Bài tiểu luận Máy và thiết bị lạnh thủy sản: Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của các loại máy nén khí

Bài tiểu luận Máy và thiết bị lạnh thủy sản: Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của các loại máy nén khí trình bày về phân loại máy nén, phạm vi áp dụng các loại máy nén, máy nén thể tích, máy nén động học, điều chỉnh chế độ làm việc của máy nén, vùng làm việc thích hợp của các loại máy nén. Để nắm vững nội dung chi tiết mời các bạn cùng tham khảo

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM

2. Đỗ Thị Kim Quyên 2006140273

3. Hoàng Văn Khang 2006140137

MỤC LỤC

GIỚI THIỆU

Ngày nay không có ngành công nghiệp hoặc kỹ thuật nào là không dùng khí nén Khí nén có nhiều công dụng khác nhau: là tác nhân mang năng lượng (dùng để khuấy trộn trong thiết bị phản ứng), là tác nhân mang tín hiệu điều chỉnh (trong kỹ thuật tự động) và là nguyên liệu để sản xuất ra các sản phẩm nhất là trong công nghệ hóa học

Muốn có khí nén phải dùng các máy nén

Mày nén là thiết bị trung tâm trong hệ thống lạnh

Máy nén đã xuất hiện từ lâu, ngay từ thời cổ đã các loại máy thổi khí dùng trong sản xuất đồng và sắt, kể cả những máy thổi khí chạy bằng sức nước Tới thể kỉ thứ 18 máy nén piston xuất hiện và nửa đầu thế kỉ 19 các loại quạt ly tâm, hướng trục cũng đã ra đời cùng với sự xuất hiện của truyền động hơi nước và điện

Nhiệm vụ của máy nén là liên tục hút hơi môi chất lạnh sinh ra ở thiết bị bay hơi để nén lên áp suất cao tương ứng với nhiệt độ bão hòa cao hơn môi chất làm mát ở thiết bị ngưng tụ Môi chất làm mát có thể là không khí môi trường hay nước Ngoài ra còn tạo ra sức đẩy cho môi chất tuần hoàn trong

hệ thống Thực tế công suất của máy nén xác định năng suất làm lạnh hệ thống

Những năm gần đây công nghiệp chế tạo máy nén đã đạt được những thành tựu lớn: sản xuất ra những máy nén piston có năng suất hàng 1000

m3/h và áp suất hơi tới vài nghìn at; những máy nén ly tâm với năng suất 105

m3/h, áp suất tới 100 at; những máy nén trục vít có số vòng 104 vòng/ph và áp suất tới 10at

Khuynh hướng phát triển của máy nén là giảm nhẹ khối lượng; tăng hiệu suất; tăng độ vững chắc khi làm việc; tự động hóa việc điều chỉnh năng suất và đảm bảo an toàn

Ứng với các khuynh hướng này, máy nén hiện đại có số vòng quay lớn nối trực tiếp với động cơ Trục khuỷnh của máy thường là roto của động cơ Máy

được trang bị bộ phận điều chỉnh năng suất nhiều cấp hoặc vô cấp, đồng thời được trang bị các bộ phận bảo vệ, đảm bảo dừng bơm khi không có dầu, không có nước làm nguội và khi nhiệt độ nén quá cao.

2 PHÂN LOẠI MÁY NÉN :

Theo nguyên lý làm việc:

Nguyên lý máy nén thể tích: quá trình nén từ áp suất thấp đến áp suất cao nhờ sự thay đổi thể tích của khoan hơi (giữa piston và xi lanh), làm việc không liên tục, hơi hút và nén theo những buồng riêng, do đó mà đường hút và đường nén có hiện tượng xung động

Nguyên lý máy nén động học: áp suất dòng hơi tăng lên là do động năng biến thành thế năng Quá trình làm việc của máy nén Turbin chia làm

Ngày nay có loại máy nén thể tích có năng suất rất lớn và số vòng quay cao, ngược lại cũng có loại máy nén ly tâm với áp suất rất cao

