Đồ án Thiết kế hệ thống lạnh tủ đông bán tiếp xúc năng suất 400kg-Mẽ

0C). tk = 40.1 + 4 = 44.1 ,(0C). 4.2.3 Nhiệt độ quá nhiệt (tqn). - Nhiệt độ quá nhiệt là nhiệt độ của hơi môi chất trước khi vào máy nén. Nhiệt độ hơi hút bao giờ cũng lớn hơn nhiệt độ sôi của môi chất. - Mục đích của việc quá nhiệt hơi hút là để bảo vệ máy nén tránh không hút phải lỏng. Tuỳ từng loại môi chất và máy nén mà có nhiệt độ quá nhiệt khác nhau. - Đối với máy lạnh frêon, do nhiệt độ cuối tầm nén thấp nên độ quá nhiệt hơi hút có thể chọn cao khoảng (20 – 25) 0C. Còn với môi chất NH3 độ quá nhiệt khoảng (10 ¸15), 0C. Chọn: Dtqn = 10 ,(0C). Nên: tqn = to + (tqn = - 44 + 10 = -34 ,(0C). 4.2.4 Nhiệt độ quá lạnh (tql). - Là nhiệt độ của môi chất lỏng trước khi vào van tiết lưu. Nhiệt độ quá lạnh càng thấp thì năng suất lạnh càng cao. - Sự quá lạnh lỏng được thực hiện trong thiết bị ngưng tụ tql = tk - Dtql ,(0C). Trong đó : Tk : nhiệt độ ngưng ,(0C). Tk = 44.1 ,(0C). Dtql = ( 3 5) chọn Dtql = 5 ,(0C). Thay vào ta có : tql = 44.1 - 5 = 39.1 ,(0C). Chọn: tql = 39.1 ,(0C). Bảng 4.1 Các thông số của chu trình Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh, t0 (0C) Nhiệt độ ngưng tụ tk (0C) Nhiệt độ quá nhiệt tqn (0C) Nhiệt độ quá lạnh tql (0C) - 44 44.1 -34 39.1 4.3 Sơ đồ chu trình lạnh của hệ thống. 4.3.1 Các thông số ban đầu. Môi chất lạnh: NH3 Nhiệt độ sôi môi chất: t0 = - 44 (°C) Áp suất bay hơi môi chất: p0 = 0,57 (bar) Nhiệt độ ngưng tụ: tk = 44.1(°C) Áp suất ngưng tụ: pk = 17.35 (bar) Áp suất trung gian: ptg =(bar)®ttg = - 8 (°C) Tỉ số nén: p = p >12 chọn máy nén 2 cấp dùng NH3, 2 tiết lưu, bình trung gian có ống xoắn 4.3.2 Sơ đồ nguyên lý và đồ thị. Sơ đồ nguyên lý : (Hình 4.3). NCA : Nén cao áp. NHA : Nén hạ áp. BTG : Bình trung gian có ống xoắn. TL1 : Van tiết lưu 1. TL2 : Van tiết lưu 2. NT : Thiết bị ngưng hơi. Hình 4.2 Sơ đồ nguyên lý hệ thống BH : Dàn bay hơi. Sơ đồ chu trình. Hình 4.4 Đồ thị T-s Hình 4.3 Đồ thị lgP-i 4.3.3 Nguyên lý hoạt động của chu trình. - Hơi môi chất sau khi ra khỏi dàn bay hơi thì bị quá nhiệt trên đường ống, hơi được máy nén hạ áp hút về và nén từ trạng thái 1 có áp suất p0 và nhiệt độ tqn lên trạng thái 2 có áp suất ptg và nhiệt độ t2. Sau đó đẩy vào bình trung gian có ống xoắn, miệng ống đẩy được sục xuống dưới mức lỏng. Do đó hơi được làm mát xuống đến trạng thái bão hoà 3. Hơi ở trạng thái 3 được máy nén cao áp hút về và nén đoạn nhiệt lên trạng thái 4 có áp suất pk, rồi được đẩy vào thiết bị ngưng tụ lại thành lỏng. Lỏng môi chất sau thiết bị ngưng tụ chia làm 2 phần. Một phần nhỏ qua tiết lưu thứ nhất vào bình trung gian để làm mát hơi hút về máy nén cao áp đến trạng thái bão hoà khô. Còn ống chính được đẩy qua ống xoắn của bình trung gian được làm quá lạnh đến trạng thái 6. Sau đó được qua van tiết lưu 2 xuống áp suất p0 để cấp cho giàn bay hơi. Trong thiết bị bay hơi lỏng môi chất bay hơi thu nhiệt của môi trường cần làm lạnh. Hơi hình thành trong giàn bay hơi được máy nén hạ áp hút về, như vậy vòng tuần hoàn môi chất được khép kín. 4.3.4 Các quá trình nhiệt trong chu trình. 