Bài giảng Điện lạnh cơ bản 1

u: a) Khi lấy đơn vị đo là kg: gọi là nhiệt dung riêng khối lượng, ký hiệu c (kJ/kg.độ) - Nếu quá trình tiến hành trong điều kiện áp suất không đổi, gọi là nhiệt dung riêng khối lượng đẳng áp ký hiệu : cp - Nếu quá trình tiến hành trong điều kiện thể tích không đổi, gọi là nhiệt dung riêng khối lượng đẳng tích ký hiệu: cv b) Khi lấy đơn vị đo là m3 tiêu chuẩn: gọi là nhiệt dung riêng thể tích, ký hiệu c’ (kJ/m3tc.độ) (m3tc đo ở điều kiện: p = 760 mmHg, t = 0 oC). Tương tự ta cũng có c’p và c’v,lần lượt là nhiệt dung riêng thể tích đẳng áp và nhiệt dung riêng thể tích đẳng tích. c) Khi lấy đơn vị đo là kmol: gọi là nhiệt dung riêng kmol, ký hiệu cm (kJ/kmol.độ). Tương tự ta cũng có cmp và cmv, ký hiệu cho nhiệt dung riêng kmol đẳng áp và nhiệt dung riêng kmol đẳng tích. * Mối quan hệ giữa các loại nhiệt dung riêng: Khi biết nhiệt dung riêng này cần xác định nhiệt dung riêng kia ta dùng các mối quan hệ sau: + c = (a) + cp – cv = R (b) + (c) Trong đó k là số mũ đoạn nhiệt: k > 1 Từ ( 3-3b) và (3-3c) Þ cv = (d) Þ cp = (e) 1.3.3: Sự phụ thuộc nhiệt dung riêng vào nhiệt độ. a) Quan hệ hằng số: Trong kỹ thuật khi tính toán không cần độ chính xác cao ta coi nhiệt dung riêng không phụ thuộc vào nhiệt độ, chỉ phụ thuộc vào tính chất của chất môi giới, để xác định ta có bảng sau: Loại khí k kcal/kmol.độ cmv cmp Khí 1 nguyên tử 1,6 3 5 Khí 2 nguyên tử 1,4 5 7 Khí từ 3 nguyên tử trở lên 1,3 7 9 b) Quan hệ đường thẳng: Ở mức độ chính xác vừa phải nhiệt dung riêng phụ thuộc vào nhiệt độ theo quan hệ đường thẳng như sau: c = a + bt (1-20) c) Quan hệ đường cong:Khi mức độ chính xác cao nhiệt dung riêng phụ thuộc vào nhiệt độ theo quan hệ đường cong: c = a’+ b’t + dt2 (1-21) Trong đó: a, b, a’, b’, d là những hằng số xác định từ thực nghiệm. 1.3.4. Tính nhiệt lượng theo nhiệt dung riêng. a) Theo nhiệt dung riêng thực: Từ định nghĩa (3-1): c = dq = c.dt Khi cho quá trình tiến hành từ trạng thái 1 đến trạng thái 2 tích phân ta được Þ q = Þ q = c(t2 – t1) (1-22) b) Theo nhiệt dung riêng quan hệ là đường thẳng: Ta có: c = a + bt dq = ( a + bt )dt Tích phân: Þ q = q = a.t + Þ q = a(t2 - t1) + hay: q = [a + b.(t2 - t1) (1-23) c) Theo quan hệ là đường cong: Từ (3-5): c = a’+ b’t + dt2 Þ q = Tương tự tích phân theo t và đặt (t2 – t1) làm thừa số chung: q = [a + b ].(t2 - t1) (1-24) d) Theo nhiệt dung riêng trung bình. Từ định nghĩa: = Þ q = (t2 – t1) (f) Các bảng không cho nhiệt dung riêng trung bình từ t1 ¸ t2, chỉ có từ 0 ¸ t nào đó mà thôi, do vậy nhiệt dung riêng trung bình từ t1 ¸ t2 được xác định: = (g) Thay (g) vào (f) và đơn giản ta được: q = t2 – t1 (1-25) 1.4. Định luật nhiệt động thứ nhất. 1.4.1. Nội dung định luật: Thực chất của định luật nhiệt động thứ nhất là định luật bảo toàn và biến hoá năng lượng ứng dụng trong phạm vi nhiệt, định luật được phát biểu: “ Năng lượng không tự mất đi cũng không tự tạo ra, mà nó chỉ có thể biến đổi từ dạng này sang dạng khác trong các quá trình lý hóa khác nhau mà thôi”. Hay nói cách khác: tổng năng lượng toàn phần trong hệ cô lập là không đổi. Trong phạm vi nhiệt động, một lượng nhiệt năng nào đó bị mất đi tất yếu sẽ sinh ra một lượng cơ năng xác định và ngược lại. 1.4.2. Phương trình định luật nhiệt động thứ nhất Xét 1 khối khí bất kỳ khi ta cung cấp cho nó một nhiệt lượng vô cùng nhỏ dQ thì nó sẽ thay đổi nội năng dU và sinh ra một công tương ứng là dL. Theo định luật bảo toàn: dQ = dU + dL (1-26) Khi tính cho 1 kg: dq = du +dl dq = du + pdv (1-27) Þ dq = du + d(pv) – vdp Hay dq = d(u + pv) - vdp với i = u + pv :enthalpy Þ dq = di – vdp (1-28) Từ (4-4) suy ra: dq = cvdT + pdv Tích phân: q = Du + l (l: công thay đổi thể tích) (1-29) Từ (4-5) suy ra: dq = cpdT - vdp Tích phân: q = Di +lkt , ( lkt :công kỹ thuật) (1-30) Công thức (1-29) và (1-30) là phương trình của định luật nhiệt động thứ nhất cho hệ kín và hệ hở. 1.4.3. Công thay đổi thể tích: Là công sinh ra khi thể tích chất môi giới thay đổi. Ký hiệu l (J/kg) v p p dv dx p xilanh 1 kg Piston có diện tích S v1 v2 Cho 1kg chất môi giới vào trong xilanh với áp suất p, trên đó đặt một piston có diện tích S. Khi ta cung cấp cho chất môi giới một nhiệt lượng vô cùng bé là dp, chất môi giới giãn nở làm piston dịch chuyển một đoạn nhỏ dx. Vậy công sinh ra tương ứng lúc này sẽ là: dl = p.S.dx Þ dl = p.dv Khi quá trình tiến hành từ trạng thái 1 đến trạng thái 2 thì: l = , (J/kg) (1-31) l > 0 khi chất môi giới giãn nở l < 0 khi chất môi giới nén Nếu tính cho G kg thì: L = G.l = G , (J) (1-32) 1.5: Các quá trình nhiệt động cơ bản cũa khí ly tưởng: 1.5.1: Khái niệm: Trong thực tế kỹ thuật xảy ra rất nhiều các quá trình nhiệt động khác nhau, những quá trình nhiệt động cơ bản thường gặp là: quá trình đẳng tích, quá trình đẳng áp, quá trình đẳng nhiệt, quá trình đoạn nhiệt, quá trình đa biến. Các quá trình đó xảy ra sự biến hóa năng lượng dưới dạng nhiệt, công, nội năng, Ở đây ta nghiên cứu đặc tính các quá trình, xác lập biểu thức quan hệ các thông số, tính toán các dạng năng lượng cho từng quá trình. 1.5.2: Độ biến thiên enthalpy: Di (J/kg) Định nghĩa: i = u + pv Hay: i = u + RT Vi phân: di = du + RdT di = cvdT + RdT Þ di = cpdT Tích phân 2 vế từ trạng thái 1 ¸ 2, ta được: Di = cp(T2 – T1) (1-33) 1.5.3. Độ biến thiên entropy: Ds (J/kg.