I. Tổng quan về thiết bị phụ trong hệ thống lạnh
Trong hệ thống lạnh, bốn thiết bị chính bao gồm máy nén, thiết bị ngưng tụ, thiết bị tiết lưu và thiết bị bay hơi. Tất cả thiết bị còn lại được xếp vào nhóm thiết bị phụ. Số lượng và công dụng của các thiết bị phụ rất đa dạng. Chúng bao gồm bình trung gian, bình chứa cao áp, bình chứa hạ áp, bình tách lỏng, bình tách dầu, bình hồi nhiệt, bình tách khí không ngưng, bình thu hồi dầu, bình giữ mức cùng nhiều thiết bị điều khiển và tự động khác. Mỗi hệ thống lạnh khác nhau sẽ sử dụng các thiết bị phụ khác nhau tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể. Dù được gọi là thiết bị phụ, nhưng vai trò của chúng vô cùng quan trọng. Nhờ có các thiết bị này mà hệ thống hoạt động hiệu quả, an toàn và kinh tế hơn. Trong một số trường hợp, việc sử dụng thiết bị phụ là bắt buộc để đảm bảo vận hành ổn định. Giáo trình thực hành cơ bản thiết bị lạnh phần 2 tại trường cao đẳng nghề kỹ thuật công nghệ cung cấp kiến thức nền tảng về các thiết bị này.
1.1. Vai trò của thiết bị phụ trong hệ thống lạnh
Thiết bị phụ đóng vai trò không thể thiếu trong hệ thống lạnh công nghiệp và dân dụng. Chúng hỗ trợ các thiết bị chính hoạt động trơn tru, kéo dài tuổi thọ và nâng cao hiệu suất. Bình tách lỏng ngăn chất lỏng đi vào máy nén gây hỏng hóc. Bình tách dầu thu hồi dầu bôi trơn quay về máy nén. Bình hồi nhiệt tăng hiệu suất làm lạnh. Bình giữ mức duy trì mức dịch ổn định cho thiết bị bay hơi. Hệ thống thiếu thiết bị phụ sẽ hoạt động kém hiệu quả và tiềm ẩn nhiều rủi ro hỏng hóc nghiêm trọng.
1.2. Phân loại thiết bị phụ theo chức năng
Thiết bị phụ trong hệ thống lạnh được phân loại theo nhiều nhóm chức năng chính. Nhóm bảo vệ bao gồm bình tách lỏng, bình tách dầu và van an toàn. Nhóm điều khiển gồm các thiết bị tự động hóa quá trình vận hành. Nhóm trao đổi nhiệt bao gồm bình hồi nhiệt và tháp giải nhiệt. Nhóm chứa trữ gồm bình chứa cao áp và bình chứa hạ áp. Nhóm hỗ trợ vận hành có bình trung gian, bình giữ mức và bình thu hồi dầu. Việc hiểu rõ phân loại giúp kỹ thuật viên lựa chọn và lắp đặt thiết bị phù hợp cho từng loại hệ thống cụ thể.
II. Cấu tạo và nguyên lý tháp giải nhiệt nước
Tháp giải nhiệt hay tháp làm mát là thiết bị phụ quan trọng trong hệ thống lạnh sử dụng nước làm chất tải nhiệt trung gian. Nhiệm vụ chính của tháp là tản toàn bộ lượng nhiệt do quá trình ngưng tụ của môi chất lạnh trong bình ngưng tỏa ra. Nước nóng từ bình ngưng được đưa lên tháp, phun đều qua dàn phun mưa và chảy qua các khối đệm. Không khí được hút từ dưới lên nhờ quạt tạo thành dòng đối lưu. Nhờ khối đệm, diện tích tiếp xúc giữa nước và không khí tăng lên gấp bội. Nước bay hơi vào không khí, quá trình này gắn liền với việc thu nhiệt từ môi trường. Kết quả là nhiệt độ nước giảm xuống mức yêu cầu. Nước mát được bơm trở lại bình ngưng để nhận nhiệt ngưng tụ. Tháp giải nhiệt thường được làm bằng vật liệu nhựa composite bền, nhẹ và thuận lợi cho lắp đặt. Bên trong có các khối nhựa có tác dụng làm tơi nước, tăng diện tích và thời gian tiếp xúc hiệu quả.
