Bài giảng Chương 2 Máy nén khí và thiết bị xử lý khí nén

MÁY NÉN KHÍ Áp suất khí được tạo ra từ máy nén khí, ở đó năng lượng cơ học của động cơ điện hoặc của động cơ đốt trong được chuyển đổi thành năng lượng khí nén và nhiệt năng.. Nguyên lý

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM -o0o -

TPHCM, THÁNG 9/2009

MÁY NÉN KHÍ VÀ THIẾT BỊ XỬ LÝ KHÍ NÉN

2.1 Máy nén khí

2.1.1 Nguyên lý hoạt động và phân loại máy nén khí 2.1.2 Máy nén khí piston

2.1.3 Máy nén khí cánh gạt

2.1.4 Máy nén khí trục vít

2.1.5 Máy nén khí kiểu root

2.1.6 Máy nén khí tuabin dạng ly tâm

2.2 Hệ thống xử lý khí nén

2.2.1 Yêu cầu về khí nén

2.2.2 Chức năng của hệ thống xử lý khí nén

2.2.3 Các phương pháp xử lý khí nén

2.2.4 Bộ lọc

MÁY NÉN KHÍ

 Áp suất khí được tạo ra từ máy nén khí, ở đó năng lượng

cơ học của động cơ điện hoặc của động cơ đốt trong được chuyển đổi thành năng lượng khí nén và nhiệt năng

Nguyên lý hoạt động

 Nguyên lý thay đổi thể tích: không khí được dẫn vào

buồng chứa, ở đó thể tích của buồng chứa sẽ nhỏ lại. Như vậy theo định luật Boyle – Mariotte, áp suất trong buồng chứa sẽ tăng lên

ví dụ: máy nén khí kiểu piston, trục vít, cánh gạt.

 Nguyên lý động năng: không khí được dẫn vào buồng

chứa, ở đó áp suất khí nén được tạo ra bằng động năng

của bánh dẫn Nguyên tắc hoạt động này tạo ra lưu lượng

và công suất rất lớn

ví dụ: máy nén khí kiểu ly tâm.

 Phân loại theo áp suất

 Máy nén khí áp suất thấp p ≤ 15 bar

 Máy nén khí áp suất cao p ≥ 15 bar

 Máy nén khí áp suất rất cao p ≥ 300 bar

 Phân loại theo nguyên lý hoạt động

nén khí kiểu piston, máy nén khí kiểu cánh gạt, máy nén khí kiểu trục vít, máy nén khí kiểu root

khí theo chiều trục

2.1 MÁY NÉN KHÍ

PHÂN LOẠI MÁY NÉN KHÍ

Máy nén khí kiểu piston Máy nén khí kiểu cánh gạt Máy nén khí kiểu trục vít

• Các loại máy nén khí theo nguyên lý thay đổi thể tích

• Máy nén khí tuabin:

Máy nén khí ly tâm

MÁY NÉN KHÍ PISTON

 Việc nén khí thực hiện

bằng cách hút khí vào và

nén thể tích khí nằm giữa

piston và vỏ xy lanh

 Khi piston di chuyển sẽ

tạo nên quá trình hút và nén khí

 Các van chặn ở cửa vào

và cửa ra sẽ đóng hay mở tự động khi piston di

chuyển trong buồng xy lanh

Không khí Khí nén

Chu kỳ hút Chu kỳ nén và đẩy

Nguyên lý hoạt động của piston

Hoạt động trên nguyên lý thay đổi thể tích

Máy nén khí piston đơn một cấp

MÁY NÉN KHÍ PISTON

L u l ưu lượng: 10 m ưu lượng: 10 mợng: 10 m ng: 10 m 3 / phút

Áp suất nén: 6 ÷10 bar

MÁY NÉN KHÍ PISTON

Nguyên lý hoạt động của MNK piston 2 cấp

Máy nén khí piston kiểu chữ V

MÁY NÉN KHÍ PISTON

MÁY NÉN KHÍ CÁNH GẠT

Đường vào Đường ra

Van một chiều

Buồng làm mát

Cánh gạt

Bệ máy

Rotor lệch tâm

• Sử dụng rotor lệch tâm với các cánh gạt có thể trượt theo hướng hướng tâm để nén khí

