ĐỀ CƯƠNG KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN THỦY KHÍ

1 Soạn Đề cương thủy khí 21/6/2020 KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN THỦY KHÍ 1.Trình bày khái niệm, ưu nhược điểm hệ thống vận hành khí nén? a) Khái niệm chung : - Hệ thống khí nén hệ thống mà thiết bị khí hoạt động nhờ tác động khí nén Bằng việc nén khí, lượng khí tích lũy để cung cấp cho hệ thống khí - Các thiết bị khí chuyển động tịnh tiến chuyển động quay: Các thiết bị khí chuyển động tịnh tiến hệ thống đóng mở cửa tự động xe bus tàu hỏa, … Các thiết bị chuyển động quay máy khoan, máy đánh bóng kim loại vận hành khí nén, … - Việc sử dụng khí nén cho phép giảm giá thành lắp đặt bảo dưỡng hệ thống - Hệ thống khí nén với áp suất thấp sử dụng rộng rãi lĩnh vực tự động hóa máy sản xuất, ngành cơng nghiệp khác ngày sử dụng để điều khiển q trình cơng nghiệp nhờ đặc tính chống nổ dễ bảo trì sữa chữa Khí nén đóng vai trị quan trọng điều khiển tự động b) ưu điểm: Về tính khả thi: khí nén sử dụng rộng rãi cơng nghiệp cho ứng dụng khác từ việc khoan, mài sơn phun, … Ngày nay, xí nghiệp cơng nghiệp trang bị hệ thống khí nén để cung cấp khí cho máy cơng cụ - Khí lấy dễ dàng từ khơng khí xả mơi trường xung quanh, nghĩa hệ thống không cần đường hồi Đây ưu điểm lớn hệ thống khí so với hệ thống thuỷ lực: yêu cầu phải có đường hồi phải có biện pháp chống rị rỉ chất lỏng - Về độ tin cậy: thiết bị khí làm việc tin cậy thiết bị điện điện tử - Khả thích nghi: tham gia vào q trình tự động hóa, … - Có thể hoạt động điều kiện môi trường không thuận tiện: phần tử khí khơng bị ảnh hưởng bụi, khơng bị mài mòn hệ thống điện thủy lực, hệ thống khí có khả chịu rung động hoạt động an tồn mơi trường dễ cháy nổ, … đặc biệt thích hợp nhà máy hóa chất, … - Tính an tồn cao: Máy nén khí hoạt động với độ an tồn cao so với máy phát điện bơm thủy lực - Trong chuyển động tịnh tiến: nhiều trình tự động liên quan đến chuyển động tịnh tiến có chu kỳ, thiết bị điện, chuyển động tịnh tiến biên độ 50mm khó thực với thiết bị khí thực chuyển động tịnh tiến tới 3m - Về yêu cầu thay đổi tốc độ: mạch khí dễ dàng dùng để thay đổi tốc độ - Về tính kinh tế: hệ thống khí có chi phí lắp đặt bảo dưỡng thấp c) Nhược điểm : NHAT TIEN Soạn Đề cương thủy khí 21/6/2020 - Sự nhiệt khí bị nén vấn đề cần quan tâm khí nén cần làm lạnh - Những động khí chuyển động quay (được sử dụng máy nâng, máy trộn, máy mài, …) có hiệu suất thấp (khoảng 20%) so với động điện (khoảng 90%) Tuy nhiên, động khí bền đạt tốc độ cao (như máy khoan dùng nha khoa, máy đánh bóng kim loại, …) - Có thể thiết kế hệ thống điều khiển dùng hồn tồn thiết bị khí nhiên công nghiệp thường sử dụng thiết bị khí kết hợp với thiết bị khác điện hoăc điện tử Trình bày đơn vị đo hệ thống khí nén ứng dụng khí nén lĩnh vực điều khiển, truyền động? NHAT TIEN Soạn Đề cương thủy khí 21/6/2020 Trình bày ngun lý hệ thống cung cấp khí nén theo hình đây: Truyền tải khơng khí nén thực ống dẫn khí nén, cần phân biệt mạng đường ống lắp ráp cố định (như nhà máy) mạng đường ống lắp ráp thiết bị, máy Yêu cầu thiết bị phân phối khí nén đảm bảo áp suất p, lưu lượng Q chất lượng khí nén cho nơi tiêu thu, cụ thể thiết bị máy móc Ngồi tiêu chuẩn chọn hợp lý máy nén khí, tiêu chuẩn chọn thơng số hệ thống ống dẫn, bảo hành hệ thống thiết bị phân phối khí nén đóng vai trị quan trọng phương diện kinh tế yêu cầu kỹ thuật cho hệ thống điều khiển khí nén Yêu cầu tổn thất áp suất thiết bị phân phối khí nén (từ bình tích chứa nơi tiêu thụ, cụ thể thiế bị máy móc) khơng vượt q 1,0 bar, theo tiêu