Tìm hiểu rơ le áp lực nước

Rơ le áp lực nước là loại thiết bị chuyển đổi tín hiệu áp lực nước thành tín hiệu đóng cắt của tiếp điểm điện (ON/OFF) để điều khiển và bảo vệ áp lực nước cho thiết bị ngưng tụ làm mát bằng nước hoặc làm mát bằng nước và không khí. Nó cũng bảo vệ áp lực nước làm mát cho máy nén có áo nước giải nhiệt, đồng thời bảo vệ bơm nước tránh hoạt động trong trường hợp thiếu nước hoặc không có nước.

Cấu tạo relay áp lực nước

1. Cửa nước vào: Được lắp đặt trên đường ống, cho phép nước đi vào hệ thống.
2. Cửa nước ra: Cũng đặt trên đường ống, cho phép nước thoát ra khỏi hệ thống.
3. Tấm cảm biến áp lực nước: Hoạt động dựa trên tốc độ dòng chảy, giúp đo áp lực của nước trong hệ thống.
4. Ty: Gắn chặt vào tấm cảm biến, có nhiệm vụ truyền lực từ cảm biến đến các thành phần khác trong hệ thống.
5. Màng cao su đàn hồi: Chịu áp lực và ngăn không cho nước di chuyển giữa hai khoang (a) và (b), giúp duy trì áp lực ổn định trong hệ thống.
6. Vít điều chỉnh: Cho phép cài đặt áp lực nước trong hệ thống, điều chỉnh theo yêu cầu.
7. Lò xo: Được gắn giữa vít điều chỉnh và ty, có tác dụng giữ cho ty hoạt động trơn tru và nhạy bén với thay đổi áp lực.
8. Gối đỡ cố định: Giữ cho ty luôn theo phương thẳng đứng, đảm bảo độ chính xác trong đo lường và vận hành.
9. Thành ống của relay áp lực nước: Kết nối với ống dẫn nước, giúp truyền tín hiệu áp lực từ nước vào hệ thống điều khiển.
10. Thang cài đặt áp lực nước: Dùng để điều chỉnh áp lực nước trước khi hệ thống hoạt động, đảm bảo hoạt động trong điều kiện an toàn.
11. Vỏ bảo vệ relay áp lực nước: Làm bằng sứ, bảo vệ các linh kiện bên trong khỏi tác động bên ngoài và tăng độ bền.
12. Nút phục hồi (reset): Cho phép khôi phục lại trạng thái ban đầu của hệ thống khi cần thiết.
13. Lò xo phục hồi:
    • (01) Tiếp điểm thường đóng: Đóng mạch trong trạng thái bình thường.
    • (02) Tiếp điểm thường mở: Mở mạch trong trạng thái bình thường.

Nguyên lý làm việc

Relay áp lực nước đóng vai trò quan trọng trong hệ thống làm mát, đặc biệt là trong các dàn ngưng như dàn ngưng tụ ống chùm và dàn ngưng tụ hỗn hợp (không khí và nước). Dưới đây là một số điểm chính về chức năng và nguyên lý hoạt động của relay áp lực nước:

Chức năng

• Bảo vệ Hệ thống: Relay này bảo vệ áp lực nước, đảm bảo rằng áp lực nước đủ để hỗ trợ các quá trình làm mát trong hệ thống lạnh.
• Ngừng Hoạt động Khi Cần Thiết: Nếu áp lực nước bị mất hoặc không đạt yêu cầu, relay sẽ báo lỗi qua mạch điện điều khiển, dẫn đến việc ngưng hoạt động của hệ thống lạnh nhằm bảo vệ thiết bị khỏi hư hỏng.

Nguyên lý

• Nguyên lý Dựa Trên Áp lực Động học: Relay hoạt động dựa trên nguyên lý áp lực do áp lực động học của dòng nước trong ống sinh ra.
• Tác động lên Tấm Cảm Biến Áp Lực: Áp lực nước tác động lên tấm cảm biến áp lực thông qua tốc độ dòng chảy của nước trong ống. Khi tốc độ này đạt đến mức nhất định, tấm cảm biến sẽ hoạt động để ghi nhận áp lực.
• Kích Hoạt Mạch Điện: Dựa vào áp lực đo được, relay sẽ kích hoạt hoặc ngắt mạch điện điều khiển, giúp đảm bảo rằng hệ thống lạnh hoạt động trong điều kiện an toàn.

