 2- Bạc ổ trục; 3- Tấm hãm cố định roto vào động cơ;

4-Phin lọc đường hút; 5- Then roto; 6- Stato; 7- Thân máy; 8- Hộp đấu điện; 9- Rơ

le quá dòng; 10- Van đẩy; 11- Van hút; 12- Secmăng; 13- Van 1 chiều; 14- Piston;15- Tay biên; 16- Bơm dầu; 17- Trục khuỷu; 18- Kính xem mức dầu; 19- Lọc dầu;20- Van 1 chiều đường dầu.

- Để khắc phụ khuyết điểm rò rỉ môi chất qua bộ bịt kín cổ trục và cũng để cho máy

nén gọn hơn, người ta chế tạo máy nén nửa kín Trong máy nén này, trục khuỷu 1được nối cứng thẳng trục với roto của động cơ 6 Toàn bộ phận nén và động cơđược đặt trong một vỏ nên tránh được rò rỉ môi chất máy nén dược làm kín bằngbulông kết hợp vs joint, như vậy việc tháo lắp để sửa chữa cũng tương đối dễdàng

Thông thường van hút 7 được bố trí bên phía động cơ điện, như vậy, cuộn dâystato của động cơ 6 được môi chất về máy nén giải nhiệt đây cũng là đặc điểm cầnlưu ý khi thiết kế, lắp đặt và sửa chữa máy nén nửa kín Nếu môi chất về máy nén

ở trạng thái nhiệt độ cao thì không giải nhiệt được cuộn dây của đọng cơ, dễ làmcuộn dây bị quá nhiệt( ngay cả dòng điện vào động cơ nhỏ hơn dòng định mức ghitrên nhãn máy)

Máy nén nửa kín không sử dụng cho NH3 vì NH3 ăn mòn đồng và dẫn điện

2 Bình chứa cao áp :

Hình 4 Bình chứa cao áp.

- Bình chứa cao áp có chức năng chứa lỏng nhằm cấp dịch ổn định cho hệ thống,

đồng thời giải phóng bề mặt trao đổi nhiệt cho thiết bị ngưng tụ

- Khi hệ thống đang vận hành , lượng lỏng còn lại trong bình ít nhất là 20% dung

tích bình

- Khi sửa chữa bảo dưỡng, bình có khả năng chứa hết toàn bộ môi chất sử dụng

trong hệ thống và chỉ chiếm khoảng 80% dung tích bình

- Dung tích bình chứa cao áp khoảng 1,25÷1,5 thể tích môi chất lạnh của toàn hệ

thống là đạt yêu cầu

- Khi dung tích bình quá lớn, nên sử dụng một vài bình sẽ an toàn và thuận lợi hơn.

Tuy nhiên cũng nên thông với nhau để cân bằng lượng dịch trong các bình

3 Dàn ngưng tụ giải nhiệt bằng không khí :

Thiết bị ngưng tụ có nhiệm vụ ngưng tụ gas quá nhiệt sau máy nén thành môi chấtlạnh trạng thái lỏng Quá trình làm việc của thiết bị ngưng tụ có ảnh hưởng quyếtđịnh đến áp suất và nhiệt độ ngưng tụ và do đó ảnh hưởng đến hiệu quả và độ antoàn làm việc của toàn hệ thống lạnh Khi thiết bị ngưng tụ làm việc kém hiệu quả,các thông số của hệ thống sẽ thay đổi theo chiều hướng không tốt, cụ thể là:

+ Năng suất lạnh của hệ thống giảm, tổn thất tiết lưu tăng

+ Nhiệt độ cuối quá trình nén tăng

+ Công nén tăng, mô tơ có thể quá tải

+ Độ an toàn giảm do áp suất phía cao áp tăng, rơ le HP có thể tác động ngừngmáy nén, van an toàn có thể hoạt động

+ Nhiệt độ cao ảnh hưởng đến dầu bôi trơn như cháy dầu

Dàn ngưng không khí được chia ra làm 02 loại : đối lưu tự nhiên và đối lưu cưỡngbức

Hình 5 Dàn ngưng đối lưu cưỡng bức.

