Giáo trình kỹ thuật điện lạnh

Tài liệu :

Kỹ thuật lạnh cơ sở - Phạm Văn Tùng , Nguyễn Đức Lợi .
Kỹ thuật điện lạnh - Châu Ngọc Thạch.
Khí cụ điện .
Máy điện , Máy điện nhỏ .

Thi :

+ Lý thuyết .
+ Bài tập : chủ yếu phần Máy điện .

Bài mở đầu
-

Kỹ thuật nhiệt lạnh là hạ nhiệt độ của đối tượng để phục vụ đối tượng nào đó .
Ứng dụng : - Thực phẩm .
- Công nghiệp : + Hóa chất .
+ Dệt may.
+ Công nghiệp thuốc lá .
- Y học .
- Sinh học: kỹ thuật công nghệ cayo ( lạnh sâu ) .
- Đời sống hàng ngày .

Chương I : Đại cương về kỹ thuật lạnh .
§ 1.1 : Các phương pháp làm lạnh cơ bản .
1, Bay hơi , khuếch tán → nhiệt độ môi trường bị hạ đi nếu cho chất lỏng bay hơi
trường → phương pháp vừa kinh điển vừa hiện đại (như trong buồng hơi của máy lạnh).
2, Hòa trộn lạnh :
- Nước lạnh + muối → nhiệt độ giảm.
- Ứng dụng : dùng trong đánh cá biển .

3, Phương pháp giãn nở có sinh ngoại công
- Dùng trong công nghiệp
Qm
3 bình nóng
2 Pn
máy nén
Máy
Pdn
dãn
Buồng lạnh
nở
4
1

Q0
Nguyên lý máy lạnh nén khí ( khí không đổi pha – trạng thái )




T( nhiệt độ)

2
1

Tn
T0

3
4

S( entanpy)
Chu trình T-S
- Dùng cho máy lạnh nén khí
4, Dùng tiết lưu ( hiệu ứng Jin-Thompson )
→ Sử dụng thay cho máy dãn
nở trong máy lạnh nén
hơi

Giảm tiết diện
5, Dùng hiệu ứng điện nhiệt :
1

O2

Khi có I thì tạo nên θ = θ1 − θ 2

e1

O1

6, Bay hơi chất lỏng :
- Dùng trong máy lạnh nén hơi
3

ngưng tụ

2

môtơ điện

máy nén

tiết
lưu
4

-

Bay hơi

Gas chuyển trạng thái từ dạng khí sang lỏng .



1


§ 1.2 : Môi chất lạnh .
Môi chất lạnh là chất chuyển động trong chu trình lạnh của thiết bị lạnh và thu nhiệt
của đối tượng cần làm lạnh và tỏa nhiệt ra ở thiết bị ngưng tụ . Sự tuần hoàn của môi
chất thực hiện bằng máy nén .
1, Yêu cầu vật lý :
- Áp suất ngưng tụ không được quá cao → yêu cầu thiết bị phải có độ dày cao .
- Áp suất bay hơi không được quá thấp vì dễ bị rò gỉ .
- Năng suất lạnh riêng càng lớn càng tốt .
- Hệ số dẫn nhiệt càng lớn càng tốt .
- Tính hòa tan dầu và nước đều cao .
2, Yêu cầu hóa học :
- Bền vững trong vùng nhiệt độ làm việc và trong chu trình .
- Không được ăn mòn vật liệu trong hệ thống .

