Tiểu luận môn Máy và thiết bị lạnh thủy sản - Đề tài: Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của các loại máy nén khí
BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM
TP HỒ CHÍ MINH
BÀI TIỂU LUẬN MÔN MÁY VÀ THIẾT BỊ LẠNH
THỦY SẢN
ĐỀ TÀI: “CẤU TẠO VÀ NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG
CỦA CÁC LOẠI MÁY NÉN KHÍ”
GVHD: Nguyễn Công Bỉnh
Nhóm 4 – thứ 5- tiết 3, 4
DSSV:
1. Trần Thị Như Trang 2006140362
2. Đỗ Thị Kim Quyên 2006140273
3. Hoàng Văn Khang 2006140137
MỤC LỤC
GIỚI THIỆU...................................................................................................................3
I. PHÂN LOẠI MÁY NÉN : .....................................................................................4
MÁY NÉN THỂ TÍCH: .....................................................................................7
1.1 Phân loại:..........................................................................................................7
1.2 Cấu tạo máy nén piston : .................................................................................7
1.3 Nguyên lí làm việc của máy nén piston:...........................................................8
1.4 Các dạng kết cấu của máy nén piston:............................................................11
1.5 Bố trí máy nén nhiều cấp:...............................................................................15
2. MÁY NÉN TRỤC VÍT ....................................................................................19
3. MÁY NÉN ROTO............................................................................................20
3.1.1 Phân loại máy nén roto:...............................................................................20
3.1.2 Nguyên lý làm việc:.....................................................................................20
3.1.3 Máy nén roto tấm trượt................................................................................20
3.1.4 Máy thổi khí roto hai trục............................................................................22
3.1.5 Máy nén vòng chất lỏng: .............................................................................22
4. MÁY NÉN XOẮN ỐC.....................................................................................23
MÁY NÉN ĐỘNG HỌC..................................................................................24
1. Máy nén turbin..................................................................................................24
1.1 Máy nén ly tâm...............................................................................................25
1.2 Máy nén trục:..................................................................................................26
1.2.2 Cấu tạo cấp máy nén trục ........................................................................27
2. Máy nén luồn chất chảy....................................................................................27
1. Yêu cầu.............................................................................................................28
4. Điều chỉnh bằng tiết lưu ở ống nạp ..................................................................28
5. Điều chỉnh bằng cách mở van nạp....................................................................29
1
6. Thay đổi thể tích khoảng không chết................................................................30
7. Một số phương pháp khác: ...............................................................................30
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................31
2
GIỚI THIỆU
Ngày nay không có ngành công nghiệp hoặc kỹ thuật nào là không dùng khí nén.
Khí nén có nhiều công dụng khác nhau: là tác nhân mang năng lượng (dùng để khuấy
trộn trong thiết bị phản ứng), là tác nhân mang tín hiệu điều chỉnh (trong kỹ thuật tự
động) và là nguyên liệu để sản xuất ra các sản phẩm nhất là trong công nghệ hóa học.
Muốn có khí nén phải dùng các máy nén.
Mày nén là thiết bị trung tâm trong hệ thống lạnh
Máy nén đã xuất hiện từ lâu, ngay từ thời cổ đã các loại máy thổi khí dùng trong
sản xuất đồng và sắt, kể cả những máy thổi khí chạy bằng sức nước. Tới thể kỉ thứ 18
máy nén piston xuất hiện và nửa đầu thế kỉ 19 các loại quạt ly tâm, hướng trục cũng đã
ra đời cùng với sự xuất hiện của truyền động hơi nước và điện.
Nhiệm vụ của máy nén là liên tục hút hơi môi chất lạnh sinh ra ở thiết bị bay hơi
để nén lên áp suất cao tương ứng với nhiệt độ bão hòa cao hơn môi chất làm mát ở thiết
bị ngưng tụ. Môi chất làm mát có thể là không khí môi trường hay nước. Ngoài ra còn
tạo ra sức đẩy cho môi chất tuần hoàn trong hệ thống. Thực tế công suất của máy nén
xác định năng suất làm lạnh hệ thống.
Những năm gần đây công nghiệp chế tạo máy nén đã đạt được những thành tựu
lớn: sản xuất ra những máy nén piston có năng suất hàng 1000 m3/h và áp suất hơi tới
vài nghìn at; những máy nén ly tâm với năng suất 105 m3/h, áp suất tới 100 at; những
máy nén trục vít có số vòng 104 vòng/ph và áp suất tới 10at.
Khuynh hướng phát triển của máy nén là giảm nhẹ khối lượng; tăng hiệu suất;
tăng độ vững chắc khi làm việc; tự động hóa việc điều chỉnh năng suất và đảm bảo an
toàn.
Ứng với các khuynh hướng này, máy nén hiện đại có số vòng quay lớn nối trực tiếp
với động cơ. Trục khuỷnh của máy thường là roto của động cơ. Máy được trang bị bộ
phận điều chỉnh năng suất nhiều cấp hoặc vô cấp, đồng thời được trang bị các bộ phận
bảo vệ, đảm bảo dừng bơm khi không có dầu, không có nước làm nguội và khi nhiệt độ
nén quá cao.
