MÁY NÉN
4.3.1. Nhiệm vụ
            Máy nén có nhiệm vụ hút hơi ga từ dàn bay hơi nén lên áp suất cao để đẩy vào dàn ngưng tụ, đảm bảo áp suất bay hơi, ngưng tụ cũng như lưu lượng yêu cầu.
4.3.2. Yêu cầu
            Máy nén trong hệ thống lạnh quan trọng như trái tim trong cơ thể sống, nó gần như quyết định sự làm việc hệu quả của hệ thống lạnh nên nó phải đáp ứng được các yêu cầu: làm việc ổn định, có độ tin cậy cao, làm việc lâu bền, không ồn, không rung,
4.3.3. Nguyên tắc cấu tạo
            Máy nén lạnh được chia ra rất nhiều loại như pittông, trục vít, rôto, xoắn ốc, tuabin. Máy nén của tủ lạnh là loại máy nén pittông. Nguyên tắc cấu tạo và làm việc của máy nén pittông được trình bày trên hình 4.4.

Hình 4.4. Nguyên lý cấu tạo và làm việc của máy nén pittông
1. Xilanh; 2. Pittông; 3. Séc măng; 4. Clapê hút; 5. Clapê đẩy; 6. Khoang hút; 7. Khoang đẩy; 8. Tay biên; 9. Trục khuỷu.
            Máy nén pittông bao gồm các bộ phận chính là pittông, xilanh, tay biên, trục khuỷu, khoang hút, khoang đẩy, clapê hút, đẩy pittông chuyển động tịnh tiến qua lại được trong xilanh là nhờ cơ cấu tay quay thanh truyền hoặc trục khuỷu tay biên biến chuyển động quay từ động cơ thành chuyển động tịnh tiến qua lại.
            Khi pittông từ trên đi xuống, clapê hút 4 mở, clapê đẩy 5 đóng, máy nén thực hiện quá trình hút. Khi đạt đến điểm chết dưới quá trình hút kết thúc, pittông đổi hướng, đi lên, quá trình hút bắt đầu. Khi áp suất ở bên trong xilanh lớn hơn áp suất trong khoang đẩy 7, clapê đẩy mở ra để pittông đẩy hơi nén vào khoang đẩy để vào dàn ngưng tụ. Khi pittông đạt đến điểm chết trên, quá trình đẩy kết thúc, pittông lại đổi hướng đi xuống để thực hiện quá trình hút của chu trình mới.
            Một số thông số quan trọng của máy nén là:
1. Thể tích xilanh Vxl = (πd2/4).s.z
Trong đó:
                        d – đường kính pittông, cm;
                        s – khoảng chạy pittông, cm;
                        z – số xilanh.
2.Thể tích hút lý thuyết V = Vxl.n
Trong đó n là vòng quay đơn vị là 1/s.
Thể tích hút lý thuyết là thể tích mà pittông quét được trong một đơn vị thời gian, cũng chính là thể tích máy nén hút được trong một đơn vị thời gian.
3. Thể tích hút thực tế Vtt là thể tích hơi ga lạnh mà máy nén hút được trong thực tế. Do máy nén có rất nhiều các tổn thất khác nhau nên thể tích hút thực tế bao giờ cũng nhỏ hơn thể tích hút lý thuyết.
4. Hiệu suất thể tích λ
Hiệu suất thể tích là tỉ số giữa thể tích hút thực tế trên thể tích hút lý thuyết:
λ = Vtt/V
Hiệu suất thể tích phụ thuộc chủ yếu vào tỷ số nén hay tỷ số áp suất ngưng tụ trên áp suất bay hơi. Tỷ số này càng lớn thì hiệu suất thể tích càng nhỏ. Khi tỷ số này đạt đến một giá trị nào đó thì hiệu suất thể tích bằng không. Để đảm bảo máy nén hoạt động hiệu quả thường người ta quy định tỷ số nén đối với freon khoảng 9 – 10 và không vượt quá 13. Khi tỷ số nén vượt quá 13 phải chuyển sang máy nén 2 cấp.
Ngoài ra, hiệu suất thể tích còn phụ thuộc vào kiểu loại máy nén, đặc biệt phụ thuộc vào độ dão sau khi hoạt động.
5. Lưu lượng máy nén
m = Vtt/v, kg/s
Trong đó v là thể tích riêng của hơi ga lạnh ở trạng thái hút, lưu lượng ga lạnh quyết định năng suất lạnh của máy nén.
