Máy nén khí

Cập nhật lần cuối ngày 05/06/2023 lúc 03:45 chiều

Máy nén khí là phần tử quan trọng đối với mọi hệ thống khí nén, thiết bị được sử dụng để tạo ra dòng khí nén cung cấp cho cả hệ thống. Để có thể đáp ứng được yêu cầu tạo ra nguồn khí nén phù hợp cho từng hệ thống riêng biệt. Đã có nhiều loại máy nén khí, áp dụng những nguyên lý khác nhau, được nghiên cứu và chế tạo.

Nếu bạn đang tìm kiếm thêm những thông tin liên quan, đến máy nén khí thì bài viết này là dành cho bạn.

Máy nén khí là gì?

Máy nén khí là thiết bị đặc biệt có khả năng hút không khí từ bên ngoài, sau đó nén lượng khí đã thu được vào trong một không gian nhỏ hơn (hay nói cách khác là không khí được nén lại). Do cùng một lượng khí ban đầu được đưa vào trong một không gian nhỏ hơn nhiều lần, nên khí nén có mật độ và áp suất cao hơn rất nhiều, so với không khí tồn tại xung quanh.

Thiết bị thực hiện việc nén không khí vào xuống một thể tích nhỏ hơn, thông qua việc sử dụng cơ cấu đặc biệt như: Piston xi lanh, sử dụng 2 bánh vít ăn khớp với nhau, sử dụng tuabin và một số cơ cấu đặc biệt khác.

Khí nén sinh ra bởi máy nén khí, được sử dụng làm nguồn năng lượng vận hành các loại máy móc và thiết bị, lắp đặt trên hệ thống khí nén (xi lanh khí nén, thiết bị phun sơn, máy khoan khí nén,…).

Cấu tạo cơ bản của máy nén khí

Máy nén khí được ứng dụng trong công nghiệp với nhiều loại khác nhau, sự khác biệt chủ yếu đến từ cơ cấu tạo khí nén, hoặc loại động cơ được sử dụng để dẫn động thiết bị.

Để hiểu được cấu tạo cơ bản của máy nén, chúng ta sẽ lựa chọn loại máy nén khí piston là loại được ứng dụng phổ biến, để tìm hiểu khái quát cấu tạo của loại thiết bị này.

Máy nén khí piston có cấu tạo cơ bản từ những bộ phận sau:

1. Đầu kết nối với dây hơi khí nén: Bộ phận này được liên kết với dây hơi, cho phép khí nén từ được dự trữ trong bình tích áp được dẫn vào trong hệ thống.
2. Đồng hồ đo áp suất: Thiết bị có chức năng hiển thị giá trị áp suất của khí nén bên trong bình tích áp, qua đó người dùng có thể đánh giá được mức áp suất đang vận hành, để có những điều chỉnh phù hợp với nhu cầu sử dụng.
3. Công tắc áp suất: Thiết bị này còn được biết đến với tên gọi làm rơ le áp suất, nó là một công tắc bật tắt dòng điện cung cấp cho động cơ điện, lấy tín hiệu điều khiển từ áp suất bên trong bình tích áp. Khi áp suất đạt đến ngưỡng giới hạn đã cài đặt từ trước đó công tắc sẽ ngắt điện, motor điện ngừng hoạt động.
   Trong quá trình hệ thống khí nén làm việc, lượng khí nén dự trữ trong bình tích áp giảm dần, điều này đồng nghĩa với mật độ và áp suất bên trong cũng giảm xuống, khi áp suất giảm xuống đến mức giới hạn dưới, công tắc áp suất sẽ bật, để cấp điện cho motor điện.
4. Motor điện: Còn được gọi là động cơ điện, bộ phận này có chức năng chuyển hóa điện điện năng thành cơ năng. Chuyển động quay được tạo ra bởi động cơ, sẽ được dùng để dẫn động, cơ cấu nén khí (trong trường hợp này là cơ cấu piston).
5. Đầu hút khí: Được thiết kế ở trên thân piston, không khí từ môi trường bên ngoài được hút vào trong thân xi lanh, thông qua bộ phận này.
6. Cơ cấu nén khí dạng piston: Cơ cấu nén khí của máy nén khí có thể là nhiều loại cơ cấu khác nhau, trong trường hợp chúng ta đang xét đến ở đây là thiết bị sử dụng loại cơ cấu piston, để hút và nén không khí đạt đến ngưỡng cần thiết.
7. Bình tích áp: Bộ phận có chức năng lưu trữ khí nén, bình tích áp thường được chế tạo từ thép cacbon, thể tích càng lớn thì thiết bị có thể dự trữ được càng nhiều lượng khí nén.
8. Van xả nước: Khí nén được tạo ra bằng cách nén không khí từ môi trường bên ngoài, mà bên trong không khí luôn có độ ẩm, trong quá trình làm việc động ẩm của khí nén dưới áp lực cao, được ngưng tụ lại bên trong bình tích áp. Nên ở đáy của bình tích áp, được thiết kế một van xả nước, để đưa nước ngưng tụ ra ngoài.

