CHƯƠNG VIII TÍNH THIẾT KẾ VÀ CHỌN THIẾT BỊ PHỤ 8.1 Tính tốn thiết kế bình trung gian có ống xoắn 8.1.1 Nhiệm vụ bình trung gian: - Khử độ nhiệt khỏi xylanh hạ áp để giảm công tiêu hao cho xylanh cao áp - Làm lạnh chất lỏng tác nhân lạnh trước vào van tiết lưu đến nhiệt độ gần nhiệt độ bão hòa áp suất trung gian để giảm tổn thất nhiệt van tiết lưu - Tách phần dầu khỏi 8.1.2 Ưu nhược điểm bình trung gian có ống xoắn so với bình trung gian khơng có ống xoắn: -Ưu điểm: + Lỏng vào bình bay khơng bị lẫn dầu máy nén hạ áp đem tới Đây ưu điểm lớn vận hành tránh dầu cấp hạ áp quánh đặc nhiệt độ thấp bám bề mặt làm giảm hiệu suất trao đổi nhiệt đáng kể bình bay + Tiết lưu từ Pk đến P0 nên đưa xa hiệu áp lớn -Nhược điểm: suất lạnh riêng nhỏ hiệu nhiệt độ lạnh không đạt đến nhiệt độ trung gian 8.1.3 Các thông số ban đầu: - Tác nhân lạnh NH3 - Nhiệt độ lỏng NH3 vào bình trung gian tw1 = 390C - Nhiệt độ lỏng khỏi bình trung gian tw2 = -30C - Độ chênh Entanpi lỏng NH3 bình hw = 196,6 kJ/kG - Phụ tải nhiệt bình ngưng Qk = 337,4KW Cấu tạo chùm ống xoắn sau: Đường kính vỏ ngồi ống: dng = 0,025 m Đường kính ống: dtr = 0,02 m Loại ống trơn Thép tạo thành chùm ống xoắn lồng vào với đường kính trung bình ống xoắn là: D1 = 0,3 m, D2 = 0,4 m, D3 = 0,5 m, D4 = 0,5 m Phụ tải nhiệt chùm ống xoắn bình trung gian: Qx + Lưu lượng lỏng khỏi dàn ngưng: Qk = G.Ctb.t  G Qk C tb t Từ nhiệt độ trung bình trước vào dàn ngưng sau khỏi dàn ngưng: t tb  100  39  70 C  Ctb = 5,32 kJ/kG.độ t = t4 - t5 = 100 - 39 = 610C  G 66  0,2 kG/s 5,32.61 + Lưu lượng lỏng ống xoắn: Gx = G - G G1_ lượng lỏng qua van tiết lưu để làm mát hoàn toàn trung gian  lỏng ống xoắn  G1 = m1(+) m1 = m1IQF + m1TĐG + m1TĐTX + m1MĐV = 0,055 + 0,015 + 0,089 + 0,045 = 0,2 kG/s  h  h3 h5  h6   G1  m1   h h h h   7     1955  1763,3 682,8  486,2   0,2    0,09 kG/s  1763,3  687,6 1763,3  687,6  Lưu lượng lỏng ống xoắn: Gx = 0,2 - 0,09 = 0,108 kG/s Với t = 39 - (-3) = 420C Tính chất nhiệt vật lý NH3 lỏng nhiệt độ trung bình: tx  t x1  t x 39   3   18 C 2  = 607,42 kG/m3  = 0,45 W/m độ Cp = 4,7 kJ/kG độ  = 0,245.10-6 m2/s Pr = 1,432 Vậy phụ tải nhiệt chùm ống xoắn bình trung gian:  Qx = 0,108.4,7.42 = 36,74 KW Vận tốc NH3 chuyển động ống xoắn:  G 0,108   0,244 m/s  d tr 607,42.3,14.0,02  .4 Từ đó: Re    d tr v 0,244.0,02  19918 0,245.10 6 Nu = 0,021.Re0,8.Pr0,43.1 = 0,021.199180,8.1,4320,42.1 = 67,4 Ở 1 = l/dtr >= 50 - Hệ số tỏa nhiệt phía NH3 lỏng chưa có hiệu chỉnh: Nu. 67,4.0,45   1517 W/m K 0,02 d tr  'w  Bán kính uốn cong trung bình chùm ống xoắn: R D1  D2  