Các hệ thống khí nén được sử dụng trong công nghiệp thường được cung cấp bởi khí nén hoặc khí trơ nén. Máy nén khí đặt ở vị trí trung tâm và máy phát điện cung cấp cho các xy lanh, động cơ không khí và các thiết bị khí nén khác. Một hệ thống khí nén được điều khiển bằng van điều khiển bằng tay hoặc tự động được lựa chọn khi nó cung cấp chi phí thấp hơn, linh hoạt hơn hoặc an toàn hơn động cơ điện và thiết bị truyền động. Khí nén học cũng có ứng dụng trong nha khoa, xây dựng, khai thác mỏ, và các khu vực khác.
CHƯƠNG II MÁY NÉN KHÍ VÀ HỆ THỐNG XỬ LÝ KHÍ NÉN (Supply Elements) I MÁY NÉN KHÍ II THIẾT BỊ XỬ LÍ KHÍ NÉN III BỘ LỌC KHÍ NÉN IV HỆ THỐNG THIẾT BỊ PHÂN PHỐI KHÍ NÉN V BÀI TẬP CHƯƠNG Hệ thống điều khiển khí nén tổng quát ĐỐI TƯỢNG ĐIỀU KHIỂN (Cơ cấu chấp hành- Actuator) NGUỒN NĂNG LƯỢNG KHÍ NÉN PHẦN TỬ ĐIỀU KHIỂN (Cơ cấu tác động (OUPUT) PHẦN TỬ XỬ LÝ TÍN HIỆU (PROCESSING) PHẦN TỬ NHẬN TÍN HIỆU (INPUT) I MÁY NÉN KHÍ - Compresor Nguyên lý hoạt động: a Nguyên lý thay đổi thể tích (Áp suất tĩnh): lượng khơng khí dẫn vào buồng chứa có áp suất p1 thể tích V1 Trong q trình nén coi nhiệt độ không thay đổi T = Konst, theo định luật Boyle Mariotte, ta có phương trình: p1∗V1 T1 = p2∗V2 = T2 Hằng số Khi thể tích V2 giảm đi, Áp suất P2 tăng lên Xem Video minh họa: https://drive.google.com/file/d/1w_NKODIK0K9C06S1LnnnNKI3LW12-4qF/view?usp=sharing b Nguyên lý động năng: (Áp suất động) Máy nén khí ly tâm tạo vận tốc khí (tăng động năng) đủ lớn, sau chuyển thành áp suất lưu lượng dịng khí dạng xoắn ốc vào đường Lưu lượng khí tạo máy nén khí dạng cao so với máy nén khí dạng thể tích (Bơm nước…) https://drive.google.com/file/d/1JOzJF0tN3RUC9oi0 Xem Video minh họa: PbY4DFFOsiq-0g7z/view?usp=sharing Phân loại Máy nén khí theo nguyên lý thay đổi thể tích: máy nén khí kiểu pittơng, máy nén khí kiểu cánh gạt, máy nén khí kiểu root, máy nén khí kiểu trục vít Máy nén khí kiểu pittong Xem Video minh họa: Máy nén khí kiểu cánh gạt Máy nén khí kiểu trục vít https://drive.google.com/file/d/1T1VEcu vZiR08NI 7Gyngm58dHgw76ZN/view?usp=sharing Các loại máy nén khí theo nguyên lý thể tích 3.1 Máy nén khí cánh gạt Stato Ngun lý hoạt động: Khơng khí hút vào buồng hút, biểu đồ p - V tương ứng Buồng hút đoạn d-a Nhờ rô to Stato đặt lệch khoảng lệch tâm e, nên rơ to quay chiều sang phải, khơng khí vào buồng nén, biểu đồ p - V tương ứng đoạn a-b Sau áp suất khí nén vào buồng đẩy, biểu đồ tương ứng đoạn b-c Rô to Cánh gạt Độ lệch tâm Buồng nén Lưu lượng Q = V n m3/ph] Trong đó: V : Lưu lượng riêng (thể tích dịch chuyển) [m3/vịng] n: số vịng quay rơtor [vg/phút] Lưu ý: khoảng lệch tâm e thay đổi, lưu lượng Q thay đổi Xem Video minh họa: https://drive.google.com/file/d/1w_NKODIK0K9C06S 1LnnnNKI3LW12-4qF/view?usp=sharing Ký hiệu 3.2 Máy nén khí kiểu Pitơng a Ngun lý máy nén khí pittơng cấp: Q trình nén khí thực cách hút khí vào nén thể tích khí pittơng vỏ xy lanh Khi pittơng di chuyển tạo nên q trình hút nén khí Các van chặn cửa vào cửa đóng - mở tự động pittơng di chuyển buồng xy lanh Áp suất nén đạt 10 bar, lưu lượng đến 10 m3/phút Máy nén khí piston cung cấp nén dạng: Dạng xung (1 chu kỳ gồm:1 lần hút lần nén) b