chuẩn cụ thể sau: NHAT TIEN Soạn Đề cương thủy khí 21/6/2020 - Tổn thất áp suất ống dẫn 0.1 bar - Tồn thất áp suất ống nối 0.1 bar - Tổn thất áp suất thiết bị sử lý khí nén (trong bình ngưng tụ, tích nước) 0.2 bar - Tổn thất áp suất thiết bị lọc tinh 0.6 bar Trình bày nguyên lý máy nén khí, nêu nguyên lý đặc trưng ưu nhược điểm (nếu có) loại máy nén khí bản: Máy nén khí tịnh tiến, cánh quay trục vít NHAT TIEN Soạn Đề cương thủy khí 21/6/2020 2.2.2 Máy nén cánh quay (rotating vane compressor) Nguyên lý cầu tạo hoạt động hình vẽ 2.5 Khơng khí từ ngồi mơi trường hút vào buồng nén máy nén thông qua lọc Buồng nén bao gồm stator bố trí rotor đặt lệch tâm Rotor có rãnh dọc trục bố trí cánh gạt Cánh gạt dịch chuyển rãnh bôi trơn lớp dầu mỏng Khi hoạt động, cánh gạt giữ vị trí tựa vào thành stator tác dụng lực ly tâm Do rotor bố trí lệch trục với trục stator quay thể tích buồng nén giảm làm cho áp suất khí buồng nén tăng lên Khi quay đến vị trí buồng nén nối thơng với cửa khí nén cấp cho hệ thống sử dụng Việc làm kín, làm mát bơi trơn đảm bảo nhờ vào dầu bôi trơn đưa vào buồng nén trình máy hoạt động NHAT TIEN Soạn Đề cương thủy khí 21/6/2020 2.2.3 Máy nén trục vít (rotary screw compressor) Máy nén khí trục vít hoạt động theo nguyên lý thay đổi thể tích Máy nén khí trục vít gồm có hai trục Trục trục phụ Máy nén khí trục vít đời vào khoảng năm 1950 chiếm lĩnh thị trường lớn lãnh vực khí nén Loại máy nén khí có vỏ đặt biệc bao bọc quanh hai trục vít quay, lồi lõm Các hai trục vít ăn khớp với số trục vít lồi trục vít lõm đến Hai trục vít phải quay đồng với nhau, trục vít vỏ bọc có khe hở nhỏ Trình yêu cầu nguyên lý hoạt động lọc khí hệ thống xử lý khí nén theo hình vẽ: NHAT TIEN Soạn Đề cương thủy khí 21/6/2020 Bộ lọc khí Nước, chất rắn dầu cặn cần phải tách hồn tồn phần khỏi khí nén trước đưa vào sử dụng Tuy nhiên, trình phức tạp tốn cần thực mức chấp nhận tùy thuộc vào yêu cầu sử dụng Chất rắn cặn bẩn, cát, sản phẩm carbon, nói chung hạt có đường kính > 25µm cần phải lọc khỏi khí nén Bộ lọc thường làm từ sợi thủy tinh, gốm, nylon, nỉ, … Hoạt động: - Khí nén qua lọc từ trái sang phải qua màng cản cốc lọc Ảnh hưởng màng cản làm cho dịng khí cốc quay hạt bụi bẩn giọt nước bị tác dụng lực ly tâm ngược với hướng mặt thành cốc lọc Sau chúng xuống đáy vỏ lọc tích tụ cốc lọc - Khí nén làm trước theo cách sau qua màng lọc, nơi lọc chất bụi bẩn với kích thước nhỏ Màng lọc trường hợp bao gồm vật liệu thiêu kết với độ xốp cao Độ lọc phụ thuộc vào cỡ lọc màng lọc sử dụng Chất lỏng có khí nén thường nước, sau hấp thụ khói tạo thành axit yếu, cặn dầu tạo thành chất lỏng sền sệt Trong trình nén làm lạnh sau đó, phần nước ngưng tụ thành dạng lỏng nên dễ tách lọc Các lọc ép khí vào hướng riêng biệt để tạo lực ly tâm tách nước giọt dầu khỏi dịng khí Lượng chất lỏng ngưng tụ từ có thể tích khí nén tăng tỷ lệ thuận với áp suất tỷ lệ nghịch với nhiệt độ Vì vậy, tăng áp suất giảm nhiệt độ phương pháp hữu hiệu để tách nước khỏi khí nén Trong hệ thống cơng nghiệp, khí nén đưa qua thiết bị làm lạnh để lấy bớt nhiệt, giảm nhiệt độ tăng độ ngưng tụ Trong trình phân phố khí, áp suất rơi đường ống dẫn làm giảm nhiệt độ tăng độ ngưng tụ van xả phận khơng phần quan trọng hệ thống ống phân phối khí Cuối lọc nhỏ phải đặt đường ống gần với điểm trích nước trước sử dụng khí để bảo vệ cho thiết bị Ngày nay, người ta thường sử dụng lọc có chức tự động làm đường ống nghỉ để giảm thiểu công việc bảo dưỡng tránh trường hợp chất cặn bẩn quay trở lại hệ thống Sau tất chất lỏng chất rắn tách khỏi khí nén cần