BÀI 1 P1

BÀI 1: MÁY NÉN KHÍ , PHÂN PHỐI VÀ THIẾT BỊ XỬ LÝ KHÍ NÉN Máy nén khí Áp suất khí tạo từ máy nén khí, ăng lượng học động cưo điện động đốt chuyển đổi thành lượng khí nén nhiệt 1.1.Phân loại, nguyên tắc hoạt động ưu nhược điểm a) Nguyên lý hoạt động - Ngun lý thay đổi thể tích: khơng khí đủa vào buồng chứa, đố thể tích bường chứa nhỏ lại Theo định luật Boyle – Mariotte áp suất buồng chứa tăng lên.Máy nén khí hoạt động theo nguyên lý thể tích bao gồm: máy nén khí kiểu pittong, bánh răng, cánh gạt v.v - Ngun lý động ( máy nén dịng): khơng khí đưa vào bường chứa, áp suất khí nén tạo động bánh dẫn Nguyên tắc hoạt động tạo lưu lượng cơng suất lớn Máy nén khí hoạt động theo nguyên lí bao gồm: máy nén khí kiểu ly tâm, máy nén khí dịng hỗn hợp.v.v b) Phân loại: - Theo áp suất: + Máy nén khí áp suất thấp p < 15bar + Máy nén khí áp suất thấp p ≥ 15bar + Máy nén khí áp suất thấp p ≥300bar - Theo nguyên lý hoạt động: + Máy nén khí theo nguyên lý thay đổi thể tích: máy nén kiểu pittong, máy nén khí kiểu cánh gạt, máy nén khí kiểu root, máy nén khí kiểu trục vít + Máy nén khí theo nguyên lý động năng: máy nén khí ly tâm, máy nén theo trục 1.2 Máy nén khí kiểu pittơng Trong doanh nghiệp, máy nén pittông sử dụng rộng rãi cho nén khí làm lạnh Các máy nén khí hoạt động nguyên lý bơm xe đạp đặc trung ổn định lưu lượng áp suất đẩy thay đổi suất máy tỷ lệ thuận với tốc độ Tuy nhiên công suất máy nén lại thay đổi a) Cấu tạo - Máy nén pittơng có nhiều cấu tạo khác nhau, bốn loại sử dụng nhiều là: thẳng đứng, nằm ngang, nối tiếp nằm ngang cân - đối xứng - Máy nén pittông trục đứng sử dụng khoảng công suất từ 50 – 150 cfm (foot khối/ phút) - Máy nén nằm ngang cân đối xứng sử dụng khoảng công suất từ 200– 5000 cfm (foot khối/ phút) sử dụng với nhiều cấp lên tới 10.000cfm với thiết kế cấp - Máy nén khí pittơng loại máy nén khí tác động đơn q trình nén sử dụng phía pittơng Nếu máy nén sử dụng phía pittong máy nén tác động kép - Máy nén cấp máy nén có trình thực xylanh đơn số xylanh song song (hình 8) Hình 4: Mặt cắt máy nén pittong - Rất nhiều ứng dụng yêu cầu vượt khả thực tế cấp nén đơn lẻ Tỷ số nén cao(áp suất đẩy tuyệt đối/ áp suất hút tuyệt đối ) làm nhiệt độ cửa đẩy cao mức gây vấn đề thiết kế khác Điều dẫn đến nhu cầu sử dụng máy nén hai hay nhiều cấp cho yêu cầu áp suất cao với nhiệt độ khí cấp (cửa đẩy) thấp (1400C – 1600C) so với máy nén cấp (2050C – 2400C) Trong sử dụng thực tế, nhà máy, xí nghiệp dùng máy nén pittong 100 mã lực nhiều cấp, hai nhiều bước nén ghép nối tiếp Khơng khí thường làm mát cấp đẻ giảm nhiệt đọ thể tích đưa vào cấp Máy nén khí pittơng có sẵn dạng làm mát khơng khí làm mát nước, có bơi trơn khơng bơi trơn, bán dạng tổng thành trọn gói với dải áp suất công suất rộng b) Nguyên lý hoạt động Nguyên lý hoạt động máy nén kiêu pittông cấp ( hình 10) Hình 2.5: Nguyên lý hoạt động máy nén khí kiểu pittong cấp + Khơng khí hút vào pittong xuống, van nạp mở ra, van xả đóng lại áp suất giảm xuống Đây gọi pha hút + Ở điểm chết pittơng, van nạp đóng, buồng khí đóng kín + Pittông lên, áp suất tăng, van xả mở, gọi pha nén + Ở điểm chết pittơng, van xả đóng lại, van nạp mở chuẩn bị cho chu trình - Máy nén khí kiểu pittơng ấp hút lưu lượng đến 10m 3/phút bà áp suất nén 6bar, số trường hợp áp suất nén đến 10bar c) Ưu, nhược điểm máy nén khí kiểu pittơng: - Ưu điểm: Cứng, vững, hiếu suất cao, kết cấu vận hành đơn giản - Nhược điểm: Tạo khí nén theo xung, thường có dầu, ồn * Một số máy nén khí kiểu pittơngđược sử dụng thực tế: Hình b: Máy pittơng áp suất thấp Hình a: Máy nén pittơng cơngnén nghiệp 1.3 Máy nén khí kiểu cánh gạt a) Cấu tạo máy nén khí kiểu cánh gạt Máy nén khí kiểu cánh gạt bao gồm: Thân máy, mặt bích thân máy, mặt biwchs trục, rôto lắp trục Trục rôto lắp lệch têm so với bánh dẫn truyền động Khi rơto quay trịn, tác dụng lực ly tâm bánh gạt chuyển động tự rãnh rôto đầu cánh gạt tựa vào bánh dẫn chuyển động Thể tích giới hạn bánh gạt bị thay đổi Như trình hút nén thực Để làm mát khí nén, thân máy có rãnh để dẫn nước vào làm mát Bánh dẫn bôi trơn quay tròn thân máy để giảm bớt hao mòn cánh tựa vào b) Nguyên lý làm việc máy nén khí kiểu cánh gạt - Khơng khí hút vào buồng hút Nhờ rơto stato đặt lệch khoảng lệch tâm, nên rơ to quay sang phải khơng khí đua vào buồng nén Sau khí nén đưa vào buồng đẩy c) Ưu, nhược điểm máy nén khí kiểu cánh gạt - Ưu điểm: Kết cấu gọn, máy chạy êm, khí nén khơng bị xung - Nhược điểm: Hiệu suất thấp, khí nén bị nhiễm dầu * Một số máy nén khí kiểu cánh gạt sử dụng thực tế: 1.4 Máy nén khí kiểu trục vít a) Cấu tạo máy nén kiểu trục vít Máy nén khí trục vít có khoảng năm 1950 chiếm thị trường lớn lĩnh vực nén khí, loại máy nén khí có vỏ đặc biệt bao bọc quanh hai trục vít, lồi, mơt lõm Máy nén khí kiểu trục vít hoạt động theo nguyên lý thay đổi thể tích Máy nén khí trục vít gồm hai trục: Trục trục phụ Các hai trục vít ăn khớp với số trục vít lồi số trục vít lõm từ đến răng, hai trục vít phải quay đồng với Nguyên lý làm việc Khi trục vít quay nhanh, khơng khí hút vào bên vỏ thông qua cử nạp vào buồng khí trục vít khơng khí nén buồng khí nhỏ lại, sau khí nén tới cửa cửa nạp cửa đóng mở tự động trục vít quay khơng che cửa Ở cửa máy nén khí có lắp van chiều để ngăn trục vít tự quay q trình nén dừng c) Ưu, nhược điểm máy nén khí kiểu trục vít - Ưu điểm: Khí nén khơng bị xung, sạch, tuổi thọ vít cao ( 15.000 đến 40.000 giờ), nhỏ gọn, chạy êm - Nhược điểm: Giá thành cao, tỷ số nén bị hạn chế Hình 2.10 : Sơ đồ hệ thống máy nén khí kiểu trục vít có hệ thống dầu bơi trơn * Một số máy nén khí kiểu trục vít sử dụng thực tế: Hình a : Máy nén khí kiểu trục vít lưu động 1.5 Máy nén khí kiểu Root Máy nén khí kiểu root gồm có cánh quạt (Pittơng có dạng hình số 8) Các pittong quay đồng bộbằng truyền động thân máy