Giáo trình trang bị điện II Phần 8

104 Chương 8 TRANG BỊ ĐIỆN MÁY NÉN KHÍ 8.1 Khái niệm chung và phân loại Máy nén khí là một thiết bị dùng để nén khí và cấp khí nén theo đường ống dẫn khí đến các hộ tiêu thụ khí nén. Khí nén được sử dụng rộng rãi trong ngành xây dựng, trong các xí nghiệp công nghiệp như máy khoan dùng khí nén, bủa khí nén, thiết bị phun cát v.v… Theo nguyên lý hoạt động, máy nén khí được phân thành ba loại: máy nén khí kiểu pittông, máy nén khí kiểu rôto và máy nén khí kiểu ly tâm (máy nén khí kiểu tua bin). Sơ đồ cấu tạo máy nén khí kể trên được thể hiện trên hình 8.1 Hình 8.1 Sơ đồ cấu tạo của máy nén khí a) kiểu pittông; b) kiểu rôto; c) kiểu ly tâm 1. Máy nén kiểu pittông (hình 4.1a) Nguyên lý làm việc của máy nén khí kiểu pittông như sau: Khi pittông di chuyển sang bên phải, van hút 1 mở ra, van nén 2 đóng lại. Pittông di chuyển tịnh tiến qua lại bằng cơ cấu trục khuỷu - tay biên. Khi trục khuỷu quay một vòng, pittông thực hiện được hai hành trình, một hành trình thực hiện hút khí, một hành trình thực hiện nén khí và đẩy khí vào đường ống dẫn. Loại máy nén khí này có tên gọi là máy nén khí một cấp (tác dụng đơn). Nếu pittông chia xi lanh thành hai khoang, có tên gọi là máy nén khí tác dụng kép. Với mộ t hành trình của pittông, trong một nửa khoang của xi lanh xảy ra quá trình hút khí, nửa khoang thứ hai xảy ra quá trình nén khí. Loại máy nén khí kiểu tác dụng kép thường chế tạo có hai xi lanh với năng suất Q = (10 ÷ 25)m 3 /h, áp suất p = 8at. Trong trường hợp cần khí nén áp suất 105 cao thường dùng máy nén khí nhiều cấp gồm nhiều xi lanh, áp suất của khí nén có thể đạt tới 220at. 2. Máy nén khí kiểu rôto (hình 4.1b). Bộ phận công tác của máy nén khí là rôto 1 có cánh phân bổ hướng tâm có thể trượt trong rãnh của rôto. Rôto lắp lệch tâm so với xi lanh và tạo thành khoảng không gian công tác hình lưỡi liềm. Khi rôto quay, dưới tác dụng của lực ly tâm, các cánh sẽ văng ra ép vào thành xilanh tạo thành các khoang nhỏ riêng biệt có thể tích thay đổi khi rôto quay. Không khí từ khí quyển được hút vào các khoang nhỏ đó và sẽ được nén khi di chuyển từ vị trí 2 sang vị trí 3 đẩy vào đường ống cấp cho các hộ tiêu thụ. Khi không dùng khí nén (không tải) có đường hồi tiếp 4 cần bằng áp suất. So với máy nén kiểu pittông, máy nén khí kiểu rôto có những ưu điểm sau: - Động cơ truyền động có thể nối trực tiếp với trục rôto của máy nên so đồ động học đơn giản hơn, chiếm diện tích lắp đặt bơm bé hơn. - Phụ tải đặt lên trụ c đông cơ và lượng khí cấp cho phụ tải đồng đều hơn. Những nhược điểm của máy nén rôto so với máy nén kiểu pittông là: - Chế tạo phức tạp hơn. - Hiệu suất thấp hơn. - Lượng dầu bôi trơn cần nhiều hơn. Bởi vậy máy nén kiểu rôto ít được sử dụng trong công nghiệp. 