6. Năng suất lạnh của máy nén
Qo = m (h1 – h4), W
Trong đó (h1 – h4) là hiệu enthanpy của ga lạnh ở cửa ra h1 và cửa vào h4 của dàn bay hơi, xác định được dễ dàng trên đồ thị Mollier, đơn vị là kJ/kg.
7. Công suất động cơ Ns = m­ (h2 – h1), W hay là công nén lý thuyết mà máy nén tiêu tốn, trong đó h2 – h1 là hiệu enthanpy của ga lạnh ở cửa ra h2 và cửa vào h1 của máy nén, đơn vị là kJ/kg.
8. Nhiệt lượng tỏa ra ở dàn ngưng
Qk = m (h2 – h3), W
Trong đó (h2 – h3) là hiệu enthanpy ở cửa vào h2 và cửa ra h3 của dàn ngưng. Do quá trình tiết lưu đẳng enthanpy nên h3 = h4. Tất cả các hiệu enthanpy có thể xác định rất dễ dàng trên đồ thị Mollier.
9. Ghi nhớ: Năng suất lạnh của một máy nén lạnh không phải là cố định mà thay đổi theo nhiệt độ ngưng tụ và bay hơi. Khi nhiệt độ bay hơi giảm 1oC thì năng suất lạnh giàm khoảng 4%, điện năng tiêu tốn tăng khoảng 1,5%. Khi nhiệt độ ngưng tụ tăng 1oC thì năng suất lạnh giảm khoảng 1,5%, điện năng tiêu thụ cũng tăng 1,5%.
4.3.4. Blốc tủ lạnh
Blốc là máy nén và động cơ được bố trí đồng thời trong một vỏ hàn kín.
Blốc của tủ lạnh gia đình là loại máy nén pittông có 1 xilanh. Hình 4.5 giới thiệu máy nén kín (blốc) ký hiệu AE của hãng Tehcumseh (Mỹ).
may-nen-tecumseh-KT02.jpg
Hình 4.5. Blốc kiểu AE của hãng Tehcumseh (Mỹ)
1. Stato; 2. Hộp tiêu âm; 3. Ống đẩy; 4. Trục khuỷu; 5. Xilanh và pittông; 6.Khoang đẩy; 7. Cọc tiếp điện; 8. Rôto; 9. Ống hút dầu bôi trơn theo dọc trục lên bôi trơn cho các ổ đỡ, tay biên, ắc pittông và bề mặt ma sát pittông với xilanh; 10. Ống làm mát dầu, Ga lạnh sau khi đi qua vài vòng trong dàn ngưng sẽ quay trở lại đi qua các ống này để làm mát dầu.
Máy nén được bố trí phía trên, động cơ phía dưới. Trục khuỷu máy nén cũng đồng thời là trục quay của động cơ. Toàn bộ khối máy nén động cơ được treo tự do lên 4 lò xo. Khoang hút là khoang trong vỏ máy nén. Hơi hút từ khoang trong vỏ máy nén qua hộp tiêu âm đường hút vào xilanh khi pittông đi xuống. Khi pittông xuống đến điểm chết dưới, quá trình hút kết thúc, khi pittông đi lên, quá trình nén bắt đầu. Khi áp suất trong xilanh lớn hơn áp suất trong khoang đẩy hay áp suất ngưng tụ, clapê đẩy tự động mở ra cho hơi nén đi vào khoang đẩy, qua hộp tiêu âm đường đẩy, vào ống chống xung động 3 để ra khỏi vỏ vào dàn ngưng.
Các bề mặt ma sát được bôi trơn như sau: trên bề mặt của trục khuỷu người ta bố trí các rãnh xoắn từ dưới lên trên, sao cho khi trục xoay đúng chiều, dầu được hút lên qua lỗ 9 (ở đây có bố trí phin lọc dầu), đi theo rãnh xoắn lên bôi trơn cho các ổ đỡ, bạc biên, bạc ắc sau đó tràn vào rãnh dầu pittông để bôi trơn bề mặt pittông và xilanh, rồi chảy trở lại đáy dầu phía dưới động cơ. Trong các blốc tủ lạnh, do đường kính pittông nhỏ nên người ta không làm séc măng mà chỉ khía các rãnh dầu quanh đầu pittông.
