Bài giảng điều khiển khí nén

chơng I. những vấn đề chung về khí nén và công nghệ khí nén I. vài nét về sự phát triển của kỹ thuật khí nén ứng dụng khí nén bắt đầu từ trớc công nguyên. Ví dụ: nhà triết học Hi Lạp Ktesibios (năm 140 trớc công nguyên) và học trò của ông là Heron (năm 100 trớc công nguyên) đã chế tạo ra thiết bị bắn tên hay ném đá khí nén (hình 1.1). Dây cung đợc căng bằng áp suet khí trong 2 xi lanh thông qua hai đòn bẩy nối với hai Piston của hai xi lanh đó. Khi buông dây cung ra, áp suất của không khí nén làm tăng vận tốc bay của mũi tên. Sau đó một số sáng chế của Klesibios và Heron nh: thiết bị đóng, mở cửa bằng khí nén; Bơm song phun lửa cũng đợc sáng chế trong thời kỳ này. Khái niệm Pneumatical cũng đợc dùng trong thập kỷ này. Từ Pneumatic xuất phát từ tiếng cổ Hy Lạp có nghĩa là gió, hơi thở, còn trong triết học có nghĩa là linh hồn. Thuật ngữ Pneuma để chỉ một nghành khoa học về khí động học và các hiện tợng liên quan đã đợc đúc kết. Tuy nhiên sự phát triển của khoa học kỹ thuật thời kỳ đó không đồng bộ, nhất là sự kết hợp các kiến thức về cơ học, vật lý, vật liệu còn thiếu, cho nên phạm vi ứng dụng của khí nén còn rất hạn chế. Mãi cho đến thế kỷ 17, kỹ s chế tạo ngời Đức Otto von Guerike (1602 1686), nhà toán học và triết học ngời Pháp Blaise Pascal (1623 1662 ), cũng nh nhà vật lý ngời Pháp Denis Papin (1647 1712) đã xây dung nên nền tảng cơ bản ứng dụng khí nén. Trong thế kỷ 19, các máy móc thiết bị sử dụng năng lợng khí nén lần lợt đợc phát minh, nh: th vận chuyển trong ống bằng khí nén (1835) của Josef Ritter (Australia), phanh bằng khí nén (1880), búa tán đinh bằng khí nén (1861). Trong lĩnh vực xây dựng đờng hầm xuyên dãy núi Anper ở Thuỵ Sĩ (1857) lần đầu tiên ngời ta sử dụng khí nén với công suất lớn. Vào những năm 70 của thế kỷ 19 xuất hiện tại Pari một trung tâm sử dụng năng lợng khí nén lớn với công suet 7350 KW. Khí nén đợc vận chuyển tới nơi tiêu thụ trong đờng ống với đờng kính 500 mm và dài nhiều km. Tại đó khí nén đợc nung nóng lên nhiệt độ từ 50 0 C đến 150 0 C để tăng công suet truyền động động cơ, các thiết bị búa hơi. Với sự phát triển mạnh mẽ của năng lợng điện, vai trò sử dụng năng lợng bằng khí nén bị giảm. Tuy nhiên việc sử dụng năng lợng bằng khí nén vẫn đóng một vai trò cốt yếu ở những lĩnh vực , mà khi sử dụng năng lợng điện sẽ nguy hiểm, sử dụng năng lợng bằng khí nén ở những dụng cụ nhỏ, nhng truyền động với vận tốc lớn, sử dụng năng lợng bằng khí nén ở những thiết bị nh búa hơi, dụng cụ dập ,tán đinh, và nhiều nhất là các dụng cụ, đồ gá kẹp chặt trong các máy. Thời gian sau chiến tranh thế giới thứ hai, việc ứng dụng năng lợng bắng khí nén trong kỹ thuật điều khiển phát triển mạnh mẽ. Với những dụng cụ, thiết bị, phần tử khí nén mới đợc sáng chế và đợc ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khác nhau, sự kết hợp giữa khí nén với điện - điện tử là nhân tố quyết định cho sự phát triển của kỹ thuật điều khiển trong tơng lai. Hãng FESTO (Đức) có những chơng trình phát triển hệ thống điều khiển bằng khí nén rất đa dạng, không những phục vụ cho công nghiệp mà còn phục vụ cho sự phát triển của các phơng tiện dạy học (Diactic). 