- Khó cháy nổ .
3, Yêu cầu kinh tế :
4, Các môi chất thông dụng :
a, Amoniắc NH3 (R717) :
- Là chất không màu , có mùi , sôi ở nhiệt độ -33,350C , ngưng tụ ở 300C ( làm mát
bằng nước ) , áp suất ngưng tụ là 1,2 Mpa .
- Qv = 2165 (kg/m3) - nhiệt lạnh sâu theo thể tích .
- Q0 = 1101 (kJ/kg) - năng suất lạnh riêng theo kim loại .
- t2 = 1000C ( nhiệt độ nén )
- NH3 không hòa tan dầu nhưng hòa tan nước .
- Không ăn mòn kim loại đen nhưng ăn mòn kim loại màu → dùng thép .
- NH3 dẫn điện → không làm máy nén kín dược .
- NH3 nếu gặp thuỷ ngân thì sẽ gây hỗn hợp nổ nguy hiểm → cấm không dùng Hg
trong thiết bị có NH3 .
- NH3 độc .
- Rẻ tiền , dễ kiếm , dễ vận chuyển , dễ bảo quản .
- Q0 , Qv lớn → kích thước gọn nhẹ .
- Trong máy nén làm lạnh bằng nước → hạ nhiệt độ ngưng dưới 1000C .
→ làm máy lạnh nén hơi hở công suất từ lớn → rất lớn .
→Máy lạnh hấp thụ NH3 , bốc hơi → hấp thụ t0 → làm lạnh ( gia dụng ) .
b, Freon 12 ( R12 ) CCL2 F2
- Chất khí không màu có mùi thơm nhẹ , nặng hơn không khí khoảng 4 lần , nặng hơn
nước khoáng 1,3 lần .
-Ngưng tụ ở 300C nếu làm mát bằng nước , áp suất ngưng tụ 0,74 MPa , sôi ở -300C , q0
=117 kJ/kg , qv = 1779 kJ/m3 khả năng trao đổi nhiệt αT = 20 % αTH2O .
- Q0 , QV bé → kỹ thuật thiết bị lớn .
- Không hòa tan nước nhưng hòa tan dược dầu .
- Không dẫn điện .
- Chỉ dùng cho hệ thống các máy nén lạnh rất nhỏ và nhỏ .
- Dùng được cho hệ thống máy nén kín .

- Không độc hại .
c, Freon 22 (R22) CHClF2




- là chất không khí , màu mùi thơm nhẹ .
- t0 ngưng tụ 300C , Pngưng tụ =1,2 MPa , sôi ở -410C .
- Năng suất lạnh riêng Q0 lớn hơn R12 khoảng 1,5 lần → kỹ thuật nhỏ hơn R12 .
- Khả năng hòa tan gấp 5 lần R12 → không sợ bị tắc dường ống do đóng băng .
- Không hòa tan dầu → bôi trơn phức tạp .
- Không dẫn điện ở thể khí nhưng ở thể lỏng lại dẫn điện → trong máy nén kín không
cho phần ga lỏng trong máy nén tồn tại .
→ Dùng máy làm lạnh nén hơi loại công suất trung bình , công suất lớn , điều tiết
không khí .
5, Đồ thị nhiệt động :
- Đồ thị lpP-H (1) P – áp suất [ kJ/kg ]
H- Entanpi [ kJ/kg.K]
- Đồ thị T-S (2)
(1) : tính toán các quá trình nhiệt động .
(2) : dùng so sánh .
lgP

T
K- điểm tới
hạn
vùng
sôi
lỏng Vùng hơi
Vùng hơi

ẩm
quá nhiệt
rắn

đường bão hòa
lỏng ( X=0 )

Vùng
lỏng

K

Vùng hơi
ngưng
quá ẩm
Vùng
hơi ẩm x=1
h

S

đường bão hòa

§ 1.3 : Chất tải lạnh .
-

-

Là chất trung gian dùng thu nhiệt độ của môi trường cần làm lạnh truyền tới thiết bị
bay hơi .

Các yêu cầu :
+ Điểm đông đặc phải thấp hơn nhiệt độ bay hơi .
+ Không dược ăn mòn thiết bị .
+ Không độc hại .
+ không cháy nổ .
Nước :dùng để tái lạnh những đối tượng lạnh trên 00C .
H20 + muối ( làm đá cây )
Không khí : hằng số t0 kém → ít dùng .
Các hợp chất khí hữu cơ ≠ có thể để lạnh tới âm vài chục độ ( men tanol , etanol )
lạnh tới -600C .