Phạm vi sử dụng của các loại máy nén:

Ngoài ra người ta còn phân loại máy nén theo các đặc điểm khác như:

­ Theo áp suất : cao, trung bình, thấp, chân không

­ Theo năng suất: lớn, vừa, nhỏ

­ Theo làm lạnh: có làm lạnh trong quá trình nén khí, có làm lạnh trung gian và không làm lạnh

­ Theo số cấp: một cấp, nhiều cấp

­ Theo số lần tác dụng: đơn, kép

­ Theo truyền động: tay, động cơ hơi hoặc khí và động cơ điện

­ Theo loại khí: không khí và các khí khác

Tất cả các máy nén dù làm việc theo nguyên lý và thuộc loại nào đều có chu trình làm việc ngược với động cơ piston hoặc turbin

3 PHẠM VI ÁP DỤNG CÁC LOẠI MÁY NÉN:

­ Trong kỹ thuật lạnh người ta sử dụng phổ biến các loại máy nén piston trượt, piston quay (máy nén trục vít, máy nén roto), máy nén turbin và ejector.

­ Máy nén piston trượt sử dụng cho công suất nhỏ và trung bình Với 1 cấp nén, tỉ số nén có thể đạt đến 9,10, cao nhất là 12 tùy theo kiểu máy và độ hoàn thiện thiết kế Nếu yêu cầu tỉ số nén cao hơn phải dùng 2 hoặc nhiều cấp nén

­ Máy nén trục vít: rất vững chắc, ít chi tiết chuyển động, không có tổn thất clape hút và đẩy Tỉ số máy nén 1 cấp có thể lên rất cao nên có thể thay thế các máy lạnh 2 cấp cồng kềnh mà hệ số lạnh vẫn đảm bảo

­ So với máy nén piston, máy nén trục vít bền vững, khả năng chống va đập cao, diện tích lắp đặt nhỏ hơn nhiều

­ Trong điều hòa không khí ứng dụng máy nén xoắn ốc có nhiều ưu điểm nổi bật Với một chi tiết đứng im và một chi tiết xoắn ốc quay, máy nén xoắn

ốc không có van hút và đẩy, loại trừ được tổn thất tiết lưu

­ Máy nén turbin được sử dụng sử dụng khi cần năng suất lạnh lớn, có kích thước hình học gọn nhẹ hơn máy nén piston và trục vít với cùng một năng suất lạnh

Bảng so sánh các tính chất đặc trưng của máy nén piston, trục vít và máy nén turbin.

Đặc tính kỹ thuật MN Piston trượt MN Trục vít MN Turbin

Năng suất lưu

lượng

0,00015 ÷ 1,5

m3/s (0,5…5000

m3/s) trạng thái hút

0,055 ÷ 3 m3/s(200 10.000

m3/h) trạng thái hút

Tối thiểu 0,3

m3/s (1000

m3/s) trạng thái nén

Dạng nén Xung động Tương đối ổn định Ổn định

Điều chỉnh vô cấp không hạn chế xuống đến 10%

Điều chỉnh vô cấp có giới hạn

do thiết bị điều chỉnh

Đối với hiện tượng

lỏng vào đường hút Va đập thủy lực

Không gây trở ngại gì Ít gây trở ngại

Số chi tiết bị mài

Yêu câu diện tích

Kiểu máy Hở, nửa kín, kín Hở, nửa kín Hở, nửa kín

Yêu cầu bảo

dưỡng

Ít, đơn giản, dễ

Cần thiết có kiến thức và cần sự thận trọng cao

Vốn đầu tư Thuận lợi nhất cho năng suất

dưới 1 MW

Thuận lợi nhất cho năng suất từ 1,5 MW trở lên

Nhỏ nhất cho năng suất từ 2MW trở lên

d Cấp nén: máy nén 1 cấp hoặc 2 cấp bố trí trên cùng một máy.