3
I.
PHÂN LOẠI MÁY NÉN :
Theo nguyên lý làm việc:
Nguyên lý máy nén thể tích: quá trình nén từ áp suất thấp đến áp suất cao nhờ sự
thay đổi thể tích của khoan hơi (giữa piston và xi lanh), làm việc không liên tục, hơi
hút và nén theo những buồng riêng, do đó mà đường hút và đường nén có hiện tượng
xung động.
Nguyên lý máy nén động học: áp suất dòng hơi tăng lên là do động năng biến
thành thế năng. Quá trình làm việc của máy nén Turbin chia làm 2 giai đoạn:
+ Giai đoạn 1: dòng hơi được làm tăng lên nhờ đĩa quay và cánh quạt.
+ Giai đoạn 2: dòng hơi có động năng lớn dẫn đến buồng khuếch tán. Ở đó động
năng chuyển thành thế năng và áp suất tăng dần, làm việc liên tục và không có van.
Máy nén thể tích tạo ra áp suất lớn với khối lượng hơi nhỏ, nhưng vì lực quán
tính lớn nên khó nối trực tiếp với động cơ. Máy nén động học thì lưu lượng lớn hơn
hoặc rất lớn, có thể nối trực tiếp với động cơ, tỷ số áp suất đạt được qua các tầng
cánh quạt hạn chế và phụ thuộc vào từng loại môi chất.
Ngày nay có loại máy nén thể tích có năng suất rất lớn và số vòng quay cao,
ngược lại cũng có loại máy nén ly tâm với áp suất rất cao.
4
Phạm vi sử dụng của các loại máy nén:
Ngoài ra người ta còn phân loại máy nén theo các đặc điểm khác như:
- Theo áp suất : cao, trung bình, thấp, chân không.
- Theo năng suất: lớn, vừa, nhỏ.
- Theo làm lạnh: có làm lạnh trong quá trình nén khí, có làm lạnh trung gian và
không làm lạnh.
- Theo số cấp: một cấp, nhiều cấp.
- Theo số lần tác dụng: đơn, kép.
- Theo truyền động: tay, động cơ hơi hoặc khí và động cơ điện.
- Theo loại khí: không khí và các khí khác.
Tất cả các máy nén dù làm việc theo nguyên lý và thuộc loại nào đều có chu trình
làm việc ngược với động cơ piston hoặc turbin.
II.
PHẠM VI ÁP DỤNG CÁC LOẠI MÁY NÉN:
- Trong kỹ thuật lạnh người ta sử dụng phổ biến các loại máy nén piston trượt,
piston quay (máy nén trục vít, máy nén roto), máy nén turbin và ejector.
- Máy nén piston trượt sử dụng cho công suất nhỏ và trung bình. Với 1 cấp nén, tỉ
số nén có thể đạt đến 9,10, cao nhất là 12 tùy theo kiểu máy và độ hoàn thiện thiết kế.
Nếu yêu cầu tỉ số nén cao hơn phải dùng 2 hoặc nhiều cấp nén.
- Máy nén trục vít: rất vững chắc, ít chi tiết chuyển động, không có tổn thất clape
hút và đẩy. Tỉ số máy nén 1 cấp có thể lên rất cao nên có thể thay thế các máy lạnh 2
cấp cồng kềnh mà hệ số lạnh vẫn đảm bảo.
- So với máy nén piston, máy nén trục vít bền vững, khả năng chống va đập cao,
diện tích lắp đặt nhỏ hơn nhiều.
5
- Trong điều hòa không khí ứng dụng máy nén xoắn ốc có nhiều ưu điểm nổi bật.
Với một chi tiết đứng im và một chi tiết xoắn ốc quay, máy nén xoắn ốc không có van
hút và đẩy, loại trừ được tổn thất tiết lưu.
- Máy nén turbin được sử dụng sử dụng khi cần năng suất lạnh lớn, có kích thước
hình học gọn nhẹ hơn máy nén piston và trục vít với cùng một năng suất lạnh.
Bảng so sánh các tính chất đặc trưng của máy nén piston, trục vít và máy nén turbin.