§ 1.4 : Các đơn vị đo lường
-

Chiều dài :
1 inch = 0,0254 m

1 feet =0,3048 m




-

Khối lượng :
1 lb (pound) = 0,4536 kg

1 ton (uskg)= 2240 lb = 1010 kg .
1ton (us short ) = 2000 lb = 907 kg

.
-

-

-

Áp suất :
1kg/cm2 = 1 at = 0,981 bar
1bar = 100.000 N/m2
1mmH2O = 1 kg/m2 = 9,81 N/m2 =0,098 mbar
1mmHg = 1,332 mbar
1Pa = 1N/m2 = 0,01 mbar
Công nhiệt lượng :
1KWh= 3600 kJ
1kGn = 9,81 J
1kcal = 4,187 kJ
1BTU= 1,055 kJ

Công suất dòng nhiệt :
1kGm/s = 9,81 N= 9.81 J/s
1HP= 745,5 N
1kcal/h = 1,163 N
1BTU/h = 0,293 W
1USRT ( tấn lạnh Mỹ ) = 12000
BTU/h = 3516 W

Nhiệt độ :
T0C = ( T0F - 32)*5/9
T0K = 273,15 + T0C

Chương II : Các bộ phận chính của máy lạnh nén hơi .
§ 2.1 :Đại cương về máy lạnh hơi .
Qk
3

2

máy nén 1 cấp nén

tiết
lưu

Buồng lạnh
4

1

Q0
1 cấp nén → -200C bay hơi → thông dụng .
2 cấp nén → -350C÷400C → cấp đông .
nhiều cấp → (-500C÷600C ) ↑
- Máy nén hơi từ thiết bị bay hơi , nén ga lên áp suất cao , t0 cũng tăng lên .
- ( 1-2 ) ga chưa chuyển trạng thái , đến ngưng tụ nóng , chuyển thành dạng lỏng qua
tiết liệu lạnh dần ,áp suất giảm → bay hơi trong thiết bị bay hơi → thu nhiệt của
môi trường .
- Ở ngưng tụ ó thể dùng hệ thống quạt gió hay làm mát bằng bơm nước do Đ kéo .

§ 2.2 : Máy nén pittông .

-

Máy nén dùng để hút môi chất ở buồng lạnh , ( áp suất thấp , nhiệt độ thấp ) nén lên
áp suất cao , nhiệt độ cao → tuần hoàn môi chất .
- Các loại máy nén : pittông trượt , pittông quay, nén trục vít , tuốc bin → gọi chung
là máy nén thể tích cho 3 loại đầu ,loại 4 là máy nén động học.
- So sánh các loại máy nén :
Loại máy
Pittông trượt
Trục vít
Tua bin
Đặc điểm
nén
Năng suất lưu lượng
Tỉ số nén cho 1 cấp
Dạng nén
Lưu lượng thể tích khi
áp suất nén thay đổi
Khả năng đo năng suất
nén
lỏng
hút
Chi tiết mòn
Diện tích đặt của máy

( 0,5 ÷ 5000 )m3/h
( 200÷ 10000 )m3/h

rất bé, bé, trung bình
,trung bình , lớn
8 ÷ 12
20
Xung động
Ít phụ thuộc

Tương đối ổn định
Không phụ thuộc

≥ 10000 m3/h , trung
bình đến rất lớn
Phụ thuộc môi chất
và kết cấu
Ổn định
Rất phụ thuộc

Hạn chế theo nấc

Vô cấp

Vô cấp

Va đập thủy lực
Nhiều
Nhiều
hở ,nửa kín , kín

Không trở ngại
Ít

Trung bình
hở , nửa kín

Ít trở ngaị
Rất ít
Ít
hở , nửa kín

* Máy nén pittôngtrượt là loại kinh điển , có nhiều loại xilanh đặt thẳng dứng hoặc hình
chữ ‘V’ , số xilanh từ 1 đến nhiều , có một cấp hoặc 2 cấp nén trong cùng một máy
+ Môi chất có máy nén thuận dòng hoặc ngược dòng .
+ Kết cấu có kín ,hở , nửa hở .
* Nguyên lý làm việc :
PP