Trên đây là tất cả nhưng bộ phận cơ bản cấu thành nên máy nén khí, ngoài ra đối với từng chủng loại sẽ có sự khác biệt nhất định về cấu tạo.

Nguyên lý hoạt động của máy nén khí

Nguyên lý hoạt động của máy nén khí, dựa trên nguyên tắc làm giảm thể tích của không khí để tăng áp suất của không khí thu vào ban đầu, khí các quá trình chuyển đổi này kết thúc ta thu được khí nén.

Các bước cơ bản trong quá trình hoạt động của máy nén khí bao gồm:

• Hút không khí: Trong giai đoạn này, máy nén hút không khí từ môi trường xung quanh thông qua van hút, van này mở ra để cho phép không khí vào bên trong buồng nén của máy nén.
• Nén không khí: Khi không khí đã được hút vào buồng nén, nó được nén lại bằng cách giảm thể tích. Quá trình nén có thể được thực hiện bằng cách di chuyển một piston lên xuống trong một xi lanh, thông qua cánh gạt hoặc một loại cơ cấu đặc biệt (tùy từng loại máy nén). Khi di chuyển, không khí bị ép vào không gian nhỏ hơn, gây ra áp suất tăng lên.
• Xả khí nén: Sau quá trình nén, khí nén được đẩy ra khỏi máy nén khí thông qua van xả. Van xả mở ra để cho phép khí nén ra khỏi máy và vào hệ thống sử dụng hoặc bình chứa.
• Làm mát: Trong quá trình nén, nhiệt độ của không khí tăng lên. Để đảm bảo hoạt động hiệu quả và bảo vệ máy nén khí, một hệ thống làm mát được sử dụng để làm giảm nhiệt độ của không khí trước khi nó ra khỏi máy.

Quá trình này được lặp đi lặp lại để liên tục cung cấp khí nén. Áp suất và lưu lượng khí nén có thể được điều chỉnh theo yêu cầu sử dụng thông qua các van và bộ điều khiển.

Năng lượng vận hành máy nén khí

Năng lượng vận hành máy nén khí các thiết bị máy nén khí hiện tại sử dụng năng lượng điện hoặc khí.

Để máy nén khí có thể hoạt động cần có thiết bị cung cấp động năng cho các cơ cấu, có chức năng nén khí như: Cơ cấu piston xi lanh, cơ cấu trục vít ăn khớp, cơ cơ cấu cánh gió quay,… Những cơ cấu này cần được cung cấp cơ năng phù hợp, để dẫn động các bộ phận từ đó tạo ra khí nén.

Để nâng cao khả năng thích nghi với điều kiện làm việc, máy nén khí được cung cấp với hai phương pháp dẫn động, đó là thiết bị được dẫn động bằng động cơ diesel, hoặc được dẫn động bằng động cơ điện.

