KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY
BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ
KỸ THUẬT THỦY LỰC KHÍ NÉN (HYPN221129)
CHƯƠNG 2
MÁY NÉN KHÍ
VÀ HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ NÉN
PGS.TS. ĐẶNG THIỆN NGÔN
THS. PHAN THỊ THU THỦY
THS. TƯỞNG PHƯỚC THỌ
Mục tiêu bài học
Sau khi học xong bài học này, sinh viên:
➢ Có khả năng phân loại một số máy nén khí dựa trên nguyên lý
hoạt động.
➢ Có khả năng mô tả nguyên lý hoạt động của các loại máy nén
khí hoạt động theo nguyên lý thay đổi thể tích.
➢ Có khả năng mô tả nguyên lý hoạt động của cụm bảo dưỡng
(FRL).
2
Nội dung
11
Máy nén khí
2
Hệ thống xử lý khí nén
3
Hệ thống thiết bị phân phối khí nén
3
Phân loại máy nén khí
4
Máy nén khí
Máy nén khí piston
(Piston compressor)
5
Máy nén khí cánh gạt
(Sliding vane compressor)
Máy nén khí trục vít
(Screw compressor)
Máy nén khí kiểu root
(Root compressor)
Video: How air compressors work?
Máy nén khí
Áp suất khí được tạo ra từ máy nén khí, ở đó năng lượng cơ học của
động cơ điện hoặc của động cơ đốt trong được chuyển đổi thành năng
lượng khí nén và nhiệt năng.
Phân loại theo áp suất:
Máy nén khí áp suất thấp
p ≤ 15 bar
Máy nén khí áp suất cao
p  15 bar
Máy nén khí áp suất rất cao p  300 bar
Phân loại theo nguyên lý hoạt động:
Máy nén khí theo nguyên lý thay đổi thể tích
Máy nén khí theo nguyên lý động năng
6
Compressor types based on working principle
The major classifications of compressors are positive displacement and dynamic type.
❖ Positive displacement can be further divided into
(a) Reciprocating
(b) Rotary.
In case of positive displacement compressors increase the pressure of air/gas by reducing
the volume.
❖ Dynamic compressors divided into
(a) Radial
(b) Axial.
Dynamic compressors increase the air or gas velocity, which is then converted to
increase the pressure.
7
Máy nén khí
kiểu piston
Máy nén khí piston một cấp có thể
hút được lưu lượng đến 10 m3/phút và
áp suất nén là 6 bar, có thể trong một
số trường hợp thì áp suất có thể lên 10
bar.
Máy nén khí piston hai cấp có thể
nén đến áp suất 15 bar.
Máy nén khí piston ba, bốn cấp có
thể nén đến áp suất 250 bar.
8
Máy nén khí kiểu piston
9
Máy nén khí kiểu piston 1 cấp
✓ Việc nén khí thực hiện bằng
cách hút khí vào và nén thể
tích khí nằm giữa piston và
vỏ xy lanh.
10
Không khí
Khí nén
Chu kỳ hút
Chu kỳ nén và đẩy
✓ Khi piston di chuyển sẽ
tạo nên quá trình hút và
nén khí.
✓ Các van chặn ở cửa vào và
cửa ra sẽ đóng hay mở tự
động khi piston di chuyển
trong buồng xy lanh.
Máy nén khí kiểu piston 2 cấp dạng chữ V
Two stage piston compressor
V-type
11
Two pistons are driven by one
crankshaft.
The air, compressed to certain
degree passes from the left
cylinder
through
the
intermediate
cooler
before
given
it’s
compression
cylinder.
final
in
rate
the
of
right
Máy nén khí kiểu piston 2 cấp dạng chữ V
12
Máy nén khí kiểu piston 2 cấp tác động kép
Two stage piston compressor double acting:
This type will compress air during the
upward and downward stroke.
Crankshaft and piston rod move the piston
downwards.
The exhaust port on the piston rod side and
the inlet port on the piston side have
opened so that compression and suction
takes place simultaneously.
13
Máy nén khí piston dạng màng - Piston – diaphragm compressor 14
The working principle of this compressor is
the same as that of a piston compressor, but
sealing is provided by a diaphragm.
The diaphragm usually permits a shorter
piston stroke only.
The advantage of this type is air, free of oil
contamination.
Compared with other compressors designs
the
sealing
simplified.
of
compression
volume
is
Máy nén khí cánh gạt
15
Máy nén khí cánh gạt
16
• Sử dụng rotor lệch tâm với các
cánh gạt có thể trượt theo hướng
hướng tâm để nén khí.
