Nhiệm vụ, sơ đồ, thuật ngữ, phân loại
Đại cương
Tự động hóa hệ thống lạnh là việc trang bị cho hệ thống lạnh các thiết bị đo lường, giúp vận hành toàn bộ hệ thống hoặc từng phần thiết bị một cách tự động, an toàn và đáng tin cậy mà không cần sự can thiệp trực tiếp của công nhân.
Ngày càng nhiều thiết bị tự động hóa được phát triển, dẫn đến việc hệ thống lạnh được vận hành bằng tay dần được thay thế bởi các hệ thống tự động hóa một phần hoặc toàn phần Đặc biệt, các hệ thống lạnh cỡ nhỏ và trung thường được tự động hóa hoàn toàn, cho phép hoạt động liên tục hàng tháng, thậm chí hàng năm mà không cần sự can thiệp của công nhân.
Các hệ thống lạnh lớn đều có trung tâm điều khiển, điều chinh, báo hiệu và bảo vệ
Khi thiết kế hệ thống lạnh, cần tính toán theo phụ tải lạnh lớn nhất trong điều kiện vận hành không thuận lợi nhất, như mức nhập hãng cao nhất, tần suất mở cửa buồng lạnh lớn nhất, nhiệt độ bên ngoài cao nhất và khí hậu khắc nghiệt nhất Do đó, phần lớn thời gian trong năm, hệ thống lạnh chỉ hoạt động với một phần tải.
Khi thiết kế hệ thống lạnh phức tạp, việc lựa chọn thiết bị từ các sản phẩm chế tạo sẵn là cần thiết Tuy nhiên, sự phù hợp giữa các thiết bị trong hệ thống máy nén chỉ đạt mức độ nhất định Do đó, các thiết bị tự động cần hoạt động hài hòa với nhau và đáp ứng nhu cầu lạnh tương ứng với các điều kiện vận hành bên ngoài, như thời tiết và xuất nhập hàng.
Trong quá trình vận hành hệ thống lạnh, nhiệt độ của đối tượng cần làm lạnh thường biến động do ảnh hưởng của các dòng nhiệt từ bên ngoài hoặc bên trong buồng lạnh Nhiệm vụ của điều chỉnh máy lạnh là giữ cho nhiệt độ này ổn định hoặc thay đổi trong phạm vi cho phép Đôi khi, việc điều khiển các quá trình công nghệ lạnh khác nhau yêu cầu thay đổi nhiệt độ, độ ẩm và các đại lượng vật lý khác theo một chương trình nhất định.
Hệ thống tự động điều khiển toàn bộ hoạt động của máy lạnh, giúp duy trì chế độ vận hành tối ưu và giảm thiểu tổn hao sản phẩm trong phòng lạnh.
Hệ thống tự động không chỉ duy trì các thông số như nhiệt độ, áp suất, độ ẩm, lưu lượng và mức lỏng trong giới hạn cho phép mà còn cần phải bảo vệ thiết bị khỏi các chế độ làm việc nguy hiểm Điều này thể hiện yêu cầu bảo vệ thiết yếu của hệ thống tự động.
Tự động hóa hệ thống lạnh mang lại nhiều lợi ích vượt trội so với việc điều chỉnh bằng tay, bao gồm duy trì chế độ làm việc ổn định, tăng thời gian bảo quản và nâng cao chất lượng sản phẩm Ngoài ra, nó còn giúp giảm tiêu hao điện năng, kéo dài tuổi thọ và độ tin cậy của máy móc, cũng như giảm chi phí nước làm mát, chi phí vận hành và chi phí lạnh cho mỗi đơn vị sản phẩm, từ đó hạ giá thành sản phẩm Hệ thống bảo vệ tự động cũng hoạt động nhanh nhạy, đảm bảo độ tin cậy hơn so với thao tác của con người.
Việc trang bị hệ thống tự động chỉ thực sự hợp lý khi hạch toán kinh tế mang lại lợi ích, hoặc khi nhu cầu tự động hóa xuất phát từ việc không thể điều khiển bằng tay do yêu cầu về độ chính xác của quá trình Ngoài ra, công nghệ tự động còn cần thiết trong các môi trường độc hại, dễ cháy nổ hoặc nguy hiểm.
Trong tất cả các quy trình tự động hóa như điều khiển, điều chỉnh, báo hiệu, báo động và bảo vệ, quá trình tự động điều chỉnh được coi là quan trọng nhất.
Sơ đồ mạch điều chỉnh và các thuật ngữ cơ bản
Trong hệ thống lạnh, có nhiều loại mạch điều chỉnh khác nhau, nhưng bài viết này chỉ tập trung vào những mạch điều chỉnh phổ biến nhất Để hiểu rõ hơn, trước tiên chúng ta cần định nghĩa một số khái niệm cơ bản liên quan.
Mạch điều chỉnh (Control loop) là một hệ thống gồm nhiều phần tử, nhằm điều chỉnh các đại lượng như nhiệt độ, áp suất, độ ẩm, mức lỏng hoặc lưu lượng trong hệ thống lạnh Các phần tử trong mạch điều chỉnh có thể bao gồm cảm biến, giúp theo dõi và điều chỉnh các thông số một cách chính xác.
CB, phần từ so sánh ss, phẩn tử định trị ĐT, phần tử điểu chỉnh ĐC
Mạch điều chỉnh kín, hay còn gọi là hệ thống điều chỉnh có tín hiệu phản hồi, hoạt động dựa trên sự thay đổi tức thời của đại lượng được điều chỉnh Sự thay đổi này tác động vào cơ cấu điều chỉnh, tạo ra một sự điều chỉnh liên tục cho đến khi đại lượng đạt giá trị yêu cầu trong giới hạn thiết kế của dụng cụ điều chỉnh, chẳng hạn như van tiết lưu nhiệt.
Hình 1.2.1 Nguyên lý mạch nguyên lý một mạch điều chỉnh kín
Phản hồi (Feedback) là hệ thống tín hiệu giúp điều chỉnh đại lượng trở lại thiết bị điều chỉnh, trong đó hệ thống cảm biến của van tiết lưu nhiệt bao gồm đầu cảm, ống nối và hộp xếp.
Mạch diều chinh hở, hay còn gọi là hệ thống điều chỉnh không có tín hiệu phản hồi, yêu cầu dự đoán chính xác các đại lượng bên ngoài tác động vào hệ thống Ví dụ, van tiết lưu tay hoạt động dựa trên việc xác định nhiệt độ bên ngoài bể đá và các yếu tố nhiễu khác như nhiệt độ nước làm đá và lượng đá thu hoạch Từ đó, người ta có thể dự đoán năng suất lạnh cần thiết để điều chỉnh cửa thoát môi chất lạnh, đảm bảo phù hợp với tải lạnh yêu cầu mà không cần tín hiệu phản hồi từ van tiết lưu.
Hình 1.2.2 Nguyên lý mạch nguyên lý một mạch điều chỉnh hở
Y – Đại lượng đặt (định trị)
X – Đại lượng ra (đại lượng đã điều chỉnh)
Yêu cầu và nhiệm vụ
Các hệ thống lạnh hiện đại thường trang bị các thiết bị tự động để điều chỉnh các đại lượng quan trọng như nhiệt độ, áp suất, độ ẩm và lưu lượng Mặc dù có các thiết bị bảo vệ nhằm tăng cường độ kín và độ tinh khiết, nhưng chúng không liên quan đến vấn đề điều chỉnh Công tác tự động hóa trong hệ thống lạnh rất phức tạp, với các chức năng điều khiển, điều chỉnh, báo hiệu và bảo vệ, khiến sơ đồ điều khiển điện trở nên phức tạp hơn so với chính hệ thống lạnh Đối với hệ thống lạnh nén hơi, các yêu cầu và nhiệm vụ chính của công tác tự động hóa cần được xác định rõ ràng.
Bảo vệ máy nén khỏi quá tải là rất quan trọng, bao gồm việc giám sát dòng điện, nhiệt độ cuộn dây động cơ, nhiệt độ các chi tiết chuyển động, nhiệt độ dầu, và áp suất đầu đẩy Cần lưu ý áp suất hút không được quá thấp và lưu lượng khối lượng không được quá cao Hiệu áp suất dầu cũng phải đảm bảo đủ mức, trong khi dòng khởi động và tải khởi động không được vượt quá giới hạn cho phép Việc mất pha và không đối xứng pha cũng cần được kiểm soát chặt chẽ Để đảm bảo hiệu suất lạnh, cần điều chỉnh phù hợp với yêu cầu và bảo vệ hệ thống làm mát máy nén, bao gồm kiểm soát nhiệt độ và lưu lượng nước làm mát.
Thiếtbị ngưng tụ Điểu chỉnh thiết bị ngưng tụ có thể phân làm 2 loại chủ yếu :
Bình ngưng làm mát bằng nước : điều chỉnh áp suất ngưng tụ, điêu chỉnh lưu lượng nước làm mát (vận hành kinh tế)
Dàn ngưng làm mát bàng không khí : lưu lượng không khí, f giữ áp suất ngưng tụ tối thiểu
Thiết bị điều chỉnh mức lỏng trong bình ngưng hoặc bình chứa đóng vai trò quan trọng trong việc cấp lỏng cho dàn bay hơi, với van điều chỉnh kiểu phao áp suất cao.