Các blốc kiểu AE dùng cho R12 có năng suất lạnh từ 120 đến 250W cho nhiệt độ sôi thấp và từ 450 đến 900W cho nhiệt độ sôi cao. Đường kính xilanh từ 20,8 đến 25,4mm, hành trình pittông từ 9,2 đến 14,9mm. vòng quay đạt 3500vg/phút ở tần số điện 60Hz, công suất động cơ định mức là 1/20 đến 1/5 mã lực, nặng từ 7,3 đến 8,9kg. Vỏ hình ovan 197mm, rộng 153mm vát ở phía trên.
may-nen-lanh-danfoss-KT-(2).jpg

Hình 4.6 giới thiệu nguyên tắc cấu tạo của blốc PW của Danfoss, Đan Mạch.
 
Hình 4.6. Máy nén PW của Danfoss (Đan Mạch)
1. Kép tiếp điện; 2. Cọc tiếp điện; 3. Xilanh; 4. Ống chống xung; 5. Vỏ máy; 6. Lò xo treo chống rung; 7. Ống đẩy; 8. Stato; 9. Thân máy nén.
Khác với blốc AE, blốc PW của Danfoss không sử dụng trục khuỷu mà sử dụng trục lệch tâm để biến chuyển động quay của động cơ thành chuyển động tịnh tiến của pittông trong xilanh. Xilanh 3 và rôto được lắp lên thân máy nén 9 bằng bulong. Ống chống xung động 4 nối từ buồng tiêu âm đầu đẩy ra đầu đẩy 7. Do kết cấu từ nhiều ống đồng xoắn nên rung động từ máy nén động cơ ra vỏ máy đứng im bị hấp thụ hoàn toàn. Kiểu bố trí động cơ phía dưới, máy nén phía trên có ưu điểm là độ ồn giảm vì phần xilanh, pittông chỉ nằm ở phần hơi, thân máy nén ít rung hơn.
Bôi trơn của máy nén PW cũng giống như máy nén AE. Máy nén PW sử dụng cho nhiệt độ sôi từ -5 đến -25oC, nhiệt độ ngưng tụ định mức là 55oC. Kích thước ovan 208 x 177mm, cao 172 đến 210mm. Các thông số kỹ thật của blốc PW cho trên bảng 4.1.
Bảng 4.1. Đặc tính kỹ thuật của blốc PW của Danfoss
Đặc tính kỹ thuật Đơn vị Thể tích xilanh, cm3
3 3,5 4,5 5,5 7,5 9 11
Đường kính xilanh mm 21 21 21 21 30 30 30
Hành trình pittông mm 8,5 10 12,5 16 10 12,5 16
Công suất định mức HP 1/12 1/10 1/8 1/6 1/5 1/4 1/3
  W 60 75 92 120 150 190 250
Năng suất lạnh ở to = -15oC, tk = 30oC W 115 140 180 230 290 360 440
            Cần chú ý rằng, một loại máy nén có thể được lắp 3 loại động cơ khác nhau. Ví dụ, loại có thể tích xilanh 5,5cm3 có thể được lắp loại 102W, loại 92W và loại 150W để dùng cho các nhiệt độ sôi khác nhau. Khi lắp động cơ lớn là dùng cho nhiệt độ sôi cao (-5 – 10oC); động cơ trung bình cho nhiệt độ sôi trung bình (-25 – -5oC) và động cơ nhỏ cho nhiệt độ sôi thấp (-40 – -25oC) như bảng 4.2 trình bày.
Bảng 4.2. Nhiệt độ sôi phụ thuộc vào công suất động cơ
(ví dụ cho máy nén có thể tích xilanh 5,5m3)
Máy nén Công suất động cơ Nhiệt độ sôi ứng dụng
Thể tích xilanh 5,5m3 150W HBP (High Back Pressure) – nhiệt độ sôi cao (-5 – 10oC)
120W MBP (Medium Back Pressure) – nhiệt độ sôi trung bình (-25 – -5oC)
92W LBP (Low Back Pressure) – nhiệt độ sôi thấp (-40 – -25oC)
            Về nguyên tắc chỉ có thể sử dụng máy nén có động cơ lớn thay thế cho hệ thống lạnh với máy nén có động cơ nhỏ hơn và không thể làm ngược lại. Ví dụ, một máy kem bị cháy blốc, có thể dùng máy nén của điều hòa không khí thay thế. Khi một máy điều hòa hỏng blốc thì không thể lấy máy nén từ một máy kem ra thay thế vì khi đó công suất động cơ không đủ sẽ dẫn đến cháy động cơ.