3. Máy nén kiểu tuabin (hình 4,1c) Hình 8.2 Biểu đồ chu trình làm việc của máy nén khí kiểu pittông Thường dùng đối với những máy nén khí yêu cầu năng suất cao. Nguyên lý làm việc của máy nén khí kiểu tuabin cùng một nguyên lý như tất cả các máy ly tâm. Bộ phận chính trong máy nén khí kiểu tuabin gồm có một hoặc nhiều bánh xe với các cánh tuabin lắp trên cùng một trục. So với máy nén khí kiểu pittông, máy nén khí kiểu tuabin có kích thước và khối lượng bé hơn (với cùng một công suất) Công suất động cơ truyền động máy nén khí kiểu pittông được tính theo biểu thức sau: P = ηη .1000 m kAQ [kW] (8.1) Trong đó: A - công cần thiết để nén 1m 3 khí từ áp suất p 1 lên áp suất p 2 . Đại lượng A được tính theo biểu thức: 106 A = 2,3.10 3 p 1 lg( 1 2 p p ) [J/m 3 ] (8.2) Trong đó: Q - năng suất của máy nén khí, m 3 ; η m - hiệu suất của máy nén khí thường lấy bằng (0,6 ÷ 0,8); η - hiệu suất của cơ cấu truyền lực thường lấy bằng (0,9 ÷ 0,95); k - hệ số dự trữ (k = 1,1 ÷ 1,2) 8.2 Điều chỉnh năng suất và áp suất máy nén khí Biểu đồ tiêu thụ khí nén của một xí nghiệp thay đổi theo thời gian. Áp suất trong hệ thống cung cấp khí nén phụ thuộc vào hai đại lượng: lượng tiêu thụ khí nén của phụ tả i và năng suất của máy nén. Khi lượng tiêu thụ khí nén bằng năng suất của máy, áp suất bằng trị số định mức. Khi lượng tiêu thụ khí nén lớn hơn năng suất của máy thì áp suất giảm và ngược lại. Để đảm bảo chế độ làm việc cho các thiết bị tiêu thụ khí nén, cần phải khống chế áp suất khí nén trong hệ thống cung cấp bằng hằng số, đó là một trong nh ững yêu cầu chính đối với hệ thống tự động khống chế máy nén khí. Hệ truyền động máy nén khí thường dùng động cơ đồng bộ hoặc động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc với tốc độ quay không đổi, cho nên điều chỉnh áp suất của máy nén khí thực hiện bằng cách đóng mở van xả. Trên hình 8.3 là sơ đồ điều chỉnh áp suất bằng cách đóng mở van xả . Nguyên lý hoạt động của hệ thống tự động điều chỉnh áp suất như sau: Bộ điều chỉnh áp suất gồm: xi lanh 1, van trượt 2 nối với đối trọng 4 bằng thanh nối 3. Bộ điều chỉnh áp suất được nối với hệ thống cấp khí bằng đường ống 5, và nối với cơ cấu ép bằng đường ống 6. Cơ cấu ép (đ óng mở van) gồm có xi lanh 7, pittông 8, lò xo 9 và thanh nối 10. Khi áp suất trong đường ống của hệ thống cấp khí nén bằng trị số định mức, van trượt 2 sẽ che kín đường ống 6, không cho khí nén từ hệ thống cấp đi vào cơ cấu ép. Khi lượng tiêu thụ khí nén giảm, áp suất trong hệ thống cấp khí tăng, van trượt 2 nâng lên, đường ống 5 được nối với đường ống 6, pittông 8 hạ xuống (áp suấ t của khí nén thắng lực cản của lò xo 9), mở van xả 11, buồng xi lanh 12 của máy nén khí nối với khí quyển, máy nén khí làm việc không tải. Khi áp Hình 8.3 Sơ đồ điều chỉnh áp suất của máy nén khí 107 suất trong trong hệ thống