Dầu diesel

Máy nén khí được dẫn động bằng động cơ diesel sẽ thích hợp để sử dụng cho những hệ thống, khó tiếp cận với nguồn điện, hoặc có thể sử dụng làm phương án dự phòng, trong trường hợp xảy ra xảy ra sự cố liên quan đến hệ thống điện.

Máy chỉ cần cung cấp dầu diesel để hoạt động, nên ta có thể chủ động tích trữ dầu, để sử dụng trong trường hợp cần thiết. Ngoài ra dầu diesel là loại nhiên liệu dễ dàng vận chuyển, nó có thể được chứa trong thùng để vận chuyển đi xa. Nên các loại khí nén sử dụng động cơ diesel, phù hợp để sử dụng trong những trường hợp, khó tiếp cận với nguồn điện.

Tuy nhiên máy nén khí được dẫn động bằng động cơ diesel khi hoạt động sẽ rất ồn, đồng thời khí thải của động cơ cần được xử lý, để đảm bảo sức khỏe cho người sử dụng. Ngoài ra nếu so sánh hai thiết bị có cùng công suất, thông thường máy nén khí sử dụng động cơ diesel, có kích thước lớn hơn.

Năng lượng điện

Máy nén khí dẫn động bằng động cơ điện, được đánh là có nhiều ưu điểm vượt trội hơn so với loại được dẫn động bằng động cơ diesel. Cả động cơ điện và động cơ diesel đều được sử dụng để cung cấp chuyển động quay cho cơ cấu thực hiện chức năng nén khí.

Máy nén khí dẫn động bằng động cơ điện có những đặc điểm sau:

• Dễ dàng điều khiển: Việc sử dụng động cơ điện, để dẫn động thiết bị mang lại hiệu quả điều khiển máy một cách dễ dàng và thuận tiện hơn.
• Vận hành êm ái: So với động cơ diesel, động cơ điện vận hành êm ái hơn rất nhiều (so sánh giữa hai thiết bị có cùng công suất).
• Tính ứng dụng cao: Trong thực tế máy nén khí chạy điện được sử dụng phổ biến hơn so với loại chạy dầu. Bởi hầu hết trong các nhà máy, công nghiệp nguồn điện luôn có sẵn nên trong quá trình thiết kế, máy nén khí chạy điện được ưu tiên sử dụng, nhằm hạn chế lượng khí thải và tiếng ồn trong quá trình làm việc.

Những loại máy nén khí được sử dụng phổ biến tại Việt Nam

Máy nén khí trục vít

Máy nén khí trục vít là một loại máy nén khí sử dụng hoạt động quay của trục vít, để nén không khí. Nó bao gồm hai hoặc nhiều vít quay song song nhau, mỗi vít có hình dạng xoắn ốc. Khi trục vít quay, không khí được hút vào các khoảng trống giữa các vít và bị nén theo chiều dọc trục của chúng.

Các đặc điểm và ưu điểm của máy nén khí trục vít bao gồm:

• Hiệu suất cao: Máy nén khí trục vít có hiệu suất nén khí cao hơn so với máy nén khí piston. Nó cung cấp lưu lượng khí liên tục và ổn định.
• Áp suất và lưu lượng linh hoạt: Máy nén khí trục vít có khả năng cung cấp áp suất và lưu lượng khí linh hoạt, giúp đáp ứng được các yêu cầu khác nhau của ứng dụng công nghiệp.
• Hoạt động êm: Máy nén khí trục vít hoạt động êm hơn so với máy nén khí piston, giúp giảm tiếng ồn và rung động trong môi trường làm việc.
• Độ bền cao: Máy nén khí trục vít được thiết kế để đáp ứng nhu cầu công suất lớn và có tuổi thọ cao. Chúng có khả năng vận hành liên tục trong thời gian dài, mà không gặp vấn đề nhiệt độ và hiệu suất.

