Bộ lọc khí nén là thiết bị lắp trên đường khí để giữ lại nước lỏng, bụi, cặn gỉ và dầu dạng giọt trước khi khí vào van, xi lanh hoặc dụng cụ. Bộ lọc khí nén không tách được hơi nước, nên chỉ bảo vệ thiết bị khỏi tạp chất ở dạng hạt và giọt; muốn khí thật sự khô phải đi kèm máy sấy. Bài này trình bày cấu tạo, cấp lọc, cách ghép trong cụm FRL, bảng chọn theo cỡ ren và các lỗi hay gặp.
Bộ lọc khí nén là gì
Bộ lọc khí nén (tiếng Anh: air filter, compressed air filter) là cụm thân – lõi lọc – cốc chứa đặt trên đường khí. Khí đi vào, nước và hạt lớn được tách khỏi dòng, khí sạch đi ra, phần nước và cặn gom ở đáy cốc rồi xả ra ngoài.
Trong hệ thống khí nén có thể gặp bộ lọc khí nén ở ba vị trí. Lọc đường ống chính đặt gần máy nén hoặc sau máy sấy, xử lý toàn bộ lưu lượng. Lọc nhánh đặt đầu một khu máy. Lọc điểm dùng, thường nằm trong cụm FRL, bảo vệ trực tiếp van và xi lanh. Cách bố trí nhiều lớp này cho phép dùng lõi lọc nhỏ, rẻ ở điểm dùng mà lõi vẫn sống lâu vì khí đã được xử lý từ trước.
Cấu tạo và nguyên lý bộ lọc khí nén
Các bộ phận chính
- Thân (body): nhôm đúc hoặc kẽm, có hai cổng vào – ra và mũi tên chỉ chiều khí.
- Tấm chắn xoáy (deflector): cánh xẻ rãnh ép dòng khí xoay tròn khi vào cốc.
- Tấm chắn (baffle): đĩa phẳng giữa cốc và lõi, ngăn dòng xoáy cuốn nước đã lắng bay trở lại.
- Lõi lọc (element): thiêu kết đồng hoặc nhựa xốp ở lọc thô, sợi thủy tinh ở lọc tinh.
- Cốc lọc (bowl): chứa nước và cặn, có thể trong suốt hoặc bằng kim loại có kính thăm.
- Van xả (drain): đáy cốc, dạng vặn tay, bán tự động hoặc tự động.
Ba cơ chế lọc
Cơ chế thứ nhất trong bộ lọc khí nén là lọc ly tâm. Khi qua tấm chắn xoáy, khí quay nhanh, giọt nước và hạt nặng văng vào thành cốc rồi trôi xuống đáy; cơ chế này tách phần lớn nước lỏng mà không làm tăng sụt áp đáng kể. Cơ chế thứ hai là lọc cơ học: dòng khí đi xuyên qua lõi xốp, hạt lớn hơn cỡ lỗ bị giữ lại, nên lõi danh định 5 µm giữ phần lớn bụi từ 5 µm trở lên. Nguyên lý chung này tương tự các loại air filter trong thông gió và động cơ.
Cơ chế thứ ba là kết tụ (coalescing) ở lọc tách dầu. Sợi thủy tinh mịn bắt các vi giọt dầu cỡ dưới 1 µm; chúng hợp lại thành giọt lớn dần, rồi trọng lực kéo xuống đáy. Ngoài ba cơ chế trên, lọc than hoạt tính làm việc theo cơ chế hấp phụ: lớp than hút hơi dầu và mùi bằng bề mặt xốp của hạt than, thứ mà lõi sợi không bắt được vì hơi dầu là chất khí.
Vật liệu cốc và gioăng
Cốc trong thường bằng polycarbonate, chịu va đập tốt nhưng bị dung môi (axeton, toluen, este), một số dầu tổng hợp như dầu máy nén gốc este, rượu và nước tẩy mạnh làm nứt chân chim. Ánh nắng và tia UV cũng làm giòn nhựa theo thời gian. Khi xưởng có hơi dung môi hoặc dùng dầu máy nén gốc este, phải chọn cốc kim loại có kính thăm mức nước.
Dù dùng loại nào cũng nên lắp vỏ bảo vệ (bowl guard) quanh cốc, vì cốc vỡ ở 7 bar bắn mảnh nhựa như đạn. Gioăng cốc và van xả thường là cao su NBR, chịu dầu khoáng nhưng không chịu dầu este, nên một số hãng chuyển sang FKM cho môi trường đặc biệt; cách chọn vật liệu này được trình bày trong bài về vật liệu gioăng NBR, FKM.
