Tài liệu hệ thống khí nén

Khí nén được sử dụng như một nguồn năng lượng tuyệt vời, khí nén có thể được sử dụng thay thế có nguồn năng lượng điện, nó có khả năng truyền năng lượng tốt và đặc trưng của loại năng lượng khí nén là nó an toàn và dễ dàng khi sử dụng. Ngoài ra việc bảo quản và vận chuyển khí nén cũng rất đơn giản và dễ dàng.

Vậy hệ thống khí nén là gì? hãy cùng nhau tìm hiểu qua bài viết dưới đây nhé.
[vivatoc]

Hệ thống khí nén là gì?

Để có thể hiểu rõ hơn về hệ thống khí nén là gì, trước hết ta hãy tìm hiểu về khí nén là gì, vậy khí nén là gì? Khí nén có tác dụng gì?. Khí nén là không khí thông thường, tuy nhiên loại khí này thể tích của nó đã được giảm xuống bởi sự trợ giúp của khí nén.

Khí nén tương tự như không khí thông thường, thành phần chính của không khí bao gồm Nito (78%) và oxy (21%). Khi bị nén, thì khí nén vẫn bao gồm những thành phần này, nó chỉ được chuyển đổi, bị ép vào

Hệ thống khí nén có thể hiểu một cách đơn giản thì nó là một hệ thống bao gồm các thiết bị phục vụ cho công việc nén khí, lưu trữ và vận chuyển khí nén. Hệ thống khí nén được tạo nên từ sự kết hợp nhiều thiết bị liên kết với nhau, tạo thành một hệ thống. Hệ thống khí nén thông thường phải bao gồm một số thiết bị như: Máy nén khí, bình tích áp, máy sấy khí nén, bộ lọc khí nén, bộ bôi trơn khí nén, bộ điều áp khí nén, bộ tách nước khí nén, van khí nén, xi lanh khí nén, ống khí nén và các phụ kiện khác.

Các thiết bị cấu tạo nên hệ thống khí nén

Như đã nói ở trên, hệ thống khí nén là một hệ thống được cấu thành nên từ nhiều thiết bị tạo thành một hệ thống hoàn chỉnh.

Mỗi một thiết bị trong hệ thống này đều có nhiệm vụ và chức năng riêng mà một hệ thống khí nén không thể thiếu được.

Dưới đây là một số thiết bị cầu thành hoàn chỉnh một hệ thống khí nén, mà thông thường mọi hệ thống khí nén đều cần có:

Máy nén khí

Máy nén khí là một thiết bị quan trong nhất trong hệ thống khí nén, máy nén khí như tên gọi của nó, nó là thiết bị chính được dùng để nén không khí.

Máy nén khí hoạt động bằng cách nó hút không khí từ bên ngoài vào tại một van đầu vào, sau đó máy nén khí tiến hành nén không khí đến mức thể tích cần thiết và xả khí điều áp qua van xả vào bình tích áp.

Máy nén khí được sử dụng được phân thành hai loại chính đó là loại máy nén dịch chuyển tích cực và máy nén dạng roto động.

Trong đó máy nén lại được phân thành nhiều kiểu loại, máy nén dịch chuyển tích cực có các dòng đó là máy nén kiểu piston, máy nén kiểu trục vít quay, máy nén cánh gạt.

Máy nén kiểu piston

Máy nén kiểu piston có hoạt động như một loại động cơ đốt trong, máy nén khí kiểu piston này có cấu tạo gồm có các trục khuỷu, thanh truyền và piston.

Piston được dẫn động bằng trục khuỷu di chuyển lên xuống trong xylanh, khi piston di chuyển lên xuống nó sẽ hút không khí vào trong buồng, trong quá trình hoạt động, không khí sẽ được đẩy ra ngoài vảo một bình chứa.

Máy nén kiểu piston có thể được phân thành hai loại đó là máy nén piston cấp 1 và máy nén piston cấp 2.

Máy nén kiểu trục vít

Máy nén trục vít có cấu tạo hai roto dạng lưới quay cùng nhau và ép không khí xuống các cánh quạt, nén nó xuống thể tích mong muốn.

Máy nén cánh gạt

Máy nén cánh gạt là loại máy nén có cấu tạo gồm một roto và một số cánh gạt có dạng hình cánh quạt, khi các cánh quạt này quay nó sẽ dẫn khí nén vào buồng và nén.

Máy nén động lực

Máy nén động lực là dòng máy nén hoạt động nén khí bằng cách tăng tốc không khí bằng cánh bơm và sau đó làm chậm nó trong bộ khuếch tán. Máy nén dạng động lực có hai loại chính đó là dạng máy nén ly tâm và máy nén hướng trục

Bình tích áp

Bình tích áp là thiết bị được sử dụng với chức năng chính là để tích trữ khí nén sau khi khí được nén từ máy khí nén.

