Khảo sát máy khí nén piston tại phòng thì nghiệm máy nén P3 ppsx

Piston bắt đầu chuyển động tịnh tiến từ điểm chết dưới đi lên, khí trong xylanh bắt
đầu bị nén lại, áp lực khí nén bắt đầu tăng lên. Khi áp lực này vượt quá áp lực khí khu
vực van thoát khí và lực ép lò xo van thoát khí thì van thoát khí mở ra, khí ép trong
xylanh sẽ thoát ra. Khi piston lên đến điểm chết trên thì việc thoát khí sẽ kết thúc, van
thoát khí với áp lực lò xo lớn hơn áp lực khí nén bên trong xylanh sẽ đóng lại. Kết thúc
quá trình nén khí.
















Hình 3-2. Kết cấ
u bên trong đầu máy nén piston TA80
1-Ống giải nhiệt; 2-Van hút; 3-Nắp xi lanh; 4-Piston; 5-Trục khuỷu;
6-Xecmăng; 7-Tay biên; 8-Bạc đạn ;9-Lọc khí;10-Bộ ngắt tự động;
11-Puly đầu máy; 12-Hộp trục khuỷu
3.1.3. Thông số kỹ thuật của máy nén FUSHENG TA80.
- Loại máy nén : TA 80
- Chất liệu nén : Không khí
- Số đầu nén: 3

- Lưu lượng : 767 [lít/phút].
- Dung tích bình ch
ứa : 155 [lít]
- Áp lực hút khí : Thường áp
- Áp lực làm vi
ệc: 7 [kg/cm
2
G].
- Áp lực lớn nhất của bình chứa: 10
[kg/cm
2
G].
- Tốc độ đầu nén : 850
- Hành trình piston : 0,06 [m]
- Đường kính xylanh : 0,08 [m]
- Nhiệt độ dầu bôi trơn trong thân máy :
≤
50
0
C
- Trọng lượng chính của máy nén : 180 [kg]
3.2. Các chi tiết thuộc máy nén TA80.
3.2.1. Thân máy.
Thân máy là giá đỡ các bộ phận khác của máy, là sự liên kết tương đồng giữa xi
lanh và ống nối trung gian. Do vậy thân máy phải có độ ổn định lớn, đủ nặng và bền.
Trong không gian của thân máy đủ để bố trí trục khuỷu chuyển động quay tròn và chứa
dầu bôi trơn. Hai thành bên có các cửa có nắp đậy, kích thước đủ lớn để có thể tháo, lắp
các bộ ph
ận bên trong. Trên mặt vách có kính thăm dầu và lỗ đổ dầu. Kết cấu thân máy
có dạng hình hộp kiểu nằm được cấu thành bởi bề mặt thân máy, nắp ổ đỡ trục trước và

sau, trước thân máy có lắp kết cấu quay xe và bộ đo vị trí dầu, đầu dẫn dầu bôi trơn. Vật
liệu chế tạo thân máy là gang xám, thân máy được đúc sẵn.
3.2.2.Trục khuỷu.
2
3
1
53
R8,5
213
14
74
R21
Trục khuỷu là bộ phận nhận chuyển động quay tròn từ động cơ, rồi cung với tay
biên tạo ra chuyển động tịnh tiến của piston. Trục khuỷu chịu chuyển động uốn và xoắn.
Trong máy nén khí này thì trục khuỷu có số khuỷu là 3. Bên trong trục khuỷu được khoan
tạo đường dẫn dầu bôi trơn cho thanh truyền, ổ đỡ, hộp đệm kín, ổ đỡ trục khuỷu là ổ lăn.
Trên má khu
ỷu có gắn bộ phận cân bằng động, nhằm đảm bảo và nâng cao chất lượng
tính chuyển động quay cân bằng cho trục khuỷu.
Các yêu cầu kỹ thuật của trục khuỷu :
- Độ đảo của bề mặt ngõng trục so với đường tâm trục tương ứng không quá 0,5
sai số cho phép ghi trên bản vẽ.
- Độ không song song của đường tâm ngõng trục lắp biên với đường trục chính
không quá 0,02 (mm) trên 100 (mm) chiều dài.
- Độ đảo
đường tâm ngõng trục phía lắp với động cơ không vượt quá 0,03 mm.
- Độ bóng bề mặt các ngõng trục lắp biên, ổ đỡ phải đạt cấp 9, các ngõng trục để
lắp hộp đệm, lắp bánh răng, ro to động cơ có độ bóng bề mặt cấp 7.
- Các phần không lắp ráp của trục chỉ cần đúng kích thước và tiện sạch .
3.2.3. Thanh truyền.