1’-1 : quá nhiệt hơi hút hạ áp tại dàn lạnh. 1-2 : nén đoạn nhiệt cấp hạ áp. 2-3 : làm mát hoàn toàn trong bình trung gian. 3-4 : nén đoạn nhiệt cấp cao áp. 4-5’ : ngưng tụ đẳng áp đẳng nhiệt trong bình trung gian. 5’-5 : quá lạnh lỏng trước van tiết lưu TL ( tại dàn ngưng). 5-7 : quá trình môi chất lỏng tiết lưu đẳng entanpi qua van TL1 Vào bình trung gian; phần hơi có entanpi là i3 được hút về máy nén cao áp. 5’-6 : quá lạnh lỏng đẳng áp trong ống xoắn bình trung gian. 6-9 : quá trình tiết lưu đẳng entanpi từ pk về p0 qua VTL2. 9-1’ : Bay hơi thu nhiệt của môi trường lạnh . 4.3.5 Trạng thái nhiệt các điểm trong chu trình. 1’: hơi bão hoà : t1’= t0 ; p1’=p0. 1 : hơi quá nhiệt : p1= p0. 2 : hơi quá nhiệt : p2 = ptg. 3 : hơi bão hoà : p3 = ptg : t3 = ttg. 4 : hơi quá nhiệt : p4= pk. 5’: lỏng bão hoà. 5 : lỏng sau quá lạnh tại thiết bị ngưng tụ. 6 : lỏng sau quá lạnh tại bình trung gian. 7 : hơi ẩm bão hoà sau khi qua tiết lưu TL1. 8 : lỏng bão hoà trong bình trung gian. 9 : hơi ẩm sau khi qua van tiết lưu TL2. 4.3.6 Xác định chu trình hai cấp bình trung gian ống xoắn. 1. Tính toán tham số nhiệt của các điểm trong chu trình. Bảng 4.2 Bảng thông số trạng thái môi chất trong hệ thống Điểm t, (°C) P, (bar) I, (kJ/kg) v, (m3/kg) s, (kJ/kg.độ) 1’ - 44 0.57 1400 1.91 6.31 1 - 34 0.57 1422 2 6.41 2 82 3.15 1664 0.542 6.41 3 - 8 3.15 1451 0.388 5.724 4 117 17.35 1703.9 0.098 5.724 5’ 44.1 17.35 408.23 0.002 1.698 5 39.1 17.35 382.83 - - 6 - 8 17.35 164.48 - - 7 - 8 3.15 382.83 - - 8 - 8 3.15 163.58 - - 9 - 44 0.57 164.48 - - 2. Năng suất lạnh riêng qo. qo = h1 – h9 = 1400 – 164.48 = 1235.52 ,(kJ/kg) [2] 3. Năng suất lạnh riêng thể tích. qv = = 617.76 ,(kJ/m3) [2] 4. Công nén riêng. l = l1 + ,(kJ/kg) [2] Trong đó: m1 : Lưu lượng môi chất qua máy nén hạ áp m3 : Lưu lượng môi chất qua máy nén cao áp l1 , l2 : Công nén riêng cấp hạ áp và cấp cao áp Cân bằng Entanpi ở bình trung gian ta có : m1i5 + ( m3 – m1 ) i7 + m1i2 = m3i3 + m1i6 [2] m3 ( i3 – i7 ) = m1 ( i5 – i7 – i6 +i2 ) = Thay vào ta có : l = l1 + .l2 Mà theo đồ thị LgP-i ta có : l1 = i2 – i1 l2 = i4 – i3 i5 = i7 Thay vào ta có : l = ( i2 – i1 ) + = ( 1664 – 1422 ) + = 242 + 355.03 = 597.03 ,(kJ/kg) 5. Năng suất nhiệt riêng. qk = ( i4 – i5 ) , (kJ/kg) [2] Mà: Do: i5 = i7 Nên: Vậy ta có: qk = (i4 – i5 ) = ( 1703.9 – 382.83) = 1854.55 ,(kJ/kg) 6. Hệ số lạnh. = 2.07 [2] 4.4 Tính toán chu trình lạnh chọn máy nén và thiết bị. 4.4.1 Tính toán chu trình chọn máy nén. 1. Lưu lượng hơi thực tế nén qua máy nén. a) Cấp hạ áp. m1 = ,(kg/s) Trong đó : Qo : Năng suất lạnh của máy nén , (kW ) Qo = 44.79 ,(kW) Vậy m1 = = 0,0363 ,( kg/s) b) Cấp cao áp. Do h5 = h7 nên: m3 = m1 , (kg/s) = 0,0363 = 0.0509 ,(kg/s) 2. Thể tích hút thực tế của máy nén. a) Cấp hạ áp. VttHA = m1 x v1 [2] = 0.0363 x 2 = 0.0726 ,(m3/s) b) Cấp cao áp. VttCA = m3 x v3 ,(m3/s) [2] = 0.0509 x 0,388 = 0.0197 ,(m3/s) 3. Hệ số cấp máy nén. a) Cấp hạ áp. [3] Trong đó : Po : Áp suất tại thời