            Khi tính toán chu trình lạnh trên đồ thị Mollier, chúng ta sẽ thấy rõ kết quả này. Ở đây để ngắn gọn chúng ta chỉ cần hiểu là với mỗi máy nén cụ thể, công suất động cơ yêu cầu không chỉ phụ thuộc vào loại ga lạnh mà còn phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt độ sôi và nhiệt độ ngưng tụ. Đối với nhiệt độ sôi, khi nhiệt độ sôi ứng dụng của hệ thống lạnh càng thấp thì công suất yêu cầu càng giảm và ngược lại khi nhiệt độ sôi càng cao thì công suất động cơ càng phải lớn.
4.3.3. Thử nghiệm blốc 
            Đối với blốc mới, còn nút cao su hoặc còn trong hộp xốp, ta có thể hoàn toàn tin tưởng những thông số kỹ thuật ghi trên mác máy hoặc ghi trong catolog kỹ thuật kèm theo.
            Tuy nhiên khi có trong tay một blốc cũ, làm thế nào để xác định chất lượng của máy, làm thế nào để xác định các chỉ tiêu khác của blốc? Đó là câu hỏi mà rất nhiều thợ lạnh đặt ra.
            Nói chung, đối với một blốc cũ, ta có thể kiểm tra phần điện và phần cơ của nó. Phần cơ cần đạt các yêu cầu sau:
  • Máy chạy êm, không ồn, không rung, không có tiếng động lạ.
  • Có khả năng hút chân không cao.
  • Có khả năng nén lên áp suất cao.
  • Các clapê hút và đẩy phải kín, không đóng muội.
  • Trục động cơ và trục cơ máy nén không được cong vênh.
  • Khởi động dễ dàng.
Về phần điện có các yêu cầu:
  • Các cuộn dây làm việc bình thường, an toàn.
  • Thông mạch các cuộn dây: kiểm tra bằng megaom, vạn năng kế, hoặc ampe kìm (phần đo điện trở). Đảm bảo các chỉ số điện trở của các cuộn dây (đo bằng vạn năng kế).
  • Đảm bảo độ cách điện giữa vỏ và các cuộn dây cũng như giữa các pha. Kiểm tra bằng megaom (500V hoặc 250V). Độ cách điện phải đạt 5MΩ trở lên.
Phần cơ được kiểm tra như sau:
Chọn áp kế đến 40bar, lắp áp kế vào blốc như hình 4.7. Triệt tiêu các chỗ xì hở. Cho blốc chạy, kim áp kế xuất phát từ 0, lúc đầu quay nhanh sau chậm dần và cuối cùng dừng hẳn tại A. Giá trị A càng lớn tình trạng phần cơ của blốc càng tốt:
  • Nếu A > 32bar: còn rất tốt.
  • Nếu A đạt 21 ÷ 32bar (300 ÷ 450psi): còn tốt.
  •  Nếu A < 17bar (250psi) là máy đã quá yếu.

Hình 4.7. Sơ đồ thí nghiệm phần cơ blốc
Để đánh giá tình trạng clapê đẩy ta làm tiếp tục như sau:
  • Nếu kim đứng yên tại A thí clapê đẩy kín.
  • Nếu kim quay từ từ về 0 thì clapê đẩy đóng muội.
  • Nếu kim quay từ từ về B (một giá trị nào đó) rồi quay nhanh về 0 thì chứng tỏ clapê đẩy bị cong vênh.
  • Nếu kim quay nhanh về 0 thì clapê đẩy bị vênh, hở, rỗ…
Để kiểm tra áp suất hút và độ kín van hút ta có thể dùng chân không kế và lắp vào phần hút của blốc, trong khi đường đẩy để tự do trong không khí. Độ chân không đạt được càng cao máy nén càng tốt. Khi dừng máy, nếu kim không quay về 0 thì clapê hút kín, còn nếu kim quay càng nhanh về 0 thì clapê càng bị hở.
Để kiểm tra sự hoàn thiện của động cơ bằng cách cho blốc khởi động ở các tình trạng khác nhau.