độ) Định nghĩa: ds = Hay : ds = , với pv = RT Þ Þ ds = Tích phân 2 vế đi từ trạng thái 1 ¸ 2, ta được: Ds = (1-34) 1.5.4. Quá trình đẳng tích: (v = const) - Quan hệ các thông số: (1) Þ p1v = RT1 (a) (1-35) (2) Þ p2v = RT2 (b) - Độ biến thiên entropy: Tổng quát: Ds = Vì quá trình đẳng tích có :v2 = v1 Þ Ds = (1-36) - Công giãn nở: l (J/kg) Ta có: l = , vì : v2 = v1 Þ l = 0 - Công kỹ thuật: lkt (J/kg) v p s T Ta có: lkt = - Tích phân: lkt = v(p1-p2) Hay: lkt = R(T1 – T2) - Nhiệt lượng: q (J/kg) Từ định luật 1: q = Du + l mà l = 0 Þ q = Du = cv(T2 – T1) Hệ số biến hóa năng lượng a: là tỉ số giữa độ biến thiên nội năng và nhiệt lượng tham gia quá trình (biết tỉ lệ các dạng năng lượng trong quá trình) av = = 1 (1-37) Giá trị 1: Nói lên quá trình đẳng tích nhiệt lượng tham gia chỉ để biến thiên nội năng, hoàn toàn không sinh công. 1.5.5. Quá trình đẳng áp: (p = const) - Quan hệ các thông số: (1) Þ pv1 = RT1 (a) (1-38) (2) Þ pv2 = RT2 (b) - Độ biến thiên entropy: Tổng quát: Ds = Vì quá trình đẳng áp có: Ds = ( cv + R) ln Þ Ds = (1-39) - Công giãn nở: l (J/kg) Ta có: l = Þ l = p(v2 - v1) hay l = R(T2 – T1) (1-40) - Công kỹ thuật: lkt (J/kg) Ta có: lkt = - , vì : p1 = p2 Þ lkt = 0 - Nhiệt lượng: q (J/kg) Từ định luật 1: q = Du + l Þ q = cv(T2 – T1) + R(T2 – T1) Þ q = cp(T2 – T1) (1-41) v p s T 2v - Hệ số biến hóa năng lượng a: Ta có: a = Nếu chất môi giới là khí 2 nguyên tử thì : k=1,4 » Þ a = Þ : để biến thiên nội năng. Þ : để sinh công. 1.5.6. Quá trình đẳng nhiệt: (T = const) Đối với quá trình đẳng nhiệt: Du = 0 Di = 0 vì : T2 = T1 - Quan hệ các thông số: (1) Þ p1v1 = RT = const (1-42) (2) Þ p2v2 = RT = const Tổng quát: pv = const (1-43) - Độ biến thiên entropy: Tổng quát: Ds = Vì quá trình đẳng nhiệt có: cv.ln= 0 Þ Ds = (1-44) Hay : Ds = - Công giãn nở: l (J/kg) Ta có: l = pv = RT Þ p = = Þ l = RT Tích phân: l = Hay: l = (1-45) - Công kỹ thuật: lkt (J/kg) Ta có: lkt = - pv = RT Þ v = Þ lkt = - Hay lkt = (1-46) Vậy đối với quá trình đẳng nhiệt ta có: lkt = l. - Nhiệt lượng: q (J/kg) Từ định luật 1: q = Du + l mà: (Du = 0) s T v p Þ q = l = (1-47) 1.5.7. Quá trình đoạn nhiệt: là quá trình chất môi giới tiến hành hoàn toàn không trao đổi nhiệt với môi trường bên ngoài. Tổng quát : q = 0 và dq = 0 - Phương trình của quá trình: Từ định luật 1: dq = cvdT + pdv = 0 (a) Từ phương trình trạng thái: pv = RT Vi phân 2 vế: Þ pdv + vdp = RdT Þ dT = Thay dT vào (a): Þ (pdv+vdp) + pdv = 0 hay pdv(+1) + vdp = 0 Þ cppdv + cvvdp = 0 Chia tất cả cho : cv Þ k.p.dv + vdp = 0 (b) Tích phân 2 vế: Phương trình của quá trình đoạn nhiệt sẽ là: pvk = const (1-48) (b) Þ k.pdv = - vdp Tích phân: k= - Hay : k.l = lkt (1-49) Điều này cho thấy rằng đối với quá trình đoạn nhiệt công kỹ thuật sẽ bằng k lần công thay đổi thể tích. - Độ biến thiên entropy: (Ds) Định nghĩa Þ ds = (mà dq = 0) Þ ds = 0 Þ s = const Ds = 0 Quá trình đoạn nhiệt còn gọi là quá trình đẳng entropy. -Độ biến thiên nội năng: (Du) Du = cv (T2 - T1) -Độ biến thiên enthanpy: (Di) Di = cp (T2 - T1) - Quan hệ các thông số: (1) Þ p1v1 = RT1 ; p1= const (c) (2) Þ p2v2 = RT2 ;p2= const (d) (c) và (d) Þ , (e) (c)(d) và (e) Þ Þ (1-50) - Công giãn nở: l (J/kg) Ta có: l = (f) Từ (2-24) và (c): Þ p = (f) Þ l = Tích phân: Þ l = Þ l = Þ l = (1-51) Hay l = (1-52) s T v p l = cv (T1 – T2) = - Du Từ (4-27) Þl = (4-29) 1.5.8. Quá trình đa biến: Trong trường hợp tổng quát ta nghiên cứu quá trình có a = const, quá trình như vậy được gọi là quá trình đa biến, với mỗi giá trị a ta có một quá trình đa biến tương ứng. - Phương trình của quá trình: Ta có: a = = const Þ q = Vi phân: dq = dT Đặt: cn = : nhiệt dung riêng đa biến Þ dq = cn.dT (a) Từ định luật 1: dq = cvdT + pdv (b) Và: dq = cpdT – vdp (c) Từ (a) và (c) Þ (cn – cp) dT = - vdp (d) Từ (a) và (b) Þ (cn – cv) dT = pdv (e) Chia (d) cho (e): Đặt n = : số mũ đa biến Þ n.pdv + vdp = 0 (g) Tích phân: Þ pvn = const (1-53) (1-53) là phương trình của quá trình đa biến - Quan hệ các thông số: Tương tự quá trình đoạn nhiệt ta cũng có : Þ (1-54) - Công giãn nở: l (J/kg) l = l = l = (1-55) - Công kỹ thuật: lkt = n.l (1-56) Vậy công kỹ thuật bằng n lần công thay đổi thể tích. - Nhiệt lượng: q = q = cn(T2 – T1) mà n = Þ cn = cv nên : q = cv(T2 – T1) (1-57) - Độ biến thiên entropy: ds = n=0 n=±¥ n=1 v p n=k n=1 n = k n=0 s T n = ±¥ Ds = (1-58) - Khi n = 0 (1-53) có: p = const quá trình đẳng áp - Khi n =1 (1-53) có: T = const quá trình đẳng nhiệt - Khi n = k (1-53) có: pvk = const quá trình đoạn nhiệt - Khi n ® ± µ (1-53) có: v = const quá trình đẳng tích 1.6. Định luật nhiệt động thứ hai: B A Định luật nhiệt động thứ hai là định luật xác định khả năng (điều kiện) và chiều hướng xảy ra của các quá trình. Xác định rằng: Mọi quá trình tự nhiên đều là các quá trình tự phát (quá trình không thuận nghịch) biến đổi từ trạng thái không cân bằng đến trạng thái cân bằng. Trong quá trình biến đổi này cho phép ta nhận năng lượng có ích và khi đã ở trạng thái cân bằng rồi tự nó không thể biến đổi ngược lại. Muốn đổi ngược lại nó phải tiêu tốn một năng lượng từ bên ngoài. A: Trạng thái không cân bằng B: Trạng thái cân bằng Đi từ A đến B: tự nhiên Đi từ B đến A: cần năng lượng từ ngoài. Định luật được rút ra từ thực nghiệm và có thể phát biểu bằng các cách như sau: + Nhiệt lượng luôn đi từ nơi có nhiệt độ cao đến nơi có nhiệt độ thấp. (Muốn làm ngược điều này ta phải tiêu hao một năng lượng) + Không thể có máy nhiệt chạy tuần hoàn có khả năng biến đổi toàn bộ nhiệt cấp cho máy thành công mà không mất một phần nhiệt truyền cho vật khác. (l < q1) 1.6.1. Định nghĩa về chu trình. Trong các máy nhiệt để sinh công một cách liên tục, chất môi gới sau khi giãn nở cần phải tạo ra quá trình để đưa chất môi giới về trạng thái ban đầu. Nó có nghĩa là chất môi giới phải tạo các quá trình kín, hay nói cách khác là nó thực hiện một chu trình. a) Chu trình thuận chiều. a a b l>0 q1 q2 v1 v2 v v b q2 q1 l<0 v1 v2 a) b) 2 1 2 1 Chu trình thuận chiều là chu trình bao gồm các quá trình có chiều tiến hành theo chiều kim đồng hồ. (Hình 1. a). p p Hình 1: Chu trình thuận chiều và nghịch chiều Chu trình này có đường cong giãn nở nằm trên đường cong nén nên công nhận được có giá trị dương ( l > 0). Các động cơ nhiệt đều làm việc theo kiểu này. b) Chu trình nghịch chiều. Chu trình nghịch chiều là chu trình bao gồm các quá trình có chiều tiến hành ngược chiều kim đồng hồ. (Hình 1. b). Chu trình này có đường cong giãn nở nằm dưới đường cong nén nên công của chu trình này có giá trị âm (l < 0). Các loại máy lạnh, bơm nhiệt làm việc theo kiểu này. c) Công của chu trình. (lct: J/kg) Có thể tính công chu trình bằng các cách sau: * Cách 1: Ta có: d(pv) = pdv + vdp Þ Trong đó tích số pv là hàm trạng thái nên: = 0 Þ 0 = Với n quá trình: 0 = lCT = = (1-58) Công của chu trình bằng tổng công các quá trình.Có thể xác định theo tổng công thay đổi thể tích hoặc tổng công kỹ thuật Þ Công của chu trình thuận chiều ở hình 1 a lCT = l1a2 – l2b1 hay : lCT = dt(1.a.2.v2,v1) – dt(1.b.2.v2.v1) Þ lCT = dt(1a2b1) > 0 Þ Công của chu trình nghịch chiều ở hình 1 b lCT = l1b2 – l2a1 hay : lCT = dt(1.b.2.v2,v1) – dt(2.a.1v1.v2) mà : dt(2.a.1.v1.v2) > dt(1.b.v2.v1) Þ lCT = dt(1b2a) < 0 * Cách 2: Công chu trình tính theo nhiệt lượng: Ta có: dq = du + pdv Þ Với chu trình Þ Þ lCT = (1-59) - Đối với chu trình thuận: Þ lCT = q1 - êq2ú - Đối với chu trình nghịch: Þ lCT = êq1ú - q2 c) Hiệu suất nhiệt, hệ số làm lạnh, hệ số bơm nhiệt. * Hiệu suất nhiệt: Để đánh giá mức độ hoàn thiện của chu trình thuận chiều, người ta đưa ra đại lượng gọi là hiệu suất nhiệt, kí hiệu : ht ht = ht = , % (1-60) ( 0 ≤ ht ≤ 1 ) * Hệ số làm lạnh: Đối với chu trình ngược chiều,chu trình máy lạnh để đánh giá mức độ hoàn thiện người ta đưa ra đại lượng e gọi là hệ số làm lạnh. Còn đối với chu trình bơm nhiệt ta có hệ số bơm nhiệt j. e = (1-61) ( e: Có thể lớn hơn 1) 1.6.2. Chu trình Carnot. a) Chu trình carnot thuận nghịch thuận chiều: Là chu trình bao gồm 2 quá trình đẳng nhiệt và đoạn nhiệt xen kẽ nhau. (có chiều theo chiều kim đồng hồ). - Quá trình đầu tiên là quá trình giãn nở đẳng nhiệt, chất môi giới hoàn toàn tiếp xúc với nguồn nóng nên chất môi giới nhận nhiệt q1 từ nguồn nóng. (T1 = const) - Quá trình thứ hai sẽ là quá trình giãn nở đoạn nhiệt, chất môi giới đi từ nguồn nóng T1 đến nguồn lạnh có nhiệt độ T2. - Quá trình tiếp theo là quá trình nén đẳng nhiệt chất môi giới tiếp xúc hoàn toàn với nguồn lạnh (T2 = const) đồng thời nhả nhiệt lượng q2 cho nguồn lạnh. a a d q1 q2 T1=c T2 =c v p TY s b q2 q1 |D s| b c dq=0 c d T1 T2 - Quá trình cuối sẽ là quá trình nén đoạn nhiệt chất môi giới đi từ nguồn lạnh để trở về nguồn nóng ứng với trạng thái ban đầu. Hình 2: Đồ thị p-v và T-s chu trình Carnot thuận. Hiệu suất nhiệt: Ta có: ht = q1 = T1 (sb – sa) = T1(Ds) ½q2½= T2 ½sd -sc½ = T2½Ds½ Vậy: ht = (1-62) Nhận xét: - Hiệu suất nhiệt của chu trình Carnot chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ của 2 nguồn nóng và lạnh, không phụ thuộc vào tính chất của chất môi giới. - Hiệu suất nhiệt càng lớn khi độ chênh nhiệt độ giữa hai nguồn nóng và lạnh càng cao. - Hiệu suất nhiệt ® 1 khi hoặc T2 ® 0 hoặc T1 ® µ (điều này không thể xảy ra). - Hiệu suất nhiệt = 0 khi T2 = T1 hay nói cách khác khi chỉ có một nguồn nhiệt duy nhất. b/ Chu trình Carnot thuận nghịch ngược chiều: Tương tự chu trình carnot thuận, chu trình này cũng bao gồm 2 quá trình đẳng nhiệt và đoạn nhiệt xen kẽ nhau. (có chiều ngược chiều kim đồng hồ) a a d q1 q2 T1=c T2 =c v p TY s b q2 q1 |D s| b c dq=0 c d T1 T2 Hình 3: Đồ thị p-v và T-s chu trình Carnot ngược. Hệ số làm lạnh: Ta có: e = Tương tự: | q1| = T1|Ds| q2 = T2 Ds Vậy: e = (1-63) Nhận xét: e của chu trình Carnot ngược cũng chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ T1, T2 không phụ thuộc vào tính chất của chất môi giới. 1.7. Truyền nhiệt 1.8. Chu trình máy lạnh một cấp và ứng dụng hệ thống lạnh 1.8.1. Chu trình ngược chiều Carnot (1796 - 1832) a). Định nghĩa: chu trình ngược Carnot là chu trình ngược được thực hiện bởi 2 quá trình đẳng nhiệt và 2 quá trình đẳng entropy. Chu trình ngược Carnot là chu trình ngược lý tưởng, mọi quá trình là thuận nghịch, nhiệt lượng qo được lấy ở nguồn lạnh có nhiệt độ to, nhiệt lượng qk được lấy ở nguồn lạnh có nhiệt độ tk, để thực hiện chu trình ta tốn 1 công l b). Sơ đồ, đồ thị, chu trình lý thuyết. Hình 1.1: Máy lạnh 1 cấp dùng môi chất là không khí. 1-2: quá trình nén đẳng entropy ở máy nén; 2-3: quá trình nhả nhiệt đẳng nhiệt ở nguồn nóng; 3-4: quá trình dãn nở đănge entropy ở máy dãn nở; 4-1: quá trình nhận nhiệt đẳng nhiệt ở nguồn lạnh. c). Tính toán chu trình. Công cấp cho máy nén: lmn = h2 – h1; Công cấp cho máy dãn nở: ldn = h3 – h4; Công cấp cho chu trình: lct = lmn – ldn = dt(12341) = (s1-s4)*(Tk-To); Nhiệt lượng nhận được ở nguồn lạnh: qo = dt(s114s4s1) = (s1-s4)*(T1-T4); Nhiệt lượng nhả ra ở nguồn nóng: qk = dt(s123s4s1) = (s1-s4)*(T2-T3); Hệ số làm lạnh e: Ý nghĩa hệ số làm lạnh e: khi l = 1 ta có e = qo. Vậy: hệ số làm lạnh e cho biết lượng lạnh thu được là bao nhiêu khi tiêu tốn một đơn vị công. d). Nhận xét, kết luận. Khi có cùng dải nhiệt độ Tk, To thì chu trình Carnot có hệ số làm lạnh e lớn nhất. Trong thực tế các quá trình đẳng nhiệt với nhiệt độ môi chất bằng nhiệt độ nguồn nhiệt là không thực hiện được. Muốn trao đổi nhiệt cho nhau nhiệt độ môi chất phải khác nhiệt độ nguồn nhiệt. Ở chu trình thực tế các quá trình nhận nhiệt là đẳng áp (đẳng nhiệt nếu ở vùng 2 pha hơi bão hòa ẩm). Các quá trình thực tế đều không thuận nghịch, do đó làm giảm hệ số làm lạnh e . 1.8.2. Máy lạnh 1 cấp thực hiện hành trình khô dùng van tiết lưu. Hành trình ẩm là hành trình nén của máy nén hút hơi bão hòa ẩm. Hành trình khô là hành trình nén của máy nén hút hơi bão hòa khô hay hơi quá nhiệt. Để tránh cho máy nén làm việc vùng 2 pha ta cho máy nén cháy hành trình khô. a). Sơ đồ nguyên lý, đồ thị, chu trình lý thuyết. Hình 3.3: Máy lạnh 1 cấp dùng van tiết lưu. I-Máy nén; II-Thiết bị ngưng tụ; III-Van tiết lưu; IV-Thiết bị bay hơi. 1-2: quá trình nén đoạn nhiệt, đẳng entropy ở máy nén I; 2-3: quá trình ngưng tụ đẳng áp ở thiết bị ngưng tụ II; 3-4: quá trình tiết lưu đẳng enthalpy ở van tiết lưu III; 4-1: quá trình bay hơi đẳng áp ở thiết bị bay hơi IV; Chu trình lý thuyết: hơi bão hòa khô từ thiết bị bay hơi IV đi đến máy nén, nén đoạn nhiệt, đẳng entropy theo quá trình 1-2 trở thành hơi quá nhiệt cao áp, tiêu tốn ngoại công l. Môi chất với thông số trạng thái 2 đi vào thiết bị ngưng tụ II, ngưng tụ đẳng áp theo quá trình 2-3, nhả nhiệt qk thành lỏng hoàn toàn (lỏng bão hòa khô với thông số trạng thái 3). Lỏng cao áp với thông số trạng thái 3 đi đến van tiết lưu III và tiết lưu đẳng enthalpy thành hơi bão hòa ẩm hạ áp với thông số trạng thái 4. Với thông số trạng thái 4 môi chất đi vào cụm thiết bị bay hơi IV và bình tách lỏng V nhận nhiệt qo đẳng áp, đẳng nhiệt đến thông số trạng thái 1 rồi quay trở về máy nén I. Cứ thế chu trình tiếp diễn. b). Tính toán các thông số của chu trình. Công nén: l = h2 - h1. Nhiệt lượng nhả ra ở thiết bị ngưng tụ: qk = h2 - h3 = dt(1’12533’1’) trên