Các phương pháp tự động bảo vệ máy nén lạnh

Bảo vệ tự động máy nén lạnh là giữ an toàn cho máy nén khởi sự cố, hỏng hóc bất thường khi làm việc ở chế độ nguy hiểm xảy ra. Việc bảo vệ máy nén lạnh là vô cùng quan trọng để đảm bảo hoạt động hiệu quả và an toàn cho hệ thống.

Có nhiều phương pháp tự động bảo vệ máy nén lạnh hiện đại được sử dụng phổ biến hiện nay, bao gồm.

Bảo vệ quá áp suất nén

Khi áp suất nén quá cao sẽ làm cho dòng điện làm việc máy nén tăng, hệ thống làm việc không hiệu quả, gây nguy hiểm cho các thiết bị trong hệ thống. Để khống chế không cho áp suất nén quá cao, trong hệ thống lạnh được sử dụng rơle áp suất cao.

Rơ le áp suất cao được lấy tín hiệu từ thiết bị ngưng tụ, bình chứa cao áp hoặc tại các khoan đẩy của máy nén. Khi áp suất nén tăng quá trị số cho phép (cài đặt), lúc này rơ le áp lực cao sẽ tác động ngắt nguồn vào cuộn dây contactor máy nén, làm cho máy nén ngưng hoạt động.

Bảo vệ áp suất hút quá thấp

Khi hệ thống lạnh hoạt động, vì một lý do nào đó như: tắc đường ống, rò rỉ đường ống, thiếu môi chất lạnh,….làm cho áp suất hút của hệ thống quá thấp gây ảnh hưởng xấu đến năng suất lạnh hệ thống, bôi trơn và làm mát máy nén.

Vì thế trên đường hút hoặc khoan hút của máy nén được bố trí rơle áp suất thấp nhằm bảo vệ máy nén khí áp suất hút giảm quá thấp. Khi áp suất hút giảm quá trị số cho phép, lúc này rơ le áp lực thấp sẽ tác động ngắt nguồn vào cuộn dây contactor máy nén, làm cho máy nén ngưng hoạt động.

Bảo vệ hiệu áp lực dầu

Bảo vệ hiệu áp suất dầu được sử dụng cho các máy nén có hệ thống bôi trơn cưỡng bức bằng dầu. Áp suất dầu không là yếu tố quyết định, mà hiệu áp suất dầu mới là thông số quan trọng để đánh giá chất lượng của quá trình bôi trơn.

ΔF_Oil = P_Oil – P_O

P_Oil : áp suất bơm dầu ; P_O: áp suất cácte

Khi máy nén hoạt động nhưng không có áp lực dầu:

• Nguyên nhân có thể là hệ thống bơm dầu bị sự cố hoặc thiếu dầu trong cacte.
• Lúc này, quá trình bôi trơn không đảm bảo, khiến các chi tiết bên trong máy nén bị mòn và hư hỏng nhanh chóng.

Vai trò của rơ le bảo vệ áp suất dầu:

• Rơ le hiệu áp suất dầu được lắp vào hệ thống để giám sát áp lực dầu và bảo vệ máy nén khỏi các sự cố về dầu.
• Khi máy nén bắt đầu khởi động, lúc này chưa có áp lực dầu vì bơm dầu cần thời gian để đưa dầu vào các chi tiết.

Trạng thái khởi động ban đầu:

• Điện trở nung nóng trong rơ le sẽ bắt đầu hoạt động khi máy nén được cung cấp điện.
• Nếu sau một khoảng thời gian nhất định mà vẫn không có áp lực dầu, điện trở nung nóng sẽ làm cho thanh lưỡng kim (một thành phần trong rơ le) co giãn.

Bảo vệ khi không có áp lực dầu:

• Thanh lưỡng kim co giãn sẽ mở tiếp điểm T của rơ le, cắt nguồn cung cấp cho rơ le R1.
• Đồng thời, cuộn dây contactor của máy nén (KMN) cũng bị ngắt điện, khiến máy nén dừng hoạt động.
• Điều này nhằm bảo vệ máy nén khỏi hư hỏng do thiếu dầu bôi trơn.

Khi áp lực dầu bình thường:

• Nếu khi máy nén bắt đầu hoạt động và áp lực dầu đạt mức yêu cầu, tiếp điểm O của rơ le sẽ nở ra, cắt điện vào điện trở nung nóng.
• Hệ thống sẽ tiếp tục hoạt động bình thường, đảm bảo quá trình bôi trơn diễn ra hiệu quả và không gây hại cho máy nén.

Bảo vệ quá dòng điện

Khi máy nén hoạt động, vì lí do nào đó dòng điện làm việc của máy nén lớn hơn dòng điện định mức của động cơ, điều này làm động cơ bị quá tải, nhiệt lượng tỏa ra trên dây quấn động cơ tăng và làm cháy, chạm bộ dây quấn động cơ máy nén.

Để bảo vệ khi động cơ máy nén khi bị quá tải, người ta sử dụng rơle nhiệt (nếu động cơ một phase thì sử dụng rơle nhiệt một phase, nếu động cơ 3 phase thì sử dụng rơle nhiệt 3 phase), khi chọn rơle nhiệt phải tính toán sau cho nó phù hợp với động cơ máy nén và tác động kịp thời khi máy nén bị quá dòng.

Bảo vệ quá nhiệt dây quấn động cơ

Để hạn chế nhiệt độ dây quấn động cơ máy nén quá cao, trong bộ dây quấn động cơ người ta lắp một bộ bảo vệ quá nhiệt (thermic) áp sát vào bộ dây quấn, có thể nằm trong block hoặc nằm ngoài block. Bảo vệ quá nhiệt được lắp nối tiếp với cuộn dây contactor máy nén.

