nghiên cứu tổng quan về giám sát hệ thống lạnh. thiết kế giám sát trạm lạnh có nhiều máy nén lạnh

Đồ Án Trang Bị Điện
Đồ án môn học: Trang bị điện - điện tử máy công nghiệp dùng chung
Giáo viên hướng dẫn: : Phạm Văn Toàn
Sinh viên : Đỗ Toàn Thịnh
Lớp : ĐTĐ50-ĐH2
Đề số 47: “Nghiên cứu tổng quan về giám sát hệ thống lạnh. Thiết kế giám sát
trạm lạnh có nhiều máy nén lạnh”
Lời nói đầu
Ngày nay hệ thống lạnh đóng vai trò quan trong trong công nghiệp và trong đời sống
sinh hoạt. Cũng chính vì tính phổ dụng của nó trong công nghiệp đặc biệt là trong
công nghiệp thực phẩm, cũng như trong đời sống hàng ngay với các vật dung trong gia
đình như: tủ lạnh, máy điều hòa… cho nên việc nghiên cứu hệ thống lạnh đóng một
vài trò rất quan trọng nhằm nắm vững nguyên lý của hệ thống, đưa ra các phương án
khai thác, bảo dưỡng hợp lý đồng thời ngày 1 hoàn thiện hệ thống. Trong học phần “
Trang bị điện – điện tử máy công nghiệp dùng chung” dưới sự giảng dạy của Phạm
Văn Toàn, em đã được giao đồ án: “Nghiên cứu tổng quan về giám sát hệ thống
lạnh. Thiết kế chương trình điều khiển giám sát trạm lạnh có nhiều máy nén
lạnh.” Sẽ trang bị thêm cho em kiến thức thực tế về giám sát hệ thống và những ứng
dụng những kiến thức khoa học về những học phần đã học để phục vụ sản xuất.
1
Đồ Án Trang Bị Điện
Chương 1:
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LẠNH
1.1. Lịch sử ra đời của hệ thống lạnh
Kỹ thuật lạnh đã ra đời hàng trăm năm nay và được sử dụng rất rộng rãi trong
nhiều ngành kỹ thuật rất khác nhau: trong công nghiệp chế biến và bảo quản thực
phẩm, công nghiệp hoá chất, công nghiệp rượu, bia, sinh học, đo lường tự động, kỹ
thuật sấy nhiệt độ thấp, xây dựng, công nghiệp dầu mỏ, chế tạo vật liệu, dụng cụ,
thiết kế chế tạo máy, xử lý hạt giống, y học, thể thao, trong đời sống vv
Ngày nay ngành kỹ thuật lạnh đã phát triển rất mạnh mẽ, được sử dụng với nhiều
mục đích khác nhau, phạm vi ngày càng mở rộng

và trở thành ngành kỹ thuật vô cùng quan trọng, không thể thiếu được trong đời sống
và kỹ thuật của tất cả các nước.
Có nhiều nguyên lý được áp dụng để làm lạnh như : máy lạnh nén hơi, máy lạnh hấp
thụ, máy lạnh ejectơ, máy lạnh nén khí, máy lạnh nhiệt điện Nhưng ở đây ta chủ yếu
đi sâu vào loại máy nén lạnh hơi dùng động cơ điện vì máy nén lạnh hơi chiếm một vị
trí rất quan trọng trong kỹ thuật lạnh.
1.2. Nguyên lý hoạt động của hệ thống lạnh
1
2
3
4
TL
MN
BH
NT
Q0
Qk
phía h? áp
phía cao áp
Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống lạnh
2
Đồ Án Trang Bị Điện
Mơi chất lạnh được nén ở áp suất cao sau đó đưa vào dàn ngưng tụ (dàn nóng)
để ngưng tụ thành dạng lỏng. Ở dàn nóng mơi chất lạnh toả nhiệt. Mơi chất lạnh lỏng
được đẩy vào dàn bay hơi (dàn lạnh) . Ở dàn lạnh mơi chất lỏng sơi thu nhiệt của mơi
trường. Mơi chất lỏng chuyển thành dạng hơi và được hút trở lại máy nén để tiếp tục
chu trình .

1.3. Các phương pháp làm lạnh
Có nhiều phương pháp làm lạnh buồng và xử lý lạnh sản phẩm .

• Làm lạnh buồng:
Hình 1.2 Các phương pháp làm lạnh buồng
Làm lạnh buồng trực tiếp là làm lạnh buồng bằng dàn bay hơi đặt trong buồng lạnh.
3
Làm lạnh buồng
Trực tiếp
(Nhờ môi chất lạnh)
Gián tiếp
(Nhờ chất tải lạnh lỏng)
Đối lưu không khí tự nhiên(dàn tónh)
-Dàn ống trơn gắn tường và gắn trần
-Dàn ống cánh gắn tường và gắn trần
-Dàn tấm gắn tường và gắn trần
Dàn quạt và các loại
tổ dàn quạt hướng trục và ly tâm
Đối lưu không khí cưỡng bức(dàn
quạt)
Đồ Án Trang Bị Điện
Mơi chất lỏng lạnh sơi thu nhiệt của mơi trường buồng lạnh. Dàn bay hơi có thể là các
loại dàn đối lưu tự nhiên hoặc cưỡng bức bằng quạt gió.
Làm lạnh buồng gián tiếp là làm lạnh buồng bằng các dàn chất tải lạnh (nước
muối) .Thiết bị bay hơi đặt ngồi buồng lạnh. Mơi chất lạnh lỏng sơi làm lạnh nước
muối và nước muối được bơm tuần hồn đến các dàn lạnh. Sau khi trao đổi nhiệt với
khơng khí trong buồng lạnh nước muối nóng lên sẽ được đưa trở lại dàn bay hơi để
làm lạnh. Các dàn nước muối trong buồng lạnh cũng có thể là đối lưu tự nhiên hoặc
cưỡng bức.
Các loại dàn trực tiếp hoặc dán tiếp đều đặt trong buồng lạnh còn loại dàn quạt gió
cưỡng bức có thể đặt ngồi buồng lạnh.
• Xử lý lạnh sản phẩm:
Hình 1.3 Các phương pháp xử lý lạnh sản phẩm

