BÀI 5: HỆ THỐNG TỜI, NEO, CẨU, MÁY LÁI
7.2. Một số kiến thức cơ bản
− Đối với thực phẩm là rau xanh, trái cây: 5 – 100C.
− Đối với thịt các loại: từ -5 đến -100C.
− Đối với hải sản: từ -10 đến -200C.
− Đối với điều hoà không khí:
+ Nhiệt độ từ 18 – 280C.
+ Độ ẩm từ 50 – 60%.
+ Độ sạch của không khí: lọc bụi, mùi.
7.2.2. Sơ đồ máy lạnh cơ bản (sử dụng công chất Freon)
− Máy nén (MN)
− Bỡnh ngửng (BN)
− Van tieỏt lửu (VTL)
− Dàn bay hơi (DBH) a) Nguyên lí hoạt động
− Khi MN hoạt động (nhờ động cơ điện lai) hút công chất từ DBH ở trạng thái hơi bảo hoà.
Ra khỏi MN là hơi quá nhiệt (áp suất đạt tới Pk) và đưa vào BN. Tại BN công chất được làm mát đến nhiệt độ ngưng tụ và trở thành thể lỏng đi vào VTL. Khi ra khỏi VTL công chất có trạng thái hơi ẩm (P giảm).
− Khi đến DBH công chất nhận nhiệt của
vật cần làm lạnh. Công chất sôi và bay hơi Hình 29:Sơ đồ một máy lạnh cơ bản (thành hơi bảo hoà) trở về MN.
MN Hơi quá nhiệt
Hơi bảo hoà
Hơi ẩm (lỏng) Lỏng
DBH
VÙNG CAO ÁP VTL VÙNG THẤP ÁP
SW BèNH NGệNG
b) Nhận xét:
− Máy lạnh có nhiệm vụ liên tục nhận nhiệt của môi trường cần làm lạnh có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ môi trường rồi nhả ra môi trường. Điều này không thể tự nhiên xảy ra được vì theo định luật nhiệt động lực học hai thì nhiệt lượng không thể tự nó truyền từ vật lạnh sang vật nóng. Điều này chỉ thực hiện được trên cơ sở tiến hành các chu trình nhiệt động, trong đó phải đưa thêm công ngoài để thực hiện chu trình (nên gọi là chu trình cacnô ngược).
7.2.3. Cấu tạo các thiết bị a) Máy nén:
− Nhiệm vụ: Truyền năng lượng cho công chất lạnh, tạo áp suất cao, vận chuyển công chất trong hệ thoáng (N = 5 – 50kW).
− Cấu tạo: Hiện nay thường sử dụng máy nén do động cơ lai có 2 loại máy nén thông dụng:
+ Máy nén kiểu piston (1, 2 cấp).
+ Máy nén trục vít.
− Tuỳ theo công suất của hệ thống mà máy nén có 2 loại:
+ Máy nén hở: động cơ điện độc lập lai máy nén qua khớp nối hoặc dây curoa. Chỉ sử dụng cho hệ thống có công suất lớn.
ệu ủieồm:
− Dễ vận hành, sửa chữa và bảo quản.
Nhược điểm:
− Công chất dễ dò lọt qua đầu trục.
+ Máy nén kín: động cơ điện và máy nén được đặt trong 1 block kín.
ệu ủieồm:
− Chống dò lọt công chất.
Nhược điểm:
− Khó sửa chữa, chế tạo.
− Chỉ sử dụng cho hệ thống có công suất (N) nhỏ.
b) Bỡnh ngửng.
− Nhieọm vuù:
Bình ngưng là thiết bị trao đổi nhiệt. Trong đó công chất trao nhiệt cho chất làm mát (nước, không khí) để thay đổi trạng thái từ hơi trở thành hơi bảo hoà khô hoặc hoá lỏng.
− Cấu tạo:
+ Thường sử dụng BN dạng ống: công chất bao bọc bên ngoài ống còn nước biển thì đi trong ống (hệ thống lớn).
output
output
F12
input
S.W
input
+ Hoặc công chất đi trong ống được không khí làm mát bên ngoài nhờ đối lưu tự nhiên (không có quạt) hoặc đối lưu cưỡng bức (có quạt). Chỉ sử dụng cho hệ thống nhỏ.
+ Ống bằng đồng.
+ Mặt sàn (lắp đầu ống) bằng đồng. Hình 30: Sơ đồ một bình ngưng + Vỏ hình trụ bằng thép.
