thiết kế hệ thống lạnh, chương 8

C
C
H
H
Ư
Ư
Ơ
Ơ
N
N
G
G
V
V
I
I
I
I
I
I
T
T
Í
Í
N
N
H
H
T
T
H

H
I
I
Ế
Ế
T
T
K
K
Ế
Ế
V
V
À
À
C
C
H
H
Ọ
Ọ
N
N
T
T
H
H
I
I
Ế

Ế
T
T
B
B
Ị
Ị
P
P
H
H
Ụ
Ụ
8.1 Tính toán thiết kế bình trung gian có ống xoắn
8.1.1. 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 l
ạnh 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.
8.1.2 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 P
k
đến P
0
nên có thể đưa đi xa vì hiệu áp lớn.
-Nhược điểm: là năng suất lạnh riêng nhỏ hơn vì hiệu nhiệt độ quá lạnh không đạt
được đến nhiệt độ trung gian.
8.1.3. Các thông số ban đầu:
- Tác nhân lạnh NH
3
- Nhiệt độ của lỏng NH
3
khi vào bình trung gian t
w1
= 39
0
C
- Nhi
ệt độ của lỏng khi ra khỏi bình trung gian t
w2
= -3
0
C
-
Độ chênh Entanpi của lỏng NH
3
trong bình h
w
= 196,6 kJ/kG
- Ph

ụ tải nhiệt của bình ngưng Q
k
= 337,4KW
C
ấu tạo của chùm ống xoắn như sau:
Đường kính vỏ ngoài của ống: d
ng
= 0,025 m
Đường kính trong của ống: d
tr
= 0,02 m
Lo
ại ống trơn bằng Thép tạo thành 4 chùm ống xoắn lồng vào nhau với
đường kính trung b
ình của ống xoắn là:
D
1
= 0,3 m, D
2
= 0,4 m, D
3
= 0,5 m, D
4
= 0,5 m.
Ph
ụ tải nhiệt của chùm ống xoắn trong bình trung gian: Q
x
+ Lưu lượng của lỏng ra khỏi dàn ngưng:
Q
k

= G.C
tb
.t


tC
Q
G
tb
k


.
Từ nhiệt độ trung bình của hơi trước khi vào dàn ngưng và sau khi ra khỏi
dàn ngưng:
Ct
tb
0
70
2
39100



 C
tb
= 5,32 kJ/kG.độ
t = t
4
- t

5
= 100 - 39 = 61
0
C


2,0
61.32,5
66
G
kG/s
+ Lưu lượng lỏng đi trong ống xoắn:
G
x
= G - G
1
G
1
_ là lượng lỏng đi qua van tiết lưu 1 để làm mát hoàn toàn hơi trung gian
 và lỏng đi trong ống xoắn .
G
1
= m
1
(+)
m
1
= m
1IQF
+ m

1TĐG
+ m
1TĐTX
+ m
1MĐV
= 0,055 + 0,015 + 0,089 + 0,045
= 0,2 kG/s















73
65
73
32
11
hh
hh
hh

hh
mG

09,0
6,6873,1763
2,4868,682
6,6873,1763
3,17631955
2,0 












kG/s
Lưu lượng lỏng đi trong ống xoắn:
G
x
= 0,2 - 0,09 = 0,108 kG/s
V
ới t = 39 - (-3) = 42
0
C

Tính ch
ất nhiệt vật lý của NH
3
lỏng ở nhiệt độ trung bình:
 
C
tt
t
xx
x
0
21
18
2
339
2





 = 607,42 kG/m
3
 = 0,45 W/m độ  = 0,245.10
-6
m
2
/s
C
p

= 4,7 kJ/kG độ Pr = 1,432
V
ậy phụ tải nhiệt của chùm ống xoắn đi trong bình trung gian:
 Q
x
= 0,108.4,7.42 = 36,74 KW
V
ận tốc của NH
3
chuyển động trong ống xoắn:
244,0
02,0.14,3.42,607
108,0
4.
4
.
.
22

tr
d
G



m/s
T
ừ đó:
v
d

tr
.
Re



19918
10.245,0
02,0.244,0
6


Nu = 0,021.Re
0,8
.Pr
0,43
.
1
= 0,021.19918
0,8
.1,432
0,42
.1
= 67,4
Ở đây 
1
= 1 vì l/d
tr
>= 50
- H

ệ số tỏa nhiệt về phía NH
3
lỏng khi chưa có hiệu chỉnh:
1517
02,0
45,0.4,67.
' 
tr
w
d
Nu


W/m
2
.K
Bán kính u
ốn cong trung bình của các chùm ống xoắn:
225,0
8
6,05,04,03,0
8
4321





DDDD
R

m
H
ệ số hiệu chỉnh ống xoắn:
R
d
tr
x
8,11


16,1
225,0
02,0
8,11 
Hệ số tỏa nhiệt về phía NH
3
lỏng sau khi đã hiệu chỉnh:

w
= ’
w
.
x
= 1517.1,16 = 1760 W/m
2
.K
-
Độ chênh nhiệt độ trung bình logarit của bình trung gian:
 
 

 
C
tt
tt
tt
tgw
tgw
ww
m
0
2
1
21
12,19
63
639
ln
339
ln










Mật độ dòng nhiệt về phía NH

3
lỏng:




i
i
w
am
wtr
q




1
Chọn



3
10.8,0
i
i


m
2
.R/W

3
10.8,0
1760
1
12,19




a
wtr
q


= 730,9.(19,2 -

a
)
M
ật độ dòng nhiệt phía ngoài ống (NH
3
sôi) được qui đổi theo bề mặt trong
ống:
667,1667,1667,1
.725.
02,0
025,0
.580..580
aaa
tr

ng
aít
d
d
q


Giải phương trình:
q
wtr
= q
atr
730,9(19,12 - 
a
) = 725.
a
1,667
19,12 - 
a
= 0,99.
a
1,667

a
= 3
0
C
T
ừ đó, suy ra:
q

wtr
= 730,9.(19,12 - 3) = 11782 W/m
2
Diện tích truyền nhiệt của ống xoắn:
2,31
11782
10.74,36
10.
3
3

tr
tg
tr
q
Q
F
m
2
Tổng chiều dài ống xoắn:
7,49
02,0.14,3
12,3
.

tr
tr
d
F
L


m
S
ố vòng xoắn trên mỗi chùm ống:
 
4321
. DDDD
L
n




 
6,05,04,03,0.14,3
7,49


= 8,79 vòng
Ch
ọn n = 9 vòng
Chi
ều cao các chùm ống xoắn nếu vòng này cách vòng kia là  = 5 mm
H = n.d
ng
+ (n-1).
= 9.25 + (9-1).5 = 265 mm
 Chọn bình trung gian:
Di
ện tích của ống xoắn đi trong bình:

F = L.
.d = 49,7.3,14.0,02 = 3,121 m
2
Tra bảng 8.19 TL1 Trang 226
Ta chọn Bình trung gian kí hiệu: 60C
3
Thông số kỹ thuật của bình:
-
Kích thước: D x S 600 x 8 mm
d 150 mm
H 2800 mm
- Di
ện tích bề mặt ống xoắn: 4,3 m
2