Hình 3-3 Thanh truyền
1- Đầu nhỏ thanh truyền ; 2-
Đầu to thanh truyền ; 3- Bulông đầu to thanh truyền
3
90
80
Bộ phận thanh truyền kết nối trục khuỷu và piston. Thanh truyền có nhiệm vụ
truyền chuyển động quay từ trục khuỷu thành chuyển động tịnh tiến của piston, trong
thân thanh truyền có lỗ dầu thông suốt, đầu to thanh truyền liên kết với trục khuỷu, đầu
nhỏ liên kết với piston thông qua chôt piston. Đầu to thanh truyền chia thành hai nửa và
ghép bằng bu lông đai ốc kép, bên trong có lắp bạc hợp
kim babit, khi lắp mới hay thay bạc biên thì dung că
n
thép lá dày 0,25 mm đệm giữa hai bích của biên. Các lá căn
giúp ta chỉnh được khe hở cần thiết. Sau một thời gian làm
việc bạc bị mòn thì bỏ bớt căn đi để điều chỉnh.
3.2.4. Xylanh.
Xylanh có nhiệm vụ tạo ra không gian hút và nén khí. Cùng với xylanh, van khí và
khoang làm việc với khí nén, do bề mặt xylanh, nắp

xylanh và nắp van áp lực tạo thành. Van khí được lắp
trên thân xylanh, các chi tiết cùng với xylanh và piston
phải lắp đảm bảo độ đồng trụ
c, đảm bảo chính xác
điểm chết trên và điểm chết dưới. Xylanh làm việc với
nhiệt độ và áp suất luôn thay đổi theo chu kỳ hút và
nén. Vật liệu chế tạo xylanh là gang xám đúc và gia
công nguội. Độ cứng của xylanh khoảng 170- 240 HB. Bề mặt làm việc có độ cứng
khoảng 320-380 HB được tôi bằng điện cao tần. Xylanh của máy nén được sử dụng
nguyên liệu nhôm đúc chống gỉ, giải nhiệt tố
t. Độ bền cao.









Hình 3-4. Piston.

3.2.5. Van nạp và van xả (van khí).


Van khí có nhiệm vụ đóng mở để cho dòng khí vào và ra khỏi xylanh. Đây là bộ
phận quan trọng nhất của máy nén. Nó ảnh hưởng rất lớn đến hệ số cấp của máy nén khí,
cho nên yêu cầu van khí phải đóng mở thời điểm, khi đóng phải kín khi mở phải ít gây
tổn thất trở lực, đảm bảo tuổi thọ cao, dễ chế tạo và không t
ạo ra không gian chết. Các bộ

phận của van khí do bệ van, bộ hạn chế hành trình nâng, tấm van, lò xo và các bu lông
liên kết cấu thành.Tấm van được lò xo ép kẹp phân bố đồng đều trên mặt kín bệ van, lợi
dụng áp lực khí trong và ngoài van khí công tác sẽ tự động đóng mở. Trong quá trình làm
việc các tấm van có thể gãy do đó các van khí thường bố trí sao cho dễ tháo lắp.
3.2.6. Hệ thống làm mát.
Trong máy nén hệ thống làm mát rất quan trọng, nó đảm bảo dữ cho nhiệt độ khí
nén và dầu bôi trơn được ổn định. Hệ thống làm mát của máy nén piston TA80 là hệ
thống làm mát bằng gió. Gió được tạo ra bởi các cánh quạt trên puli máy nén. Khi máy
nén làm việc, puli quay thổi gió qua làm mát các xylanh của máy nén. Do đó bề mặt bên
ngoài của xylanh được cấu tạo đặc biệt với các đường gân tản nhiệt, giúp tản nhiệt nhanh