Đặc tính kỹ thuật
MN Piston trượt
MN Trục vít
0,055 ÷ 3 m3/s
(200...10.000
m3/h) trạng thái
hút
MN Turbin
0,00015 ÷ 1,5 m3/s
(0,5…5000 m3/s)
trạng thái hút
Tối thiểu 0,3
m3/s (1000 m3/s)
trạng thái nén
Năng suất lưu lượng
Tỉ số nén tối đa hoặc
hiệu áp suất trong 1
cấp nén
Phụ thuộc vào
môi chất và kết
cấu của máy nén
Ổn định
π = 20
∆p = 2Mpa
π = 8….12
Xung động
Ít phụ thuộc
Dạng nén
Tương đối ổn định
Lưu lượng thể tích
khi thay đổi áp suất
nén
Hầu như giữ
Rất phụ thuộc
nguyên
Khả năng điều chỉnh
năng suất lạnh khi
giữ nguyên tốc độ
vòng quay
Điều chỉnh vô
cấp có giới hạn
do thiết bị điều
chỉnh
Điều chỉnh vô cấp
không hạn chế
xuống đến 10%
Hạn chế theo từng
nấc
Đối với hiện tượng
lỏng vào đường hút
Số chi tiết bị mài
mòn
Không gây trở
ngại gì
Va đập thủy lực
Ít gây trở ngại
Rất ít
Nhiều
Ít
Yêu câu diện tích lắp
đặt
Nhiều nhất
Trung bình
Ít nhất
Kiểu máy
Hở, nửa kín, kín
Hở, nửa kín
Hở, nửa kín
Cần thiết có kiến
thức và cần sự
thận trọng cao
Nhỏ nhất cho
năng suất từ
Ít, đơn giản, dễ
Yêu cầu bảo dưỡng
Nhỏ
dàng
Thuận lợi nhất cho Thuận lợi nhất cho
năng suất dưới 1
Vốn đầu tư
năng suất từ 1,5
MW trở lên
MW
2MW trở lên
6
III. MÁY NÉN THỂ TÍCH:
1. MÁY NÉN PISTON:
1.1 Phân loại:
a. Theo môi chất lạnh: gồm hai loại chủ yếu là amoniac (NH3) và freon.
b. Các sắp xếp và bố trí xilanh:
- Máy nén thẳng đứng: xilanh đặt thẳng đứng
- Máy nén nằm ngang: xilanh đặt nằm ngang
- Máy nén hình chữ V.W và VV…
c. Số xilanh máy nén.
d. Cấp nén: máy nén 1 cấp hoặc 2 cấp bố trí trên cùng một máy.
e. Số mặt làm việc của piston: tác dụng đơn và tác dụng kép
f. Hướng chuyển động của hơi môi chất trong quá trình nén xilanh:
- Máy nén thuận dòng: dòng hơi không đổi hướng khi qua xilanh. Môi chất NH3.
- Máy nén ngược dòng: dòng hơi đổi hướng khi đi qua xilanh. Môi chất freon.
g. Phương pháp giữ kín khoang trong của máy nén:
- Máy nén hở:
+ Máy nén hở con trượt
+ Máy nén hở không có con trượt
- Máy nén nửa kín (không có cụm bịt đầu trục)
- Máy nén kín: thường là loại máy nén nhỏ có năng suất lạnh đến 10kW.
h. Năng suất lạnh Qo:
- Máy nén nhỏ: Qo < 14 kW.
- Máy nén trung bình: Qo = 14 ÷ 105 kW.
- Máy nén lớn: Qo > 105 kW.
Năng suất thể tích hoặc thể tích nén lí thuyết Vtt
i.
Tuy nhiên còn nhiều đặc điểm phân loại không thông dụng khác: phương pháp điều
chỉnh năng suất lạnh, chế độ vận hành yêu cầu, phương pháp bôi trơn, phương pháp làm
mát máy nén…
1.2 Cấu tạo máy nén piston :
➢ Carte
Carte đóng vai trò là khung của máy trên đó có lắp ráp các chi tiết của máy nén lên.
Carte chứa trục khuỷu đồng thời chứa môi chất hút về và chứa dầu bôi trơn, trên thân
Carte có một kính xem mức dầu, carte được gắn trên bệ máy.
➢ Block
Block được lắp chồng lên thành của carte, Block chứa piston và xilanh tạo ra buồng
nén.
➢ Trục khuỷu
Trục khuỷu là chi tiết để nhận truyền động và sau đó truyền chuyển động cho Piston,
một đầu gắn với động cơ để truyền động, một đầu lắp bơm dầu. Trong trục khuỷu có
khoan rãnh để dẫn dầu bôi trơn.
7
➢ Xilanh
Xilanh có dạng hình trụ được lắp trong Block và bên trong Xilanh chứa Piston.
Piston và Xilanh tạo nên buồng nén của mày nén.
➢ Piston
Piston là bộ phận chuyển động trong lòng Xilanh để tạo ra buồng hút và buồng nén.
➢ Tay biên
Tay biên là bộ phận nối giữa Piston và trục khuỷu để biến chuyển động quay của
trục khuỷu thành chuyển động tịnh tiến của Piston trong lòng Xilanh.
➢ Cụm van hút và đẩy (Clape)
Được bố trí trên nắp giả của Xilanh, cấu tạo của van có nhiều kiểu khác nhau, nhìn
chung van có 3 bộ phận:
-Đế van
-Lá van
-Bộ phận giới hạn độ mở của van
➢ Van an toàn
Để bảo vệ hệ thống máy lạnh khi áp suất nén lên cao bất thường.