đưa qua thiết bị làm khơ khí để tách nước Có ngun tắc làm khơ khí: - Thiết bị hấp thụ nước tác nhân (hydroscopic absorption by an agent) - Bộ làm khô đông lạnh (refrigeration dryer) - Bộ làm khơ tan rửa dùng hóa chất (chemical deliquescent dryer) Những lọc làm việc hiệu việc tách nước khâu phức tạp tốn nên sử dụng cần thiết NHAT TIEN Soạn Đề cương thủy khí 21/6/2020 Trình yêu cầu nguyên lý hoạt động điều áp suất khí hệ thống xử lý khí nén theo hình vẽ: Bộ điều chỉnh áp suất khí Sau khí làm sạch, cần phải điều chỉnh để hoạt động với áp suất tối ưu hệ thống Tất phần tử khí cần phải hoạt động áp suất định mức để tăng hiệu suất làm việc hệ thống độ bền phần tử riêng biệt Những điều chỉnh áp suất, lắp đặt điểm khác mạch khí có chức trì áp suất khơng đổi đường ống để điều khiển lực tạo xy-lanh, bù cho thay đổi áp suất đường ống tạo phận chuyển động Hoạt động: - Áp suất vào (áp suất ban đầu) điều áp phải luôn cao áp suất đầu (áp suất thứ cấp) Áp suất điều chỉnh màng Áp suất tác động mặt màng lò xo tác động mặt màng Lực lị xo điều chỉnh thơng qua vít chỉnh - Khi áp suất tăng, ví dụ: q trình tải xy-lanh thay đổi, màng di chuyển chống lại lực lò xo làm cho diện tích mặt cắt ngang đầu van đặt giảm đóng hồn tồn Tấm màng sau mở khí nén thơng tới khí qua lỗ thơng vỏ - Khi áp suất đầu giảm, lực lò xo mở van Điều chỉnh áp suất đầu định trước đóng mở liên tục van gây dịng khí, áp suất hoạt động thị đồng hồ Bộ điều chỉnh áp suất thường dùng “điều chỉnh không hạ áp” (nonrelieving regulator) đặt đường ống NHAT TIEN Soạn Đề cương thủy khí 21/6/2020 Khí nén đưa vào mặt cách quay vít chỉnh ta điều khiển áp suất ra, ngồi cịn lỗ cho khí dư áp suất đặt thấp Áp suất khí thường thị đồng hồ lắp điều chỉnh Hoạt động: - Nếu khí khơng rút mặt thứ cấp, áp suất tăng ấn màng chống lại nén lị xo Diện tích mặt cắt ngang đầu van đặt bị giảm đóng dịng khí bị giảm bị cắt hồn tồn Khí nén tiếp tục lưu thơng khí rút lên mặt thứ hai 7) Trình yêu cầu nguyên lý hoạt động bơi trơn khí hệ thống xử lý khí nén theo hình vẽ: Bộ bơi trơn khí NHAT TIEN 10 Soạn Đề cương thủy khí 21/6/2020 Để bơi trơn phận chuyển động mạch khí, người ta thường phun lượng dầu dạng sương vào khí nén Hoạt động: - Khí nén qua bơi trơn làm cho áp suất sụt giảm bình đựng dầu phần bôi trơn Áp suất khác đủ để lực làm dầu lên qua ống dẫn sau chảy vào vịi quan sát thơng qua kính quan sát Tại đây, dầu phân nhỏ đưa vào dịng khí tới phạm vi lớn nhỏ Bộ bơi trơn sử dụng cho đường ống dài 10m Không nên dùng bôi trơn cho hệ thống logic thủy hệ thống khí thấp áp khơng có phận chuyển động Hệ thống phân phối khí nén 2.4.1 Yêu cầu chung Hệ thống thiết bị phân phối khí nén có nhiệm vụ chuyển khơng khí từ máy nén khí đến khâu cuối để sử dụng, ví dụ động khí nén, máy ép dùng khơng khí nén, máy nâng dùng khơng khí nén, máy rung dùng khơng khí nén, dụng cụ cầm tay dùng khơng khí nén hệ thống điều khiển dùng khơng khí nén (cơ cấu chấp hành, phần tử điều khiển) NHAT TIEN 10 ... TIEN 18 19 Soạn Đề cương thủy khí 21/6/2020 NHAT TIEN 19 20 Soạn Đề cương thủy khí 21/6/2020 NHAT TIEN 20 21 Soạn Đề cương thủy khí 21/6/2020 NHAT TIEN 21 22 Soạn Đề cương thủy khí 21/6/2020 Với... thống khí nén NHAT TIEN 13 14 Soạn Đề cương thủy khí 21/6/2020 NHAT TIEN 14 15 Soạn Đề cương thủy khí 21/6/2020 NHAT TIEN 15 16 Soạn Đề cương thủy khí 21/6/2020 3.2.1 Động piston Động khí nén... NHAT TIEN Soạn Đề cương thủy khí 21/6/2020 Trình yêu cầu nguyên lý hoạt động điều áp suất khí hệ thống xử lý khí nén theo hình vẽ: Bộ điều chỉnh áp suất khí Sau khí làm sạch, cần phải điều chỉnh