Xử lý lạnh trực tiếp là gia lạnh sản phẩm hoặc kết đơng sản phẩm trực tiếp bằng các
dàn lạnh bên trong là mơi chất lạnh sơi. Gia lạnh sản phẩm bằng các tổ dàn quạt gió có
4
Đối lưu không khí cưỡng bức
-Tổ dàn quạt :gia lạnh, kết đông chậm
-Tunel kết đông:kết đông tăng cường và
kết đông nhanh
-Kết đông nhanh tiếp xúc kiểu tấm
-Kết đông bằng cách nhúng sản phẩm vào
nước muối
-Kết đông bằng cách nhúng sản phẩm vào
freôn sôi
Tiếp xúc
Gián tiếp
(Nhờ chất tải lạnh lỏng)
Trực tiếp
(Nhờ môi chất lạnh)
Xử lý lạnh sản phẩm
Đồ Án Trang Bị Điện
tốc độ trung bình gió nhỏ. Người ta cũng có thể kết đông nhanh bằng máy kết đông
tiếp xúc kiểu tấm. Trong các tấm có bố trí dàn bay hơi trực tiếp hoặc nhúng sản phẩm
vào freôn đang sôi.
Xử lý lạnh gián tiếp qua nước muối là phải sử dụng thêm vòng tuần hoàn nước muối
giữa máy lạnh và sản phẩm. Sản phẩm thải nhiệt gián tiếp qua nước muối tới môi chất
lạnh sôi.
1.2.1 Làm lạnh trực tiếp
1.Máy nén
2.Bình ngưng
3.Van tiết lưu
4.Dàn bay hơi

Hình 1.4 Sơ đồ đơn giản làm lạnh buồng trực tiếp
Nhiệt độ trong giàn lạnh không khí đối lưu tự nhiên thấp hơn nhiệt độ buồng đến 10ºC.
Trong hệ thống làm lạnh trực tiếp môi chất lạnh lỏng ở thiết bị ngưng tụ đi qua van tiết
lưu để vào giàn lạnh 4. Dàn lạnh 4 đặt trong buồng cách nhiệt. Môi chất lạnh lỏng sôi
trong giàn, thu nhiệt của không khí sau đó được máy nén hút về để được nén lên áp
5
BH
dàn bay hoi
tr?c ti?p
nu?c làm mát
TL
MN
Đồ Án Trang Bị Điện
suất cao và đẩy trở lại thiết bị ngưng tụ.
Hệ thống làm lạnh trực tiếp có các ưu điểm sau:
-Thiết bị đơn giản vì không cần một vòng tuần hoàn phụ.
-Tuổi thọ cao, kinh tế hơn vì không phải tiếp xúc với chất gây han gỉ (nước muối).
-Ít tổn thất năng lượng đứng về mặt nhiệt động vì hiệu nhiệt độ giữa buồng lạnh và
dàn bay hơi trực tiếp bao giờ cũng nhỏ hơn hiệu nhiệt độ giữa buồng với nhiệt độ bay
hơi gián tiếp qua nước muối.
-Tổn hao lạnh khi khởi động nhỏ. Thời gian từ lúc mở máy tới lúc đạt nhiệt độ yêu cầu
sẽ nhanh hơn.
-Nhiệt độ của phòng lạnh có thể được giám sát qua nhiệt độ sôi của môi chất lạnh.
-Dễ dàng điều chỉnh nhiệt độ bằng cách đóng ngắt máy nén.
Nhược điểm của hệ thống làm lạnh trực tiếp:
-Khi là hệ thống lạnh trung tâm, có nhiều hộ sử dụng thì lượng môi chất lạnh nạp vào
máy sẽ cần rất nhiều, khả năng rò rỉ môi chất là lớn. Việc cấp lỏng cho giàn bay hơi ở
xa là khó khănn vì tổn thất áp suất.
-Trữ lạnh của hệ thống kém,khi ngừng hoạt động máy nén thì hệ thống sẽ mất lạnh
một cách nhanh chóng.

Từ những đặc điểm đó mà người ta chỉ dùng ở những nơi có ít hộ tiêu thụ, làm lạnh
cục bộ.
1.2.2 Làm lạnh gián tiếp
6
Đồ Án Trang Bị Điện
nu?c làm mát
MN
TL
BH
dàn l?nh
nu?c mu?i
bom nu?c
mu?i
Hình1.5 Sơ đồ đơn giản làm lạnh buồng gián tiếp
1.Máy nén; 2.Bình ngưng; 3.Bình bay hơi; 4.Van tiết lưu; 5.Bơm nước muối
6.Dàn lạnh nước muối; 7.Bình giãn nở.
Vòng tuần hoàn môi chất lạnh có tác dụng làm lạnh nước muối (chất tải lạnh).
Vòng tuần hoàn nước muối để tải nhiệt từ buồng lạnh đến bình bay hơi hoặc có thể nói
vòng tuần hoàn nước muối cấp lạnh từ giàn bay hơi đến buồng lạnh.
Nếu nhiệt độ bay hơi của môi chất lạnh ≥ 5ºC thì chất tải lạnh là nước, nhiệt độ bay
hơi đến -18ºC thì chất tải lạnh là dung dịch NaCl,nhiệt độ bay hơi đến -45ºC thì chất
tải lạnh là dung dịch
2
CaCl
. Trong hệ thống điều hoà không khí chất tải lạnh là nước.
Bình dãn nở 7 được dùng để cân bằng dung dịch khi bị giãn nở vì nhiệt đảm bảo sự
hoạt động bình thường của bơm.
Nhiệt độ của môi chất lạnh thấp hơn nhiệt độ nước muối từ 4 - 6ºC.Nhiệt độ nước
muối thấp hơn nhiệt độ không khí trong buồng từ 8 - 10ºC với giàn đối lưu tự nhiên .
Ưu diểm của phương pháp làm lạnh gián tiếp:

Độ an toàn cao. Chất tải lạnh là nước muối không cháy nổ, không độc hại với cơ thể
sống.
Khi có vòng tuần hoàn nước muối thì máy lạnh có cấu tạo đơn giản hơn. Đường ống
dẫn môi chất lạnh ngắn hơn. Các công việc khai thác bảo quản dễ dàng hơn.
7
Đồ Án Trang Bị Điện
Nước muối có khả năng trữ nhiệt lớn nên sau khi máy lạnh ngừng làm việc thì vẫn duy
trì được lạnh sau một thời gian dài hơn.
Nhược điểm của hệ thống
-Năng suất lạnh của máy bị giảm do sự chênh lệch giữa nhiệt độ buồng lạnh và nhiệt
độ môi chất lạnh lớn.
Hệ thống cồng kềnh vì phải thêm vòng tuần hoàn nước muối.
Nước muối tuy không cháy nổ nhưng có tính ăn mòn rất mạnh gây hư hại cho thiết bị
tiếp xúc với nước muối và hơi muối.
Do những đặc điểm đó nên hệ thống lạnh gián tiếp được sử dụng cho một số trường
hợp như hệ thống điều hoà trung tâm, hệ thống cần vòng tuần hoàn an toàn với môi
chất độc hại (
3
NH
).
1.4. Máy nén lạnh và môi chất lạnh, chất tải lạnh
1.4.1. Máy nén lạnh
Máy nén lạnh là bộ phận quan trọng nhất trong hệ thống lạnh. Máy lạnh có nhiệm vụ :
- Liên tục hút hơi sinh ra ở thiết bị bay hơi .
- Duy trì áp suất
0
P
và nhiệt độ
0
t

cần thiết.
- Nén hơi nên áp suất cao tương ứng với môi trường làm mát để đẩy vào thiết bị
ngưng tụ.
- Đưa lỏng qua thiết bị tiết lưu tới thiết bị bay hơi, thực hiên vòng tuần hoàn kín
của môi chất lạnh trong hệ thống gắn liền với việc thu nhiệt ở môi trường lạnh và thải
nhiệt ở môi trường nóng.
Máy nén quan trọng một mặt do chức năng của nó trong hệ thống, mặt khác do gồm
nhiều bộ phận chuyển động phức tạp nên chất lượng , độ tin cậy và năng suất lạnh của
hệ thống phụ thuộc chủ yếu vào chất lượng độ tin cậy và năng suất lạnh của máy nén.
Trong kỹ thuật lạnh người ta sử dụng hầu như tất cả các loại máy nén với các
nguyên lý làm việc khác nhau , nhưng các loại máy nén hay được sử dụng nhất là :
máy nén pittông, trục vít, rôto làm việc theo nguyên lý nén thể tích và máy nén tuabin,
máy nén ejectơ làm việc theo nguyên lý động học.
8
Đồ Án Trang Bị Điện
Máy nén lạnh
Máy nén thể tích Máy nén động học
MN pittông
dao động
MN pittông
quay
MN tuabin MN êjêctơ
MN pittông
trượt,
MN con lắc
MN trục vít,
MN rôto lăn,
MN rôto
tấm trượt
MN tuabin

ly tâm
MN êjêctơ hơi
Hình 1.6.Phân loại tổng qt các loại máy nén
Theo ngun lý nén thể tích thì q trình nén từ áp suất thấp nên áp suất cao nhờ sự
thay đổi thể tích của khoang hơi giữa pittơng và xilanh. Máy nén thể tích làm việc theo
chu kỳ, khơng liên tục . Hơi được hút và nén theo những phần riêng do đó đường hút
và đẩy có hiện tượng xung động. Trong các máy nén làm việc theo ngun lý động
học áp suất của dòng hơi tăng lên là do động năng biến thành thế năng. Q trình làm
việc của máy nén tuabin được chia ra làm 2 giai đoạn. Giai đoạn đầu dòng hơi được
tăng tốc nhờ đĩa quay và cánh quạt. Giai đoạn hai, dòng hơi có động năng lớn được
dẫn tới buồng khuyếch tán ở đó dộng năng biến thành thế năng và áp suất tăng dần.
Đặc điểm của máy nén động học là làm việc liên tục và khơng có van.
Máy nén thể tích có thể tạo ra áp suất lớn với khối lượng hơi nhỏ nhưng ngược lại
máy nén động học đòi hỏi có một dòng hơi với lưu lượng lớn hoặc rất lớn , tỷ số áp
suất đạt được qua mỗi tầng bánh cánh quạt lại tương đối hạn chế và phụ thuộc vào
từng mơi nhất định.
1.4.2.Mơi chất lạnh và chất tải lạnh
• Mơi chất lạnh
Mơi chất lạnh (còn gọi là tác nhân lạnh, ga lạnh hay cơng chất lạnh) là chất mơi giới
sử dụng trong chu trình nhiệt động ngược chiều để thu nhiệt của mơi trường có nhiệt
9
Đồ Án Trang Bị Điện
độ thấp và thải nhiệt ra môi trườn có nhiệt độ cao hơn. Môi chất tuần hoàn được trong
hệ thống là nhờ quá trình ngén.
Ở máy lạnh nén hơi, sự thu nhiệt của môi trường có nhiệt độ thấp nhờ quá trình bay
hơi ở áp suất thấp và nhiệt độ thấp, sự thải nhiệt cho môi trường có nhiệt độ cao hơn
nhờ quá trình ngưng tụ ở áp suất cao và nhiệt độ cao. Sự tăng áp suất ở quá trình nén
hơi và giảm áp suất nhờ quá trình tiết lưu hoặc giãn nở lỏng.
1) Yêu cầu đối với môi chất lạnh
Do đặc điểm của chu trình ngược, hệ thống thiết bị, điều kiện vận hành môi

