Cấp nước cho hệ thống Chiller

Khóa luận tốt nghiệp

CHƯƠNG 4
THI CƠNG MƠ HÌNH
4.1 Cơ sở lý thuyết.
Hiệu suất của máy bơm ly tâm có thể là hiển thị trên một đường cong đặc trưng.

Hình 4. 1 Đường cong đặc trưng của bơm ly tâm.

50


Cấp nước cho hệ thống Chiller

Khóa luận tốt nghiệp

Hình 4. 2 Biểu đồ đường cong tổng hợp

4.1.1 Đường cong lưu lượng – cột áp (Q-H).

Hình 4. 3 Đường cong Q-H.

Shut off head được hiểu là cột áp được xác định theo catolog của máy bơm. Mỗi
máy bơm sẽ có 1 cột áp khác nhau tùy vào công suất, cấu tạo vv… từng loại máy bơm.
Tại Q = 0 tương ứng cột áp tối đa ở điểm (1).
Điểm (2) Run out point là điểm mà tại đó máy bơm khơng thể hoạt động và nên được
tắt vì vượt qua mức lưu lượng cho phép của máy bơm.
51

Cấp nước cho hệ thống Chiller

Khóa luận tốt nghiệp

4.1.2 Đường cong hiệu suất.
Hiệu quả của bơm ly tâm là tỷ lệ giữa công suất nước và công suất trục.

Water power
P 
Shaft power

(4.1.2)

Hình 4. 4 Đường cong hiệu suất.

B.E.P (Best efficiency point) là điểm máy bơm đạt hiệu suất tốt nhất
4.1.3 Đường cong công suất.
Công suất trục được xác định để chọn động cơ cho máy bơm.
Cơng suất trục có thể được xác định trực tiếp từ nhà sản xuất biểu đồ danh mục hoặc
được tính từ cơng thức sau:

shaft Power    H  Q 
52

(CT 4.1.3)


Cấp nước cho hệ thống Chiller


Khóa luận tốt nghiệp

𝛾: Khối lượng riêng của nước.
H: Cột áp
Q: Lưu lượng
𝜂: Hiệu suất bơm

Hình 4. 5 Đường cong cơng suất.

4.1.4 Đường cong NPSHR.
NPSHR (Net Positive Suction Head Required) được định nghĩa là chiều cao cột áp
hút thực tối thiểu của bơm khi mà cột áp toàn phần đã giảm xuống 3% do áp suất hút thấp
và do sự hình thành bọt khí trong lòng bơm, NPSHR thường được cung cấp bởi nhà sản
xuất bơm.
NPSHA (Net Positive Suction Head Available) được định nghĩa là chiều cao cột áp
hút thực của hệ thống bơm bao gồm: áp suất thuỷ tĩnh+ áp suất bề mặt - áp suất bay hơi của
sản phẩm - (tổn áp trên đường ống + van + thiết bị ... + qua các fitting).

53


Cấp nước cho hệ thống Chiller

Khóa luận tốt nghiệp

NPSH = NPSHA – NPSHR (đây là chiều chỉ số cột áp đầu hút thực của bơm)

Hình 4. 6 Đường cong NPSHR.

NPSHR tỉ lệ thuận với lưu lượng Q. Nên tránh vận hành máy bơm gần điểm Run out

point. Vì NPSHR cao có thể dẫn đến vấn đề khí xâm thực.
Chú ý: Trên mỗi máy bơm ln có chỉ số cột áp hút thực tế do nhà sản xuất cung cấp
gọi là NPSHR. Cần tính tốn lựa chọn sao cho NPSHA phải ln lớn hơn NPSHR. Nếu
NPSHA nhỏ hơn NPSHR bơm có hiện tượng chạy rất ồn, có thể rung, hiệu suất bơm giảm,
bơm nhanh bị ăn mòn và hỏng.
4.2 Tính tốn thiết bị.
4.2.1 Động cơ bơm nước.
Khơng có quy tắc đơn giản trong việc lựa chọn động cơ. Người chọn động cơ phải
có kiến thức về hệ thống bơm và các đặc tính của nó, và giới hạn của các đường cong hiệu
suất được cung cấp bởi nhà sản xuất. Động cơ có thể quá tải khi máy bơm hoạt động với
lưu lượng cao hơn dự kiến. Tuy nhiên, sau khi xác định cơng suất trục, cơng suất động cơ
có thể được chọn với hệ số an toàn để đảm bảo vận hành động cơ thích hợp.
Lưu ý khi chọn bơm hệ chiller:
54