Trong đó:

• P_b : áp suất do bơm tạo ra. P_b = const 
• w_tb : vận tốc trung bình nước đi trong ống. 
• z = 0 (ta xem ống dẫn nước nằm ngang)
• P_tp áp suất động học toàn phần tác dụng lên tấm cảm biến.

Cài đặt áp lực:

• Vít điều chỉnh (số 6) được sử dụng để điều chỉnh cài đặt áp lực nước tác động lên tấm cảm biến áp lực (số 3) tại thang (số 10).
• Lò xo (số 7) cung cấp lực kháng (Pix) tương ứng với áp lực đã được cài đặt.

Trạng thái bơm nước:

Khi bơm nước chưa hoạt động hoặc hoạt động nhưng không tạo ra đủ áp lực nước, ty (số 4) vẫn ở vị trí ban đầu và tiếp điểm thường đóng (01) vẫn giữ trạng thái đóng.

Hoạt động của bơm:

• Khi bơm hoạt động và tạo ra áp lực (Ptp) đủ lớn, lớn hơn lực kháng do lò xo sinh ra (Ptp > Pix), lực này sẽ tác động lên tấm cảm biến (số 3).
• Ty (số 4) sẽ dịch chuyển theo nguyên lý cánh tay đòn với điểm tựa là gối đỡ (số 8).

Thay đổi trạng thái tiếp điểm:

Khi ty dịch chuyển, tiếp điểm thường đóng (01) mở ra và tiếp điểm thường mở (02) đóng lại, gửi tín hiệu về điều khiển máy nén hoạt động.

Quá trình phục hồi:

• Nút phục hồi (số 12) và lò xo phục hồi (số 13) cho phép hệ thống tự động quay về trạng thái ban đầu.
• Màng cao su (số 5) ngăn không cho nước di chuyển lên phía trên.

Yêu cầu về vật liệu và lắp đặt

Vật liệu ống dẫn: Các đường ống dẫn nước làm mát cho dàn ngưng thường là ống nhựa, giúp giảm thiểu nguy cơ rò rỉ và tăng tính bền vững.

Vỏ bảo vệ: Relay áp lực (số 11) thường được làm bằng sứ để cách điện tốt nhất, bảo vệ các linh kiện bên trong khỏi ảnh hưởng của môi trường bên ngoài.

Lắp đặt đúng chiều: Việc lắp relay áp lực cần phải đảm bảo đúng chiều để hoạt động hiệu quả. Lắp sai sẽ dẫn đến việc relay không có tác dụng.

Chế tạo tấm cảm biến

Tâm Tấm Cảm Biến: Tâm của tấm cảm biến áp lực (số 3) cần phải được đặt trùng với tâm ống. Vận tốc dòng nước tại tâm ống là lớn nhất, do đó việc này giúp giá trị đo được chính xác hơn.

Độ Chính Xác: Khi tốc độ dòng nước tại mọi điểm trên toàn bộ diện tích tấm cảm biến nói lên giá trị trung bình áp lực động học, giúp đảm bảo hoạt động chính xác của relay.

Theo phương trình Newton nếu dòng chảy ở chế độ chảy tầng thì tốc độ dòng chảy được viết.

Với:

• τ_w : ứng suất tiếp tuyến
• μ : độ nhớt của nước
• r_w : bán kính của ống dẫn nước
• r : khoảng cách từ tâm ống đến một điểm nào đó ở trong ống.

Như vậy:

Trong một số trường hợp: nếu dòng chảy, chảy ở chế độ khác như chảy rối, chảy quá độ thì vận tốc trung bình của dòng chảy được tính theo công thức sau.

w_tb=ψ.W_max

Với ψ: hệ số điều chỉnh tốc độ. ψ= 0,3 -0,5

Áp lực động học sinh ra tác dụng lên tấm cảm biến là:

*Nguồn tham khảo: Tự động điều khiển các quá trình nhiệt lạnh – Nguyễn Tấn Dũng, Trịnh Văn Dũng