chất cần có những đặc tính hoá học, vật lý, nhiệt động thích hợp.
1-Tính chất hoá học
- Môi chất cần bền vững vè mặt hoá học trong phạm vi áp suất và nhiệt độ làm việc ,
không được phân huỷ , không được polime hoá.
- Môi chất phải trơ, không ăn mòn các vật liệu chế tạo máy, dầu bôi trơn, ôxi trong
không khí và hơi ẩm.
- Đảm bảo an toàn cháy nổ.
2-Tính chất lý học
- Áp suất ngưng tụ không được quá cao, nếu áp suất ngưng tụ quá cao , độ bền chi
tiết yêu cầu lớn, vách thiết bị dầy, dễ rò rỉ môi chất.
- Áp suất bay hơi không được quá nhỏ , phải lớn hơn áp suất khí quyển để hệ thống
không bị chân không , dễ lọt không khí vào hệ thống.
- Nhiệt độ đông đặc phải thấp hơn nhiệt độ bay hơi nhiều và nhiệt độ tới hạn phải
cao hơn nhiệt độ ngưng tụ nhiều.
- Nhiệt ẩn hoá hơi và nhiệt dung riêng càng lớn càng tốt.
- Độ nhớt động càng nhỏ càng tốt, để giảm tổn thất áp suất trên đường ống và các
cửa van.
- Hệ số dẫn nhiệt , toả nhiệt càng lớn càng tốt.
- Khả năng hoà tan nước càng lớn càng tốt, để tránh hiện tượng tắc ẩm cho bộ phận
tiết lưu.
- Không dẫn điện.
3-Tính chất sinh lý
- Môi chất không độc hại với người và cơ thể sống, không gây phản ứng với cơ
quan hô hấp.
10
Đồ Án Trang Bị Điện
- Môi chất có mùi đặc biệt để dễ phát hiện khi rò rỉ (có thể pha thêm chất tạo mùi
nến không ảnh hưởng tới chu trình máy lạnh)
- Môi chất không làm ảnh hưởng xấu tới sản phẩm bảo quản.
4-Tính kinh tế

- Giá thành phải hạ tuy độ tinh khiết phải đạt yêu cầu.
- Dễ sản suất, vận chuyển, bảo quản.
Lựa chọn môi chất lạnh hợp lý là một trong những vấn đề rất quan trọng khi thiết
kế các hệ thống lạnh.
- Môi chất amôniắc NH
3
là môi chất lạnh không gây phá huỷ tầng ôzôn và hiệu
ứng nhà kính, có thể nói NH
3
là môi chất lạnh của hiện tại và tương lai. Hiện nay
hầu hết các hệ thống lạnh trong các nhà máy chế biến thuỷ sản (trừ kho lạnh bảo
quản), trong các nhà máy bia đều được thiết kế sử dụng môi chất NH
3
. Đặc điểm của
NH
3
là rất thích hợp đối với hệ thống lớn và rất lớn, do năng suất lạnh riêng thể tích
lớn.Các hệ thống lạnh máy đá cây, máy đá vảy, kho cấp đông, tủ cấp đông các loại
và dây chuyền I.Q.F, hệ thống làm lạnh glycol trong nhà máy bia đều rất thích hợp
khi sử dụng NH
3
. Nhược điểm của NH
3
là làm hỏng thực phẩm và ăn mòn kim
loại màu nên không phù hợp khi sử dụng cho các hệ thống nhỏ.
Tuyệt đối không nên sử dụng NH
3
cho các kho lạnh bảo quản,

vì đặc điểm của NH

3
là độc và làm hỏng thực phẩm, nếu xảy ra rò rỉ
môi chất bên trong các kho lạnh thì
rất khó phát hiện, khi phát hiện thì đã quá trễ. Khác với các thiết bị cấp đông, máy
đá hoạt động theo mẻ, hàng hoá chỉ đưa vào làm lạnh trong một thời gian ngắn, mỗi
lần làm lạnh số lượng hàng không lớn lắm, các kho lạnh hoạt động lâu dài,
hàng hoá được bảo quản hàng tháng, có khi cả năm trời, trong quá trình đó xác
suất rò rỉ rất lớn, nghĩa là rủi ro rất cao. Mặt khác kho lạnh là nơi tập trung một
khối lượng hàng rất lớn, hàng trăm thậm chí nghìn tấn sản phẩm. Giá trị hàng hoá
trong các kho lạnh cực kỳ lớn, nếu xảy ra rò rỉ môi chất NH
3
vào bên trong các
kho lạnh, hàng hoá bị hỏng các xí nghiệp có thể sẽ bị phá sản.Việc thiết kế kế các
kho lạnh sử dụng NH
3
là chứa đựng nhiều nguy cơ và rủi ro cho doanh nghiệp.
- Đối với hệ thống nhỏ , trung bình nên sử dụng môi chất lạnh fêrôn
+ Môi chất R134a là môi chất thay thế thích hợp nhất cho R
12
, nó được
sử dụng cho các hệ thống lạnh công suất rất nhỏ như tủ lạnh gia đình, máy điều hoà
11
Đồ Án Trang Bị Điện
công suất nhỏ, máy điều hoà xe hơi vv vì năng suất lạnh riêng thể tích nhỏ.
+ Môi chất lạnh R
22
được sử dụng chủ yếu cho các hệ thống lạnh nhỏ và
trung bình, ví dụ trong các máy điều hoà công suất trung bình và lớn (từ 24.000
Btu/h trở lên) , môi chất R
22

cũng rất thích hợp các kho lạnh bảo quản, kho lạnh
thương nghiệp, kho chờ đông và các hệ thống lạnh công suất lớn khác như tủ
đông, máy đá đơn lẻ. Hiện nay và trong tương lai gần người ta sử dụng R404A hoặc
R407C thay cho R22. Trước mắt nước ta còn có thể sử dụng R22 đến năm 2040.
Ưu điểm nổi trội khi sử dụng là không làm hỏng thực phẩm, không độc
nên được sử dụng cho các kho lạnh bảo quản, không ăn mòn kim loại màu như đồng
nên thiết bị gọn nhẹ và rất phù hợp các hệ thống lạnh trong dân dụng như điều
hoà, các tủ lạnh thương nghiệp.
• Chất tải lạnh
Chất tải lạnh là môi chất trung gian, nhận nhiệt độ của đối tượng cần làm lạnh
chuyển tới thiết bị bay hơi. Hệ thống dùng chất tải lạnh là hệ thống làm lạnh gián tiếp.
Ưu và nhược điểm:
- Về mặt nhiệt động làm lạnh gián tiếp qua chất tải lạnh có tổn thất năng
lượng lớn hơn do phải truyền qua chất trung gian.
- Về mặt kinh tế cũng tốn kém hơn do phải chi phí thêm thiết bị: bơm, dàn
lạnh, đường ống cho vòng tuần hoàn chất tải lạnh.
Người ta dùng chất tải lạnh trong trường hợp sau:
- Khó sử dụng trực tiếp giàn bay hơi để làm lạnh sản phẩm.
- Môi chất lạnh có tính độc hại , có ảnh hưởng không tốt đến môi trường và sản
phẩm bảo quản, chất tải lạnh trung gian được gọi là vòng tuần hoàn an toàn.
- Khi có nhiều hộ tiêu thụ lạnh và khi hộ tiêu thụ ở xa nơi cung cấp lạnh.
Đứng về mặt nhiệt động mà đánh giá thì dùng chất tải lạnh là nhược điểm , làm hiệu
nhiệt độ tăng lên làm giảm hệ số lạnh và hiệu quả nhiệt của chu trình.
Đứng về mặt kinh tế cũng không có lợi vì tốn thêm thiết bị trao đổi nhiệt, thiết bị
tuần hoàn chất tải lạnh, mặt bằng lắp đặt, bố trí thiết bị.
Chất tải lạnh có thể ở dạng khí như không khí, dạng lỏng như nước muối các loại,
dung dịch chất hữu cơ như rượu, mêtanol, êtanol nitơ lỏng, dạng rắn như đá khô và
nước đá
12
Đồ Án Trang Bị Điện