• Không khí đi vào buồng tạo bởi cánh gạt, rotor và vỏ máy nén khí, thể tích buồng này được nới rộng ra và hình thành thể tích buồng là lớn nhất

• Khi các cánh gạt quay tiến đến cửa ra, khí sẽ được nén lại vì thể tích buồng chứa ngày càng nhỏ

• Khi thể tích giảm thì áp suất tăng cho đến khi áp suất khí đạt được lớn nhất

Cấu tạo máy nén khí cánh gạt một cấp

MÁY NÉN KHÍ CÁNH GẠT

MÁY NÉN KHÍ TRỤC VÍT

• Hoạt động theo nguyên lý thay đổi thể tích Thể tích khoảng trống giữa các răng sẽ thay đổi khi trục vít quay được một vòng

• Như vậy sẽ tạo ra quá trình hút (thể tích khoảng trống tăng lên),

quá trình nén (thể tích khoảng trống nhỏ lại) và cuối cùng là quá trình đẩy

Vận hành với 2 rotor xoắn ốc

ăn khớp với nhau

MÁY NÉN KHÍ TRỤC VÍT

Sơ đồ máy nén khí trục vít một cấp có hệ thống cấp dầu bôi trơn

Sơ đồ máy nén khí trục vít hai cấp có hệ thống cấp dầu bôi trơn

MÁY NÉN KHÍ TRỤC VÍT

Sử dụng các cặp rotor kết hợp lại với nhau Quá trình nén sẽ được chia làm

2 cấp: cấp đầu và cấp thứ hai nối tiếp  tăng hiệu suất nén lên 50% của tổng

số công suất tiêu thụ

MÁY NÉN KHÍ KIỂU ROOT

• Nguyên lý tạo áp suất dựa vào 2 cam như hình vẽ dùng để hút và

chuyển đổi dòng khí nén

• Khả năng hút của máy phụ thuộc vào khe hở giữa hai cam, khe hở giữa phần quay và thân máy

Máy nén khí kiểu root hai cấp

MÁY NÉN KHÍ KIỂU ROOT

HỆ THỐNG XỬ LÝ KHÍ NÉN

Hệ thống cung cấp và xử lý khí nén trong công nghiệp

Hệ thống phân phối khí

trong nhà máy

HỆ THỐNG XỬ LÝ KHÍ NÉN

Khí nén chứa đựng những chất bẩn được tải đi trong những ống dẫn khí sẽ gây nên sự mài mòn,

gỉ trong ống và trong các phần tử của hệ thống điều khiển  Do đó khí nén cần phải được xử lý

CHỨC NĂNG CỦA HỆ THỐNG

XỬ LÝ KHÍ NÉN

Giai đoạn xử lý khí nén

Sấy khô bằng chất làm lạnh

Lọc chất bẩn

Lọc bụi Hấp thụ khô bằng

chất làm lạnh

Bộ lọc Điều chỉnh áp suất Bộ tra dầu

Làm lạnh Tách nước Ngưng tụ Hấp thụ Bộ lọc Cụm bảo dưỡng

 Quá trình lọc thô: làm mát tạm thời khí nén từ máy nén khí đưa ra để tách

ra chất bẩn và bụi Sau đó khí nén được đưa vào bình ngưng tụ để tách hơi

nước Giai đoạn lọc thô là giai đoạn cần thiết nhất cho vấn đề xử lý khí nén.

Quá trình sấy khô: là giai đoạn xử lý tuỳ theo chất lượng yêu cầu của khí nén.

Quá trình lọc tinh: xử lý khí nén trong giai đoạn này trước khi đưa vào sử dụng.

CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ KHÍ NÉN

 Hệ thống làm lạnh

 Bộ sấy khí

 Thiết bị sấy khô bằng chất làm lạnh

 Thiết bị sấy khô bằng hấp thụ

 Hệ thống sấy khô nhiệt độ thấp

HỆ THỐNG LÀM LẠNH

Hệ thống ống dẫn

nước làm lạnh

Cửa xả nước

Tách nước chứa trong khí nén

Đường dẫn nước làm lạnh vào

Nước làm lạnh đi ra Đường dẫn khí 25 0 C vào Đường dẫn khí 15 0 C ra

Nguyên lý hoạt động của bình ngưng tụ làm lạnh bằng nước

Khí nén sẽ được làm lạnh và phần lớn lượng hơi nước chứa trong khơng khí sẽ

được ngưng tụ

và tách ra

BỘ SẤY KHÍ

Bộ phận trao đổi nhiệt

khí - chất Bộ phận trao đổi nhiệt khí - khí

Khí nén từ máy nén khí

Khí nén nóng sạch sấy khô

Bộ phận kết tủa

Bộ phận kết tủa

Chất làm lạnh

Máy phát chất làm lạnh

Nguyên tắc hoạt động của thiết bị sấy khô bằng chất làm lạnh

Khí nén đã được sấy khô

Khí nén từ máy nén khí

Van (mở) Van (đóng)

Van (mở) Van (đóng)

Bình hấp thụ 1 Bình hấp thụ 2

Khí nóng

Bộ phận nung nóng

4

3 7

1 2

BỘ SẤY KHÍ

Quá trình vận hành của thiết bị sấy khô bằng hấp thụ

Chất sấy khơ: silicagel SiO2 , nhiệt độ điểm sương -50 0 C, nhiệt độ tái tạo t = 120 0 C -

chứa chất sấy khơ và

thực hiện quá trình sấy

khơ.

Bình sấy khơ thứ hai sẽ

tái tạo lại khả năng hấp

thụ của chất sấy khơ

(chất háo nước) mà đã

dùng lần trước đĩ

1 Đường khí nén vào

2 Chất hấp thụ

3 Đường khí nén ra sau

khi được sấy khô

4 Nước ngưng tụ 5

1

2 3

Khơng khí ẩm sẽ được đưa

vào bình từ cửa 1, sau khi đi

qua chất hấp thụ 2, lượng hơi

nước trong khơng khí sẽ kết

van 5 Phần khơng khí sấy

khơ sẽ theo cửa 3 vào hệ

thống điều khiển.

Nguyên lý hấp thụ bằng phản ứng hĩa học

Xả

Không khí khô Không khí ẩm

Hệ thống lạnh

Hệ thống sấy khô nhiệt độ thấp

BỘ SẤY KHÍ

Khơng khí ẩm đi vào

bộ trao đổi nhiệt sau

đĩ sẽ được làm lạnh

và sẽ cho ra khơng khí khơ

Ở đây bộ trao đổi nhiệt chính là một hệ thống lạnh Bình

ngưng tụ sẽ chứa nước ngưng tụ và cĩ thể xả ra

Khơng khí được làm lạnh khơ sau đĩ sẽ được làm ấm lại

BỘ LỌC

Bộ lọc và ký hiệu

VAN LỌC

(Filters)

 Van lọc có nhiệm vụ tách các thành phần chất bẩn và hơi nước ra khỏi khí nén.

 Các hạt bụi có kích thước lớn hơn 0,01 µm nên bị loại trừ ra khỏi dòng khí cấp cho hệ thống, có nhiều cấp lọc khác nhau để hệ thống làm việc tốt hơn.

 Ứng dụng: Khí nén phải được lọc tách dầu và làm sạch

• Trong lĩnh vực công nghệ thực phẩm,

• Quá trình sản xuất dược phẩm,

• Hệ thống hoạt động bằng đệm khí và sơn phun

VAN LỌC VỚI CỬA XẢ NƯỚC BẰNG TAY

Filter (with manual drain)

 Van lọc cần được

kiểm tra kỹ hàng ngày để đảm bảo mức nước không vượt quá mức cho phép để xả

ra ngoài khi cần thiết

 Van xả cho phép

nước thải được đưa ra ngoài với áp suất.