đồ thị T-s. Nhiệt lượng nhận được ở thiết bị bay hơi: qo = h1 - h4 = dt(1’144’1’) trên đồ thị T-s. Hệ số làm lạnh: c). So sánh với chu trình Carnot. Hệ số làm lạnh e nhỏ hơn chu trình Carnot song máy nén chạy hành trình khô. d). Các nhận xét. Máy lạnh chạy hành trình khô nên năng suất lạnh riêng qo đạt giá trị cực đại do điểm 1 nằm trên đường có độ khô x=1. Biểu diễn công trên đồ thị T-s: l = qk - qo = dt(1233’4’41) = dt(123541) Chứng minh: ta phải chứng minh dt(365) = dt(644’3’). Các chất lỏng thực tế xem như không chịu nén. Do đó có thể coi mọi đường đẳng áp ở phần lỏng là trùng nhau và trùng với đường độ ẩm y=1. Từ đó ta có thể xem quá trình 35 là quá trình đẳng áp với pk=const, nhiệt lượng nhả ra ở quá trình 35 là: h3 - h5 = dt(33’753) = dt(365) + dt(563’7). Quá trình 45 là quá trình đẳng áp po = const, nhiệt lượng nhả ra ở quá trình 45 là: h4 - h5 = dt(544’7) = dt(644’3’) + dt(563’7). Quá trình 3-4 là quá trình tiết lưu nên: h3 = h4. Do đó: h3 – h5 = dt(365) + dt(563’7) = h4 – h5 = dt(644’3’) + dt(563’7). Ta có: dt(365) = dt(644’3’) là điều phải chứng minh. Các máy lạnh thực tế khi làm việc theo chế độ tính toán thiết kế thông số trạng thái điểm bắt đầu nén đều là hơi quá nhiệt do môi chất trao đổi nhiệt trên đường ống từ thiết bị bay hơi về máy nén với môi trường xung quanh, do môi chất tiếp xúc với các chi tiết có nhiệt độ cao trong buồng nén của xy lanh máy nén. Có 2 phương pháp chính chạy hành trình khô là dùng bình tách lỏng và dùng thiết bị hồi nhiệt. 1.8.3. Máy lạnh 1 cấp thực hiện hành trình khô dùng bình tách lỏng. a). Sơ đồ nguyên lý, đồ thị, chu trình lý thuyết. Hình 3.4: Máy lạnh 1 cấp dùng thiết bình tách lỏng. I-Máy nén; II-Thiết bị ngưng tụ; III-Van tiết lưu; IV-Thiết bị bay hơi; V-Bình tách lỏng. Hình 3.5: Đồ thị máy lạnh 1 cấp dùng thiết bình tách lỏng 1-2: quá trình nén đoạn nhiệt, đẳng entropy ở máy nén I; 2-3: quá trình ngưng tụ đẳng áp ở thiết bị ngưng tụ II; 3-4: quá trình tiết lưu đẳng enthalpy ở van tiết lưu III; 4-1: quá trình bay hơi đẳng áp ở thiết bị bay hơi IV; Chu trình lý thuyết: hơi bão hòa ẩm từ thiết bị bay hơi IV đi vào bình tách lỏng V, ở bình tách lỏng các giọt lỏng bão hòa với thông số trạng thái 6 được tách ra khỏi môi chất rồi quay trở về thiết bị bay hơi. Hơi môi chất ra khỏi bình tách lỏng là hơi bão hòa khô với thông số trạng thái 1 được đưa đến máy nén, nén đoạn nhiệt, đẳng entropy theo quá trình 1-2 trở thành hơi quá nhiệt cao áp, tiêu tốn ngoại công l. Môi chất với thông số trạng thái 2 môi chất đi vào thiết bị ngưng tụ II, ngưng tụ đẳng áp theo quá trình 2-3, nhả nhiệt qk thành lỏng hoàn toàn (lỏng bão hòa khô với thông số trạng thái 3’, lỏng quá lạnh với thông số trạng thái 3). Lỏng cao áp với thông số trạng thái 3 đi đến van tiết lưu III và tiết lưu đẳng enthalpy thành hơi bão hòa ẩm hạ áp với thông số trạng thái 4. Với thông số trạng thái 4 môi chất đi vào cụm thiết bị bay hơi IV và bình tách lỏng V nhận nhiệt qo đẳng áp, đẳng nhiệt đến thông số trạng thái 1 rồi quay trở về máy nén I. Cứ thế chu trình tiếp diễn. b). Tính toán các thông số của chu trình. Công nén: l = h2 - h1. Nhiệt lượng nhả ra ở thiết bị ngưng tụ: qk = h2 - h3. Nhiệt lượng nhận được ở thiết bị bay hơi: qo = h1 - h4. Hệ số làm lạnh: c). Các nhận xét. Chu trình máy lạnh có quá lạnh: T3<T3’ (Tql= T3-T3’; nếu Tk = const mà ta có thể quá lạnh thì công nén không thay đổi mà năng suất lạnh qo tăng lên so với chu trình không có quá lạnh một lượng Dqql= h3’-h3. Tuy nhiên phải thêm thiết bị quá lạnh. Máy lạnh amôniăc 1 cấp làm việc theo chu trình này. 1.8.4. Máy lạnh 1 cấp thực hiện hành trình khô dùng thiết bị hồi nhiệt. a). Sơ đồ nguyên lý, đồ thị, chu trình lý thuyết. Hình 3.6: Máy lạnh 1 cấp thực hiện hành trình khô dùng thiết bị hồi nhiệt. I-Máy nén; II-Thiết bị ngưng tụ; III- Thiết bị hồi nhiệt; IV-Van tiết lưu; V-Thiết bị bay hơi. 1-2: quá trình nén đoạn nhiệt, đẳng entropy ở máy nén I; 2-3: quá trình ngưng tụ đẳng áp ở thiết bị ngưng tụ II; 3-4: quá trình quá lạnh ở thiết bị hồi nhiệt III; 4-5: quá trình tiết lưu đẳng enthalpy ở van tiết lưu IV; 5-6: quá trình bay hơi đẳng áp ở thiết bị bay hơi V; 6-1; quá trình quá nhiệt ở thiết bị hồi nhiệt III. b). Tính toán các thông số của chu trình. Công cấp cho chu trình: l = h= - h1. Nhiệt lượng nhả ra ở thiết bị ngưng tụ: qk = h2 - h3. Nhiệt lượng trao đổi ở thiết bị hồi nhiệt: qhn = h3 - h4 = h1 - h6 Nhiệt lượng nhận được ở thiết bị bay hơi: qo = h6 - h5. Hệ số làm lạnh: c). Các nhận xét. Khi nào dùng thiết bị hồi nhiệt? So sánh chu trình máy lạnh sử dụng thiết bị hồi nhiệt với chu trình sử dụng bình tách lỏng ta thấy chu trình sử dụng thiết bị hồi nhiệt được thêm một lượng lạnh: Tốn thêm một lượng công: . Về mặt thiết bị tốn thêm thiết bị hồi nhiệt. Chu trình hồi nhiệt chỉ được sử dụng nếu hệ số làm lạnh ehn cao hơn hệ số làm lạnh e khi không có hồi nhiệt: ehn > e Þ Đối với các môi chất lạnh thực tế thông dụng là NH3, freon thì khi sử dụng chu trình hồi nhiệt đối với NH3 ta có: ; do đó chu trình máy lạnh NH3 không dùng thiết bị hồi nhiệt. Đối với freon ta có: . Do đó chu trình máy lạnh freon nên sử dụng thiết bị hồi nhiệt. Đây là chu trình cho các máy lạnh freon. 1.8.5. Tính toán chu trình máy lạnh 1 cấp. a). Các đại lượng cho trước. Nhiệt độ của môi trường giải nhiệt (nước hoặc không khí): tw. Nhiệt độ của sản phẩm cần làm lạnh, hoặc môi trường cần làm lạnh (lỏng hoặc khí): tf. Năng suất lạnh cần đảm bảo Qo cho 1 giờ; quy đổi ra kJ/h. b). Trình tự tính toán. Tính nhiệt độ ngưng tụ tk: Nếu môi trường giải nhiệt là không khí: tk = tw+(10 ¸ 20)oC; Nếu môi trường giải nhiệt là nước: tk = tw+(5 ¸ 8)oC; Tính nhiệt độ bay hơi to: môi trường làm lạnh là không khí: to = tf - (7 ¸ 10)oC; môi trường làm lạnh là không khí cho điều hòa nhiệt độ: to = tf - (12¸20)oC; môi trường làm lạnh là chất lỏng: to = tf - (4 ¸ 6)oC; Chọn độ qúa nhiệt: Máy lạnh amôniăc: Dtqn = 3 ¸ 5oC; Máy lạnh freon: Dtqn = 10 ¸ 45oC tùy theo mức độ hồi nhiệt; Chọn độ quá lạnh: Máy lạnh amôniăc: Dtql = 2 ¸ 3oC tại thiết bị ngưng tụ; Máy lạnh freon: Dtql xác định theo phương trình cân bằng nhiệt của thiết bị hồi nhiệt: h1-h6=h3-h4, kJ/h; Xây dựng đồ thị, xác định giá trị t, p, v, h, s ở các điểm nút của chu trình. Hình: Đồ thị T-s chu trình máy lạnh 1 cấp. Tính công máy nén: l = h2-h1, kJ/h; Tính nhiệt lượng thải ra ở thiết bị ngưng tụ: qk=h2-h3, kJ/kg; Tính nhiệt lượng nhận được ở thiết bị bay hơi: qo=h6-h5, kJ/kg; Tính hệ số làm lạnh: . Tính lượng môi chất G tuần hoàn trong hệ thống lạnh trong 1 giờ: kg/h Thể tích hút giờ máy nén: Vh=G.v1, m3/h. Bảng 1.1: Thông số trạng thái các điểm nút của chu trình. TSTT Điểm nút t oC p Mpa v m3/kg h kJ/kg s kJ/(kg.