• Không khí đi vào buồng tạo bởi
cánh gạt, rotor và vỏ máy nén khí.
Thể tích buồng này được nới rộng
ra và hình thành thể tích buồng là
lớn nhất.
• Khi các cánh gạt quay tiến đến
cửa ra, khí sẽ được nén lại vì thể
tích buồng chứa ngày càng nhỏ.
• Khi thể tích giảm thì áp suất tang
cho đến khi áp suất khí đạt được
lớn nhất.
Máy nén khí trục vít
17
Máy nén khí trục vít vận hành với 2 rotor xoắn ốc ăn khớp với nhau. Khi rotor bên trái quay
theo chiều kim đồng hồ, thì rotor bên phải sẽ quay ngược chiều kim đồng hồ. Khi các rotor
này quay thì sẽ cưỡng bức khí bên trong các buồng được nén lại với nhau theo hướng dọc
trục. Như vậy khí vào một cổng và ra cổng đối diện theo hướng dọc trục.
D:\TL KN\Scan bai tap khi nen\co thuy\I-6.jpg
Video
Video
Sơ đồ máy nén khí trục vít một cấp có hệ thống cấp dầu bôi trơn
18
Sơ đồ máy nén khí trục vít hai cấp
19
❖ Máy nén khí trục vít 2 cấp sử dụng các cặp rotor kết hợp lại với nhau. Quá trình nén sẽ được chia làm 2 cấp:
cấp đầu và cấp thứ hai nối tiếp. Điều này sẽ làm tăng hiệu suất nén lên 50% của tổng số công suất tiêu thụ.
Máy nén khí trục vít 2 cấp kết hợp sự đơn giản và sự linh hoạt của máy nén trục vít với hiệu suất năng lượng
của máy nén khí piston tác động kép 2 tầng. Máy nén khí trục vít có thể sử dụng làm lạnh bằng khí, nước
hoặc cả hai.
❖ Máy nén khí trục vít thường được sử dụng trong các hệ thống công nghiệp. Do thiết kế đơn giản và ít chi tiết
mài mòn, máy nén khí trục vít dễ dàng bảo trì và vận hành.
Máy nén khí kiểu root
20
Nguyên lý tạo áp suất dựa vào 2 cam như hình vẽ dùng để hút và chuyển đổi dòng
khí nén.
Khả năng hút của máy phụ thuộc vào khe hở giữa hai cam, khe hở giữa phần quay
và thân máy.
Máy nén khí kiểu root
D:\TL KN\Scan bai tap khi nen\co thuy\I-7.jpg
This type of compressor
employs two profiled shafts
which rotate one against
the other.
A volume of air trapped in
the chambers between the
profiled
shafts
and
the
housing is pushed against
the pressure at the exit
side.
21
Máy nén khí kiểu root 2 cấp
22
Hệ thống xử lý
khí nén
Hệ thống cung cấp và xử lý khí nén trong
công nghiệp
23
Hệ thống xử lý khí nén
24
Khí nén được tạo ra từ máy nén khí có chứa đựng nhiều chất bẩn bao
gồm bụi, hơi nước của không khí, những phần tử nhỏ của dầu bôi trơn và
truyền động cơ khí.
Ngoài ra trong quá trình nén,
nhiệt độ khí nén tăng lên, có thể
gây nên quá trình oxy hoá một số
phần tử được kể trên.
Như vậy, khí nén chứa đựng
những chất bẩn đó được tải đi trong
những ống dẫn khí sẽ gây nên sự
mài mòn, gỉ trong ống và trong các
phần tử của hệ thống điều khiển.
Hóa chất
Khí
Dầu
Bụi
Nước
Chức năng của hệ thống xử lý khí nén
25
Giai đoạn xử lý khí nén
Lọc thô
Làm lạnh
Tách nước
Lọc chất bẩn
Lọc bụi
Sấy khô
Ngưng tụ
Hấp thụ
Sấy khô
bằng chất
làm lạnh
Hấp thụ khô
bằng chất
làm lạnh
Lọc tinh
Bộ lọc
Cụm bảo
dưỡng
Van lọc
Van điều áp
Van tra dầu
✓Quá trình lọc thô: làm mát tạm thời khí nén từ máy nén khí đưa ra để tách ra chất bẩn
và bụi. Sau đó khí nén được đưa vào bình ngưng tụ để tách hơi nước. Giai đoạn lọc thô
là giai đoạn cần thiết nhất cho vấn đề xử lý khí nén.
