Kỹ thuật lạnh

Hiện nay, trong nền kinh tế của nước ta sử dụng rất nhiều các hệ thống lạnh. Trong công nghiệp có các hệ thống lạnh ở nhà máy bia, nhà máy nước ngọt, nhà máy chế biến thủy sản, các nhà máy đông lạnh thực phẩm, nhà máy đồ hộp, nhà máy sản xuất nước đá… Trong dân dụng, phổ biến nhất là các hệ thống lạnh điều hòa không khí, các kho chứa thuốc, sinh phẩm trong y tế, tủ lạnh gia đình, tủ lạnh thương nghiệp, siêu thị… Cuốn sách Kỹ thuật lạnh được biên soạn và xuất bản lần này là kết quả đúc rút kinh nghiệm của nhiều năm giảng dạy, cùng với quá trình thiết kế, thi công và lắp đặt nhiều hệ thống lạnh khác nhau trên mọi miền đất nước của GS.TS. Đinh Văn Thuận và PGS.TS. Võ Chí Chính. Vì vậy, các kiến thức được đưa vào cuốn sách rất phù hợp với các sinh viên và kỹ sư Kỹ thuật Nhiệt – Lạnh nước ta. Các tác giả hy vọng cuốn sách sẽ đáp ứng được các yêu cầu về đào tạo kỹ sư ngành Kỹ thuật Nhiệt – Lạnh ở các trường đại học kỹ thuật và là tài liệu tham khảo tốt cho các kỹ sư đang vận hành, thiết kế các hệ thống lạnh công nghiệp hiện nay. Sách không chỉ trình bày các cơ sở lý thuyết, tính toán thiết kế các thiết bị, hệ thống lạnh mà còn trình bày các bản vẽ, cấu tạo tương đối chi tiết của các thiết bị của hệ thống lạnh đang được sử dụng hiện nay. MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU.........................................................................................3 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP LÀM LẠNH VÀ ỨNG DỤNG 1.1. CÁC PHƢƠNG PHÁP LÀM LẠNH THÔNG DỤNG ..................... 11 1.1.1. Phƣơng pháp bay hơi khuếch tán............................................ .11 1.1.2. Phƣơng pháp hòa trộn ............................................................. 13 1.1.3. Phƣơng pháp nén – giãn nở không khí.................................... 13 1.1.4. Phƣơng pháp tiết lƣu môi chất ................................................ 14 1.1.5. Phƣơng pháp làm lạnh hấp thụ................................................ 15 1.1.6. Phƣơng pháp làm lạnh nhờ ejectơ........................................... 16 1.1.7. Phƣơng pháp làm lạnh nhờ hiệu ứng xoáy.............................. 17 1.1.8. Phƣơng pháp làm lạnh nhờ hiệu ứng nhiệt điện ..................... 17 1.1.9. Phƣơng pháp làm lạnh nhờ từ trƣờng ..................................... 18 1.1.10. Các phƣơng pháp làm lạnh khác ........................................... 19 1.2. NHỮNG ỨNG DỤNG PHỔ BIẾN CỦA KỸ THUẬT LẠNH ......... 20 1.2.1. Ứng dụng trong ngành chế biến và bảo quản thực phẩm........ 20 1.2.2 Ứng dụng trong sản xuất bia, nƣớc ngọt.................................. 25 1.2.3. Ứng dụng trong công nghiệp hóa chất .................................... 29 1.2.4. Ứng dụng trong điều hòa không khí ....................................... 37 1.2.5. Ứng dụng trong siêu dẫn......................................................... 39 1.2.6. Ứng dụng trong y tế và sinh học cryo..................................... 39 1.2.7. Ứng dụng trong kỹ thuật đo và tự động .................................. 42 1.2.8. Ứng dụng trong thể thao ......................................................... 43 1.2.9. Ứng dụng trong sấy thăng hoa ................................................ 46 6 KỸ THUẬT LẠNH 1.2.10. Ứng dụng trong xây dựng ..................................................... 47 1.2.11. Ứng dụng trong công nghiệp chế tạo vật liệu và dụng cụ..... 52 1.2.12. Ứng dụng khác ...................................................................... 57 Chương 2 MÔI CHẤT LẠNH VÀ CHẤT TẢI LẠNH 2.1. MÔI CHẤT LẠNH.........................................................................63 2.1.1. Môi chất lạnh và các yêu cầu .................................................. 63 2.1.2. Ký hiệu môi chất lạnh ............................................................. 65 2.1.3. Các môi chất lạnh thông dụng .................................................68 2.2. CHẤT TẢI LẠNH...........................................................................77 2.2.1. Các yêu cầu đối với chất tải lạnh ............................................ 77 2.2.2. Tính chất và ứng dụng của các chất tải lạnh thông dụng........ 79 Chương 3 CHU TRÌNH MÁY LẠNH NÉN HƠI MỘT CẤP 3.1. CHU TRÌNH CARNOT ...................................................................87 3.2. CHU TRÌNH BÃO HÒA KHÔ..........................................................89 3.3. CHU TRÌNH QUÁ NHIỆT, QUÁ LẠNH ......................................... 92 3.4. CHU TRÌNH HỒI NHIỆT.................................................................95 3.5. CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN HIỆU QUẢ HỆ THỐNG LẠNH ...................................................................................................97 3.5.1. Ảnh hƣởng của áp suất và nhiệt độ ngƣng tụ.......................... 97 3.5.2. Ảnh hƣởng của áp suất và nhiệt độ bay hơi............................ 98 3.5.3. Ảnh hƣởng của độ quá lạnh, quá nhiệt.................................... 