ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH MÁY TÀU 42
12-2010
CHƯƠNG 4
TÍNH CHỌN MÁY NÉN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI – KHOA CƠ KHÍ ĐÓNG TÀU
ĐOÀN VĂN THỌ
LỚP: MTT47 – ĐH2
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH MÁY TÀU 43
12-2010
4.1. GIỚI THIỆU HỆ THỐNG LÀM LẠNH VÀ BẢO QUẢN
- Việc lựa chọn hệ thống làm lạnh phụ thuộc vào loại hàng chuyên chở
và chức năng của tàu và quy phạm.
- Làm lạnh và bảo quản thực phẩm phục vụ nhu cầu thuyền viên trên tàu
14500T là loại cỡ nhỏ.
- Tổng thể tích của buồng khi chưa bọc cách nhiệt
V
∑
= V
I
+V
II
+V
III
=31,5 +13,65 +13,65 = 58,8 (m
3
) < 300 (m
3
)
- Tổng nhu cầu lạnh
Q = 3,9973 (kW)
- Do vậy ta chọn hệ thống làm lạnh và bảo quản trực tiếp, công chất sôi

4.2. LỰA CHỌN CÔNG CHẤT LÀM LẠNH
Trong quá trình phát triển của kỹ thuật làm lạnh, trong đó có thể phân
loại theo mức độ an toàn và độc hai theo ba nhóm sau:
- Nhóm I: các công chất an toàn: R113; R11; R31; R114; R12; R22;
R30; R132; R744; R502; R13; R14; R500
- Nhóm II: các công chất độc hại có thể cháy: R1130; R611; R160;
R764; R717.
- Nhóm III: các công chất dễ nổ, dễ cháy, nguy hiểm: R600; R601;
R290; R170; R1150; R50.
Theo sản xuất, người ta thường sử dụng hai loại công chất ở nhóm I làm
công chất làm lạnh cho hệ thống máy lạnh dưới tàu. Đó là R12 và R22 nhưng
trên thực tế hiện nay thì R12 bị đình chỉ sử dụng vào tháng 12 năm 1995 tại
Viên, còn R22 thì cho sử dụng đến năm 2030 thì đình chỉ hoàn toàn. Vì chúng
là những hợp chất hóa học gây ra lỗ thủng tầng ôzôn và hiện tượng hiệu ứng
nhà kính.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI – KHOA CƠ KHÍ ĐÓNG TÀU
ĐOÀN VĂN THỌ
LỚP: MTT47 – ĐH2
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH MÁY TÀU 45
12-2010
Công chất R22 là công chất không màu, có mùi thơm rất nhẹ, dễ kiếm,
dễ vận chuyển và dễ bảo quản.
Bảng 4.1. Bảng những tính chất cơ bản của R22.
Tính chất cơ bản R22
Nhiệt độ sôi ở áp suất khí quyển (1kG/cm
2
) - 40,8
0
C
Áp suất ngưng tụ ở 38

LỚP: MTT47 – ĐH2
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH MÁY TÀU 46
12-2010
khi tới dàn bay hơi sẽ lần lượt qua van điện từ, van tiết lưu và van chặn nối tới
dàn lạnh. Hơi công chất quá nhiệt ra khỏi các buồng lạnh theo 3 đường ống hút
và tập trung tại đường ống góp hơi, sau đó theo đường ống hút đi vào xilanh
máy nén hoàn thành một chu trình. Khi nhiệt độ buồng lạnh đạt yêu cầu thông
qua rơ le cảm biến sẽ tác động đóng van điện từ lại không cho công chất lạnh
vào dàn bay hơi.
Đối với đường hút từ buồng rau và buồng đệm trước khi về đường ống
góp công chất làm lạnh thì được đưa qua van tiết lưu để giảm áp suất của công
chất. Mặt khác cũng bố trí van một chiều trên đường ống hút của buồng thịt về
bầu ngưng. Mục đích là không cho công chất làm lạnh đi từ nơi có áp suất cao
đến nơi có áp suất thấp và tránh hiện tượng đi ngược hơi để ổn định áp suất
cũng như đặc tính của công chất trước khi vào máy nén.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI – KHOA CƠ KHÍ ĐÓNG TÀU
ĐOÀN VĂN THỌ
LỚP: MTT47 – ĐH2
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH MÁY TÀU 47
12-2010
Hình 4.1. Sơ đồ nguyên lý
4.4. TÍNH CHỌN MÁY NÉN.
4.4.1. Các thông số ban đầu và chọn sơ bộ máy nén.
a) Các thông số ban đầu.
+) Chọn nhiệt độ ngưng tụ của công chất làm lạnh (t
k
) được xác định
gián tiếp thông qua nhiệt độ nước ngoài tàu t
W
.