✓Quá trình sấy khô: là giai đoạn xử lý tùy theo chất lượng yêu cầu của khí nén.
✓Quá trình lọc tinh: xử lý khí nén trong giai đoạn này trước khi đưa vào sử dụng.
Các phương pháp xử lý khí nén
❑ Hệ thống làm lạnh
❑ Bộ sấy khí
✓ Thiết bị sấy khô bằng chất làm lạnh
✓ Thiết bị sấy khô bằng hấp thụ
✓ Thiết bị sấy khô bằng nhiệt độ thấp
26
Hệ thống làm lạnh bằng không khí – Bình ngưng tụ
Khí nén sau khi ra khỏi máy
nén khí sẽ được dẫn vào bình
ngưng tụ. Tại đây khí nén sẽ
được làm lạnh và phần lớn
lượng hơi nước chứa trong
không khí sẽ được ngưng tụ
và tách ra.
Nguyên lý hoạt động của bình
ngưng tụ làm lạnh bằng nước
Đường dẫn khí 250C vào
27
Đường dẫn khí 150C ra
Nước làm lạnh đi ra
Hệ thống
ống dẫn nước
làm lạnh
Tách nước chứa
trong khí nén
Đường dẫn nước làm
lạnh vào
Cửa xả nước
Bộ sấy khí – Thiết bị sấy khô bằng chất làm lạnh
Nguyên lý hoạt động của thiết bị sấy
khô bằng chất làm lạnh như sau: khí
nén từ máy nén khí sẽ qua bộ phận
trao đổi nhiệt khí – khí. Tại đây dòng
khí nén vào sẽ được làm lạnh sơ bộ.
Khí nén nóng
sạch sấy khô
Bộ phận trao đổi nhiệt
khí - chất
Sau khi được làm lạnh sơ bộ, dòng
khí nén vào bộ phận trao đổi nhiệt
khí – chất làm lạnh. Quá trình làm
lạnh sẽ được thực hiện bằng cách:
dòng khí nén sẽ được đổi chiều
trong những ống dẫn nằm trong thiết
bị này. Nhiệt độ hoá sương tại đây là
+20C. Như vậy lượng hơi nước trong
dòng khí nén vào sẽ được tạo thành
từng giọt nhỏ một.
28
Khí nén từ
máy nén khí
Bộ phận trao đổi nhiệt khí - khí
Bộ phận
kết tủa
Chất làm lạnh
Bộ phận
kết tủa
Máy phát chất
làm lạnh
Bộ sấy khí – Thiết bị sấy khô bằng hấp thụ
29
Sấy khô bằng hấp thụ có thể là quá trình vật lý hay là quá trình hoá học.
Quá trình vật lý: chất sấy
khô hay gọi là chất háo
nước sẽ hấp thụ lượng
hơi nước ở trong không
khí ẩm ở trong 2 bình sấy
khô .
❖Bình sấy khô thứ nhất
chứa chất sấy khô và thực
hiện quá trình sấy khô.
❖Bình sấy khô thứ hai sẽ
tái tạo lại khả năng hấp
thụ của chất sấy khô (chất
háo nước) mà đã dùng lần
trước đó.
Khí nén từ máy nén khí
Van (mở)
4
Van (đóng)
3
7
Bình
hấp thụ 1
6
Van (mở)
Bình
hấp thụ 2
8
5
2
Bộ phận
nung nóng
Van (đóng)
1
Khí nén đã được sấy khô
Khí nén
Bộ sấy khí – Thiết bị sấy khô bằng hấp thụ
Quá trình hoá học:
3
Thiết bị gồm 1 bình chứa, trong đó
có chứa chất hấp thụ (thường là
NaCl).
Không khí ẩm sẽ được đưa vào bình
từ cửa 1, sau khi đi qua chất hấp thụ
2, lượng hơi nước trong không khí
sẽ kết hợp với chất hấp thụ và tạo
thành những giọt nước lắng xuống
phần dưới của đáy bình chứa.
Từ đó, phần nước ngưng tụ sẽ được
dẫn ra ngoài bằng van 5. Phần
không khí sấy khô sẽ theo cửa 3 vào
hệ thống điều khiển.
30
2
1
Đường khí nén vào
2
Chất hấp thụ
3
Đường khí nén ra sau
khi được sấy khô
4
Nước ngưng tụ
5
Van xả
4
1
5
Nguyên lý hấp thụ bằng phản ứng hóa học
Bộ sấy khí – Thiết bị sấy khô bằng nhiệt độ thấp
Không khí ẩm
Không khí ẩm đi vào bộ trao đổi
nhiệt sau đó sẽ được làm lạnh và
sẽ cho ra không khí khô.