Các thiết bị điều chỉnh cho dàn bay hơi bao gồm các thiết bị cấp lỏng, đảm bảo lượng lỏng cấp vừa đủ để tối ưu hóa hiệu quả trao đổi nhiệt, đồng thời giữ cho hơi hút vào máy nén ở trạng thái khô, tránh va đập thủy lực Ngoài ra, việc điều chỉnh nhiệt độ và áp suất bay hơi, cùng với việc phá băng cho dàn bay hơi, cũng rất quan trọng để ngăn ngừa lớp tuyết đóng quá dày, cản trở quá trình trao đổi nhiệt.
Thiết bị tự động cho đối lượng cần làm lạnh
Các thiết bị tự động đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì nhiệt độ và độ ẩm ổn định trong phòng lạnh Việc kiểm soát nhiệt độ và độ ẩm không được vượt quá giới hạn cho phép là cần thiết để đảm bảo hiệu quả hoạt động của hệ thống.
Phân loại
Phẩn 1.3 đã đễ cập đến một kiểu phân loại thiết bị tư động theo các đối tượng tự động hóa như máy nén, thiết bị ngưng tụ, thiết bị bay hơi và phòng lạnh Cũng có thể phân loại thiết bị tự động theo các đặc trưng khác :
- Theo chức năng có thể phân các thiết bị tự động ra:
Tự động báo hiệu, báo động (âm thanh hoặc ánh sáng) ;
Thiết bị tự động có thể được phân loại theo đối tượng hệ thống, bao gồm hệ thống lạnh, bơm nhiệt và điều hòa không khí Tuy nhiên, hệ thống điều hòa không khí còn có nhiều yêu cầu đặc biệt đối với các thiết bị tự động khác.
Thiết bị tự động được phân loại theo đối tượng sử dụng, bao gồm máy nén và thiết bị ngưng tụ, chẳng hạn như bình ngưng, dàn ngưng hoặc các thiết bị kết hợp sử dụng nước, không khí hoặc gió nước để làm mát.
- Thiết bị bay hơi (làm lạnh chất lỏng hoậc làm lạnh trực' tiếp không khí, trực tiếp sản phẩm ,) ;
Buồng lạnh (trực tiếp hay nước muối) ;
Vòng tuần hoàn chất tải nhiệt trong hệ thống lạnh làm mát bằng nước diễn ra qua tháp giải nhiệt, trong khi đối với bơm nhiệt, vòng tuần hoàn này cung cấp nhiệt cho các hộ tiêu thụ.
Vòng tuần hoàn chất tải lạnh đổi với hệ thống lạnh gián tiếp ;
Nguồn nhiệt cho bơm nhiệt bao gồm nước giếng, nước tự nhiên, lòng đất, địa nhiệt, năng lượng mặt trời, không khí thải, nước thải, hơi thải và khí thải có mức năng lượng cao để tái sinh nhiệt Những nguồn nhiệt này tương tự như vòng tuần hoàn của máy lạnh nhưng không ổn định như các hộ tiêu thụ lạnh, do đó cần được tự động hóa ở mức độ cao hơn để đảm bảo hiệu suất hoạt động.
Một số đặc tính của sự điều chỉnh
5.1 Điều chỉnh hai vị trí "ON - OFF" Điều chỉnh hai vị trí còn gọi là điều chỉnh không liên tục theo bậc Đại diện cho loại này là rơle nhiệt độ (thermostat) và rơle áp suất hoạt động nhờ nhiệt độ và áp suất để đóng ngắt trực tiếp tiếp điểm điện hai hoặc nhiều cực Bằng cách ghép nối tiếp hoặc song song các thiết bị điều chỉnh hai vị trí có thể đạt được sự điều chỉnh với nhiều bậc
Hình 5.1 Đường đặc tính của điều chỉnh hai vị trí :
AX : Vi sai đóng ngắt (vi sai ON - OFF)
1 - đầu cảm nhiệt độ ; 2 - ống mao ; 3 - lò xo ; 4 - hộp xếp ;
5 - tiếp điểm ; 6 - động cơ máy nén ; 7 - trục truyền động ;
8 - lò xo tấm ; 9 - núm đặt nhiệt độ phòng ; 10 - lò xo
Một ví dụ điển hình về việc điều chỉnh nhiệt độ trong kỹ thuật lạnh là sử dụng rơle nhiệt độ (thermostat) cho tủ lạnh gia đình và các loại buồng lạnh Khi rơle nhiệt độ được đặt ở vị trí trung bình (số 5) với nhiệt độ môi trường bên ngoài là 30°C, nhiệt độ trong buồng lạnh sẽ dao động khoảng 5 ± 3°C, tức là khoảng 2°C đến 8°C, trong khi nhiệt độ ngăn đông sẽ khoảng -6°C Khi nhiệt độ buồng lạnh tăng lên 8°C, rơle nhiệt độ sẽ đóng mạch để máy nén hoạt động; ngược lại, khi nhiệt độ giảm xuống 2°C, rơle sẽ ngắt mạch và máy nén sẽ dừng hoạt động Đầu cảm nhiệt độ được lắp gần dàn bay hơi, do đó tín hiệu để đóng và ngắt mạch là tín hiệu trực tiếp, khác với tín hiệu gián tiếp từ nhiệt độ buồng lạnh Hình vẽ minh họa cơ chế hoạt động của rơle nhiệt độ trong việc điều chỉnh nhiệt độ hai vị trí cho máy nén.
Khi kết hợp nhiều dụng cụ điều chỉnh hai vị trí, người dùng có thể thiết lập sự điều chỉnh nhảy cấp Việc kết hợp hai dụng cụ điều chỉnh hai vị trí cho phép thực hiện các điều chỉnh linh hoạt và hiệu quả hơn.
Khác với điều chỉnh 2 vị trí, khi điều chình liên tục, ta có thể điều chỉnh được đại lượng ra ở bất kỳ vị trí nào trong vùng điều chỉnh
Dụng cụ điều chỉnh liên tục là thiết bị có khả năng biến đổi liên tục các tín hiệu đầu vào thành tín hiệu đầu ra liên tục, giúp tối ưu hóa quá trình điều chỉnh và kiểm soát.
Các dụng cụ điều chỉnh cần có độ chính xác cao trong quá trình điều chỉnh để hạn chế sự dao động lớn giữa hai vị trí "ON - OFF".
Tự động hóa máy nén lạnh
Điều chỉnh năng suất lạnh của máy nén pittông
Năng suất lạnh của máy nén và hệ thống lạnh thường được thiết kế theo giá trị cực đại để hoạt động hiệu quả trong điều kiện khắc nghiệt, dẫn đến việc thường xuyên thừa năng suất Việc điều chỉnh năng suất lạnh nhằm tối ưu hóa hiệu suất và tiết kiệm chi phí, đồng thời duy trì nhiệt độ yêu cầu trong buồng lạnh ổn định Các phương pháp cơ bản để điều chỉnh năng suất lạnh của máy nén pittong bao gồm:
- Đóng ngắt máy nén “ON – OFF”
- Bypass tự động hay xả hơi nóng ở đường đẩy quay trở lại đường hút theo nhánh phụ
- Vô hiệu hóa từng xi lanh hoặc từng cụm xilanh
- Thay đổi vòng quay trục khuỷu của máy nén
Việc lựa chọn phương pháp điều chỉnh năng suất lạnh phụ thuộc vào nhiều yếu tố như tính chất đối tượng làm lạnh, độ chính xác nhiệt độ cần duy trì, loại máy nén và phương pháp truyền động Phương pháp điều chỉnh năng suất lạnh thích hợp không chỉ giúp giảm số lần khởi động mà còn giảm hao mòn cho các cơ cấu truyền động Điều này giúp động cơ hoạt động ở chế độ thuận lợi hơn, từ đó kéo dài tuổi thọ của động cơ Các đặc điểm cấu tạo và phương pháp điều chỉnh năng suất lạnh cần được xem xét kỹ lưỡng dựa trên kích thước của máy nén.
2.1 Đóng ngắt máy nén “ ON –OFF ’’
Phương pháp điều chỉnh máy nén ON-OFF thường được áp dụng cho các hệ thống lạnh nhỏ và rất nhỏ, với động cơ có công suất dưới 20 kW Ứng dụng này rất phổ biến trong các tủ lạnh gia đình, thương nghiệp, buồng lạnh lắp ghép và máy điều hòa nhiệt độ phòng Ưu điểm của phương pháp này là tính đơn giản, chi phí thấp và dễ dàng trong việc lắp đặt, bảo trì và sửa chữa.
Nhược điểm của hệ thống này bao gồm tổn thất do khởi động động cơ nhiều lần và chỉ phù hợp với các loại máy nén nhỏ Hơn nữa, độ dao động sai số lớn khiến nó không đáp ứng được các yêu cầu chính xác cao.
Các dụng cụ điều chỉnh hai vị trí cho máy nén bao gồm rơle nhiệt độ và rơle áp suất thấp Trong hệ thống lạnh nhỏ sử dụng ống mao, rơle nhiệt độ thực hiện chức năng đóng ngắt trực tiếp máy nén Ngược lại, trong hệ thống có van tiết lưu và bình chứa, rơle nhiệt độ sẽ điều khiển van điện từ cấp lỏng, trong khi rơle áp suất thấp đảm nhiệm việc đóng ngắt máy nén.