chọn t
w1
= 30
0
-
∆
t
w
- Độ chênh nhiệt độ nước vào và ra khỏi bầu ngưng, ở bầu
ngưng tàu thuỷ ta thường chọn
∆
t
w
= (2
÷
4)
0
C chọn
∆
t
w
= 3
0
C
Vậy:

t
w2
= 30 + 3 = 33
0

0
+) Nhiệt độ sôi của công chất làm lạnh (t
0
) trong các buồng được xác
định theo nhiệt độ của không khí trong buồng lạnh theo trang 204-
[
7
]
có:
t
0
= t
tb
-
∆
t
0
+ t
tb
- Nhiệt độ không khí trong buồng lạnh
- Nhiệt độ trong buồng 1 ( buồng rau, hoa quả…) t
tb1
= 2
0
- Nhiệt độ trong buồng 2 ( buồng thịt…) t
tb2
= -18
0
- Nhiệt độ trong buồng 3 ( buồng thịt…) t
tb3

0
C
- Với buồng 3: t
03
= 8 – (8) = 0
0
C
- Các trạng thái bão hoà và hơi quá nhiệt của hệ thống tra bảng 6,7 (Sách
Tính Chất Vật Lý Và Nhiệt Động Của Công Chất Lạnh)
t
01
= - 3
0
C ; p
01
= 4,513. 10
5
(Pa)
t
02
= - 26
0
C ; p
02
= 1,936.10
5
(Pa)
t
k
= 36

b) Sản lượng lạnh yêu cầu
-
Theo thiết kế phần trước có:

+ Thời gian làm lạnh thịt, cá đến nhiệt độ thiết kế.
t = - 18
0
C ,T
TC
=18(h) = 0,75 (ngày)
+ Thời gian làm lạnh rau, hoa quả đến nhiệt độ thiết kế.
t = 2
0
,T
R
=48(h) =2 (ngày)
+ Thời gian làm lạnh rau, hoa quả đến nhiệt độ thiết kế.
t = 30 (ngày)
Vậy T >> T
TC
,T
R
TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI – KHOA CƠ KHÍ ĐÓNG TÀU
ĐOÀN VĂN THỌ
LỚP: MTT47 – ĐH2
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH MÁY TÀU 49
12-2010
- Chi phí lạnh cho bảo quản liên tục, lâu dài chiếm xấp xỉ 60% tổng chi
phí lạnh cho làm lạnh và bảo quản trong 18h đầu. Do đó chọn quá trình bảo
quản để tính chọn máy nén, động cơ điện và bầu ngưng.

- Động cơ điện lai máy nén: 2 kW
- Sản lượng lạnh ở chế độ tiêu chuẩn: 4070,5/(3500) W/
(kcal/h)
* Phạm vi sử dụng:
+ Nhiệt độ bay hơi: - 30
0
C

t
0

5
0
C
+ Nhiệt độ ngưng tụ: 30
0
C

t
k

45
0
C
+ Nhiệt độ công chất cuối quá trình nén: t
2
= 120
0
C
+ Nhiệt độ hơi hút cho phép: t


t
ql
= 5
0
C
4.4.2 Chu trình lạnh ở điều kiện tiêu chuẩn của máy nén
4.4.2.1. Các thông số trạng thái cơ bản ở các điểm nút chu trình lạnh theo
lý lịch máy nén.
t
0TC
=-20
0
C p
0TC
= 2,455. 10
5
(Pa)
qn
t∆
= 10
0
C
t
kTC
= 40
0
C p
kTC
= 15,327. 10

ở trạng thái bão hoà khô ta có:
v
1
= 92,421 . 10
-3
(m
3
/kg)
i
1
= 696,5 (kJ/kg)
s
1
= 1,7803 (kJ/kg.K)
TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI – KHOA CƠ KHÍ ĐÓNG TÀU
ĐOÀN VĂN THỌ
LỚP: MTT47 – ĐH2
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH MÁY TÀU 51
12-2010
-Trạng thái 1’: Trạng thái hơi quá nhiệt.
p
1’
= p
1
= 2,455.10
5
(Pa); t
1’
= t
1