  • Cho máy nén chạy thật nóng (gần 30 phút), sau đó tăng áp suất đầu đẩy lên 14bar (200psi), cho dừng máy nén, giữ nguyên áp suất và cho khởi động lại ngay. Máy nén phải khởi động lại được ngay. Nếu không khởi động lại được, có thể do trục trặc về điện hoặc cơ. Riêng về cơ, gối trục có thể bị mòn hoặc trục cơ bị vênh, chỉ bổ blốc ra mới xác định được chính xác.
4.3.6. Một số hư hỏng và cách khắc phục blốc
            Sau khi thử nghiệm máy nén ta có thể đánh giá được chất lượng sơ bộ của máy và quyết định hướng sửa chữa cho phù hợp.
            Nếu chỉ phát hiện thấy máy nén yếu, có thể khắc phục bằng cách thay dầu đặc hơn, nhưng nhất thiết phải là dầu cùng loại. Sau khi thay dầu, thử nghiệm lại áp suất đầu đẩy, nếu đạt yêu cầu thì không phải sửa tiếp.
            Trường hợp phát hiện ra hỏng hóc về điện như cháy cuộn dây, đứt dây, chập vòng dây hoặc về cơ không khởi động được, clapê bị kênh, gãy ống đẩy…nén quá yếu đều phải bổ blốc ra để xác định chính xác hỏng hóc và tiến hành khắc phục.
            Những công việc sửa chữa phần trong của blốc là những công việc khó khăn và đòi hỏi chuyên môn cao, phần lớn phải tiến hành trong xưởng chuyên dùng, tuy nhiên những thợ chữa độc lập vẫn có thể tiến hành một số sửa chữa nhỏ hoặc một số thử nghiệm tiếp theo sau khi bổ blốc.
  • Bổ blốc, dùng cưa sắt, đối với blốc hình trụ có thể dùng máy tiện để cắt vỏ làm hai. Trước khi bổ phải tháo hết dầu qua đường hút. Có thể bổ ở nhiều vị trí khác nhau tùy theo cấu tạo từng loại nhưng thuận tiện là bổ theo đường hàn của blốc.
  • Kiểm tra phần điện (xem phần điện tự động).
  • Kiểm tra clapê hút và đẩy bằng tháo ra và quan sát bằng mắt thường, phát hiện các trục trặc, làm sạch hoặc thay mới nếu cần. Không nên mài mỏng lá van và đổi chiều vì như vậy có thể làm thay đổi chế độ làm việc của clapê và clapê mau gãy.
  • Kiểm tra độ “giơ” của các mối lắp ghép như tay biên va chốt pittông, tay biên trục khuỷu, các ổ đĩa trục khuỷu và trục, pittông và xilanh.
  • Kiểm tra dầu, lưới lọc dầu và làm sạch cặn bẩn trong máy nén.
4.3.7. Nạp dầu cho blốc
            Dầu bôi trơn trong blốc có hai nhiệm vụ chính:
  • Bôi trơn các bề mặt ma sát giữa các chi tiết chuyển động.
  • Làm mát máy nén và động cơ bằng cách tải nhiệt bên trong từ các bề mặt ma sát truyền ra vỏ blốc để thải ra không khí.
Yêu cầu nạp dầu cho blốc phải:
  • Đúng chủng loại dầu, dầu có độ nhớt thích hợp.
  • Dầu phải tinh khiết không lẫn cặn bẩn và hơi nước.
  • Lượng dầu phải vừa đủ, nếu thiếu ảnh hưởng đến quá trình bôi trơn, nếu thừa dầu dễ sủi bọt và bị hút vào xilanh làm máy nén làm việc nặng nề, các dàn trao đổi nhiệt dễ bị ngập dầu.
  • Không pha trộn dầu khác loại nhất là khi nạp bổ sung vì như vạy dầu dễ bị biến chất, tạo cặn, hóa bùn.
Lượng dầu nạp blốc có thể tra theo bảng hoặc có thể lấy theo kinh nghiệm. Đối với các blốc mới bổ ra lần đầu đo lượng dầu khi đổ ra. Nạp lại lượng dầu đúng bằng lượng dầu đã đổ ra cộng thêm 1/5 số đó, sau đó chạy thử một số lần, lấy ta bịt chặt dầu xả và thỉnh thoảng xì hơi nén lên một tấm kính. Nếu thấy các bụi dầu nhỏ bám lên tấm kính thì cần phải đổ bớt dầu ra.