Khi nhiệt độ dây quấn hoặc thân máy nén lên cao quá quy định, khi đó bộ bảo vệ quá nhiệt sẽ ngắt điện vào contactor máy nén, cắt nguồn vào máy nén.

Bảo vệ mất phase

Đối với máy nén sử dụng lưới điện 3 phase, bị mất 1 trong 3 phase thì dòng điện máy nén sẽ tăng và dẫn đến cháy động cơ. Để an toàn khi vận hành, trong hệ thống điều khiển cần phải có mạch bảo vệ khi mất phase. Nếu 1 trong 3 phase bị mất thì không cho phép khởi động hệ thống.

Có nhiều cách để bảo vệ máy nén khi mất pha, ở đây giới thiệu cách bảo vệ pha đơn giản điển hình.

Bảo vệ áp suất đầu đẩy HPC (High Pressure Control)

Chức năng:

• Thiết bị bảo vệ áp suất giúp ngắt mạch điện khi áp suất vượt quá mức cho phép, từ đó bảo vệ máy nén khỏi các tình huống nguy hiểm.
• Tín hiệu áp suất thường được lấy từ nắp pittông hoặc trước van chặn đầu đẩy.

Loại thiết bị:

• Rơle áp suất cao: Đây là loại thiết bị thường được sử dụng trong các máy nén lớn. Nó có thể là thiết bị tác động một lần hoặc tự động đóng mạch trở lại cho các máy nhỏ.
• Rơle áp suất còn được gọi là Pressostat hoặc PC (Pressostat Controller).

Nguyên lý hoạt động:

Khi áp suất đầu đẩy máy nén tăng vượt quá giá trị cài đặt, rơle áp suất sẽ mở tiếp điểm ngắt mạch điện cung cấp cho máy nén.

Khi áp suất giảm xuống dưới giá trị cài đặt trừ đi vi sai, rơle sẽ tự động đóng mạch cho máy nén hoạt động trở lại.

Bảo vệ áp suất đầu hút LPC (Low Pressure Control)

Bảo vệ áp suất đầu hút là một biện pháp quan trọng nhằm tránh tình trạng máy nén hoạt động trong điều kiện không thuận lợi, có thể dẫn đến hỏng hóc hoặc cháy máy nén. Dưới đây là một số thông tin chi tiết về nguyên lý và cách thức hoạt động của hệ thống bảo vệ này:

Nguyên nhân giảm áp suất đầu hút

• Cấp môi chất lỏng không đủ: Nếu dàn bay hơi không nhận đủ môi chất lỏng, sẽ dẫn đến giảm hiệu suất.
• Phụ tải nhiệt giảm đột ngột do các sự cố như bơm nước muối hỏng, quạt gió không hoạt động, hoặc tuyết đóng dày trên dàn lạnh.

Thiết bị bảo vệ áp suất đầu hút

Để bảo vệ áp suất đầu hút, người ta sử dụng rơle áp suất thấp:

• Vị trí lắp đặt: Rơle áp suất thấp được kết nối với đường hút, ngay sau van chặn hút.
• Chức năng: Khi áp suất đầu hút giảm xuống dưới mức cài đặt, rơle sẽ ngắt mạch điện cho máy nén, ngăn chặn tình trạng hoạt động không an toàn.

Điều khiển năng suất lạnh

Trong nhiều hệ thống lạnh nhỏ và trung bình, rơle áp suất thấp cũng được sử dụng để điều chỉnh năng suất lạnh.

• Khi nhiệt độ phòng lạnh đạt yêu cầu, rơle nhiệt độ sẽ ngắt mạch van điện từ, ngừng cấp lỏng cho dàn bay hơi.
• Áp suất hút sẽ giảm xuống và khi xuống dưới giá trị cài đặt, rơle áp suất thấp sẽ ngắt mạch điện cho máy nén.
• Khi nhiệt độ tăng trở lại, rơle nhiệt độ mở van điện từ, làm tăng áp suất và khôi phục hoạt động của máy nén.

Lợi ích của hệ thống bảo vệ

• Ngăn ngừa hư hỏng: Bảo vệ máy nén khỏi các tình huống nguy hiểm do áp suất thấp.
• Tăng hiệu quả vận hành: Giúp duy trì hiệu quả làm việc của hệ thống lạnh bằng cách điều chỉnh năng suất phù hợp với nhu cầu.

Bảo vệ nước làm mát đầu máy nén

Bảo vệ máy nén không hút phải ẩm

Đối với máy nén amoniac cỡ lớn, cần bảo vệ máy khỏi việc hút ẩm hoặc tràn lỏng, tránh va đập thủy lực gây hỏng hóc.

Khi vận hành máy nén amoniac, có một mâu thuẫn: cần hạ nhiệt độ hơi hút gần nhiệt độ bay hơi để giữ nhiệt độ cuối tầm nén không quá cao, nhưng đồng thời phải tăng độ quá nhiệt hơi hút để tránh hút phải lỏng. Độ quá nhiệt hợp lý thường từ 5-10°C.

Để ngăn ẩm lọt vào máy nén, cần tránh ứ lỏng trong các bình như bình bay hơi hoặc bình tách lỏng trên tuyến ống hút. Việc này được thực hiện bằng cách sử dụng rơ le mức lỏng. Thường cần lắp 2-3 rơ le mức lỏng cho mỗi bình tách lỏng hoặc bình bay hơi do tầm quan trọng của hệ thống bảo vệ này.

---

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