= 1,8067 (kJ/kg.K)
-Trạng thái 2: Trạng thái hơi quá nhiệt.
p
2
= p
kTC
= 15,327.10
5
(Pa); s
2
= s
1
= 1,7803
Các thông số (v
1’
;i
1’
;s
1’
) được xác định bằng phương pháp tra bảng 7-[3]
và nội suy theo p
2
, s
2
ta có:
Bảng nội suy thông số trạng thái 2
s(kJ/kg.K) v(m
3
/kg) i(kJ/kg) t (
0

= 69,61 (
0
C)
-Trạng thái 3: Trạng thái hơi bão hoà lỏng.
p
3
= p
kTC
= 15,327.10
5
(Pa); t
3
= t
kTC
-
ql
t∆
= 35(
0
C)
Các thông số (v
3
;i
3
;s
3
) được xác định bằng phương pháp tra bảng 6-[3]
và nội suy theo t
3
ta có.

= -20(
0
C)
Các thông số (v
4’
;i
4’
;s
4’
) được xác định bằng phương pháp tra bảng 6-[3]
và nội suy theo t
4’
ta có:
v
4’
= 0,7424. 10
-3
(m
3
/kg)
i
4’
= 477,0 (kJ/kg)
s
4’
= 0,9132 (kJ/kg.K)
-Trạng thái 4: Trạng thái hơi ẩm.
t
4
= t

−
=0,2998
Xác định v
4
,s
4
theo x
4
ta có:
v
4
= 28,2276. 10
-3
(m
3
/kg)
s
4
= 1,1732 (kJ/kg.K)
Bảng 4.2. Bảng thông số các trạng thái trong chu trình lạnh ở điều kiện tiêu
chuẩn của máy nén
Thông số
Trạng thái
T(K) t
(
0
C)
p.
10
5

có:
q
0TC
= i
1’
– i
4
= 705,26 –542,8 = 162,46 (kJ/kg)
4.4.2.3. Sản lượng lạnh đơn vị thể tích ở chế độ tiêu chuẩn.
- Theo công thức (7-2)-
[
8
]
có:
q
v
=
'1
0
v
q
TC
=
162,46
0,09709
= 1673,29 (kJ/kg.m
3
)
4.4.2.4. Công nén riêng.
- Theo công thức (7-3)-


ξ
TC
=
TC
TC
l
q
0
=
162,46
39,808
= 3,2908
4.4.2.7. Hiệu suất exergi của chu trình.
- Theo công thức (7-6)-
[
8
]
có:

γ
TC
=
ξ
TC
.
TC
TCkTC
T
TT

’
: Trạng thái bão hoà lỏng.
t
3’
= t
k
= 36 (
0
C)
Tra bảng 6-
[
3
]
theo t
k
ở trạng thái bão hoà lỏng ta có:
p
3’
= p
k
= 13,885. 10
5
(Pa)
v
3’
= 0,8718. 10
-3
(m
3
/kg)

= 4,513. 10
5
(Pa)
v
6’
= 0,7740. 10
-3
(m
3
/kg)
i
6’
= 496,5 (kJ/kg)
s
6’
= 0,9872 (kJ/kg.K)
-Trạng thái 8
’
: Trạng thái bão hoà lỏng.
t
8’
= -26 (
0
C)
Tra bảng 6-
[
3
]
theo t
0II

[
3
]
theo t
0III
ở trạng thái bão hoà lỏng ta có:
p
4’
= p
03
= 4,981. 10
5
(Pa)
v
4’
= 0,78. 10
-3
(m
3
/kg)
i
4’
= 500,0 (kJ/kg)
s
4’
= 1,0000 (kJ/kg.K)
-Trạng thái 9: Trạng thái bão hoà khô.
t
9
= -26 (

12-2010
s
9
= 1,7915 (kJ/kg.K)
-Trạng thái 7: Trạng thái bão hoà khô.
t
7
= -3 (
0
C)
Tra bảng 6-
[
3
]
theo t
0I
ở trạng thái bão hoà khô ta có:
p
7
= p
01
= 4,513. 10
5
(Pa)
v
7
= 51,706. 10
-3
(m
3

-3
(m
3
/kg)
i
5
= 704,4 (kJ/kg)
s
5
= 1,7484 (kJ/kg.K)
-Trạng thái 2’: Trạng thái bão hoà khô.
t
2’
= t
k
= 36 (
0
C)
Tra bảng 6-
[
3
]
theo t
02
ở trạng thái bão hoà khô ta có:
p
2’
= 13,885. 10
5
(Pa)