D3  D4 0,3  0,4  0,5  0,6   0,225 m 8 Hệ số hiệu chỉnh ống xoắn:  x   1,8 d tr R   1,8 0,02  1,16 0,225 Hệ số tỏa nhiệt phía NH3 lỏng sau hiệu chỉnh: w = ’w.x = 1517.1,16 = 1760 W/m2.K - Độ chênh nhiệt độ trung bình logarit bình trung gian: m  t w1  t w 39   3   19,12 C t w1  t tg 39    ln ln     t w  t tg Mật độ dịng nhiệt phía NH3 lỏng: q wtr  Chọn i  m   a   i w i  0,8.10 3 m2.R/W i q wtr  19,12   a  0,8.10 3 1760 = 730,9.(19,2 - a) ống: Mật độ dòng nhiệt phía ngồi ống (NH3 sơi) qui đổi theo bề mặt q t  580 Giải phương trình: qwtr = qatr d ng d tr  a 1, 667  580 0,025 1, 667 1, 667  a  725. a 0,02 730,9(19,12 - a) = 725.a1,667 19,12 - a = 0,99.a1,667 a = 30C Từ đó, suy ra: qwtr = 730,9.(19,12 - 3) = 11782 W/m2 Diện tích truyền nhiệt ống xoắn: Ftr  Qtg 10 qtr  36,74.10  31,2 m2 11782 Tổng chiều dài ống xoắn: L Ftr 3,12   49,7 m  d tr 3,14.0,02 Số vòng xoắn chùm ống: n  L  D1  D2  D3  D4  49,7 3,14.0,3  0,4  0,5  0,6  = 8,79 vòng Chọn n = vòng Chiều cao chùm ống xoắn vòng cách vòng  = mm H = n.dng + (n-1). = 9.25 + (9-1).5 = 265 mm  Chọn bình trung gian: Diện tích ống xoắn bình: F = L..d = 49,7.3,14.0,02 = 3,121 m2 Tra bảng 8.19 TL1 Trang 226 Ta chọn Bình trung gian kí hiệu: 60C3 Thơng số kỹ thuật bình: - Kích thước: - DxS 600 x mm d 150 mm H 2800 mm Diện tích bề mặt ống xoắn: 4,3 m2 - Thể tích bình: 0,67 m3 - Khối lượng: 570 kG 8.2.Tính tốn chọn bình chứa cao áp: Bình chứa cao áp bố trí sau dàn ngưng tụ dùng để chứa lỏng cao áp, giải phóng bề mặt trao đổi nhiệt cho dàn ngưng tụ, trì cấp lỏng liên tục cho van tiết lưu Thường đặt dàn ngưng cân áp suất với dàn ngưng đường ống cân lỏng ngang Hệ thống lạnh sử dụng môi chất lạnh NH3 nên ta chọn bình chứa nằm 1_ Đường lỏng 6_ Thân bình 2_ Nơi lắp van an tồn 3_ Nơi lắp áp kế 4_ Đường lỏng vào 5_ Đường cân 7_ Ống thủy sáng 8_ Rốn dầu 9_ Đế bình1 Theo qui định an tồn bình chứa cao áp phải chứa 60% thể tích tồn hệ thống dàn bay cấp lỏng từ lên hệ thống lạnh có dùng bơm cấp mơi chất lỏng 8.2.1 Tính tốn Thể tích bình chứa cao áp chọn sau: V = (15002250).G.v , m3 (TL4 Trang336) Trong đó: V_ Thể tích bình chứa cao áp, m3 G_ Lượng tác nhân lạnh qua bình chứa cao áp, kG/s v_ Thể tích riêng chất lỏng nhiệt độ tK, m3/kG G = 0,2 kG/s tK = 390C  v = 0,0017 m3/kG (Theo TL4 trang 583) V = 2250.0,2.0,0017 = 0,77 m3 8.2.2 Chọn bình chứa cao áp: (Bảng 8-17 TL1 Trang 264) Chọn loại bình chứa cao áp nằm ngang có kí hiệu: 1,5PB Các thơng số bình chứa: DxS 800 x mm L 3790 mm H 810 mm M 700 kG Dung tích bình chứa: 1,5 m3 8.3 Bình tách lỏng Bình tách lỏng sử dung