Cấp nước cho hệ thống Chiller

Khóa luận tốt nghiệp

Mỗi loại bơm chiller đều cần xác định được 2 thông số là lưu lượng và cột áp.
Thông thường ta sẽ dùng bơm chiller là loại ly tâm.
Bơm dùng cho hệ chiller thường là bơm có tốc độ cao (thường lớn hơn 1450v/ph).
Bơm này thường có giá cao hơn so với các bơm của hệ khác nhưng có ưu điểm là
hoạt động liên tục, ổn định trong thời gian tương đối dài.
4.2.1.1 Tính tốn lưu lượng bơm trong hệ thống Chiller
Lưu lượng bơm nước lạnh và bơm giải nhiệt phụ thuộc công suất lạnh

Phương trình năng lượng:
q = ṁ x Cp x Δ T


(CT 4.2.1.1)

Dựa vào công suất lạnh, giải nhiệt của thiết bị và chênh lệch nhiệt độ giữa đường
hồi và đường cấp để tính tốn lưu lượng.
Trong đó:
ṁ=Q*J
Q: Lưu lượng nước của bơm (m3/s)
J: Khối lượng riêng của nước (1000kg/m3)
q: Công suất lạnh hoặc công suất giải nhiệt (kw)
Cp: Nhiệt dung riêng của nước (4.18 kJ kg–1 K–1)
∆T: Chênh lêch nhiệt độ giữa nước cấp/hồi
Từ phương trình năng lượng ta có đồ thị sau:
55


Cấp nước cho hệ thống Chiller

Khóa luận tốt nghiệp

Hình 4. 7 Đồ thị lưu lượng – nhiệt độ

4.2.1.2 Tính cột áp bơm chiller
Sau khi tính được lưu lượng, ta tính chọn cột áp để chọn bơm. Cơng thức tính cột áp
bơm chiller như sau:
H= (H1+H2+H3+H4) x (1.15-1.2)
Trong đó:
H: Cột áp của bơm cần tính tốn, thơng thướng lấy đoạn xa nhất và cao nhất (đơn vị
mH2o)
H1: Chiều cao của mặt thống nước. Mạch kín nên H1 = 0

56


Cấp nước cho hệ thống Chiller

Khóa luận tốt nghiệp

H2: Áp suất tại đầu ra cuối cùng của thiết bị. Mạch kín nên H2 = 0
H3: Tổn thất ma sát giữa nước và ống
H4: Tổn thất ma sát qua các thiết bị như bình bay hơi, bình ngưng tụ, các thiết bị
AHU, FCU, …
1.15 -1.2: Hệ số an tồn hay cịn gọi là hệ số dự phòng. Lấy 15 hay 20% tùy thuộc
vào dự án.
Cụ thể hơn thì H3 là tổng tổn thất của 2 loại: Tổn thất áp lực theo chiều dài + Tổn
thất áp lực cục bộ. Phần này tính tương tự như đối với ống gió. (Ta có thể tra bảng hoặc
tính theo phần mềm.)
4.2.1.3 Tính cơng suất dựa trên lưu lượng, cột áp:
P(kW)=[Q(m3/s)*H(m) * Tỉ trọng H2O(1000kg/m3)]/[102 * Hiệu suất bơm (0,850,95)].
Chọn động cơ: Pđc(kW)=P(kW)/Hiệu suất motor (0,85-0,95).
Tính được Pđc khi đó chọn Motor theo tiêu chuẩn cơng suất định mức của Motor có
cơng suất lớn hơn 1 bậc.
Lưu ý: từng hãng, Q và H theo biểu đồ để chọn loại bơm có hiệu suất cao nhất chọn
vịng quay, sẽ ra loại hút hay đẩy nhiều.
Trong đó:
q: Lưu lượng nước bơm (m3/s)
H: Cột nước bơm
S: Hiệu suất bơm
57



Cấp nước cho hệ thống Chiller

Khóa luận tốt nghiệp

4.3 Danh sách thiết bị vật tư.
Bảng 4. 1 Danh sách vật tư

SỐ
LƯỢNG

ĐẶC TÍNH

CHỨC NĂNG

1

Board PLC
Mitsubishi FX3U14MR-6AD-2DA

1

Bộ điều khiển lập trình
Logic với các ngõ vào
ngõ ra với các chức
năng khác nhau.

Cho phép thực
hiện các CT trên
nó.