Không khí sau khi được nén bằng máy nén khí sẽ được chuyển vào bình tích áp này để tích trữ.

Khí nén được chứa trong bình này là khí nén được chuyển trực tiếp sau quá trình nén khí bằng máy khí nén, nó là khí nén dạng thô, chính vì vậy khí nén này chứa nhiều tạp chất, bình tích khí này sẽ giúp làm ngưng tụ một phần các tạp chất này, giúp loại bỏ một phần tạp chất khỏi khí nén.

Khí nén vẫn cần phải qua nhiều công quan xử lý phía sau để làm sạch khí nén.

Bình tích áp có các loại phổ biến đó là: Bình chứa khí áp suất thấp, bình chứa khí áp suất cao.

Máy sấy khí nén

Máy sấy khí nén là một thiết bị, một loại hệ thống lọc, nó được sử dụng để loại bỏ nước trong khí nén.

Trong quá trình nén khí, máy nén khí hoạt động làm tăng nhiệt độ của không khí, bên cạnh đó, không khí được lấy từ khí quyển có chứa hơi nước. Khí nén có nhiệt cao và có độ ẩm cao, khi khi nén nguội đi, hơi nước sẽ ngưng tụ thành nước ngưng, nó sẽ ở trong bình chứa, cần phải loại bỏ hơi nước này để ngăn ngừa sự ngưng tụ để tránh làm hư hỏng các thiết bị.

Máy sấy khí nén được phân thành hai loại chính đó là loại sơ cấp và loại thứ cấp. Bao gồm các sản phẩm như máy sấy lạnh, máy sấy hút ẩm, máy sấy khô, máy sấy dạng màng…

Mối loại máy sấy sẽ có những đặc điểm, đặc trưng riêng, tuy nhiên thì điểm chung là tất cả các dòng máy sấy khí nén đều có chức năng chung là để sấy khí nén, loại bỏ nước trong khí nén.

Bộ bôi trơn khí nén

Bộ bôi trơn khí nén (Pneumatic lubricator) sẽ bơm một dòng dầu phun vào đường dẫn khí để bôi trơn các bộ phận làm việc bên trong các dụng cụ khí nén như xi lanh truyền động, van và động cơ.

Bộ bôi trơn khí nén này được sử dụng nhằm mục đích bôi trơn các bộ phận chuyển động, làm giảm ma sát trong các bộ phận chuyển động. Điều này giúp làm gia tăng tuổi thọ cho các bộ phận như các xi lanh, van, động cơ và các thiết bị khí nén khác.

Bộ bôi trơn khí nén là phần từ cuối cùng ở trong bộ FRL tức là bộ lọc – bộ điều chỉnh – bộ bôi trơn. Khi lắp đặt hệ thống khí nén cần lắp đặt theo thứ tự này.

Bộ điều áp khí nén

Bộ điều áp khí nén là một van điều chỉnh, nó còn được gọi là van giảm áp. Van giảm áp này được lắp đặt trong hệ thống khí nén nhằm mục đích duy trì áp suất khí nén đầu ra.

Bộ điều chỉnh áp khí nén điều chỉnh áp suất đầu ra một cách nhanh chóng và chính xác đảm bảo khí nén trong hệ thống khí nén không bị lãng phí.

Bộ điều chỉnh áp khí nén nó sẽ duy trì áp suất đầu ra bằng cách nó sẽ tự động cắt dòng khi khí nén đạt đến một mức áp suất nhất định.

Bộ điều chỉnh áp khí nén duy trì áp suất đầu ra không đổi dưới các áp suất đầu vào và lưu lượng đầu ra khác nhau.

Bộ tách nước khí nén

Bộ tách nước khí nén được sử dụng để loại bỏ hơi nước, hơi ẩm ra khỏi khí nén.

Có thể thấy bộ tách nước khí nén có nhiệm vụ tương tự như bộ sấy khí nén, tuy nhiên chức năng của hai thiết bị này là rất khác nhau.

Như đã biết thì bộ sấy khí nén ( máy sấy khí nén) được sử dụng để loại bỏ hơi nước ra khỏi khí nén, máy sấy giúp giảm điểm sương xuống thấp hơn nhiệt độ không khí thấp nhất có thể của hệ thống.

Còn bộ tách nước khí nén giúp loại bỏ hiệu quả nước lỏng khỏi dòng khí nén.

Điều cần thiết là cần phải loại bỏ cả hơi nước và nước lỏng trong hệ thống khí nén.