2.1. Các loại tháp giải nhiệt phổ biến
Tháp giải nhiệt có hai loại hình dạng chính là tháp hình trụ tròn và tháp dạng khối hộp. Tháp hình trụ tròn thường được sử dụng cho các hệ thống lạnh có công suất trung bình. Tháp dạng khối hộp gồm nhiều mô-đun có thể lắp ghép để đạt công suất lớn hơn, phù hợp với hệ thống công nghiệp quy mô lớn. Tháp tròn có ưu điểm gọn nhẹ, dễ lắp đặt và vận hành đơn giản. Tháp hộp linh hoạt trong việc mở rộng công suất. Việc lựa chọn loại tháp phụ thuộc vào công suất hệ thống, không gian lắp đặt và điều kiện vận hành thực tế tại công trình.
2.2. Cấu tạo chi tiết và quy trình hoạt động
Tháp giải nhiệt gồm các bộ phận chính: vỏ tháp, động cơ quạt gió, chắn bụi nước, dàn phun nước, khối đệm, cửa không khí vào và bể chứa nước phía dưới. Nước nóng từ bình ngưng chảy vào tháp qua đường nước nóng. Nước được phun đều lên khối đệm, chảy theo đường zích zắc với thời gian lưu lại lâu. Quạt hút không khí từ dưới lên qua khối đệm. Quá trình bay hơi nước diễn ra mạnh mẽ, mang theo nhiệt ẩn làm giảm nhiệt độ nước. Nước mát được thu lại ở bể dưới và bơm trở về bình ngưng. Phin lọc nước giúp loại bỏ cặn bẩn. Van phao điều khiển mức nước bổ sung tự động.
III. Bình trung gian và các thiết bị phụ quan trọng
Bình trung gian là thiết bị phụ thiết yếu trong hệ thống lạnh hai cấp nén. Thiết bị này có hai kiểu cấu tạo phổ biến là kiểu ống xoắn ruột gà và kiểu nằm ngang. Bình trung gian kiểu ống xoắn ruột gà sử dụng ống xoắn luôn ngập trong dịch lỏng. Gas từ máy nén cấp một được dẫn sục vào khối lỏng có nhiệt độ thấp, trao đổi nhiệt nhanh chóng. Phía cuối ống đẩy được khoan nhiều lỗ nhỏ để hơi sục ra đều hơn. Các nón chắn bên trong có tác dụng tách lỏng và tách dầu tương tự trong các bình chuyên dụng. Dòng lỏng tiết lưu hòa trộn với hơi quá nhiệt cuối quá trình nén cấp một trước khi đưa vào bình. Ống hút hơi về máy nén cấp hai được bố trí nằm phía trên các nón chắn. Bình trung gian kiểu nằm ngang thường được các hãng như MYCOM sử dụng, cấu tạo tương đối giống bình ngưng tụ với thân hình trụ và các ống trao đổi nhiệt bên trong.
3.1. Bình trung gian kiểu ống xoắn ruột gà
Bình trung gian kiểu ống xoắn ruột gà có cấu tạo đặc biệt với ống xoắn ngập trong dịch lỏng. Van phao V1 giữ mức dịch lỏng ổn định trong bình. Khi mức dịch hạ xuống thấp quá mức cho phép, van phao V2 tác động mở van điện từ cấp dịch bổ sung. Bình được trang bị van an toàn và đồng hồ áp suất ở phía trên thân. Phía cuối ống đẩy được khoan nhiều lỗ nhỏ giúp hơi sục ra đều trong khối lỏng. Các nón chắn bên trong ngăn chất lỏng mang theo hơi đi lên. Bình được bọc cách nhiệt và tôn bảo vệ bên ngoài để hạn chế tổn thất nhiệt.