Không khí khô
Ở đây bộ trao đổi nhiệt chính là một
hệ thống lạnh. Bình ngưng tụ sẽ
chứa nước ngưng tụ và có thể xả
ra.
Không khí được làm lạnh khô sau
đó sẽ được làm ấm lại.
M
Xả
Hệ thống lạnh
Hệ thống sấy khô bằng nhiệt độ thấp
31
Bộ lọc – Air Service Equipment / FLR
32
Filter/Regulator and Lubricator (FRL)
Compressed air regulator
Compressed air filter
Compressed air lubricator
Video:3:30
Video 1:00 Parker
Van lọc - Compressed air filter
Van lọc có nhiệm vụ tách các thành phần chất bẩn và hơi
nước ra khỏi khí nén.
Các hạt bụi có kích thước lớn hơn 0,01 µm nên bị loại trừ
ra khỏi dòng khí cấp cho hệ thống, có nhiều cấp lọc khác
nhau để hệ thống làm việc tốt hơn.
Ứng dụng: Khí nén phải được lọc tách dầu và làm sạch.
33
Van lọc - Compressed air filter
34
• Khí có chất bụi bẩn sẽ đi vào bộ lọc theo đường xoắn.
• Nước sẽ được tách ra và các hạt bụi bẩn được văng lên bề
mặt và rơi xuống đáy.
• Vách ngăn ngăn khí chảy xoắn vào các phần tử lọc.
• Miếng lọc sẽ lọc các bụi rắn.
Van lọc với cửa xả nước bằng tay
Filter (with manual drain)
Van lọc cần được kiểm tra kỹ
hàng ngày để đảm bảo mức
nước không vượt quá mức
cho phép để xả ra ngoài khi
cần thiết.
⚫ Van xả cho phép nước thải
được đưa ra ngoài với áp
suất.
⚫
35
Van lọc với cửa xả nước tự động
Filter (Fully automatic drain valve)
⚫
⚫
⚫
Van làm việc dưới áp
suất khí, khi mực nước
trong van lọc tăng lên sẽ
nâng phao nổi lên làm
cho cửa xả mở ra và xả
nước ra ngoài.
Khi phao rơi xuống làm
cho cửa xả đóng lại.
Khi ngắt áp suất tại bất
cứ thời điểm nào, cửa xả
nước sẽ mở tự động.
36
Van điều áp – Compressed air regulator
⚫
37
Van điều chỉnh áp suất: giữ áp suất được điều chỉnh không đổi, mặc dầu có sự
thay đổi bất thường của tải trọng làm việc ở phía đường ra hoặc sự dao động
của áp suất ở đường vào van
Cấu tạo và ký hiệu van điều chỉnh áp suất
Van điều áp – Pressure regulator
38
2
4
6
40
80
120
8
lbf/in2
bar
10
6
4
80
2
P1
8
40
120
lbf/in2
bar
10
P2
P1
P2
Van điều áp – Pressure regulator
Vặn vít điều chỉnh theo chiều kim
đồng hồ để tăng áp suất P2.
4
6
80
2
40
8
120
lbf/in2
bar
10
Lực lò xo lớn hơn đẩy van mở ra.
Áp suất P2 tăng lên tác động lên
màng để cân bằng với lực lò xo và
cho phép van đóng lại.
P1
P2
39
Van điều áp – Pressure regulator
Áp suất mong muốn đạt được khi áp
suất tác động lên màng hoàn toàn
4
6
80
2
40
lbf/in2
bar
P1
P2
8
120
10
cân bằng với lực lò xo và van sẽ
đóng lại.
40
Van điều áp – Pressure regulator
Đây là van giảm áp cho phép giảm áp suất
4
tới mức đã được điều chỉnh thấp hơn.
6
80
2
40
8
120
lbf/in2
bar
10
✓ Vặn vít điều chỉnh ngược chiều kim đồng
hồ để giảm lực lò xo.
✓ Lực tác động lên màng lớn hơn lực lò xo
sẽ đẩy màng lên khỏi kim van.
P1
P2
✓ Áp suất khí sẽ xả ra đến khi màng co lại.
41
Van điều áp – Pressure regulator
42
Một khi đạt đến áp suất đã thiết lập,
nhấn khóa điều chỉnh để tránh những
4
6
80
2
40
lbf/in2
bar
P1
P2
8
120
10
thay đổi bất thường.