điểm môi chất sôi. Po = 0,057 ,(MPa) Ptg : Áp suất trung gian Ptg = 0,315 ,(MPa) Theo sách hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh : Lấy Po = Ptg = 0,005 0,01 ,(MPa) m = 0,95 1,1 đối với máy nén amoniac c : Tỷ số thể tích chết: c = 0,030,05 To : Nhiệt độ sôi tuyệt đối: To = - 44 + 273 = 229 (oK) Ttg : Nhiệt độ trung gian của môi chất : Ttg = - 8 + 273 = 265 (oK) Thay vào ta có: = 0.541 b) Cấp cao áp. [3] Trong đó : Ptg = 0,315 ,(MPa) Pk = 1,735 ,(MPa) Ttg = - 8 + 273 = 265 (oK) TK = 44.1 + 273 = 317.1 (oK) Ptg = PK = 0,005 0,01 ,(MPa) c = 0,03 0,05 m = 0,95 1,1 Thay vào ta có : = 0,618 4. Thể tích hút lý thuyết ( thể tích quét pittông ). a) Cấp hạ áp. VltHA = , ( m3/s) [2] = = 0.134 ,(m3/s) b) Cấp cao áp. VltCA = , (m3/s ) [2] = = 0.032 ,( m3/s) Vậy thể tích pittông của máy nén 2 cấp : Vlt = VltHA + VltCA [2] = 0.134 + 0.032 = 0.166 ,(m3/s) Với Vlt = 0.1747 (m3/s) = 597.6(m3/h) ta tra bảng 7.12/ Sách hướng dẫn thiết kế hệ thống lanh ta có: Chọn máy nén 2 cấp N62B của hãng MYCOM có các thông số kỹ thuật như sau: - Năng suất lạnh : 48.8 kW - Công suất điện : 38.2 kW - Thể tích hút lý thuyết của máy nén : 637.1 m3/h - Số xilanh : 6 xi lanh tầm cao và 2 xi lanh tầm thấp - Đường kính xilanh : 130 mm - hành trình xi lanh: 100 mm 5. Số máy nén cần chọn. ZMN = ,(chiếc) Trong đó : VltMN : thể tích hút lý thuyết của máy nén , m3/s VltMN = 637.1 , (m3/h) Vlt : thể tích lý thuyết khi tính toán Vlt = 597.6 , (m3/h) Vậy ta có : ZMN = = 0.94 (chiếc) Vậy chọn 1 máy nén N62B của hãng MYCOM. 6. Công nén đoạn nhiệt. a) Cấp hạ áp. NK = m1 x l1 , (kW) [2] Trong đó : m1: Lưu lượng hơi thực tế nén qua máy nén hạ áp, (kg/s) m1 = 0.0363 ,(kg/s) l1: Công nén riêng cấp hạ áp l1 = h2 – h1 = 1664 – 1422 = 242 ,(kJ/kg) Thay vào ta có : NK = 0.0363 x 242 = 8.7846 ,(kW) b) Cấp cao áp. NK = m3 x l2 ,( kW) [2] Trong đó : m3: Lưu lượng hơi thực tế nén qua máy nén cao áp, (kg/s) m3 = 0.0509 ,(kg/s) l2: Công nén riêng cấp cao áp , kJ/kg l2 = h4 – h3 = 1703.9 – 1451 = 252.9 ,(kJ/kg) Thay vào ta có : NK = 0.0509 x 252.9 = 12.873 ,(kW) 7. Hiệu suất chỉ thị. a) Cấp hạ áp. = + bto [2] Trong đó : = = [2] b = 0,001 to : Nhiệt độ sôi, oC to = - 44oC Thay vào ta có : b) Cấp cao áp. = + bttg [2] Trong đó : = = b = 0.001 ttg = - 8oC Thay vào ta có : 8. Công suất chỉ thị. a) Cấp hạ áp. Ni = ,(kW) [2] b) Cấp cao áp. Ni = ,(kW) [2] 9. Công suất ma sát. a) Cấp hạ áp. Nms = VttHA x Pms, (kW) VttHA : Thể tích hút thực tế của máy nén phần hạ áp, m3/s VttHA = 0.0726 ,(m3/s) Pms : áp suất ma sát riêng, MPa Đối với máy nén amoniac thẳng dòng Pms = 0.049 0.069 MPa Thay vào ta có : Nms = 0.0726 x 0.049 = 0.0036 ,(kW) b) Cấp cao áp. Nms = VttCA x Pms ,(kW) VttCA : Thể tích hút thực tế của máy nén phần cao áp, m3/s VttCA = 0.0197 ,( m3/s) Pms : áp suất ma sát riêng, MPa Đối với máy nén amoniac thẳng dòng Pms = 0,049 0,069 MPa Thay vào ta có : Nms = 0.0197 x 0.049 = 0.00097 ,(kW) 10. Công suất hữu ích ( Trên trục máy nén ). a) Cấp hạ áp. Ne = Ni + Nms ,( kW) [2] = 10.713 + 0.0036 = 