Dàn ngưng tụ không khí đối lưu cưỡng bức được sử dụng rất rộng rãi trong đờisống và công nghiệp Cấu tạo gồm một dàn ống trao đổi nhiệt bằng ống thép hoặcống đồng có cánh nhôm hoặc cánh sắt bên ngoài, bước cánh nằm trong khoảng3÷10mm Không khí được quạt thổi, chuyển động ngang bên ngoài qua dàn ốngvới tốc độ khá lớn Quạt dàn ngưng thường là quạt kiểu hướng trục Mật độ dòngnhiệt của dàn ngưng không khí đạt khoảng 180 ÷ 340 W/m2 , hệ số truyền nhiệt k

= 30 ÷ 35 W/m2.K, hiệu nhiệt độ ΔT=7t = 7÷8oC

Trong quá trình sử dụng cần lưu ý: Dàn ngưng thường bụi bám bụi bẩn, giảm hiệuquả trao đổi nhiệt nên thường xuyên vệ sinh bằng chổi hoặc nước Khi khí khôngngưng lọt vào bên trong dàn sẽ làm tăng áp suất ngưng tụ Cần che chắn nắng chodàn ngưng, tránh đặt vị trí chịu nhiều bức xạ mặt trời ảnh hưởng đến hiệu quả traođổi nhiệt

- Hệ thống sử dụng dàn ngưng không khí có trang thiết bị đơn giản hơn và dễ sử

dụng

- So với các thiết bị ngưng tụ giải nhiệt bằng nước, dàn ngưng không khí ít hư

Nguồn : Nguyễn Đức Lợi – Phạm Văn Tùy Máy và thiết bị lạnh Nhà xuấtbản giáo dục VN 2009

4 Dàn bay hơi giải nhiệt bằng không khí :

Thiết bị bay hơi có nhiệm vụ hoá hơi gas bão hoà ẩm sau tiết lưu đồng thời làmlạnh môi trường cần làm lạnh Như vậy cùng với thiết bị ngưng tụ, máy nén vàthiết bị tiết lưu, thiết bị bay hơi là một trong những thiết bị quan trọng nhất khôngthể thiếu được trong các hệ thống lạnh Quá trình làm việc của thiết bị bay hơi ảnhhưởng đến thời gian và hiệu quả làm lạnh Đó là mục đích chính của hệ thốnglạnh Vì vậy, dù toàn bộ trang thiết bị hệ thống tốt đến đâu nhưng thiết bị bay hơilàm việc kém hiệu quả thì tất cả trở nên vô ích

Hình 6 Dàn bay hơi đối lưu cưỡng bức.

Dàn lạnh đối lưu không khí cưỡng bức được sử dụng rất rộng rãi trong các hệthống lạnh để làm lạnh không khí như trong các kho lạnh, thiết bị cấp đông, trongđiều hoà không khí vv…

Dàn lạnh đối lưu cưỡng bức có 02 loại : Loại ống đồng và ống sắt Thường cácdàn lạnh đều được làm cánh nhôm hoặc cánh sắt Dàn lạnh có vỏ bao bọc, lồngquat, ống khuyếch tán gió, khay hứng nước ngưng Việc xả nước ngưng có thể sửdụng bằng nhiều phương pháp, nhưng phổ biến nhất là dùng điện trở xả băng.Mỗi dàn có từ 1÷6 quạt, các dàn lạnh đặt phía trước mỗi dàn, hút không khíchuyển động qua các dàn Dàn lạnh có bước cánh từ 3÷8 mm, tuỳ thuộc mức độthoát ẩm của các sản phẩm trong kho Vỏ bao che của dàn lạnh là tôn mạ kẽm,phía dưới có máng hứng nước ngưng Máng hứng nước nghiêng về phía sau đểnước ngưng chảy kệt, tránh đọng nước trong máng, nước đọng có thể đóng bănglàm tắc đường thoát nước Dàn gồm nhiều cụm ống độc lập song song dọc theochiều cao của dàn, vì vậy thường có các búp phân phối ga ga để phân bố dịch lỏngđều cho các cụm

Nguồn : Nguyễn Đức Lợi – Phạm Văn Tùy Máy và thiết bị lạnh Nhà xuấtbản giáo dục VN 2009

5 Van tiết lưu:

Cấu tạo:

Hình 7 Cấu tạo bên ngoài của van tiết lưu tự động.