Ngun lý máy nén khí kiểu Pitơng cấp Khơng khí sau nén qua đầu nén sơ cấp, sau áp suất khí đẩy vào bình chứa trung gian (Bộ làm mát trung gian) Sau áp suất khí làm mát phận làm mát, áp suất khí vào đầu nén thứ cấp Áp suất nén đạt 15 bar c Nguyên lý máy nén khí kiểu Pitơng cấp 3.3 Máy nén khí kiểu trục vít a Nguyên lý hoạt động: Máy nén khí kiểu trục vít hoạt động theo nguyên lý thay đổi thể tích Thể tích khoảng trống thay đổi trục vít quay vịng từ tạo q trình hút (thể tích khoảng trống tăng), q trình nén (thể tích khoảng trống giảm) cuối trình đẩy Buồng nén Buồng hút Lưu lượng Q = V n ƞ m3/ph] Trong đó: V : Lưu lượng riêng (thể tích dịch chuyển) [m3/vịng] n: số vịng quay trục vít [vg/phút] Ƞ Hiệu suất Xem Video minh họa: https://drive.google.com/file/d/1Pd6OLaQ1mwjXxDlowUHHgO1IkLZXzLY/view?usp=sharing b Máy nén khí trục vít cấp có hệ thống cấp dầu bơi trơn Máy nén khí trục vít thường sử dụng hệ thống cơng nghiệp, chế biến thực phẩm, hóa chất Đối với ngành công nghiệp lĩnh vực điều khiển, thường sử dụng máy nén khí có dầu bơi trơn để giảm ăn mịn hệ thống ống dẫn,các phần tử điều khiển Nguyên lý hoạt động: khơng khí hút vào máy nén khí thơng qua bầu lọc Sau nén, khí nén với dầu bôi trơn tạo thành hỗn hợp bình lọc khí Từ bình lọc khí nén theo đường ống dẫn phía dầu bơi trơn mang nhiệt (tạo q trình nén) theo đường dẫn phía bình lọc Khí nén chuyển đến hệ thống điều khiển, sau qua phận làm mát gió Dầu bôi trơn mang nhiệt làm nguội ống dẫn qua quạt gió đạt nhiệt độ làm mát theo yêu cầu qua rơ le nhiệt quay bình chứa dầu bơi trơn Xem Video minh họa: https://drive.google.com/file/d/1gQ7YjlLlHSIUn-bZsBwt6nVKPubXuWa6/view?usp=sharing 3.4 Máy nén khí kiểu Root Nguyên lý hoạt động: áp suất tạo dựa vào cam (pitong có dạng hình số 8) dùng để hút chuyển đổi dịng khí nén Hai bánh gắn với động cơ, chuyển động ngược chiều nhau, hai trục song song với Các cam không chạm lẫn Giữa vỏ cam có khoảng cách nhỏ Máy nén khí kiểu root tạo áp suất khơng phải theo ngun lý thay đổi thể tích mà gọi nén từ phía sau Điều có nghĩa rotor quay vịng chưa tạo áp suất buồng đẩy rotor quay tiếp đến vịng thứ dịng lưu động đẩy vào dịng lưu động ban đầu cuối vào buồng đẩy Buồng hút Buồng đẩy Xem Video minh họa: https://drive.google.com/file/d/1V5RhZcDCjDF1x2RZr9 uGwxZBPW23C3zv/view?usp=sharing Các thông số kỹ thuật máy nén khí Máy nén khí có thơng số sau: Lưu lượng khí nén Q tính theo đơn vị: lít/phút, m3/phút Khi chọn máy nén khí, phải biết lưu lượng dụng cụ/thiết bị sử dụng khí nén tổng lưu lượng khí máy nén tổng lưu lượng toàn dụng cụ cộng thêm 25% Cơng thức tính sau: Lưu lượng máy nén khí = Lưu lượng (Thiết bị + Thiết bị + + Thiết bị n) x 1,25 Áp suất khí nén: p thường tính theo đơn vị Mpa, bar, kgf/cm2, Psi, Atm Áp suất khí nén thường dùng công nghiệp khoảng: P = – 10 bar Tỉ số nén: i= p2 p1 Trong đó: p1 : áp suất khí hút (giá trị tuyệt đối) P2 : áp suất khí xả (giá trị tuyệt đối) Công suất điện máy nén khí PE thường tính theo đơn vị KW HP (sức ngựa) PE = Q p ƞ [W] Trong đó: Q : Lưu lượng [m3/s] p: Áp suất khí nén [pa] (giá trị tương đối) Ƞ Hiệu suất II THIẾT BỊ XỬ LÝ KHÍ NÉN Khí nén tạo từ máy nén khí có chứa đựng