Hình 2.1.1 Sơ đổ máy lạnh dùng trực tiếp rơle nhiệt độ để đóng ngắt máy lạnh
Hình 2.1.2 Sơ đồ dùng gián tiếp rơle nhiệt độ qua rơle áp suất thấp
Hình 2.2 mô tả chu trình thiết bị tiết lưu hơi hút, trong đó hiệu áp suất A ph thể hiện tổn thất áp suất tại dàn bay hơi khi đạt 100% năng suất lạnh Khi giảm áp suất hút p h, năng suất lạnh cũng giảm theo tỷ lệ tương ứng Ví dụ, khi van ổn áp mở hoàn toàn, năng suất lạnh đạt 100% Tuy nhiên, khi điều chỉnh áp suất hút xuống p h, áp suất sôi giảm và năng suất lạnh chỉ còn 75% Ưu điểm của hệ thống này là đơn giản, dễ thực hiện, lắp đặt, vận hành, bảo trì và sửa chữa.
Nhược điểm của phương pháp điều chỉnh năng suất lạnh là tổn thất tiết lưu lớn và hệ số lạnh giảm Phương pháp này thường liên quan đến việc điều chỉnh áp suất bay hơi, dẫn đến tổn thất áp suất tại vít điều chỉnh, làm giảm áp suất hút Để khắc phục vấn đề này, cần thiết kế dụng cụ điều chỉnh đồng bộ với toàn bộ hệ thống lạnh.
2.3 Xả hơi nén về phía hút a Xả hơi nén về đường hút theo bypass
Xả hơi nén qua đường hút bypass là quá trình xả hơi nóng thừa từ đường đẩy về đường hút thông qua van điều chỉnh áp suất trên bypass Bypass là ống kết nối giữa đầu đẩy và đầu hút của máy nén, với van ổn áp duy trì áp suất bay hơi theo yêu cầu Khi nhu cầu lạnh giảm, áp suất bay hơi cũng giảm, khiến van ổn áp mở ra để xả hơi nóng từ đường đầy trở lại đường hút Hơi nóng này sau đó hòa trộn với hơi lạnh từ dàn bay hơi vào máy nén, dẫn đến lưu lượng môi chất vào dàn ngưng tụ và bay hơi giảm, làm giảm năng suất lạnh.
Khi van OP (van ổn áp) hoàn toàn đóng, máy lạnh sẽ đạt hiệu suất làm lạnh tối đa Tuy nhiên, kích thước của van OP càng lớn thì năng suất lạnh càng giảm Một trong những ưu điểm của hệ thống này là sự đơn giản trong thiết kế và vận hành.
Nhược điểm của việc hòa trộn với hơi nóng là làm tăng nhiệt độ khí hút vào máy nén, dẫn đến nhiệt độ cuối cùng trong quá trình nén cao Điều này gây ra hiện tượng lão hóa nhanh chóng của dầu, đồng thời khiến các chi tiết máy nén dễ bị mài mòn, biến dạng và gãy hỏng Ngoài ra, việc xả hơi nén về đường hút với phun lỏng trực tiếp cũng có thể tạo ra những vấn đề nghiêm trọng cho hiệu suất hoạt động của máy.
Hệ thống lạnh điều chỉnh năng suất lạnh thông qua việc xả hơi nóng vào đường hút, với phun lỏng bổ sung trực tiếp để kiểm soát nhiệt độ cuối tầm nén Để đạt hiệu quả, có thể sử dụng van tiết lưu kết hợp với đầu cảm nhiệt độ đặt trên đường ống đẩy hoặc hút Cần chú ý sử dụng van tiết lưu cùng với van điện từ và một rơ le nhiệt độ để đảm bảo quá trình đóng ngắt van điện từ diễn ra chính xác.
Xả hơi nén từ đường đẩy về phía dàn bay hơi là một giải pháp hiệu quả để kiểm soát nhiệt độ đẩy, giảm thiểu tình trạng quá nhiệt của hơi hút vào máy nén thông qua van tiết lưu điều khiển Khi quá nhiệt cao, van tiết lưu sẽ mở rộng để tăng lưu lượng môi chất lỏng, giúp duy trì lưu lượng qua dàn ở mức ổn định Phương pháp này cũng đảm bảo tốc độ môi chất lạnh đủ lớn để cuốn dầu về máy nén, ngăn ngừa tình trạng đọng dầu tại dàn bay hơi do lưu lượng quá nhỏ khi điều chỉnh năng suất lạnh.
Cần lưu ý, nếu trước dàn bay hơi có đầu phân phối lỏng thì phải xả trước đầu phân phối lỏng
2.4 Vô hiệu hóa từng xilanh hoặc từng cụm xilanh
Cơ cấu van điện từ khóa đường hút vào từng xilanh hoặc cụm xilanh được giới thiệu trong hình vẽ, là một biện pháp đơn giản để ngắt xilanh bằng cách khóa đường hút, ngăn không cho hơi môi chất vào Tuy nhiên, việc thực hiện biện pháp này gặp khó khăn do không gian hạn chế ở đầu xilanh.
Khi van điện từ không có điện, nó sẽ đóng lại, tạo áp suất hút ở phía trên pittông 3 Trong tình huống này, pittông 3 nằm ở phía trên và đường hút thông, cho phép hơi môi chất tự do đi vào xilanh, giúp xilanh làm việc với tải bình thường.
Khi van điện từ được cấp điện trong quá trình làm việc không tải, kim van mở cho hơi nén áp suất cao vào khoang trên của pittông 3, từ đó đẩy pittông 3 xuống và khóa đường hút, ngăn không cho hơi hút vào xilanh Điều này dẫn đến tình trạng xilanh làm việc không tải.
Điều chỉnh năng suất lạnh các loại máy nén khác
3.1 Điều chỉnh năng suất lạnh máy nén trục vít Đối với máy nén trục vít, năng suất lạnh có thể điều chỉnh được vô cấp từ 100% xuống đến 10% nhờ điểu chỉnh con trượt bố trí bên dưới song song với hai vít Khi con trượt dịch chuyển càng nhiều sang bên phải, lưu lượng hơi nén quay lại cửa hút càng lớn, năng suất lạnh càng nhỏ Khi con trượt được điểu chỉnh vể tận cùng phía trái, năng suất lạnh đạt 100%, lượng hơi quay trở lại cửa hút bằng không
Công tiêu tốn của máy nén giảm hiệu suất khi tải giảm Đồ thị minh họa mối quan hệ giữa công tiêu tốn và năng suất lạnh điều chỉnh cho thấy sự phụ thuộc rõ rệt.
3.2 Điều chỉnh năng suất lạnh máy nén turbin
Khi lưu lượng giảm xuống dưới giá trị tối thiểu, máy nén sẽ gặp phải tình trạng không ổn định, dẫn đến áp suất đầu đẩy không đạt được áp suất ngưng tụ Dòng chảy có thể bị đảo ngược cho đến khi lưu lượng thể tích đủ để khôi phục quá trình làm việc bình thường Nếu không đạt được trạng thái ổn định, máy nén sẽ hoạt động không ổn định giữa hai trạng thái, gây ra rung động mạnh Có bốn phương pháp điều chỉnh lưu lượng Qn cho máy nén turbine.
- Điều chỉnh tốc độ vòng quay
- Điều chỉnh bằng tiết lưu
- Điều chỉnh hướng xoắn dòng
- Điều chinh ống khuếch tán
Tự động bảo vệ máy nén lạnh
Bảo vệ tự động máy nén lạnh là hệ thống giúp ngăn chặn sự cố và hỏng hóc bất thường trong quá trình hoạt động, đặc biệt khi máy làm việc ở chế độ nguy hiểm Hệ thống này được gọi là hệ thống bảo vệ tự động ACC (Automatic Compressor Control), đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì an toàn cho máy nén.
Hệ thống bảo vệ tự động ACC bao gồm nhiều thiết bị và dụng cụ tự động, cùng với các rơle bảo vệ Các phần tử đầu ra của những thiết bị này được sử dụng để đóng hoặc ngắt mạch trong các sơ đồ điện bảo vệ, có thể có hoặc không có tiếp điểm ACC có khả năng tác động một lần và có thể tự động đóng mạch trở lại khi các đại lượng bảo vệ đạt giá trị cho phép.
Hệ thống này tự động dừng máy nén khi bất kỳ rơle bảo vệ nào trong chuỗi bảo vệ mắc nối tiếp được kích hoạt, và máy nén sẽ không khởi động lại nếu công nhân vận hành không thực hiện thao tác trên mạch điều khiển.
Hệ thống tác động một lần được áp dụng phổ biến trong các tình huống mà việc dừng máy nén không gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến quá trình công nghệ, như hư hỏng sản phẩm Hệ thống này thường đi kèm với các thiết bị báo động đặc biệt, giúp công nhân vận hành kịp thời xử lý các tình huống phát sinh.
4.2 Các dạng bảo vệ máy nén pittông
Các hình thức bảo vệ máy nén pittông không chỉ áp dụng riêng cho loại máy này mà còn có thể được sử dụng cho các loại máy nén khác như máy nén rôto, trục vít và turbin Tuy nhiên, một số dạng bảo vệ đặc trưng chỉ phù hợp với cấu tạo của máy nén pittông.