3.2. Bình trung gian kiểu nằm ngang và thiết bị phụ khác
Bình trung gian kiểu nằm ngang có cấu tạo gồm thân hình trụ, hai đầu có mặt sàng và các ống trao đổi nhiệt bên trong. Môi chất lỏng từ bình chứa cao áp đi vào không gian giữa ống trao đổi nhiệt và thân bình. Bên trong bình, môi chất lỏng chuyển động theo đường dích dắc nhờ các tấm ngăn. Hơi quá nhiệt từ máy nén cấp một đi vào bên trong các ống trao đổi nhiệt theo hướng ngược chiều so với dịch lỏng. Ngoài bình trung gian, hệ thống lạnh còn sử dụng nhiều thiết bị phụ khác như bình tách dầu, bình hồi nhiệt và bình giữ mức.
IV. Quạt và bơm trong hệ thống lạnh điều hòa không khí
Quạt và bơm là thiết bị phụ không thể thiếu trong hệ thống lạnh và điều hòa không khí. Quạt được sử dụng trong tháp giải nhiệt, dàn ngưng tụ bay hơi và hệ thống thông gió. Có hai loại quạt chính là quạt hướng trục và quạt ly tâm. Quạt hướng trục gồm hộp gió, cánh quạt và động cơ điện. Số lượng cánh từ ba trở lên, có loại công suất lớn có hàng chục cánh. Năng suất quạt hướng trục từ 0,03 đến 1,5 mét khối trên giây, cột áp đạt đến 500 Pa. Quạt ly tâm gồm hộp gió có cấu tạo đặc biệt, động cơ điện và guồng. Khi guồng quay, lực ly tâm đẩy gió ra phía cửa thổi tiếp tuyến với cánh guồng. Dòng không khí được hút vào do chân không tạo ra ở tâm guồng. Bơm nước tuần hoàn đảm bảo nước được luân chuyển liên tục giữa tháp giải nhiệt và bình ngưng tụ. Kích thước và năng suất quạt được xác định theo đường kính guồng, dựa trên năng suất thể tích và hiệu áp suất yêu cầu.
4.1. Quạt hướng trục và ứng dụng thực tế
Quạt hướng trục có cấu tạo chính gồm hộp gió, cánh quạt và động cơ điện. Hộp gió được bố trí phù hợp tùy theo hướng gió thổi. Nhiều quạt không có hộp gió để giảm chi phí. Để giảm tiếng ồn, cánh quạt được thiết kế với diện tích lớn hơn. Quạt hướng trục thẳng có từ ba cánh trở lên, một số loại công suất lớn có hàng chục cánh. Năng suất quạt dao động từ 0,03 đến 1,5 mét khối trên giây với cột áp đạt tối đa 500 Pa. Ứng dụng phổ biến nhất là trong tháp giải nhiệt và dàn ngưng tụ bay hơi.
4.2. Quạt ly tâm và tiêu chí lựa chọn
Quạt ly tâm gồm hộp gió cấu tạo đặc biệt, động cơ điện và guồng quay. Khi guồng quay, lực ly tâm đẩy gió ra phía cửa thổi tiếp tuyến với cánh guồng. Dòng không khí được hút vào từ tâm guồng do hiệu ứng chân không. Quạt ly tâm thấp áp có cột áp từ 1 đến 3 kPa, quạt ly tâm cao áp đạt cột áp trên 3 kPa. Các đại lượng quan trọng để chọn quạt là năng suất thể tích V tính bằng mét khối trên giây và hiệu áp suất H tính bằng Pascal. Kích thước và năng suất quạt được xác định theo đường kính guồng phù hợp với yêu cầu hệ thống.
