Trên hình 1 trình bày bình bay hơi NH3. Bình sử dụng các trao đổi nhiệt là thép áp lực trơn C20 đường kính Phi38x3, Phi51x3,5 hoặc Phi57x3,5. Các chùm ống được bố trí so le, cách đều và nằm trên các đỉnh tam giác đều, mật độ tương đối dày để giảm kích thước bình, đồng thời giảm dung tích chứa NH3. Thân và nắp bình bằng thép CT3. Để bình có hình dáng đẹp, hợp lý tỷ số giữa chiều dài và đường kính cần duy trì trong khoảng LD=58. Các mặt sàng thường được làm bằng thép cácbon hoặc thép hợp kim và có độ dày khá lớn 2030mm. Ống được núc chặt vào mặt sàng hoặc hàn. Khoảng hở cần thiết nhỏ nhất giữa các ống ngoài cùng và mặt trong của thân bình là 1520mm. Phía dưới bình có thể có rốn để thu hồi dầu, từ đây dầu được đưa về bình thu hồi dầu. Môi chất được tiết lưu vào bình từ phía dưới, sau khi trao đổi nhiệt hơi sẽ được hút về máy từ bình tách lỏng gắn ở phía trên bình bay hơi. Đối với các bình công suất lớn, lỏng được đưa vào ống góp rồi đưa vào một số ống nhánh dẫn vào bình, phân bố đều theo chiều dài. Hơi ra bình cũng được dẫn ra từ nhiều ống phân bố đều trong không gian.
THIẾT BỊ BAY HƠI TRONG HỆ THỐNG LẠNH
Định nghĩa
Thiết bị bay hơi (TBBH) là một loại thiết bị trao đổi nhiệt, có chức năng tạo ra sự chuyển giao nhiệt giữa môi chất lỏng sôi ở nhiệt độ thấp và môi trường cần được làm lạnh, chẳng hạn như không khí, nước hoặc nước muối.
Vị trí, vai trò và phân loại thiết bị bay hơi
1.2.1 Vị trí, vai trò của thiết bị bay hơi.
Thiết bị bay hơi được lắp đặt sau van tiết lưu và trước cửa hút vào máy nén, nơi mà môi chất lạnh chuyển đổi hoàn toàn từ trạng thái lỏng sang hơi.
- Trong quá trình làm việc khả năng truyền nhiệt của thiết bị bay hơi giảm dần do có dầu, bẩn đọng về phía môi chất và ẩm.
Thiết bị bay hơi đóng vai trò quan trọng trong hệ thống lạnh, có nhiệm vụ hoá hơi gas bão hoà ẩm sau tiết lưu và làm lạnh môi trường Cùng với thiết bị ngưng tụ, máy nén và thiết bị tiết lưu, nó là một trong những thiết bị không thể thiếu Hiệu suất làm việc của thiết bị bay hơi ảnh hưởng trực tiếp đến thời gian và hiệu quả làm lạnh, điều này quyết định mục đích chính của hệ thống lạnh Do đó, nếu thiết bị bay hơi hoạt động kém hiệu quả, thì toàn bộ hệ thống dù có trang bị tốt đến đâu cũng trở nên vô nghĩa.
Khi hiệu suất trao đổi nhiệt của thiết bị bay hơi giảm, thời gian làm lạnh sẽ kéo dài và nhiệt độ trong phòng không đạt yêu cầu Điều này có thể dẫn đến việc không bay hơi hết chất lỏng trong dàn lạnh, gây ra hiện tượng máy nén hút ẩm và dẫn đến tình trạng ngập lỏng.
Khi thiết bị bay hơi có diện tích lớn hơn yêu cầu, chi phí đầu tư sẽ tăng cao và dẫn đến độ quá nhiệt của hơi ra thiết bị cũng lớn Độ quá nhiệt cao sẽ làm tăng nhiệt độ cuối của quá trình nén, từ đó tăng công suất nén.
- Lựa chọn thiết bị bay hơi dựa trên nhiều yếu tố như hiệu quả làm việc, đặc điểm và tính chất sản phẩm cần làm lạnh.
Thiết bị bay hơi có thể được phân loại theo nhiều tiêu chí khác nhau, bao gồm môi trường cần làm lạnh, mức độ chiếm chỗ của môi chất lạnh và điều kiện tuần hoàn của chất tải lạnh.
Dựa vào tính chất của môi trường làm lạnh người ta phân thành:
Thiết bị bay hơi để làm lạnh chất tải lạnh lỏng như nước, nước muối hay những chất lỏng giọt không đóng cứng khác như sữa, bia, rượu vang.
