NGUYÊN LÝ VÀ CÁC CHU TRÌNH MÁY LẠNH NÉN - Tài Liệu Text

Có thể bạn quan tâm

Trang chủ >
Kỹ thuật >
Điện - Điện tử - Viễn thông >

NGUYÊN LÝ VÀ CÁC CHU TRÌNH MÁY LẠNH NÉN

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.08 MB, 97 trang )

Hình 1.4a: Đồ thị T-SHình 1.4b: Đồ thị P-iCăn cứ vào đồ thị và sơ đồ, nguyên lý hoạt động của hệ thống lạnh nh sau:1-2: Quá trình nén đoạn nhiệt hơi sinh ra ở thiết bị bay hơi máy nén hút hơiđã bay hơi của môi chất ở dàn bay hơi có nhiệt độ t 0 thấp, áp suất P0, nén đoạnnhiệt lên nhiệt độ cao t2 và áp suất cao Pk để đẩy vào bình ngng tụ.2-3: Quá trình ngng tụ hơi áp suất cao và nhiệt độ cao. Quá trình này môichất có áp suất RN và nhiệt độ TN ( hơi quá nhiệt ). Hơi này đợc máy nén đẩy vàothiết bị ngng tụ và thải ra một lợng nhiệt QN. Tại điểm 3 môi chất lạnh hoàn toàn ởdạng lỏng.2-4: Quá trình tiết lu đẳng entanpy, môi chất lạnh sau khi qua điểm 3 củaquá trình ngng tụ ở dạng lỏng tiếp tục đợc đẩy qua tiết lu đến điểm 4.4 -1: Quá trình bay hơi ở áp suất và nhiệt độ thấp tạo ra hiệu ứng lạnh.Tại điểm 4 (có P0 và T0) môi chất vừa ở thể lỏng vừa ở thể khí và nhiệt độgiảm. Môi chất này đợc tiếp vào dòng bay hơi. Những phần lỏng cha bay hơi hết,khi vào dàn bay hơi thì bay hơi hết để thu nhiệt lợng Q0. Khi đi qua điểm 1 môichất hoá hơi (bão hoà khô) để tiếp tục chu trình mới.B. Các chu trình máy lạnh nén hơi một cấp:S3Q1. Chu trình Carnotkngợc chiều: Nhiệt23độ32Chu trình cacnot là một chu trình gồm 2 T trình đoạn nhiệt và 2 quá trìnhquákđẳng nhiệt xen kẽ nhau. Trên đồ thị T-S nó đơn giản là một hình chữ nhật nhnglDNMNđứng về mặt thiết bị nó lại phức tạp hơn các chu trình khác do có thêm máy giãnT041nở.q0BH1O4S3S2S 24Q0entropyH 1.5a: Sơ đồ thiết bịH1.5b: Chu trình biểu diễn trên đồ thị T-STrục máy giãn nở nối trực tiếp lên máy nén để tận dụng công có ích sinh raở máy giãn nở.1-2: Là quá trình nén đoạn nhiệt, hơi hút về máy nén. Ở trạng thái 1 trongvùng hơi ẩm. Hơi ra khỏi máy có trạng thái bão hoà khô 2. Quá trình nén đợc coi làđoạn nhiệt thuận nghịch S1 = S2 hoặc ∆S = 0.2-3: Quá trình ngng tụ đẳng nhiệt T2 = T3 = TK và đẳng áp P2 = P3 = PK.Điểm 3 nằm trên đờng bão hòa lỏng.3- 4: Quá trình dãn nở đoạn nhiệt có sinh ngoại công của môi chất trong máydãn nở. Đặc điểm của quá trình là S4 = S3.4- 1: Quá trình bay hơi đẳng nhiệt T 4 = T3 Để sinh lạnh ở nhiệt độ thấpvà ápsuất thấp. Quá trình này cũng là quá trình đẳng áp.Chu trình Carnot đợc coi là chu trình lý tởng2. Chu trình khô:Chu trình khô là chu trình có hơi hút về máy nén là hơi bão hoà khô để tránhvà va đập thuỷ lực. Máy giãn nở đợc thay bằng van tiết lu.Lgp2Áp suấtQk3NTMN32’Tk,Pk2VTL4BH1Qo4O1 S1=constentanpy h25H 1.6a: Sơ đồ thiết bịH1.6b: Chu trình biểu diễntrên đồ thị LgP- h3. Chu trình quá lạnh - quá nhiệt:Là chu trình có nhiệt độ lỏng vào van tiết lu nhỏ hơn nhiệt độ ngng tụ (nằmtrong vùng lỏng quá lạnh ) và hơi hút vào máy nén có nhiệt độ lớn hơn nhiệt độbay hơi ( nằm trong vùng quá nhiệt ).Chu trình quá lạnh - quá nhiệt có sơ đồ thiết bị giống nh chu trình khô nhngcó thêm bộ quá lạnh lỏng trớc khi vào van tiết lu nên nhiệt độ lỏng trớc van tiết luthấp hơn nhiệt độ ngng tụ. Hơi hút trớc khi vào máy nén có nhiệt độ cao hơn nhiệtđộ bay hơi.