a
bc
Hình 3-5 Các chi tiết của van nạp, van xã
a-Các lá van; b-Bệ van; c-Bộ phận hạn chế hành trình nâng.
chóng. Khi máy nén làm việc với tải lớn thì số vòng quay của puli càng lớn, lượng gió
làm mát càng lớn, giúp làm mát các xylanh của máy nén.
3.2.7. Hệ thống bôi trơn.
Hệ thống bôi trơn của máy nén khí piston TA80 là kiểu bôi trơn tự nhiên. Dầu bôi
trơn được chứa trong cacte. Khi máy làm việc, trục khuỷu quay, các khuỷu và đầu to
thanh truyền quay ngập trong dầu, dầu vung té lên bôi trơn piston và thành xylanh, đường
dầu trong trục khuỷu dùng bôi trơn cổ khuỷu, và các bộ phận ma sát khác ở các cơ cấu
truyề
n động. Dầu bôi trơn được đổ vào đúng mức quy định. Duy trì mức dầu luôn nằm ở
mức giới hạn trên và giới hạn dưới của kính thăm dầu. Máy nén khí TA80 sử dụng nhớt
SAE 20 vào mùa đông, SAE 30 vào mùa hè. Sử dụng nhớt hợp lý thì tốc độ của máy sẽ
đạt được như mong muốn, nằm trong tốc độ giới hạn.

3.2.8. Hệ thống điều chỉnh lưu lượ
ng.
Các máy nén đều gắn liền với hệ thống mà nó phục vụ. Khi máy nén dùng để tạo
ra dòng khí có áp suất phục vụ cho nguồn tiêu thụ của công nghệ nào đó, thì áp suất hút
của nó luôn là p
a
(áp suất khí quyển nơi đặt máy ), còn áp suất đẩy (áp suất cửa đẩy của
cấp cao nhất ) luôn phụ thuộc vào nguồn tiêu thụ nhiều hay ít hơn năng suất của máy.
Trong hệ thống lạnh thì lưu lượng của máy nén gắn liền với năng suất lạnh của hệ thống.
Năng suất nhiệt của các thiết bị bay hơi lớn hay nhỏ hơn năng suất củ
a máy nén sẽ dẫn
tới áp suất hút của nó sẽ cao hay thấp. Như vậy hệ thống điều chỉnh lưu lượng của máy
nén khí dùng để thay đổi lượng khí nén cho phù hợp với mức tiêu thụ của thiết bị, nhằm
đáp ứng yêu cầu công nghệ sử dụng khí nén, sao cho năng suất, chất lượng tốt nhất, giá
thành hạ, tuổi thọ máy được lâu dài an toàn.
Việc điều chỉnh l
ưu lượng của máy nén có thể tiến hành thủ công hay tự động.
Điều chỉnh thủ công thì đơn giản độ chính xác và an toàn kém. Điều chỉnh tự động thì
chính xác an toàn cao nhưng giá thành cao.
Các phương pháp điều chỉnh lưu lượng:
- Điều chỉnh thông qua số vòng quay n của trục máy là tốt nhất, nhưng cần có
được động cơ thay đổi được số vòng quay. đối với động cơ đốt trong, hay tuabin dùng
kéo máy nén thì dễ
dàng thay đổi số vòng quay hơn động cơ điện.
- Điều chỉnh thông qua hệ số không gian vô ích bằng cách tăng hay giảm dung tích
không gian vô ích. Cách điều chỉnh này áp dụng cho máy nén có một cụm xylanh và
piston. Dùng piston có cơ cấu dịch chỉnh lắp ở đầu xylanh đối đỉnh với piston làm việc.
Khi cần giảm lưu lượng của máy thì dich xa piston phụ để tăng không gian chết và ngược
lại. Phương pháp này có thể giảm tối đa 50% lưu lượng và thường áp dụng cỡ vừa và cỡ
lớn nhưng phương pháp này không kinh tế.