Hệ thống bảo vệ tự động ACC bao gồm nhiều thiết bị và dụng cụ, tùy thuộc vào năng suất lạnh của máy nén, kích thước và kiểu máy, cùng với các yêu cầu tự động bảo vệ từ các ứng dụng đặc biệt của máy nén.
Bảo vệ áp suất đầu đẩy HPC (High Pressure Control)
Thiết bị này được sử dụng để bảo vệ máy nén khỏi hư hỏng khi nhiệt độ ngưng tụ vượt quá mức cho phép hoặc trong trường hợp khởi động mà van chặn ở đầu đẩy chưa mở.
Tất cả máy lạnh công nghiệp đều được trang bị thiết bị bảo vệ, với máy nén lớn sử dụng thiết bị tác động một lần, trong khi máy nhỏ thường có loại tự động đóng mạch trở lại.
Thiết bị bảo vệ áp suất thường là loại rơle áp suất cao Tín hiệu áp suất thường lấy ngay trên nắp pittông hoặc trước van chặn đầu đẩy
Bảo vệ áp suất đầu hút LPC (Low Pressure Control)
Bảo vệ áp suất đầu hút là rất quan trọng để ngăn ngừa máy nén hoạt động trong điều kiện không thuận lợi, điều này có thể dẫn đến nguy cơ cháy máy nén Đặc biệt, khi áp suất đầu hút giảm quá mức, tình trạng bôi trơn sẽ trở nên kém, ảnh hưởng đến hiệu suất và độ bền của máy.
Áp suất đầu hút giảm chủ yếu do chế độ cấp môi chất lỏng không đảm bảo hoặc do phụ tải nhiệt của bình bay hơi giảm đột ngột, có thể do bơm nước muối hỏng, quạt gió hỏng, hoặc tuyết đóng dày trên dàn gây cản trở trao đổi nhiệt Để bảo vệ áp suất đầu hút, người ta sử dụng rơle áp suất thấp, được kết nối với đường hút ngay sau van chặn hút.
Trong các hệ thống lạnh nhỏ và trung bình, rơle áp suất hút điều chỉnh năng suất lạnh thông qua việc đóng ngắt hai vị trí, kết hợp với một van điện từ trước van tiết lưu Khi nhiệt độ trong phòng lạnh đạt mức đủ thấp, rơle nhiệt độ sẽ ngắt mạch van điện từ, dẫn đến việc van điện từ ngừng cấp chất lỏng cho dàn bay hơi, làm giảm nhanh chóng áp suất hút Kết quả là, rơle áp suất thấp sẽ ngắt mạch máy nén Ngược lại, khi nhiệt độ tăng, rơle nhiệt độ sẽ mở van điện từ, làm tăng áp suất và cho phép rơle áp suất thấp đóng mạch để máy nén hoạt động trở lại.
Bảo vệ hiệu áp suất dầu
Bảo vệ hiệu áp suất dầu là thiết bị thiết yếu cho các máy nén sử dụng hệ thống bôi trơn cưỡng bức bằng dầu Trong trường hợp này, áp suất dầu không phải là yếu tố quan trọng nhất; thay vào đó, hiệu áp suất dầu là thông số chính để đánh giá tính hiệu quả của quá trình bôi trơn.
Áp suất dầu cần thiết được quy định bởi nhà sản xuất và có thể giảm do nhiều nguyên nhân, chẳng hạn như bơm dầu gặp sự cố, thiếu dầu trong cácte, hoặc do độ rơ giữa các bề mặt ma sát quá lớn do các chi tiết đã bị mòn.
Bảo vệ nhiệt độ đầu đẩy
Bảo vệ nhiệt độ đầu đẩy là rất quan trọng để ngăn ngừa nhiệt độ vượt quá mức cho phép, vì nếu nhiệt độ quá cao, dầu bôi trơn có thể bị cháy và phân hủy, làm giảm chất lượng bôi trơn và tuổi thọ của các chi tiết máy Môi chất lạnh NH3 cũng bị phân hủy khi nhiệt độ đầu đẩy đạt 126°C, dẫn đến tình trạng các chi tiết mài mòn, clapê có thể bị gãy hoặc cong vênh, và bám muội than do dầu cốc hóa Hơn nữa, nhiệt độ cao ở đầu xilanh còn gây tiêu hao năng lượng lớn cho máy nén, làm tăng tỷ số nén và khiến máy hoạt động ở chế độ không kinh tế, dẫn đến giá thành một đơn vị lạnh cao.
Bảo vệ nhiệt độ cuộn dây động cơ
Khi làm việc quá tải hoặc khi mất pha, cuộn dây động cơ cần được bảo vệ khi nhiệt độ vượt quá 130°C để tránh cháy động cơ Bảo vệ này thường áp dụng cho máy nén kín và nửa kín PTC thermistor với đầu cảm được gắn trực tiếp lên cuộn dây quấn động cơ giúp thu thập tín hiệu kịp thời, đặc biệt khi động cơ gặp sự cố đoản mạch.
Tự động hóa thiết bị ngưng tụ
Tự động hóa bình ngưng, giải nhiệt nước
2.1 Tự động hóa bình ngưng, nước sử dụng một lần ( không tuần hoàn ) Điều chỉnh nước giải nhiệt một lẩn (nước thành phố hoặc nước giếng) vừa có tính chất kỹ thuật là ổn định chế độ làm việc của máy lạnh, vừa có tính chất kinh tế là tiết kiệm nước giải nhiệt Hình vẽ giới thiệu sự phụ thuộc của áp suất ngưng tụ vào lưu lượng nước của một bình ngưng Bài toán tối ưu ở đây là với lưu lượng nước là bao nhiêu, giá thành một đơn vị lạnh là thấp nhất Lưu lượng nước càng lớn, áp suất pk tiến tới pkmin, tiêu tốn điện năng là nhỏ nhất
Áp suất ngưng tụ pk phụ thuộc vào lưu lượng nước, và để điều chỉnh áp suất này, người ta thường sử dụng van điều chỉnh nước.
Nguyên tắc điều chỉnh lưu lượng nước có thể dựa vào tín hiệu nhiệt độ ngưng tụ, tuy nhiên, phương pháp này ít phổ biến hơn Cách thức hoạt động của nó tương tự như van tiết lưu nhiệt, tức là điều chỉnh tự động dựa trên nhiệt độ.
Có thể sử dụng van nước điều chỉnh bằng tay kết hợp với van điện từ để điều chỉnh nguồn nước cấp cho bình ngưng Việc đóng mở van điện từ có thể được điều khiển thông qua một rơle nhiệt độ.
Khi nhiệt độ ngưng tụ tăng rơle nhiệt độ mở van điện từ và ngược lại
2.2 Tự động hóa bình ngưng, nước tuần hoàn
Hiện nay, tình trạng khan hiếm nước đang gia tăng, đặc biệt ở những khu vực thiếu nước và trong các hệ thống lạnh cũng như điều hòa không khí lớn Để giải quyết vấn đề này, người ta thường sử dụng nước tuần hoàn qua tháp giải nhiệt Việc sử dụng nước tuần hoàn cho phép điều chỉnh nhiệt độ và áp suất ngưng tụ thông qua hai phương pháp: Bypass nước giải nhiệt và điều chỉnh tốc độ quạt gió tháp giải nhiệt.
Sơ đồ bypass nước giải nhiệt cho thấy đầu cảm nhiệt được đặt trên đường nước vào bình ngưng, với đường bypass nối tắt từ đường ra bình ngưng về trước bơm Điều này cho phép nước ra khỏi bình ngưng đi tắt về bơm mà không cần qua tháp giải nhiệt Khi nhiệt độ nước vào bình ngưng không đủ cao, van điều chỉnh sẽ mở để cho phép một phần nước có nhiệt độ cao đi tắt về bơm, quay trở lại bình ngưng mà không qua tháp giải nhiệt, dẫn đến giảm lưu lượng nước qua tháp giải nhiệt Chế độ làm việc này phù hợp khi máy lạnh hoạt động với một phần tải hoặc trong điều kiện độ ẩm không khí bên ngoài rất thấp.
Phương pháp điều chỉnh thứ hai là điều chỉnh tốc độ quạt, nhằm kiểm soát lưu lượng gió và gián tiếp điều chỉnh năng suất giải nhiệt của tháp phù hợp với nhiệt thải ngưng tụ Động cơ có thể sử dụng là loại nhiễu cặp cực với vòng dây riêng rẽ hoặc động cơ Dahiander Phương pháp đơn giản nhất là đóng, ngắt động cơ.
Phương pháp điều chỉnh vô cấp động cơ qua máy biến tần có thể áp dụng cho cả động cơ quạt gió và động cơ bơm Tuy nhiên, do chi phí cao, các phương án này thường bị loại bỏ ngay từ đầu.
Điều chỉnh dàn ngưng giải nhiệt gió
Để khống chế nhiệt độ và áp suất ngưng tụ của các dàn ngưng giải nhiệt gió, cần phân biệt hai dạng chính: điều chỉnh phía môi chất lạnh và điều chỉnh phía không khí Điều chỉnh phía môi chất lạnh đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì hiệu suất hoạt động của hệ thống.