Thiết bị bay hơi được sử dụng để làm lạnh không khí, được chia thành hai nhóm chính: bộ lạnh bay hơi trực tiếp với không khí tuần hoàn tự nhiên và thiết bị làm lạnh không khí bay hơi trực tiếp với không khí tuần hoàn cưỡng bức.
Theo mức độ choán chỗ của môi chất lạnh lỏng trong thiết bị (Các thiết bị bay hơi được chia thành hai loại: ngập và không ngập):
Ở loại thiết bị bay hơi kiểu ngập thì môi chất lạnh bao phủ toàn bộ bề mặt trao đổi nhiệt.
Trong thiết bị bay hơi kiểu không ngập, môi chất lạnh lỏng không phủ toàn bộ bề mặt trao đổi nhiệt Thay vào đó, chỉ một phần của bề mặt này được sử dụng để gia tăng độ quá nhiệt của môi chất lạnh.
Thiết bị bay hơi làm lạnh chất lỏng
1.3.1 Thiết bị bay hơi ống vỏ kiểu ngập
- Cấu tạo và nguyên lý hoạt động:
Bình bay hơi làm lạnh chất lỏng có thiết kế tương tự như bình ngưng tụ ống chùm nằm ngang Có hai loại bình bay hơi làm lạnh chất lỏng chính.
Bình bay hơi hệ thống NH3 có đặc điểm nổi bật là môi chất lạnh bay hơi bên ngoài các ống trao đổi nhiệt, trong khi chất lỏng cần làm lạnh di chuyển bên trong các ống này Điều này giúp tối ưu hóa quá trình trao đổi nhiệt, mang lại hiệu suất cao cho hệ thống.
Bình bay hơi freon là thiết bị cho phép môi chất lạnh sôi bên trong hoặc bên ngoài ống trao đổi nhiệt, trong khi chất lỏng cần làm lạnh di chuyển một cách dích dắc qua các ống này.
Hình 1: Bình bay hơi NH3
Bình bay hơi NH3 được thiết kế với các trao đổi nhiệt bằng thép áp lực trơn C20, có đường kính Phi38x3, Phi51x3,5 hoặc Phi57x3,5 Các chùm ống được sắp xếp so le và cách đều, nằm trên các đỉnh tam giác đều với mật độ tương đối dày, nhằm giảm kích thước và dung tích chứa của bình.
NH3 Thân và nắp bình bằng thép CT3 Để bình có hình dáng đẹp, hợp lý tỷ số giữa chiều dài và đường kính cần duy trì trong khoảng L/D=5-8
Mặt sàng thường được chế tạo từ thép cácbon hoặc thép hợp kim với độ dày từ 20-30mm Các ống được gắn chặt vào mặt sàng qua phương pháp núc hoặc hàn Khoảng hở tối thiểu giữa các ống ngoài cùng và mặt trong của thân bình cần đạt từ 15-20mm Dưới bình có thể thiết kế rốn để thu hồi dầu, từ đó dầu được dẫn về bình thu hồi dầu.
Môi chất được đưa vào bình từ phía dưới, sau khi trao đổi nhiệt, hơi sẽ được hút về máy từ bình tách lỏng ở phía trên bình bay hơi Đối với bình có công suất lớn, lỏng được dẫn vào ống góp và phân phối đều qua các ống nhánh vào bình Hơi ra khỏi bình cũng được dẫn ra từ nhiều ống phân bố đều trong không gian.
Bình bay hơi được trang bị van phao để kiểm soát mức chất lỏng, ngăn chặn việc hút hơi ẩm vào máy nén Khi mức chất lỏng vượt quá giới hạn cho phép, van phao sẽ kích hoạt để đóng van điện từ, ngăn chặn sự cấp dịch.
Trường hợp muốn khống chế mức dịch dưới có thể dùng thêm van phao thứ 2 tác động mở van điện từ cấp dịch khi lưưọng dịch quá thấp.
Nắp bình được thiết kế với các vách phân dòng, giúp chất tải lạnh di chuyển nhiều lần trong bình Điều này không chỉ tăng thời gian làm lạnh mà còn cải thiện tốc độ chuyển động của chất tải lạnh, từ đó nâng cao hiệu quả trao đổi nhiệt.
Cường độ trao đổi nhiệt trong thiết bị phụ thuộc vào nhiều yếu tố như chế độ nhiệt, tốc độ chuyển động, nhiệt độ và bản chất vật lý của chất lỏng trong ống Đối với bình làm lạnh nước muối, khi tốc độ đạt từ 1-1,5 m/s, độ làm lạnh nước muối có thể đạt khoảng 2-3 °C, với hệ số truyền nhiệt k dao động trong khoảng 400-520 W/m².K và mật độ dòng nhiệt qof từ 2000-4500 W/m².