e Số mặt làm việc của piston: tác dụng đơn và tác dụng kép

f Hướng chuyển động của hơi môi chất trong quá trình nén xilanh:

­ Máy nén thuận dòng: dòng hơi không đổi hướng khi qua xilanh Môi chất NH3

­ Máy nén ngược dòng: dòng hơi đổi hướng khi đi qua xilanh Môi chất freon

g Phương pháp giữ kín khoang trong của máy nén:

­ Máy nén hở:

+ Máy nén hở con trượt

+ Máy nén hở không có con trượt

­ Máy nén nửa kín (không có cụm bịt đầu trục)

­ Máy nén kín: thường là loại máy nén nhỏ có năng suất lạnh đến 10kW

h Năng suất lạnh Qo:

­ Máy nén nhỏ: Qo < 14 kW

­ Máy nén trung bình: Qo = 14 ÷ 105 kW

­ Máy nén lớn: Qo > 105 kW

i Năng suất thể tích hoặc thể tích nén lí thuyết Vtt

Tuy nhiên còn nhiều đặc điểm phân loại không thông dụng khác: phương pháp điều chỉnh năng suất lạnh, chế độ vận hành yêu cầu, phương pháp bôi trơn, phương pháp làm mát máy nén…

1.2 Cấu tạo máy nén piston :

 Carte

Carte đóng vai trò là khung c a máy trên đó có l p ráp các chi ti t c a máy nénủ ắ ế ủ  lên. Carte ch a tr c khu u đ ng th i ch a môi ch t hút v  và ch a d u bôi tr n,ứ ụ ỷ ồ ờ ứ ấ ề ứ ầ ơ  trên thân Carte có m t kính xem m c d u, carte độ ứ ầ ược g n trên b  máy.ắ ệ

 Block

Block đượ ắc l p ch ng lên thành c a carte, Block ch a piston và xilanh t o raồ ủ ứ ạ  

bu ng nén.ồ

Tay biên là b  ph n n i gi a Piston và tr c khu u đ  bi n chuy n đ ng quayộ ậ ố ữ ụ ỷ ể ế ể ộ  

c a tr c khu u thành chuy n đ ng t nh ti n c a Piston trong lòng Xilanh.ủ ụ ỷ ể ộ ị ế ủ

1.3 Nguyên lí làm việc của máy nén piston:

Với chuyển động tịnh tiến lên xuống của piston, các quá trình sau được thực hiện: dãn nở, hút , nén, đấy Phương pháp tác dụng của máy nén piston dựa vào sự thải khí bằng piston, cho phép xây dựng được những kết cấu với đường kính và hành trình piston nhỏ, có áp suất lớn khi lưu lượng bé.

a Quá trình nén lí thuyết:

ng đ y th ng đ c l c đ y c a lò so. Khi đi u này x y ra, van đ y m  và piston 

  Còn đường 2­3, theo lý thuy t là đế ường đ ng áp pẳ 2 = const. Nh ng th c tư ự ế 

do  nh hả ưởng c a quán tính c a kh i khí, do tác đ ng c a khóa và c a lò so, ápủ ủ ố ộ ủ ủ  

su t c a khí th i không gi  đấ ủ ả ữ ược không đ i. ổ

 Khi piston đ n v  trí c n trái, nó không th i đế ị ậ ả ược toàn b  khí, và m t ph nộ ộ ầ  

c a khí vủ ch v n còn l i trong xilanh (vẫ ạ ch ­ g i là th  tích ch t hay th  tích có h i). ọ ể ế ể ạ  Vào đ u hành trình c a piston sang ph i, khóa đ y đóng l i và m t ph n khíầ ủ ả ẩ ạ ộ ầ  còn l i   kho ng không ch t vạ ở ả ế ch s  dãn n  theo đẽ ở ường 3­4. 

  Quá trình dãn n  ti p t c đ n khi áp su t trong xilanh gi m đ n pở ế ụ ế ấ ả ế 1 < p0, p0 ­ 

áp su t   trong kho ng không mà khí đấ ở ả ược hút vào. 