10.7166 ,( kW) b) Cấp cao áp. Ne = Ni + Nms ,(kW) [2] = 15.51 + 0.00097 = 15.51097 ,(kW) 11. Công suất tiếp điện. a) Cấp hạ áp. NelHA = ,(kW) [3] Công suất điện Nel là công suất đo được trên bảng đấu điện có kể đến tổn thất truyền động khớp , đai ..... : Hiệu suất truyền động của khớp, đai... = 0.95 : Hiệu suất động cơ = 0.80 0.95 Thay vào ta có : NelHA = = 13.2713 ,( kW) b) Cấp cao áp. NelCA = , ( kW) [3] Công suất điện Nel là công suất đo được trên bảng đấu điện có kể đến tổn thất truyền động khớp , đai ..... : Hiệu suất truyền động của khớp, đai... = 0,95 : Hiệu suất dộng cơ = 0,80 0,95 Thay vào ta có : NelCA = = 19.209 ,(kW) 12. Nhiệt thải ra ở bình ngưng. Qk = m3 x qk ,(kW) [2] = m3 ( h4 – h5 ) = 0.0509 x (1703.9 – 382.83) = 67.242 ,(kW) Chương 5 TÍNH TOÁN CHỌN THIẾT BỊ 5.1 Tính chọn thiết bị ngưng tụ. 5.1.1. Đặc điểm. Bình ngưng dùng để truyền nhiệt lượng của tác nhân lạnh ở nhiệt độ cao cho môi chất giải nhiệt. Hơi đi vào bình ngưng là hơi quá nhiệt, cho nên trước tiên nó phải được làm lạnh đến nhiệt độ hơi bão hòa, rồi đến quá trình ngưng tụ, sau cùng là bị quá lạnh vài độ trước khi ra khỏi bình ngưng. 5.1.2. Chọn thiết bị ngưng tụ. Ở đây ta chọn thiết bị ngưng tụ ống chùm vỏ bọc nằm ngang. Loại này nên sử dụng ở những có khí hậu nóng và khô, nên rất thích hợp. Ưu điểm: Gọn nhẹ, đơn giảng dể thiết kế chế tạo Tiết kiệm được rất nhiều nước bổ sung. Không cần thêm các thiết bị làm lạnh nước giải nhiệt. Hệ số truyền nhiệt tương đối lớn. Nhược điểm: Chi phí đầu tư cao. 5.1.3.Tính toán thiết kế bình ngưng. 1. Các thông số ban đầu. Bảng 5.1 thông số tính toán thiết bị ngưng tụ ống chùm Thông số đầu bài NH3 Qk = 37.86KW tk = 44 (0C) tv = 35.1 (0C) tr = 40.1(0C) ε∆TBNC = 0.98 thông số ống L = 2 (m) dT = 18 (mm) dN = 22 (mm) K = 800 (kcal/hm2K) Thông số tính αR22 ∆t = 2 ÷ 3 (0C) (tw = ts- ∆t) r = 1080 (kJ/kg) (tra ở ts) g = 9.81(m/s2) λ = 0.44375 (W/m2K) ν = 2.16x10-7 (m2/s) ρ = = x103 = 575.01 (kg/m3) Các thông số trên tra ở tm = 37.6(0C) Tính αH2O CH2O = 1(kcal/kgK) = 4.186 (kJ/kgK) λ = 63.075.10-2 (W/mK) ν = 6.96.10-7 (m2/s) Prf = 4.31 Prw = 4.865 2. Tính toán. Tính F. Ta có: Q = K x F x ∆tTB Trong đó: K - hệ số truyền nhiệt, K = 300 ÷ 1200 (kcal/hm2K) F – diện tích bề mặt trao đổi nhiệt ∆tTB – hiệu nhiệt độ trung bình ∆tTB = x ε∆TBNC ε∆TBNC = 0.97 ÷ 0.99 - hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ. Vì môi chất NH3 đổi từ pha hơi sang pha lỏng nên ta chọn: ε∆TBNC = 0.98, K = 800 (kcal/hm2K) Khi đó ta có: ∆tTBNC = = 6.17 (0C) ∆tTB = ε∆TBNC x ∆tTBNC = 6.17 x 0.98 = 6 (0C) Vậy: F = = = 6.7 (m2) Chọn kích thướt ống như sau: dT = 18 mm dN = 22 mm L = 2 m Từ công thức: F = π x dN x L x n Số ống cần chọn: n = = = 48.49 (ống) Chọn 48 ống, số hành trình là 2 hành trình Số ống cho một hành trình là: n’ = = = 24 (ống) Tính Kt . Ta có: Kt = Chọn ống thép để thiết kế thiết bị vì ống thép không bị ăn mòn bởi NH3. Tính . δ thép = = = 2 (mm) λ thép = 50 (W/m.K) = = 43 ,(kcal/hmK) = = 4.65x10-5 ,(hm2K/kcal) Tính . = 0.15*10-3 (hm2K/kcal) Tính . = 