+ Nắp 2 đầu bằng gang hoặc đồng.
c) Dàn bay hơi
− DBH là thiết bị trao đổi nhiệt trong đó công chất ở áp suất thấp nhận nhiệt của môi trường cần làm lạnh để sôi và bay hơi. Môi trường cần làm lạnh do trao nhiệt cho công chất nên lạnh đi (áp suất hơi thấp là do máy nén và VTL tạo ra) có các loại DBH sau:
+ DBH làm lạnh chất lỏng (thường là nước hoặc nước muối).
+ DBH làm lạnh không khí.
+ DBH làm ngưng tụ công chất khác.
− Trên tàu thuỷ thường sử dụng DBH làm lạnh không khí để làm lạnh các buồng thực phẩm, hầm hàng và điều hoà không khí.
− DBH làm lạnh không khí thường chia làm 2 loại:
+ DBH dùng đối lưu tự nhiên: không khí được lưu thông theo chiều thẳng đứng do sự chênh lệch tỉ trọng của không khí do chênh lệch nhiệt độ (không có quạt gió).
+ DBH dùng đối lưu cưỡng bức: quạt gió làm không khí lưu thông.
Cấu tạo:
− DBH thường là dạng ống uốn cong có cánh hoặc không có cánh tản nhiệt, được bố trí trong buồng lạnh, hầm hàng, có thể bố trí các mặt của buồng lạnh (6 mặt).
d) Van tieỏt lửu
− VTL có nhiệm vụ làm giảm áp suất của công chất từ Pk (áp suất ngưng tụ) đến áp suất P0. Do phụ tải nhiệt ở DBH luôn thay đổi nên yêu cầu VTL phải cung cấp 1 lượng công chất phù hợp với sự thay đổi đó (khi phụ tải nhiệt lớn → phải cung cấp nhiều công chất và ngược lại). Sao cho DBH luôn luôn được lắp đầy công chất để hệ thống hoạt động kinh tế nhất (diện tích trao đổi nhiệt của DBH lớn nhất).
− Yêu cầu cơ bản đối với VTL:
+ Dễ dàng điều chỉnh một cách chính xác lượng công chất lỏng đi qua.
+ Dễ dàng phát hiện khi có thể hơi đi qua.
+ Có khả năng lọc chất.
+ Công chất làm lạnh: dưới tàu thuỷ hiện nay thường sử dụng các loại công chất sau: NH3, R12, R22...
Hình 31: Hình ảnh một van tiết lưu thật
Hình 32: Van tiết lưu giản nở tỉnh nhiệt cân bằng trong
Amoniaéc (NH3):
− Chỉ còn tồn tại trên các tàu cũ (trước 1970).
− Các tính chất cơ bản:
+ Nhiệt độ sôi ở P0 (áp suất khí quyển) là -33.50 C.
+ Aùp suất ngưng tụ ở 380 C là 14.1 kg/cm2 .
+ Năng suất làm lạnh đơn vị ở -150 C là 1312.69 kJ/kg.
+ Không hoà tan với dầu bôi trơn.
+ Hoà tan vô hạn với nước.
+ Nhẹ hơn không khí (nên cửa thông gió đặt trên cao)
+ Không ăn mòn kim loại nếu không lẫn nước. Khi gặp nước tạo thành dung dịch kiềm (NH4OH): ăn mòn nhiều kim loại đặc biệt là đồng và hợp kim của đồng.
+ Dễ cháy nổ, độc hại với người.
+ Giá rẻ, dễ kiếm (NH3 là nguyên liệu sản xuất phân đạm).
Freon:
− Được sử dụng rộng rãi trên tàu:
TT Các tính chất cơ bản R12 (CF2Cl2 ) R22 (CHF2Cl)
1 Nhiệt độ sôi ở Pkq -290C -40,80C
2 Aùp suất ngưng tụ ở 380C 8,7kg/cm2 14kg/cm2
3 Năng suất làm lạnh đơn vị ở -150C 158,62kJ/kg 218kJ/kg 4 Không màu, không mùi. Không độc
hại.
5 Không cháy nổ, an toàn
6 Hoà tan vô hạn với dầu nhờn Hữu hạn
7 Ít hoà tan với nước 8 Nặng hơn không khí 9 Không ăn mòn kim loại
10 Nếu lẫn nước thì ăn mòn sắt, thép, chì, .... Không ăn mòn đồng
e) Các thiết bị phục vụ hệ thống lạnh
− Thiết bị tự động:
+ Tự động cấp công chất vào DBH, VTL tự động.