trình quay khơng tiếp xúc với Như khả hút máy phụ thuộc vào khe hở pittông, khe hở phần quay thân máy Máy nén kiểu root tạo áp suất theo ngun lý thể tích mà gọi nén từ dịng phía sau Điều có nghĩa là, rơto quay vịng, chưa tạo áp suất buồng đẩy, rô to quay tiếp đến vịng thứ dịng lưu lượng đẩy vào dịng lưu lượng ban đầu cuối vào buồng đẩy Với nguyên tắc hoạt động làm cho tiếng ồn tăng lên Hình 2.11 : Nguyên lý hoạt động máy nén khí kiểu root 1.6 Máy nén khí kiểu tua bin a) Cấu tạo máy nén khí kiểu tua bin Máy nén khí ly tâm sử dụng đĩa xoay hình cánh quạt bánh đẩy để ép khí vào phầm rìa bánh đẩy làm tăng tốc độ khí Bộ phận khuếch tán máy chuyển đổi lượng tốc độ thành áp suất Máy nén khí ly tâm thường sử dụng ngành công nghiệp nặng môi trường làm việc liên tục Chúng thường lắp cố định Cơng suất chúng từ hàng trăm đến hàng ngàn mã lực Với hệ thống làm việc gồm nhiều máy nén khí ly tâm, chúng tăng áp lực đầu 10000 lbf/in² (69 MPa) Nhiều hệ thống làm tuyết nhân tạo sử dụng loại máy nén Chúng sử dụng động đốt trong, nạp động tua-bin Máy nén khí tua bin sử dụng động tua-bin gas nhỏ giống tầng nén khí cuối động tua-bin gas cỡ trung bình Hình 2.12 : Cấu tạo máy nén khí kiểu tua bin b) Nguyên lý làm việc Trong máy nén khítua bin, cấp gồm ngăn, cánh quạt, khuêch tán ống khuêch tán Khi cánh quạt quay có nhiều cánh với tốc độ cao, khơng khí hút vào cánh quạt với vận tốc lớn áp suất cao sau khơng khí vào vịng khch tán tĩnh Ở khơng khí giãn nở vận tốc giảm xuống áp suất tăng cách đáng kể.Từ khch tán tổ hợp, khơng khí giãn nở áp suất tăng đến cấp trực tiếp đến ngõ Thiết bị xử lý khí nén 2.1 Yêu cầu khí nén Khí nén tạo từ máy nén khí chứa đựng nhiều chất bẩn, độ bẩn mức độ khác Chất bẩn bao gồm bụi, độ ẩm khơng khí hút vào, phần tử nhỏ chất cặn bã dầu bôi trơn truyền động khí Hơn nữa, q trình nén, nhiệt độ khí tăng lên, gây nen q trình ơxi hóa số phần tử ttrên.Như vậy, khí nén bao gồm chất bẩn tải ống dẫn khí, gây nên ăn mòn, gỉ ống đãn phần tử hệ thống điều khiển Vì vậy, khí nén sử dụng hệ thống điều khiển phải xử lý Tùy thuộc váo phạm vi sử dụng mà xá định yêu cầu chất lượng khí nén tương ứng cho trường hợp cụ thể Khí nén tải từ từ máy nén khí gồm chất bẩn thô: hạt bụi, chất cặn bã dầu bôi trơn truyền động khí, phần lớn chất bẩn xử lý thiết bị gọi thiết bị làm lạnh tạm thời Sau khí nén dẫn vào bình tụ nước, độ ẩm khí nén ( lượng nước) phần lớn ngưng tụ – giai đoạn náy gọi giai đoạn xử lý thô Nếu thiết bị xử lý giai đoạn tốt khí nén xử dụng cho dụng cụ dùng khí nén tay, thiết bị đồ gá chi tiết đơn giản Hệ thống khí nén bao gồm phần: lọc khí vào, thiết bị làm mát cấp(làm mát trung gian), thiết bị làm mát sau( làm mát sau nén), thiết bị làm khơ khí, bẫy lọc ẩm, bình chứa, hệ thống đường ống, lọc, thiết bị điều tiết bôi trơn - Bộ lọc khí vào: ngăn khơng cho bụi vào máy nén: bụi vào gây tắc ghẽn van, làm mòn xy lanh phận khác - Thiết