- Điều chỉnh bằng cách dùng van và đường vòng để xả khí từ cửa đẩy về cửa hút
của máy nén. Cách này đơn giản nhưng không kinh tế đồng thời làm tăng cao nhiệt độ
khí nén.
- Điều chỉnh bằng cách dùng van chặn giảm bớt khí hút về máy nén.
- Điều chỉnh bằng cách kênh van hút làm cho các van hút của máy nén luôn ở
trạng thái mở. Phương pháp này được ứng dụng rộng rãi trong các lo
ại máy nén piston
một cấp và nhiều cấp có các cụm pittông- xilanh. Cứ cụm piston- xylanh nào bị kênh lá
van hút là năng suất của nó bằng không vì khí được hút vào xylanh bao nhiêu thì sẽ lại
quay ra khỏi xylanh trở về khoang hút bấy nhiêu. Cách này khi muốn giảm bao nhiêu lưu
lượng thì làm kênh bấy nhiêu cụm van hút.
3.2.9. Hệ thống điều chỉnh áp suất .
Máy nén khí piston TA80 là loại máy nén có hệ thống
điều chỉnh áp suất tự động điều khiển bằng rơle áp suất. Là
s
ử dụng đóng ngắt tiếp điểm điện của rơ le áp suất để điều
khiển tình trạng dừng và vận hành của máy nén khí. Khi áp
lực trong hệ thống đạt đến áp lực cài đặt trên (7kg/cm
2
) tiếp
điểm của rơle mở, máy ngừng hoạt động. Khi áp lực trong hệ
thống giảm thấp hơn áp lực cài đặt dưới (5kg/cm
2
) thì tiếp điểm điện của rơle đóng lại,
máy hoạt động có tải bình thường.
4. Tính toán các thông số kỹ thuật của máy nén TA80.
4.1. Các quá trình cơ bản của máy nén TA80.
4.1.1. Quá trình lý thuyết.
Máy nén piston làm việc theo nguyên lý nén cưỡng bức, với các quá trình tiến
hành tuần tự như sau: hút, nén, đẩy khí. Toàn bộ các quá trình này được lặp lại trong mỗi

vòng quay của trục máy nén và được gọi là chu trình lý thuyết của máy nén.
v
1'
p
1
dV
p
1p1v1
2p2v2
p
2
v2
2'
v
l
4'
4
3
v
p

Hình 4-1 Đồ thị biểu diễn chu trình nén lý thuyết.
Các quá trình lý thuyết của máy nén TA80 biểu diễn trên đồ thị P-V (hình 4-1):
Đường 4-1 là đường hút khí khi áp suất không đổi; Đường 1-2 là nén khí từ P
h
đến P
d
;
Đường 2-3 là đẩy khí khi áp suất không đổi.
Quá trình hút và đẩy không phải là quá trình nhiệt động, vì trong quá trình này khí

trong xylanh chỉ biến đổi về lượng chứ không biến đổi trạng thái.
Ở chu trình lý thuyết, quá trình hút chỉ xảy ra trong cả khoảng chạy của piston. Ở
thời điểm thay đổi hướng chạy (điểm 1), xupap hút đóng lại và quá trình nén bắt đầu. Quá
trình này kéo dài đến khi áp suất trong xylanh đạt tới áp suất đẩy P
2
, xylanh đẩy mở ra và
quá trình đẩy khí ra khỏi xylanh bắt đầu. Khi piston thay đổi hướng chạy lần thứ 2 (điểm
3) thì xupap đẩy đóng lại và xupap hút bắt đầu mở ra.
Chu trình lý thuyết chỉ đúng khi: trở lực của xupáp hút và đẩy bằng không, áp suất
trong ống hút và đẩy không đổi, nhiệt độ khí trong giai đoạn hút và đẩy không đổi; cuối
quá trình nén, tất cả khí trong xilanh phải được đẩy vào đường đẩy (thể tích không gian
vô ích bằng 0); không có t
ổn hao khí trong qua khe xupáp và xécmăng. Các máy nén thực
hiện được chu trình lý thuyết gọi là máy nén lý tưởng.
2
M2
C
3
P
4
2
1
a
1
M
d
p
2
p
c