Van khí nén

Van khí nén được lắp đặt trong hệ thống khí nén nhằm mục đích để điều khiển, phân phối và định hướng dòng chảy trong hệ thống.

Các van khí nén này thực hiện chức năng dẫn hướng và định lượng khí nén thông qua các phần tử khóa và điều chỉnh.

Van khí nén đóng vai trò trung gian giữa máy nén và các thiết bị truyền động khí nén, xi lanh khí nén.

Van khí nén có các loại như van khí nén điện từ, van khí nén điều khiển bằng khí nén, van khí nén dạng cơ học.

Van khí nén điện từ là dòng van khí nén được điều khiển bằng từ trường, dòng van này được thiết kế cuộn coil điện từ để điều khiển hoạt động của van.

Van khí nén điều khiển bằng khí nén là van được điều khiển bằng khí nén.

Van khí nén cơ học là loại van được điều khiển bằng tay, bằng lực cơ học.

Có thể bạn quan tâm:

Xi lanh khí nén

Xi lanh khí nén là thiết bị cơ khí có chức năng chuyển đổi năng lượng khí nén thành chuyển động thăng biến đổi đều.

Xi lanh khí nén thực hiện các nhiệm vụ như nâng, ép, nén, kéo.

Xem chi tiết về xi lanh khí nén qua bài sau:

Ống khí nén và các phụ kiện khác

Khi khí nén đã được nén và xử lý các công đoạn lọc và sấy để vận chuyển đến thiết bị sử dụng cần phải được vận chuyển thông qua đường ống, đường ống dẫn khí nén giúp kết nối mọi thứ lại với nhau.

Việc thiết lập đường ống trong hệ thống khí nén là công đoạn cuối cùng trong việc thiết lập hệ thống.

Lựa chọn đường ống phù hợp để có độ bền, tuổi thọ và an toàn khi sử dụng. Lựa chọn an toàn nhất đối với đường ống khí nén đó là lựa chọn những đường ống từ vật liệu chống gỉ, nó cho khả năng chống gỉ và chống an mòn tốt.

Các dạng chuyền động trong khí nén

Chuyền động thẳng

Chuyển động thẳng hay còn được gọi là chuyển động tuyến tính, dạng chuyền động này chỉ một vật chuyển động trên một đường thẳng hoặc theo một đường đi, băng.

Dạng chuyền đồng thẳng là dạng chuyền động đơn giản và phổ biến nhất trong chuyền động khí nén, điển hình ở đây là xylanh khí nén.

Chuyền động thẳng có ưu điểm đó là thiết kế đơn giản, điều khiển dễ dàng.

Chuyền động quay

Khi một vật quay quanh một trục cố định, nó không di chuyển từ nơi này sang nơi sang mà nó chỉ di chuyển quay quanh một trục cố định.

Chuyển động quay cũng được ứng dụng trong khí nén, chuyển động quay có công suất hoạt động không cao, tuy nhiên tốc độ truyền động của dạng chuyền động quay này lại rất cao.

Các dòng chuyền động quay này có ưu điểm là cấu tạo gọn nhẹ và đơn giản.

Ứng dụng của hệ thống khí nén

Khí nén được coi như là một nguồn năng lượng, khí nén được sử dụng để cung cấp năng lượng cho các máy móc, thiết bị hoạt động, hiện nay có nhiều thiết bị thiết kế sử dụng nguồn năng lượng khí nén để hoạt động.

Khí nén được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp cũng như trong đời sống hàng ngày. Ứng dụng cụ thể của khí nén được xem xét như dưới đấy.

Ứng dụng trong công nghiệp

Ở trong công nghiệp, khí nén được ứng dụng trong đa ngành, đa nghề, một số ngành công nghiệp cốt lõi sử dụng đến khí nén đó là:

Ngành công nghiệp hóa chất

Trong ngành công nghiệp hóa chất, khí nén được sử dụng với các ứng dụng như xử lý vật liệu, làm khô sản phẩm.

Do đặc tính của hóa chất cộng thêm việc yêu cầu của các nhà sản xuất, khí nén cung cấp cho các cơ sở, nhà máy sản xuất hóa chất có yêu cầu là phải sạch, khô và không có dầu.

Ngành công nghiệp sản xuất ô tô

Trong ngành công nghiệp sản xuất và chế tạo ô tô, khí nén được ứng dụng trong rất nhiều công đoạn và quá trình sản xuất ô tô.

Khí nén được sử dụng để điều khiển các robot lắp ráp ô tô, hay ở công đoạn hoàn thiện lớp sơn bề mặt ngoài bằng máy phun khí nén.