1 II. đặc điểm, tính chất của không khí nén. - Số lợng: có thể coi là vô tận. - Việc vận chuyển: có thể đợc lu thông dễ dàng trong các đờng ống dẫn, với một khoảng cách nhất định. Đờng hồi về không cần thiết vì khí nén sau khi công tác đợc thoát ra ngoài môi trờng. - Lu trữ: Máy nén khí không nhất thiết phải hoạt động liên tục. Không khí nén đợc lu trữ trong các bình chứa, đợc lắp nối trong hệ thống ống dẫn để cung cấp cho sử dụng khi cần thiết. - Nhiệt độ: Không khí nén ít bị thay đổi theo nhiệt độ - Chống cháy nổ: Không có nguy cơ gây cháy bởi khí nén nên không tổn phí về phòng cháy. Hoạt động với áp suất khoảng 6 7 bar nên việc phòng nổ không quá phức tạp. - Mức độ sạch: Không khí nén sạch ngay cả trong trờng hợp lu thông trong các đờng ống hay thiết bị. Không một nguy cơ gây bẩn nào phải lo tới. Điều này đặc biệt cần thiết trong các ngành công nghiệp thực phẩm, vải sợi, lâm sản, thuộc da, - Cấu tạo trang thiết bị: Đơn giản nên có giá thành thấp. - Vận tốc: Không khí có thể lu thông với tốc độ rất cao.Vận tốc công tác của các xi lanh nén thờng trong khoảng 1 đến 2 m/s, trong một số trờng hợp có thể đạt tới 5 m/s. - Tính dễ điều chỉnh: Vận tốc và áp lực của những thiết bị công tác dùng khí nén đợc điều chỉnh một cách vô cấp. - Vấn đề quá tải: Các công cụ và thiết bị khí nén đảm nhận tải trọng cho đến khi chúng dừng hẳn, cho nên không xảy ra quá tải. Để phân biệt một cách cặn kẽ các lĩnh vực áp dụng kỹ thuật khí nén, cần phải biết các tính chất không thể không chú trọng đến sau đây: - Cách xử lý: Không khí nén phải đợc chuẩn bị sao cho không chứa bụi bẩn, tạp chất và nớc vì chúng làm cho các phần tử khí nén chóng mòn. - Tính chịu nén: Không khí có tính nén đợc, cho phép thay đổi và điều chỉnh vận tốc của Piston. - Lực tác dụng: Không khí đợc nén sẽ không kinh tế nếu cha đạt đợc một công suất nhất định, áp suất làm việc thờng đợc chấp nhận là 7 bar. Lực tác dụng đợc giới hạn trong khoảng 20.000 đến 30.000 N (2000 đến 3000 kp). Độ lớn của lực tác dụng còn phụ thuộc vào vận tốc và hành trình. - Thoát khí: Không khí nén xả ra ngoài tạo âm thanh gây ồn, nhng nhờ các bộ giảm thanh gắn ở tong đờng thoát nên vấn đề này đã đợc giửi quyết. - Giá thành: Không khí nén là một nguồn năng lợng dồi dào, đơn giản và sẵn có nên hệ thống sử dụng có giá thành thấp. III. Khả năng ứng dụng của khí nén 1. Trong lĩnh vực điều khiển Sau chiến tranh thế giới thứ hai, nhất là vào những năm 50 và 60 của thế kỷ 20, là thời gian phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật điều khiển bằng khí nén, giai đoạn tự động hoá quá trình sản xuất đợc phát triển rộng rãi và đa dạng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Chỉ riêng ở Cộng hoà Liên bang Đức đã có 60 hãng chuyên sản xuất các phần tử điều khiển bằng khí nén. Hệ thống điều khiển bằng khí nén đợc sử dụng ở những lĩnh vực mà ở đó dễ xảy ra các vụ cháy nổ, các thiết bị phun sơn; các loại đồ gá kẹp các chi tiết nhựa, chất dẻo; hoặc là đợc sử dụng cho lĩnh vực sản xuất các thiết bị