máy nén khí giảm, van trượt 12 hạ xuống, không khí từ buồng xi lanh 7 của cơ cấu ép đi ra ngoài theo đường ống 6 và van 13, dưới tác dụng của lò xo 9, van 11 đóng lại, buồng xi lanh 12 kín, máy nén cấp nguồn vào hệ thống cấp khí. 8.3. Sơ đồ tự động khống chế máy nén khí Hình 8.4 là sơ đồ nguyên lý điện khống chế máy nén khí. 1RTh KQ Hình 8.4. Sơ đồ khống chế tự động máy nén khí Sơ đồ được thiết kế có ba chế độ làm việc: làm việc tự động (TĐ), làm việc bằng tay (BT) và chế độ dự phòng (DP). Chọn chế độ làm việc bằng khoá chuyển mạch. 108 1. Mở máy nén khí (chế độ bằng tay) Chuyển mạch CM chuyển từ “0” sang vị trí BT, tiếp điểm (5-7) kín, cuộn dây công tắc tơ KQ có điện, đóng điện cấp nguồn cho động cơ ĐQ truyền động quạt gió làm mát máy nén khí. Đồng thời cuộn dây rơle thời gian RTh có điện; sau một thời gian tiếp điểm RTh(4-6) đóng, rơle trung gian 1RTr có điện sẽ đóng tiếp điể m cấp nguồn cho cuộn dây công tắc tơ KK, động cơ ĐK truyền động máy nén khí được cấp điện. 2. Cắt máy nén khí (ở chế độ bằng tay) Chuyển mạch CM từ vị trí BT sang vị trí “0”. Tiếp điểm (5-7) hở, các nguồn cấp cho các cuộn dây KQ, rơle thời gian 1RTh và rơle trung gian 1RTr, các tiếp điểm của chúng cắt nguồn cấp cho động cơ ĐQ và ĐK. 3. Chế độ t ự động Điều khiển đóng - cắt máy nén khí tự động khi khoá chuyển mạch CM chuyển sang vị trí TĐ (2-4) kín hoặc vị trí dự phòng DP(2-3) kín. Việc đóng cắt tự động máy nén khí tuỳ thuộc vào trạng thái làm việc của hai rơle liên động 1RLĐ và 2RLĐ. Thứ tự khởi động các động cơ ĐK và ĐQ tương tự như chế độ bằng tay. 4. Sấy dầu trong hệ thố ng bôi trơn máy nén khí Khi nhiệt độ dầu bôi trơn trong hộp cacte của máy nén khí gỉam, rơle nhiệt không tác động, tiếp điểm thường kín RN đóng nguồn cấp nguồn cấp cuộn dây rơle trung gian 2RTr, đóng nguồn cấp cho dây điên trở DĐ để sấy dầu. Đồng thời tiếp điểm thường đóng 2RTr mở ra cắt nguồn cấp cho cuộn dây RTh và KQ, cắt điện động cơ ĐQ và ĐK. Khi nhiệt độ của dầu bôi trơn lớn hơn 10 0 C, rơle nhiệt tác động, cắt nguồn cấp của 2RTr và cắt nguồn cấp của dây điện trở DĐ. 5. Mạch bảo vệ Trong máy nén khí có ba khâu bảo vệ sau: a) Bảo vệ khi áp suất trong hệ thống cấp khí cao hơn trị số định mức bằng cảm biến áp lực 3RAL. b) Bảo vệ áp suất thấp khi khởi động máy nén khí bằng cảm biến áp lực thấp 1RAL. c) Bảo vệ áp lực dầu bôi trơn thấp bằng cảm biến 2RAL. Khi một trong ba khâu bảo vệ trên tác động sẽ cấp điện cuộn dây rơle bảo vệ RBV; tiếp điểm của nó sẽ cắt điện các cuộn dây KQ, 1RTh. . 104 Chương 8 TRANG BỊ ĐIỆN MÁY NÉN KHÍ 8. 1 Khái niệm chung và phân loại Máy nén khí là một thiết bị dùng để nén khí và cấp khí nén. vào hệ thống cấp khí. 8. 3. Sơ đồ tự động khống chế máy nén khí Hình 8. 4 là sơ đồ nguyên lý điện khống chế máy nén khí. 1RTh KQ Hình 8. 4. Sơ đồ khống chế