Trong kỹ thuật lạnh, để tối ưu hóa khả năng trao đổi nhiệt của dàn ống xoắn, cần bố trí bình chứa và các đường tích lỏng nhằm nhanh chóng loại bỏ tình trạng ứ lỏng trên bề mặt trao đổi nhiệt Việc điều chỉnh nhiệt độ và áp suất ngưng tụ là cần thiết khi vận hành ở tải một phần hoặc trong điều kiện thời tiết thuận lợi như mùa đông Để giảm tốc độ quạt gió, có thể che bớt một phần dàn ngưng, trong đó một phương pháp hiệu quả là ngập lỏng một phần dàn ngưng, từ đó vô hiệu hóa quá trình trao đổi nhiệt Phương pháp này được gọi là điều chỉnh phía môi chất lạnh.
Phương pháp điều chỉnh không khí có ưu điểm là không yêu cầu lượng môi chất lạnh lớn và không cần bình chứa lớn, giúp tiết kiệm không gian Trong mùa đông, cần một bình chứa lớn để giữ lượng môi chất lỏng, trong khi mùa hè yêu cầu toàn bộ lượng lỏng phải được giải phóng để tối ưu hóa bề mặt dàn ngưng tụ Hai phương pháp điều chỉnh chính bao gồm việc ngắt hoặc thêm quạt gió dựa trên tín hiệu áp suất hoặc nhiệt độ, cho phép điều chỉnh dễ dàng cho các dàn ngưng có nhiều quạt gió ly tâm hoặc hướng trục.
Một giải pháp hiệu quả cho việc điều khiển quạt là sử dụng áp suất đầu đẩy của máy nén Phương pháp này không chỉ đáng tin cậy mà còn tiết kiệm chi phí Có thể áp dụng rơle áp suất trình tự hoặc rơle áp suất riêng lẻ, cả hai đều dễ dàng tìm thấy trên thị trường Tín hiệu áp suất từ rơle sẽ phản ánh áp suất đầu đẩy của máy nén, và tiếp điểm đóng mở của rơle sẽ được kết nối với nguồn điện cung cấp cho động cơ quạt.
Phương pháp sử dụng rơle áp suất để đóng ngắt quạt có thể áp dụng cho dàn ngưng với một quạt duy nhất, nhưng không phù hợp với hệ thống lạnh có quạt truyền động từ động cơ máy nén Đối với dàn ngưng có nhiều quạt, có thể sử dụng rơle
Bài 4: Tự động hóa thiết bị bay hơi Giới thiệu
Bài viết này trình bày các phương pháp điều chỉnh áp suất và nhiệt độ của thiết bị bay hơi, nhằm nâng cao hiệu suất và đảm bảo an toàn cho hệ thống lạnh Qua đó, học sinh sẽ có cái nhìn tổng quát về cách thức điều chỉnh và kiểm soát nhiệt độ cũng như áp suất trong thiết bị bay hơi.
- Nắm được vị trí, vai trò của thiết bị bay hơi trong hệ thống lạnh
- Nắm được cấu tạo, nguyên lý làm việc của các loại thiết bị bay hơi và ứng dụng của chúng
Trong bài viết này, chúng ta sẽ phân biệt các thiết bị bay hơi sử dụng cho các môi chất khác nhau Đồng thời, chúng ta sẽ nhận diện được
- Vệ sinh được một số thiết bị bay hơi;
- Cẩn thận, chính xác, an toàn
- Yêu nghề, ham học hỏi
Tự động hóa thiết bị bay hơi là việc trang bị cho thiết bị những công cụ và thiết bị tự động, giúp nó hoạt động một cách bình thường mà không cần sự can thiệp hay giám sát của công nhân.
Những dụng cụ tự động thực hiện hai chức năng chính :
- Cấp đầy đủ và đều đặn (có thể theo chương trình hoặc chu kỳ) môi chất lỏng cho thiết bị bay hơi
Để bảo vệ thiết bị bay hơi và hệ thống lạnh, cần tránh các chế độ làm việc nguy hiểm và không kinh tế, chẳng hạn như tình trạng ứ lỏng ở thiết bị bay hơi Hiện tượng này có thể gây ra lỏng lọt vẽ máy nén, dẫn đến va đập thủy lực hoặc thủy kích khi phụ tải nhiệt của thiết bị bay hơi tăng đột ngột.
Phương pháp và dụng cụ tự động hóa, cùng với hệ thống bảo vệ tự động, cần được điều chỉnh theo từng loại thiết bị bay hơi và môi chất lạnh cụ thể Tương tự như thiết bị ngưng tụ, thiết bị bay hơi cũng được phân loại thành hai nhóm chính.
Bình bay hơi làm lạnh chất lỏng trong đó có loại môi chất lạnh sôi trong ống và loại môi chất lạnh sối ngoài ống
Dàn bay hơi làm lạnh không khí trực tiếp, môi chãt lạnh sôi trong ống.
Tự động hóa thiết bị bay hơi
Tự động cấp lỏng cho thiết bị bay hơi
Bộ cấp lỏng cho thiết bị bay hơi là một phần thiết yếu trong hệ thống lạnh tự động hóa Việc cấp lỏng được thực hiện thông qua bộ điều chỉnh cấp lỏng, có thể là bằng tay hoặc tự động Chỉ cần một sự thay đổi nhỏ, như thay đổi phụ tải nhiệt hay nhiệt độ môi trường bên ngoài, cũng có thể gây ra tình trạng ứ lỏng trong thiết bị bay hơi Điều này dẫn đến nguy cơ máy nén hút phải lỏng, gây ra va đập thủy lực cho máy nén.
Mức lòng của thiết bị bay hơi đóng vai trò quan trọng trong hiệu suất năng lượng của máy lạnh Hầu hết các thiết bị bay hơi đều được thiết kế với mức lỏng tiêu chuẩn; nếu thấp hơn hoặc cao hơn mức này, hiệu quả năng lượng sẽ giảm do không sử dụng tối ưu diện tích bề mặt trao đổi nhiệt Điều này có thể dẫn đến các vấn đề nghiêm trọng, bao gồm nguy cơ lỏng lọt vào máy nén.
Mức chứa lỏng của thiết bị bay hơi được xác định bởi diện tích bề mặt trao đổi nhiệt, tuy nhiên, việc đo lường trực tiếp diện tích này gặp nhiều khó khăn.
Ba chỉ tiêu gián tiếp để đánh giá mức độ cấp lỏng cho thiết bị bay hơi bao gồm: độ quá nhiệt của hơi ra khỏi thiết bị bay hơi.
Mức lỏng của môi chất Áp suất bay hơi Ấp suất bay hơi
Dụng cụ điều chỉnh tự động là thiết bị cần thiết để tự động cấp lỏng cho máy bay hơi Loại dụng cụ này được chia thành hai loại chính: dụng cụ điều chỉnh cấp lỏng dựa trên độ quá nhiệt của hơi hút về máy nén.
Dụng cụ điểu chỉnh mức lỏng
Dụng cụ duy trì khống chế áp suất bay hơi không đổi hiện nay sử dụng phương pháp điều chỉnh cấp lỏng theo độ quá nhiệt hơi hút, phản ánh đúng độ khô của hơi, một thông số quan trọng để ngăn lỏng vào máy nén Độ quá nhiệt càng cao càng đảm bảo an toàn cho máy nén, nhưng hiệu quả trao đổi nhiệt lại kém Việc lựa chọn độ quá nhiệt phù hợp cho mỗi hệ thống lạnh là rất quan trọng Độ quá nhiệt hơi hút dễ xác định, nhưng thực tế luôn có pha lỏng trong dòng hơi ra khỏi thiết bị, đặc biệt trong hệ thống lạnh freon Độ chính xác của nhiệt độ sôi và độ quá nhiệt phụ thuộc vào phương pháp đo lường Mặc dù vậy, độ quá nhiệt ở lối ra thiết bị bay hơi vẫn là tiêu chí đánh giá mức độ cấp lỏng, có thể áp dụng cho mọi môi chất lạnh, trừ các bình bay hơi không có thể tích cần thiết Đối với bình bay hơi kiểu ngập, chỉ tiêu cấp lỏng là mức lỏng trong thiết bị, có thể đo và cấp theo nguyên lý bình thông nhau Tuy nhiên, với freon, do hòa tan dầu hoàn toàn và đặc tính thiết bị thay đổi, việc áp dụng nguyên lý bình thông nhau gặp khó khăn, do đó thường cấp lỏng theo độ quá nhiệt.
2.1 Cấp lỏng theo độ quá nhiệt hơi hút
Năng suất lạnh Q của thiết bị bay hơi được xác định theo biểu thức :
Qo = kF∆t lb trong đó : k - hệ số truyền nhiệt, W/m2K ;
F - diện tích bẽ mặt trao đổi nhiệt, m2 ;
∆t lb - hiệu nhiệt độ trung bình logarit, K
Trong hệ thống trao đổi nhiệt với diện tích bề mặt F không đổi, hệ số truyền nhiệt k phụ thuộc vào mức lỏng trong thiết bị bay hơi và độ quá nhiệt của hơi hút vào máy nén Cụ thể, mức lỏng tỷ lệ nghịch với độ quá nhiệt: khi mức lỏng giảm, độ quá nhiệt tăng và ngược lại, khi mức lỏng tăng, độ quá nhiệt giảm.