điển tử, vì các thiết bị khí nén có thể đảm bảo điều kiện vệ sinh môi trờng rất tốt và an toàn cao. Ngoài ra hệ thống điều khiển bằng khí nén đợc sử dụng trong các dây 2 chuyền rửa tự động; trong các thiết bị vận chuyển và kiểm tra của thiết bị lò hơi, thiết bị mạ điện, đóng gói bao bì và trong công nghiệp hoá chất. 2. Trong lĩnh vực truyền động + Các dụng cụ, thiết bị máy va đập Các thiết bị, máy móc trong lĩnh vực khai thác, nh khai thác đá, khai thác than; trong các công trình xây dựng, nh xây dựng hầm mỏ, đờng hầm, + Truyền động quay Truyền động động cơ quay với công suất lớn bằng năng lợng khí nén giá thành rất cao. Nếu so sánh giá thành tiêu thụ điện của một động cơ quay bằng năng lợng khí nén và một động cơ điện có cùng công suất, thì giá thành tiêu thụ điện của một động cơ quay bằng năng lợng khí nén cao hơn 10 đến 15 lần so với động cơ điện. Nhng ng- ợc lại thể tích và trọng lợng nhỏ hơn 30% so với động cơ điện có cùng công suất. Những dụng cụ vặn vít từ M4 đến M300; máy khoan, công suất khoảng 3,5 KW; máy mài, công suất khoảng 2,5 KW, cũng nh những máy mài với công suất nhỏ, nhng với số vòng quay cao 100.000 vòng/phút thì khả năng sử dụng động cơ truyền động bằng khí nén là phù hợp. + Truyền động thẳng Vận dụng truyền động bằng áp suất khí nén cho chuyển động thẳng trong các dụng cụ, đồ gá kẹp chặt chi tiết, trong các thiết bị đóng gói, trong các loại máy gia công gỗ, trong các thiết bị làm lạnh, cũng nh trong hệ thống phanh hãm của ô tô. + Trong các hệ thống đo và kiểm tra Dùng trong các thiết bị đo và kiểm tra chất lợng sản phẩm. V. Các đại lợng vật lý và đơn vị đo Không khí trong bầu khí quyển là một hỗn hợp các khí nh: - Nitơ chiếm khoảng 78% thể tích - Ôxy chiếm khoảng 21%, còn lại là một số khí nh: Cacbonic, Acgông, Hyđrô, Nêông, Hêli, Criptông, Xênon, Để hiểu rõ thêm các định luật về động lực học và trạng tháI của không khí, dới đây liệt kê các thông số vậ lý và các hệ thống đo lờng. Trong thực tế ngời ta thờng dùng hai hệ thống đo lờng thuận lợi trong việc nghiên cứu và ứng dụng là hệ kỹ thuật và hệ SI. 1. Các thông số cơ bản Thông số kỹ thuật Ký hiệu Hệ kỹ thuật Hệ SI Chiều dài Khối lợng Thời gian Nhiệt độ Cờng độ dòng điện Cờng độ ánh sáng L m t T I mét (m) kp.s2/m giây (s) 0C Ampe (A) mét (m) kg giây (s) K A Candela (Cd) 2. Các thông số dẫn xuất Thông số kỹ thuật Ký hiệu Hệ kỹ thuật Hệ SI Lực Diện tích Thể tích Lu lợng F A V Q kp = kg.f = 9,8N m 2 m 3 m 3 /s 1N = 1 kg.m/s 2 m 2 m 3 m 3 /s 3 áp suất p at ( kỹ thuật ) kp/cm 2 Pa ( 1Pa = 1N/m 2 ) bar (1bar = 10 5 Pa ) Công thức Niutơn: F = m.a ( 1-1 ) ở đây: m Khối lợng . a Gia tốc g Gia tốc trọng trờng ( g = 9,81 m/s 2 ) Quan hệ giữa các thông số trên nh sau: Khối lợng 1 kg = 1 kp.s 2 /9,81.m Lực 1 kp = 9,81 N Để đơn giản tính toán ta lấy 1 kp = 10 N Nhiệt độ ở thời điểm 0: 0 0 C = 273 0 K nghĩa là T = 273,15 + t ở nhiệt độ khác: 1 0 C = 1 0 K 3. Đơn vị đo áp suất Đơn vị cơ bản của áp suất theo hệ đo lờng SI là Pascal áp suất là lực tác dụng của các phần tử theo phơng pháp tuyến lên một đơn vị diện tích thành bình chứa khí hoặc chất lỏng