Chương 8: TÍNH TOÁN VÀ CHỌN CÁC THIẾT BỊ PHỤ

 Lưu lượng R22 qua bình hồi nhiệt:



G = 0,28 kg/s

 Thể tích hơi quá nhiệt qua bình hồi nhiệt:



Vh =



G 0, 28

=

= 0,013

ρ 22,38



m3/s



 Diện tích hình vành khăn bình hồi nhiệt:



FHN =



π

3,14

.( D2 2 − D12 ) =

.(0,127 2 − 0,12 ) = 0, 0048

4

4



m2



 Diện tích choán chỗ của cuộn ống xoắn:



π

π

. (0,127 − 0, 003) 2 − (0,1 + 0, 003) 2  = .(0,124 2 − 0,1032 ) = 3, 74.10−3



 4

4



Fx =



m2



 Diện tích cho hơi quá nhiệt đi qua:



Fh = FHN – Fx = 1,06.10-3 m2

 Vận tốc hơi quá nhiệt đi qua tiết diện hẹp:



ω=



Vh

0,013

=

= 12, 26

Fh 1, 06.10−3



m/s



 Trị số Reh của hơi:



Re h =



ω.d ng 12, 26.0, 012

=

= 271439

υh

0,542.10−6



 Chế độ chảy quá độ: Nu = C.Rem.Prhn.εz



Do bố trí ống song song nên: C = 0,27; m = 0,63; n = 0,36; εz = 0,95.

Nu = 0,27. 2714390,63.0,720,36.0,95 = 603,866

 Hệ số tỏa nhiệt về phía hơi quá nhiệt:



αh =



Nu.λh 603,866.0, 00925

=

= 465, 48

d ng

0, 012



W/(m2.K)



 Lưu lượng thể tích lỏng quá lạnh chuyển động trong ống:



31



Vl =



m 0, 289

=

= 2, 476.10−4

ρl 1167, 2



m3/s



 Vận tốc freon lỏng trong ống:



ωl =



4Vl

4.2, 476.10−4

=

= 1,577

n.π .dtr 2 2.3,14.0, 012



m/s



với n = 2 là số ống xoắn làm việc song song

 Trị số Re:



Re =



ωl .dtr 1,577.0, 01

=

= 80459

υ

0,196.10−6



 Chế độ chảy quá độ.

 Trị số Nu:



Nu = 0,27. 804590,63.3,570,36.0,95 = 500

 Hệ số tỏa nhiệt về phía Freon lỏng quá lạnh khi chưa hiệu chỉnh:



α 'w =



Nu.λ 500.0, 082

=

= 4100

dtr

0, 01



W/(m2.K)



 Do chuyển động trong ống xoắn, hệ số tỏa nhiệt thực có hiệu chỉnh như sau:





d 

α w = α 'w .ε x = α 'w . 1 + 1, 77. tr ÷

Rtb 





Trong đó:



Rtb : bán kính uốn cong trung bình của cuộn ống xoắn

Rtb = (0,124 + 0,103)/4 = 0,057



0, 01 



α w = 4100. 1 + 1, 77.

= 4948, 77

0,057 ÷







W/(m2.K)



 Hệ số truyền nhiệt quy đổi theo bề mặt ngoài:



K ng =



1

1 d ng δ v 1

.

+ +

α w dtr λv α h



=



1

1

0, 012 0, 001

1

.

+

+

4948, 77 0, 01 383,8 465, 48



= 417,81



W/(m2.K)



Với δ = 0,001 m; λ = 383,8 W/(m2.K) là chiều dày và hệ số dẫn nhiệt của vách ống đồng.

 Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình logarit:

32



θm =



( tw 2 − t1 ) − ( tw 2 − t2 ) = ( 30 + 13) − ( 30 − 10 )

ln



tw 2 − t1

t w 2 − t2



ln



30 + 13

30 − 10



= 30, 05



K = 30,05 oC



 Diện tích truyền nhiệt của bình hồi nhiệt:



Fng =



QHN

3, 757.103

=

= 0, 3

K ng .θ m 417,81.30, 05



m2



 Tổng chiều dài ống đồng:



L=



Fng



π .d ng



=



0,3

= 7,96

3,14.0, 012

m



8.2 Tháp giải nhiệt

8.2.1



Kết cấu, yêu cầu của tháp giải nhiệt



 Nhiệm vụ

-



Nhiệm vụ của tháp giải nhiệt là thải toàn bộ lượng nhiệt do môi chất lạnh ngưng tụ

tỏa ra.



-



Lượng nhiệt này được thải ra ngoài môi trường nhờ chất tải nhiệt trung gian là nước.

Nhờ quạt gió và dàn phun mưa, nước bay hơi một phần và giảm nhiệt độ xuống tới

mức yêu cầu để được bơm trở lại bình ngưng nhận nhiệt ngưng tụ.



 Nguyên tắc làm việc

-



Nước nóng ra từ thiết bị ngưng tụ được phun đều lên khối đệm. Nhờ khối đệm

nước chảy theo hình zig zag với thời gian lưu lại khá lâu trong khối đệm. Không

khí được hút từ dưới lên nhờ quạt. Cũng nhờ khối đệm, diện tích tiếp xúc giữa

nước và không khí tăng lên nhiều lần và nhờ đó quá trình trao đổi nhiệt được tăng

cường. Nước bay hơi vào không khí. Quá trình bay hơi nước vào không khí gắn

liền quá trình thu nhiệt của môi trường, do đó nhiệt độ của nước giảm xuống.

Ngoài nhiệt ẩn do hơi nước mang đi, vẫn có thể có một dòng nhiệt hiện trao đổi

giữa không khí và nước. Dòng nhiệt này mạnh hay yếu tùy thuộc vào trạng thái

không khí vào tháp và trạng thái nước phun.



-



Quá trình trao đổi nhiệt diễn ra càng mạnh, hiệu quả trao đổi nhiệt càng lớn, năng

suất giải nhiệt của tháp càng tăng khi:

•



Độ ẩm và nhiệt độ của không khí vào tháp càng thấp.



•



Tốc độ không khí càng cao.



•



Bề mặt trao đổi nhiệt giữa nước và không khí càng lớn.

33



8.2.2



Các chi tiết tháp giải nhiệt



 Khối đệm

-



Quá trình bay hơi nước cơ bản được thực hiện trong khối đệm. Nước chảy xuống

theo bề mặt khối đệm còn không khí đi ngược từ dưới lên.



-



Khối đệm cần thỏa mãn các yêu cầu sau:

•



Tạo được bề mặt dính ướt lớn, tiếp xúc được với không khí chuyển động ngược

chiều.



•



Cần có khả năng giữ nước lưu lại lâu trong khối đệm như vậy có khả năng giảm

chiều cao cần thiết của tháp.



•



Diện tích tiếp xúc với không khí lớn nhưng tổn thất áp suất không khí đi qua khối

đệm phải nhỏ. Các dầm đỡ càng ít và càng nhỏ, càng thuận lợi cho quá trình làm

việc của tháp.



•



Dòng khí đi lần cần phải là dòng chảy rồi để tăng khả năng trao đổi nhiệt.



•



Chiều dày của màng nước chảy trên bề mặt phải mỏng để đỡ chắn lối lên của khí.



•



Cần phải phân phối đều nước tưới trong khối đệm trên toàn tiết diện ngang của

tháp. Nếu nước chảy chỗ tưới dày, chỗ tưới mỏng sẻ giảm hiệu quả.



•



Cần tránh hiện tượng nước bị cuốn theo không khí ra ngoài.



 Quạt gió

-



Trong các tháp giải nhiệt thông dụng, người ta sử dụng quạt hướng tâm kiểu hút đặt

trên đỉnh tháp.



-



Các quạt thường được chế tạo bằng vật liệu nhẹ như polyester gia cường bằng sợi

thủy tinh với mục đích:



-



Đạt được lưu lượng gió lớn với công suất động cơ nhỏ.



-



Quạt chạy êm không gây tiếng ồn.