Ngành công nghiệp chế biến thực phẩm

Trong ngành công nghiệp chế biến thực phẩm, khí nén được ứng dụng trong các ứng dụng như dao cắt khí, xử lý sản phẩm, máy chiết thực phẩm, đóng bao…

Vì được ứng dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm, nên khí nén được sử dụng ở đây yêu cầu có độ sạch tuyệt đối đảm bảo an toàn thực phẩm, an toàn với sức khỏe con người.

Trong ngành công nghiệp dược phẩm

Trong ứng dụng công nghiệp dược phẩm, khí nén được ứng dụng tại các công đoạn như xử lý làm sạch, sục khí, sử dụng cho các chuyền sản phẩm, đóng gói sản phẩm.

Tiêu chuẩn trong dược phẩm cao, yêu cầu độ sạch của khí nén là tuyệt đối.

Ngoài ra khí nén còn được ứng dụng rộng rãi trong các ứng dụng công nghiệp như: Các ứng dụng trong xây dựng, trong sửa chữa cơ khí, ứng dụng trong sản xuất nhà máy, dây chuyền sản xuất và trong nhiều quy trình công nghiệp khác…

Ứng dụng trong đời sống

Trong đời sống hàng ngày, có thể thấy ứng dụng được sử dụng rất phổ biến, khí nén được sử dụng ở xung quanh chúng ta mà có thể ta chưa biết đến:

Trong các công viên giải trí, khí nén ứng dụng trong các tàu lượn siêu tốc, khí nén được sử dụng để phanh trên các tàu lượn siêu tốc.

Hay khi bạn đi nha khoa để khám răng, khí nén được sử dụng để vệ sinh răng miệng.

Hay đơn giản như khi bạn bơm hơi cho lốp xe, sử dụng khí nén để bơm hơi lốp xe nhanh chóng.

Ưu và nhược điểm của hệ thống khí nén

Ưu điểm

Dễ dàng vận chuyển: Khí nén dễ dàng vận chuyển, nó có thể được vận chuyển ở khoảng cách rất xa trong đường ống mà không làm thất thoát khí nén. Năng lượng khí nén vì thế mà có thể được phân phối rộng rãi theo cách này.

Dễ dàng lưu trữ: Khí nén có thể dễ dàng được lưu trữ trong các bồn chứa

Làm sạch và khô: Khí nén sạch và khô, khí nén không làm bẩn hoặc để lại giọt dầu nếu đường dây bị lỗi. Khí nén phù hợp với những yêu cầu sử dụng trong công nghiệp thực phẩm, công nghệ.

An toàn khi sử dụng: Khí nén có thể hoạt động tốt kể cả trong những môi trường có nhiệt độ khắc nghiệt. Các thiết bị khi sử dụng bằng khí nén có độ an toàn rất tốt, nó đảm bảo an toàn và có tuổi thọ làm việc lâu dài, tỉ lệ hỏng hóc thấp.

Chống tai nạn: Khí nén là loại năng lượng rất an toàn, nó không gây ra các hiện tượng cháy nổ, chấp cháy như các thiết bị hoạt động bằng điện. Kể cả trong điều kiện thời tiết khắc nghiệt, hay ở những nơi có nguy cơ cháy nổ cao, các thiết bị sử dụng khí nén vẫn rất an toàn.

Tiết kiệm kinh tế: Khí nén tiết kiệm tới 40 – 50 % sức lực của con người, các thiết bị của hệ thống khí nén cũng có giá thành tương đối rẻ. Nếu tính đến kế hoạch lâu dài thì việc sử dụng hệ thống khí nén là rẻ bởi nguồn nhiên liệu để cấp khí nén là không khí, không tốn kinh phí, ngoài ra hệ thống khí nén cũng rất bền và đáng tin cậy, vì thế tiết kiệm được chi phí bảo trì.

Đơn giản: Các thiết bị sử dụng khí nén có thiết kế rất đơn giản, việc lắp đặt sử dụng thiết bị khí nén rất đơn giản và các thiết bị này cũng ít khi xảy ra hư hỏng, hỏng hóc. Việc lắp đặt hệ thống khí nén cũng tương đối dễ dàng, không yêu cầu quá nhiều kĩ thuật.

Làm việc nhanh chóng: Tốc độ điều khiển của khí nén là nhanh chóng, tốc độ dòng chảy cao cho khả năng hoàn thành chu trình làm việc nhanh chóng.

Có thể điều chỉnh: Tốc độ di chuyển và lực tác động có thể điều chỉnh dễ dàng.

Đáng tin cậy: Các thành phần của khí nén bền bỉ, đáng tin cậy.