đó. áp suất đợc ký hiệu là p. p = A F ( N/m 2 ) Trong đó: F Lực tác dụng của các phần tử khí hoặc chất lỏng ( N ) A Diện tích thành bình ( m 2 ) (Một Pascal là áp suất phân bố đều trên bề mặt có diện tích 1m 2 với lực tác động vuông góc lên bề mặt đó là 1Niutơn (N)) - Đơn vị đo áp suất là N/m 2 hoặc Pa ( Pascal ) và bar, ta có: 1 Pascal ( Pa ) = 1 N/m 2 1 Pa = 1 kg/s 2 /m 2 = 1 kg/ms 2 Trong thực tế, ngời ta dùng đơn vị bội số của Pascal là Megapascal ( MPa ). 1 MPa = 1.000.000 Pa = 10 6 Pa Ngoài ra còn dùng đơn vị bar: 1 bar = 10 5 Pa = 100.000 Pa Và đơn vị kp/cm 2 ( theo DIN Tiêu chuẩn của Cộng hoà Liên bang Đức ) 1 kp/cm 2 = 0,980665 bar = 0,981 bar 1 bar = 1,01972 Kp/cm 2 = 1,02 kp/cm 2 Trong thực tế, ngời ta coi: 1 bar = 1 kg/cm 2 = 1 at ( 1 at = 0,98 bar = 735,5 mmHg = 10 mm H 2 O ) - Các quy đổi trên đúng trong trờng hợp chiều cao cột chất lỏng ở 0 0 C Ngoài ra một số nớc (Anh, Mỹ) còn sử dụng đơn vị đo áp suất: Pound (0,45336kg) per Square Inch (6,4521 cm 2 ) Ký hiệu lbf/in 2 ( psi ) 1 bar = 14,5 psi 1 psi = 0,06895 bar ở Việt Nam quen dùng đơn vị kg/cm 2 tơng đơng với kp/cm 2 - áp suất thật của chất khí đợc gọi là áp suất tuyệt đối, ký hiệu là p và nó là một thông số trạng thái, áp suất tuyệt đối của khí quyển ký hiệu là p. Phần áp suất của chất khí lớn hơn áp suất khí quyển gọi là áp suất d, ký hiệu là p d và áp suất khí quyển là p 0 ta có: p d = p p 0 ( 1-3 ) - Phần áp suất nhỏ hơn áp suất khí quyển gọi là áp suất chân không , ký hiệu là p ck 4 p = p d + p ck ( 1-4 ) Hình 1.1 áp suất tơng đối và tuyệt đối - Thông thờng trong khí nén các đại lợng (nhiệt độ, áp suất) đợc quy chuẩn theo DIN 1343 nh sau: + Trạng thái chuẩn kỹ thuật: - Nhiệt độ: T = 293,15 K; t = 20 0 C - áp suất: p = 98066,5 Pa = 98066,5 N/m 2 = 0,980665 bar. + Trạng thái chuẩn vật lý: - Nhiệt độ: T = 273,15 K; t = 0 0 C - áp suất: p = 101.325 Pa = 101325 N/m 2 = 1,01325 bar - Dụng cụ đo áp suất gọi chung là áp kế. Có nhiều loại áp kế: áp kế chất lỏng, áp kế lò xo, áp kế dùng để đo áp suất tuyệt đối của khí quyển gọi là baromet, áp kế dùng đo độ chân không gọi là chân không kế. - áp suất sử dụng trên tất cả các thiết bị là áp suất d VI. Các tính chất và định luật cơ bản của chất khí 1. Không khí có tính chịu nén. Không khí là một hỗn hợp khí xác định gồm nhiều thành phần nh ôxy, hyđrô, nitơ, hơi nớc, nên có thể nén và giãn nở đợc. Định luật Boyle Mariotte. Định luật Boyle Mariotte đã phát biểu: Một lợng khí nhất định ở nhiệt độ không thay đổi thì áp suất tuyệt đối tỷ lệ nghịch với thể tích ( V ) hoặc thể tích riêng (v). t(T) = Const ( 1-5 ) ta có: p.V = Const hoặc p.v = Const ( 1-6 ) Điều đó có nghĩa là thể tích giữa áp suất và thể tích là hằng số đối với một lợng khí xác định ( p tăng thì V giảm ). p 1 .V 1 = p 2 .V 2 = p 3 .V 3 = Const ( 1-7 ) 2. Thể tích không khí thay đổi theo nhiệt độ. Với một lợng áp suất d không đổi và nhiệt độ tăng 1 0 K thì thể tích không khí tng thêm 1/273 thể tích của chính nó. Định luật Gay - Lussac 1: 5 Định luật: Một lợng khí nhất định ở điều kiện áp suất không đổi thì thể tích (V) hay thể tích riêng (v) và nhiệt độ tuyệt đối (T) tỷ lệ thuận với nhau. p = Const ( 1-8 ) Ta có: Const T V = hay 2 1 2 1 T T V V = ( 1-9 ) Sự thay đổi vầ thể tích V là: V = V 2 V 1 = V 1 1 12 )( T TT Ta có: V 2 = V 1 + V = V 1 + )( 12 1 1 TT T V ( 1-10 ) Định luật Gay - Lussac 2: Định luật: Một lợng khí nhất định ở điều kiện thể tích (V) không đổi thì áp suất (p) và nhiệt độ tuyệt đối (T) tỷ lệ thuận với nhau ( p tăng thì T tăng ) V = Const ( 1-11 ) Ta có: Const T p = hay 2 1 2 1 T T p p = ( 1-12 ) 3. Phơng trình trạng thái của chất khí - Phơng trình trạng thái của chất khí thể hiện mối quan hệ giữa các thông số trạng thái ( p,v, T ). - Giả thiết là khí nén trong hệ thống gần nh là khí lý tởng thì phơng trình trạng thái tổng quát là: p.v = R.T ( 1-13 ) Trong đó: p ( N/m 2 ) - áp suất tuyệt đối. v ( m 3 /kg ) Thể tích riêng = v l ( kg/m 3 ) ( kg/m 3 ) Khối lợng riêng của chất khí. R ( J/kgK ) Hằng số khí ( của không khí là 29,27 ) T ( K ) Nhiệt độ tuyệt đối ( độ Kelvin ). Đối với khối khí có khối lợng là G kg, sau khi nhân hai vế của phơng trình (1-12) với G, ta có: p.v.G = G.R.T hay p.V = G.R.T Trong đó: G ( kg ) Khối lợng ( v.G = V ) V ( m 3 ) Thể tích của khối khí Vậy phơng trình trạng thái đối với chất khí có khối lợng khí G bất kỳ, có dạng: p.V = G.R.T ( 1-14 ) 4. Các tổn thất trong hệ thống khí nén. + Tổn thất cơ khí C : Là tổn thất do ma sát giữa các chi tiết cơ khí trong khi chuyển động tơng đối với nhau. + Tổn thất thể tích V : Là tổn thất rò rỉ không khí di chuyển qua các chỗ (chi tiết) ghép nối. + Tổn thất áp suất P : 2 2 10 v g p = ( N/m 2 ) (1-15 ) Trong đó: Khối lợng riêng của chất khí ( kg/m 3 ) 6 v – VËn tèc trung b×nh ( m/s ) ξ - HÖ sè tæn thÊt côc bé, phô thuéc vµo thùc nghiÖm, sè ReynoldRe, nhiÖt ®é, híng ch¶y, h×nh d¹ng, tiÕt diÖn. g – Gia tèc träng trêng. 7 chơng II. máy nén và thiết bị xử lý khí nén I. Máy nén khí 1. Nguyên tắc hoạt động và phân loại máy nén a) Các máy nén khí hiện nay thờng đợc chế tạo dựa trên 2 nguyên lý làm việc: nguyên lý thay dổi thể tích và nguyên lý động năng - Nguyên lý thay đổi thể tích: Không khí đợc dẫn vào buồng chứa, ở đó thể tích buồng chứa nhỏ dần lại làm áp suất khí tăng lên, và áp suất cao ở cửa ra đợc đa tới các thiết bị ứng dụng. - Nguyên lý động năng: Không khí nạp đợc gia tốc bởi một bộ phận quay với tốc độ cao, áp suất hình thành do sự chênh lệch vận tốc. b) Phân loại máy nén khí Có nhiều tiêu chí để phân loại MNK - Theo áp suất MNK đợc chia thành 3 loại: + MNK áp suất thấp : có áp suất p < =15 (bar) + MNK áp suất cao: có áp suất 15 < p < =300 (bar) + MNK áp suất rất cao: có áp suất p > 300 (bar) - Theo nguyên lý hoạt động MNK đợc chia thành 2 loại: + Loại làm việc theo nguyên lý thay đổi thể tích + Loại làm việc theo nguyên lý động năng 2. Các thông số cơ bản của MNK Để chọn lựa một máy nén khí thích hợp ta cần phải quan tâm đến rất nhiều yếu tố: áp suất, lu lợng, công suất, chất lợng khí nén, giá thành, kích thớc, độ rung-ồn, hiệu suất, Đặc trng và bản chất nhất ta cần quan tâm đến 3 thông số cơ bản sau: - Tỷ số nén : Là tỷ số giữa áp suất khí ở cửa ra và áp suất