hệ thống lạnh dùng mơi chất NH3 Nó có nhiệm vụ tách mơi chất lỏng khỏi hút máy nén trạng thái bảo hịa khơ tránh nguy gây va đập thủy lực máy nén *Nguyên lý hoạt động bình tách lỏng: Hơi ẩm từ dàn bay vào bình tách lỏng nhờ thay đổi phương chuyển động cách đột ngột làm vận tốc dàn giảm nhiều (0,5m/s) Cho nên giọt lỏng dầu chứa dòng vào bình bị rơi xuống trả dàn lạnh, cịn khơ máy nén hút Để ngăn ngừa dầu rơi vào dàn lạnh người ta bố trí ống dẫn NH3 lỏng cao mức dầu trung bình Bình tách lỏng bố trí đầu hút máy nén cao thấp dàn lạnh Bên ngồi bình có bọc cách nhiệt Bình tách lỏng chọn theo đường kính đầu hút máy nén - Thân bình - Đường lỏng mơi chất vào - Tấm chắn - Đường xả lỏng - Hơi môi chất Theo bảng 7-4 TL4 ta chọn: Một bình có kích thước sau cho tổ máy nén Máy đá vảy: Đường kính bình D xS = 426 x 10 mm Chiều cao H = 1750 mm Đường kính ống hút d = 70 mm Ống NH3 lỏng vào d1 = 20 mm Ống NH3 lỏng d2 = 40 mm Khối lượng M = 210 kG 8.4 Bình tách dầu - Thành bình - Đường môi chất vào - Tấm chắn - Lưới chắn dầu - Đường môi chất - Đường xả dầu Do môi chất dầu bôi trơn khơng hịa tan với nhau, dầu bơi trơn rơi vào thiết bị trao đổi nhiệt tạo thành lớp dầu bám tên bề mặt trao đổi nhiệt làm giảm hệ số truyền nhiệt chúng Để đảm bảo phụ tải nhiệt thiết bị bắt buộc phải tăng nhiệt độ môi chất làm việc, tăng nhiệt độ ngưng tụ giảm nhiệt độ sôi mơi chất lạnh Khi làm giảm suất lạnh tăng tiêu hao điện máy lạnh Do để giảm lượng dầu rơi vào thiết bị trao đổi nhiệt, đầu đẩy bình ngưng máy nén, bình trung gian máy nén ta phải bố trí bình tách dầu Trong hệ thống ta bố trí bình tách dầu, bình cho cấp cao áp bình cho cấp trung áp 8.4.1 Bình tách dầu cho cấp cao áp: 8.4.1.1 Đường kính bình tách dầu chọn theo đường kính ống nối với máy nén d 4.m3 v3 , m   Trong đó: m3_ Lưu lượng cao áp, v3 _ Thể tích riêng nén phía đầu đẩy máy nén , m3/kG _ Tốc độ ống nối vào bình tách dầu, m/s Vì hệ thống lạnh trung tâm, nên sau máy nén đưa đường ống chung có đường kính d Sau nối với đường vào bình tách dầu m3 = m3KL + m3TĐG + m3TĐTX + m3MĐV = 0,0161 + 0,0131 + 0,011 +0,011 = 0,0512 kG/s Thể tích riêng nén cao áp nhiệt độ 1000C theo TL4 trang 535, ta có: v3 = 3,7081 m3/kG Theo TL4 tốc độ ống dẫn đến bình tách dầu thường từ 2025 m/s hệ thống lạnh sử dung môi chất NH3 Chọn  = 20 m/s  d3  4.0,0512.3,7081  0,11 m 3,14.20 8.4.1.2 Tính chiều dày bình Chiều dày bình chứa xác định thêo cơng thức:  P.Dt C 2,3.   