độ) 1 2 3 4 5 6 7 HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG PHẦN MỀM ONESTAGEREFRICYCLES 1.8.6. Ứng dụng kỹ thuật lạnh Kỹ thuật lạnh được ứng dụng trong nhiều ngành: Trong công nghiệp thực phẩm: bảo quản thịt, cá, rau, quả; trong sản xuất sữa, bia, nước ngọt, đồ hộp... Nước đá dùng rộng rãi trong ăn uống, bảo quản sơ bộ cá đánh bắt ở biển. Trong công nghiệp: ngành luyện kim: hóa lỏng không khí thu ôxy cấp cho các lò luyện gang (36 ¸ 38% ôxy), lò luyện thép và hàn cắt kim loại (tới 96 ¸ 99% ôxy); hóa lỏng rồi chưng cất không khí thu các đơn chất - khí trơ He, Kr, Ne, Xe - để nạp vào bóng đèn điện. Sử dụng lạnh cryo trong siêu dẫn. Trong nông nghiệp: hóa lỏng không khí thu nitơ làm phân đạm. Trong y tế: dùng lạnh bảo quản thuốc men, máu; dùng nitơ lỏng bảo quản các phôi, dùng lạnh trong mổ xẻ để giảm bớt chảy máu. Trong quốc phòng: dùng ôxy lỏng cho tên lửa, tàu vũ trụ. Trước khi tên lửa khai hỏa người ta cho ôxy lỏng có nhiệt độ dạng khí -180oC ra khỏi bình chứa nên ta thấy phần ống phóng ở đuôi có băng và hơi nước ngưng tụ mù mịt, sau ít giây mới thấy lửa phụt ra, khi tên lửa bay phần đuôi vẫn đóng băng. Điều hòa không khí cho nhà ở, nhà công cộng, các xí nghiệp công nghiệp, các phương tiện giao thông. PHẦN 2: LẮP RÁP HỆ THỐNG VÀ THIẾT BỊ Trong quá trình lắp đặt hệ thống và thiết bị, các quá trình kết nối, liên kết thiết bị cũng như khắc phục những sự cố (rò rỉ đường ống, di chuyển thiết bị) đòi hỏi người tiến hành phải thực hiện nhiều thao tác để hoàn thành tốt công việc như : cắt ống, loe ống, nông ống, uốn ống, hàn ống Trong phần này sẽ trình bày những thiết bị sử dụng cũng như giới thiệu các kỹ thuật trong thao tác để tiến hành những thao tác trên. 2.1. Hướng dẫn sử dụng bộ cắt ống, nông ống, loe ống, uốn ống. * Phân loại chức năng và công dụng của các dụng cụ . 2.1.1. Bộ cắt ống. 3 2 1 2 Hình 1: Bộ cắt ống. * Giới thiệu -1: Lưỡi dao cắt. -2: Trục lăn. -3: Núm vặn điều chỉnh lưỡi dao -4: Lưỡi dao làm sạch mạt đồng còn lại. 1 2 3 6 5 4 Hình 2: Bộ loe ống. 2.1.2. Bộ loe ống: * Giới thiệu: - 1 : Bộ kẹp ống. - 2 : Lỗ kẹp ống. - 3 : Ốc vặn siết kẹp. - 4 : Đầu loe. - 5 : Tay vặn. - 6 : Đồ gá. Hình 1 2 3 6 5 4 Hình 3: Bộ nông ống. 2.1.3. Bộ nông ống. * Giới thiệu: - 1 : Bộ kẹp ống. - 2 : Lỗ kẹp ống. - 3 : Ốc vặn siết kẹp. - 4 : Đầu nông ống. - 5 : Tay vặn. - 6 : Đồ gá. Hình Hình 4: Các cỡ đầu nông ống. 1 2 4 3 Hình 5: Bộ uốn ống. 2.1.4. Bộ uốn ống. * Giới thiệu: - 1: Rãnh đặt ống. - 2: Mỏ giữ ống cố định. - 3: Mỏ giữ để uốn ống động. - 4: Mặt chia độ. 2.2. Cắt ống. 2.2.1. Kỹ thuật cắt: * Thao tác: - Kiểm tra cẩn thận chiều dài của ống, sau đó lấy dũa vạch dấu vào chổ cần phải cắt. - Kiểm tra dao cắt. - Đặt ống vào giữa những con lăn đĩa cắt. - Đặt đúng lưỡi dao cắt vào vạch dấu đã vạch bằng dũa. - Vặn tay vít tới khi lưỡi cắt chạm sát vào ống đồng. - Quay từ từ dao cắt xung quanh ống để dao cắt ăn sâu dần vào ống. - Sau khi thấy nhẹ tay, siết thêm tay vít để làm tăng sức ép của dao cắt, và lại quay dao xung quanh ống. - Tiếp tục cắt bằng cách tăng dần sức ép của đĩa cắt nhưng không mạnh quá để khỏi làm ống hỏng.( ảnh hưởng đến quá trình nông ống và loe ống để kết nối với hệ thống). - Tẩy sạch rìa (nạo ba via) miệng ống bằng dao cạo ba via. - Trong khi làm sạch rìa, phải để dốc đầu ống xuống để phôi đồng không rơi vào bên trong ống. Hình 7: Nạo bavia Hình 6: Chuẩn bị cắt ống 2.3. Loe ống. - Khi nối ống bằng racco ta phải loe trước một đầu ống để nó ôm sát vào thân racco tạo thành một mối nối kín. 2.3.1. Kỹ thuật loe ống: - Trước khi loe nhớ lồng racco đúng chủng loại vào ống.( phải thật lưu ý để tránh phải cắt ống khi quên lồng racco). - Kiểm tra lại miệng ống xem đã làm sạch rìa ống chưa, ống có bị hư hỏng gì không?( miệng ống khi chiếu lên mặt phẳng phải là hình tròn, nếu là hình elip phải tiến hành cắt lại ống) - Đặt ống vào trong bộ kẹp, chọn đường kính của lỗ kẹp thật sự phù hợp với đường kính của ống. Kiểm tra lại racco đã lồng vào ống chưa. - Đặt vị trí của ống sao cho đầu ống cao hơn mặt của đồ kẹp tùy theo kích cỡ racco,kẹp chặt ống. - Bôi trơn đầu loe. - Gắn đồ gá có gắn đầu loe ống vào và tiến hành vặn tay vặn để đầu loe ép chặt vào ống, khi vặn nên vặn vào độ một vòng lại nới ra ¼ vòng rồi lại vặn tiếp. - Khi đầu loe đã ăn sâu tới mức cần thiết thì vặn ngược lại để rút đầu ra. - Tháo ống ra. - Kiểm tra đầu ống đã loe (nếu ống bị nứt là do ta đã vặn đầu loe vào quá nhanh). - Kiểm tra lại để chắc chắn là đường kính ống đã làm vừa khít bên trong racco. Hình 9: Ống sau khi loe Hình 8: Vặn tay vặn cho đầu loe tiến sát vào ống Hình 10: Gắn ống bằng racco * Một số sai sót sau khi loe ống. 2.4. Nông ống. - Để nối hai đầu ống có cùng đường kính, ta phải làm rộng một đầu để đầu kia có thể đưa lọt vừa khít vào. 2.4.1. Kỹ thuật nông ống : - Đưa ống vào bộ kẹp và chọn đường kính lỗ cho phù hợp với đường kính ống. - Đặt đầu ống thò lên mặt bộ kẹp 1 độ dài bằng đường kính ống cộng thêm 3mm. Ví dụ nếu ống có đường kính 6mm, thì chiều dài ống thò lên là : 6 + 3 = 9mm. - Kẹp chặt ống. - Chọn đầu nông có đường kính phù hợp để nông ống. - Gắn đồ gá có gắn đầu nông vào thiết bị và tiến hành vặn tay vặn để đầu nông tiến sâu vào ống ( tiến hành thao tác không nên quá vội vàng tránh làm biến dạng ống) - Khi vặn xuống vừa đủ thì vặn ngược lại để rút đầu nông ra. - Tháo ống ra và lắp vào đầu ống kia. - Nếu đầu nông quá rộng thì cần phải loe đầu ống còn lại sao cho hai miệng ống thật sát nhau. Hình 12: Nông ống Hình 11: Ống và bộ nông ống 2.5. Uốn ống. - Trong quá trình thi công lắp đặt hệ thống, không phải lúc nào đường