Van xả
| Kiểu van xả | Cách hoạt động | Phù hợp |
|---|---|---|
| Vặn tay | Người vận hành mở van nhỏ ở đáy | Điểm dùng ít nước, có người kiểm tra thường xuyên |
| Bán tự động | Tự mở khi áp suất về 0, đóng lại khi có khí | Máy hay dừng hoàn toàn, tránh quên xả |
| Tự động phao | Phao nổi lên khi cốc đầy, mở van thoát nước | Lượng nước lớn, khó xả tay, lọc đặt cao |
Van tự động phao hay hỏng nhất khi có cặn gỉ kẹt lõi van, nên cần thử bằng cách bấm nút xả tay mỗi tuần.
Phân loại bộ lọc khí nén theo cấp lọc
Cấp lọc của bộ lọc khí nén cho biết cỡ hạt nhỏ nhất bị giữ và lượng dầu còn lại, nên là tiêu chí chọn quan trọng nhất sau lưu lượng. Bảng giá trị sau là điển hình để tham khảo, thông số chính xác lấy theo catalogue của hãng.
| Loại lọc | Cỡ lọc (tham khảo) | Dầu còn lại | Vị trí thường đặt |
|---|---|---|---|
| Lọc thô, ly tâm + lõi xốp (FRL) | 40 µm hoặc 5 µm | Không quy định | Điểm dùng, đầu cụm FRL |
| Lọc tinh (coalescing) cấp 1 µm | 1 µm | Khoảng 0,1 mg/m³ | Sau lọc thô, trước máy sấy |
| Lọc siêu tinh | 0,01 µm | Khoảng 0,01 mg/m³ | Sau lọc 1 µm, trước máy sấy hấp phụ và thiết bị nhạy: sơn, đo lường |
| Lọc than hoạt tính | Hấp phụ hơi dầu | Khoảng 0,003 mg/m³ | Cuối cùng, nơi cần khử mùi, thực phẩm |
Vì sao lọc tinh phải đặt sau lọc thô
Lõi lọc tinh có sợi rất mịn, nên nếu nhận trực tiếp nước lỏng và cặn bẩn thì tắc chỉ sau vài tuần, sụt áp tăng và lõi hỏng sớm. Lọc thô đứng trước tách nước và hạt lớn, để lọc tinh chỉ xử lý vi giọt dầu và hạt nhỏ. Lọc than hoạt tính luôn đặt sau lọc tinh, vì dầu lỏng bám lên than làm than bão hòa ngay.
Lọc không thay được máy sấy
Lọc ly tâm và lọc tinh chỉ giữ giọt lỏng. Hơi nước đi qua nguyên vẹn, và khi khí nguội trong đường ống sẽ ngưng lại sau bộ lọc khí nén. Muốn khí khô thật, cần dùng bộ lọc kết hợp với máy sấy: lọc thô trước máy sấy lạnh, lọc tinh trước và lọc bụi sau máy sấy hấp phụ.
Cấp chất lượng khí
Tiêu chuẩn ISO 8573-1:2010 phân khí nén thành các cấp theo ba nhóm: hạt rắn, nước (điểm sương) và dầu tổng (giọt + hơi). Cấp dầu 1 tương ứng 0,01 mg/m³, cấp 2 là 0,1 mg/m³, cấp 3 là 1 mg/m³ và cấp 4 là 5 mg/m³. Bảng đầy đủ nằm ở mục cấp chất lượng khí ISO 8573-1; từ đó suy ra tổ hợp lọc cần có cho từng ứng dụng.
Bộ lọc khí nén trong cụm FRL
FRL là cụm ba thiết bị nối tiếp: bộ lọc (Filter), bộ điều áp (Regulator) và bộ tra dầu (Lubricator). Thứ tự này không đổi vì lọc phải đứng trước để bảo vệ màng và lò xo của phần còn lại, điều áp đứng giữa để ổn định áp, tra dầu đứng cuối để dầu chỉ đi vào thiết bị cần bôi trơn.
- F – bộ lọc khí nén: tách nước và bụi, thường lõi 5 µm hoặc 40 µm.
- R – bộ điều áp: chữ R trong FRL là van điều áp khí nén, giữ áp ra ổn định dù áp nguồn dao động; có đồng hồ để người vận hành đặt giá trị.
- L – bộ tra dầu: phun sương dầu nhẹ vào khí; chỉ cần với dụng cụ cầm tay hoặc xi lanh không bôi mỡ sẵn.