Chất lỏng thường được sử dụng để làm lạnh bao gồm nước, glycol, muối NaCl và CaCl2 Tuy nhiên, khi làm lạnh với muối NaCl và CaCl2, thiết bị dễ bị ăn mòn nếu không kiểm soát khí lọt vào, vì vậy chúng ít được sử dụng Trong trường hợp này, các dàn lạnh kiểu hở là lựa chọn hợp lý do dễ sửa chữa và thay thế Đối với nước và glycol, bình bay hơi frêôn là phương pháp phổ biến, với ưu điểm là chất tải lạnh tuần hoàn trong hệ thống kín, giúp giảm thiểu sự ăn mòn do không khí không lọt vào bên trong.
Hình 2: Bình bay hơi freon
Hình 2 giới thiệu hai loại bình bay hơi khác nhau: loại môi chất sôi bên ngoài ống và bên trong ống trao đổi nhiệt Bình bay hơi frêôn với môi chất sôi trong ống thường được áp dụng để làm lạnh các môi chất có nhiệt độ đóng băng cao, như nước, trong các hệ thống điều hòa water chiller.
Khi xảy ra hiện tượng đóng băng, mức độ nguy hiểm thấp hơn so với nước chuyển động trong ống Đối với bình môi chất sôi, khối lượng môi chất giảm từ 2-3 lần so với sôi bên ngoài ống, điều này đặc biệt quan trọng với hệ thống frêôn do chi phí frêôn cao hơn nhiều so với NH3 Để cải thiện hiệu quả trao đổi nhiệt cho bình frêôn, đặc biệt là R12, người ta thiết kế cánh hướng về phía môi chất Khi môi chất chuyển động bên trong, ống được chế tạo với hai lớp vật liệu khác nhau, bên ngoài là đồng và bên trong là nhôm.
Hệ số truyền nhiệt của bình ngưng sử dụng môi chất R12 dao động từ 230-350 W/m².K với độ chênh nhiệt độ khoảng 5-8K Trong khi đó, với môi chất R22, ống trao đổi nhiệt có thể sử dụng ống đồng nhẵn do hệ số truyền nhiệt của R22 cao hơn R12 từ 20-30%.
1.3.2 Thiết bị bay hơi môi chất sôi trong ống và trong kênh.
Thiết bị bay hơi ống vỏ hiện đang được ứng dụng phổ biến trong các hệ thống làm lạnh chất lỏng kín, nhờ vào việc chất lỏng di chuyển bên ngoài ống Điều này giúp loại trừ nguy cơ nước đóng băng trong các ống truyền nhiệt, từ đó ngăn chặn sự cố nổ ống.
Trong ngành công nghiệp, ngoài việc sử dụng dàn lạnh thông thường, dàn bay hơi kiểu tấm bản được áp dụng để làm lạnh nhanh các chất lỏng, chẳng hạn như hạ nhanh dịch đường và glycol trong sản xuất bia, cũng như sản xuất nước lạnh trong các nhà máy chế biến thực phẩm.
Thiết bị bay hơi làm lạnh không khí
- Các thiết bị bay hơi dùng để làm lạnh không khí gồm 3 nhóm: thiết bị làm lạnh không khí kiểu khô, kiểu ướt và kiểu hỗn hợp.
Thiết bị làm lạnh không khí kiểu khô là thiết bị trao đổi nhiệt bề mặt, trong đó không khí lưu động ngoài chùm ống thải nhiệt cho môi chất sôi trong ống hoặc cho nước muối chảy trong ống Khi không khí được làm lạnh trực tiếp bằng cách truyền nhiệt cho môi chất sôi, nó được gọi là thiết bị làm lạnh trực tiếp Ngược lại, khi không khí được làm lạnh gián tiếp nhờ nước muối hoặc các chất tải lạnh khác, nó được gọi là thiết bị làm lạnh gián tiếp Cả hai loại thiết bị thường được chế tạo dưới dạng chùm ống có cánh trong vỏ, và ít khi sử dụng chùm ống nhẵn, trừ khi kết hợp làm lạnh với làm khô không khí trong các máy hút ẩm Không khí được làm lạnh thông qua quá trình tuần hoàn cưỡng bức nhờ quạt gió đẩy qua thiết bị.
Hình 5: Thiết bị làm lạnh không khí kiểu khô
Không khí được đưa vào theo hướng vuông góc với chùm ống, trong khi lỏng R22 được phân phối qua các thiết bị xec-xi nằm ngang Hơi được tạo ra từ dưới lên trong mỗi xec-xi và di chuyển vào ống góp hơi thẳng đứng Kết cấu này đảm bảo hồi dầu về máy nén hiệu quả.
Trong các thiết bị làm lạnh không khí kiểu tiếp xúc thì không khí được làm lạnh nhờ tiếp xúc trực tiếp với nước lạnh hoặc nước muối.