b
4.1.2. Quá trình thực.
Các máy nén thực tế đều thực hiện chu trình thực. Chu trình thực của máy nén thể
hiện bằng đồ thị chỉ thị (hình 4-2). Đồ thị chỉ thị biểu diễn sự biến đổi áp suất khí trong
xylanh theo khoảng rời của piston hay theo sự thay đổi của không gian làm việc. Các ký
hiệu trên đồ thị:
V
h
,V
H
, V
x
- thể tích không gian có hại của xylanh, thể tích quét được của piston
và thể tích xylanh.
V’
H
- thể tích của khí được hút vào xylanh ở điều kiện áp suất P
a
và nhiệt độ T
a

V
H
- thể tích khí hút được ở điều kiện áp suất của khí trên đường hút P
1
và nhiệt
độ T
1
.
V

4
- khoảng không gian do khí giãn nở từ khoảng hại chiếm mất.

a, c – các điểm ứng với lúc xupáp hút và đẩy đóng.
b,d – các điểm ứng với lúc xupáp hút và đẩy m
ở.
Đường ad - ứng với quá trình hút .
Đường ab - ứng với quá trình nén
Đường bc - ứng với quá trình đẩy
Đường cd - ứng với quá trình giãn nở của khí .
















Hình 4-2 Đồ thị chỉ thị thực của máy nén TA80
Qua đồ thị (Hình.4-2) cho thấy chu trình thực của máy nén khác chu trình lý
thuyết ở các điểm sau: khi piston đổi chiều, quá trình hút không xảy ra ngay mà còn có
quá trình giãn, đường hút và đường đẩy là những đường cong.

Có sự khác nhau như vậy giữa chu trình thực và lý thuyết của máy nén là:
1. Xylanh có khoảng hại V
h
: vì có khoảng hại nên khi kết thúc quá trình đẩy không
phải tất cả khí được đẩy khỏi xylanh , mà còn lại một phần khí trong khoảng hại, gồm
phần thể tích giữa piston và xylanh, ở trong hộp xupap và các rãnh xupap. Do có khoảng
hại, nên việc hút khí vào xilanh chỉ bắt đầu khi áp suất của khí còn lại trong khoảng hại
giảm xuống bằng áp suất hút. Do sự có mặt của khoảng hại đã làm xuất hiện các đường
cong giãn cd, làm giảm thể tích có ích c
ủa xylanh trong quá trình hút.
2. Xupáp hút và đẩy có trở lực nên quá trình hút và đẩy chỉ xảy ra khi áp suất khí
trong xylanh thấp hơn áp suất khí trong đường hút và cao hơn áp suất khí trên đường đẩy.
Trở lực xupáp biến đổi trong cả khoảng dời của piston vì vận tốc của khí biến đổi và giá
trị lớn nhất của trở lực xuất hiện khi xupáp bắt đầu mở cho nên đường hút và đường đẩy
luôn là đường cong. Còn có ảnh hưởng của sự rò r
ỉ khí, sự trao đổi nhiệt giữa khí và
xylanh cùng piston làm cho sự khác nhau giữa chu trình thực và chu trình lý thuyết.
3. Áp suất trong ống hút và ống đẩy thay đổi (hoặc dao động) tuỳ theo vị trí của
piston: sự thay đổi áp suất gây ra do chuyển động không ổn định của dòng khí.
4. Có sự trao đổi nhiệt giữa khí và xylanh cùng piston: do lần lượt bị đốt nóng và
làm lạnh nên nhiệt độ của thành xylanh và piston có giá trị trung gian giữa nhiệt độ khí
hút và khí đẩy.
5. Có sự rò khí qua xupap, xecmăng và hộp đệm: nếu khí rò qua xupap hút,
xecmăng, hộp đệm thì đường cong nén sẽ thoải hơn và đường cong dãn sẽ dốc hơn. Như
vậy chỉ số đa biến biểu kiến của đường cong nén sẽ thấp hơn và của đường cong dãn sẽ
cao hơn chỉ số đa biến thực khi không có sự rò khí.
4.2. Lưu lượng của máy nén TA80.
Lưu lượng khối lượng quá trình hút của máy nén tạ
i xylanh I được tính ở điều kiện
áp suất vào là áp suất khí trời và khối lượng riêng của không khí là