➢ Van Bypass
Van Bypass là van để nối thông bên hút và bên nén để giảm tải cho động cơ và máy
nén. Khi khởi động thì ta phải lắp van Bypass và mở van chặn hút. Ngoài ra còn dùng
van Bypass để xử lí một số sự cố khác.
1.3 Nguyên lí làm việc của máy nén piston:
Với chuyển động tịnh tiến lên xuống của piston, các quá trình sau được thực hiện:
dãn nở, hút , nén, đấy. Phương pháp tác dụng của máy nén piston dựa vào sự thải khí
bằng piston, cho phép xây dựng được những kết cấu với đường kính và hành trình piston
nhỏ, có áp suất lớn khi lưu lượng bé.
8
a. Quá trình nén lí thuyết:
vth – thể tích thải, vch – thể tích chết, vdn – thể tích dãn nở, vh – thể tích hút, vlv – thể
tích làm việc.
Ta sẽ theo dõi trình tự làm việc của máy nén dưới sự giúp đỡ của đồ thị p = f(v),
v-thể tích chứa trong xilanh được giới hạn bởi piston, nó phụ thuộc vào vị trí của piston.
Khi piston dịch chuyển từ phía phải sang phía trái, piston nén khí nằm trong
xilanh. Van hút (hay còn gọi là van nạp) đóng trong suốt thời gian quá trình nén khí.
Còn van đẩy đóng đến khi nào hiệu số giữa áp suất trong xilanh và áp suất trong ống
đẩy thắng được lực đẩy của lò so. Khi điều này xảy ra, van đẩy mở và piston sẽ thải
khí vào ống đẩy. Quá trình tăng áp suất biểu diễn trên đồ thị là đường 1-2, còn quá
trình thải khí là đường 2-3.
Nếu p2 là áp suất trong xilanh khi thải khí, thì thể tích khí thải được với áp suất
p2 là vth.
Khi nén, nhiệt độ khí tăng, nhưng nước lạnh không lấy được một cách hoàn toàn
lượng nhiệt do quá trình nén khí thải ra. Do vậy đường nén là đường đa biến: pvn =
const.
Còn đường 2-3, theo lý thuyết là đường đẳng áp p2 = const. Nhưng thực tế do
ảnh hưởng của quán tính của khối khí, do tác động của khóa và của lò so, áp suất của
khí thải không giữ được không đổi.
9
Khi piston đến vị trí cận trái, nó không thải được toàn bộ khí, và một phần của khí
vch vẫn còn lại trong xilanh (vch - gọi là thể tích chết hay thể tích có hại).
Vào đầu hành trình của piston sang phải, khóa đẩy đóng lại và một phần khí còn
lại ở khoảng không chết vch sẽ dãn nở theo đường 3-4.
Quá trình dãn nở tiếp tục đến khi áp suất trong xilanh giảm đến p1 < p0, p0 - áp
suất ở trong khoảng không mà khí được hút vào.
Dưới ảnh hưởng của hiệu số áp suất p0 - p1, khóa hút mở và piston dịch chuyển
sang phải, và sẽ xảy ra sự hút khí vào xilanh.
Áp suất p1 luôn luôn nhỏ hơn p0 vì có sự cản trở của tuyến hút. Quá trình hút được
biểu diễn bằng đường đẳng áp 4-1.
Đồ thị trên chỉ là lý thuyết của máy nén.
Đồ thị chỉ thị thực có khác so với đồ thị lý thuyết (chủ yếu ở đường hút và đường
đẩy).
b. Quá trình nén thực: là quá trình nén có kể đến các tổn thất khác nhau.
- Tổn thất lớn nhất trong quá trình nén thực là tổn thất do thể tích chết Vc.
Khi làm việc, toàn bộ máy nén piston, xilanh nóng lên. Để đề phòng piston chạm vào
xilanh do dãn nở nhiệt ta chừa lại một khe hở an toàn nhất định.
Đối với máy nén tốc độ cao, không gian chết chiếm khoảng 3- 5% thể tích quét lí thuyết
của piston . Do có thể tích chết nên hơi nén trong xilanh không được đẩy ra hết. Khi
piston đi xuống hơi có áp suất cao trong thể tích chết dãn nở cho đến khi áp suất bằng
áp suất hút. Thể tích dãn nở đó là thể tích tổn thất, thể tích hút bị giảm đi đúng bằng thể
tích dãn nở Vd.
- Tổn thất thứ hai là tổn thất do trở lực của clape (van) hút và đẩy. Clape hút và
đẩy của máy nén lạnh làm việc tự động do sự chênh lệch áp suất. Clape mở khi có áp
suất chênh lệch đủ lớn và đúng hướng.Clape đóng khi do sức đàn hồi hoặc lò xo nén.
Khi lò xo của clape quá yếu, việc đóng sẽ chậm do vậy đường nén và dãn chuyển dịch
10
theo hướng chạy của piston. Khi lò xo quá mạnh, clape sẽ đóng trước và quá trình nén
bắt đầu sau khi đã được dãn nở, quá trình dãn bắt đầu với áp suất khí cao.