Nước hoặc nước muối lạnh được phun qua các vòi phun vào dòng không khí, là thiết bị quan trọng trong hệ thống điều hòa không khí, giúp làm lạnh và điều chỉnh độ ẩm hiệu quả.
Ưu điểm chính của hệ thống này là khả năng thực hiện trao đổi nhiệt hiệu quả ở chênh lệch nhiệt độ nhỏ giữa không khí và chất lỏng tưới, như nước hoặc nước muối Điều này giúp tăng cường hiệu suất làm lạnh và hạ thấp nhiệt độ không khí một cách hiệu quả hơn.
Hình 4: Thiết bị làm lạnh không khí có vòi phun ngang
Chất lỏng lạnh được phun lên khối đệm, tạo ra sự tiếp xúc với không khí đi từ dưới lên, giúp làm lạnh không khí hiệu quả Dưới các vòi phun, lớp đệm phân li nước hoạt động để loại bỏ các giọt nước trong không khí, đảm bảo không khí lạnh được cung cấp một cách tối ưu.
Tính toán thiết bị bay hơi
1.5.1 Tính toán thiết bị bay hơi làm lạnh chất lỏng
- Phương pháp tính: Để tính toán thiết bị bay hơi làm lạnh chất lỏng cần phải biết năng suất lạnh
Q0, nhiệt độ chất tải lạnh khi ra khỏi thiết bị tf2 môi chất lạnh và loại thiết bị bay hơi sử dụng.
Kết quả tính toán là phải chính xác định được diện tích truyền nhiệt F của nó và bố trí kết cấu thiết bị.
Diện tích truyền nhiệt của thiết bị bay hơi được xác định từ phương trình truyền nhiệt:
F = qF k.Δtttb (m 2 ) Trong đó: k - Hệ số truyền nhiệt, W/m 2 K Δtttb - Hiệu nhiệt độ trung bình lôgarit K qF - Mật độ dòng nhiệt tính theo bề mặt nhẵn, W/m 2
Nhiệt trở từ môi chất lạnh sôi phụ thuộc vào hiệu nhiệt độ Δtt, biến đổi theo vị trí, khiến việc xác định hệ số truyền nhiệt k trở nên khó khăn Do đó, việc xác định giá trị qF thông qua đồ thị phụ thuộc vào hiệu nhiệt độ Δttf giữa vách và môi trường.
- Tính thiết bị bay hơi ống kiểu ngập:
Số liệu cho trước: Đường kính ống Loại môi chất và tốc độ môi chất qua thiết bị bay hơi.
Các thong số vật lý của chất tải lạnh xác định theo bảng phụ thuộc vào nhiệt độ tf và nồng độ nước muối.
Lưu lượng khối lượng chất tải lạnh được xác định từ phương trình cân bằng nhiệt thiết bị bay hơi:
Số ống trong một hang của thiết bị:
Sau đó làm tròn giá trị n1 và tính lại tốc độ môi chất.
Sau khi tính trị số Reynold Re ta xác định được phương trình tính hệ số truyền nhiệt về phía nước muối.
- Tính thiết bị bay hơi môi chất sôi trong ống và trong kênh:
Định tốc độ chuyển động của Freon là ω, xác định tốc độ khối lượng ωρ của nó và số ống trong một lối n1: n1 = m0/f.ωρ
Tốc độ khối lượng ωρ của Freon sẽ quyết định phương trình dung để tính dòng nhiệt.
Giải bằng phương pháp đồ thị phương trình hoặc xác sẽ xác định được mật độ dòng nhiệt qf.
Bề mặt truyền nhiệt Fng được xác định theo giá trị qF.ng.
Tổng số ống n, chiều dài ống l1, đường kính trong của vỏ Dt và tính toán kết cấu.
Khoảng cách giữa các tấm ngăn xác định theo giá trị của tiết diện tự do
Ft của đường đi chất tải lạnh:
1.5.2 Tính toán thiết bị bay hơi làm lạnh không khí
- Thiết bị làm lạnh không khí kiểu khô:
Dữ kiện cho trước: Năng suất lạnh Q0 trạng thái không khí trước và sau thiết bị.
Nhiệt độ không khí ra khỏi thiết bị làm lạnh không khí kiểu khô.
Xây dựng quá trình biến đổi trạng thái của không khí trên đồ thị I–d và xác định trị số entanpi.
Xác định kiểu và kết cấu bề mặt trao đổi nhiệt.
Xác định hệ số tỏa nhiệt đối lưu ak về phía không khí.