Độ quá nhiệt không thể chọn bằng không vì điều này sẽ gây nguy hiểm cho hệ thống lạnh Để đảm bảo hoạt động an toàn và hiệu quả truyền nhiệt cao, cần xác định mức độ quá nhiệt phù hợp Ống mao, hay còn gọi là ống mao dẫn, có đường kính từ 0,6 đến 2mm và chiều dài từ 0,5 đến 5m, đóng vai trò quan trọng trong việc kết nối phin lọc dàn ngưng tụ với dàn bay hơi trong hệ thống lạnh nhỏ Với thiết kế đơn giản và không có chi tiết chuyển động, ống mao đảm bảo độ tin cậy cao, giúp khởi động máy dễ dàng sau khi máy nén ngừng hoạt động trong vài phút, khi áp suất hai bên hút và đẩy đã cân bằng.
Ống mao có nhược điểm là dễ bị tắc và không thể điều chỉnh do là cơ cấu tiết lưu cố định, nên chỉ thích hợp cho hệ thống lạnh nhỏ như tủ lạnh gia đình và máy điều hòa nhiệt độ có công suất lên đến 24,000 BTU/h Năng suất lạnh được điều chỉnh bằng thermostat hoặc rơle nhiệt độ; khi đủ lạnh, rơle ngắt mạch máy nén, và khi nhiệt độ vượt mức cho phép, rơle sẽ đóng mạch để máy nén hoạt động trở lại Độ quá nhiệt hơi hút cần được tính toán kỹ trước khi nạp, ví dụ như với tủ lạnh, đường ống hút ra khỏi vỏ máy nén phải có nhiệt độ đủ cao để tránh hiện tượng ngưng tụ gây ướt sũng cách nhiệt vỏ tủ.
Van tiết lưu nhiệt, hay van tiết lưu điều chỉnh tự động, hoạt động dựa vào độ quá nhiệt của hơi hút từ máy nén Có hai loại van tiết lưu: van tiết lưu nhiệt cân bằng trong và van tiết lưu nhiệt cân bằng ngoài Van cân bằng trong thường chỉ được sử dụng cho các máy lạnh nhỏ với dàn bay hơi có tổn thất áp suất không lớn Đối với các dàn lạnh có công suất lớn và tổn thất áp suất cao, cần sử dụng van tiết lưu cân bằng ngoài để duy trì áp suất và nhiệt độ bay hơi ổn định.
Van tiết lưu nhiệt cân bằng ngoài được trang bị ống nối để lấy tín hiệu áp suất hút gần đầu máy nén, giúp cải thiện độ chính xác của hệ thống Việc đặt ống nối càng gần đầu máy nén càng tốt giúp giảm thiểu tổn thất áp suất do dàn bay hơi gây ra, từ đó cung cấp tín hiệu áp suất hút bổ sung Điều này giúp hoàn thiện chế độ cấp lỏng cho dàn bay hơi, với khả năng điều chỉnh linh hoạt thông qua van tiết lưu điện tử.
Van tiết lưu điện tử hoạt động dựa trên nguyên tắc nhận tín hiệu quá nhiệt và có thể kết hợp tín hiệu áp suất hút Tín hiệu này được xử lý qua bộ xử lý điện tử để điều khiển động cơ van tiết lưu, từ đó điều chỉnh mức độ mở hoặc đóng kim van phù hợp với nhu cầu cung cấp môi chất lỏng cho dàn bay hơi.
Tự động hóa máy lạnh và buồng lạnh
Máy làm lạnh chất tải lạnh
Máy làm lạnh chất tải lạnh, đặc biệt là máy làm lạnh nước (Water chiller) và máy làm lạnh chất lỏng (Liquid chiller), đang được sử dụng phổ biến trong kỹ thuật điều hòa không khí Những thiết bị này thường là các tổ hợp lạnh khép kín, được chế tạo, lắp ráp và thử nghiệm hoàn chỉnh tại nhà máy sản xuất, đảm bảo chất lượng, độ tin cậy và tuổi thọ cao.
Máy làm lạnh chất lỏng sử dụng các loại máy nén như pittông, trục vít hoặc ly tâm, với thiết bị ngưng tụ thường là bình ngưng ống vỏ hoặc dàn ngưng giải nhiệt gió Thiết bị bay hơi có thể là bình bay hơi ống vỏ hoặc sôi trong không gian giữa các ống Đối với máy nén pittông, năng suất lạnh có thể được điều chỉnh bằng cách ngắt từng máy nén trong các tổ hợp nhiều máy hoặc ngắt từng xilanh trong các tổ hợp ít máy Nhiều hãng chế tạo chiller cho phép điều chỉnh năng suất lạnh lên tới 8 bậc, ví dụ như tổ hợp 4 máy nén với mỗi máy có 4 xilanh chia thành 2 cụm, cho phép điều chỉnh ở các mức 0%, 12,5%, 25%, 37,5%, 50%, 62,5%, 75%, 87,5% và 100%.
1.1 Máy làm lạnh chất tải lạnh, môi chất sôi trong không gian giữa các ống, máy nén làm việc theo kiểu ON –OFF
Máy lạnh sử dụng môi chất amoniac hoạt động hiệu quả nhờ vào rơle mức lỏng LC, điều khiển van điện từ để cấp chất lỏng cho bình bay hơi Khi mức chất lỏng giảm xuống dưới mức quy định, rơle sẽ mở van điện từ để cung cấp chất lỏng cho bình Ngược lại, khi mức chất lỏng đạt yêu cầu, rơle sẽ ngắt van điện từ, đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định.
Trên đường ra của chất tải lạnh t12, rơle nhiệt độ T được lắp đặt để theo dõi nhiệt độ Khi nhiệt độ t12 đạt yêu cầu, rơle T sẽ phát tín hiệu ngắt máy nén Ngược lại, khi nhiệt độ t12 vượt quá mức cho phép, rơle T sẽ kích hoạt máy nén hoạt động trở lại.
Rơle nhiệt độ không chỉ phát tín hiệu đóng và ngắt cho máy nén mà còn điều khiển van điện từ để điều chỉnh việc cấp lỏng cho bình bay hơi, hoàn toàn độc lập với rơle mức lỏng.
1.2 Máy lạnh với bình bay hơi môi chất sôi trong ống , máy nén làm việc theo kiểu ON – OFF
Sơ đồ này chủ yếu được sử dụng cho mồi chất freon thông qua phương pháp cấp lỏng theo độ quá nhiệt Hình vẽ minh họa máy lạnh freon làm lạnh chất lỏng, với môi chất sồi trong ống và máy nén hoạt động theo kiểu ON-OFF.
Việc cung cấp môi chất lạnh lỏng cho bình bay hơi chủ yếu được thực hiện thông qua van tiết lưu nhiệt cân bằng ngoài 2 Van này có đầu cảm nhiệt được đặt trên đường ra của hơi hút về máy nén và còn có đường cân bằng áp suất kết nối với đường hút.
Van điện từ 1 có chức năng ngắt cung cấp lỏng khi máy nén ngừng hoạt động Khi máy nén hoạt động, van điện từ sẽ mở, và khi máy nén dừng, van điện từ sẽ ngắt đường cấp lỏng.
Rơ le nhiệt độ 4 được lắp đặt với đầu cảm nhiệt độ trên đường chất tải lạnh, giúp thu thập tín hiệu nhiệt độ từ chất tải lạnh ra t12 để điều khiển việc đóng ngắt máy nén Tương tự như máy lạnh amoniac đã đề cập trước đó, máy lạnh hoạt động theo chu kỳ ON-OFF, trong đó các giá trị nhiệt độ cũng dao động theo chu kỳ hoạt động của máy nén.
Lưu lượng môi chất lạnh vào bình bay hơi được điều chỉnh liên tục theo tỷ lệ, với van tiết lưu mở rộng khi độ quá nhiệt hơi hút cao, và đóng lại khi độ quá nhiệt giảm Để giảm tần suất ngắt máy nén, các bình trữ lạnh thường được thiết kế với khối lượng chất tải lạnh lớn, giúp cung cấp lạnh ổn định cho hệ tiêu thụ và duy trì chế độ làm việc hiệu quả cho máy nén và máy lạnh.
1.3 Máy lạnh với bình bay hơi môi chất sôi trong ống, máy nén điều chỉnh năng suất lạnh theo kiểu ngắt cụm xilanh
Bình bay hơi môi chất sôi trong ống thường được sử dụng cho môi chất freôn, kết hợp với van tiết lưu nhiệt cân bằng ngoài để cung cấp lỏng Van này hoạt động dựa trên độ quá nhiệt của hơi hút về máy nén.
Khi sử dụng máy nén, việc điều chỉnh năng suất lạnh có thể thực hiện thông qua việc ngắt từng cụm xilanh, ví dụ như máy 8 xilanh chia thành 4 cụm với khả năng điều chỉnh năng suất lạnh ở 4 mức 0-25-50-75-100% Tuy nhiên, việc sử dụng một van tiết lưu nhiệt gặp khó khăn vì năng suất lạnh của van này thường chỉ dao động khoảng 30% so với năng suất định mức Do đó, để đạt được khả năng điều chỉnh năng suất lạnh theo 4 bậc như yêu cầu, cần ít nhất 2 van tiết lưu.
Máy lạnh freon với bình bay hơi môi chất sôi trong ống, máy nénn ngắt từng cụm xilanh
Máy nén lạnh là loại 4 xilanh, ngắt được từng xilanh hoặc 8 xilanh ngắt được từng cụm 2 xilanh,
Bì nh ngưng tụ có 2 phương án:
Một bình ngưng duy nhất cho toàn bộ năng suất lạnh có thể gặp khó khăn trong việc điều chỉnh áp suất ngưng tụ Khi năng suất lạnh giảm, nhiệt độ và áp suất ngưng tụ cũng sẽ giảm theo, dẫn đến việc cần phải điều chỉnh lưu lượng nước cho phù hợp.