bị làm mát cấp: Giảm nhiệt độ khí trước vào cấp để giảm tải nén tăng hiệu suất Khí thường làm mát nước - Thiết bị làm mát sau: Để loại bỏ nước khơng khí cách giảm nhiệt độ trao đổi nhiệt dùng nước làm mát - Bộ làm khô khí: Lượng ẩm cịn sót lại sau qua thiết bị làm mát sau loại bỏ nhờ làm khơ khí, khí sử dụng cho thiết bị khí nén phải gần khơ hồn tồn Hơi ẩm bị loại bỏ nhờ sửu dụng chất hấp thụ sillic oxit, than hoạt tính giàn làm khô làm lạnh hay nhiệt độ từ sấy máy nén khí - Bẫy lọc ẩm: bẫy lọc ẩm sử dụng để loại bỏ độ ẩm khí nén Những bẫy tương tự bẫy Các loại bẫy sử dụng gồm: van xả tay, van xả tự động van xả theo thời gian v.v nén- giảm thay đổi áp st từ máy nén - Bình tích chứa:Các bình tích dùng để tích chứa khí nén giảm xung Hình 2.13: Hệ thống xử lý khí nén Hệ thống xử lý khí nén phân thành giai đoạn: - Lọc thơ: Làm mát tạm thời khí nén từ máy nén khí ra, để tách chất bẩn bụi Sau đưa vào bình ngưng tụ để tách nước Giai đoạn lọc thô giai đoạn cần thiết cho vấn đề xử lý khí nén - Phương pháp sấy khô: Giai đoạn xử lý tùy theo chất lượng khí nén - Lọc tinh: Xứ lý khí nén giai đoạn này, trước đưa vào sử dụng Giai đoạn cần thiết cho hệ thống điều khiển 2.2 Cấu tạo, nguyên lý lọc, chỉnh áp suất, thiết bị bôi trơn 2.2.1 Bộ lọc Trong số lĩnh vực, ví dụ như: dụng cụ cầm tay sử dụng truyền động khí nén, thiết bị, đồ gá đơn giản hệ thống điều khiển đơn giản dùng khí nén … cần sử dụng lọc khơng khí Bộ lọc khơng khí tổ hợp gồm phần tử: van lọc, van điều chỉnh áp suất, van tra dầu Van lọc có nhiệm vụ tách thành phần chất bẩn nước khỏi khí nén.Có hai ngun lý thực hiện: - Chuyển động xốy dịng áp suất khí nén van lọc - Phần tử lọc xốp làm chất như: vải dây kim loại, giấy thấm ướt, kim loại thêu kết vật liệu tổng hợp Hình 2.19: Nguyên lý làm việc van lọc ký hiệu Khí nén tạo chuyển động xoáy qua xoắn kim loại, sau phần tử lọc, tùy theo yêu cầu chất lượng khí nén mà chọn loại phần tử lọc có loại từ 5µm đến 7µm trường hợp yêu cầu chất lượng khí nén cao, vật liệu phần tử lọc chọn sợi thủy tinh có khả tách nước đến 99% Những phần tử lọc dịng khí nén chuyển động từ ngồi Hình 2.20: Phần tử lọc 2.2.2 Bộ điều chỉnh áp suất Van điều chỉnh áp suất có cơng dụng giữ cho áp suất khơng đổi có thay đổi bất thường tải trọng làm việc phía đầu dao động áp suất đường vào Nguyên tắc hoạt động van điều chỉnh áp suất: điều chỉnh trục vít, tức điều chỉnh vị trí đĩa van, trường hợp áp suất đường tăng lên so với áp suất điều chỉnh, khí nén qua lỗ thông tác dụng lên màng , vị trí kim van thay đổi, khí nén qua lỗ xả khí ngồi Đến áp suất đường giảm xuống với áp suất điều chỉnh, kim van trở vị trí ban đầu Hình 2.21: Van điều chỉnh áp suất ký hiệu 2.2.3 Thiết bị bôi trơn Để giảm lực ma sát, ăn mòn rỉ sét phần tử hệ thống điều khiển khí nén, thiết bị van lọc có thêm van tra dầu Nguyên tắc tra dầu thục theo nguyên lý Ventury Điều kiện để dầu qua ống Ventury