Tính tỉ số ξ giữa lượng nhiệt lấy từ không khí do truyền nhiệt và truyền chất với bề mặt lạnh của thiết bị (Q0) và lượng nhiệt lấy từ không khí do đối lưu (Qk) được xác định bằng công thức ξ = Q0 / Qk.
Xác định hệ số tỏa nhiệt có tính tới sự ngưng tụ từ không khí: a tu = a ξ k
Xác định hệ số tỏa nhiệt khi tính tới cả nhiệt trở của lớp tuyết và sự tiếp xúc của cánh với Rtx
Xác định hệ số tỏa nhiệt tính chi bề mặt trong của ống.
THIẾT BỊ NGƯNG TỤ TRONG HỆ THỐNG LẠNH
Định nghĩa
Thiết bị ngưng tụ (TBNT) là thiết bị trao đổi nhiệt có vách ngăn dùng để thải nhiệt ngưng tụ của môi chất lạnh ra môi trường
Thiết bị ngưng tụ được lắp đặt giữa máy nén và van tiết lưu trong hệ thống lạnh, có nhiệm vụ chuyển đổi hơi gas áp suất cao và nhiệt độ cao từ máy nén thành dạng lỏng hoàn toàn.
Vai trò, vị trí và phân loại thiết bị ngưng tụ
2.2.1.Vị trí vai trò của thiết bị ngưng tụ
Thiết bị ngưng tụ có chức năng chuyển đổi gas quá nhiệt thành môi chất lạnh dạng lỏng, ảnh hưởng trực tiếp đến áp suất và nhiệt độ ngưng tụ Hiệu suất làm việc của thiết bị ngưng tụ quyết định đến hiệu quả và độ an toàn của hệ thống lạnh, như kho lạnh Khi thiết bị ngưng tụ hoạt động không hiệu quả, các thông số của hệ thống sẽ thay đổi theo chiều hướng tiêu cực.
- 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 ngừng máy nén, van an toàn có thể hoạt động.
- Nhiệt độ cao ảnh hưởng đến dầu bôi trơn như cháy dầu.
2.2.2 Phân loại thiết bị ngưng tụ.
Thiết bị ngưng tụ đa dạng với nhiều loại và nguyên lý hoạt động khác nhau Chúng được phân loại dựa trên nhiều đặc tính khác nhau, giúp người dùng dễ dàng chọn lựa thiết bị phù hợp với nhu cầu sử dụng.
- Theo môi trường làm mát:
Thiết bị ngưng tụ làm mát bằng nước
Thiết bị ngưng tụ làm mát bằng nước và không khí
Thiết bị ngưng tụ làm mát bằng không khí
Thiết bị ngưng tụ làm mát bằng chất khác.
- Theo đặc điểm của quá trình ngưng tụ môi chất:
Thiết bị ngưng tụ có môi chất ngưng ở mặt ngoài của bề mặt trao đổi nhiệt.
Thiết bị ngưng tụ có môi chất ngưng ở bên trên bề mặt trong của bề mặt trao đổi nhiệt.
- Theo đặc điểm quá trình chảy của môi trường làm mát qua bề mặt trao đổi nhiệt:
Thiết bị ngưng tụ có môi trường làm mát tuần hoàn tự nhiên.
Thiết bị ngưng tụ có môi trường làm mát tuần hoàn cưỡng bức.
Thiết bị ngưng tụ có tưới chất lỏng làm mát.
Thiết bị ngưng tụ làm mát bằng nước
2.3.1 Bình ngưng tụ kiểu ống chùm nằm ngang
Hơi môi chất nóng từ máy nén được đưa vào phần trên của bình ngưng, nơi nó tỏa nhiệt cho nước trong ống và ngưng tụ lại Môi chất lỏng được duy trì ở chiều cao cột khoảng 50 đến 70 mm đối với bình ngưng loại vừa và 100 mm với bình ngưng loại lớn Lỏng này sau đó được lấy ra từ phía dưới bình ngưng và chuyển vào bình chứa của trạm điều chỉnh.
Bình ngưng được thiết kế với nắp ở hai đầu, trong đó các ống dẫn nước vào và ra được hàn chắc chắn vào nắp Bên trong nắp, các tấm chắn được lắp đặt nhằm chia dòng nước, tạo ra số hành trình cần thiết cho quá trình lưu thông nước.
Hình 7: Bình ngưng ống chùm nằm ngang
Ống trong bình ngưng NH3 là ống thép dạng thẳng hoặc dạng chữ U và được núc vào mặt sàng đầu bình ngưng.
Nếu môi chất lạnh sử dụng freon, các đặc tính kỹ thuật của bình ngưng sẽ thay đổi Ống trao đổi nhiệt thường được chế tạo bằng đồng và có thiết kế cánh Hình dạng cánh này ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất trao đổi nhiệt và hiệu quả của quá trình ngưng tụ.