Bình ngưng độc lập có ưu điểm là dễ dàng điều chỉnh áp suất ngưng tụ, nhưng thiết kế phức tạp do có hai bình ngưng Trong bài viết này, chúng tôi chọn phương án sử dụng một bình ngưng duy nhất, kết hợp giữa van điện từ và van điều chỉnh bằng tay để điều chỉnh áp suất ngưng tụ hiệu quả.
Bình bay hơi được thiết kế với một bình chứa và hai hệ ống riêng biệt Dòng lỏng từ bình ngưng tụ được chia thành hai nhánh, mỗi nhánh cung cấp cho một hệ thống ống riêng trong bình bay hơi Mỗi nhánh đều được trang bị một van điện từ và một van tiết lưu nhiệt cân bằng ngoài, giúp lấy tín hiệu nhiệt độ và áp suất từ nhánh ra khỏi bình bay hơi về máy nén.
Máy lạnh làm lạnh trực tiếp không khí trong buồng lạnh
Máy lạnh với dàn bay hơi trực tiếp có khả năng làm lạnh không khí bằng đối lưu tự nhiên hoặc cưỡng bức Các dàn lạnh đối lưu tự nhiên thường được ứng dụng trong những hệ thống lạnh nhỏ như tủ lạnh gia đình, tủ lạnh thương mại và các buồng lạnh nhỏ sử dụng môi chất amoniac.
2.1 Máy lạnh với một buồng lạnh
Máy nén freôn thường là loại máy nhỏ hoặc trung bình, có thể là kín, nửa kín hoặc hở Thiết bị ngưng tụ có thể là bình ngưng tụ ống vỏ giải nhiệt nước hoặc dàn ngưng tụ giải nhiệt gió Hệ thống van điện từ cung cấp cấp lỏng cho dàn bay hơi và van tiết lưu nhiệt cân bằng ngoài giúp duy trì nhiệt độ ổn định trong buồng lạnh Năng suất lạnh được điều chỉnh bằng phương pháp ON-OFF của máy nén, với việc đóng ngắt có thể thực hiện trực tiếp qua rơle nhiệt độ T hoặc qua rơle nhiệt độ T để điều khiển van điện từ, sau đó là rơle hạ áp để ngắt máy nén Chương trình phá băng dàn lạnh và sưởi cácte máy nén được tự động hóa nhờ vào hệ thống điều khiển tự động.
2.2 Máy lạnh với nhiều buồng lạnh xấp xỉ nhiệt độ
Hệ thống lạnh bao gồm nhiều buồng lạnh với nhiệt độ tương đương hoặc chênh lệch không đáng kể, phù hợp cho năng suất lạnh nhỏ, trung bình và lớn Mỗi buồng lạnh được trang bị một hoặc nhiều dàn lạnh cùng với hệ thống cấp lỏng riêng biệt Các dàn bay hơi được liên kết thành một hệ thống thống nhất, trong đó nhiệt độ của từng buồng lạnh được kiểm soát độc lập Cụ thể, hệ thống này có 3 buồng lạnh B1, B2 và B3, tương ứng với 3 dàn lạnh và 3 hệ thống cấp lỏng, mỗi hệ thống có 3 van điện từ và 3 van tiết lưu nhiệt.
Rơ le nhiệt độ 3 có chức năng duy trì nhiệt độ phòng ổn định bằng cách điều khiển van điện từ cấp lỏng 2 Máy nén được điều chỉnh công suất lạnh phù hợp cho cả chế độ làm việc đầy tải (khi tất cả ba buồng hoạt động) và chế độ làm việc một phần tải (khi chỉ 1 hoặc 2 buồng hoạt động).
Khi cả ba phòng đạt đủ độ lạnh, van điện từ sẽ ngắt, ngừng cung cấp chất lỏng và máy nén sẽ dừng hoạt động Tuy nhiên, khi bất kỳ van điện từ nào mở để cấp chất lỏng cho dàn, máy nén sẽ khởi động lại.
2.3 Máy lạnh với nhiều buồng lạnh khác nhiệt độ
Khi nhiệt độ các buồng lạnh tương đương, một máy nén lạnh có thể được sử dụng cho cả hai, nhưng nếu nhiệt độ chênh lệch lớn, mỗi buồng lạnh cần một máy nén riêng và hệ thống cấp lỏng riêng biệt Điều này cho phép hệ thống hoạt động tự động với bình ngưng và dàn ngưng có thể chung Đặc biệt, đối với hệ thống lạnh amoniac lớn, việc sử dụng chung là khả thi, trong khi đối với hệ thống freon, việc sử dụng máy nén riêng biệt sẽ thuận lợi hơn trong lắp đặt, vận hành, bảo trì, sửa chữa, vận chuyển và thử nghiệm.
Trong những tình huống khó khăn, khi chỉ có một máy nén, cần vận hành máy nén ở chế độ nhiệt độ sôi của buồng lạnh thấp nhất Toàn bộ hệ thống cấp lỏng và tự động hóa cũng cần được điều chỉnh tương tự như máy lạnh với nhiều buồng lạnh có nhiệt độ xấp xỉ.
Nhiệt độ trong các buồng lạnh được điều chỉnh tự động thông qua rơle nhiệt độ, giúp kiểm soát việc cấp lỏng cho dàn bay hơi bằng van điện từ Tất cả các buồng lạnh đều có áp suất bay hơi và nhiệt độ bay giống nhau.
Sự khác biệt về nhiệt độ giữa dàn lạnh và buồng chứa dẫn đến độ chênh lệch nhiệt độ không giống nhau Khi nhiệt độ yêu cầu trong buồng cao nhưng nhiệt độ bay hơi lại quá thấp, độ ẩm tương đối trong buồng lạnh sẽ giảm xuống đáng kể Điều này gây ra tình trạng rau, hoa, quả và các thực phẩm không được bao gói bị khô héo, dẫn đến tỷ lệ tổn thất khối lượng do khô ngót tăng cao Do đó, việc điều chỉnh và duy trì độ ẩm ở mức yêu cầu trở nên rất khó khăn.
Điều chỉnh nhiệt độ và độ ẩm trong buồng lạnh
Nhiều buồng lạnh yêu cầu kiểm soát độ ẩm rất nghiêm ngặt để bảo quản sản phẩm như rau, hoa, quả và các sản phẩm hô hấp như trứng Độ ẩm, bên cạnh nhiệt độ, là yếu tố quan trọng cần được kiểm soát, thậm chí đôi khi còn quan trọng hơn cả nhiệt độ Việc điều chỉnh nhiệt độ và độ ẩm có ứng dụng rộng rãi trong kỹ thuật điều hòa không khí.
Trong kỹ thuật lạnh, việc kiểm soát độ ẩm cần được tính toán ngay từ giai đoạn thiết kế buồng lạnh Để duy trì độ ẩm cao, cần đảm bảo độ dày cách nhiệt và cách ẩm tốt, giảm thiểu nhiệt thẩm thấu vào buồng Hệ số làm việc thấp sẽ giúp giảm lượng hơi nước ngưng đọng vào dàn lạnh.
Diện tích trao đổi nhiệt của dàn bay hơi cần phải lớn và luôn được giữ sạch sẽ để ngăn ngừa sự hình thành các tâm ngưng cho hơi nước Ngoài ra, dàn phải được trang bị hệ thống phá băng tự động thường xuyên nhằm tránh tình trạng lớp tuyết dày bám trên bề mặt.
Hiệu nhiệt độ buổng và nhiệt độ bay hơi cần phải nhỏ đề giảm tối thiểu sự ngưng đọng hơi nước vào dàn
Năng suất lạnh của hệ thổng cẩn phải lớn để giảm hệ số làm việc cùa máy lạnh qua đó giảm được sự ngưng tụ hơi nước
Giảm sự tuần hoàn không khí lạnh qua dàn lạnh giúp hạn chế ngưng tụ hơi nước, đặc biệt trong các buồng lạnh lớn Sử dụng dàn lạnh tĩnh với amoniăc có thể tăng độ ẩm và giảm thiểu tổn thất khối lượng sản phẩm bảo quản do hiện tượng co ngót.
Do nhiệt độ bay hơi tại dàn lạnh thấp hơn nhiều so với nhiệt độ đọng sương của không khí trong buồng lạnh, quá trình ngưng đọng hơi nước vào dàn lạnh diễn ra liên tục Chính nhờ quá trình này, việc khử ẩm trong phòng lạnh trở nên dễ dàng hơn so với việc tăng ẩm.
Muốn khử ẩm chi cần hạ nhiệt độ bay hơi trong dàn lạnh Hạ nhiệt độ bay hơi có nhiểu cách như sau :
Giảm diện tích bễ mặt trao đổi nhiệt
Giảm tốc độ quạt dàn lạnh hoặc cho chạy theo chế độ ON-OFF (ngừng quạt cho t o giảm, sau đó cho quạt chạy rổi lại ngừng)
Muổn duy trì độ ẩm cao trong buống lạnh cần phải
Sử dụng máy phun ẩm chỉ nên áp dụng cho các buồng có nhiệt độ từ +3°C trở lên, đặc biệt là trong các buồng điều hòa không khí Đối với các buồng có nhiệt độ dưới +3°C, biện pháp duy nhất là giữ cho chênh lệch giữa nhiệt độ buồng và nhiệt độ bay hơi ở mức nhỏ.