- Thứ ba sự trao dổi nhiệt giữa khí và xilanh cùng piston; do lần lượt bị đốt nóng
và làm lạnh nên nhiệt độ của thành xilanh và piston có giá trị trung gian giữa nhiệt độ
và khí hút, khí đẩy.
- Thứ tư, có sự rò rỉ khí và chuyển động không ổn địch của dòng khí.
1.4 Các dạng kết cấu của máy nén piston:
a) Máy nén thuận dòng và ngược dòng:
a) Máy nén thuận dòng b) Máy nén ngược dòng van lá
c) Máy nén ngược dòng van piston đầu thẳng
1- Thân máy, 2- xilanh, 3- Tay biên, 4- Piston, 5- Clape hút, 6- Clape đẩy, 7- Đường
hút, 8- Đường đẩy, 9- Áo nước làm mát, 10- Cánh tản nhiệt, 11- Lò xo an toàn, 12-
Nắp xilanh.
➢ Ở máy nén thuận dòng, dòng môi chất không đổi hướng, còn máy nén ngược
dòng thì dòng môi chất đổi hướng khi đi qua xilanh.
- Máy nén thuận dòng thường là máy nén cỡ trung bình và cỡ lớn dùng cho NH3.
Hơi môi chất đi vào ở phần giữa của xilanh, khi piston đi xuống, hơi tràn vào khoan
giữa piston rồi qua clape hút tràn vào xilanh. Clape hút ở ngay đỉnh của piston. Khi
piston vượt qua điểm chết dưới để đi lên trên, do lực quán tính clape hút đóng lại, hơi
được nén lên áp suất cao rồi đẩy ra ngoài van đẩy bố trí trên nắp trong của xilanh. Như
vậy dòng môi chất không bi đổi hướng khi qua xilanh.
- Máy nén thuận dòng thường sử dụng cho NH3. Do nhiệt độ cuối cùng của quá
trình nén cao nên người ta bố trí áo nước làm mát đầu xilanh. Và cũng vì vậy nên độ
quá nhiệt của hơi hút về máy nén càng thấp càng tốt.
- Ưu điểm:
+ Không có tổn thất do trao đổi nhiệt giữa khoang hút và khoang đẩy.
+ Có khả năng tiết diện của clape hút và đẩy giảm tổn thất áp suất.
11
+ Clape hút hoạt động ít tổn thất áp suất (clape mở và đóng theo quán tính của
piston).
- Nhược điểm: khối lượng piston lớn nên lực quán tính, lực ma sát lớn, khó tăng
tốc độ vòng quay (tốc độ hạn chế nên rất cồng kềnh, xilanh thường cao hơn hẳn máy
ngược dòng).
➢ Máy nén ngược dòng ngày nay được sử dụng rộng rãi cho Nh3 và freon. Kết cấu
máy có phần gọn nhẹ hơn loại thuận dòng.
- Ưu điểm: clape hút không bố trí trên đỉnh piston nên piston rất đơn giản, gọn
nhẹ, nhờ đó giảm được quán tính và tăng tốc độ đến 3000 hoặc 3600 vòng/ph. Clape
hút và đẩy có thể bố trí trên nắp xilanh, phía trên nắp xilanh được chia thành 2 khoang
hút và đẩy riêng biệt.
- Nhược điểm: diện tích bố trí van nhỏ và có sự trao đổi nhiệt giữa van hút. Máy
nén hiện đại ngược dòng người ta thường bố trí clape đẩy và hút dạng tròn. Clape hút
bố trí ở đỉnh xilanh, clape đẩy bố trí trên nắp trong xilanh. Toàn bộ nắp trên của xilanh
là khoang đẩy. Khoang hút là khoan giới hạn giữa vách ngoài của xilanh với 2 vỏ của
máy nén. Khoang này thường chỉ ăn thông với khoang bố trí động cơ điện của máy nửa
kín, không thông với các khoang khác. Hình dáng máy nén này gọn nhẹ và chắc chắn,
chỉ có nắp xilanh nhô lên khỏi vỏ máy nén.
b) Máy nén con trượt :
- Là loại máy nén hở kiểu cổ có công suất lớn và rất lớn. Con trượt còn được gọi
là đầu chữ thập.
1- Trục khuỷu, 2-
Tay biên, 3- Con
trượt, 4- Thanh
trượt, 5- Đệm kín
trên thanh trượt, 6-
Clape hút, 7- Cửa
hút, 8- Clape đẩy, 9-
Cửa đẩy, 10- Piston
tác dụng kép
Máy nén có con trượt
- Nguyên lí hoạt động: trục khuỷu nhận truyền động từ động cơ qua bánh đai hoặc
khớp nối. Nhờ cơ cấu tay biên và trục khuỷu, chuyển động tròn của động cơ biến thành
chuyển động thẳng qua lại của con trượt. Piston chuyển động tịnh tiến qua lại trong
xilanh nhờ thanh trượt nối với con trượt. Thường piston có con trượt là loại tác dụng
kép, nếu nén ở phía này thì hút ở phía kia, xilanh đặt nằm ngang hoặc đứng; loại máy
12
nén có 2 xilanh thì có thể đặt đối diện hoặc vuông góc. Khoang môi chất được giữ kín
bằng đệm kín giữa thân xilanh và con trượt.
c) Máy nén hở:
- Máy nén hở còn gọi là máy nén hở không có con trượt hoặc máy nén có cụm bịt kín
đầu trục.