ống dẫn môi chất cũng nằm trên một đường thẳng, chính vì vậy ta phải uốn ống để vừa đảm bảo tính thẩm mĩ, không lảm ảnh hưởng đến chất lượng ống cũng như yêu cầu lắp đặt hệ thống. * Kỹ thuật uốn ống: - Đặt ống cần uốn vào đúng rãnh tương ứng với đường kính của ống. - Xác định góc cần uốn. - Quay cần gạt một góc đúng bằng góc cần uốn để tạo hình ống theo yêu cầu. Hình 13: Uốn ống. Hình 14: Uốn gập (uốn 180o) Hình 15: Uốn vuông góc (uốn 90o) 2.6. Làm sạch ống 2.7. An toàn 2.8. Chuẩn bị và định vị ống: Trong công tác lắp ràp hệ thống và thiết bị, khâu chuẫn bị và định vị ống hết sức quan trọng. Mối hàn có đạt được yêu cầu kỹ thuật, tính thẩm mỹ hay không sẽ phụ thuộc rất nhiều vào khâu này (cho cã hàn điện và hàn khí). Do vâỵ trước khi hàn, các mép của vật hàn phải vệ sinh cẩn thận bằng cách: Tẩy rữa các lớp sơn cũ nếu có. Làm sạch lớp oxyt kim loại bám trên bề mặt kim loại hàn. Kim loại hàn không dính các loại dầu mỡ. Nếu mối hàn ỡ hạng tấm phẵn, các mối hàn cần sữa phẵn, sau đó hàn đính trước khi hàn. Nếu mối hàn ở dạng ống, chổ hai đầu ống nối với nhau, cũng phải chuẫn bị cẩn thận, sao cho khi ráp nối với nhau không những đạt được độ kín mà phải có độ đông tâm cao. 2.9.Thử điện hàn chính xác: Đối với hàn điện, cường độ dòng điện hàn phụ thuộc nhiều yếu tố quan trọng nhất là chiều dày vật hàn. Cường độ dòng điện hàn được xác đính theo công thức thực nghiệm sau: Ih = (35 ÷ 50)*dq Ih: Cường độ dòng điện hàn (Amp). dq : Đường kính que hàn (mm). Khi hàn giáp mối. dq = Khi hàn góc dq = Trong đó: S: chiều dài vật hàn (mm). K: cạnh mối hàn (mm). Giá trị cường độ dòng điện xác đình từ công thức ở trên được áp dụng cho hàn vị trí phẳn, còn đối với vị trí đứng và ngữa giá trị này khó hơn, thường khoản 80% so với vị trí nằm. 2.10.Các loại mối hàn: Đối với phương pháp hàn nói chung, thường bao gồm các loại hàn sau: Mối hàn giáp mối: (h1) Mối hàn loại này khâu chuẩn bị đơn giản, dể hàn, kim loại mỏng không cần vác mép. Tuy nhiên trước khi hàn phải hàn đính. Mối hàn náy áp dụng cho cã hàn điện và hàn khí. Mối hàn gấp mép: (h2) Trong phương pháp hàn khí, loại mối hàn náy rất phổ biến, áp dùng cho kim loại hàn có chiều dày mỏng. Mối hàn có độ kín cao, tăng độ bền chắc so với chiều dày. Mối hàn chồng: (h3) Loại náy ít sử dụng vì tốn kim loại, thường áp dụng cho phương pháp hàn điện. Mối hàn góc: (h4) Loại náy áp dụng trong thiết kế để chế tạo một cấu kiện mới. Mối hàn có độ cứng vững và bền chắc cao. Mối hàn nối các ống: Mối hàn náy áp dụng một cách phổ biến trong chế tạo cũng như sữa chữa của ngành nhiệt điên lạnh. Đối với kim loại đen dày, chỉ cần đâu mí để hàn. Còn đối với đồng, hoặc thau một ống để nguyên còn ống kia được nông ra lồng vào nhau trước khi hàn. (h5). Đối với ngành nhiệt điện lạnh, trong khâu sữa chữa ta thường gặp các mối hàn nối cụ thể sau: Mối hàn đầu ra giữa block với giàn nóng. (h6a) Mối hàn giửa hàn giàn nóng với bộ lọc. (h6b) Mối hàn nối giửa bộ lóc với ống mao. (h6c) Mối hàn giữa đường về đầu hút với block máy. (h6d) Mối hàn Racco vào block máy để náp gas. (h6e) Mối hàn Racco với bộ lọc. (h6f) điểm nạp gas Hút Dàn nóng Ống mao Dàn lạnh bộ lọc 2.11. Lắp các ống lót làm lạnh thông thường: a) Nối ống cùng đường kính: Để nối hai ống có cùng đường kính ta sử dụng các cách sau: Một ống để nguyên, ống còn lại nông ra sao cho đường kính trong của ống nông lớn hơn đường kính ngoài của ống kia từ (0,5 ÷ 0,4) mm (h7a) Dùng một đoạn ống khác có đường kính trong lớn hơn so với đường kính ngoài của 2 ống cần nối khoảng (0.3 ÷ 0,4) mm (h7b) b) Nối hai ống có đường kính khác nhau: - Độ chênh đường kính nhõ: trường hợp này ta lồng ống nhõ vào ống lớn sau đó tiến hành hàn. -Độ chênh đường kính lớn: trước khi hàn ta phải nông ống nhõ sao cho đường kính ngoài của ống này gần bằng đường kính trong của ống lớn và tiến hành hàn. c) Hàn bít ống: Dùng kẹp, kép dẹp ống cách mặt đầu khoảng 10 mm, sau đó làm dẹp mặt đầu trước khi tiến hành hàn bít. 2.12: Hàn khí: (02 – C2H2) Trong sửa chữa ngành điện lạnh, phương pháp hàn sử dung nhiều nhất đó là hàn khí. Vì vậy yêu cầu đối với phương pháp này là phải taọ được một mối hàn chắc, kín, không giảm tiết diện ống, mối hàn bóng đẹp phủ đều và phải an toàn khi sử dụng. Thiết bị hàn khí: Thiết bị hàn khí bao gồm: Bình chứa 02 (gió) Bính chứa C2H2 (Đá) Van giảm áp bình 02 Van giảm áp bình C2H2 Dây hàn cần và mỏ hàn. Moû haøn Van giaûm aùp Hình 3. Moû haøn, van giaûm aùp chai gas, chai gioù vaø daây daãn + Bình chứa 02: Làm bằng thép không hàn có chiều dày từ (12 ÷ 16) mm. Chịu được áp tối đa lên đến 200 at. + Bính chứa C2H2 :Cũng làm bằng thép có chiều dày (10 ÷ 12)mm chiều cao thấp hơn bính 02, suất tồi đa khoảng 20 at. C2H2 là loại khí rất dể cháy nỗ, nên hết sức cẩn thận khi sử dụng. + Van giảm áp: Công dụng của van giảm áp cho 02 và C2H2 là như nhau. Có nghĩa là nó làm giảm áp suất trong bình xuông bằng với áp suất sử dụng ở mỏ hàn. Khi sử dụng van giảm áp ta điều chỉnh tay vặn theo chiều kim đông hồ. Đối với 02 từ (3 ÷ 6) kgf/cm2 Đối với C2H2 từ (0,3÷ 0,6) kgf/cm2 Khi không sử dụng ta nới lỏng tay vặn. + Dây hàn: Dùng để dẫn khí từ van giảm áp đến cần và mõ hàn. Dây hàn chịu được áp lớn nhờ cấu tạo gồm nhiều lớp. Để tránh nhầm lẫn người ta qui ước dây đỏ cho C2H2, màu xanh cho 02. Ngoài ra các đầu nối đối với 02 có ren phải, C2H2 có ren trái, tránh lắp lẫn cho nhau. + Cần và mỏ hàn: Dùng để hoà trộn 02 và C2H2 và tạo ngọn lửa hàn, phụ thuộc vào công suất ngọn lửa mà ta có thể thay đổi mõ hàn bằng các kích cở khác nhau. Hình 3.2. Caùc böôùc thao taùc moái haøn thuaän 2.13: Hàn bạc: Trong khâu chế tạo cũng như sữa chữa ngành nhiệt điện lạnh, người ta thường sử dụng bạc để hàn. Đối với bạc có một số đặc điểm sau: a) Đặc điểm: - Nhiệt độ nóng chảy vào khoảng > 900c (thấp hơn thau) - Độ chảy loảng, điền đầy cao, do đó rất dể thẩm thấu vào những khe nhỏ của mối hàn, làm cho mối hàn chắc, kín. - Mối hàn bạc có độ bện chắc ngang cả ở nhiệt độ khá thấp. - Mối hàn bạc thường đựơc sử dụng khi nối hai kim loại: Đồng với Đồng, đồng với thau. - Mối hàn có độ dẻo rất cao. b) Kỹ thuật hàn: - Đối với phương pháp hàn bạc, ngòn lửa hàn