+ Tự động điều chỉnh nhiệt độ buồng lạnh (rơle nhiệt, tự động ngắt mạch điện máy nén hoặc mạch điện van điện từ cấp công chất vào DBH.
− Thiết bị bảo vệ:
+ Rơle áp suất (cao, thấp, van an toàn)
+ Rơle áp suất dầu nhờn (khi PLO giảm → ngắt điện máy nén).
Dầu nhờn máy lạnh:
− Nhiệm vụ: Bôi trơn máy nén:
− Tích chaát:
+ Nhiệt động đông đặt phải thấp hơn nhiệt độ sôi của công chất + Daón nhieọt toỏt.
+ Cách điện tốt.
+ Tính bền vững hoá học cao.
+ Không tác dụng hoá học với công chất.
+ Phải tinh khiết, sạch.
f) Các thiết bị khác
− Pin lọc bẩn.
− Pin lọc ẩm (silicagen) SiO2H2O: tách nước.
− Bầu tách dầu (đặt giữa MN và BN) để giữ dầu lại và đưa về cacte máy nén nhằm tăng quá trình trao đổi nhiệt giữa F12 với môi trường (tách theo tỉ trọng và tách bằng chất hấp thụ dầu)
− Bình tách lỏng:( đặt nơi cao nhất hệ thống) gần DBH hoặc trên đường ống hút. Nhiệm vụ: Giữ lại hạt công chất lỏng không bay hơi hết ở DBH chống thuỷ kích MN (thường dùng cho NH3, ít dùng Freon).
− Bình chứa lỏng: lắp sau BN có nhiệm vụ luôn luôn dự trữ 1 lượng công chất lỏng nhất định: (nhốt coâng chaát).
− Bình tách không khí (dùng cho hệ thống lớn, hệ thống nhỏ xả air trên BN).
− Thiết bị phá băng (bằng nhiệt trong, nhiệt ngoài).
g) Giới thiệu một sơ đồ đơn giản:
Chuù thích:
+ 1,2,3 rơle nhiệt độ trong buồng lạnh I, II, III.
+ A, B, C: van điện từ cho DBH I, II, III.
+ RLT: rơle bảo vệ áp suất thaáp.
+ RLC: rơle bảo vệ áp suất cao.
Trong thực tế các van A, B, C đặt trước các VTL khi nhiệt độ trong buồng đạt nhiệt độ bảo hoà → rơle ngắt điện VDT làm cho DBH tương ứng nghỉ làm việc. Nếu cả 3 DBH đều đóng → RLT hoạt động → ngắt MN.
Hình 33: Sơ đồ hệ thống lạnh có nhiều buồng lạnh
C A B
3 2
1
A B C
Bầu tách lỏng
VTL VTL
S
SW
Nạp
hơi Bình tách dầu
BCL BN
RLC RLT
VTL
pin lọc bẩn
lọc ẩm
nạp lỏng
MN
BÀI 8: HỆ THỐNG CHƯNG CẤT NƯỚC NGỌT
8.1. Khái niệm 8.1.1. Nhu caàu:
− Nước để phục vụ HĐL (hơi nước, Diesel, ...)
− Phục vụ sinh hoạt thuyền viên ( WC, ăn uống, ...)
− Tiêu chuẩn: 150 lit/người ngày đêm (30 – 50 lít cho WC)
8.1.2. Nguyeân lí:
ra mạn
bôm nc caát chuyeồn veà keựt bôm nc muoái
ra mạn buoàng bay hôi
bôm chaân khoâng
SW
FW
Bình ngửng tuù
− Gia nhiệt cho nước biển bay hơi. Sau đó cho hơi ngưng tụ ta được nước ngọt.
− Nguồn nhiệt để gia nhiệt cho nước biển là FW sau khi làm mát Diesel (60 – 800C) và trong điều kiện áp suaát thaáp (chaân khoâng).
Xét 1 hệ thống chưng cất nước ngọt bay hơi kiểu bề mặt.
8.1.3. Các yêu cầu thiết bị chưng cất nước ngọt
− Làm việc tin cậy. Hình 34: Hệ thống chưng cất nước ngọt cơ bản
− Đảm bảo chất lượng nước cấp.
− Ổn định sản lượng trong t = 1200 – 2000 giờ.
− Không phải làm vệ sinh các bộ gia nhiệt (Q (m3/ngày) = (1,2 – 2,0) chi phí FW trong một ngày).
− Tiêu tốn ít nhiệt năng, điện năng → giá thành thấp.