* Nguyên nhân quá lạnh có thể do:- Đợc bố trí thêm thiết bị quá lỏng sau thiết bị ngng tụ.- Đợc quá lạnh lỏng ngay trong thiết bị ngng tụ vì thiết bị ngng thuộc kiểutrao đổi nhiệt ngợc dòng.- Do toả nhiệt ra môi trờng trên đờng từ bình ngng đến van tiết lu.* Nguyên nhân quá nhiệt có thể do:- Sử dụng van tiết lu nhiệt để điều chỉnh sự quá nhiệt hơi hút.- Do tải nhiệt lớn và thiếu lỏng cấp cho dòng bay hơi.- Do tổn thất lạnh trên đờng từ bình ngng về máy nén.4. Chu trình hồi nhiệt:Chu trình hồi nhiệt là chu trình có thiết bị trao đổi nhiệt giữa môi chất lỏngnóng (trớc khi vào van tiết lu) và hơi lạnh trớc khi về máy nén.3’MN1NTt3’HNQLt1’TLBH1’Áp suất2Lg p434O3’∆qn2’4’1’21∆q11entanpy h26H 1.7a: Sơ đồ thiết bịH 1.7b: đồ thị LgP- hVới các thiết bị hồi nhiệt thờng đợc thiết kế với ∆tmin = 5K nghĩa là nhiệt độcủa hơi ra t1 thấp hơn nhiệt độ lòng vào t3 là 50C.Chu trình hồi nhiệt sử dụng môi chất frêon nh: R12, R22, R502, R134a,không sử dụng cho môi chất amôniăc (NH3).5. Sự phụ thuộc của năng suất lạnh vào nhiệt độ bay hơi và nhiệt độ ngng tụ:a) Ảnh hởng của nhiệt độ ngng tụ tk:Đồ thị sau biểu diễn sự phụ thuộc năng suất lạnh Q0 vào tk :Lgp3’2’324O∆q04’ 1q0l∆lhH 1.8: Đồ thị biểu diễn ảnh hởng của tk đến Q027Ta thấy rõ ràng khi tk tăng từ t3 lên t3’ thì Q0 giảm một khoảng ∆q0 và côngnén cũng tăng lên một khoảng là ∆l. Do tk tăng nên pk tăng kéo theo π tăng và λgiảm.Ở đây, vlt = const và v1 = const nên khi λ và q0 giảm thì Q0 sẽ giảm. Ngợclại, nếu tk giảm thì Q0 lớn sẽ tăng.b) ảnh hởng của nhiệt độ bay hơiLgp234OTo- ∆T 14’1’2’q0l1∆q0l2hH 1.9: Đồ thị biểu diễn ảnh hởng của t0 đến Q0Dựa vào đồ thị trên ta thấy khi t 0 giảm một khoảng ∆T0 thì q0 giảm mộtkhoảng ∆q0. Hơn nữa kh t0 giảm, tỷ số nén giảm và λ giảm theo thể tích riêng hơihút vì v1 tăng do đó Q0 giảm. Ngợc lại, nếu t0 tăng thì Q0 tăng.Ảnh hởng t 0 đến Q 0 mạnh hơn 2 đến 3 lần ảnh hởng của t k (do có thêmv1 ).III. CÁC BỘ PHẬN CỦA MÁY LẠNH NÉN HƠI MỘT CẤPA. Máy nén lạnh:1. Phân loại máy nén lạnh:Máy nén là bộ phận quan trọng nhất trong các hệ thống lạnh nén hơi. Máynén có nhiệm vụ:- Liên tục hút hơi sinh ra ở thiết bị bay hơi.- Duy trì nhiệt độ t0 và áp suất P0 cần thiết.28- Nén hơi lên áp suất cao tơng ứng với môi trờng làm mát nớc hoặc khôngkhí đẩy vào thiết bị ngng tụ.- Đa lỏng qua thiết bị tiết lu trở về thiết bị bay hơi, thực hiện vòng tuần hoànkín của môi chất lạnh trong hệ thống gắn liền với việc thu nhiệt ở môi trờng lạnhvà thải nhiệt ở môi trờng nóng.Máy nén lạnh quan trọng một mặt do chức năng của nó trong hệ thống, mặtkhác do gồm nhiều bộ phận chuyển động phức tạp nên chất lợng, độ tin cậy vànăng suất lạnh của hệ thống phụ thuộc chủ yếu vào chất lợng, độ tin cậy và năngsuất lạnh của máy nén.Trong kĩ thuật lạnh, ngời ta sử dụng hầu nh tất cả các loại máy nén, với cácnguyên lí làm việc khác nhau, những loại máy nén hay đợc sử dụng nhất là: Máynén piston, máy nén trục vit, máy nén roto làm việc theo nguyên lí nén thể tích.Máy nén tuabin, máy nén ejecter làm việc