chỉnh hơi thừa C2H2 một ít. - Công suất ngọn lửa bằng 70% so với hàn thép cùng chiều dày. - Dùng ngọn lửa nung nóng kim loại cần hàn đến nhiệt độ khoảng 450 0c. - Cho thước hàn (Boracw: Na2B4O7) vào mối hàn để tẩy sạch mối hàn. - Tiềp tục nung nóng mối hàn, để cho thuốc hàn tẩy sạch mối hàn, đến khi kim loại bắt đầu chuyển màu. - Đưa que hàn bạc vào vị trí cần hàn, bạc hàn nóng chảy và tự điển đậy mối hàn. - Ngọn lữa hàn không đặt quá gần mối hàn và dịch chuyển ( tránh bạc hàn loang đi nơi khác) - Không cho quá nhiều bạc hàn, vì làm cho mối hàn thô kệch, có khi làm bít đường ống. 2.14: Hàn thau: So với hàn bạc không thông dụng bằng, nhưng hàn thau vẫn được sử dụng trong ngành công nghệ nhiệt điên lạnh. a) Đặc điểm: - Nhiệt độ nóng chảy của than vào khoảng 820 0c, cao hơn so với bạc. - Độ chảy loãng và thẩm thấu kém bạc. - Mối hàn có tính bền chắc và cứng vững cao. - Có thể dùng để ghép hai kim loại: đồng với đồng, đồng với thau, thép với đồng thép với thép - Độ cứng cao nhưng độ dẻo kém bạc. - Mối hàn trở nên dòn khi làm việc ở nhiệt độ < -20 0c. b) Kỹ thuật hàn: Gần giống với kỹ thuật hàn của phương pháp hàn bạc, đối với hàn thau cần lưu ý thêm các điểm sau: Ngọn lữa hàn có thể sử dụng ngọn lữa trung hoà ( = 1,1 ÷ 1,2) Công suất ngón lữa gần bằng với hàn thép cùng chiều dày. vẫn sử dụng thuốc hàn là Borắc. PHẦN 3: THỬ NGHIỆM VÀ VẬN HÀNH HỆ THỐNG 3.1 Thử kín: Theo quy định, áp suất thử các thiết bị làm việc áp lực như sau: áp suất thử kín bằng áp suất làm việc, áp suất thử bền bằng 1,5 lần áp suất làm việc. Trên cơ sở đó, ta có thể tiến hành thử áp suất các thiết bị theo các số liệu sau: Hệ thống lạnh Phía Ap suất thử, bar Thử bền bằng chất lỏng Thử kín bằng chất khí Hệ thống NH3 và R22 Cao áp Hạ áp 25 16 16 10 Hệ thống R12 Cao áp Hạ áp 24 15 16 10 Hệ thống lạnh Phía Ap suất thử, bar Thử bền bằng chất khí Thử kín bằng chất khí Hệ thống NH3 và R22 Cao áp Hạ áp 25 15 18 12 Hệ thống R12 Cao áp Hạ áp 24 15 15 10 Để thử các hệ thống lạnh, người ta thường sử dụng: khí nén, khí CO2 hoặc N2. Đối với hệ thống NH3 không được sử dụng CO2 vì có gây phản ứng hoá học, còn với Frêon takhông sử dụng hơi nước vì hơi nước trong không khí gây tắc ẩm. Khi nối với bình N2 không được nối trực tiếp mà phải qua một van giảm áp. Khi thử phải đóng các van nối với các Rơle áp suất HP, LP và OP nếu không sẽ làm hỏng các thiết bị. Khi nén khí để thử nếu nhiệt độ khí nén tang cao phải dừng lại ngay cho khí nén nguộirồi nén tiếp, không được cho nhiệt độ tăng cao. Đối với các hệ thống có các van điện từ, van tiết lưu tự động thì phải mở thông bằng tay. Sau đây là quy trình thử kín hệ thống: Nâng áp suất lên áp suất thử của hệ thống. Duy trì áp suất thử trong vòng 24 giờ. Trong 6 giờ đầu, áp suất thử giảm không quá 10% và sau đó không giảm. Tiến hành thử bằng nước xà phòng. Khả năng xảy ra rò rỉ trên đường ống nguyên rất ít xảy ra vì thế nên kiểm tra tại các mối hàn, mắt bích. Nếu đã thử hết mà không phát hiện vết xì hở mà áp suất vẫn giảm thì ta kiểm tra tiếp trên các đường ống. Khi không phát hiện chỗ rò rỉ thì cần khoanh vùng kiểm tra. Một điều cần lưu ý là áp suất trong hệ thống phụ thuốc vào nhiệt độ môi trường, nghĩa là phụ thuộc vào giờ trong ngày, vì vậy cần phải kiểm tra vào thời điểm nhất định trong ngày. Khi phát hiện rò rỉ cần loại bỏ áp lực trong hệ thống rồi mới xử lý. Tuyệt đối không được xử lý khi vẫn còn áp lực. Sau khi đã thử xong hoàn chỉnh, không phát hiện rò rỉ mới tiến hành bọc cách nhiệt đường ống và thiết bị. 3.2 Thử bền: Thử bền hệ thống được tiến hành như sau: Chuẩn bị thử: cô lập máy nén, ngắt áp kế đầu hút, mở van (trừ van xả), nối bình khí (hoặc N2) qua van giảm áp. Nâng áp suất hệ thống từ từ lên áp suất thử bền cho phía cao áp và hạ áp. Duy trì áp suất thử trong vòng 5 phút rồi giảm từ từ tới áp suất thử kín. Tuy nhiên cần lưu ý, máy nén và các thiết bị được thử bền tại nơi chế tạo rồi có thể không cần thử thêm lần nữa, mà chỉ cần thử hệ thống đường ống, mối hàn. 3.3 Hút chân không: Việc hút chân không phải tiến hành nhiểu lần mới đảm bảo hút kiệt không khí và hơi ẩm có trong hệ thống và thiết bị. Duy trì áp lực 50 – 75 mmHg (tức là độ chân không khoảng -700 mmHg) trong 24 giờ, tromg 6 giờ đầu áp lực cho phép tăng khoảng 50% nhưng sau đó không tăng. 3.4 Nạp gas: Để nạp môi chất, trước hết cần xác định lượng môi chất nạp vào hệ thống. Nạp quá nhiều hoặc quá ít đều ảnh hưởng đến năng suất của hệ thống. Nạp môi chất qua nhiều: bình chứa không chứa hết dẫn đến một lượng lỏng sẽ nằm ở thiết bị ngưng tụ làm diện tích trao đổi nhiệt giảm, áp suất ngưng tụ tăng cao. Nạp môi chất quá ít: không đủ để cho hệ thống hoạt động bình thường dẫn đến dàn lạnh không hoạt động tốt,năng suất lạnh giảm, mặt khác khi thiếu môi chất thì lượng tiết lưu giảm do đó độ quá nhiệt tăng làm cho nhiệt độ đầu đẩy tăng cao. Có nhiều phương pháp để xác định lượng môi chất cần nạp. Tuy nhiên trên thực tế cách xác định hợp lý và chính xác nhất là lượng môi chất trên từng thiết bị khi hệ thống đang hoạt động. Ở mỗi thiết bị, môi chất thường tồn tại ở hai trạng thái: phía trên là hơi, phía dưới là lỏng, rõ ràng khối lượng môi chất ở trạng thái lỏng mới đáng kể nên chỉ cần xác định lượng lỏng ở các thiết bị khi hệ thống đang hoạt động ở trạng chế độ bình thường, sau đó ta nhân thêm 10- 15 % khi tính đến môi chất ở trạng thái hơi. Theo kinh nghiệm, số lượng phần trăm chứa lượng môi chất lỏng trong các thiết bị cụ thể như sau: Bình chứa cao áp : 20% Bình trung gian nằm ngang: 90% Bình trung gian kiểu đứng: 60% Bình tách dầu: 0% Bình tách lỏng: 20% Dàn lạnh làm lạnh theo chế độ ngập lỏng: 80-100% Dàn lạnh cấp dịch theo kiểu tiết lưu trực tiếp: 30% Thiết bị ngưng tụ: 10% Bình chứa hạ áp: 60% Đường cấp dịch: 100% Bình giữ mức lỏng: 60% Thường ta nạp môi chất theo 2 phương pháp sau: Nạp môi chất theo đường hút: Nạp môi chất theo đường hút thường áp dụng cho các hệ thống nhỏ. Phương pháp này có đặc điểm: Nạp ở trạng thái hơi, số lượng nạp ít, thời gian nạp lâu. Chỉ áp dụng cho máy có công suất nhỏ. Việc nạp môi chất được tiến hành khi hệ thống đang hoạt động. Các thao tác: Nối bình môi chất