3.2 Điều chỉnh độ ẩm nhờ độ quá nhiệt nhiệt Độ ẩm trong buổng lạnh phụ thuộc chù yếu vào hiệu nhiệt độ buồng và nhiệt độ bay hơi
Nhiều sản phẩm bảo quản yêu cầu độ ẩm thấp, nhưng một số trường hợp bảo quản, độ ẩm không khí yêu cầu rất cao
Các tính toán cân bằng nhiệt ẩm rất phức tạp, nhưng bài viết này sẽ giới thiệu đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa độ ẩm và nhiệt độ buồng, cũng như nhiệt độ bay hơi Điều này được thực hiện dựa trên kinh nghiệm đối với các loại sản phẩm bảo quản, bao gồm sản phẩm không đóng gói, sản phẩm đông lạnh và sản phẩm đóng gói.
3.3 Gia ẩm bằng phun ẩm
Trong kỹ thuật điêu hòa không khí có thể điều chỉnh và khống chế độ ầm theo những phương pháp sau :
Hệ thống bay hơi nước qua các tấm chắn và đĩa hút nước tạo ra diện tích bay hơi lớn nhờ hiện tượng mao dẫn khi nhúng vào nước Các thiết bị này rất tiện lợi cho nhiều không gian như nhà ở, văn phòng, bảo tàng, phòng máy và kho Tuy nhiên, chúng không hiệu quả trong các phòng lạnh do nước bay hơi yếu ở nhiệt độ thấp.
Mũi phun sương và máy phun quay kiểu ly tâm thường được áp dụng trong các ngành công nghiệp nhẹ như giấy, gỗ, vải sợi, may mặc và in ấn chất dẻo Những thiết bị này có thể hoạt động hiệu quả trong các buồng lạnh với nhiệt độ trên 3°C.
Khi thực hiện phun ẩm bằng nước có cùng nhiệt độ, không khí sẽ trải qua sự biến đổi theo đường đẳng nhiệt, dẫn đến tăng độ ẩm và giảm nhiệt độ Cần chú ý để đảm bảo rằng nhiệt độ không giảm quá mức cho phép.
Phun hơi, hay còn gọi là phun ẩm không khí bằng hơi nước, là một phương pháp quan trọng trong các hệ thống điều hòa không khí Có hai loại phun hơi: loại đầu tiên sử dụng trực tiếp hơi nước từ lò hơi hoặc mạng hơi nước, trong khi loại thứ hai sử dụng máy phun hơi với điện trở đốt nóng để đun nước.
Điều chỉnh khí tươi trong buồng lạnh
Các buồng lạnh được sử dụng để bảo quản các sản phẩm hô hấp như rau, hoa, quả và trứng Để đảm bảo chất lượng sản phẩm, cần kiểm soát nhiệt độ, độ ẩm và lượng khí tươi Lượng khí tươi cần thiết được xác định dựa trên giới hạn nồng độ CO2 cho phép.
Nồng độ C02 cho phép đối với người và đối với các sản phẩm khác nhau là khác nhau
Trong các phòng lạnh có công nhân làm việc hoặc các phòng điếu hòa không khí người ta tính toán lượng khí tươi như sau :
Một người trưởng thành hít vào khoảng 0,5m 3 /h (tương đương 0,6kg/h) Khi làm công việc nặng lượng không khí hít vào có thể tăng lên từ 3 đến 6 lần
Khi hít vào và thở ra, cơ thể hấp thụ và thải ra khoảng 20 đến 40 lít CO2 mỗi giờ Nồng độ CO2 trong không khí thở ra cao gấp 100 lần so với nồng độ trong không khí tươi.
Nồng độ C02 của không khí tươi nằm trong khoảng 0,04%, khí thở ra khoảng 4%
Nổng độ C02 của không khí trong phòng lạnh có người ở theo quy định vệ sinhkhông được vượt quá 0,14%
Lượng khí tươi cần thiết cho một người trưởng thành được tính toán là 20m³/h Đối với các sản phẩm hô hấp, có hai phương pháp bảo quản lạnh hiệu quả.
Để bảo quản khí hiệu quả, phòng bảo quản cần được thiết kế kín và kiểm soát thành phần khí một cách nghiêm ngặt Chẳng hạn, trong việc bảo quản hoa quả, nồng độ CO2 nên duy trì từ 5-10%, nồng độ oxy từ 2,5-10%, và phần còn lại là nitơ Phương pháp này giúp kéo dài thời gian bảo quản hoa quả một cách đáng kể.
Bảo quản lạnh thường được áp dụng cho hạt giống và khoai tây giống, trong đó cần kiểm soát nồng độ CO2 không vượt quá giới hạn cho phép Cụ thể, đối với khoai tây giống, nồng độ CO2 tối đa cho phép là 1,0%, nhưng thường được chọn ở mức 0,5% để đảm bảo chất lượng.
Cường độ quá trình hô hấp và lượng nhiệt thải ra phụ thuộc vào loại sản phẩm, nhiệt độ môi trường, thành phần không khí và độ ẩm của môi trường.
Trong hệ thống điều hòa không khí, việc cung cấp không khí tươi vào phòng có thể thực hiện bằng nhiều phương pháp khác nhau, nhưng cần phải qua quá trình xử lý lạnh trước khi đưa vào không gian sử dụng.
Trong các hệ thống điểu hòa trung tâm, khí tươi được xử lý ở AHU (Air – Handling Unit) sau đó đưa theo các ống dẫn không khí vào các phòng
Bài 6: Sơ đồ tự động hệ thống lạnh
Bài học này cung cấp cho sinh viên cái nhìn tổng quan về các ký hiệu cơ bản trong thiết kế và thi công hệ thống lạnh cũng như điều hòa không khí Tài liệu này sẽ là nguồn tham khảo hữu ích cho sinh viên trong quá trình học tập và thực hành trong lĩnh vực lạnh và điều hòa không khí.
- Nắm được nhiệm vụ, vị trí lắp đặt, cấu tạo, nguyên lý làm việc của các thiết bị trên mô hình máy lạnh
- Nắm được nguyên lý, phương pháp kết nối, vận hành một mô hình hệ thống điện - lạnh của một máy lạnh đơn giản nhất
Nhận biết các loại thiết bị và xác định đầu ra, đầu vào của chúng là rất quan trọng Đánh giá tình trạng thiết bị, tính năng kỹ thuật và hướng dẫn lắp đặt các thiết bị trên mô hình giúp người dùng sử dụng hiệu quả hơn.
Biết cách gia công đường ống và kết nối, cũng như vận hành hệ thống điện - lạnh của một mô hình máy lạnh đơn giản là rất quan trọng Điều này đảm bảo thực hiện đúng kỹ thuật và phương pháp, đồng thời đảm bảo an toàn trong quá trình làm việc Hơn nữa, khả năng đánh giá hiệu suất hoạt động của mô hình cũng là một yếu tố cần thiết để đảm bảo hệ thống hoạt động hiệu quả.
- Cẩn thận, chính xác, an toàn
- Yêu nghề, ham học hỏi
Sơ đồ tự động hệ thống lạnh là bản vẽ chi tiết ghi chú tất cả các thiết bị tự động cần thiết được thiết kế cho hệ thống lạnh Để tạo ra sơ đồ tự động, trước tiên cần có sơ đồ hệ thống lạnh với các quy ước về ký hiệu bản vẽ cụ thể.
Các sơ đồ quá trình phải cung cấp các thông tin cơ bản và thông tin phụ kèm theo
Các thông tin cơ bản có thể bao gổm:
Tất cả các máy móc và thiết bị thiết yếu cho quy trình công nghệ, cùng với các đường ống chính kết nối giữa các thiết bị, đều đóng vai trò quan trọng trong việc thể hiện quy trình công nghệ.
Ký hiệu chất vào và ra (ví dụ : sàn phẩm lạnh), ghi chú về lưu lượng cũng như số lượng
Ghi chú vể môi chất lạnh và chất tải lạnh
Ghi chú về các điều kiện và đặc tính vận hành thông tin phụ có thể được thỏa thuận giữa bên chủ đầu tư và bên nhận thầu, bao gồm việc đặt tên và ký hiệu cho các chất trong quy trình công nghệ, cũng như các ghi chú liên quan đến lưu lượng và khối lượng.
Các loại dụng cụ chủ yếu
Các yêu cầu vể đo đếm, đo đạc, điều khiển, điểu chỉnh, an toàn, bào vệ
Các điều kiện vận hành phụ
Các sơ đồ đường ống và dụng cụ cần cung cấp thông tin cơ bản và thông tin phụ, đồng thời mô tả đầy đủ toàn bộ trang thiết bị của công trình Thông tin cơ bản bao gồm:
Tất cả máy móc và thiết bị, bao gồm cả các hệ thống truyền động, ống dẫn, đường vận chuyển, cùng với dụng cụ và thiết bị an toàn đều được liệt kê.
Kích thước danh nghĩa đường ống hoặc đường kính và chiễu dài thành ống
Biểu diễn cách nhiệt cùa thiết bị, đường ống và máy