Cấu tạo vantiết lưu tựđộng gồm cácbộphận chínhsau: Thân van

A, chốtvan B,

lò xo C, màngngăn D và bầu cảm biến E

Bầu cảm biến được nối với phía trên màng ngăn nhờmột ống mao.Bầu cảm biến

có chứa chất lỏng dễ bay hơi Chất lỏng được sử dụng thường chính là môi chấtlạnh sử dụng trong hệ thống

Khi nhiệt độ trên đầu cảm biến tăng lên, áp suất hơi bên trong bầu cảm biến tăng,tác động lên phía trên màng ngăn và ép một lực ngược lại lực ép của lò xo lên kimvan Kết quả khe hở được mở rộng ra, lượng môi chất đi qua van nhiều hơn đểvàothiết bị bay hơi

Khi nhiệt độ bầu cảm biến giảm xuống, hơi trong bầu cảm biến ngưng lại mộtphần, áp suất trong bầu giảm, lực do lò xo thắng lực ép của hơi và đẩy kim van lênphía trên Kết quả van khép lại một phần và lưu lượng môi chất đi qua van giảm Như vậy trong quá trình làm việc van tự động điều chỉnh khe hở giữa kim và thânvan nhằm khống chế mức dịch vào dàn bay hơi vừa đủ và duy trì hơi đầu ra cómột độ quá nhiệt nhất định Độ quá nhiệt này có thể điều chỉnh được bằng cáchtăng độ căng của lò xo, khi độ căng lò xo tăng, độ quá nhiệt tăng

Van tiết lưu là một trong 4 thiết bị quan trọng không thể thiếu được trong các hệthống lạnh

Van tiết lưu tự động có 02 loại :

- Van tiết lưu tự động cân bằng trong : Chỉ lấy tín hiệu nhiệt độ đầu ra của thiết bịbay hơi Van tiết lưu tự động cân bằng trong có 01 cửa thông giữa khoang môichất chuyển động qua van với khoang dưới màng ngăn

- Van tiết lưu tự động cân bằng ngoài: Lấy tín hiệu nhiệt độ và áp suất đầu ra thiết

bị bay hơi Van tiết lưu tự động cân bằng ngoài, khoang dưới màng ngăn khôngthông với khoang môi chất chuyển động qua van mà được nối thông với đầu radàn bay hơi nhờ một ống mao

Hình 8 Van TLTĐ cân bằng trong.

Nguồn : Nguyễn Đức Lợi – Phạm Văn Tùy Máy và thiết bị lạnh Nhà xuấtbản giáo dục VN 2009

IV HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG LẠNH

Hình 9 Mô hình máy lạnh công nghiệp.

Hình 10 Sơ đồ hệ thống lạnh.

- Cấu tạo :

(1) MÁY NÉN(2) BỘ NGƯNG TỤ(3) BẦU CHỨA CAO ÁP(4) PHIN LỌC BỤI + ẨM(5) KÍNH LỎNG

(6) VAN CHẶN ( THỬ NGHẸT)(7) HỒI NHIỆT

(8) VAN TIẾT LƯU (TEV)(9) BỘ BỐC HƠI (DÀN LẠNH) (10) RƠ LE ÁP SUẤT ĐÔI(11) ĐỒNG HỒ ÁP SUẤT CAO, THẤP

- Nguyên lý hoạt động :

Hình 11 Đồ thị lgp-h của chu trinh.