0.15x10-(hm2K/kcal) – tại dàn lạnh = 0.3x 10-3 (hm2K/kcal) – tại dàn ngưng Chọn: = 0.3x 10-3 (hm2K/kcal) Tính αNH3 . Vì tại dàn ngưng môi chất biến đổi pha nên ta có công thức tính Nu như sau: αNH3 = 0.72 x [4] Trong đó: g – gia tốc trọng trường, (m/s2) λ - hệ số dẫn nhiệt của chất lỏng, (W/mK) r - ẩn nhiệt hóa hơi, (J/kg.K) ρ - khối lượng riêng của chất lỏng, (kg/m3) ν - độ nhớt động học, (m2/s) d - đường kính ngoài của ống,(m) tn - nhiệt độ bão hòa tương ứng với áp suất P, (0C) tw – nhiệt độ bề mặt vách, (0C) Theo bài này ta có: tw = tn- ∆t; ∆t = 2 ÷ 3 (0C) Chọn ∆t = 3 (0C) tw = tn- ∆t = 44.1 - 3 = 41.1 (0C) Tra bảng tính chất nhiệt động hơi bảo hòa NH3 ở tn= 41.1 0C Ta có: r = 1080 (kJ/kg) = 1080x103 (J/kg) Mặt khác ta có: tm = = = 42.6 (0C) Tra bảng thông số vật lý và bảng tính chất nhiệt động của môi chất NH3 ta có: g = 9.81(m/s2) λ = 0.44375 (W/m2K) ν = 2.16 x10-7 (m2/s) dN = 0.022 (m) ρ = = x103 = 575.01 (kg/m3) αNH3 = 0.72x [4] = 0.72xx = 8.61x103 (kcal/hm2K) ( 3) Tính αH2O . Áp dụng công thức: Qk = G x C x (tr - tv) [4] Ta có: CH2O = 1(kcal/kgK) =4.186 (kJ/kgK) G == = 1.8 (kg/s) V = = = 1.8x10-3 (m3/s) Gọi f là Tiết diện dòng chảy một hành trình: Khi đó: f = = = 0.0061 (m2) [5] Vậy vận tốc dòng chảy trong ống là: ω == = 0.295 (m/s) Mà: tTB = = = 37.6 (0C) Tra bảng thông số vật lý nước trên đường bão hòa: λ = 63.075x10-2 (W/mK) ν = 6.96x10-7 (m2/s) Prf = 4.31 (1) Prw = 4.865 Vậy hệ số Râynol là: Re = = = 7634 > 2320 => chất lỏng chảy rối. [4] Nu = 0.021 x Re0.8 x Prf0.43 x x εl x εr [4] = 0.021 x 76340.8 x 4.130.43 x ()0.25 = 48.77 ( 3) (vì ống thẳng nên εr = 1; và = > 50 nên εl = 1). Từ công thức: Nu = αH2O = = = 1708.98 (W/m2K) = = 1469.74 (kcal/hm2K) ( 3) Kt = [5] = = 773.38 (kcal/hm2K) Kiểm tra độ sai lệch. x 100% = x100% = 3.3% < 5% àThỏa mãng Tính kích thướt vỏ ngoài cho thiết bị. Ta có: D = Trong đó: n - Số ống t – khoảng cách giửa 2 ống ( t = 1.3 ÷ 1.6 dN) k – hệ số sắp xếp ống ( 0.75 ÷ 0.85 ) a – hệ số hiệu chỉnh a = 1.05 ống sắp xếp theo 6 cạnh a = 1.13 ống sắp xếp so le, song song, hình vuông. Ta chọn: t = 1.6 dN = 1.6 x 22 = 35.2 (mm) = 0.0352 (m) k = 0.8 n’ = 29 ống Vì ống sắp xếp theo hình thức so le nên a = 1.13 Từ đó ta có: D = = 1.13 = 0.180121(m) = 308.1(mm) Tính toán kích thướt miệng ống nước nối bơm (đường ống nước). Đường kính trong của ống được tính theo công thức sau: dT = (m) [3] Trong đó: G -lưu lượng khối lượng (kg/s) ρ -khối lượng riêng của nước (ρ = 1000kg/m3) ω -vận tốc dòng chảy trong ống (m/s). Ta có: ω = 1(m/s) (ω = 0.5 ÷ 2 m/s, đối với nước) Mặt khác: G == = 1.803 (kg/s) dT = = = 0.04792(m) = 47.92 (mm) Vì thực tế không có ống có kích thướt như trên nên ta chọn ống có dT = 41 (mm) Khi đó vận tốc thực của nước trong ống là: ω = = = 1.37 < 2(m/s) (thỏa mảng) Vậy đường kính ống nước cần chọn là: dT = 41mm; dN = 48mm Tính toán miệng vào và ra của môi chất cho thiết bị. Tiết diện miệng hơi môi chất được tính như phần tính toán miệng của ống cong hay ống dẫn nước. tuy nhiên thông số vận tốc có giá trị khác. Để đơn giản thì ta chọn kích thướt miệng vào và ra môi chất của thiết bị bằng kích thướt đường ống môi chất lạnh luôn. Do vậy phầm này để sang phần tính toán kích thướt đường ống cho hệ thống. 