2.3.2 Bình ngưng tụ ống chùm thẳng đứng
Trong loại bình ngưng này, nước chảy thành lớp mỏng ở bề mặt trong ống nhờ trọng lực, thay vì đầy toàn bộ ống Trên bình ngưng có thùng cấp nước với các lỗ và nút hình côn để phân phối nước, tạo thành mảng trên bề mặt ống Các ống thường được thiết kế với rãnh xoắn, giúp nước chuyển động vòng quanh bề mặt, từ đó tăng cường hiệu quả truyền nhiệt.
Môi chất lạnh sau khi tỏa nhiệt cho nước làm mát chảy trong ống được ngưng tụ ở bề mặt ngoài của ống cũng ở dạng màng mỏng.
1-Ống cân bằng; 2- Đường xả không khí; 3- Hộp phân phối nước; 4- Van an toàn; 5- Vỏ bình; 6- Đồng hồ áp suất; 7- Kính quan sát mức lỏng; 9- Bình chứa cao áp.
Nước sau khi trao đổi nhiệt sẽ chảy vào bể chứa bằng bê tông ở đáy bình Môi chất lạnh lỏng, sau khi ngưng tụ, được dẫn vào bình chứa qua ống dẫn có miệng cao hơn mặt sàng dưới 80 mm nhằm ngăn chặn dầu vào bình chứa và thiết bị bay hơi.
Thiết bị này nổi bật với kết cấu chắc chắn và khả năng dễ dàng loại bỏ cặn nước, cho phép sử dụng nguồn nước chất lượng thấp hoặc không qua xử lý Bình ngưng tụ này thường được áp dụng cho các hệ thống lạnh NH3 công suất lớn và thường được lắp đặt bên ngoài gian máy.
2.3.3 Thiết bị ngưng tụ kiểu phần tử và kiểu ống lồng
- Thiết bị ngưng tụ kiểu phần tử:
Trong mỗi phần tử của thiết bị, hơi môi chất được đưa vào không gian giữa các ống và ngưng tụ lại nhờ quá trình thải nhiệt cho nước làm mát trong các ống trao đổi nhiệt Nước chảy từ ống góp phía dưới, đi song song qua các phần tử và thoát ra ở ống góp phía trên, trong khi hơi môi chất được đưa vào từ phần tử trên cùng Do đó, điều kiện trao đổi nhiệt trong thiết bị này tương tự như nguyên lý trao đổi nhiệt ngược chiều.
Sử dụng thiết bị ngưng tụ loại này có thể dẫn đến tình trạng quá lạnh môi chất ở đầu ra Do đó, nó thường được sử dụng làm thiết bị quá lạnh đặt sau thiết bị ngưng tụ nhằm giảm thiểu tiêu hao kim loại.
Thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng có cấu trúc với ống ngoài có đường kính nhỏ hơn và chỉ một ống bên trong Nước làm mát di chuyển trong ống, trong khi môi chất chảy ngược chiều trong không gian giữa hai ống Giống như thiết bị ngưng tụ kiểu phần tử, loại này không cần bộ quá lạnh, cho phép nước và môi chất lưu động ngược chiều Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất của thiết bị này là khó khăn trong việc làm sạch bề mặt bên trong ống khi bị bám cặn.
Tuy nhiên nó cũng khá nhỏ gọn nhất là khi được sắp xếp thành các dạng ống xoắn tròn hoặc ô van.
2.3.4 Thiết bị ngưng tụ kiểu panen
Thiết bị loại này cũng gồm những cụm riêng biệt, mỗi cụm lại gồm một số panen liên tiếp được siết chặt và ép lại bằng hai tấm nắp.
Panen được cấu tạo từ hai lá thép có các rãnh thẳng được dập và hàn ở sườn, cùng với các rãnh ở giữa Vách chắn giữa các tấm đóng vai trò như cánh tản nhiệt, giúp tối ưu hóa quá trình làm mát Nước làm mát và môi chất chuyển động sẽ cắt nhau theo các rãnh, tạo ra hiệu quả làm mát cao.
Các panen được sắp xếp để tạo lối cho nước lạnh chảy qua từ một cạnh đầu, với độ kín khít đảm bảo nhờ vào các đệm chèn Thiết kế của thiết bị ngưng tụ này cho phép tháo lắp dễ dàng, thuận tiện cho việc quan sát, làm sạch và bảo trì lớp phủ chống ăn mòn.
Thiết bị ngưng tụ làm mát bằng nước và không khí
2.4.1 Thiết bị ngưng tụ kiểu tưới
Thiết bị ngưng tụ hoạt động bằng cách truyền nhiệt độ từ môi chất ngưng tụ trong ống qua vách, trong khi nước làm mát chảy trên bề mặt ngoài của ống dưới dạng màng mỏng Quá trình này giúp nhiệt ngưng tụ được truyền từ bề mặt ngoài của ống, làm nóng nước và khiến một phần nước bay hơi.