Cũng như môi chất lạnh, chất tải lạnh cũng có một số yêu cầu sau :
- Điểm đông đặc phải thấp hơn nhiệt độ bay hơi, trong thực tế hiệu nhiệt độ ít
nhất là 5K.
- Nhiệt độ sôi phải cao để khi dừng máy nhiệt độ chất tải lạnh bằng nhiệt độ
môi trường thì chất tải lạnh không bị bay hơi mất.
- Không ăn mòn thiết bị.
- Không cháy nổ, rẻ tiền dễ kiếm.
- Hệ số dẫn nhiệt , nhiệt dung riêng càng lớn càng tốt.
- Độ nhớt và khối lượng càng nhỏ càng tốt, để thuận lợi cho tuần hoàn chất tải
lạnh.
Cũng như môi chất lạnh không có chất tải lạnh nào đáp ứng đủ tất cả các yêu cầu đã
nêu.
Khi cần nhiệt độ 0ºC thì nước là chất tải lạnh lý tưởng. Nó đáp ứng hầu hết các yêu
cầu đã nêu. Nhưng vì nhiệt độ hoá rắn cao (0ºC) nên nó chỉ được sử dụng trong phạm
vi điều tiết không khí, bảo quản lạnh trên 0ºC.
Khi nhiệt độ thấp hơn người ta dùng những dung dịch muối: NaCl được sử dụng cho
nhiệt độ > -15ºC,
2
CaCl
có thể đạt tới - 45ºC.
Một số chất tải lạnh thường dung:
- nước: nó là chất tải lạnh lý tưởng đáp ứng hầu hết các yêu cầu đã nêu. Nhược điểm là
nó đông đặc ở
c
0
0
.
- Dung dịch nước muối NaCl và CaCl2:
+ Dung dịch nước muối NaCl: nó cũng đáp ứng đầy đủ các yêu cầu của môi
chất tải lạnh lý tưởng: rẻ, dẽ kiếm, an toàn. Nhiệt độ hóa rắn thấp nhất ở

c
0
2.21−
,
nhiệt độ sôi môi chất không được thấp hơn
c
0
2.16−
. Nhược điểm là gây han rỉ và ăn
mòn thiết bị mãnh liệt.
+ Dung dịch nước muối CaCl2: cũng đáp ứng hầu hết được yêu cầu của chất tải
lạnh lý tưởng. Dùng cho các ứng dunhj có nhiệt độ thấp hơn NaCl. Nhược điểm là ăn
mòn thiết bị giống như NaCl.
Chương 2: THIẾT KẾ VỀ HỆ THỐNG GIÁM SÁT CHO
TRẠM LẠNH
13
Đồ Án Trang Bị Điện
2.1 Giám sát hệ thống lạnh.
2.1.1 Sơ đồ giám sát
Hệ thống lạnh xét ở đây là hệ thống lạnh dùng để bảo quản thực phẩm. Bảo
quản các loại nông sản, rau quả, các sản phẩm công nghiệp chế biến vv
Nhiệt độ bảo quản thường nẳm trong khoảng : - 2 ÷ 5ºC.
Sử dụng máy nén : 2AT150 - Nhà máy cơ khí Long Biên Hà Nội.
Thông số Đơn vị
Số lượng xilanh Chiếc 4
Đường kính xilanh mm 80
Hành trình pittông mm 70
Năng suất lạnh tiêu chuẩn KW 35
Vòng quay trục khuỷu V/ph 960
Công suất động cơ máy nén KW 20

Công suất động cơ bơm nước KW 2.8
Điện áp V 220/380
Tốc độ;Tần số V/ph;Hz 1440;50
Dầu bôi trơn Ký hiệu XA
Khối lượng thực phẩm bảo quản Tấn 15

Hệ thống sử dụng hai máy nén . Một máy nén công tác và một máy nén dự
phòng trong trường hợp máy chính gặp sự cố hay đang bảo dưỡng sửa chữa và còn có
thể tao ra được cong suát lạnh khác nhau nên có thể tạo ra dược 2 mức nhiệt lạnh khác
nhau.
Hệ thống có các chế độ vận hành như sau:
- Chế độ vận hành bằng tay:
Điều khiển sự hoạt động của hệ thống ngay tại hiện trường .
- Chế độ điều khiển từ xa bằng máy tính.:
Điều khiển hệ thống bằng máy tính từ phòng điều khiển.
- Chế độ tự động :
Đặt nhiệt độ mong muốn và hệ thống sẽ tự động điều chỉnh cho phù hợp với yêu cầu.
đây là chế độ công tác chính của hệ thống.
Phạm vi điều chỉnh nhiệt độ : -15 ÷ 15 ºC
Việc giám sát các thông số kỹ thuật của hệ thống có ý nghĩa rất quan trọng
trong việc khai thác cũng như tự động hoá hệ thống . Chỉ báo các thông số kỹ thuật
hiện tại của hệ thống , trạng thái hoạt động , chế độ hoạt động và báo động cho người
vận hành biết khi hệ thống gặp sự cố.
14
Đồ Án Trang Bị Điện
- Giới thiệu khái quát các phần tử trong hệ thống lạnh:
+ Máy nén lạnh: sử dụng để hút hơi ở áp suất thấp, nhiệt độ thấp sinh ra ở dàn
bay hơi nén lên áp suất cao để đẩy vào dàn ngưng tụ. Máy nén gồm có 2 loại
chinh: máy nén thẻ tích( quá trình nén được thực hiện nhờ sự thay đổi thể tích
giới hạn bơi xillanh và pittong khi pitong chuyển động lên.) và máy nén động