Cụm FRL còn có dạng ghép đôi (bộ lọc khí nén kèm điều áp, ký hiệu FR) và dạng module để thêm các van xả áp, công tắc áp suất. Với phần lớn xi lanh đời mới đã bôi mỡ trọn đời, chỉ cần FR là đủ; thêm L sẽ rửa trôi mỡ ban đầu, buộc phải tra dầu liên tục từ đó, và gây lẫn dầu trong hệ thống khí sạch.
Cách chọn bộ lọc khí nén
Chọn bộ lọc khí nén theo bốn thông số: cấp lọc, lưu lượng, áp suất làm việc và cỡ ren, rồi mới chọn kiểu cốc, kiểu xả và hãng. Trình tự này tránh tình trạng chọn đúng hãng nhưng sai cỡ, dẫn tới sụt áp và lõi bít sớm.
Chọn cấp lọc theo thiết bị cuối
- Xi lanh, van điện từ: lọc 5 µm, ở môi trường bụi nhiều có thể dùng lọc thô 40 µm ở đầu và 5 µm ở điểm dùng. Khí sạch giữ được mỡ bôi trơn lâu hơn nên kéo dài tuổi thọ xi lanh, phớt ít mòn.
- Súng phun sơn, thiết bị đo, gia công chính xác: lọc tinh 1 µm hoặc 0,01 µm, thêm than hoạt tính nếu cần khử mùi.
- Thực phẩm, đóng gói tiếp xúc sản phẩm: lọc 0,01 µm kèm than hoạt tính, vật liệu thân đạt yêu cầu vệ sinh.
Chọn theo lưu lượng và cỡ ren
Lưu lượng định mức của bộ lọc khí nén phải lớn hơn lưu lượng cực đại của nhánh khí, nếu không dòng khí chạy quá nhanh qua lõi, giọt nước bị cuốn qua và sụt áp tăng. Nên chọn bộ lọc khí nén có lưu lượng định mức bằng khoảng 1,2–1,5 lần lưu lượng thực tế.
| Cỡ ren (BSP) | Lưu lượng định mức (tham khảo) | Dùng cho |
|---|---|---|
| 1/8″ | Khoảng 150–300 l/phút | Dụng cụ nhỏ, một xi lanh nhỏ |
| 1/4″ | Khoảng 400–800 l/phút | Một máy nhỏ, nhánh vài van |
| 3/8″ | Khoảng 1.000–1.800 l/phút | Máy tự động cỡ vừa |
| 1/2″ | Khoảng 2.000–4.500 l/phút | Một chuyền lắp ráp |
| 3/4″ | Khoảng 4.500–8.000 l/phút | Nhánh phân xưởng |
| 1″ | Khoảng 8.000–12.000 l/phút | Đường nhánh chính |
Bảng chỉ có giá trị tham khảo, mỗi hãng và mỗi dòng lõi có đường đặc tính lưu lượng riêng; khi chọn nên đọc đồ thị lưu lượng – sụt áp trong catalogue ở áp suất làm việc thực tế. Cỡ ren của bộ lọc khí nén cũng cần khớp với cỡ ống và đầu nối nhanh phía sau: ví dụ ren 1/4″ thường đi với dây hơi ngoài 8 mm, ren 1/2″ đi với ống 12–16 mm. Đừng chọn bộ lọc khí nén nhỏ hơn đường ống, vì cổ nhỏ gây sụt áp và tốc độ khí cao.
Các điểm còn lại cần kiểm tra
- Áp suất tối đa: lọc cốc nhựa thường đến 10 bar, cốc kim loại cao hơn (tùy hãng).
- Nhiệt độ: cốc nhựa thường tới khoảng 50–60 °C; khí sau máy nén chưa làm mát phải dùng cốc kim loại.
- Kiểu xả: lọc đặt cao, khó xả tay thì chọn xả tự động.
- Lắp đặt: đặt thẳng đứng, cốc hướng xuống, đúng chiều mũi tên, chừa khoảng trống phía dưới để tháo cốc và lõi.
Thương hiệu như SMC, Airtac, Festo, CKD, Parker hoặc các dòng cùng phân khúc (NSG, SKP, Jongda) chỉ là ví dụ trên thị trường. Thông số lưu lượng, cỡ lọc và vật liệu cốc quyết định chất lượng lọc; tên hãng không thay thế cho các thông số này.