Máng phân phối nước là thiết bị quan trọng trong hệ thống, giúp phân phối nước hiệu quả Xả tràn đảm bảo an toàn cho hệ thống bằng cách kiểm soát lượng nước thừa Đầu hút của bơm đóng vai trò chính trong việc hút nước vào hệ thống Nước tuần hoàn duy trì sự lưu thông và ổn định trong quá trình hoạt động Đường xả dầu và đường cân bằng hơi giúp quản lý chất lỏng và áp suất trong hệ thống Đường xả khí không ngưng ngăn ngừa sự tích tụ khí, đảm bảo hiệu suất tối ưu Thùng phân phối nước chứa và phân phối nước bổ sung cho hệ thống khi cần thiết.
Nước từ thiết bị cấp nước chảy xuống màng bao quanh ống, phần nước thừa rơi vào máng hứng và được tháo ra ngoài Nước bay hơi cần được bổ sung bằng lượng nước mới, được bơm lên máng phân phối Ưu điểm của thiết bị này là khả năng sử dụng nước bẩn nhờ bề mặt ống dễ làm sạch và lượng nước bổ sung tương đối nhỏ Tuy nhiên, lượng nước tiêu hao không nhỏ hơn loại bình ngưng tụ ống vỏ Nhược điểm chính là kích thước cồng kềnh, độ chắc chắn thấp, tăng độ ăn mòn thiết bị, và hiệu suất làm việc phụ thuộc vào điều kiện khí hậu và thời gian trong năm.
2.4.2 Thiết bị ngưng tụ kiểu bay hơi (tháp ngưng tụ) Ở đây không khí được chuyển động cưỡng bức Toàn bộ nhiệt do môi chất tỏa ra được truyền cho nước bay hơi, vì vậy nhiệt độ của nước ở đầu vào và đầu ra thực tế không thay đổi.
Do cấu tạo dạng dàn ống nên công suất của nó có thể thiết kế đạt rất lớn mà không bị hạn chế vì bất kểlý do gì
Do với các thiết bị ngưng tụ kiểu khác, dàn ngưng tụ kiểu bay hơi ít tiêu tốn nước hơn, vì nước sử dụng theo kiểu tuần hoàn
Các dàn ống kích cỡ nhỏ nên làm việc an toàn
Dễ dàng chế tạo, vận hành và sửa chữa.
Do năng suất lạnh riêng bé nên suất tiêu hao vật liệu khá lớn
Các cụm ống trao đổi nhiệt thường xuyên tiếp xúc với nước và không khí, tạo ra môi trường ăn mòn mạnh, dẫn đến hư hỏng nhanh chóng Để bảo vệ chúng khỏi sự ăn mòn, việc nhúng kẽm nóng là giải pháp hiệu quả.
Nhiệt độ ngưng tụ phụ thuộc vào trạng thái khí tượng và thay đổi theo mùa trong năm
Chỉ nên lắp đặt thiết bị ngoài trời, vì khu vực nền và không gian xung quanh thường ẩm ướt trong quá trình hoạt động Do đó, cần chọn vị trí lắp đặt riêng biệt, tách biệt hoàn toàn với các công trình khác.
Thiết bị ngưng tụ làm mát bằng không khí
Thiết bị ngưng tụ kiểu này có thể là loại làm việc với không khí đối lưu tự nhiên hay đối lưu cưỡng bức.
Các thiết bị ngưng tụ không khí giúp tiết kiệm nước làm mát, dành nguồn nước cho các nhu cầu khác, khi mà 70% lượng nước tiêu thụ được sử dụng cho công nghiệp và 30% cho làm mát thiết bị Ngoài ra, chúng còn giảm ô nhiễm cho các sông hồ, loại bỏ nhu cầu xây dựng tháp làm mát nước tuần hoàn và giảm hiện tượng bám bẩn trên bề mặt trao đổi nhiệt.
Tuy nhiên nó có các nhược điểm là gây tiếng ồn khi vận hành nhất là ở các hệ thống lớn.
Thiết bị ngưng tụ có không khí lưu động cưỡng bức cho hệ thống lạnh nhỏ bao gồm các ống xoắn có cánh và quạt để tạo không khí lưu động Các thiết bị này thường được cấu tạo từ ống thẳng hoặc ống chữ U nối thông với nhau, với khả năng kết nối 2 hoặc nhiều cụm song song qua ống góp Vật liệu chính của ống thường là thép hoặc đồng, trong khi các cánh quạt được làm bằng thép hoặc nhôm.