học( áp suất tăng do động năng của dòng hơi biến thành thế năng.)
+ Thiết bị ngưng tụ: là thiết bị trao đổi nhiệt để biến môi chất lạnh có áp suất
cao và nhiệt độ cao sau quá trình nén thành dạng lỏng. Hơi môi chất có áp suất
và nhiệt độ cao truyền nhiệt cho nước hay không khí làm mát, bị mất nhiệt dẫn
đến nhiệt độ giảm bằng nhiệt độ bão hòa ở áp suất ngưng tụ cho nên ngưng tụ
thành chất lỏng.
+ Thiết bị bay hơi: là thiết bị trao đổi nhiệt trong đó môi chất lạnh lỏng hấp thụ
nhiệt từ môi trường lạnh, sôi và hóa hơi
+ Tháp giải nhiệt: có nhiệm vụ phải thải được toàn bộ lượng nhiệt do quá trình
ngưng tụ của môi chất lạnh trong bình ngưng tỏa ra. Chất tải nhiệt trung gia là
nước. Nhờ quạt gió và dàn phun mưa, nước bay hơi 1 phần và giảm nhiệt độ
xuống tới mức yêu cầu để dược bơ trở lại bình ngưng nhận nhiệt ngưng tụ.
+ Bình tách dầu: được sử dụng cho các hệ thống lạnh lớn và rất lớn và có nhiều
máy nén mắc song song. Hay sử dụng khi hệ thống lạnh có đường ống dẫn từ
máy nén đến dàn ngưng xa. Chỉ lắp đặt 1 bình tách dầu với 3 máy nén. Nhiệm
vụ: dung để tránh hiện tượng: do có 1 lượng dầu bị cuốn theo hơi máy nén vào
dường đẩy rồi vào bình ngưng tạo thành 1 lớp trở nhiệt trên bề mặt trao đổi
nhiệt của bình ngưng, bình bay hơi…. Dẫn đến hiệu suất máy nén giảm.
+ Bình chứa cao áp: đặt ở vị trí phìa dưới bình ngưng dùng để chứa lỏng đã
ngưng tụ và giải phóng bề mặt trao đổi nhiệt của thiết bị ngưng tụ, duy trì sự
cấp lỏng liên tục của van tiết lưu.
+ Bình tách lỏng: tách các giọt chất lỏng khỏi luồng hơi hút về máy nén, tránh
cho máy nén không hút phải chất lỏng gay ra va đập thủy lực làm hư hỏng máy
nén.
+ Thiết bị hồi nhiệt: dùng để quá lạnh môi chất sau ngưng tụ trước khi vào van
tiết lưu bằng hơi lạnh ra từ dàn bay hơi trước khi về máy nén nhằm tăng hiệu
suất lạnh của chu trình.
+ Phin sấy, phin lọc: dùng để loại trừ cắn bẩn cơ học và các tạp chất hóa học
đặc biệt là nước và các oxit ra khỏi vàng tuần hoàn môi chất lạnh.
15

Đồ Án Trang Bị Điện
16
Đồ Án Trang Bị Điện
+ Giám sát tại điểm Đ1
Giám sát áp suất phía cửa hút của máy nén. Việc này có tác dụng quan trọng trong
việc bảo vệ hệ thống, đặc biệt là máy nén. Tránh cho máy nén làm việc ở chế độ
không thuận lợi, khi áp suất đầu hút giảm quá thấp thì điều kiện bôi trơn thường rất
kém. Khi đó cần dừng ngay máy nén và tim nguyên nhân gây ra sự cố này.
+ Giám sát tại điểm Đ2, Đ3
- Giám sát áp suất phía cửa đẩy của máy nén. Có tác dụng cảnh báo, bảo vệ máy nén
khỏi quá tải do của ra của máy nén bị tắc hoặc chưa mở van chặn gây cháy động cơ
lai hoặc làm phá huỷ các bộ phận máy nén. Khi máy nén chính gặp sự cố thì cần dừng
máy nén chính và cho chạy máy nén dự phòng.
- Giám sát nhiệt độ hơi môi chất lạnh phía cửa đẩy của máy nén nhằm mục đích báo
động , bảo vệ máy nén.
+ Giám sát tại điểm Đ4
- Giám sát áp suất sau van một chiều . Dùng trong việc báo động, bảo vệ khi áp suất
quá cao và báo động khi đã cho máy nén hoạt động mà áp suất điểm này không đạt
mức yêu cầu.
+ Giám sát tại điểm Đ5
Giám sát thông số bình ngưng:
- Giám sát áp suất bình ngưng.Có tác dụng bảo vệ bình ngưng khi áp suất quá cao.
Giám sát nhiệt độ bình ngưng. Có tác dụng bảo vệ bình ngưng và trong việc tự động
điều chỉnh nhiệt độ ngưng tụ và điều chỉnh lưu lượng nước làm mát bình ngưng.
+ Giám sát tại điểm Đ6
Giám sát áp suất bình chứa cao áp. Có tác dụng bảo vệ bình chứa khỏi áp suất cao và
điều chỉnh công suất máy nén cho phù hợp.
Giám sát mức của bình chứa cao áp. Có tác dụng điều chỉnh công suất máy nén. Bảo
vệ bình chứa cao áp.
+ Giám sát tại điểm Đ7