5.2 Tính chọn thiết bị bay hơi. Dàn bay hơi là 1 thiết bị trao đổi nhiệt chính trong hệ thống lạnh. Trong hệ thống lạnh này, phương pháp xử lý lạnh là bay hơi trực tiếp, các khay cấp đông tiếp xúc trực tiếp với tấm plate. Không khí chuyển động cưỡng bức qua các tấm plate lấy nhiệt nhờ các quạt gió. Môi chất NH3 sôi trong các dàn tấm plate. Do vậy ta chỉ cần chọn quạt cho tủ đông để tăng hệ số trao đổi nhiệt trong tủ. - Thông số biết trước để chọn quạt: - Năng suất lạnh Q0 = 44.7 KW - Nhiệt độ không khí trong tủ: t = -35 0C - Vận tốc trong tủ: v = 5 ÷ 10 (m/s) - Chọn quạt như sau: - Tên: TDA355-9AA-7-7/400 - Số lượng: 4 cái - Hãng sản xuất: Kruger Các thông số khác xem hình 5.1 Hình 5.1 Thông số quạt dàn lạnh Hình 5.2 cấu tạo quạt dàn lạnh 5.3 Tính chọn tháp giải nhiệt. Từ đồ thị i-d không khí ẩm. Tại Long Xuyên ta tra được tư = 32.1 ,(0C) tra đồ thị Hình 8-29 ( sách Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh ) ta có hệ số hiệu chỉnh k = 0,78. Như vậy năng suất làm mát cần thiết là: Q = = = 48.37 KW = 41600.2 Kcal/h = = 10.67 (tấn lạnh). Chọn tháp giải nhiệt của RIKIN. Với kiểu Moden và các thông số kỹ thuật sau: Bảng 5.1 thông số tháp giải nhiệt Kiểu FRK Lưu lượng Kích thước (mm) Kích thước ống nối (mm) Quạt gió Môtơ quạt Khối lượng kg Độ ồn l/s H D in out of dr fv qs m3/p Kw khô Ướt dBA 15 3.25 1665 1120 50 50 25 25 15 140 640 0.37 52 165 50.5 Chú thích: Bảng 5.2 Cấu tạo tháp giải nhiệt H- Chiều cao tháp ( cả mô tơ) in – đường nước vào D- Đường kính ngoài của tháp out đường nước ra 0f - đường chảy tràn dr đường xả fv – van phao qs cấp nước nhanh 5.4 Tính chọn bơm nước. 5.4.1 tính kích thướt đường ống nước. Theo tính toán ở phần 5.1.3.2 mục 5 ta có: Kích thướt đường ống nước cho dàn ngưng là: dT = 41mm; dN = 48mm 5.4.2 Tính trở lực chọn bơm nước. 1. Tính trở lực của thiết bị: ΔPTB ΔPTB = ΔPms + ΔPcb Trong đó: ΔPms- Tổn thất ma sát ΔPcb – Tổn thất cục bộ Tính ΔPms: ΔPms = [8] Trong đó: L- chiều dài ống hoặc kênh (m) d – đường kính ống (m) ρ – khối lượng riêng chất lỏng, (kg/m3) ω – vận tốc dòng chảy (m/s) ζ – hệ số ma sát, phụ thuộc vào chế độ dòng chảy (là đại lượng thứ nguyên) Chảy rối: ζ = [8] Chảy tầng: ζ = Ta có: L = l x n = n x 2 = 2x2 = 4(m) – chiều dài cần để tính ΔPms dT = 0.018 (m), ρ = 1000 (kg/m3), ω = 0.295 (m/s) ζ = == 0.0339 ΔPms = = ΔPms = = 327.88 (Pa) Tính ΔPcb: ΔPcb = [8] Trong đó: ω – tốc độ dòng chảy, (m/s) ρ – mật độ dòng chảy, (kg/m3) ζ – hệ số trở kháng cục bộ Tính toán: + Tại ống loe hình nón. n = 1 (vị trí) Ta có: ζc = k ()2 (5) Trong đó: f1 = ==0.00132 (m2); f2 = == 0.0745 (m2) G = 1.803 (kg/s); = 1000 (kg/m3) ω2 = (m/s) Vì α = 300 nên ta có: k = 0.81(5) ζc = k ()2 = 0.81x()2 = 2489.56 ΔPcb1 = = = 716.99 (Pa) + Tại thu hẹp hình nón. n = 1(vị trí ) Ta có: d1 / d2 = 308.1/48 = 6.41 Tra bảng ta được: ζc = 0.25; ω2 = 1.37(m/s) [4] ΔPcb2 = n x== 234.6 (Pa) + Tại vị trí thu hẹp đột ngột. Ta có: f1 = == 0.0745 (m2) f2 = == 0.0061 (m2) () = () = 0.082 Tra bảng ta được: ζ = 0.40 (5); n = 1 ΔPcb3 = n x= 0.40= 17.41 (Pa) + Tại vị trí mở rộng đột ngột. Ta có: f1 = == 0.0061 (m2) f2 = == 0.0745 (m2) ω2 = 0.024 (m/s) ζc = ()2 = ()2 = 125.7 [4] ΔPcb4 = n x= 125.7= 36 (Pa) Tổng tổn thất cục bộ là. ΔPcb = ΔPcb1 + ΔPcb2 + ΔPcb3 + ΔPcb4 = 716.99 + 234.6 + 17.41 + 36 = =1005 (Pa) = 0.102 (mH2O) Vậy: Tổng tổn thất của thiết bị là. ΔPTB = ΔPms + ΔPcb = 327.88 + 1005 = 1332.88 (Pa) = 0.14 (mH2O) 2. Tính trở lực trên đường ống. Sơ đồ: giả sử ta có sơ đồ đường ống như sau: Với vận tốc dòng chảy trong ống là: ω1 = 1.37 (m/s); Hình 5.3- sơ đồ dẫn nước làm mát đến tháp giải nhiệt Ta có: Phương trình Becnuli viết cho 2 mặt cắt 1-1 và 2-2: (5) Trong đó: P1 = Pa = 1at P2 = Pdư + Pa = 0.5 + 1 = 1.5at γ - trọng lượng riêng ω1, ω2 – vận tốc tại 2 mặt cắt 1-1 và 2-2, ω1, ω2 = 0 hW 1-2 – tổng tổn thất áp suất từ 1-2 Tổng trở lực trên đường ống và trên các cua là: Trong đó: H0 = 1 mH2O (chiều cao H = 1m) 5 (mH2O) Tính hw 1-2 (5): + Tính ΔPống: ΔPống = Trong đó: L- chiều dài ống hoặc kênh (m) d – đường kính ống (m) ρ – khối lượng riêng chất lỏng, (kg/m3) ω – vận tốc dòng chảy (m/s) ζ – hệ số ma sát, phụ thuộc vào chế độ dòng chảy (là đại lượng thứ nguyên) Chảy rối: ζ = (4) Chảy tầng: ζ = Ta có: ν = 6.96x10-7 (m2/s) Re = = = 80704 > 2320 ζ = == 0.0339 L = = 1+ 0.5 + 2 + 2 + 2 + 7 = 14.5(m) ΔPống == = 11251.1(Pa) + Tính tại các cua: Ta có: n = 5 (có 5 vị trí có trở lực giống nhau) Phương án tính toán: tính cho 1 vị trí sau đó cộng tổng lại Tính tại vị trí số 5: tương tự như tại ống vòng của thiết bị R/r = 24 / 199.5 = 0.12 tra bảng ta thấy: ζc(900) ≈ 0.131 ΔPcb5 = n x = 5 x 0.131 x = 614.68 (Pa) hw1-2 = ΔPống + = 11251.1 + 614.68 = 11865.78 (Pa) = 1.21 (mH2O) Tổng trở lực trên đường ống và trên các cua là. ΔP = H0 + + hw 1-2 = 1 + 5 + 1.21 = 7.21 (mH2O) Vậy : Tổng tổn thất của toàn hệ thống để chọn bơm. H = ΔPTB + ΔP = 0.102 + 7.21 = 7.312 (mH2O) 3. Chọn bơm. Để chọn được bơm ta cần dựa vào các thông số sau: V = 1.8x10-3 (m3/s) = 6.48 (m3/h) = 1.8 (lít/s) H = 7.321 (mH2O) Chọn bơm của hãng EBARA ta có thông số bơm như sau: Tên: EVM4 4N/0.75M Lưu lượng thực: Q = 1.8 (lít/s) Chiều cao thực: H = 20 mH2O Tốc độ: 2900 (vòng/phút) Hiệu suất (η): 52.8% Đường kính ống hút: 11/4” inch Đường kính ống đẩy: 11/4” inch Công suất bơm: 0.653 Kw Hình 5.4 đường đặc tuyến bơm Hình 5.5 bơm và cấu tạo bơm 5.5 Tính chọn bình chứa cao áp. - Bình chứa cao áp được bố trí ngay sau dàn ngưng tụ dùng để chứa lỏng cao áp, giải phóng bề mặt trao đổi nhiệt cho dàn ngưng tụ, duy trì sự cấp lỏng liên tục cho van tiết lưu. Thường nó được đặt dưới dàn ngưng và được cân bằng áp suất với dàn ngưng bằng các đường ống cân bằng hơi và lỏng. - Hệ thống lạnh sử dụng môi chất lạnh là NH3 nên ta chọn bình chứa nằm ngang. Hình 5.6 cấu tạo bình chứa cao áp 1- Đường lỏng ra 6- Thân bình 2- Nơi lắp van an toàn 7- Ống thủy sáng 3- Nơi