Hình 12 Sơ đồ nguyên lý chu trình hồi nhiệt.

Quá trình ( 1-2 ) hơi môi chất hút về máy nén là hơi quá nhiệt, được máy nén nén

từ áp suất thấp, nhiệt độ thấp p1, T1lên đến áp suất cao( áp suất ngưng tụ ), nhiệt độcaop2, T2trong điều kiện đoạn nhiệt thuận nghịch

Quá trình ( 2-3’ ) sau khi được nén, hơi môi chất lạnh được dẫn đến thiết bị ngưng

tụ thực hiện quá trình ngưng tụ chuyển từ hơi quá nhiệt thành lỏng sôi trong điềukiện đẳng áp bằng cách thải nhiệt ra môi trường xung quanh, nhiệt độ môi chấtgiảm từ T2xuống T3

Quá trình ( 3’-3 ) sau khi ngưng tụ môi chất có trạng thái 3’ tương ứng với áp suất

và nhiệt độ p3', T3' được dẫn qua thiết bị hồi nhiệt để đạt trạng thái 3, trạng thái quálạnh có áp suất và nhiệt độ p3, T3

Quá trình ( 3-4 ) sua khi qua thiết bị hồi nhiệt, môi chất được dẫn qua thiết bị tiếtlưu Khi qua thiết bị tiết lưu, môi chất chuyển từ trạng thái lỏng sôi ( trạng thái 3 )thành hơi bão hòa ẩm có áp suất và nhiệt độ thấp hơn p4, T4 ( trạng thái 4 ) trongđiều kiện đoạn nhiệt thuận nghịch Môi chất ở trạng thái 4 có áp suất và nhiệt độthấp làdo khi đi qua thiết bị tiết lưu có tiết diện thu nhỏ đột ngột, tại vị trí này trởlực ma sát rất lớn và một phần môi chất bị xoáy, chính điều này làm cho áp suất vànhiệt độ môi chất giảm.Thực tế khi môi chất lạnh đi qua van tiết lưu thì entropiluôn tăng lên vì quá trình tiết lưu là quá trình đoạn nhiệt không thuận nghịch điểnhình

Quá trình ( 4-1’ ) môi chất sau khi đi qua thiết bị tiết lưu có trạng thái hơi bão hòa

ẩm ( trạng thái 4 ) áp suất và nhiệt độ thấp được dẫn tới thiết bị bay hơi và ở tạiđây môi chất sẽ thực hiện quá trình trao đổi nhiệt với môi trường cần làm lạnh.Kết quả là môi chất nhận nhiệt để biến hơi bão hòa ẩm thành hơi bão hòa khôtrong điều kiện đẳng áp, nhiệt độ tăng từ T4 lên T1'

Quá trình ( 1’-1 ) sau khi qua thiết bị bay hơi, môi chất có trạng thái 1’ tương ứngvới áp suất và nhiệt độ p1', T1' tiếp tục được dẫn qua thiết bị hồi nhiệt để đạt trạngthái 1, trạng thái quá nhiệt có nhiệt độ và áp suất p1, T1

V HOẠT ĐỘNG CỦA SƠ ĐỒ ĐIỂU KHIỂN:

Hình 13 Sơ đồ điện ( mạch động lực và mạch điều khiển ).

1 Mạch động lực: mạch động lực được vẽ theo sơ đồ đơn dây: Động cơ máy néndùng điện 3pha, các thiết bị còn lại dùng điện 1 pha 220V tất cả các thiết bị đượcbảo vệ quá tải bằng rơ le nhiệt Rn tương ứng Toàn mạch được bảo vệ ngắn mạchbằng aptomat (CB) 10A

2 Mạch điều khiển:

Mạch được thiết kể điều khiển bằng kỹ thuật số lập trình được, chức năng bộ điềukhiển thay đổi bằng cách lập trình trên các phím

Điểu khiển nhiệt độ tắt máy, chạy máy.