99 Chương 4 CHU TRÌNH MÁY LẠNH HAI CẤP VÀ NHIỀU CẤP 4.1. CHU TRÌNH MÁY LẠNH HAI CẤP ............................................101 4.1.1. Điều kiện sử dụng máy lạnh 2 cấp........................................ 101 4.1.2. Chu trình 2 cấp, 1 tiết lƣu, làm mát trung gian không hoàn toàn ........................................................................................102 4.1.3. Chu trình 2 cấp, 2 tiết lƣu, làm mát trung gian không hoàn toàn ....................................................................................... 104 Mục lục 7 4.1.4. Chu trình 2 cấp, 2 tiết lƣu, làm mát trung gian hoàn toàn..... 107 4.1.5. Chu trình 2 cấp, bình trung gian có ống xoắn....................... 110 4.2. CHU TRÌNH 3 CẤP....................................................................112 4.2.1. Chu trình 3 cấp kín................................................................ 112 4.2.2. Chu trình 3 cấp hở................................................................. 114 4.3. CHU TRÌNH GHÉP TẦNG ........................................................116 Chương 5 MÁY NÉN LẠNH 5.1. VAI TRÒ VÀ PHÂN LOẠI MÁY NÉN LẠNH ............................. 119 5.1.1. Vai trò máy nén lạnh............................................................. 119 5.1.2. Phân loại máy nén lạnh và máy nén pittông.......................... 119 5.2. MÁY NÉN PITTÔNG.................................................................122 5.2.1. Quá trình làm việc của máy nén pittông ............................... 122 5.2.2. Các nhân tố ảnh hƣởng đến năng suất hút môi chất.............124 5.2.3. Các tổn thất năng lƣợng ........................................................127 5.2.4. Máy nén pittông .................................................................... 130 5.2.5. Các thiết bị của máy nén pittông........................................... 137 5.2.6. Điều chỉnh năng suất lạnh máy nén pittông.......................... 142 5.2.7. Quy đổi năng suất lạnh máy nén lạnh ................................... 150 5.3. MÁY NÉN TRỤC VÍT .................................................................151 5.3.1. Cấu tạo và nguyên lý làm việc .............................................. 151 5.3.2. Ƣu nhƣợc điểm và phạm vi sử dụng .....................................153 5.4. MÁY NÉN RÔTO........................................................................154 5.4.1. Máy nén rôto lăn ................................................................... 154 5.4.2. Máy nén rôto trƣợt ................................................................ 155 5.5. MÁY NÉN CÁNH XOẮN............................................................157 5.6. MÁY NÉN TUABIN....................................................................158 Chương 6 THIẾT BỊ NGƯNG TỤ 6.1. VAI TRÒ VÀ PHÂN LOẠI THIẾT BỊ NGƢNG TỤ TRONG HỆ THỐNG LẠNH .................................................................................161 6.1.1. Vai trò thiết bị ngƣng tụ ........................................................ 161 6.1.2. Phân loại thiết bị ngƣng tụ ....................................................162 8 KỸ THUẬT LẠNH 6.2. THIẾT BỊ NGƢNG TỤ...............................................................163 6.2.1. Thiết bị ngƣng tụ giải nhiệt bằng nƣớc .................................163 6.2.2. Thiết bị ngƣng tụ giải nhiệt bằng nƣớc và không khí ........... 178 6.2.3. Dàn ngƣng giải nhiệt bằng không khí................................... 185 6.3. TÍNH TOÁN THIẾT BỊ NGƢNG TỤ ..........................................189 6.3.1. Các bƣớc tính toán thiết bị ngƣng tụ.....................................189 6.3.2. Xác định hệ số tỏa nhiệt về phía các môi trƣờng.................. 192 Chương 7 THIẾT BỊ BAY HƠI 7.1. VAI TRÒ, VỊ TRÍ VÀ PHÂN LOẠI THIẾT BỊ BAY HƠI ............ 203 7.1.1. Vai trò, vị trí của thiết bị bay hơi .......................................... 203 7.1.2. Phân loại thiết bị bay hơi ......................................................203 7.2. THIẾT BỊ BAY HƠI ...................................................................205 7.2.1. Thiết bị bay hơi làm lạnh chất lỏng....................................... 205 7.2.2. Thiết bị bay hơi làm lạnh không khí...................................... 213 7.3. TÍNH TOÁN THIẾT BỊ BAY HƠI................................................216 7.3.1. Các bƣớc tính toán dàn lạnh .................................................216 7.3.2. Xác định hệ số tỏa nhiệt về phía các môi chất ở thiết bị bay hơi............................................................................................. 219 Chương 8 THIẾT BỊ PHỤ TRONG HỆ THỐNG LẠNH 8.1. VAI TRÒ, VỊ TRÍ THIẾT BỊ PHỤ TRONG HỆ THỐNG LẠNH.. 223 8.2. THIẾT BỊ PHỤ TRONG HỆ THỐNG LẠNH..............................223 8.2.1. Thiết bị làm mát trung gian................................................... 223 8.2.2. Bình tách dầu ........................................................................ 