P Trong đó: P_ Aïp suất thiết kế, kG/cm2 ( Đối với phần cao áp chọn P= 19,5 kG/cm2) Dt_ Đường kính bình, mm _ Ứng suất cho phép vật liệu bình (Đối với Thép CT3 500Cthì =1133kG/cm2) _ Hệ số tính tới phương pháp hàn ống ( Đối với ống (thân)hàn: = 0,7) C_ Hệ số dự trữ Chọn C= mm   19,5.110   mm 2,3.1133.0,7  19,5 8.4.2 Bình tách dầu cho cấp trung áp: Để tránh tượng dầu trung áp vào bình trung gian bám bề mặt ống xoắn làm hệ số trao đổi nhiệt lỏng lạnh lỏng trung áp, trung áp trước vào bình trung gian ta bố trí bình tách dầu Bình tách dầu chọn theo đường kính ống nối với máy nén d 4.m1 v1 , m   Trong đó: m1_ Lưu lượng trung áp, v1 _ Thể tích riêng nén phía đầu đẩy máy nén , m3/kG _ Tốc độ ống nối vào bình tách dầu, m/s Ta có: m1 = 0,038 kG/s Thể tích riêng nén cao áp nhiệt độ 770C theo sách TL3 ta có: v3 = 3,47 m3/kG Chọn tốc độ ống m/s  d3  4.0,038.3,47  0,092 m 3,14.5 + Tính chiều dày bình Chiều dày bình chứa xác định thêo cơng thức:  P.Dt  C , mm 2,3.   P Trong đó: P_ Aïp suất thiết kế, kG/cm2 ( Đối với phần trung áp chọn P= 16,5 kG/cm2) Dt_ Đường kính bình, mm _ Ứng suất cho phép vật liệu bình (Đối với Thép CT3 500Cthì =1133kG/cm2) _ Hệ số tính tới phương pháp hàn ống ( Đối với ống (thân)hàn: = 0,7) C_ Hệ số dự trữ Chọn C= mm   16,5.92   mm 2,3.1133.0,7  16,5 8.5 Bình chứa dầu: Bình chứa dầu dùng để gơm dầu từ bình tách dầu, từ rốn dầu thiết bị Bình chứa dầu đặt nằm ngang, có đường nối với đường xả dầu thiết bị, đường nối với ống hút máy nén đường xả dầu trang bị áp kế Dầu xả bình nhờ chênh lệch áp suất Aïp suất bình giảm xuống mở van đường nối với ống hút Aïp suất cao cho phép bình 1,8MPa 8.6 Bình chứa hạ áp Bình chứa hạ áp sử dụng máy lạnh NH3 theo sơ đồ có sử dụng để cung cấp NH3 lỏng cho dàn lạnh bố trí phía hạ áp Trong bình chứa ln ln có lượng lỏng NH3 định để đảm bảo làm việc an toàn cho bơm NH3 lỏng 1_ Đường lỏng cao áp tiết lưu vào 2,4_ Đường hạ áp từ thiết bị cấp đông 3_ Đường hạ áp hút máy nén 5_ Nơi lắp van an toàn 6_ Nơi lắp áp kế 7_ Ống thủy sáng van phao giữ mức 8_ Đường cấp lỏng hạ áp cho thiết bị cấp đơng (Sử dụng bơm dịch) 9_ Chân bình ... 0,055 + 0,015 + 0, 089 + 0,045 = 0,2 kG/s  h  h3 h5  h6   G1  m1   h h h h   7     1955  1763,3 682 ,8  486 ,2   0,2    0,09 kG/s  1763,3  687 ,6 1763,3  687 ,6  Lưu lượng... xoắn: R D1  D2  D3  D4 0,3  0,4  0,5  0,6   0,225 m 8 Hệ số hiệu chỉnh ống xoắn:  x   1 ,8 d tr R   1 ,8 0,02  1,16 0,225 Hệ số tỏa nhiệt phía NH3 lỏng sau hiệu chỉnh: w = ’w.x =... định an tồn bình chứa cao áp phải chứa 60% thể tích toàn hệ thống dàn bay cấp lỏng từ lên hệ thống lạnh có dùng bơm cấp mơi chất lỏng 8. 2.1 Tính tốn Thể tích bình chứa cao áp chọn sau: V = (15002250).G.v