1
ρ
= 1,2 kg/m
3
.
lthlth
QG
111
.
ρ
= (4.1)
trong đó :
lth
G
1
[kg/s]- Lưu lượng khối lượng lý thuyết của quá trình hút

1
ρ
- Khối lượng riêng của không khí
1
ρ
= 1,2 kg/m
3


lth
Q
1
[m

3
/s]- lưu lượng thể tích lý thuyết của quá trình hút
1h
Q được tính ở quá trình hút và bỏ qua tổn thất và bằng thể tích hút của xilanh I.


60
1
FSn
Q
lth
=
(m
3
/s) (4.2)
Trong đó: F - Diện tích của piston (m
2
)
F=
4
2
d⋅
π
=
4
)1080(1416,3
23−
⋅⋅
= 0,005 (m
2

)
S- Hành trình của piston (m)
S = 60 . 10
-3
(m)
d- Đường kính của xylanh, d= 0,08 (m)
n - Số vòng quay của trục trong một phút (vòng/phút)
n = 850 (vòng/ phút)
Thay các giá trị của các đại lượng trên vào phương trình (4.2) ta được.
00425,0
60
8501060005,0
3
1
=
⋅⋅⋅⋅
=
−
lth
Q (m
3
/s)
Hay :
255,0
1
=
lth
Q (m
3
/phút)

vậy ta có lưu lượng khối lượng quá trình hút của máy nén tại xylanh I:

== 2,1.255,0
1lth
G 0,306 (kg/ phút)
G
lt
= 0,306.3 = 0,918 (kg/phút)
Máy nén piston TA80 là loại máy nén có 3 piston, kích thước các piston giống
nhau nên lưu lượng được tính:
Q
mn
=
lth
Q
1
.3 = 0,255.3 = 0,765 (m
3
/phút)
G
mn
=
lth
G
1
.3 = 0,306.3 = 0,918 (kg/ phút)
Kết luận: Giá trị tìm được phù hợp với số liệu nhà sản xuất đưa ra.
Lưu lượng thực của máy nén khác với lưư lượng lý thuyết. Nguyên nhân sinh ra
sự khác biệt đó là do có sự khác nhau giữa chu trình thực và chu trình lý thuyết. Năng
suất thực được xác định theo công thức :

ltlt
QG ⋅=
λ
1
(m
3
/s) (4.3)
Trong đó :
λ
- Hệ số lưu lượng (hay hệ số năng suất ) và
〈
λ
1. Hệ số này kể tới
các nguyên nhân gây ra sự sai khác giữa năng suất thực, lý thuyết và được xác định theo
công thức :

KdKtPh
H
V
V
λλλλλλλ
⋅=⋅⋅⋅==
0
(4.4)
Trong đó : V
H
- Thể tích làm việc của xy lanh (m
3
)

Theo [3] thì các giá trị
λ
được cho như sau:
h
λ
- hệ số ảnh hưởng của khoảng không gian vô ích đến khả năng hút của máy nén
9,07,0 ÷=
h
λ
, chọn 85,0=
h
λ

k
λ
- hệ số kín, là tỷ số giữa thể tích khí được đẩy vào đường đẩy quy về điều kiện
hút V
o
và thể tích hút V
ht
(
ht
o
k
V
V
=
λ
).Thực nghiệm tìm được 98,095,0 ÷=
k