Cấu tạo máy nén hở, 2 xilanh đứng, thuận dòng
1- Thân máy, 2- Trục khuỷu, 3- Tay biên, 4- Xilanh, 5- nắp xilanh, 6- Nắp khoang
đẩy, 7- Lò xo, 8 – Áo nước, 9- Clape hút, 10- Piston, 11- Bánh đai, 12- Đệm kín cổ
trục, 13- Van chặn đầu đẩy, 14- Van chặn đầu hút, 15- Van an toàn, 16- Van khởi
động.
- Nguyên lí hoạt động: piston chuyển động được trong xilanh nhờ tay biên, trục
khuỷu và bánh đai nhận truyền động từ động cơ. Khác với máy nén con trượt , toàn bộ
cơ cấu biến chuyển động quay trục khuỷu thành chuyển động tịnh tiến của piston được
bố trí trong thân máy, đồng thời là khoan môi chất. Vì vậy đệm kín bố trí trên đầu trục
quay chứ không bố trí trên thanh trượt. Hơi môi chất vào ở giữa xilanh; clape hút, bố trí
trên nắp piston và clape đẩy trên nắp trong của xilanh. Các loại máy nén này có công
suất trung bình và lớn nên thường có trang bị van an toàn và van khởi động nối giữa
đường đẩy và đường hút. Khi khởi động mở van an toàn, đóng van chặn đầu hút và đẩy
lại để máy nén làm việc không tải, động cơ khởi động chỉ làm nhiệm vụ thắng ma sát
và quán tính. Khi khởi động xong, ta dùng van chặn đầu đẩy sau đó mở van chặn đầu
hút. Nếu áp suất đầu đẩy quá cao, van an toàn mở ra xả hơi nén về đường hút. Bánh đà
làm nhiệm vụ truyền chuyển động cho trục khuỷu, giúp piston vượt qua các điểm chết.
- Ưu điểm: có thể điều chỉnh vô cấp năng suất lạnh nhờ điều chỉnh vô cấp tỉ số đai
truyền. Bảo dưỡng và sửa chữa dễ dàng, tuổi thọ cao, dễ gia công chi tiết và chế tạo
13
toàn bộ. Có thể sử dụng động cơ điện , động cơ điezen hoặc động cơ nổ, tiện cho những
nơi có điện hoặc để lắp đặt trên các phương tiện giao thông.
- Nhược điểm: cồng kềnh, tốc độ vòng quay nhỏ, chi phí vật liệu cho một đơn vị
cao.
d) Máy nén nửa kín:
- Nhược điểm cơ bản của máy nén nửa hở là cụm đệm bịt kín cổ trục, là cụm chi
tiết dễ gây sự cố và hỏng hóc, môi chất dễ bị rò rỉ. Truyền động đai và khớp máy nén
hở tuy có một số ưu điểm nhưng cồng kềnh, tốn diện tích lắp đặt. Máy nén nửa kín và
kín khắc phục những nhược điểm đó.
Cấu tạo máy nén nửa kín
1- Trục khuỷu, 2- Khối vỏ xilanh đúc liền, 3- Tay biên, 4- Piston, 5- Nắp trong, 6-
Clape hút, 7- Clape đẩy, 8- Roto, 9- Stato, 10- Cửa hút, 11- Nắp bình động cơ, 12-
Cuộn dây, 13- Nắp trên, 14- Đệm kín.
- Máy nén nửa kín chỉ sử dụng cho môi chất freon, vì NH3 dẫn điện, động cơ nhất
thiết không được tiếp xúc với NH3. Bên ngoài động cơ làm mát bằng cánh tản nhiệt
(một số trường hợp có thể làm mát bằng nước), nhiều khi không cần có bơm đặc biệt.
Có thể bôi trơn máy nén bằng cách té dầu lắp vào trục khuỷu.
e) Máy nén kín:
- Toàn bộ máy nén và động cơ được đặt trong vỏ hàn kín là máy nén kín. Nó có
ưu điểm giống máy nén nửa kín, có công suất nhỏ và rất nhỏ. Máy nén kín được sử
dụng rộng rãi trong các máy lạnh như tủ lạnh gia đình, điều hòa nhiệt độ và tủ lạnh
thương nghiệp…
14
1- Thân máy nén ;
2- Xilanh;
3- Piston;
4- Tay biên;
5- Trục khuỷu;
6- Clape đẩy;
7- Clape hút;
8- Nắp trong;
9- Nắp ngoài;
10-Ống hút;
11-Stato;
12-Roto;
13-Cửa hút;
14-Ống đẩy.
