thiết kế hệ thống lạnh, chương 8

- Làm lạnh chất lỏng của tác nhân lạnh trước khi đi vào van tiết lưu đến nhiệt độ gần hoặc bằng nhiệt độ bão hòa ở áp suất trung gian để giảm tổn thất nhiệt trong van tiết lưu.. 8.1.2 Ưu

CHƯƠNG VIII

8.1 Tính toán thiết kế bình trung gian có ống xoắn

8.1.1 Nhiệm vụ của bình trung gian:

- Khử độ quá nhiệt của hơi ra khỏi xylanh hạ áp để giảm công tiêu hao cho xylanh cao áp

- Làm lạnh chất lỏng của tác nhân lạnh trước khi đi vào van tiết lưu đến nhiệt độ gần hoặc bằng nhiệt độ bão hòa ở áp suất trung gian để giảm tổn thất nhiệt trong van tiết lưu

- Tách một phần dầu ra khỏi hơi

8.1.2 Ưu nhược điểm của bình trung gian có ống xoắn so với bình trung gian không có ống xoắn:

-Ưu điểm:

+ Lỏng vào bình bay hơi không bị lẫn dầu của hơi do máy nén hạ áp đem tới Đây là ưu điểm rất lớn về vận hành vì tránh được dầu ở cấp hạ áp quánh đặc

do nhiệt độ thấp bám trên bề mặt làm giảm hiệu suất trao đổi nhiệt đáng kể của bình bay hơi

+ Tiết lưu từ Pk đến P0 nên có thể đưa đi xa vì hiệu áp lớn.

-Nhược điểm: là năng suất lạnh riêng nhỏ hơn vì hiệu nhiệt độ quá lạnh không đạt được đến nhiệt độ trung gian

8.1.3 Các thông số ban đầu:

Cấu tạo của chùm ống xoắn như sau:

Loại ống trơn bằng Thép tạo thành 4 chùm ống xoắn lồng vào nhau với đường kính trung bình của ống xoắn là:

D1 = 0,3 m, D2 = 0,4 m, D3 = 0,5 m, D4 = 0,5 m

Phụ tải nhiệt của chùm ống xoắn trong bình trung gian: Qx

+ Lưu lượng của lỏng ra khỏi dàn ngưng:

Qk = G.Ctb.t

t C

Q G tb

k





Từ nhiệt độ trung bình của hơi trước khi vào dàn ngưng và sau khi ra khỏi

2

39

100 

t = t4 - t5 = 100 - 39 = 610C

61 32 , 5

66 



+ Lưu lượng lỏng đi trong ống xoắn:

Gx = G - G1 G1_ là lượng lỏng đi qua van tiết lưu 1 để làm mát hoàn toàn hơi trung gian

 và lỏng đi trong ống xoắn 

G1 = m1(+) m1 = m1IQF + m1TĐG + m1TĐTX + m1MĐV

= 0,055 + 0,015 + 0,089 + 0,045 = 0,2 kG/s























7 3

6 5 7 3

3 2 1 1

h h

h h h h

h h m G

6 , 687 3 , 1763

2 , 486 8 , 682 6 , 687 3 , 1763

3 , 1763 1955

2 ,





















Lưu lượng lỏng đi trong ống xoắn:

Gx = 0,2 - 0,09 = 0,108 kG/s

Tính chất nhiệt vật lý của NH3 lỏng ở nhiệt độ trung bình:

t t

2

3 39

2    





Vậy phụ tải nhiệt của chùm ống xoắn đi trong bình trung gian:

 Qx = 0,108.4,7.42 = 36,74 KW Vận tốc của NH3 chuyển động trong ống xoắn:

244 , 0 02 , 0 14 , 3 42 , 607

108 , 0 4

4

2 2







tr d

G





Từ đó:

v

d tr

.

Re 



10 245 , 0

02 , 0 244 , 0

6 

 

Nu = 0,021.Re0,8.Pr0,43.1

Ở đây 1 = 1 vì l/dtr >= 50

- Hệ số tỏa nhiệt về phía NH3 lỏng khi chưa có hiệu chỉnh:

1517 02

, 0

45 , 0 4 , 67 '   

tr

w d

Nu

 W/m2.K Bán kính uốn cong trung bình của các chùm ống xoắn:

225 , 0 8

6 , 0 5 , 0 4 , 0 3 , 0 8

4 3 2

1       

 D D D D

Hệ số hiệu chỉnh ống xoắn:

R

d tr

x  1  1 , 8



225 , 0

02 , 0 8 , 1

1 



Hệ số tỏa nhiệt về phía NH3 lỏng sau khi đã hiệu chỉnh:

- Độ chênh nhiệt độ trung bình logarit của bình trung gian:

 

 

 