không khí đa vào máy nén. - Lu lợng Q: Lu lợng hay còn gọi là Năng suất chính là khối lợng hay thể tích mà máy nén cung cấp trong một đơn vị thời gian. - Công suất N : Là công tiêu hao để nén và truyền khí trong một đơn vị thời gian. 3) Một số Máy nén khí thông dụng a) Máy nén khí kiểu Pitton + Cấu trúc : Cấu trúc máy nén khí piston có thể mô tả nh hình vẽ dới: + Nguyên lý làm việc: MNK kiểu pitton làm việc theo nguyên lý thay đổi thể tích. Chu kỳ làm việc đ- ợc chia làm 3 giai đoạn: Hút, nén, và đẩy khí -Kỳ hút: Khi trục khuỷu đợc dẫn động, pitton từ ĐCT chuyển động đi xuống, thể tích buồng hút trong xy lanh tăng làm áp suất khí trong buồng giảm thấp hơn so với áp suất không khí bên ngoài cửa hút. Khi đó van cửa hút tự động mở ra, không khí bên ngoài có áp suất cao tự động đợc dẫn vào buồng hút trong xy lanh. Quá trình kết thúc khi pitton chuyển động đến ĐCD - Kỳ nén: Pitton chuyển động từ ĐCD lên trên, thể tích buồng chứa khí hẹp dần làm áp suất khí trong buồng tăng dần, đến khi lớn hơn áp suất không khí thì làm van cửa nạp đóng lại. Quá trình diễn ra làm áp suất trong buồng nén tăng cao. 8 - Đẩy khí : Khi áp suất khí trong buồng nén đạt đến 1 giá trị xác định, van cửa xả đợc mở ra, khí nén có áp suất cao thoát ra ngoài tới bình chứa hoặc các ứng dụng khác. Quá trình lặp lại nh trên ở đầu kỳ mới. + Một số thông số và đặc điểm của máy nén Pitton: - Có khả năng nén khí lên tới 12 bar đối với loại 1 cấp và tới 140 bar đối với loại nhiều cấp. - Chúng có thể cung cấp lu lợng khí từ 0,02 m 3 /phút tới 600 m 3 /phút, công suất từ vài KW tới 2000 KW. - Tỷ số nén quan hệ với số cấp theo bảng: số cấp z 1 2 3 4 5 6 7 tỷ số nén 7 5-30 13-150 35-400 150-1000 200-1100 450-1100 -Trong quá trình hoạt động không khí đợc nén theo từng kỳ nên máy nén làm việc th- ờng gây ra tiếng ồn hoặc rung động lớn. Hiện nay các thiết kế mới đã lu ý giảm thiểu tiếng ồn và rung động cho máy nén bằng cách lắp 1 bình giảm xung đặc biệt trực tiếp sau cửa thoát thích ứng với đặc tính xung động của máy nén. Bình chứa này khi đó còn có thêm tác dụng để lu trữ và làm mát khí nén. Với công dụng nh vậy nó cũng làm cho máy nén trở nên cồng kềnh hơn. - Lu lợng( năng suất) cấp từ máy nén: Q = 60 n Sz 4 d 2 Q Trong đó: d (dm) - đờng kính pitton. z số pitton. S (dm) Quãng chạy của pitton. n (vòng/phút) Số vòng quay của trục dẫn động. Q Hiệu suất của máy nén. + Máy nén piston nhiều cấp: 9 Hình 2.1 Sơ đồ cấu trúc máy nén Piston 1 cấp Để có thể tạo ra đợc nguồn cấp khí nén áp suất cao hơn ngời ta thiết kế máy nén khí nhiều cấp. Trớc hết không khí đợc hút và nén bởi một máy nén piston, sau khi đợc làm nguội sẽ đợc đa sang nén tiếp ở máy nén thứ hai sau đó khí nén sẽ đợc đa sang bình chứa qua thiết bị xử lý qua hệ thống đờng ống cung cấp khí nén cho các thiết bị sử dụng. b) Máy nén khí kiểu cánh gạt + Cấu trúc: Máy nén khí kiểu cánh gạt có một rotor với trục đặt lệch tâm so với vỏ bọc stator bên ngoài. Trên rotor có các cánh gạt và các cánh này có thể trợt hớng tâm trong các rãnh trên rotor. Các cánh này hợp với stator và rotor tạo thành các buồng khí. Cụ thể