Nhược điểm

So với hệ thống điện và thủy lực thì việc điều khiển trong hệ thống khí nén khó khăn hơn, để điều khiển khí nén theo mức mong muốn, yêu cầu cụ thể thì lại cần phải lắp đặt thêm nhiều thiết bị khác, điều này lại gây tốn kém thêm một nguồn kinh phí.

Hệ thống khí nén có thể bị đình trệ nếu nước lọt vào trong hệ thống này, điều này khá là bất tiện.

Hệ thống khí nén nhạy cảm với sự xâm nhập của nước và nhạy cảm với sự rung động, sự thay đổi của nhiệt độ.

Nhược điểm lớn nhất của hệ thống khí nén đó là nó gây ồn ào khi hoạt động.

Sơ đồ hệ thống khí nén

Nhu cầu lắp đặt hệ thống khí nén tại mỗi đơn vị, cơ sở là khác nhau, tuy nhiên yêu cầu cơ bản của một hệ thống khí nén cần phải có những thiết bị máy nén khí, bình tích áp, bộ lọc, máy sấy khí nén.

Máy sấy khí nén cần phải được lắp đặt bộ lọc trước và sau.

Một sơ đồ lắp đặt hệ thống khí nén cơ bản như sau:

Lưu ý khi lắp đặt hệ thống máy nén khí

Lựa chọn một hệ thống khí nén phù hợp với hệ thống của cơ sở mình là điều rất quan trọng và cần thiết khi lựa chọn và lắp đặt hệ thống khí nén cho cơ sở.

Khi lắp đặt hệ thống khí nén phải theo những kỹ thuật nhất định, nếu lắp đặt sai kĩ thuật có thể khiến cho hoạt động của các thiết bị không hiệu quả hoặc có thể không hoạt động được.

Có một số lưu ý khi lắp đặt hệ thống khí nén đó là: Địa điểm lắp đặt, thông gió, nguồn điện.

Địa điểm lắp đặt

Các yếu tố như nhiệt độ, độ ẩm và các chất gây ô nhiễm trong không khí có thể ảnh hưởng đến chất lượng của máy và chất lượng của khí nén vì vậy cần lựa chọn địa điểm lắp đặt phù hợp. Nên lắp đặt hệ thống khí nén ở trong nhà.

Thông gió

Cần lắp đặt tại nơi thông thoáng, lắp đặt các cửa gió để thông gió trong nhà, tránh xảy ra tình trạng áp suất âm xảy ra.

Nguồn điện lắp đặt

Khi lắp đặt hệ thống khí nén vào nguồn điện của hệ thống cần lưu ý đến nguồn điện của hệ thống phù hợp với nguồn điện trên máy khí nén.

Điện áp hoạt động thực tế phải nằm trong khoảng +/-10% để đảm bảo hoạt động của máy nén khí luôn ổn định.

Độ tinh khiết và xử lý không khí

Nguồn không khí cấp vào máy khí nén cũng có ảnh hưởng nhất định đến chất lượng của khí nén, nên lắp đặt hệ thống khí ở những nơi thông thoáng.

Đường ống khí nén

Khi lựa chọn đường ống khí nén để lắp đặt vào hệ thống, cần cân nhắc đến loại vật liệu của đường ống, kích thước của đường ống.

Việc lựa chọn vật liệu và kích thước của đường ống là rất quan trọng, đối với những hệ thống khí nén, nên cân nhắc lựa chọn những vật liệu đường ống từ vật liệu không gỉ, điều này vừa tốt cho hệ thống khi có độ bền cao và không ảnh hưởng đến chất lượng của khí nén, khi đường ống bị han gỉ các tạp chất han gỉ dễ rơi vào hệ thống gây giảm chất lượng khí nén.

Định cỡ chính xác đường ống là rất quan trọng, bởi vì kích thước của đường ống có ảnh hưởng tương đối đến áp suất của khí nén.

Tổng kết

Ngày nay, trong đời sống thường này khí nén được sử dụng rất phố biến, được ứng dụng nhiều trong công nghiệp và trong đời sống thường ngày.

Nguồn khí nén mang lại nhiều ưu điểm khí sử dụng, trước hết nó an toàn khí sử dụng, ngoài ra nó còn mang lại lợi ích về kinh tế khi sử dụng lâu dài.

Hệ thống khí nén được lắp đặt nhiều trong các cơ sở, nhà máy sản xuất, một hệ thống khí nén hoàn chỉnh phải đảm bảo chất lượng khí nén được cung cấp đảm bảo yêu cầu sạch, khô.

Xem thêm: Kiến thức về các loại vật liệu