-



Quạt thường có bồn cánh nhựa rời gắn rời nhau và nối vào trục động cơ bằng một ổ

cố định cánh vào động cơ. Các cánh có thể điều chỉnh được tốc độ và lưu lượng

gió. Tuy nhiên, đông cơ quạt đã cố định công suất nên không thể tùy tiện điều

chỉnh ra ngoài phạm vi cho phép làm cho động cơ làm việc quá tải hoặc dẫn đến

gãy cánh. Các quạt có đường kính 1,2 m trở lên mới chế tạo bằng hợp kim nhôm.



 Bộ phận phân phối nước

-



Việc phân phối nước đều cho mọi vị trí trong toàn bộ khối đệm là rất quan trọng,

nó quyết định hiệu quả giải nhiệt của tháp. Có nhiều kiểu phân phối nước. Đối với

tháp hình trụ ta sử dụng dàn phun quay.

34



-



Ưu điểm của dàn phun quay:

•



Nước được phân phối với độ đồng đều cao.



•



Áp suất nước phun không lớn nên tiết kiệm được công suất bơm.



•



Vệt nước chảy ra từ các lỗ của dàn có kích thước lớn nên không bị gió cuốn theo

do đó không cần bố trí bộ chắn nước.



 Vỏ tháp

-



Với cách bố trí quạt trên đỉnh tháp và sử dụng dàn phun quay nên hầu hết các tháp

giải nhiệt có dạng hình trụ đứng.



-



Vỏ tháp giải nhiệt cần có các yêu cầu sau:

•

•

•

•

•



8.2.3



Kết cấu của tháp phải có tính khí động cao: Gió phải được phân phối đều trên

toàn bộ tiết diện ngang của tháp, tổn thất áp suất nhỏ…

Khối lượng vỏ tháp phải đạt tối thiểu với điều kiện vỏ đủ cứng vững.

Vỏ phải chịu được thời tiết, phải làm việc được ngoài trời mà không bị han gỉ,

hư hỏng.

Công việc lắp đặt vỏ và các chi tiết phải nhanh chóng dễ dàng.

Giá thành thấp.

Tính chọn tháp giải nhiệt



Lượng nước bay hơi vào không khí để thải nhiệt cho nước nhờ ẩn nhiệt hóa hơi. Nhiệt

ẩn hóa hơi của nước ở áp suất thường r = 2258 kJ/kg. Giả thiết toàn bộ nhiệt thải của tháp

được thải theo đường bay hơi (nhiệt ẩn bằng 100%, nhiệt hiện 0%) thì lượng nước bay

hơi có thể xác định theo phương trình cân bằng nhiệt sau:



Qk = C.ρ.V .(t w 2 − t w1 )

Trong đó:



Qk = 59,36 kW – Nhiệt lượng thải ra ở bình ngưng tụ, kW.

tw1 = 34oC - Nhiệt độ nước vào bình ngưng tụ (nhiệt độ nước ra tháp giải



nhiệt)

tw2 = 39oC - Nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng tụ (nhiệt độ nước vào

tháp giải nhiệt).

ρ = 1000 kg/m3 – Khối lượng riêng của nước.

V – Lưu lượng nước tuần hoàn, m3/s

V=



Qk

59,36

=

= 2,84.10−3

C.ρ .(tw 2 − tw1 ) 4,184.1000.(39 − 34)



m3/s



Ta có: Qk = 59,36 kW = 14,18 kcal/s = 51052 kcal/h = 51052/3024 = 16,88 tôn

35



Ta chọn tháp giải nhiệt Rinki kiểu FRK20 với các thông số sau:

Kí hiệu



FRK20



Lưu lượng nước định mức, l/s



4,4



Đường kính tháp D, mm



1170



Chiều cao tháp H, mm



1845



Đường kính đường nước vào, mm



50



Đường kình đường nước ra, mm



50



Đường kính ống chảy tràn, mm



25



Đường kính ống đường xả, mm



25



Đường kính ống van phao, mm



15



Lưu lượng quạt gió, m3/ph



170



Đường kính cánh quạt, mm



760



Công suất motor quạt, kW



0,37



Khối lượng tháp (khô), kg



58



Khối lượng tháp (ướt), kg



185



Độ ồn, dBA



54



8.2.4



Tính lượng nước cần bổ sung cho tháp giải nhiệt



Khi vận hành tháp nước sẽ bị tổn thất do nước hóa hơi, nước bị cuốn theo gió, và xả

nước định kỳ. Do đó ta cần bổ sung nước vào tháp giải nhiệt

 Lưu lượng nước hóa hơi



mwh =



Qk 59,36

=

= 0, 026

r

2258



kg/s



 Lượng nước bị cuốn theo gió



Do quạt với tốc độ không khí lớn nên các bụi nước nhỏ cuốn theo ra ngoài. Lượng

nước cuốn theo nằm trong khoảng 0,2 ÷ 0,3% lượng nước tuần hoàn qua tháp giải nhiệt.

Chọn lượng nước cuốn theo bằng 0,2% lượng nước tuần hoàn



mwc = 0, 002.mw

mw =



Qk

59,36

=

= 2,84

C.(tw 2 − tw1 ) 4,184.(39 − 34)



kg/s

36







mwc = 0, 002.2,84 = 5, 67.10−3



kg/s



 Lượng nước xả định kỳ



Khi vận hành tháp trong thời gian dài, do lượng nước bay hơi nên nồng độ tạp chất như

bụi, cặn bẩn, độ cứng, pH…tăng cao vượt mức chuẩn cho phép. Để bảo vệ bình ngưng

không bị đóng cặn và xâm thực, ăn mòn người ta phải xử lý nước bổ sung và xả một phần

nước tuần hoàn để thay thế bằng nước mới. Lượng nước xả định kỳ chiếm 0,3% lượng

nước tuần hoàn.

Vậy lượng nước cần bổ sung:



mwx = 0, 003.2,84 = 8,52.10−3



kg/s



mwbs = mwh + mwc + mwx = 0, 026 + 5, 67.10 −3 + 8,52.10 −3 = 0, 04



8.3



kg/s



Đường ống



Yêu cầu đối với việc tính toán và lựa chọn đường ống là đủ độ bền cần thiết và tiết

diện của ống phải đảm bảo yêu cầu kỹ thuật và kinh tế.

Chọn vật liệu của đường ống trong hệ thống là thép. Việc kiểm tra bền là không cần

thiết. Thường ống có thể chịu được áp lực đến 3Mpa.

Ta cần chọn đường kính của:

. Ống hút máy nén hơi.

. Ống đẩy máy nén hơi.

. Đường dẫn lỏng của máy lạnh.

Ta có thể tính toán đường kính trong của ống dẫn theo biểu thức:

d=



4.m

ρ .π .ϖ

(m)



Trong đó: d: đường kính trong của ống dẫn, mm.

m: lưu lượng, kg/s.

ρ: khối lượng riêng của môi chất, kg/m3.

ω: tốc độ dòng chảy trong ống, m/s.

Thông số môi chất chảy trong ống

Loại ống



Ống hút



Ống đẩy



Ống dẫn lỏng

37



m, kg/s



0,28



ρ, kg/m3



11,765



45,455



594,95



ω, m/s



12



11



0,7



d, mm



50



27,135



29,732



Chọn đường kính ống dẫn bằng thép theo tiêu chuẩn của Nga

Đường kính ống dẫn môi chất lạnh

Loại ống



Đường

kính danh

nghĩa Dv,

mm



Đường

kính ngoài

Da, mm



Đường

kính trong

Di, mm



Chiều dày

vách ống,

mm



Tiết diện

ống, mm2



Khối

lượng 1m

ống, kg



Ống hút



50



60



53



3,5



2210



4880



Ống đẩy



25



32



27,5



2,25



5950



1,65



Ống dẫn



32



38



33,5



2,25



8,8



1,98



8.4



Bình tách lỏng kiêm bình chứa hạ áp

Nhiệm vụ: tách lỏng ra khỏi dòng hơi về máy nén, đảm bảo máy nén chỉ hút hơi

không hút lỏng gây va đập thủy lực, dẫn đến hư hỏng máy nén. Đồng thời, kiêm nhiệm

vụ bình chứa hạ áp, đảm bảo lượng môi chất lạnh được phân phối đều vào dàn lạnh.