2

3

nén đoạn nhiệt
1

4

V
Hơi ra

Van đóng
Xi lanh

Hơi vào Van hút
-

pittông

Hệ số cấp và tổn hao thể tích của máy nén :




+ Hệ số cấp :
V
λ = tt ( thực tế / lý thuyết )
Vlt
Cho posprort máy
λ = λC * λtl * λ N * λr * λk
Trong đó : - λC là hệ số tính đến thể tích chết gây lên .
- λtl là tổn thất do tiết lưu ở van hút và đẩy gây ra .
- λ w là tổn thất năng lượng do hơi hút vào xilanh bị đốt nóng .
- λr là tổn thất dorò rỉ môi chất từ khoang dẫn , hút do xecmăng , pittông
và các van .
- λk là tổn thất khác .

λC
λtl
λw
λr
λk

-

Vlt

Tổn thất năng lượng và công suất động cơ :
+ Công nén đoạn nhiệt : là công nén lý thuyết để né hơi môi chất từ P0 → Pk
NS = ( H2- H7 )
m- năng suất khối lượng [ kg/s ], H [ kJ/kg ] – entanpi
+ Công nén chỉ thị :
Ni = Fi *n*F
Fi = S*Pi ; Fi – diện tích đồ thị nén , S- hành trình pittông ,Pi- áp suất nén .
→ Ni = Pi * Vlt ( áp suất * thể tích nén lý thuyết )
N
η i = s Hiệu suất chỉ thị
Ni
+ Công suất hữu ích
Nl – công suất cơ trên trục khuỷu
+ Công suất điện tiêu thụ
Nl
Nll → N cl =
η td *η ll

truyền động

điện




+ Công suất động cơ - điện :
Kdt=1,2 ÷ 1,0

Nđc = Kdt *Nll ;
Khi Mkdd ≈ Mmax → không cần hệ số dự trữ
Q0 = m*q0 ( kW ) m- khối lượng [ kg ]
q0- năng suất lạnh riêng của môi chất [ kJ/kg ]
λ * Vlt
;
Q0 =
λ - hệ số cấp ;
V1 q 0
Vlt – thể tích nén lý thuyết ;
V1 – thể tích riêng hơi hút vào máy nén;
πd 2
Q0 = λ *Vlt*qv ;
Vlt =
* S * Z * n [ m3/s ]
4
d – đường kính xi lanh .
n- tốc độ vòng quay của trục khuỷu .
Z - số xi lanh .
S - hành trình pittông .
- Ba chế độ lạnh chuẩn :
Chế độ chuẩn
Môi chất
Sôi ts
Quá nhiệt Ngưng tụ
tqn
tn=
Lạnh thường
NH3
-15

-10
+30
( 1 cấp nén )
Freon
-15
+15
+30
Điều tiết không khí
Freon
+3
+15
+35
Lạnh đông
NH3
-10
-30
+35
( 2 cấp nén )
Freon
-35
-20
+30
Quá lạnh

nóng

Lạnh
Quá nóng ( nhiệt)
-

Các dạng may nén pittông trượt :
+ Máy nén thuận dòng ( 1 )
+ Máy nén ngược dòng ( 2 )
SGK
+ Máy nén có con trượt ( 3 )
+ Máy nén kín ( 4 )
+ Máy nén nửa kín ( 5 )
+ Máy nén hở ( 6 )
Đặc điểm :
(1) Hay dùng NH3 , lớn . Bên ngoài xi lanh có vỏ nước do nhiệt độ cao .