λ
, chọn
97,0=
k
λ

2
p
v
4
3
p
2v2
p1v1
2
1
1
4
t
λ
- hệ số ảnh hưởng của quá trình trao đổi nhiệt giữa hơi và thành xi lanh
95,09,0
2
÷=
λ
, chọn
94,0
2
=
λ

p
λ
- hệ số áp suất nói đến ảnh hưởng của áp suất của khí trong xylanh ở cuối quá
trình hút.(Po
〈
P
1
) lúc này thể tích xylanh không sử dụng hết. Áp suất P
1
đạt được khi khí
bắt đầu nén.
98,095,0 ÷=
p
λ
, chọn
97,0
=
p
λ

Thay các hệ số vào (4.4) ta được :
75,097,0.94,0.97,0.85,0
=
=
λ

Thay các giá trị tìm được vào (4.3) ta có:
575,0765,075,0
1

=⋅=G
(m
3
/ phút).
Vậy sau khi tính toán kiểm nghiệm, lưu lượng tìm được phù hợp với giá trị của
nhà sản xuất đưa ra (catalog).
4.3. Công và công suất lý thuyết của máy nén TA80.
Khi tính công nén lý thuyết của máy nén TA80. Ta xác định công nén của máy
nén piston một cấp lý tưởng cho 1kg khối lượng không khí.









Hình 4-3 Đồ thị chỉ thị lý tưởng của máy nén piston một cấp

Công tiêu hao để thực hiện chu trình lý thuyết biễu diễn bằng diện tích 1-2-3-4
(hình 4-3) và bằng tổ
ng công của các quá trình hút, đẩy, nén.
Công do khí sinh ra trong quá trình hút là công âm:
11
VPL
h
⋅=
Trong đó: V
1

- thể tích hút trong một vòng quay (m
3
)
Trên đồ thị công này biểu diễn bằng diện tích (
4 -1-1
′
- 4
′
).
Công nén khí từ áp suất p
1
= p
h
tới p
2
= p
d
biểu diễn bằng diện tích 1221
′
−
′
−− .
Cách tính công này như sau:
Công ứng với chuyển dịch vô cùng nhỏ của piston trong khoảng nén là công
dương (tiêu hao) và bằng – pdV (có dấu âm vì dV
〈
0)
Như vậy công nén là :
∫
−=

2
1
pdVL
n

Công trong quá trình đẩy biểu diễn bằng diện tích
2432
′
−
′
−
−
và bằng :
L
d
= p
2
V
2
.
Trong đó : V
2
- thể tích đẩy trong một vòng quay (m
3
)
Công của cả chu trình :
22
2
1
1

VppdVpL +−−=
∫

Mặt khác :
()
∫
=−
2
1
2122
pVdVpVp
;
Vậy:
()
∫∫∫
=−=
2
1
2
1
2
1
VdppdVpVdL
, (J). (4.9)
Công riêng để nén 1kg không khí sẽ là :

∫∫
===
2
1

2
1
vdp
G
Vdp
G
L
l
, (J/kg) . (4.10)
Trong đó: G- khối lượng khí đẩy ra trong một vòng quay, kg.
Đối với máy nén khí thì khi tính toán ta chỉ xét cho chu trình tổng quát nhất đó là
chu trình đa biến.
Xét chu trình đa biến với khí lý tưởng tức là chỉ số nén đa biến không đổi (n=
const) thì được đặc trưng bởi công thức:
=
n
vp
11
const (4.11)
hoặc
nnn
pvvpvp ==
2211

từ đó rút ra :
n
p
p
vv
1

1
1
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
= (4.12)
Mặt khác ta lại có:
Phương trình trạng thái của khí lý tưởng có dạng :