Giám sát áp suất bay hơi môi chất lạnh. Có tác dụng trong việc báo động, bảo vệ bình
bay hơi. Khi áp suất bay hơi nhỏ dẫn tới nhiệt độ bay hơi thấp có thể dẫn đến làm đông
nước muối trong bình bay hơi.
+ Giám sát tại điểm Đ8
Giám sát nhiệt độ kho lạnh. Đây là thông số rất quan trọng và là mục đích cuối cùng
của hệ thống lạnh. Việc này có tác dụng trong việc điều chỉnh công suất máy nén, điều
chỉnh van tiết lưu để duy trì nhiệt độ theo yêu cầu.
+ Giám sát tại điểm Đ9, Đ10
Điểm rất quan trọng cần giám sát trong hệ thống lạnh là tình trạng làm việc của máy
nén lạnh. Thông số cần giám sát ở đây là áp lực dầu bôi trơn máy nén, mức dầu trong
caste và nhiệt độ nước làm mát máy nén. Trong đó đặc biệt quan trọng đó là áp lực
dầu bôi trơn. Khi dầu bôi trơn không đủ có thể dẫn đến phá huỷ toàn bộ máy nén.
Giám sát áp lực dầu có tác dụng bảo vệ máy nén. Báo động và tự động dừng máy nén
khi gặp sự cố.Giám sát nhiệt độ nước làm mát nhằm mục đích cảnh báo.
17
Đồ Án Trang Bị Điện
Giám sát các thông số của động cơ lai máy nén, như tốc độ, điện áp, dòng điện nhằm
mục đích bảo vệ động cơ khi có sự cố xảy ra ( quá tải, ngắn mạch )
+ Giám sát tại điểm Đ11
Giám sát nhiệt độ dòng nước làm mát đi ra từ máy nén. Có tác dụng báo động khi
nhiệt độ dòng nước vượt quá giá trị cho phép. Trong việc tự động điều chỉnh lưu lượng
bơm nước làm mát.
Tổng hợp các thông số cần đo và giám sát.
Điểm
đo
STT Thông số đo, giám sát Loại cảm biến
Đ1 X1 Áp suất cửa hút máy nén Tương tự
Đ2 X2 Áp suất cửa đẩy máy nén 1 Tương tự
X3 Nhiệt độ hơi môi chất lạnh cửa đẩy máy nén 1 Tương tự
Đ3 X4 Áp suất cửa đẩy máy nén 2 Tương tự

X5 Nhiệt độ hơi môi chất lạnh cửa đẩy máy nén 2 Tương tự
Đ4 X6 Áp suất hơi môi chất lạnh sau van 1 chiều Tương tự
X7 Áp suất bình ngưng Tương tự
X8 Nhiệt độ bình ngưng Tương tự
Đ6 X9 Áp suất bình chứa Tương tự
X10 Mức bình chứa Tương tự
Đ7 X11 Áp suất bay hơi Tương tự
Đ8 X12 Nhiệt độ kho lạnh Tương tự
Đ9
X13 Áp suất dầu bôi trơn máy nén 1 Tương tự
X14 Mức dầu cacte máy nén 1 ON/OFF
X15 Dòng điện động cơ lai máy nén 1 Tương tự
Đ10
X16 Áp suất dầu bôi trơn máy nén 2 Tương tự
X17 Mức dầu cacte máy nén 2 ON/OFF
X18 Dòng điện động cơ lai máy nén 2 Tương tự
Đ11 X19 Nhiệt độ nước làm mát máy nén ON/OFF
2.1.2 Các cảm biến, rơ le dùng trong hệ thống
1) Cảm biến áp suất
- Cảm biến áp suất cao ở cửa đẩy của máy nén , áp suất bình ngưng và áp suất bình
chứa cao áp dùng loại: EJA510A-B Capsule của hãng Yakogawa.
Thông số như sau :
Dải đo
0 to 2 MPa (0 to 290 psi)
Độ chính xác
±0.2%
Nguồn cấp 9 to 32 VDC
Ngõ ra
4 to 20 mA DC
Nhiệt độ môi trường

- 40 to 85 deg C (-40 to 185 deg F)
Áp suất cực đại
4 MPa (580 psi)
Hình dạng ngoài:
18
Đồ Án Trang Bị Điện
- Cảm biến áp suất thấp ở cửa hút máy nén, áp suất bay hơi dùng loại : EJA 130A
Dải đo
0 to 500 KPa
Độ chính xác
± 0.065%
Nguồn cấp 9 to 32 VDC
Ngõ ra
4 to 20 mA DC
Nhiệt độ môi trường
- 40 to 85 deg C (-40 to 185 deg F)
Áp suất làm việc cực
đại
32 MPa (4500 psi)
- Cảm biến hiệu áp suất dầu bôi trơn máy nén dùng loại cảm biến áp suất tương đối
EJA 530A.
Dải đo
0 to 500 KPa
Độ chính xác
± 0.2%
Nguồn cấp 9 to 24VDC
Ngõ ra
4 to 20 mA DC
Nhiệt độ môi trường
- 40 to 85 deg C (-40 to 185 deg F)

Áp suất cực đại
4 MPa (580 psi)
1) Cảm biến nhiệt độ :
- Cảm biến nhiệt độ hơi môi chất lạnh ở cửa đẩy máy nén, nhiệt độ bình ngưng, nhiệt
độ bình chứa cao áp, nhiệt độ nước làm mát, nhiệt độ dầu bôi trơn dùng loại : cảm biến
nhiệt độ hiển thị số TSG
Dải đo -50 ÷ 400ºC
Đầu ra 4 ÷ 20 mA; 1-5V; 2 tiếp điểm rơle
- Cảm biến nhiệt độ kho lạnh dùng loại : cảm biến nhiệt độ hiển thị số TSG
Dải đo - 50 ÷ 400 ºC
Đầu ra 4 ÷ 20 mA; 1-5VDC; 2 tiếp điểm rơle
3) Biến dòng
- Dùng loại Êpoxy - CT-0.6
19
Đồ Án Trang Bị Điện
Máy biến dòng hình xuyến tới 600 V
Tần số danh định 50 Hz
Dòng thứ cấp danh định 5 A
Dòng sơ cấp 0 ÷ 100 A
2.2 Thiết kế phần cứng
Dùng 2 bộ ADC0809 để chuyển đổi tín hiệu tương tự lấy từ các cảm biến thành
tín hiệu số.
Dùng vi điều khiển 89C51 để dồn các kênh tín hiệu thành một bản tin và truyền
thông nối tiếp về máy tính.
Dùng 2 IC 74HC244 để mở rộng cổng vào .
2.2.1 ADC0809
Đây là IC chuyển đổi tín hiệu tương
tự thành tín hiệu số.
- Nguồn cấp : 5V
- Có 8 kênh vào tương tự