Máy nén khí piston

Máy nén khí piston là một loại máy nén khí, được sử dụng phổ biến trong nhiều ngành công nghiệp và ứng dụng dân dụng. Nguyên lý hoạt động của máy nén khí piston, dựa trên việc sử dụng một piston di chuyển lên và xuống trong xi lanh, kết hợp với việc sử dụng các van 1 chiều phù hợp, thiết bị sẽ hút khí từ môi trường khi piston di chuyển đi xuống, tiếp theo trong quá trình piston di chuyển đi lên, không khí được nén lại và đưa vào bộ phận bình tích áp phía sau.

Máy nén khí piston có ưu điểm cấu tạo đơn giản, giá thành rẻ hoạt động ổn định, tuy nhiên loại máy nén này không mang lại hiệu suất cao như loại trục vít.

Máy nén khí cánh gạt

Máy nén khí cánh gạt (Vane Air Compressors) là một loại máy nén khí sử dụng nguyên lý cánh gạt để nén không khí. Nó bao gồm một rotor có các cánh gạt và một vỏ bên ngoài. Khi roto quay, các cánh gạt di chuyển ra vào và tạo một không gian giữa cánh gạt và vỏ bên ngoài. Không khí được hút vào không gian này và bị nén khí cánh gạt di chuyển tiếp theo.

Dưới đây là một số đặc điểm và ưu điểm của máy nén khí cánh gạt:

• Thiết kế đơn giản và nhỏ gọn: Máy nén khí cánh gạt có cấu trúc đơn giản và ít bộ phận chuyển động. Điều này làm cho nó nhỏ gọn và dễ dàng lắp đặt trong không gian hạn chế.
• Hoạt động êm ái: Máy nén khí cánh gạt hoạt động êm và ít gây tiếng ồn, so với một số loại máy nén khí khác.
• Lưu lượng khí ổn định: Máy nén khí cánh gạt cung cấp lưu lượng khí nén ổn định, đảm bảo hiệu suất ổn định trong quá trình sử dụng.

Ứng dụng của máy nén khí

Máy nén khí có ứng dụng rất đa dạng, chúng được thiết kế với nhiều biến khác nhau, để phục vụ cho nhiều mục đích sử dụng cụ thể, từ những công việc đơn giản như tăng áp suất nước để rửa xe, cho đến những ứng dụng phức tạp như, tạo ra năng lượng khí nén để vận hành cả một hệ thống khí nén, ứng dụng trong các nhà máy quy mô lớn.

Dưới đây là một vài ví dụ về ứng dụng thực tiễn của máy nén khí:

• Ứng dụng phổ biến nhất của máy nén khí phải kể đến các hệ thống khí nén, được sử dụng để phục vụ trong nhà máy phục vụ cho sản xuất công nghiệp, và các nhà máy chế tạo cơ khí. Ở đó máy nén khí được sử dụng để cung cấp khí nén, cho các loại thiết bị vận hành bằng khí nén (xi lanh khí nén, máy khoan khí nén, máy mài khí nén,…
• Ứng dụng trên một số loại phương tiện và máy móc công nghiệp cỡ lớn: Trong thực tế có những loại máy móc và phương tiện có kích thước rất lớn, có thể kể đến như tàu biển, các loại máy móc khai thác quặng,… Những thiết bị này cần có một hệ thống khí nén riêng biệt, để vận hành các cơ cấu nâng hạ và đóng mở. Ngoài ra đối với những phương tiện nhỏ hơn như tàu hỏa, xe tải, xe bus chúng để sử dụng máy nén khí tích hợp bên trong buồng máy, được dẫn động từ động cơ vận hành chính các loại phương tiện đó. Khí nén được sử dụng cho hệ thống điều khiển đóng mở cửa, hệ thống phanh khí nén.
• Ứng dụng trong phạm vi hộ gia đình: Những thiết bị máy nén khí có công suất thấp, được dẫn động bằng động cơ điện, chúng được sử dụng để vệ hỗ trợ công việc vệ sinh máy móc, phương tiện, đồ vật,…

Đây chỉ là một số ví dụ về ứng dụng của máy nén khí, thực tế có thể có nhiều ứng dụng khác tùy thuộc vào ngành công nghiệp và nhu cầu sử dụng cụ thể.