nhiều chất bẩn bao gồm bụi, độ ẩm không khí, phần tử nhỏ dầu bơi trơn truyền động khí Ngồi q trình nén, nhiệt độ khí nén tăng lên, dẫn đến oxy hóa số phần tử nêu Do khí nén cần phải xử lý, tùy theo mức độ xử lý, phương pháp xử lý để xác định chất lượng khí nén tương ứng cho trường hợp vận dụng cụ thể Hóa chất Khí Dầu Bụi Nước Từ máy nén khí, khí nén dẫn vào bình trích chứa, độ ẩm khí nén (lượng nước) phần lớn ngưng tụ Giai đoạn xử lý gọi giai đoạn xử lý thô Nếu thiết bị để thực xử lý khí nén giai đoạn tốt, khí nén sử dụng, ví dụ dụng cụ dùng khí nén cầm tay, thiết bị, đồ gá đơn gỉan dùng khí nén Tuy nhiên sử dụng khí nén hệ thống điều khiển số thiết bị khác, địi hỏi chất lượng khí nén cao Cần xử lý 1 Thiết bị xử lí khí nén – Bình ngưng tụ, làm lạnh nước Làm lạnh nước (ví dụ làm lạnh nước có nhiệt độ +100C) nhiệt độ khí nén bình ngưng tụ đạt +200C Ống dẫn khí 300 C vào Ống dẫn khí 200 C Nước làm lạnh Hệ thống dẫn nước làm lạnh Bình tách nước ngưng tụ khí Ống dẫn nước làm lạnh vào 100 C Cửa xả nước ngưng tụ khí Thiết bị xử lí khí nén: sấy khơ chất làm lạnh Sau làm lạnh sơ bộ, dịng khí nén vào phận trao đổi nhiệt khí - chất làm lạnh Quá trình làm lạnh thực cách: dịng khí nén đổi chiều ống dẫn nằm thiết bị Nhiệt độ hóa sương +20C Như lượng nước dịng khí nén vào tạo thành giọt nhỏ Xem Video minh họa: Phương pháp có chi phí thấp https://drive.google.com/file/d/1iXESM46ryVt9OXazvn YZRgPmOAXlWXRF/view?usp=sharing Đường khí sau sấy khô Bộ phận trao đổi T = 150 C nhiệt khí - khí Bộ phận trao đổi nhiệt khí - chất Đường khí vào T = 250 C Bình ngưng tụ Bình ngưng tụ Chất làm lạnh Bình cung cấp chất làm lạnh Thiết bị xử lí khí nén: sấy khơ hấp thụ a Q trình vật lý: Chất sấy khơ, cịn gọi chất hút ẩm, hấp thụ lượng nước không khí ẩm hai bình sấy khơ (8),(9) Bình sấy khô (8) chứa chất hút ẩm thực q trình sấy khơ, bình sấy khơ (9) tái tạo lại khả hấp thụ chất sấy khơ (chất hút ẩm) dùng trước qua máy nén khí (1) Đườ khí vàtừ o Khíngnén máy nén khí vào xử lý Chất sấy khơ hay gọi chất háo nước (SiO2) hấp thụ lượng nước khơng khí ẩm hai bình sấy khơ Q trình tái tạo: nhiệt độ tái tạo t = 1200C - 1800C khí nóng Xem Video minh họa: Khí nén sau Đườ g khílýra khinxử Máy cung Má y cung cấpcấp khí Nung nóngnókhí Thiế t bị nung ng Van(thườ khí ng đóng) Van Van Van(thườ khí ng mở) Van Van(thườ khí ng đóng) Van Van(thườ khí ng mở) Van o chiề u Vanđảđảo chiều Bình p thụ thụ Bìnhhấhấp Bình p thụ thụ Bìnhhấhấp https://drive.google.com/file/d/1bVwnkEgoFFLm6ejrHn5QrFgs94jMmQSS/view?usp=sharing khí b Q trình hấp thụ hóa học: Thiết bị gồm bình chứa, có chứa chất hấp thụ, chất hấp thụ trình hố học thường NaCl Khơng khí ẩm đưa vào bình từ cửa 1, sau qua chất hấp thụ 2, lượng nước khơng khí kết hợp với chất hấp thụ tạo thành giọt nước lắng xuống phần đáy bình chứa Từ đó, phần nước ngưng tụ dẫn ngồi van Phần khơng khí sấy khơ theo cửa vào hệ thống điều khiển III BỘ LỌC KHÍ Ở phần giới thiệu số phương pháp xử lý khí nén cơng nghiệp Tuy nhiên số lĩnh vực, ví dụ dụng cụ cầm tay sử dụng truyền động khí nén số hệ thống điều khiển đơn giản khơng thiết phải thực Đối với hệ thống thế, cần dùng lọc, gồm phần tử: Van lọc khí ; Van