Bên cạnh đó, bình chứa hạ áp còn được sử dụng để xả tạm thời chất lỏng ra khỏi dàn

lạnh trực tiếp trước khi xả đá bằng hơi nóng.

Cấu tạo: là một bình hình trụ bằng thép, được bố trí trên đường hút về máy nén,

giữa dàn lạnh và máy nén.

Vị trí: Bình tách lỏng được đặt cao hơn dàn bay hơi, được bọc cách nhiệt nhằm

giàm tổn thất nhiệt và tránh hiện tượng đọng sương.

Nguyên lý hoạt động: do sự giảm vận tốc đột ngột (từ 15 m/s xuống 0,5 m/s),

các giọt dầu và lỏng bị tách ra khỏi dòng hơi. Dòng ra khỏi bình hầu như hoàn toàn là

hơi khô.

Áp suất tối đa cho phép của bình là 1,5 Mpa Ta chọn bình tách lỏng kiêm bình

chứa hạ áp dựa vào thể tích bình.

Thể tích bình chứa hạ áp được tính theo công thức sau:

V = 0,375.Vl

với Vl là thể tích chứa của dàn lạnh trực tiếp

38



π.

Vl = Vvành khăn.16.20 =



Dtr 2 − d ng 2

4



.h = 3,14.



0,0212 2 − 0, 012 2

.0,9

4



.16.20 = 0,074 m3



 V = 0,375.0,074 = 0,028 m3



Thông số kỹ thuật bình tách lỏng kiêm bình chứa hạ áp

Thể tích,



Các kích thước, mm



Trọng lượng,



m3



H



B



d



kg



1,68

8.5



D

800



3880



1116



150



785



Bình tách dầu



Nhiệm vụ: máy nén hoạt động cần có dầu bôi trơn cho pittong. Do đó, khi máy

nén hoạt động, nén môi chất lạnh R22 luôn có một phần dầu hòa lẫn vào môi chất lạnh.

Dầu theo môi chất lạnh, nếu không được tách ra đi vào thiết bị ngưng tụ và bám lên

thành ống trao đổi nhiệt, hạn chế quá trình trao đổi nhiệt của thiết bị. Bình tách dầu có

nhiệm vụ tách dầu cuốn theo hơi máy nén, không cho dầu đi vào dàn ngưng mà dẫn dầu

quay trở lại máy nén.

Cấu tạo và vị trí: là một ống thép đặt đứng, có ống xoắn kiểu zyclon ở phía trong.

Bình tách dầu được đặt trên đường đẩy của máy nén trước thiết bị ngưng tụ và sau máy

nén.

Nguyên tắc hoạt động: dòng môi chất lạnh có lẫn dầu đi vào bình, vận tốc của

dòng bị giảm đột ngột ( từ 20 m/s xuống 0,7 m/s), mặt khác dòng còn bị thay đổi hướng

đột ngột, các giọt dầu lẫn trong dòng môi chất lạnh bị tách ra khỏi dòng rơi xuống đáy

bình.

 Chọn bình tách dầu sản xuất tại Nga có kí hiệu 65-MO

8.6



Bơm:

Năng suất bơm nước làm mát cho thiết bị ngưng tụ:

V=



Qk

59,36

=

= 2,84.10 −3

C.ρ .(tw 2 − tw1 ) 4,184.1000.(39 − 34)



m3/s = 10,224 m3/h = 1,34 Hp



Chọn bơm ly tâm 1,5K – 6 chế tạo tại Nga với thông số làm việc như sau:

Ký hiệu

1,5K-6



Đường kính

bánh công

tác, mm



Năng suất,

m3/h



Cột áp H,



Hiệu suất,



bar



%



128



10,8



1,74



55



Công suất

trên trục N,

kW

1

39



40