cấu tạo nh minh hoạ ở hình vẽ bên + Nguyên lý làm việc: Máy nén khí kiểu cánh gạt làm việc theo nguyên lý thay đổi thể tích. Khi rotor quay( đợc dẫn động), các cánh gạt chịu tác dụng của lực ly tâm trợt theo rãnh trên rotor và tì sát vào thành trong stator tạo nên các khoang trống( giữa stator, rotor và 2 cánh gạt. Theo bố trí nh cấu tạo thì khi rotor quay các khoang khí này có thể tích tăng dần làm cho áp suất khí trong nó giảm nhỏ hơn áp suất không khí tại cửa buồng hút, khi đó không khí bên ngoài cửa hút tự động đợc dẫn vào các khoang này. Quá trình dẫn động tiếp tục và thể tích các khoang này sẽ hẹp dần khi chuyển sang khoang đẩy làm tăng áp suất khí nén trong đó, và khi đến cửa đẩy khí nén có áp suất cao trong các khoang này sẽ đợc đẩy ra ngoài tới bình trích chứa. + Một số thông số và đặc điểm của máy nén khí kiểu cánh gạt - Máy nén khí kiểu cánh gạt hầu hết là các máy nén có dầu, dầu đợc phun vào buồng nén, ở đó nó có thể bôi trơn tất cả các chi tiết chuyển động, giúp làm kín các khe hở giữa cánh gạt với vỏ và giữa cánh gạt với rotor, nó còn có tác dụng chuyển đổi nhiệt ( nhiệt của khí nén truyền qua dầu và đợc tách ra thông qua bộ làm mát dầu). - MNK kiểu cánh gạt có kích thớc rất nhỏ gọn. Dòng khí không xung động và sự chênh lệch áp suất điều khiển thấp nên không gây ồn, không gây rung động nhiều. 10 Hình 2.2 Sơ đồ cấu trúc máy nén Piston 2 cấp Hình 2.3 Sơ đồ cấu trúc máy nén cánh gạt [...]... thống điều khiển khí nén I Khái niệm chung Phần điều khiển trong mạch khí nén thờng đợc chia làm 2 bộ phận đó là: các phần tử chuyển tín hiệu ; các phần tử xử lý và điều khiển Nhìn chung đây là các van khí nén, chúng nhận tín hiệu điều khiển từ bên ngoài (có thể bằng cơ khí, bằng tín hiệu khí nén hoặc bằng tín hiệu điện) để xả ra, làm ngng lại, hoặc đổi hớng của dòng lu chất đi qua nó Đặc biệt các van điều. .. điều khiển sẽ điều khiển hớng của dòng khí nén, chúng đợc sử dụng trong các mạch khí nén để thực hiện những chức năng điều khiển nh: - Điều khiển hớng dẫn động của cơ cấu dẫn động - Chọn lựa đờng dẫn dòng mạch rẽ - Thực hiện các chức năng điều khiển logic - Chặn hoặc mở dòng chảy - Cảm nhận các vị trí của máy và của cơ cấu dẫn động Một số thông số cần quan tâm của van: - Chốt van ( nhân tố điều khiển. .. nữa thì van có trạng điều khiển bằng tay gạt thái 1 còn nếu tác động đẩy tay gạt về vị trí 1 thì van trở lại trạng thái 0 nh ban đầu - Chức năng : Đợc sử dụng làm phần tử chuyển tín hiệu trong mạch điều khiển khí nén, làm phần tử tự duy trì cấp nguồn cho phần mạch phía sau c) Van đảo chiều 3/2 điều khiển bằng khí nén - Ký hiệu : - Hình 3.4 Van đảo chiều 3/2 điều khiển bằng khí nén Hoạt động: Van có... trạng thái 0, cửa P sẽ bị chốt van chặn cửa A nối thông với cửa xả R - Chức năng: Làm phần tử xử lý và điều khiển trong mạch điều khiển khí nén Có khả năng tự duy trì trạng thái khi có tín hiệu tác động d) Van đảo chiều 5/2 điều khiển bằng khí nén - Ký hiệu: Hình 3.5 Van đảo chiều 5/2 điều khiển bằng khí nén - Hoạt động: Giả sử tín hiệu cuối cùng tác động trong lần sử dụng trớc là tín hiệu cấp vào cửa... máy