LỚP: MTT47 – ĐH2
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH MÁY TÀU 58
12-2010
Các thông số (v
7’
;i
7’
;s
7’
) được xác định bằng phương pháp tra bảng 7-[3]
và nội suy theo p
7’
, i
7’
tương tự ta có:
Bảng nội suy thông số trạng thái
7’
i(kJ/kg) v (m
3
/kg) s (m
3
/kg) t(
0
C)
701.17 0.122 1.8203 -15
703.7 0.12338 1.8300 -11.16
704.46 0.1238 1.8329 -10
v
7”
= 123,38.10

5’
;s
5’
) được xác định bằng phương pháp tra bảng 7-[3]
và nội suy theo p
5’
, i
5’
tương tự ta có:
Bảng nội suy thông số trạng thái
5’
i(kJ/kg) v (m
3
/kg) s (m
3
/kg) t(
0
C)
701.17 0.1220 1.8203 -15
704.4 0.12377 1.833 -10.09
704.46 0.1238 1.8329 -10
v
5’
= 123,77.10
3−
(m
3
/kg)
t
5’

C
Các thông số (v
3
;i
3
;s
3
) được xác định bằng phương pháp tra bảng 6-[3]
và nội suy theo t
3
tương ứng với trạng thái hơi bão hoà lỏng ta có:
TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI – KHOA CƠ KHÍ ĐÓNG TÀU
ĐOÀN VĂN THỌ
LỚP: MTT47 – ĐH2
Kết quả nội suy
uy
Kết quả nội suy
uy
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH MÁY TÀU 59
12-2010
v
3
= 0,8591. 10
-3
(m
3
/kg)
i
3
= 538,0 (kJ/kg)

−
=
−
=
538,0 496,5
703,7 496,5
−
−
=0,2003
Xác định v
6
, s
6
theo x
6
có:
v
6
= v
6’
+ x
6
(v
7’
–v
6’
) = 0,774+0,2003.(51,706 - 0,774)
=10,975.10
-3
(m

= i
3
=538,0 (kJ/kg)
Độ khô của trạng thái 6 được xác định theo entanpi

4 4'
4
5 4'
i i
x
i i
−
=
−
=
538,0 500,0
707,472 500,0
−
−
= 0,18316
Xác định v
4
, s
4
theo x
4
có:
v
4
= v

= -26
0
C; p
8
= p
8’
= 1,936. 10
5
(Pa)
i
8
= i
3
=538,0 (kJ/kg)
TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI – KHOA CƠ KHÍ ĐÓNG TÀU
ĐOÀN VĂN THỌ
LỚP: MTT47 – ĐH2
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH MÁY TÀU 60
12-2010
Độ khô của trạng thái 8 được xác định theo entanpi

8 8'
8
9 8'
i i
x
i i
−
=
−

8
= s
8’
+ x
8
(s
9
–s
8’
) = 0,8863+ 0,3031.(1,7915- 0,8863)
= 1,1607 (kJ/kg.K)
-Trạng thái 1’: Trạng thái hơi quá nhiệt.
p
1
= p
01
=1,936. 10
5
(Pa)
Xác định entanpi hoà trộn theo phương trình hoà trộn.
i
1’
=
9 9 5' 5' 7' 7'
9 5' 7'
. . .i m i m i m
m m m
+ +
+ +
m

4
.
3
III
Q
i i−
=
440,73 3,6 4 / 3
704,4 538,0
× ×
−
= 12,703 (kg/h)
m
7’
=
0
7 6
4
.
3
I
Q
i i−
=
1105,25 3,6 4 / 3
703,7 538,0
× ×
−
= 32,017 (kg/h)
i

/kg) t(
0
C)
697.87 0.1192 1.8074 -20
700.02 0.114645 1.816 -16.75
701.17 0.1122 1.8203 -15
t
1’
= -16,75 (
0
C)
v
1’
= 114,65. 10
-3
(m
3
/kg)
s
1’
= 1,816 (kJ/kg.K)
- Trạng thái 1: Trạng thái hơi quá nhiệt, sau khi ra khỏi bộ hoàn nhiệt:
p
1
= p
02
=1,936. 10
5
(Pa)
Xác định i

0
C)
704.46 0.1248 1.8329 -10
706.12 0.126206 1.839 -7.49
707.76 0.1276 1.8453 -5
t
1
= -7,49 (
0
C)
v
1
= 126,206.10
3−
(m
3
/kg)

s
1
= 1,839 (kJ/kg.K)
-Trạng thái 2: Trạng thái hơi quá nhiệt.
p
2
= p
k
= 13,885.10
5
(Pa); s
2