Nguyên lí cấu tạo máy nén kín
- Do toàn bộ máy nén và động cơ được lắp trong vỏ hàn kín nên máy làm việc với
tốc độ cao, khối lượng và kích thước nhỏ, không ồn.
- Nhược điểm: khó sửa chữa. Nếu động cơ cháy hay máy nén bị kẹt, van bị hỏng
phải phá vở hệ thống kín của máy. Nghĩa là phải cắt các đường ống hút, ống đẩy và bổ
đôi vỏ máy nén để tiến hành bảo dưỡng hoặc sửa chữa, bảo dưỡng sau đó lắp lại và hàn
lại như cũ. Công việc sửa chữa rất khó khăn, phức tạp. Bộ phận dễ hỏng nhất là động
cơ điện.
1.5 Bố trí máy nén nhiều cấp:
Máy nén nhiều cấp được làm theo 2 cách chính:
-
-
Loại có piston dạng vi sai và một số cấp nén trong một xilanh
Loại có nhiều cấp nén trong các xilanh riêng rẽ.
Ta xét một số trường hợp.
a. Máy nén 2 cấp có piston vi sai tác dụng 2 hướng
Trong máy nén loại này các cấp nén được bố trí theo 2 bên của piston. Nguyên lý làm
việc có thể biểu diễn rõ ràng bằng đồ thị chỉ thị, được xây dựng chung cho cả 2 cấp.
15
Sơ đồ và đồ thị công máy nén 2 cấp có piston vi sai tác dụng 2 hướng
Nếu giả sử rằng máy nén hút không khí từ khí quyển, thì đường hút của cấp đầu
tiên sẽ nằm thấp hơn một chút so với đường áp suất khí quyển. Khi chuyển động của
piston sang phải xảy ra quá trình hút vào cấp đầu theo đường 4’-1’, nén và đẩy của
cấp thứ 2 theo đường 3’-2” và 2”-3”.
Khi piston bắt đầu di chuyển sang trái, ở cấp đầu xảy ra quá trình nén, còn ở cấp
thứ 2 xảy ra quá trình dãn nở khí. Quá trình cuối xảy ra đến khi nào áp suất trong xilanh
còn chưa đạt tới p2’ tại điểm 4”. Tại thời điểm này van hút của cấp thứ 2 mở và piston,
khi chuyển động sang trái, sẽ hút khí từ khoảng không kín của thiết bị lạnh. Và lúc này
áp suất khí sẽ giảm. Khi piston đã chiếm được vị trí xác định bởi điểm 2’, áp suất khí ở
thiết bị lạnh giảm đến chừng nào van đẩy của cấp thứ nhất mở và khí sẽ từ cấp thứ 1
qua thiết bị lạnh vào cấp thứ 2. Áp suất khí thay đổi theo đường 2’-3’.
Vào lúc đầu của hành trình về phía bên phải ở cấp thứ 1 xảy ra quá trình dãn nở khí
theo đường đa biến 3’-4’.
Thể tích của các xilanh của cấp 1 và cấp 2 không bằng nhau, vì vậy đồ thị đang
xét có tỷ lệ về trục hoành khác nhau.
Trong máy nén loại này quá trình nén ở các cấp được thực hiện ở những hành
trình khác nhau của piston, và vì vậy lực tác dụng lên các phần của khung được phân
bố khá đều.
16
b. Máy nén 2 cấp có piston vi sai tác dụng 1 phía
Đặc biệt của máy nén loại này là sự phân bố cấp thứ nhất và cấp thứ 2 theo một
phía của piston; điều này dẫn đến: quá trình hút cũng như quá trình đẩy xảy ra trong cả
hai cấp là đồng thời.
Khi bắt đầu từ điểm 3” , với chuyển động của piston về phía phải xảy ra quá trình
dãn nở ở cấp thứ 2 đến áp suất p2, áp suất này được tạo ở thiết bị lạnh bởi cấp khi hành
trình của piston sang phải. Ở vị trí của piston được xác định bởi điểm 4”, van hút của
cấp thứ 2 mở và xảy ra quá trình hút khí từ thể tích kín của thiết bị lạnh. Đây cũng là
quá trình dãn nở khí theo đường đa biến 4”-1”. Ở cuối quá trình này áp suất trong cấp
thứ 2 giảm đến p1’. Khi hành trình của piston tiếp tục sang trái ở cấp thứ 2 khí bị nén
theo đường 1”-2” và được thải ra theo đường 2”-3” vào ống đẩy. Trong thời gian này
ở cấp thứ nhất xảy ra quá.
Sơ đồ và đồ thị công máy nén 2 cấp có piston vi sai tác dụng 1 hướng trình nén
theo đa biến 1’-2’ đến áp suất p1’. Tại điểm 2’ van đẩy của cấp thứ nhất mở và khí bị
đẩy từ cấp vào khoang kín của thiết bị lạnh. Quá trình diễn ra theo đường đa biến 2’-3’
và gây ra sự tăng áp suất từ p1’ đến p2’. Khi hành trình piston sang phải xảy ra quá trình
dãn nở và hút ở cấp thứ 1.