- Đầu ra số 8 bit, chuẩn TTL
- Thời gian chuyển đổi : 100μs
20
Đồ Án Trang Bị Điện
Các tín hiệu dòng điện được đưa qua điện trở để chuyển thành tín hiệu điện áp có giá
trị từ 0 ÷ 5 V để đưa vào các lối vào tương tự của ADC. Bằng việc chon kênh vào (IN0
÷ IN7) thông qua các chân chọn kênh (A,B,C) và chốt giá trị bằng chân chốt ALE ta sẽ
lấy được giá trị từng kênh tương tự và chuyển nó thành tín hiệu số.
STT Kênh vào ADC Thông số đo, giám sát
X1 IN1(ADC1) Áp suất cửa hút máy nén
X2 IN2(ADC1) Áp suất cửa đẩy máy nén 1
X3 IN3(ADC1) Nhiệt độ hơi môi chất lạnh cửa đẩy máy nén 1
X4 IN4(ADC1) Áp suất cửa đẩy máy nén 2
X5 IN5(ADC1) Nhiệt độ hơi môi chất lạnh cửa đẩy máy nén 2
X6 IN6(ADC1) Áp suất hơi môi chất lạnh sau van 1 chiều
X7 IN7(ADC1) Áp suất bình ngưng
X8 IN8(ADC1) Nhiệt độ bình ngưng
X9 IN1(ADC2) Áp suất bình chứa
X10 IN2(ADC2) Mức bình chứa
X11 IN3(ADC2) Áp suất bay hơi
X12 IN4(ADC2) Nhiệt độ kho lạnh
X13 IN5(ADC2) Áp suất dầu bôi trơn máy nén 1
X14 IN6(ADC2) Dòng điện động cơ lai máy nén 1
X15 IN7(ADC2) Áp suất dầu bôi trơn máy nén 2
X16 IN8(ADC2) Dòng điện động cơ lai máy nén 2
21
n Trang B in
2.2.2 Vi iu khin AT89C51
Đặc tính Số lợng
ROM trên chíp

RAM
Bộ định thời
Các chân vào - ra
Cổng nối tiếp
Nguồn ngắt
4K byte
128 byte
2
32
1
6
- 4 cng vo ra P0 ữ P3 l cỏc cng vo ra 8 bit. Riờng cng P0 cn cú thờm in tr
kộo bờn ngoi.
- Cng truyn thụng ni tip :
P3.0 (chõn 10) nhn d liu
P3.1 (chõn 11) truyn d liu
õy ta dựng cng P0 lm cng nhn d liu t ADC 0809
Cng P1 iu khin s hot ng ca 2 ADC0809.
Cng P2 nhn tớn hiu t cỏc cm bin ON- OFF
2.2.3. IC 74HC 244
Dựng m rng s u vo cho cng P2.
22
Đồ Án Trang Bị Điện
Chân cho phép :
EO

U 1 5 A
7 4 H C 2 4 4
1 2
1 4

1 6
1 82
4
6
8
1
Y 3
Y 2
Y 1
Y 0A 0
A 1
A 2
A 3
O E
Các đầu vào IC 74HC245 thứ nhất:
A0 Báo nguồn
A1 Báo chế độ điều khiển tại chỗ
A2 Báo chế độ điều khiển từ xa
A3 Báo chế độ điều khiển tự động
Các đầu vào IC 74HC245 thứ hai :
A0 Mức dầu cacte máy nén 1
A1 Mức dầu cacte máy nén 2
A2 Báo máy nén 1 hoạt động
A3 Báo máy nén 2 hoạt động
23
Đồ Án Trang Bị Điện
Chương 3: CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN
3.1 Chương trình cho vi điều khiển
Vi điều khiển lấy mẫu các kênh tín hiệu số từ ADC và cổng vào P2. Sau đó dữ
liệu được đóng gói ( tách 4 bit cao và 4 bit thấp) và truyền về máy tính qua cổng nối

tiếp bằng giao thức sau :
START
CAÙC BYTE DÖÕ LIEÄU
BCC
Byte START được lấy bằng 255. Byte dữ liệu luôn khác giá trị này.
Byte BCC là byte kết thúc bức điện và cũng là byte kiểm soát lỗi truyền thông. Nó
được tính bằng cách cộng dồn không nhớ các byte trước nó.
Máy tính sẽ kiểm tra byte đầu tiên và byte kết thúc có đúng không. Nếu xảy ra lỗi thì
bức điện này sẽ bị huỷ bỏ.
Chương trình :
#include <sfr51.inc>
ORG 0000H
;CHUONG TRINH CHINH
MAIN:
;KHAI BAO
MOV TMOD,#20H ;chon timer1, che do 2
MOV TH1,#FDH ;dat toc do baud 9600
MOV SCON,#50H
SETB TR1 ;khoi dong timer1
ALE BIT P1.3
START1 BIT P1.4
OE1 BIT P1.5
START2 BIT P1.6
OE2 BIT P1.7
OEC1 BIT P2.6
OEC2 BIT P2.7

MOV P1,#0
;
BYTE_KHOI_DAU:

MOV R2,#255
MOV SBUF,#FFH
24
Đồ Án Trang Bị Điện
HERE1:
JNB TI,HERE1
CLR TI
;
ADC1:
MOV R1,#0
LAP1:
MOV P1,R1
SETB ALE ;CHOT TIN HIEU VAO
SETB START1 ;KHOI DONG ADC1
CLR ALE
CLR START1
NOP
LAP2:
JNB OEC1,LAP2 ;KIEM TRA XEM CONVER XONG CHUA
SETB OE1
CLR OE1 ;DOC TIN HIEU SO
MOV B,P0 ;DUA TIN HIEU SO VAO B
LCALL DONG_GOI
INC R1
CJNE R1,#8,LAP1
ADC2:
;
MOV R1,#0
LAP3:
MOV P1,R1

SETB ALE ;CHOT TIN HIEU VAO
SETB START2 ;KHOI DONG ADC2
CLR ALE
CLR START2
NOP
LAP4:
JNB OEC2,LAP4 ;KIEM TRA XEM CONVER XONG CHUA
SETB OE2
CLR OE1 ;DOC TIN HIEU SO
MOV B,P0 ;DUA TIN HIEU SO VAO B
LCALL DONG_GOI
INC R1
CJNE R1,#8,LAP3
;
ON_OFF:
25