2

SIEMEN MM420

1

Biến tần Ctrl động cơ
bơm nước

Điều khiển tốc độ
động cơ

3

MBA 4.5 kVA

1

Thay đổi điện áp

Thay đổi điện áp 3
pha 380V/220V
Biến đổi điện áp
pha 220Vac24Vdc

STT

TÊN THIẾT BỊ

4


BỘ NGUỒN 24VDC

1

Biến đổi điện áp AC
sang DC

5

ĐỘNG CƠ BƠM
NƯỚC

1

Nhận năng lượng bên
ngồi truyền cho dịng
chất lỏng

Cấp nước cho hệ
thống

6

ĐỒNG HỒ AIR
PRESSURE

1

Hiển thị giá trị thực


Hiển thị áp suất
trong đường ống

7

CIRCUIT BREAKER
1 PHA

1

Đóng ngắt và bảo vệ
ngắn mạch 1 pha

Đóng ngắt và bảo
vệ ngắn mạch 1
pha nguồn 220Vac
của hệ thống

8

CIRCUIT BREAKER
3 PHA

1

Đóng ngắt và bảo vệ
ngắn mạch 3 pha

Đóng ngắt và bảo

vệ ngắn mạch 3
pha nguồn 380Vac
của hệ thống

9

KHỞI ĐỘNG TỪ

1

Đóng cắt tiếp điểm
động lực

Đóng ngắt động cơ

58


Cấp nước cho hệ thống Chiller

Khóa luận tốt nghiệp

10

RƠ LE TRUNG
GIAN

1

Đóng cắt nhiều tiếp

điểm và bảo vệ khi có
sự cố

Đóng ngắt tiếp
điểm điều khiển

1

Thiết bị phân tích điện
năng đa năng

Phân tích hiển thị
điện áp, dịng diện,
cơng suất ….vvv
Giảm dịng hiển
thị về thiết bị phân
tích điện năng

11

KLEA 320P – 606100

12

Current Transformer
(CT)

3

Giảm dòng điện theo tỷ

lệ sơ cấp và thứ cấp

13

REX C100

2

Bộ hiển thị điều khiển
nhiệt độ

Hiển thị nhiệt độ
nước
Giảm áp suất nước
tác động lên đường
ống
Bảo vệ chống cạn,
bơm không hút

14

Van điều áp

1

Khống chế áp suất
nước

15


Cơng tắc cảm biến
dịng chảy

1

Tiếp điểm đóng ngắt

4.4 Sơ đồ kết nối phần cứng và sơ đồ đấu dây.
Dựa vào sơ đồ đấu dây kết nối các thiết bị điều khiển, thu thập và các thiết bị cần
điều khiển với nhau thành một hệ thống hoàn chỉnh.

59


Cấp nước cho hệ thống Chiller

Khóa luận tốt nghiệp

Hình 4. 8 Sơ đồ kết nối phần cứng hệ thống

60


Cấp nước cho hệ thống Chiller

Khóa luận tốt nghiệp

Hình 4. 9 Sơ đồ đi dây của hệ thống

4.4 Các thiết bị sau khi kết nối.

Sản phẩm cuối cùng là mô hình cấp nước cho hệ thống Chiller.

61


Cấp nước cho hệ thống Chiller

Khóa luận tốt nghiệp

4.4.1 Mơ hình cấp nước cho hệ thống Chiller.

Hình 4. 10 Mơ hình cấp nước cho hệ thống Chiller.

Thơng số kỹ thuật:
Cơng suất: 1 kW
Điện áp: 3P 380V
Tần số: 50hz

62


Cấp nước cho hệ thống Chiller

Khóa luận tốt nghiệp

Hình 4. 11 Mơ hình cấp nước cho hệ thống Chiller.

Hình 4. 12 Mặt trên mơ hình

63



Cấp nước cho hệ thống Chiller

Khóa luận tốt nghiệp

Hình 4. 13 Phía dưới mơ hình

Hình 4. 14 Phía dưới mơ hình

64


Cấp nước cho hệ thống Chiller

Khóa luận tốt nghiệp

Hình 4. 15 Phía dưới mơ hình

Hình 4. 16 Đồng hồ Klemsan

KLEA là một máy phân tích năng lượng đa chức năng
Đo tính tốn:
65


Cấp nước cho hệ thống Chiller

Khóa luận tốt nghiệp


Dòng điện, điện áp và tần số
Công suất điện, công suất phản kháng và cơng suất biểu kiến
Sóng hài của dòng điện và điện áp
Hệ số công suất, cosØ cho từng giai đoạn.