Sự tạo cặn cáu trong thiết bị chưng cất nước ngọt
− Khi SW bay hơi → tạo cặn cáu trong bộ gia nhiệt → giảm hệ số truyền nhiệt và sản lượng (cặn chủ yếu là CaSO4 :sunphat canxi).
Các phương pháp xử lí cáu cặn.
− Dùng phụ gia chống tạo cáu cặn: làm lắng đọng → thải cùng nước muối.
− Sau 2000 – 2400 giờ hoạt động, tiến hành làm sạch các cáu cặn bằng phương pháp hóa học hoặc phương pháp cơ giới.
+ Cơ giới: cạo, thổi, ... → nặng nhọc.
+ Hoá học: dung dịch acid có nồng độ phù hợp,(HCl 3 -4% có chất hãm, chú ý quy trình an toàn, thời gian 2 – 3 h, 5h). Sau đó trung hoà acid bằng sođa: Na2CO3 → rửa nước.
8.2. Thiết bị chưng cất của hảng “atlat” dùng trên tàu Diesel.
− Thiết bị bay hơi kiểu bề mặt (atlat của Đan Mạch có Q = 100 tấn/kg ngày)
− Chuù thích:
1: Động cơ 2: Két nước giãn nở 3: SH nước ngọt 4: SH LO, gió tăng áp.
6:Bầu ngưng (ghép chung với baàu bay hôi).
7: Bôm chaân khoâng (phun tia) 8: Bôm SW
9: Bơm nước muối
10: Lưu lượng kế (nước cấp SW)
11: Bầu bay hơi (bề mặt gia nhiệt là các ống thẳng đứng có đường kính 19mm)
12:Bôm FW
13: Muối kế (nồng độ kế) 14: Van điện từ
15: Lưu lượng kế (nước cấp) 16: Bôm SW.
Cấu tạo:
Vỏ của bầu bay hơi làm bằng thép, mặt trong có
phủ một lớp chống ăn mòn. Hình 35: Sơ đồ hệ thống chưng cất nước ngọt Bầu bay hơi (11) và bình ngưng (6)
được ghép chung một vỏ: gồm hai bầu hình trụ một nằm ngang và một thẳng đứng.
ống tràn
16
15 14
13 12
11
10 9 8
7 3 6
1
Két giản nở
Các thông số:
− Nhiệt độ bay hơi 380C.
− Aùp suất tuyệt đối tương ứng 6.6 kPa
− Nhiệt độ nước ngọt gia nhiệt 60 - 650C.
− Độ giảm nhiệt độ nước ngọt: 5 - 150C (trong bầu bay hơi)
− Độ tăng nhiệt độ của nước trong bầu ngưng từ 4 - 80C.
− Nhiệt độ nước biển: 28 - 300C.
− Nếu Q = 15 - 25 tấn/ngày thì chi phí 5kW/tấn nước cất.
Nguyên lí làm việc của hệ thống:
Khi động cơ đã làm việc ổn định, ta điều chỉnh van nước ngọt. Sau khi làm mát động cơ đến thiết bị chưng cất nước ngọt. Trong bầu bay hơi (11) xảy ra quá trình trao đổi nhiệt giữa nước ngọt và nước biển (nước ngọt bên ngoài gia nhiệt cho nước biển bên trong ống. Do vậy xảy ra quá trình sôi và bay hơi trong ống ở áp suất thấp (chân không). Độ chân không được duy trì nhờ bơm phun tia (7) hút không khí ra, nước công tác do bơm (8) cấp.
Để kiểm tra lưu lượng nước biển cấp ta dùng lưu lượng kế (10).
Để duy trì mực nước biển trong bầu bay hơi ta dùng bơm (9) nhờ ống tràn. Bơm (9) còn có nhiệm vụ bơm nước biển ra khỏi bầu chưng cất nước ngọt khi hệ thống ngừng làm việc.
Tại bầu ngưng (6) hơi nước biển được ngưng tụ nhờ trao đổi nhiệt cho nước biển do bơm (16) cấp.
Nước ngưng được bơm (12) chuyển về két chứa. Sản lượng nước ngưng được kiểm tra thông qua lưu lượng kế (15).
Chất lượng nước cất được kiểm tra nhờ nồng độ kế (13). Khi nồng độ của nước cất vượt quá giới hạn cho phép thì bộ cảm biến sẽ mỡ van điện từ (14) để nước cất còn mặn đưa trở lại bầu bay hơi.
Để tránh hiện tượng các hạt nước biển lẫn trong hơi người ta lắp thiết bị phân li hơi phía dưới bầu ngửng.