theo nguyên lí động học.Theo nguyên lí nén thể tích thì quá trình nén từ áp suất thấp lên áp suất caonhờ sự thay đổi thể tích của khoang hơi giới hạn bởi piston và xilanh khi pistonchuyển động lên. Máy nén làm việc theo chu kì, không liên tục. Hơi đợc hút vànén theo những phần riêng, do đó đờng hút và đờng đẩy thờng có hiện tợng xungđộng.Theo nguyên lí của máy nén động học: Áp suất của dòng khí tăng lên là dođộng năng biến thành thế năng. Giai đoạn đầu, dòng hơi đợc tăng tốc nhờ đĩa quayvà cánh quạt. Giai đoạn hai, dòng khí có động năng lớn đợc dẫn đến buồng khuếchtán, ở đó động năng biến thành thế năngvà áp suất tăng dần. Đặc điểm của máy nénđộng học là làm việc liên tục, không có van.Máy nén thể tích có thể tạo ra áp suất lớn với khối lợng hơi nhỏ nhng ngợclại máy nén động học có lu lợng lớn nhng tỉ số áp suất đạt đợc qua mỗi tầng cánhquạt là tơng đối hạn chế và phụ thuộc nhiều vào tính chất của từng môi chất.• Phạm vi sử dụng:Máy nén piston thờng đợc sử dụng cho công suất nhỏ và trung bình, lu lợngthể tích đến 5.000m3/h29Máy nén trục vít thờng đợc sử dụng cho công trung bình và lớn, lu lợng thểtích từ 2.000 m3 /h đến 10.000m3/hMáy nén tua bin đợc sử dụng cho công suất lớn và rất lớn.+Bảng phân loại các loại máy nén:Máy nén lạnhMáy nén thểtíchMN pistondao độngMNPiston trợtCon lắcKiểu màngMáy nén động họcMN pistonquayMNTrục vitRoto lănRoto tấmtrợtRôto xoắnốcMN tuabinMNEjecterMN tuabinli tâm,hớng trụcMNEjecterhơi302. Quá trình làm việc của máy nénTuy có nhiều nguyên lí và cấu tạo khác nhau nhng các loại máy nén cóquy trình làm việc giống nhau. Do đó để tiện lọi cho quá trình tìm hiểu về nguyênlí làm việc của máy nén, lấy quá trình làm việc của máy nén Piston làm đại diện đểnghiên cứu.Máy nén piston gồm các bộ phận chính là: Xilanh, clapê hút và clapê đẩy lắptrên đầu xilanh và pison chuyển động trong xi lanh. Piston chuyển động tịnh tiến đợc trong xilanh là nhờ cơ cấu tay quay- thanh truyền hoặc trục khuỷu- tay biênbiến chuyển động quay của động cơ thành chuyển động tịnh tiến qua lại.H 1.9: Nguyên lý làm việc của máy nén hơi một cấp.Trục khuỷu 10 quay nhờ truyền động từđộng cơ qua khớp nối hoặc bánh đai.Hệ thống tay biên, trục khuỷu 9-10-11 biến chuyển động quay của trục khuỷuthành chuyển động tịnh tiến lên xuống của piston(a): Khi khuỷu 10 ở A, piston nằm ở điểm chết trên, clapê hút 4 và đẩy 7 đềuđóng.(b): Khi khuỷu 10 tiến đến B, piston chuyển động xuống thực hiện quá trìnhhút, clapê hút mở, hơi từ khoang hút 5 đi vào buồng xilanh, clapê đẩy 7 vẫn đóngdo áp suất ở buồng đẩy 6 cao hơnQuá trình hút kết thúc khi khuỷu 10 tiến đến vị trí C, piston tiến tới điểmchết dới.31(c): Piston đổi hớng đi lên phía trên, bắt đầu quá trình nén, do chênh lệch ápsuất nên clapê hút và đẩy đều đóng.