Tính toán thiết bị ngưng tụ
Khi lựa chọn kiểu thiết bị thiết kế, cần xem xét chế độ làm việc dự kiến dựa trên công suất hệ thống, đặc tính về số lượng và chất lượng nguồn nước cung cấp, cũng như diện tích và khả năng vật tư.
- Xác định phụ tải nhiệt của thiết bị ngưng tụ Qk trên cơ sở các kết quả tính nhiệt của chu trình làm việc của hệ thống:
Q = k.F.Δtt k tb Trong đó: k là hệ số truyền nhiệt của thiết bị; (W/m 2 K)
F là diện tích bề mặt trao đổi nhiệt Δtttb là độ chênh nhiệt độ trung bình giữa môi chất vàmôi trường làm mát, (K)
- Nếu biết năng suất lạnh Q0, và công suất lý thuyết của máy nén Nlt, thì Qk xác định bằng CT:
- Xác định độ chênh nhiệt độ trung bình giữa môi chất lạnh và môi trường lạnh Δtttb : tb k k t '' t ' t t t '
Trong đó t’ và t” là nhiệt độ vào và ra của môi trường làm mát.
- Xác định hệ số truyền nhiệt k: k =1 1 + 1 n ln1d +1i + 1 πdωρd α1 1 2πdωρλdπdαii=1 di πdωρdn+1 2α
Trong bài viết này, các thông số kỹ thuật của ống được đề cập bao gồm: d1 là đường kính trong của ống (m), d2 là đường kính ngoài của ống (m) Ngoài ra, a1 và a2 là các hệ số tỏa nhiệt đối lưu từ chất lỏng tới bề mặt trong của ống và từ bề mặt ngoài tới môi trường bao quanh ống, tính bằng W/m²K Cuối cùng, λdπdα là hệ số dẫn nhiệt của kim loại ống, đo bằng W/mK.
- Xác định diện tích bề mặt trao đổi nhiệt F theo bề mặt trong F1 hay bề mặt ngoài F2:
- Xác định chiều dài tổng cộng ống thiết bị ngưng tụ:
- Bố trí kết cấu của thiết bị:
Số ống trong một lối:
Làm tròn n1, định chiều dài một ống l và xác định số ống: n=L/l
Làm tròn n, trong trường hợp bình ngưng ống vỏ:
Tìm được m và có: Dt= ms Số lối z: z= n/n1
Chiều dày ống được xác định đảm bảo độ bền và ổn định, chống ăn mòn δ >= 0,5 ÷ 0,8 mm đói với ống đồng và δ < 1,5 ÷ 2 mm đối với ống thép.
Bước ống trong bình ngưng ống vỏ thường đảm bảo tỷ lệ s/d = 1,24 ÷ 1,45 Khi S < 1,3 dt khó đảm bảo độ bền của mặt sang.
CHƯƠNG 3 : BÀI TẬP VẬN DỤNG Điểm P (bar) T( o C) H(kJ/kg) V(m 3 /s)
Công nén riêng l = h2 – h179.63-1480.667)8.963(kJ/kg)
Năng suất lạnh riêng: q0= h1’-h4 62.1-384.6877.42(kJ/kg)
Nhiệt thải ra ở thiết bị ngưng tụ: qk= h2 – h3’79.63-384.6894.95(kJ/kg)
298.963 =¿3.6 qql=h3’-h3B8.69-384.68D.01(kJ/kg) qqn=h1-h1’80.667-1462.1.567(kJ/kg) b)Chọn máy nén:
Lưu lượng môi chất : m= Q 0 q 0 = 1077.42 400 = 0,37(kg/s) Thể tích hút thực tế của máy nén:
Hiệu suất nén: ηi = λdπdαw’+b.to = T T o k + b.to = −5+ 55+273 273 +0,001.(-5) =0.812(kW) (chọn b=0.001cho máy nén amoniac)
Ta chọn máy nén amoniac thẳng dòng pms ¿ 53 ( kPa)
Chọn η td = 0,95 với chuyển động tổn thất truyền động từ động cơ đến trục khủyu của máy nén
Chọn η el = 0,90 với tổn thất trong chính động cơ điện.
Hệ số cấp máy nén : λdπdα= λdπdαc λdπdαlt λdπdαw λdπdαr λdπdαk.
Với : λdπdαc = 1-c( π m 1 −1 ) c: Thể tích tương đối (c =0,03) m: là hằng số Đối với máy nén amoniac chọn m =1.
λdπdα c= 1-0.03(πdωρ-1) = 0.9 λdπdαlt Hệ số tính đến tổn thất do tiết lưu do clape hút và đẩy.
Đối với freon chọn λdπdαlt =1.