Trong máy nén loại này các khoang của cấp 1 và 2 luôn luôn được phân cách
bằng những van đóng, nhưng vẫn có những quá trình, xảy ra đồng thời ở các khoang
của một cấp nào đấy và của thiết bị lạnh.
Thiết bị lạnh: ngoài công dụng chính của nó là làm lạnh khí nén, nó còn đóng vai trò
như một bình chứa tức là dung tích để nhận khí ra từ cấp thứ 1, sau đó sả khí vào cấp
thứ 2.
Trong máy nén có piston loại vi sai tác dụng 1 phía này, quá trình nén và thải khí
xảy ra ở cả 2 cấp đồng thời, do đó trong phần khung của máy nén sinh ra những lực lớn
phân bố không đều, đòi hỏi sử dụng bánh đà có khối lượng lớn để cân bằng các lực này.
Sơ đồ này thường dùng trong một tổ hợp với sơ đồ thuận dòng đối với loại máy nén có
số cấp lớn hơn 2.
17
c. Máy nén 3 cấp có piston vi sai
Sơ đồ máy nén 3 cấp có piston vi sai
Các cấp của máy nén trên hình được liên hợp sao cho cứ mỗi cặp cấp cạnh nhau
tạo thành máy nén 2 cấp. Khi tạo được đẳng thức công của 2 cấp riêng rẽ là điều kiện
của hiệu quả kinh tế, sơ đồ này cho ta sự phân bố không đều trên các phần của khung
máy. Để giảm những lực này và phân bố chúng được đều hơn, người ta sử dụng sơ đồ
máy nén 2 cấp có sự phân chia cấp thứ nhất.
Sơ đồ máy nén 3 cấp piston vi sai có phân chia cấp thứ nhất
d. Máy nén nhiều cấp có piston vi sai
Sơ đồ máy nén nhiều cấp piston vi sai
Khi sử dụng nguyên lý tạo cấp với piston có đường kính thay đổi, có thể thiết
kế máy nhiều cấp.
18
2. MÁY NÉN TRỤC VÍT
- Là loại máy nén piston quay. Hai trục quay nằm song song với nhau có răng
xoắn theo hình xoắn ốc. Hai trục nằm gọn trong thân máy có cửa hút và cửa đẩy bố trí
ở hai đầu thân.
- Kiểu máy nén trục vít thông dụng nhất có hai roto, một chính (lồi) một phụ (lõm)
có 4 hoặc 6 răng xoắn. Khi trục quay, thể tích đầu cuối trục vít giới hạn giữa hai răng
giảm dần thực hiện quá trình nén.
- Nguyên lý :khi các trục vít quay sẽ xảy ra quá trình hút khí ở đầu hút ( do các vít
giải phóng không gian đã ăn khớp), tiếp đó là quá trình nén khí (nhờ thu hẹp không gian
do các vít vào ăn khớp). Quá trình kết thúc khi không gian chứa khí nối tiếp với đầu
đẩy và lúc này xảy ra quá trình đẩy khí vào ống đẩy. Máy nén trục vít có hai loại ẩm và
loại khô. Máy nén khô, việc làm lạnh khí nhờ vỏ vỏ bọc ngoài và nhờ thiết bị làm lạnh
trung gian hoặc thiết bị làm lạnh sau máy nén, được sử dụng trong kĩ thuật nén khí. Máy
nén trục vít ẩm được sử dụng trong kỹ thuật lạnh,người ta cho dầu hoặc nước trực tiếp
vào không gian làm việc của máy chỉ có trường hợp làm lạnh bằng dầu mới cho phép
các vít tiếp xúc trực tiếp với nhau (không dùng bộ truyền bánh răng). Nhờ có phun dầu
mà máy nén trục vít được ứng dụng rộng rãi trong kỹ thuật thay thế cho máy nén piston.
Máy nén trục vít kiểu tràn dầu, nửa kín
1- Nắp, 2- Thân, 3- Nắp; 4- Vít bị động, 5- Vít chủ động, 6- Bạc lót, 7- Ổ bi
- Ưu điểm: Hai trục vít khi quay trong thân máy không thể tiếp xúc với nhau và
không tiếp xúc cả với thân máy. Các khoang nén có áp suất khác nhau của môi chất
được giữ kín bằng cách phun tràn dầu bôi trơn. Chính vì vậy mà các chi tiết chuyển
động rất ít bị mòn, môi chất có nhiệt độ cuối quá trình nén rất thấp vì nhiệt lượng môi
19
Tải về để xem bản đầy đủ
32 trang
28/03/2022
7440
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Tiểu luận môn Máy và thiết bị lạnh thủy sản - Đề tài: Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của các loại máy nén khí", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- tieu_luan_mon_may_va_thiet_bi_lanh_thuy_san_de_tai_cau_tao_v.docx