Lỗi thường gặp và cách khắc phục
Hầu hết lỗi của bộ lọc khí nén đến từ bốn nguyên nhân: lõi bẩn, van xả kẹt, cốc hư và chọn sai cấp lọc. Quy tắc: thay lõi khi chênh áp qua lõi tăng khoảng 0,7 bar so với lúc mới (tham khảo; một số hãng cho phép 0,5–1 bar), hoặc theo số giờ khuyến nghị của hãng nếu không có đồng hồ chênh áp. Quy tắc này thuộc lịch thay lõi lọc trong kế hoạch bảo trì chung.
| Hiện tượng | Nguyên nhân | Cách khắc phục |
|---|---|---|
| Áp suất sau lọc thấp, tụt nhanh khi tải tăng | Lõi bít, hoặc chọn lọc nhỏ hơn lưu lượng | Thay lõi, kiểm tra chênh áp; chọn cỡ ren lớn hơn |
| Nước vẫn ra sau bộ lọc khí nén | Đó là hơi nước ngưng sau lọc, hoặc cốc đầy không xả | Thêm máy sấy; xả cốc, thay van xả tự động |
| Van xả rò khí liên tục | Cặn kẹt hạt van, gioăng chai | Tháo vệ sinh, thay gioăng; thêm lọc thô phía trước |
| Cốc nứt, mờ, có vết chân chim | Hơi dung môi, dầu este, nắng, nhiệt độ cao | Thay cốc kim loại có kính thăm, lắp vỏ bảo vệ |
| Dầu lọt qua lọc tinh | Lõi hết tuổi thọ, lắp ngược chiều, thiếu lọc thô | Kiểm tra chiều khí, thay lõi, thêm lọc thô phía trước |
| Khí có mùi dù đã lọc | Thiếu lọc than hoạt tính hoặc than đã bão hòa | Lắp hoặc thay lõi than sau lọc tinh |
An toàn khi thay lõi hoặc tháo cốc: đóng van đầu nhánh, xả hết áp trong cụm lọc rồi mới vặn cốc; không tháo khi đang có khí. Sau khi lắp lại cần thử rò bằng nước xà phòng ở chân ren và nắp cốc.
Viva hỗ trợ tư vấn chọn bộ lọc khí nén, cụm FRL và lõi lọc thay thế theo lưu lượng, cấp lọc cụ thể của khách, kèm báo giá theo thông số. Văn phòng Hà Nội: Số 20, Ngõ 102 Hoàng Đạo Thành, P. Khương Đình, TP. Hà Nội.
Địa chỉ: Số 20 ngõ 102 Hoàng Đạo Thành, P. Khương Đình, TP. Hà Nội
Phụ trách kinh doanh: Miss Hoa
Câu hỏi thường gặp về bộ lọc khí nén
Bộ lọc khí nén có tách được hơi nước không?
Không. Bộ lọc khí nén chỉ tách nước ở dạng giọt lỏng và các hạt rắn. Hơi nước đi xuyên qua lõi và sẽ ngưng lại khi khí nguội trong đường ống. Muốn khí khô cần máy sấy khí nén đặt trước hoặc sau bộ lọc tùy kiểu máy sấy.
Khi nào cần thay lõi bộ lọc khí nén?
Thay khi chênh áp qua lõi tăng khoảng 0,7 bar so với lúc mới, hoặc theo số giờ khuyến nghị của hãng, thường 6–12 tháng (tham khảo). Dấu hiệu khác là áp suất sau lọc tụt khi tải tăng, hoặc dầu, nước lọt qua dù van xả vẫn tốt.
Cốc lọc polycarbonate có dùng được ở xưởng sơn không?
Không nên. Polycarbonate bị hơi dung môi như axeton, toluen và một số dầu tổng hợp làm nứt chân chim, có thể vỡ khi đang có áp. Xưởng sơn, hóa chất nên dùng cốc kim loại có kính thăm mức nước và lắp thêm vỏ bảo vệ.
Lọc 5 µm và lọc 1 µm khác nhau thế nào, dùng cái nào cho xi lanh?
Lọc 5 µm giữ bụi và cặn từ 5 µm trở lên, đủ cho xi lanh, van điện từ thông thường. Lọc 1 µm là lọc tinh tách vi giọt dầu, dùng khi cần khí sạch hơn như phun sơn, đo lường, và phải đặt sau lọc thô.
Chọn bộ lọc theo cỡ ren hay theo lưu lượng?
Theo cả hai, nhưng lưu lượng quyết định trước. Chọn bộ lọc có lưu lượng định mức khoảng 1,2–1,5 lần lưu lượng thực, rồi chọn cỡ ren khớp ống dẫn. Chọn ren nhỏ hơn đường ống làm sụt áp và giọt nước bị cuốn qua lõi.