Kết quả nội suy
uy
Kết quả nội suy
uy
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH MÁY TÀU 62
12-2010
1.839 0.022136 761.0 88.86
1.8424 0.02238 762.05 90
t
2
= 88,86 (
0
C)
v
2
= 22,136.10
3−
(m
3
/kg)
i
2
= 761,0 (kJ/kg)
Bảng 4.3. Bảng thông số các trạng thái trong chu trình lạnh ở chế độ làm việc
của máy nén.
Thông số
Trạng thái
T(K) t
(
0

309
36 13,885 0,8718 544,1 1,1489
4
273
0 4,981 9,2441 538,0 1,1371
4’
273
0 4,981 0,7800 500,0 1,000
5
273
0 4,981 46,992 704,4 1,7484
5”
262,91
-10,09 1,936 123,77 704,4 1,833
6
270
-3 4,513 10,975 538,0 1,1405
6’
270
-3 4,513 0,7740 496,5 0,9872
7
270
-3 4,513 51,706 703,7 1,7528
7’
261,84
-11,16 1,936 123,380 703,7 1,8300
8
247
-26 1,936 35,5623 538,0 1,1607
8’

0,11465
= 1413,21 (kJ/kg.m
3
)
4.4.3.4. Công nén đoạn nhiệt.
- Theo công thức 7-3 có:
l = i
2
- i
1
= 761,0 – 706,12 = 54,88 (kJ/kg)
4.4.3.5. Sản lượng nhiệt đơn vị.
- Theo công thức 7- 4 có:
q
k
= i
2
– i
3
= 761,0 –538,0 = 223,0 (kJ/kg)
4.4.3.6. Hệ số lạnh của chu trình.
- Theo công thức 7-5 có:

ξ
=
l
q
0
=
162,02

lượng lạnh
q
o
kJ/kg 162,02 162,46
TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI – KHOA CƠ KHÍ ĐÓNG TÀU
ĐOÀN VĂN THỌ
LỚP: MTT47 – ĐH2
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH MÁY TÀU 64
12-2010
đơn vị khối
lượng
2 - Sản
lượng lạnh
đơn vị thể
tích
q
v
kJ/kg.m
3
1413,21 1673,29
3 3.1. Hệ số
không gian
có hại
C % Thoe lý lịch máy C = 5
3.2. Áp suất
công chất
bay hơi
P
0
5

10
(Pa) Theo lý lịch máy

p
k
= 0,07
3.6. Hiệu số
phụ thuộc
loại công
chất
n Với R22 chọn n = 1
TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI – KHOA CƠ KHÍ ĐÓNG TÀU
ĐOÀN VĂN THỌ
LỚP: MTT47 – ĐH2
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH MÁY TÀU 65
12-2010
4 Hệ số tổn
thất thấy rõ
trên đồ thị

i

i
=







K
0
247 253
5.2. Nhiệt
độ tuyệt đối
công chất
ngưng tụ
T
n
K
0
309 313
5.3. Hệ số
tổn thất ẩm

a

a
=
Ts
Tn
0,7994 0,8083
6 Hệ số cấp
 

=

i
.


0MN
= 3319,43
Vậy ở chế độ công tác:sản lượng lạnh của máy nén 5k24 là
TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI – KHOA CƠ KHÍ ĐÓNG TÀU
ĐOÀN VĂN THỌ
LỚP: MTT47 – ĐH2
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH MÁY TÀU 66
12-2010
Q
0MN
=
3319,43
( W), đảm bảo nhu cầu bảo quản lạnh của thực phẩm.
4.5. TÍNH NGHIỆM ĐỘNG CƠ LAI
4.5.1. Công nén đoạn nhiệt
Theo công thức (7-19) ( Sách Hướng Dẫn Thiết Kế HTLL) có:
N
s
= m.l (kW)
m - Lưu lượng khối lượng công chất qua máy nén.
m =
0
Q
OMN
q
=
3319,43 3,6
162,02
×
=

0
C)
b – Hằng số thực nghiệm phụ thuộc công chất lạnh, với R22 có b = 0,001
Vậy:
i
η
=
0,7994
+ 0,001.(-26) = 0,7834
4.5.3. Công suất chỉ thị của máy nén.
Theo công thức (7- 20) ( Sách Hướng Dẫn Thiết Kế HTLL) có:
N
i
= N
s
/
i
η
= 1,124/0,7834 = 1,435 (kW)
4.5.4. Công suất ma sát.
* Thể tích lý thuyết do piston quét được, theo công thức [7-22] có:
V
ltMN
=
4
.
2
dΠ
.S.Z.n (m
3