Dướ ải  nh hưởng c a hi u s  áp su t pủ ệ ố ấ 0  ­ p1, khóa hút m  và piston d chở ị  chuy n sang ph i, và s  x y ra s  hút khí vào xilanh. ể ả ẽ ả ự

 Áp su t pấ 1 luôn luôn nh  h n pỏ ơ 0 vì có s  c n tr  c a tuy n hút. Quá trình hútự ả ở ủ ế  

được bi u di n b ng để ễ ằ ường đ ng áp 4­1. ẳ

Đồ ị trên chỉ là lý thuy t c a máy nén.  th   ế ủ

Đ  th  ch  th  th c có khác so v i đ  th  lý thuy t (ch  y u   đồ ị ỉ ị ự ớ ồ ị ế ủ ế ở ường hút và đường 

đ y). ẩ

b Quá trình nén thực: là quá trình nén có kể đến các tổn thất khác nhau.

­ Tổn thất lớn nhất trong quá trình nén thực là tổn thất do thể tích chết Vc.Khi làm việc, toàn bộ máy nén piston, xilanh nóng lên Để đề phòng piston chạm vào xilanh do dãn nở nhiệt ta chừa lại một khe hở an toàn nhất định.Đối với máy nén tốc độ cao, không gian chết chiếm khoảng 3- 5% thể tích quét lí thuyết của piston Do có thể tích chết nên hơi nén trong xilanh không được đẩy ra hết Khi piston đi xuống hơi có áp suất cao trong thể tích chết dãn nở cho đến khi áp suất bằng áp suất hút Thể tích dãn nở đó là thể tích tổn thất, thể tích hút bị giảm đi đúng bằng thể tích dãn nở Vd

­ Tổn thất thứ hai là tổn thất do trở lực của clape (van) hút và đẩy Clape hút và đẩy của máy nén lạnh làm việc tự động do sự chênh lệch áp suất Clape mở khi có áp suất chênh lệch đủ lớn và đúng hướng.Clape đóng khi do sức đàn hồi hoặc lò xo nén Khi lò xo của clape quá yếu, việc đóng sẽ chậm

do vậy đường nén và dãn chuyển dịch theo hướng chạy của piston Khi lò xo quá mạnh, clape sẽ đóng trước và quá trình nén bắt đầu sau khi đã được dãn

nở, quá trình dãn bắt đầu với áp suất khí cao

­ Thứ ba sự trao dổi nhiệt giữa khí và xilanh cùng piston; do lần lượt bị đốt nóng và làm lạnh nên nhiệt độ của thành xilanh và piston có giá trị trung gian giữa nhiệt độ và khí hút, khí đẩy

­ Thứ tư, có sự rò rỉ khí và chuyển động không ổn địch của dòng khí

1.4 Các dạng kết cấu của máy nén piston:

a) Máy nén thuận dòng và ngược dòng:

a) Máy nén thuận dòng b) Máy nén ngược dòng van lá c) Máy nén ngược dòng van piston đầu thẳng

1- Thân máy, 2- xilanh, 3- Tay biên, 4- Piston, 5- Clape hút, 6- Clape đẩy, 7- Đường hút, 8- Đường đẩy, 9- Áo nước làm mát, 10- Cánh tản nhiệt, 11-

­ Máy nén thuận dòng thường sử dụng cho NH3 Do nhiệt độ cuối cùng của quá trình nén cao nên người ta bố trí áo nước làm mát đầu xilanh Và cũng vì vậy nên độ quá nhiệt của hơi hút về máy nén càng thấp càng tốt

­ Ưu điểm:

+ Không có tổn thất do trao đổi nhiệt giữa khoang hút và khoang đẩy.+ Có khả năng tiết diện của clape hút và đẩy giảm tổn thất áp suất

+ Clape hút hoạt động ít tổn thất áp suất (clape mở và đóng theo quán tính của piston).