(d): piston đi lên thực hiện quá trình nén và đẩy hơi nén vào khoang đẩy,clape hút đóng, clapê đẩy bắt đầu mở khi có chênh lệch áp suất giữa khoang húttrong xilanh và khoang đẩy.Quá trình đẩy kết thúc khi khuỷu 10 quay lại điểm A và piston nằm ở điểmchết trên. Quá trình hút- nén- đẩy bắt đầu một chu kì mới.3. Chỉ số cần quan tâm.Chỉ số cần quan tâm nhiều nhất là năng suất lạnh Q 0 vì biết đợc năng suấtlạnh thì có thể biết đợc công suất tiêu thụ của máy, tính đợc diện tích bề mặt củathiết bị bay hơi, tính đợc công suất tiêu thụ của thiết bị ngng tụ, hệ số lạnh lí thuyếtvà thực tế . Nh vậy năng suất lạnh của máy là thông số chính để thiết kế hệ thốnglạnh.4. Các loại máy nén thờng dùng.a. Máy nén piston trợt.* Máy nén thuận dòng: Là loại máy nén mà dòng môi chất không đổi hớngkhi đi qua xilanhMáy nén thuận dòng thờng là các máy nén cỡ trung bình và lớn. Hơi môichất đợc hút vào ở phần giữa của xilanh, khi piston đi xuống hơi tràn vào khoanggiữa piston rồi đi qua clape hút tràn vào xilanh, clape hút đợc bố trí ngay trên đỉnhpiston nên khi đi xuống clape tự động mở theo quán tính. Khi piston xuống đếnđiểm chết dới , chuyển hớng đi lên để thực hiện squá trình nén và đẩy hơi nén vàobuồng nén thì clape hút lại tự động đóng lại theo lực quán tính, clape đẩy bố trítrên nắp xilanh tự động mở ra để dòng hơi đi buồng đẩy để vào dàn ngng. Thờngsử dụng cho môi chất amoniac.+ Ưu điểm:- Không có tổn thất thể tích do trao đổi nhiệt giữa khoang hút và khoang đẩylàm cho hơi hút nóng lên.- Có khả năng tăng tiết diện clape hút và đẩy do diện tích bố trí clape rộng,giảm đợc tổn thất áp suất.32- Giảm đợc tổn thất tiết lu đờng hút vì clape đóng, mở là do quán tính chứkhông do chênh lệch áp suất.+ Nhợc điểm: Khối lợng piston lớn nên lực quán tính lớn, lực ma sátlớn, khó tăng tốc độ vòng quay trục khuỷu. Do tốc độ bị hạn chế nên máyrất cồng kềnh, xilanh thờng cao nên chỉ có loại xilanh đứng, tiêu tốn nhiềuvật liệu.* Máy nén ngợc dòng: Là loại máy nén mà dòng môi chất đổi hớng khi điqua xilanh.Đợc sử dụng rộng rãi, đặc biệt là với môi chất lạnh freon. Có kết cấu gọnnhẹ, tốc độ cao. Clape hút và đẩy đều bố trí trên nắp xilanh.+ Ưu điểm:Rất đơn giản, gọn nhẹ, lực quán tính nhỏ, tốc độ cao. Xilanh thấp nên bố trígọn trong thân máy nén, xilanh đợc bố trí theo hình V, W nên vật liệu tiêu tốngiảm đến mức thấp nhất.+ Nhợc điểm:- Diện tích bố trí van hút và van đẩy nhỏ do cùng bố trí trên nắp xilanh nêntổn thất tiết lu lớn.- Do khoang hút và khoang đảy liền nhau dẫn đến việc trao đổi nhiệt giữahai khoang nên có tổn thất thể tích vì môi chất bị đốt nóng.H 1.10: a) Máy nén thuận dòng. b, c ) Máy nén ngợc dòng1. thân máy; 2- xilanh; 3- tay biên; 4- pitton; 5- clape hut; 6- clape đẩy;7- đờng hút; 8- đờng đẩy; 9- lò xo an toàn; 10- nắp xilanh; 11- sec măngb) Máy nén hở:33Máy nén hở là loại máy nén có đầu trục khuỷu nhô ra ngoài thân máy đểnhận truyền động từ động cơ nên phải có cụm bịt kín cổ trục. Cụm này cónhiệm vụ phải bịt kín khoang môi chất (cácte) trên chi tiết chuyển động quay(cổ trục khuỷu ).H 1.11: Nguyên lý cấu tạo máy nén hở.+ Ưu điểm:- có thể điều chỉnh vô cấp năng suất lạnh- Sửa chữa, bảo dỡng dễ dàng, tuổi thọ cao.- Dễ gia công các chi tiết, công nghệ đơn giản.- Có thể sử dụng động cơ điện hay động cơ diezen để truyền động.+ Nhợc điểm:- Tốc độ thấp nên cồng kềnh, chi phí cao.- Dễ rò rỉ môi chất lạnh qua cụm bịt kín cổ trục.c. Máy nén nửa kín:H 1.12: Nguyên lý cấu tạo máy nén nửa kín.34

Xem Thêm