231 8.2.3. Bình tách lỏng ....................................................................... 238 8.2.4. Bình giữ mức - tách lỏng ...................................................... 243 8.2.5. Bình thu hồi dầu.................................................................... 245 8.2.6. Bình tách khí không ngƣng................................................... 247 8.2.7. Bình chứa cao áp và hạ áp.....................................................249 Mục lục 9 8.2.8. Tháp giải nhiệt ...................................................................... 253 8.2.9. Van tiết lƣu nhiệt................................................................... 256 8.2.10. Búp phân phối lỏng .............................................................266 8.2.11. Bộ lọc ẩm và lọc cơ khí....................................................... 267 8.2.12. Các thiết bị đƣờng ống........................................................ 267 Chương 9 HỆ THỐNG ĐƯỜNG ỐNG TRONG HỆ THỐNG LẠNH 9.1. ĐƢỜNG ỐNG MÔI CHẤT LẠNH ..............................................273 9.1.1. Vật liệu đƣờng ống môi chất lạnh......................................... .273 9.1.2. Tính chọn đƣờng ống môi chất lạnh ..................................... 276 9.1.3. Lắp đặt đƣờng ống môi chất lạnh.......................................... 279 9.2. ĐƢỜNG ỐNG NƢỚC GIẢI NHIỆT............................................282 9.2.1. Vật liệu đƣờng ống giải nhiệt................................................ .282 9.2.2. Tính toán lựa chọn đƣờng ống nƣớc giải nhiệt ..................... 284 9.2.3. Lắp đặt đƣờng ống nƣớc giải nhiệt........................................ 285 Chương 10 HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG LỰC, ĐIỀU KHIỂN VÀ BẢO VỆ CỦA HỆ THỐNG LẠNH 10.1. CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN ĐỘNG LỰC VÀ ĐIỀU KHIỂN CHÍNH SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG LẠNH ............................................287 10.1.1. Aptomat (MCCB) ............................................................... ..287 10.1.2. Công tắc tơ ..........................................................................288 10.1.3. Rơle trung gian.................................................................... 289 10.1.4. Rơle nhiệt bảo vệ quá dòng và quá nhiệt (OCR – OverCurrent Relay) ........................................................... 290 10.1.5. Rơle bảo vệ áp suất ............................................................291 10.1.6. Thermostat...........................................................................297 10.1.7. Rơle bảo vệ áp suất nƣớc và rơle lƣu lƣợng ......................297 10.1.8. Cơ cấu giảm tải máy nén lạnh............................................. 298 10 KỸ THUẬT LẠNH 10.2. ĐIỀU KHIỂN VÀ BẢO VỆ CÁC THIẾT BỊ LẠNH.................... 300 10.2.1. Bảo vệ máy nén................................................................... 300 10.2.2. Điều khiển mức dịch ở bình trung gian............................... 301 10.2.3. Điều khiển mức dịch ở các bình giữ mức ........................... 301 10.2.4. Điều khiển mức dịch ở bình chứa hạ áp.............................. 301 10.2.5. Điều khiển nhiệt độ phòng lạnh .......................................... 302 10.3. MẠCH ĐIỆN ĐỘNG LỰC VÀ ĐIỀU KHIỂN MÁY NÉN.......... 303 10.3.1. Các ký hiệu trên bản vẽ....................................................... 303 10.3.2. Mạch động lực của các máy nén, bơm và quạt ...................304 10.3.3. Mạch khởi động sao - tam giác ........................................... 306 10.3.4. Phƣơng pháp khởi động bằng các thiết bị điện tử............... 310 10.4. CÁC MẠCH ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN VÀ BẢO VỆ KHÁC TRONG HỆ THỐNG LẠNH.... ..........................................................317 10.4.1. Mạch bảo vệ áp suất dầu .....................................................317 10.4.2. Mạch giảm tải...................................................................... 321 10.4.3. Mạch bảo vệ áp suất cao .....................................................323 10.4.4. Mạch bảo vệ quá dòng ........................................................ 323 10.4.5. Mạch điều khiển và bảo vệ bơm, quạt giải nhiệt ................ 324 10.4.6. Mạch bảo vệ áp suất nƣớc...................................................326 10.4.7. Mạch cấp dịch và điều khiển quạt dàn lạnh ........................ 327 10.4.8. Mạch xả băng ba giai đoạn.................................................. 329 10.4.9. Mạch chuông báo động sự cố.............................................. 333 PHỤ LỤC ..........................................................................................335 TÀI LIỆU THAM KHẢO .....................................................................364