­ Nhược điểm: khối lượng piston lớn nên lực quán tính, lực ma sát lớn, khó tăng tốc độ vòng quay (tốc độ hạn chế nên rất cồng kềnh, xilanh thường cao hơn hẳn máy ngược dòng)

 Máy nén ngược dòng ngày nay được sử dụng rộng rãi cho Nh3 và freon Kết cấu máy có phần gọn nhẹ hơn loại thuận dòng

­ Ưu điểm: clape hút không bố trí trên đỉnh piston nên piston rất đơn giản, gọn nhẹ, nhờ đó giảm được quán tính và tăng tốc độ đến 3000 hoặc

3600 vòng/ph Clape hút và đẩy có thể bố trí trên nắp xilanh, phía trên nắp xilanh được chia thành 2 khoang hút và đẩy riêng biệt

­ Nhược điểm: diện tích bố trí van nhỏ và có sự trao đổi nhiệt giữa van hút Máy nén hiện đại ngược dòng người ta thường bố trí clape đẩy và hút dạng tròn Clape hút bố trí ở đỉnh xilanh, clape đẩy bố trí trên nắp trong xilanh Toàn bộ nắp trên của xilanh là khoang đẩy Khoang hút là khoan giới hạn giữa vách ngoài của xilanh với 2 vỏ của máy nén Khoang này thường chỉ ăn thông với khoang bố trí động cơ điện của máy nửa kín, không thông với các khoang khác Hình dáng máy nén này gọn nhẹ và chắc chắn, chỉ có nắp xilanh nhô lên khỏi vỏ máy nén

b) Máy nén con trượt :

- Là loại máy nén hở kiểu cổ có công suất lớn và rất lớn Con trượt còn được gọi là đầu chữ thập

1- Trục khuỷu, 2- Tay biên, 3- Con trượt, 4- Thanh trượt, 5- Đệm kín trên thanh trượt, 6- Clape hút, 7- Cửa hút, 8- Clape đẩy, 9- Cửa đẩy, 10- Piston tác dụng kép

Máy nén có con trượt

­ Nguyên lí hoạt động: trục khuỷu nhận truyền động từ động cơ qua bánh đai hoặc khớp nối Nhờ cơ cấu tay biên và trục khuỷu, chuyển động tròn của động cơ biến thành chuyển động thẳng qua lại của con trượt Piston chuyển động tịnh tiến qua lại trong xilanh nhờ thanh trượt nối với con trượt Thường piston có con trượt là loại tác dụng kép, nếu nén ở phía này thì hút ở phía kia, xilanh đặt nằm ngang hoặc đứng; loại máy nén có 2 xilanh thì có thể đặt đối diện hoặc vuông góc Khoang môi chất được giữ kín bằng đệm kín giữa thân xilanh và con trượt.

c) Máy nén hở:

- Máy nén hở còn gọi là máy nén hở không có con trượt hoặc máy nén có cụm bịt kín đầu trục

Cấu tạo máy nén hở, 2 xilanh đứng, thuận dòng

1- Thân máy, 2- Trục khuỷu, 3- Tay biên, 4- Xilanh, 5- nắp xilanh, 6- Nắp khoang đẩy, 7- Lò xo, 8 – Áo nước, 9- Clape hút, 10- Piston, 11- Bánh đai, 12- Đệm kín cổ trục, 13- Van chặn đầu đẩy, 14- Van chặn đầu hút, 15- Van

an toàn, 16- Van khởi động

­ Nguyên lí hoạt động: piston chuyển động được trong xilanh nhờ tay biên, trục khuỷu và bánh đai nhận truyền động từ động cơ Khác với máy nén con trượt , toàn bộ cơ cấu biến chuyển động quay trục khuỷu thành chuyển động tịnh tiến của piston được bố trí trong thân máy, đồng thời là khoan môi

clape đẩy trên nắp trong của xilanh Các loại máy nén này có công suất trung bình và lớn nên thường có trang bị van an toàn và van khởi động nối giữa đường đẩy và đường hút Khi khởi động mở van an toàn, đóng van chặn đầu hút và đẩy lại để máy nén làm việc không tải, động cơ khởi động chỉ làm nhiệm vụ thắng ma sát và quán tính Khi khởi động xong, ta dùng van chặn đầu đẩy sau đó mở van chặn đầu hút Nếu áp suất đầu đẩy quá cao, van an toàn mở ra xả hơi nén về đường hút Bánh đà làm nhiệm vụ truyền chuyển động cho trục khuỷu, giúp piston vượt qua các điểm chết