Điều khiển thời gian xả tuyết

Điều khiển thời điểm xả tuyết

Đến điểm xả tuyết tiếp điểm Th (2) thay đổi trạng thái từ thường đóng sangthường mở làm cho quạt dàn lạnh dừng hoạt động kéo theo quạt dàn ngưng vàmáy nén cũng dừng khi đó, dòng điện qua tiếp điểm thường đóng Rn2,làm DFhoạt động cung cấp điện cho trở xả tuyết Khi xả tuyết xong tiếp điểm Th(2) trởlại trạng thái thường đóng và máy tiếp tục làm việc

Khi làm việc, nếu động cơ nào bị quá tải thì tiếp điểm thường mở của rơ le nhiệttương ứng đóng lại và báo sự cố tương ứng Máy nén còn có tín hiệu bảo vệ ápsuất cao, thấp Nếu áp suất ngưng tụ cao, thấp thì tiếp điểm thường mở của rơ le

áp suất đôi đóng lại và cũng báo sự cố

Khi máy báo sự cố, người vận hành xem xét lý do, sửa chữa Sau đó nhấn nút

“reset” tương ứng để máy làm việc trở lại

VI NHỮNG SỰ CỐ THƯỜNG GẶP :

- Thiếu môi chất lạnh hoặc hết môi chất lạnh : Do hệ thống bị rò rỉ gas ở trên dàn

nóng hoặc dàn lạnh, trên đương ống

+ Do dàn lạnh bị bám bụi và lâu ngày không được vệ sinh

+ Máy lạnh thiếu gas

+ Do khi lắp đặt đường ống gas bị móp ống dẫn gas

+ Chế độ bôi trơn kém hoặc block làm việc quá kém.

+ Block bị tụt hơi do gãy hoặc kênh lá van hút và nén, do hở xéc măng.

- Vận hành nhưng không làm lạnh hoặc ít lạnh :

+ Thiếu gas

+ Dàn lạnh và dàn nóng bị bụi bám bẩn

+ Máy không đủ công suất

- Máy chảy nước :

+ Do nghẹt đường nước xả

+ Do máng xả nước quá bẩn

+ Do máy thiếu gas

- Quạt dàn nóng không chạy : do quạt cháy hoặc do cánh quạt bị vướng vât cản.

- Quá lạnh :

+ Bộ điều khiển nhiệt độ (thermostat) bị hư

+ Chỉnh nhiệt độ xuống quá thấp so với nhu cầu sử dụng

- Máy nén chạy ồn :

+ Dư gas

+ Có chi tiết bên trong máy nén bị hư

+ Có các bulong hay đinh vít bị lỏng

+ Chưa tháo các tấm vận chuyển

+ Có sự tiếp xúc của 1 ống này với ống khác hoặc vỏ máy

+ Không đủ không khí đi qua dàn lạnh

+ Van tiết lưu bị nghẹt

+ Van tiết lưu hay ống mao bị nghẹt hoàn toàn

+ Bầu cảm biến của van tiết lưu bị xì

+ Dàn ngưng tụ bị dơ hay bị nghẹt một phần

+ Có không khí hay khí không ngưng trong máy lạnh

+ Không khí giải nhiệt không tuần hoàn

+ Nhiệt độ của không khí hoặc nước giải nhiệt cao

+ Thiếu không khí hoặc nước giải nhiệt

- Máy nén chạy và dừng liên tục do quá tải :

+ Cuộn dây contactor máy nén bị hư

+ Điện thế thấp

+ Thiếu gas

+ Dư gas

+ Dàn ngưng tụ bị dơ hay bị nghẹt một phần

- Quạt dàn lạnh không chạy :

+ Ngắn mạch hay đứt dây

+ Tụ điện bị hư hay ngắn mạch

+ Cuộn dây contactor quạt bị hư

+ Động cơ quạt bị ngắn mạch hay chạm vỏ

VII THIẾT KẾ LẠI MÔ HÌNH :

Hình 14 Sơ đồ nút đấu dây thiết bị.