Hình 4. 17 Tủ điều khiển

Tủ điều khiển:
3 đèn báo 3 Pha
1 đèn báo 1 Pha
1 đèn báo sự cố quá tải
66


Cấp nước cho hệ thống Chiller

Khóa luận tốt nghiệp

1 đèn báo trạng trái ON
2 nút nhấn ON-OFF
2 đồng hồ hiển thị nhiệt độ (In/Out)

Hình 4. 18 Cơng tắc dịng chảy

Cơng tắc dòng chảy (Flow switch) là thiết bị cảm biến. Chức năng chính của nó là
phát hiện dịng chảy từ đó để biết được chất lỏng trong đường ống cịn hay khơng. Sở dĩ
gọi nó là cơng tắc vì ngõ ra của nó chỉ có 2 trạng thái ON hoặc OFF tương ứng với chất
lỏng còn hoặc hết ở trong đường ống.

67



Cấp nước cho hệ thống Chiller

Khóa luận tốt nghiệp

4.4.2 Lưu đồ nguyên lý hoạt động, quá trình vận hành của hệ thống.

Hình 4. 19 Lưu đồ vận hành

68


Cấp nước cho hệ thống Chiller

Khóa luận tốt nghiệp

4.5 Các chương trình điều khiển ứng dụng vào hệ thống
4.5.1 Gx-Word 2
GX Works2 là một cơng cụ lập trình dùng để thiết kế, gỡ lỗi, và duy trì chương trình
trên Window.
GX Works2 đã cải thiện chức năng và khả năng thao tác, với những tính năng dễ sử
dụng hơn khi so sánh với GX Developer đã có.
Chức năng chính của GX Works2: quản lý các chương trình và thơng số đầu vào của
dự án cho mỗi CPU điều khiển khả trình
4.5.2 Kết nối plc mitsubishi với máy tính.
Trong ví dụ này, loại PLC Mitsubishi được sử dụng là FX3U phần mềm lập trình là
GX work 2, các dòng FX khác cũng hoàn toàn tương tự.
Bước 1: Cài đặt driver cho cáp lập trình (nếu chưa có):
Cài Driver cho dây cáp lập trình (Tích hợp chuyển đổi USB to RS422) trên máy tính

đối với máy tính sử dụng cổng USB khơng có sẵn cổng COM.
Đối với PLC Mitsubishi dòng FX thường sử dụng loại cáp USB-SC09-FX
Đối với Board PLC FX3U sử dụng loại cáp RS232
Bước 2:
Kết nối PLC Mitsubishi với máy tính bằng sợi dây cáp lập trình sau đó kiểm tra xem
kết nối đã OK hay chưa bằng cách kiểm tra sau
Vào Computer --> Manage

69


Cấp nước cho hệ thống Chiller

Khóa luận tốt nghiệp

Cửa sổ mới hiển thị lên, Click chuột vào Device Manager

Hình 4. 20 Kiểm tra kết nối máy tính và PLC

Một cửa sổ mới hiện lên và nếu vấn đề kết nối là OK thì ta sẽ thấy sẽ xuất hiện thêm
một mục "Ports (COM & LPT) ", Click chuột vào mục này thì nó sẽ hiển thị thêm chi tiết
cổng kết nối là cổng COM mấy, trong trường hợp này là cổng COM 3.
Bước 3: Khởi động phần mềm lập trình GX work 2 trên máy tính

70


Cấp nước cho hệ thống Chiller

Khóa luận tốt nghiệp


Tạo project mới: chọn dòng và tên PLC cần lập trình.

Hình 4. 21 Cửa sổ giao diện gxworks2
71


Cấp nước cho hệ thống Chiller

Khóa luận tốt nghiệp

Quản lý kết nối.

Hình 4. 22 Quản lý kết nối

Bước 4: Để thiết lập kết nối nhấp chọn Connection Destination

Hình 4. 23 Quản lý kết nối

72


Cấp nước cho hệ thống Chiller

Khóa luận tốt nghiệp

Hình 4. 24 Kết nối máy tính với PLC

Tại PC side I/F: Chọn serial USB, chọn cổng COM đúng với cổng COM của cáp
lập trình và tốc độ truyền


73


Cấp nước cho hệ thống Chiller

Khóa luận tốt nghiệp

Tại PLC side I/F, chọn PLC module.
Để kiểm tra kết nối đã thành công hay chưa, ấn chọn Connection test
Nếu tất cả các vấn đề về kết nối giữa PLC Mitsubishi và máy tính đã chính xác, phần
mềm sẽ hiển thị lên thông báo Successfully Connected

74