vào đầu hút máy nén qua bộ đồng hồ áp suất. Dùng môi chất đuổi hết không khí trong ống nối. Mở từ từ van nối để môi chất đi theo đường ống hút vào hệ thống. Ta cần phải theo dõi lượng băng bám trên thân máy, kiểm tra dòng của máy nén và áp suất đầu hút không quá 3 KG/cm2. Nếu áp suất hút quá lớn thì có thể quá dòng. Khi nạp môi chất chú ý không được để cho lỏng hút về máy nén gây ra hiện tượng ngập lỏng rất nguy hiểm. Vì thế đầu hút chỉ được nối phía trên của bình để đảm bảo chỉ có hơi về máy nén, không được dốc ngược hoặc nghiêng bình trong khi nạp và tốt nhất bình môi chất đặt thấp hơn máy nén. Trong quá trình nạp có thể theo dõi lượng môi chất nạp bằng cách đặt bình môi chất lên cân. Nạp môi chất theo đường cấp dịch: Phương pháp này thường áp dụng cho các hệ thống lớn. Phương pháp này có đặc điểm sau: Nạp môi chất dưới dạng lỏng, số lượng nạp nhiều, thời gian nạp nhanh. Sử dụng cho hệ thống lớn. Các thao tác: Nối bình môi chất vào thiết bị bay hơi thông qua bộ đồng hồ áp suất. Dùng môi chất đuổi hết không khí trong ống nối. Mở từ từ van nối để môi chất vào trong hệ thống. 3.5 Vận hành: a) Chuẩn bị vận hành: Kiểm tra điện áp nguồn không được sai lệch so với định mức 5%. Kiểm tra bên ngoài máy nén và các thiết bị chuyển động xem có vật gì gây trở ngại sự làm việc bình thường của các thiết bị không. Kiểm tra số lượng và chất lượng dầu trong máy nén. Mức dầu phải chiếm 2/3 mắt xem dầu. Mức dầu quá nhiều và quá ít đều có ảnh hưởng không tốt. Kiểm tra mức nước trong bể chứa, tháp giải nhiệt, đồng thời kiểm tra xem lượng nước có bảo đảm yêu cầu kỹ thuật,nếu không ta phải bổ sung hoặc thay nước sạch hơn. Kiểm tra các thiết bị đo lường, điều khiển và bảo vệ hệ thống. Kiểm tra lại hệ thống điện. Kiểm tra lại tình trạng đóng mở của các van. b) Vận hành: Tuỳ thuộc vào những hệ thống cụ thể mà ta có các cách vận hành khác nhau. Tuy nhiên, hầu hết trong các hệ thống lạnh được thiết kế thường có hai cách vận hành: chế độ vận hành tự động (AUTO) và chế độ vận hành bằng tay (MANUAL). Chế độ tự động: hệ thống hoạt động hoàn toàn tự động, trình tự khởi động đã được người thiết kế lập trình sẵn. Chế độ này có ưu điểm hạn chế những sai sót của người vận hành. Tuy nhiên ở chế độ này, các thiết bị ảnh hưởng, khống chế qua lại với nhau nên không thể tuỳ tiện thay đổi được. Các thao tác: Bật aptomát tổng của tụ điện động lực, aptomát của tất cả các thiết bị của hệ thống. Bật các công tắc chạy các thiết bị sang vị trí AUTO. Nhấn nút START cho hệ thống hoạt động. Khi đó các thiết bị sẽ hoạt động theo một trình tự nhất định. Từ từ mở van chặn hút của máy nén. Nếu mở nhanh có thể gây ra ngập lỏng, mặt khác khi mở quá lớn thì dòng điện sẽ quá dòng. Lắng nghe tiếng của máy nén, nếu có tiếng gõ bất thường, kèm sương bám nhiều ở đầu hút thì dừng máy ngay. Theo dõi dòng điện máy nén. Dòng không được quá lớn so với dòng định mức. Trong quá trình khởi động, mạch khởi động máy nén sẽ là mạch sao, hệ thống ở chế độ giảm tải, thời gian này rất ngắn. Bật công tắc cấp dịch cho dàn lạnh, bình trung gian và bình chứa hạ áp (nếu có). Chế độ bằng tay: người vận hành cho chạy độc lập các thiết bị. Khi chạy ở chế độ này, đòi hỏi người vận hành phải có kinh nghiệm. Chế độ chạy bằng tay chỉ nên sử dụng khi cần kiểm tra hiệu chỉnh các thiết bị hoặc khi cần chạy riêng lẻ một thiết bị nào đó. Các thao tác: Bật aptomát tổng của tụ điện động lực, aptomát của tất cả các thiết bị của hệ thống. Bật các công tắc chạy các thiết bị như bơm, quạt giải nhiệt, bộ cánh khuấy, qạt dàn lạnh, tháp giải nhiệt sang vị trí MANUAL. Các thiết bị này sẽ được chạy trước. Bật công tắc giảm tải máy nén sang vị trí MANUAL để giảm tải trước khi chạy máy. Nhấn START cho máy nén hoạt động. Từ từ mở van chặn hút của máy nén. Nếu mở nhanh có thể gây ra ngập lỏng, mặt khác khi mở quá lớn thì dòng điện sẽ quá dòng. Bật công tắc cấp dịch cho dàn lạnh, bình trung gian và bình chứa hạ áp (nếu có). Dừng máy: Hệ thống đang hoạt động ở chế độ tự động: Tắt tất cảc các công tắc cấp dịch cho dàn lạnh, bình chứa hạ áp, bình trung gian. Khi áp suất Ph < 50 cmHg thì nhấn nút STOP để dừng máy hoặc đợi cho rơle áp suất thấp LP tác động dừng máy. Đóng van chặn hút máy nén. Sau khi máy đã ngừng hoạt động có thể cho bơm giải nhiệt hoặc quạt dàn ngưng chạy thêm 5 phút để giải hết nhiệt cho dàn ngưng bằng cách bật công tắc chạy bơm, quạt sang vị trí MANUAL. Ngắt aptomat của các thiết bị. Đóng cửa tủ điện. Hệ thống đang hoạt động ở chế độ bằng tay: Tắt tất cả các công tắc cấp dịch cho dàn lạnh, bình chứa hạ áp, bình trung gian. Khi áp suất Ph < 50 cmHg thì nhấn nút STOP để dừng máy. Bật công tắc chạy bơm, quạt sang vị trí OFF để dừng chạy các thiết bị này. Đóng van chặn hút. Ngắt các aptomat của các thiết bị. Đóng cửa tủ điện. Dừng máy sự cố: Khi có sự cố khẩn cấp cần tiến hành ngay lập tức: Nhấn nút EMERENCY hoặc STOP để dừng máy. Tắt aptomat tổng của tủ điện. Đóng van chặn hút. Nhanh chóng tìm hiệu và khắc phục sự cố. Cần lưu ý: + Nếu sự cố rò rỉ NH3, thì phải sử dụng mặt nạ phòng độc để xử lý sự cố. + Các sự cố áp suất xảy ra, sau khi xử lý xong muốn phục hồi để chạy lại cần nhấn nút RESET trên tủ điện. + Trường hợp sự cố ngập lỏng thì không được chạy lại ngay. Bạn có thể sử dụng máy khác để hút kiệt môi chất trong máy ngập lỏng rồi mới có thể chạy lại tiếp. Trường hợp không có máy khác nén khác thì phải để như vậy cho môi chất tự bốc hơi hết hoặc sử dụng máy nén bên ngoài rút dịch trong thân máy ngập lỏng. Dừng máy lâu dài: Để dừng máy lâu dài cần tiến hành hút nhiều lần để hút kiệt môi chất trong dàn lạnh và đưa về bình chứa có áp. Sau khi đã tiến hành dừng máy, tắt aptomat nguồn và khóa tủ điện. 3.6 Đo các thông số: Khi hệ thống đang hoạt động bình thường, phảiluôn có người theo dõi và ghi lại toàn bộ thông số hoạt động của hệ thống. Cứ 30 phút ghi một lần. Các số liệu bao gồm: điện áp nguồn, dòng điện các thiết bị, nhiệt độ đầu đẩy, đầu hút và nhiệt độ ở tất cả các thiết bị, buồng lạnh, áp suất đầu đẩy, áp suất đầu hút, áp suất trung gian, áp suất dầu, áp suất nước. Sau đó ta so sánh, đánh giá các số liệu so với các thông số thường ngày.