lắp áp kế 8- Rốn dầu 4- Đường lỏng vào 9- Đế bình1 5- Đường cân bằng - Theo qui định về an toàn thì bình chứa cao áp phải chứa được 60% thể tích của toàn bộ hệ thống dàn bay hơi cấp lỏng từ dưới lên đối với hệ thống lạnh có dùng bơm cấp môi chất lỏng. 5.5.1 Tính toán Chọn hệ thống cấp môi chất từ dưới ta có Thể tích của bình chứa cao áp có thể chọn như sau: VCA = = 1.45 x VD [3] Trong đó: VCA - hể tích bình chứa cao áp VD - hể tích hình học dàn bay hơi Ta có: VD = Vplate = 2.2 x 1.25 x 0.022 x 7 = 0.4235 ,m3 VCA = 1.45 x 0.4235 = 0.6141 ,m3 5.5.2 chọn bình chứa cao áp Chọn loại bình chứa cao áp nằm ngang có kí hiệu: 0.75PB [3] Các thông số của bình chứa: D x S 600 x 8 mm L 3190 mm H 500 mm M 430 kG Dung tích của bình chứa: 0.75 m3 5.6 Tính chọn bình trung gian có ống xoắn. 5.6.1. Nhiệm vụ của bình trung gian: - Khử độ quá nhiệt của hơi ra khỏi xylanh hạ áp để giảm công tiêu hao cho xylanh cao áp. - Làm lạnh chất lỏng của tác nhân lạnh trước khi đi vào van tiết lưu đến nhiệt độ gần hoặc bằng nhiệt độ bão hòa ở áp suất trung gian để giảm tổn thất nhiệt trong van tiết lưu. - Tách một phần dầu ra khỏi hơi. - Làm cho hơi môi chất được máy nén tầm cao hut về là hơi bảo hòa. Giảm tối đa nhiệt độ ở cuối quá trình nén tầm cao. 5.6.2 Ưu nhược điểm của bình trung gian có ống xoắn so với bình trung gian không có ống xoắn: - Ưu điểm: + Lỏng vào bình bay hơi không bị lẫn dầu của hơi do máy nén hạ áp đem tới. Đây là ưu điểm rất lớn về vận hành vì tránh được dầu ở cấp hạ áp quánh đặc do nhiệt độ thấp bám trên bề mặt làm giảm hiệu suất trao đổi nhiệt đáng kể của bình bay hơi. + Tiết lưu từ Pk đến P0 nên có thể đưa đi xa vì hiệu áp lớn. - Nhược điểm: Năng suất lạnh riêng nhỏ hơn vì hiệu nhiệt độ quá lạnh không đạt được đến nhiệt độ trung gian. 5.6.3 Tính toán bình trung gian. Diện tích trao đổi nhiệt của ống xoắn. F = Trong đó: QTG: phụ tải nhiệt của chùm ống xoắn trong bình trung gian. QTG = m1(i5- i6) = 0.0363 (382.83 – 164.48) = 7.926 KW. K = 580 – 700 W/m2K : hệ số truyền nhiệt của ống xoắn. Chọn: k = 640 W/m2K. Dttb : độ chênh lệch nhiệt độ trung bình logarit bình trung gian: Dttb = = = 19.37 0C. Trong đó: t5’’ = (t5 + t1’) / 2 = (39.1 – 44) / 2 = -2.5 0C Vậy diện tích trao đổi nhiệt của ống xoắn là: F = = 0.6394 ,m2 Tổng chiều dài của ống xoắn trong bình trung gian. L = Trong đó: dtr- đường kính trong của ống xoắn. ở đây ta chọn ống xoắn là ống thép trơn có đường kính 25x20 mm. Vậy: L = = 10.18 ,m 3. Chọn bình trung gian. (Bảng 8-19 TL1 trang 312) Chọn được bình trung gian có thông số kỹ thuật sau: Bảng 5.3 Thông số bình trung gian cần chọn Bình trung gian Kích thướt , mm Diện tích bề mặt ống xoắn Thể tích bình (m3) Khối lượng (kg) D x S d H 40ÕC3 426 x 10 70 2390 1.75 0.22 330 5.7 Tính chọn bình tuần hoàn. 5.7.1 Nhiệm vụ bình tuần hoàn. Bình tuần hoàn hay bình chứa hạ áp được sử dụng trong các máy lạnh NH3 theo sơ đồ có sử dụng để cung cấp NH3 lỏng cho các dàn lạnh và được bố trí về phía hạ áp. Trong bình chứa luôn luôn có một lượng lỏng NH3 nhất địn