C t

t

t t

t t

tg w

tg w

w w

2 1

2

1 19,12

6 3

6 39 ln

3 39 ln





























Mật độ dòng nhiệt về phía NH3 lỏng:









i

i w

a m wtr

q









 1

i

i





3

10 8 , 0 1760 1

12 , 19







 a wtr

Mật độ dòng nhiệt phía ngoài ống (NH3 sôi) được qui đổi theo bề mặt trong ống:

667 , 1 667

, 1 667

, 1

725

02 , 0

025 , 0 580

580 a a a

tr

ng aít

d

d

Giải phương trình:

qwtr = qatr

730,9(19,12 -a) = 725.a1,667

Từ đó, suy ra:

Diện tích truyền nhiệt của ống xoắn:

2 , 31 11782

10 74 , 36 10 3 3







tr

tg tr q

Q

Tổng chiều dài ống xoắn:

7 , 49 02 , 0 14 , 3

12 , 3  



tr

tr d

F L

 m

Số vòng xoắn trên mỗi chùm ống:

. D D D D

L n











3,14.0,3 0,4 0,5 0,6

7 , 49









Chọn n = 9 vòng Chiều cao các chùm ống xoắn nếu vòng này cách vòng kia là  = 5 mm

 Chọn bình trung gian:

Diện tích của ống xoắn đi trong bình:

Tra bảng 8.19 TL1 Trang 226

Ta chọn Bình trung gian kí hiệu: 60C3

Thông số kỹ thuật của bình:

- Thể tích bình: 0,67 m3

8.2.Tính toán và chọn bình chứa cao áp:

Bình chứa cao áp được bố trí ngay sau dàn ngưng tụ dùng để chứa lỏng cao

áp, giải phóng bề mặt trao đổi nhiệt cho dàn ngưng tụ, duy trì sự cấp lỏng liên tục cho van tiết lưu Thường nó được đặt dưới dàn ngưng và được cân bằng áp suất với dàn ngưng bằng các đường ống cân bằng hơi và lỏng

Hệ thống lạnh sử dụng môi chất lạnh là NH3 nên ta chọn bình chứa nằm

ngang

2_ Nơi lắp van an toàn 7_ Ống thủy sáng

3_ Nơi lắp áp kế 8_ Rốn dầu

4_ Đường lỏng vào 9_ Đế bình1

5_ Đường cân bằng

2

7

8 9

6

Theo qui định về an toàn thì bình chứa cao áp phải chứa được 60% thể tích

của toàn bộ hệ thống dàn bay hơi cấp lỏng từ dưới lên đối với hệ thống lạnh có

dùng bơm cấp môi chất lỏng

8.2.1 Tính toán

Thể tích của bình chứa cao áp có thể chọn như sau:

Trong đó:

G_ Lượng tác nhân lạnh đi qua bình chứa cao áp, kG/s

G = 0,2 kG/s

/kG (Theo TL4 trang 583)

8.2.2 Chọn bình chứa cao áp:

(Bảng 8-17 TL1 Trang 264)

Chọn loại bình chứa cao áp nằm ngang có kí hiệu: 1,5PB

Các thông số của bình chứa:

L 3790 mm

8.3 Bình tách lỏng

Bình tách lỏng được sử dung trong hệ thống lạnh dùng môi chất NH3 Nó

có nhiệm vụ tách môi chất lỏng ra khỏi hơi hút về máy nén ở trạng thái bảo hòa khô tránh nguy cơ gây va đập thủy lực ở máy nén

*Nguyên lý hoạt động của bình tách lỏng:

Hơi ẩm từ dàn bay hơi vào bình tách lỏng nhờ sự thay đổi phương chuyển động một cách đột ngột làm vận tốc dàn hơi giảm nhiều (0,5m/s) Cho nên các giọt lỏng và dầu chứa trong dòng hơi khi vào bình bị rơi xuống dưới và trả về dàn lạnh, còn hơi khô được máy nén hút về Để ngăn ngừa dầu có thể rơi vào dàn lạnh người

ta bố trí ống dẫn NH3 lỏng cao hơn mức dầu trung bình

Bình tách lỏng được bố trí ở đầu hút của máy nén và có thể cao hơn hoặc thấp hơn dàn lạnh Bên ngoài bình có bọc cách nhiệt Bình tách lỏng được chọn theo đường kính của đầu hút máy nén

1 - Thân bình

2 - Đường lỏng môi chất vào

3 - Tấm chắn

4 - Đường xả lỏng

1 2

3

4 5

5 - Hơi môi chất ra.