nén bằng nớc * Lu ý: Khi vận hành máy nén cần lu ý bảo dỡng định kỳ bộ tách dầu cũng nh thờng xuyên theo dõi sự hoạt động của nó ở cửa ra của máy nén phải lắp van 1 chiều để ngăn không cho máy nén tự quay theo chiều ngợc lại do khí nén ở cửa ra tác động ngợc trở lại khi đã chấm dứt quá trình nén khí 11 c) Máy nén khí kiểu trục vít + Cấu trúc: Hình 2.5 Sơ đồ cấu trúc máy nén trục vít Máy nén khí. .. ôxihoa xảy ra giữa các thành phần tạp khí ở trên 2 Các phơng pháp xử lý khí nén Khí nén sau khi ra khỏi máy nén sẽ đợc đa tới bộ phận xử lý khí nén Mục đích nhằm để tách chất bẩn, ngng tụ hơi nớc trong khí nén để có đợc nguồn khí nén sạch, khô trớc khi đa vào sử dụng a Phơng pháp tách dầu: Do hầu nh không có loại máy sấy nào có thể tách tất cả các hạt dầu có trong dòng khí, đồng thời các vật liệu hút ẩm... cửa ra A có khí nén - Chức năng: 31 Làm phần tử xử lý và điều khiển trong mạch điều khiển khí nén Có khả năng tự duy trì trạng thái khi có tín hiệu tác động d) Van xả khí nhanh - Ký hiệu: - Hoạt động : Khi có dòng khí nén cấp vào cửa nguồn P, dòng khí này sẽ đợc dẫn sang cửa làm việc A, một phần qua khe phụ sẽ vào khoang trích chứa Sau một khoảng thời gian ngắn (tuỳ thuộc vào áp suất dòng khí và độ cứng... dòng khí chảy ngợc từ cửa B lại, do lò xo đẩy ép ch ặt viên bi chắn vào máng đỡ cửa A làm cửa A bị đóng kín và dòng khí bị chặn lại - Công dụng: Chỉ cho dòng khí nén đi theo 1 chiều b) Van logic OR - Ký hiệu: - Hoạt động : Khi cấp nguồn khí nén vào cửa P1 hoặc cửa P2 hoặc cả hai cửa P1 và P2 thì ở cửa ra A có khí nén Hình 3.7 Van logic OR - Chức năng: Làm phần tử xử lý và điều khiển trong mạch điều khiển. .. xuống dới 1 trị số quy định Trong hệ thống điều khiển điện -khí nén, rơle áp suất có thể coi nh là phần tử chuyển đổi tín hiệu khí nén - điện Giá trị áp suất tác động đóng mở công tắc có thể đợc điều chỉnh bằng vít điều chỉnh 5 Van điều chỉnh thời gian a) Van điều chỉnh thời gian đóng chậm Van điều chỉnh thời gian đóng chậm gồm cụm phần tử : Van tiết lu một chiều điều chỉnh bằng tay; bình trích chứa; van... Hoạt động : Dòng khí nén đợc đa vào từ cửa P Nếu không có vật cản thì dòng khí nén sẽ đi thằng, cửa X không có tín hiệu Nếu có vật cản, dòng khí nén đi thẳng bị chặn nên lu lợng của nó giảm và dòng khí nén có xu hớng thoát ra cửa X, lúc này cửa X sẽ có tín hiệu b) Cảm biến bằng tia phản hồi 35 - Ký hiệu : - Hoạt động : Dòng khí nén đợc đa vào từ cửa P Nếu không có vật cản thì dòng khí nén sẽ đi thằng . nhân tố quyết định cho sự phát triển của kỹ thuật điều khi n trong tơng lai. Hãng FESTO (Đức) có những chơng trình phát triển hệ thống điều khi n bằng khí nén rất đa dạng, không những phục vụ cho. nén 1. Trong lĩnh vực điều khi n Sau chiến tranh thế giới thứ hai, nhất là vào những năm 50 và 60 của thế kỷ 20, là thời gian phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật điều khi n bằng khí nén, giai đoạn. riêng ở Cộng hoà Liên bang Đức đã có 60 hãng chuyên sản xuất các phần tử điều khi n bằng khí nén. Hệ thống điều khi n bằng khí nén đợc sử dụng ở những lĩnh vực mà ở đó dễ xảy ra các vụ cháy