Quá nhiệt
tql
+ 25
+25
+30
+30
+25


(2) Nếu cải tiến → gọn nên dùng Freon . Bên ngoài xi lanh có cánh tản nhiệt .
(3) Giống xi lanh tàu hỏa hoặc tàu hơi nước , dùng với công suất rất lớn .
(4) Máy nén +Động cơ chung một vỏ → hàn kín ( dùng cho Freon → vì không dẫn
điện , không ăn mòn , kim loại màu ) , dùng cho công suất bé và rất bé .
Nhược điểm : khó sửa chữa .
(5) Giồng kín nhưng chỉ khác nắp và thân tách rời nhau liên hệ qua gicăng và bulông
, vì có gicăng liên kết giữa nắp và thân để thuận tiện cho sửa chữa → chỉ dùng
cho công suất trung bình và lớn ( chục kW trở lên ) .

(6) Máy nén là hộp kín + khớp nối + động cơ điện → mục đích là biến thiên tốc độ ,
dễ sửa chữa , bảo dưỡng .
Nhược diểm : ga dễ bị rò rỉ qua trục máy nén đưa ra ngoài . → chủ yếu dùng cho
NH3 .
- Điều chỉnh năng suất lạnh của máy nén pittông trượt :
Năng suất lạnh
πd 2
Q0 = λ *
* S * Z * n * q0 ;
4v1
-d , S ,v1 không biến thiên dược .
-Z biến thiên được bằng cách mở van khoảng hút và đẩy .
-n – thay đổi được :
+ Máy nén hở : dùng puli + dây cozoa thay đổi tỉ số truyền .
+ Máy nén kín hoặc nửa kín có thể dùng Đ2 tốc độ + biến tần . Khi f biến
thiên thì U/f = const → U tăng → I tăng → tổn hao thép → sinh nhiệt → đốt
nóng cuộn dây .
- Q0 biến thiên R12 ↔ R’22
- Cho thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại hoặc dùng nhiều tổ máy .

§ 2.3 : Thiết bị trao đổi nhiệt .
Giữ vai trò quan trọng :
+ Thiết bị ngưng tụ (1)
+ Thiết bị bay hơi (2)
(1) môi chất ở Pk , Tk chuyển trạng thái hơi → lỏng , cần làm mát môi chất ( nóng ) .
(2) môi chất lỏng → hơi P0 , T 0 ( P, T thấp ) , thu nhiệt cho đối tượng ( lạnh ).
1, Thiết bị ngưng tụ :
+ Phương pháp làm mát nước
hỗn hợp nước + không khí
không khí

+ Kết cấu :
đứng
ống lồng
panen
- Hệ số truyền nhiệt ( dẫn , đối lưu ) lớn .
- Không bị đóng cặn nước do nước cứng .
- Dễ bảo dưỡng .
a, Làm mát bằn nước :
- Hệ số truyền nhiệt lớn nên kích thước thiết bị bé lại → tốn nước
- ST diện tích tỏa nhiệt , môi chất nằm trong thùng bao ống dẫn nước nằm trong . Dùng
cho hệ thống lạnh vừa và lớn .
-




- KT = 1400 W/m2K .
* Ống lồng :
+ Công suất trung bình ( vài trăm kW )
ga

H 2O

+ Dễ bảo dưỡng , sửa chữa .
b, làm mát bằng nước và không khí :
- Đỡ tốn nước
→ tháp làm mát
( tháp quá nhiệt )
- Hiệu quả cao
quạt

vỏ thép
tấm chặn
giàn phun
ga

nước bổ xung

giàn ngưng tụ
MB
gió trước

ga
bình góp
- Dễ xử lý .
c, Làm mát bằng không khí ;
- Ứng dụng trong thiết bị lạnh gia dụng ( công suất bé , rất bé )
- Đối lưu tự nhiên ( tự lạnh ) : hàn các thanh kim loại ( đồng nhôm ) để tăng ST .
- Đối lưu cưỡng bức : → điều hòa gia dụng , công suất khoảng vài kW ( vài chục nghìn
BTU )
- Cưỡng bức bằng quạt gió nóng → áp lực gió , lưu lượng gió đủ lớn , áp lực gió đủ
lớn và ổn định .
- Thiết bị công suất lớn → không khí , kích thước ST lớn , dùng quạt li tâm .