Theo bảng 7-4 TL4 ta chọn:

Một bình có các kích thước sau cho tổ máy nén Máy đá vảy:

8.4 Bình tách dầu

1 - Thành bình

2 - Đường hơi môi chất vào

3 - Tấm chắn

4 - Lưới chắn dầu

5 - Đường hơi môi chất ra

6 - Đường xả dầu

1 2

3

4 5

6

Do môi chất và dầu bôi trơn không hòa tan được với nhau, khi dầu bôi trơn rơi vào các thiết bị trao đổi nhiệt tạo thành một lớp dầu bám tên bề mặt trao đổi nhiệt làm giảm hệ số truyền nhiệt của chúng Để đảm bảo phụ tải nhiệt của thiết bị bắt buộc phải tăng nhiệt độ giữa các môi chất làm việc, tăng nhiệt độ ngưng tụ và giảm nhiệt độ sôi của môi chất lạnh Khi đó làm giảm năng suất lạnh và tăng tiêu hao điện năng của máy lạnh Do vậy để giảm lượng dầu rơi vào các thiết bị trao đổi nhiệt, trên đầu đẩy giữa bình ngưng và máy nén, giữa bình trung gian và máy nén ta phải bố trí một bình tách dầu

Trong hệ thống này ta bố trí 2 bình tách dầu, 1 bình cho cấp cao áp và một bình cho cấp trung áp

8.4.1 Bình tách dầu cho cấp cao áp:

8.4.1.1 Đường kính bình tách dầu

chọn theo đường kính ống nối với máy nén





4m3 v3

Trong đó:

m3_ Lưu lượng hơi cao áp,

_ Tốc độ hơi ở ống nối vào bình tách dầu, m/s

Vì ở đây là một hệ thống lạnh trung tâm, nên hơi sau các máy nén được đưa

về một đường ống chung có đường kính là d Sau đó nối với đường vào bình tách dầu

m3 = m3KL + m3TĐG + m3TĐTX + m3MĐV

Theo TL4 thì tốc độ hơi trong ống dẫn đến bình tách dầu thường từ 2025 m/s đối với hệ thống lạnh sử dung môi chất NH3 Chọn  = 20 m/s

20 14 , 3

7081 , 3 0512 , 0 4

3  

8.4.1.2 Tính chiều dày của bình

Chiều dày của bình chứa được xác định thêo công thức:

C P

D

P t













3 , 2

Trong đó:

Dt_ Đường kính trong của bình, mm

_ Ứng suất cho phép của vật liệu bình

_ Hệ số tính tới phương pháp hàn ống

( Đối với ống (thân)hàn: = 0,7)

C_ Hệ số dự trữ Chọn C= 2 mm

5 , 19 7 , 0 1133 3 , 2

110 5 ,

19  





8.4.2 Bình tách dầu cho cấp trung áp:

ống xoắn làm hệ số trao đổi nhiệt giữa lỏng quá lạnh và lỏng trung áp, thì hơi trung áp trước khi đi vào bình trung gian ta bố trí một bình tách dầu

Bình tách dầu được chọn theo đường kính ống nối với máy nén





4m1v1

Trong đó:

m1_ Lưu lượng hơi trung áp,

_ Tốc độ hơi ở ống nối vào bình tách dầu, m/s

Chọn tốc độ hơi đi trong ống là 5 m/s

5 14 , 3

47 , 3 038 , 0 4

3  

+ Tính chiều dày của bình

Chiều dày của bình chứa được xác định thêo công thức:

C P

D

P t













3 , 2

.

, mm Trong đó:

( Đối với phần trung áp chọn P= 16,5 kG/cm2) Dt_ Đường kính trong của bình, mm

_ Ứng suất cho phép của vật liệu bình

)

_ Hệ số tính tới phương pháp hàn ống

( Đối với ống (thân)hàn: = 0,7)

C_ Hệ số dự trữ Chọn C= 2 mm

5 , 16 7 , 0 1133 3 , 2

92 5 ,

16  





8.5 Bình chứa dầu:

Bình chứa dầu dùng để gơm dầu từ bình tách dầu, từ các rốn dầu của các thiết bị Bình chứa dầu được đặt nằm ngang, cĩ đường nối với đường xả dầu của thiết bị, đường nối với ống hút về máy nén và đường xả dầu được trang bị áp kế Dầu được xả về bình nhờ chênh lệch áp suất Aïp suất trong bình giảm xuống khi

mở van trên đường nối với ống hút Aïp suất cao nhất cho phép của bình là 1,8MPa

8.6 Bình chứa hạ áp

Bình chứa hạ áp được sử dụng trong các máy lạnh NH3 theo sơ đồ có sử dụng để cung cấp NH3 lỏng cho các dàn lạnh và được bố trí về phía hạ áp Trong bình chứa luôn luôn có một lượng lỏng NH3 nhất định để đảm bảo sự làm việc an toàn cho bơm NH3 lỏng

7

1_ Đường lỏng cao áp tiết lưu vào

2,4_ Đường hơi hạ áp từ các thiết bị cấp đông về

3_ Đường hơi hạ áp hút về máy nén

5_ Nơi lắp van an toàn

6_ Nơi lắp áp kế

7_ Ống thủy sáng và van phao giữ mức

8_ Đường cấp lỏng hạ áp cho các thiết bị cấp đông (Sử dụng bơm dịch) 9_ Chân bình