Để giảm lực ma sát, sự ăn mòn và sự gỉ sét của
các phần tử trong hệ thống điều khiển bằng khí nén,
Van tra dầu
Compressed
air lubricator
trong thiết bị lọc có gắn thêm van tra dầu.
43
Van tra dầu - Compressed air lubricator
Những giọt dầu sẽ được nhỏ ra bởi sự chênh
lệch áp suất giữa P1 và P3.
P3
Tất cả những giọt dầu sẽ chảy qua đầu phun.
P1
P2
Áp suất rơi trên P3 được tạo bởi ống venturi
trong đầu phun.
Chỉ 10% phần tử dầu nhỏ nhất và nhẹ nhất
P1
mới có thể thoát ra cửa bình chứa bởi sự
chênh áp giữa P1 : P2
44
Venturi effect
45
The pressure at "1" is higher
than at "2", and the fluid
speed at "1" is lower than at
"2", because the crosssectional area at "1" is
greater than at "2".
Video 3:50
Video: Venturi tube
is the density of the fluid
Van tra dầu - Compressed air lubricator
L73M
L68M
L74M
Ported
L17
L64M
L07
L72C
Excelon
Modular
System
Olympian Plus
Plug-in System
46
Hệ thống
thiết bị
phân phối
khí nén
47
Hệ thống phân phối khí nén
Hệ thống thiết bị phân phối khí nén có nhiệm vụ chuyển khí nén
từ máy nén khí đến khâu cuối cùng để sử dụng
Mạng đường ống dẫn của
khí nén:
✓Mạng đường ống dẫn lắp
ráp cố định
✓Mạng đường ống dẫn lắp
ráp di động
48
Ống khí nén và phụ kiện
49
Thiết bị phân phối khí nén
50
Bình trích chứa khí nén
Bình trích chứa khí nén
có nhiệm vụ cân bằng
áp suất khí nén từ máy
nén khí, ngưng tụ một
phần hơi nước, tách
nước.
Bình trích chứa có thể
lắp ráp theo các vị trí
khác nhau: nằm ngang,
thẳng đứng, bình nhỏ
lắp trực tiếp vào ống
dẫn khí.
Đường ống nối khí nén
ra thường nằm vị trí cao
nhất của bình trích
chứa.
51
Bình trích chứa khí nén
Kích thước bình trích chứa
phụ thuộc vào công suất của
máy nén khí và công suất tiêu
thụ của các thiết bị máy móc
sử dụng, ngoài ra còn phụ
thuộc vào phương pháp sử
dụng khí nén: Ví dụ sử dụng
khí nén liên tục hay gián
đoạn.
Bình trích chứa khí nén nên
được láp ráp trong không
gian thoáng để thực hiện
chức năng ngưng tụ và tách
nước
trong
khí
nén.
52
Ống khí nén nhựa
Tubing types:
Polyamide (PA) Polyurethane
(PU)
Tube sizes:
4 mm o/d
5 mm o/d
6 mm o/d
8 mm o/d
10 mm o/d
12 mm o/d
14 mm o/d
53
Ống khí nén nhựa
❖ Tube sizes
3/16 inch o/d
1/4 inch o/d
5/16 inch o/d
3/8 inch o/d
1/2 inch o/d
❖ Tubing types:
Polyamide (PA)
Polyurethane (PU)
Range of tube sizes Inch
54
Kiểu kết nối
55
Câu hỏi ôn tập 1
56
Câu 1: Nhóm máy nén khí nào hoạt động theo nguyên lý động năng?
a. Kiểu turbin – chiều trục, kiểu ly tâm
b. Kiểu trục vít, kiểu piston
c. Kiểu cánh gạt, kiểu ly tâm
d. Kiểu trục vít, kiểu root
Câu hỏi ôn tập 2
57
Câu 2: Which is the symbol of Air compressor?
a.
b.
c.
d.
Câu hỏi ôn tập 3
Câu 3: Which is the true statement?
a. This type of compressor uses intercooler
to cool the air between two stages of
compression
b. Two stage piston compressor
c. This type of compressor compresses air
during the upward and downward stroke
d. All of the above
58
Câu hỏi ôn tập 4
59
Câu 4: Ký hiệu nào là của van lọc nước khí nén không có cửa xả nước:
a..
b.
c.
d.
Câu hỏi ôn tập 5
60
Câu 5: Which is the symbol of the reservoir?
All of the above
a.
b.
c.
d.
61