VAN LỌC VỚI CỬA XẢ NƯỚC TỰ ĐỘNG

(Fully automatic drain valve)

suất khí, khi mực nước trong van lọc tăng lên sẽ nâng phao nổi lên làm cho cửa xả mở ra và xả nước ra ngoài

cho cửa xả đóng lại

cứ thời điểm nào, cửa xả nước sẽ mở tự động

VAN ĐIỀU ÁP

(Pressure Regulators)

 Van điều chỉnh áp suất: giữ áp suất được điều chỉnh không đổi,

mặc dầu có sự thay đổi bất thường của tải trọng làm việc ở phía đường ra hoặc sự dao động của áp suất ở đường vào van

Cấu tạo và ký hiệu van điều chỉnh áp suất

VAN ĐIỀU ÁP

4 6

8 10

40 80 120 lbf/in 2

40 80 120 lbf/in 2

bar

VAN ĐIỀU ÁP

 Vặn vít điều chỉnh theo chiều kim đồng hồ để tăng

2

4 6

8 10

40 80 120 lbf/in 2

bar

VAN ĐIỀU ÁP

 Áp suất mong muốn đạt được khi áp suất tác động lên màng hồn tồn cân bằng với lực lị xo và van

sẽ đĩng lại

2

4 6

8 10

40 80 120 lbf/in 2

bar

VAN ĐIỀU ÁP

 Đây là van giảm áp cho phép giảm áp suất tới mức đã được điều chỉnh thấp hơn

 Vặn vít điều chỉnh ngược chiều kim đồng hồ để giảm lực lị xo

 Lực tác động lên màng lớn hơn lực lị xo sẽ đẩy màng lên khỏi kim van

 Áp suất khí sẽ xả ra đến khi màng co lại

2

4 6

8 10

40 80 120 lbf/in 2

bar

VAN ĐIỀU ÁP

 Một khi đạt đến áp suất đã thiết lập, nhấn khĩa điều chỉnh để tránh những thay đổi bất thường

2

4 6

8 10

40 80 120 lbf/in 2

bar

VAN TRA DẦU

(Micro-fog lubricator)

 Để giảm lực ma sát, sự ăn mòn và sự gỉ của các phần tử trong

hệ thống điều khiển bằng khí nén, trong thiết bị lọc có gắn thêm van tra dầu

VAN TRA DẦU

Cấu tạo và ký hiệu van tra dầu

VAN TRA DAÀU

1 Vòi phun Venturi

VAN TRA DAÀU

 Những giọt dầu sẽ được nhỏ

ra bởi sự chênh lệch áp suất giữa P1 và P3

 Tất cả những giọt dầu sẽ chảy qua đầu phun Áp suất rơi

trên P3 được tạo bởi ống venturi trong đầu phun

 Chỉ 10% phần tử dầu nhỏ nhất và nhẹ nhất mới có thể thoát ra cửa bình chứa bởi sự chênh áp giữa P1 : P2

P 1

P 3

P 1

P 2

VAN TRA DAÀU

P 1

P 3

P 1

P 2

điều chỉnh lượng dầu chảy qua

chỉnh để đạt được 20 giọt/phút với lưu lượng 10 dm3/s

độ phẳng khi mà lưu lượng tăng lên, có tác dụng điều khiển độ chênh áp P1 : P2 để bôi trơn không khí trong bình chứa

VAN TRA DAÀU

 Vì bình chứa lượng dầu khá nhiều nên van tra dầu (Micro-fog lubricator)

không thể được tiếp thêm dầu khi còn áp suất khí

 Đầu tiên sẽ ngừng cấp khí

từ nguồn khí

 Tháo bình chứa ra và tiếp thêm dầu Sau đó cẩn thận lắp bình chứa vào, và mở nguồn cấp khí