điều chỉnh áp suất; Van tra dầu Ký hiệu Xem Video minh họa: https://drive.google.com/file/d/1wiH3NBaEGH1y-mZ-IkUlIb_1XBD2K_ir/view?usp=sharing Van lọc khí Cơng dụng: Van lọc khí thiết bị làm khí, có nhiệm vụ tách nước dầu từ khí nén Hầu hết nhà sản xuất đảm bảo độ tổn thất áp thấp lọc Khi thời gian hoạt động lâu độ tổn thất áp cao (lưới lọc bị bẩn) Tấm xoắn lọc khí có tác dụng tạo luồng khí xốy ly tâm để tách chất bẩn Ký hiệu Van điều chỉnh áp suất (Van giảm áp): Ký hiệu a Công dụng: Giảm áp suất theo yêu cầu cửa ổn định áp suất p2 b Nguyên lý: Khí nén từ cửa vào P1 qua cửa P2 tiết diên Ax: Tổn thất áp suất: p = p – p2 Tổn thất áp suất phụ thuộc vào tiết diện AX chảy qua van Tiết diện lớn, tổn thất nhỏ (tức p2 lớn) Tiết diện AX thay đổi chỉnh lị xo vít điều chỉnh Giá trị áp suất P2 hiển thị áp kế Khi có thay đổi bất thường tải trọng (áp suất) phía đường (P2) tăng lên, cấu màng nâng lên dịng khí nén qua lỗ cấu màng ngồi https://drive.google.com/file/d/1q_Tcel0P47GJMLHUr eqjv_6o2G9mLdTd/view?usp=sharing P2 Lị xo Màng AX Khi áp suất P2 giảm xuống giá trị đặt ban đầu, màng hạ xuống giá trị áp suất P2 không đổi Cửa vào P1 Xem Video minh họa: P1 Vít điều chỉnh 80 40 120 lbf/in2 bar 10 Cửa xả khí, p2 tăng Cửa P2 Van tra dầu Để giảm lực ma sát, ăn mòn gỉ sét phần tử hệ thống điều khiển khí nén, thiết bị lọc có gắn thêm van tra dầu Nguyên tắc tra dầu thực theo nguyên lý tra dầu ống Venturi Venturi van tra dầu: Giảm áp suất dịng khí (tăng vận tốc) để trộn dầu khơng khí IV HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ NÉN Bình chứa khí có cơng dụng: Giảm xung chấn, Lưu trữ khí, Tách độ ẩm, Tách chất lạ Các ống xả nước phải gắn góc nhà máy bình chứa khí Ống dẫn nên đặt nghiêng theo góc Bộ lọc khí (van lọc, van điều áp bôi trơn) phải đặt trước thiết bị (hệ thống) hoạt động sử dụng khí nén Xem Video minh họa: https://drive.google.com/file/d/1_EcNk9-d_OgghEnfv0S0WAFU67EmOJZ_/view?usp=sharing V BÀI TẬP CHƯƠNG So sánh ưu nhược điểm loại máy nén khí: kiểu cánh gạt, pittong, trục vít Nguyên lý làm việc máy nén khí trục vít cấp có hệ thống cấp dầu bơi trơn Vị trí lắp Bộ lọc khí chức Van lọc khí, Van điều chỉnh áp suất, Áp kế Van tra dầu Ví dụ tính tốn: Một máy nén khí có tỉ số nén i = 7, giả thiết q trình nén nhiệt độ khí khơng đổi Máy nén khí có lưu lượng riêng ( thể tích dịch chuyển) 56 cm3/vịng quay n = 750 vịng/phút Hãy tính cơng suất động điện máy nén khí [W], cho biết hiệu suất động điện ƞ = 0,8 ? Cho giá trị áp suất khí atm = 105 Pa Lưu ý: - Kết tính cần làm trịn số nguyên ... PbY4DFFOsiq-0g7z/view?usp=sharing Phân loại Máy nén khí theo nguyên lý thay đổi thể tích: máy nén khí kiểu pittơng, máy nén khí kiểu cánh gạt, máy nén khí kiểu root, máy nén khí kiểu trục vít Máy nén khí kiểu pittong Xem... suất khí vào đầu nén thứ cấp Áp suất nén đạt 15 bar c Ngun lý máy nén khí kiểu Pitơng cấp 3.3 Máy nén khí kiểu trục vít a Nguyên lý hoạt động: Máy nén khí kiểu trục vít hoạt động theo nguyên lý. .. khí nén cần phải xử lý, tùy theo mức độ xử lý, phương pháp xử lý để xác định chất lượng khí nén tương ứng cho trường hợp vận dụng cụ thể Hóa chất Khí Dầu Bụi Nước Từ máy nén khí, khí nén dẫn vào