­ Ưu điểm: có thể điều chỉnh vô cấp năng suất lạnh nhờ điều chỉnh vô cấp tỉ số đai truyền Bảo dưỡng và sửa chữa dễ dàng, tuổi thọ cao, dễ gia công chi tiết và chế tạo toàn bộ Có thể sử dụng động cơ điện , động cơ điezen hoặc động cơ nổ, tiện cho những nơi có điện hoặc để lắp đặt trên các phương tiện giao thông

­ Nhược điểm: cồng kềnh, tốc độ vòng quay nhỏ, chi phí vật liệu cho một đơn vị cao

d) Máy nén nửa kín:

- Nhược điểm cơ bản của máy nén nửa hở là cụm đệm bịt kín cổ trục, là cụm chi tiết dễ gây sự cố và hỏng hóc, môi chất dễ bị rò rỉ Truyền động đai và khớp máy nén hở tuy có một số ưu điểm nhưng cồng kềnh, tốn diện tích lắp đặt Máy nén nửa kín và kín khắc phục những nhược điểm đó

Cấu tạo máy nén nửa kín

1- Trục khuỷu, 2- Khối vỏ xilanh đúc liền, 3- Tay biên, 4- Piston, 5- Nắp trong, 6- Clape hút, 7- Clape đẩy, 8- Roto, 9- Stato, 10- Cửa hút, 11- Nắp bình động cơ, 12- Cuộn dây, 13- Nắp trên, 14- Đệm kín

­ Máy nén nửa kín chỉ sử dụng cho môi chất freon, vì NH3 dẫn điện, động

cơ nhất thiết không được tiếp xúc với NH3 Bên ngoài động cơ làm mát bằng cánh tản nhiệt (một số trường hợp có thể làm mát bằng nước), nhiều khi

không cần có bơm đặc biệt Có thể bôi trơn máy nén bằng cách té dầu lắp vào trục khuỷu.

e) Máy nén kín:

- Toàn bộ máy nén và động cơ được đặt trong vỏ hàn kín là máy nén kín

Nó có ưu điểm giống máy nén nửa kín, có công suất nhỏ và rất nhỏ Máy nén kín được sử dụng rộng rãi trong các máy lạnh như tủ lạnh gia đình, điều hòa nhiệt độ và tủ lạnh thương nghiệp…

Nguyên lí cấu tạo máy nén kín

1- Thân máy nén ;2- Xilanh;

­ Nhược điểm: khó sửa chữa Nếu động cơ cháy hay máy nén bị kẹt, van

bị hỏng phải phá vở hệ thống kín của máy Nghĩa là phải cắt các đường ống hút, ống đẩy và bổ đôi vỏ máy nén để tiến hành bảo dưỡng hoặc sửa chữa, bảo dưỡng sau đó lắp lại và hàn lại như cũ Công việc sửa chữa rất khó khăn, phức tạp Bộ phận dễ hỏng nhất là động cơ điện

1.5 Bố trí máy nén nhiều cấp:

Máy nén nhi u c p đề ấ ược làm theo 2 cách chính: 

- Lo i có piston d ng vi sai và m t s  c p nén trong m t xilanh ạ ạ ộ ố ấ ộ

- Lo i có nhi u c p nén trong các xilanh riêng r  ạ ề ấ ẽ

  Ta xét m t s  trộ ố ường h p.ợ  

a  Máy nén 2 c p có piston vi sai tác d ng 2 hấ ụ ướng