độ sụt áp ∆p phải lớn áp suất cột dầu H Hình 2.22: Nguyên lý Ventury 2.3 Các phương pháp xử lý khí nén a) Xử lý khí nén bình ngưng tụ- làm lạnh khơng khí Khí nén sau khỏi máy nén khí dẫn vào bình ngưng tụ Tại áp suất khí nén làm lạnh phần lớn lượng nước chứa khơng khó ngưng tụ tác Làm lạnh khơng khí, nhiệt độ khí nén bình ngưng tụ đạt khoảng từ 300C đến 350C Làm lạnh nước (nước làm lạnh có nhiệt độ 100C) nhiệt độ bình ngưng tụ đạt 200C Hình 2.15: Nguyên lý hoạt động bình ngưng tụ nước b) Xử lý khí nén thiết bị sấy khô chất làm lạnh Nguyên lý phương pháp sấy khô chất làm lạnh là: khí nén qua phận trao đổi nhiệt khí- khí Tại đây, dịng khí nén vào làm lạnh sơ dịng khí nén sấy khô xử lý từ ngưng tụ lên Sau làm lạnh sơ bộ, dòng khí nén vào phận trao đổi nhiệt khí- chất làm lạnh Quá trình làm lạnh thực cách cho dịng khí nén chuyển động đảo chiều ống đẫ Nhiệt độ hóa sương 20C Như lượng nước dịng khí nén vào ngưng tụ Dầu, nước, chất bẩn sau tách khỏi dịng khí nén đưa ngồi qua van nước ngưng tụ tự động(4) Dịng khí nén làm cịn lạnh đưa đén phận trao đổi nhiệt (1) để nâng nhiệt độ lên khoảng từ 0C đến 80C trước đưa vào sử dụng Chu kỳ hoạt động chất làm lạnh thực máy nén để phát chất làm lạnh (5) Sua chất làm lạnh nén qua máy nén, nhiệt độ tăng lên, bình ngưng tụ(6) có tác dụng làm nguội chất làm lạnh quạt gió Van điều chỉnh lưu lượng (8) rơle nhiệt độ(7) có nhiệm vụ điều chỉnh dòng lưu lượng chất làm lạnh hoạt động có tải, khơng tải q nhiệt Hình 2.16: Sấy khơ chất làm lạnh c) Xử lý khí nén thiết bị sấy khơ chất hấp thụ Sấy khô chất hấp thụ q trình vật lý hay q trình hóa học - Q trình vật lý: Chất sấy khơ hay gọi chất háo nước hấp thụ lượng nước khơng khí ẩm Thiết bị gồm bình Bình thứ chứa chất sấy khơ thực trình hút ẩm Bình thứ hai tái tạo lại khả hấp thụ chất sấy khô Chất sấy khô thường sử dụng: silicagen SiO 2, nhiệt độ điểm sương -500C, tái tạo từ 1200C đến 1800C Hình 2.17: Nguyên lý hấp thụ trình vật lý Q trình hóa học: Thiết bị gồm bình chứa chất hấp thụ (thường dùng NaCl) Khơng khí ẩm đưa vào cửa (1) qua chất hấp thụ (2) Lượng nước khơng khí kết hợp với chất hấp thụ tạo thành giọt nưosc lắng xuống đáy bình Phần nước ngưng tụ dẫn ngồi van (5) Phần khơng khí khơ theo cửa (4) vào hệ thống Hình 2.18: Nguyên lý hấp thụ phản ứng hóa học ... -500C, tái tạo từ 12 00C đến 18 00C Hình 2 .17 : Nguyên lý hấp thụ trình vật lý Q trình hóa học: Thiết bị gồm bình chứa chất hấp thụ (thường dùng NaCl) Khơng khí ẩm đưa vào cửa (1) qua chất hấp thụ... vào buồng đẩy Với nguyên tắc hoạt động làm cho tiếng ồn tăng lên Hình 2 .11 : Nguyên lý hoạt động máy nén khí kiểu root 1. 6 Máy nén khí kiểu tua bin a) Cấu tạo máy nén khí kiểu tua bin Máy nén... cao với nhiệt độ khí cấp (cửa đẩy) thấp (14 00C – 16 00C) so với máy nén cấp (2050C – 2400C) Trong sử dụng thực tế, nhà máy, xí nghiệp dùng máy nén pittong 10 0 mã lực nhiều cấp, hai nhiều bước nén