RTpv =
(4.13)
Trong đó : R- hằng số khí, J/kg
o
k;
v- thể tích riêng của khí, m
3
/kg;
p- áp suất tuyệt đối
T- nhiệt độ tuyệt đối,
o
k.
Từ (4.11) và (4.13) ta có :
1
2
1

12
−
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
=
n
v
v
TT

Tương tự có :
1
1
1
−
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
=

n
v
v
TT

Thay v
1
và v
2
theo p
1
và p
2
ta có :

n
n
p
p
TT
1
1
2
12
−
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜

⎜
⎝
⎛
=
;
n
n
p
p
TT
1
1
1
−
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
=


Thay v ở (4.8) vào (4.6) ta có:
⎟
⎟
⎟
⎟

⎠
⎞
⎜
⎜
⎜
⎜
⎝
⎛
−
−
−
−
===
∫∫
n
n
p
n
n
p
n
nv
n
p
n
p
dp
v
n
pvdpl

1
1
1
1
1
1
1
11
2
1
1
2
1
1
2

⎥
⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
−
−

⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
−
= 1
1
1
1
2
11
n
n
p
p
vp
n
n
l
⎥
⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢

⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
−
−
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
−
= 1
1
1
1
2
1
n
n
p
p
TR
n
n
(J/kg).

Vậy công khí nén G kg sẽ là. G lưu lượng khí đẩy ra trong một vòng quay.

⎥
⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
−
−
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
−
= 1
1
1
1
2

1
n
n
p
p
TGR
n
n
L
, (J) (4.14a)
Công nén riêng lý thuyết được tính theo:

⎥
⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
−
−
⎟
⎟
⎠
⎞

⎜
⎜
⎝
⎛
−
= 1
1
1
1
2
1
n
n
p
p
TR
n
n
l
, (J/kg) (4.14b)
hay
⎥
⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢

⎢
⎣
⎡
−
−
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
−
= 1
1
1
1
2
11
n
n
p
p
vp
n
n
l
(J/kg)
Công lý thuyết của máy nén TA80.

l
mn
=
⎥
⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
−
−
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
−
1
1
1
1

2
11
n
n
p
p
vp
n
n
(J) (4.15)
-v
1-
thể tích riêng của chất khí v
1
= 1/
1
ρ
= 1/1,2 (với
1
ρ
= 1,2 kg/m
3
)


-n - chỉ số nén đa biến chọn n= 1,2
-p
1
- áp suất khí quyển chọn p
1

= 1at = 10
5
N/m
2
-p
2
- áp lực khí thải . p
2
=7.10
5
N/m
2
Thay tất cả các giá trị trên vào phương trình (4.15) ta có công của máy nén TA80
sẽ là:
l
mn
=
5
2,1
2,0
5
10.217
2,1
1
.10.
12,1
2,1
=
⎥
⎥

⎦
⎤
⎢
⎢
⎣
⎡
−
−
(J/kg)

Ta có công suất nén lý thuyết của máy nén TA80 là.
N
lt
= G
lt
.l
lt
(kW)
Trong đó:
G
lt
- khối lượng hơi hút nén được trong đơn vị thời gian, kg/s;
N
lt
=
60
10.2.918.0
5
= 3060 (W)
N

lt
= 3,06 (KW).
Kết luận: Công suất lý thuyết tìm được phù hợp với giá trị mà nhà sản xuất đưa ra
theo máy (catolog)
4.4. Tỷ số nén cho phép.
Ta tính tỷ số nén trên phương diện lý thuyết với giả thiết công của máy nén sinh ra
là nhỏ nhất. Đối với máy nén piston một cấp, việc tăng áp suất cuối quá trình nén p
2
bị
hạn chế vì lượng vào khí hút vào xylanh giảm (do ảnh hưởng của thể tích thừa), hơn nữa
nhiệt độ cuối quá trình nén T
2
cũng tăng và có hại cho sự làm việc của dầu bôi trơn, có
thể làm phân huỷ các khí bị nén. Đối với máy nén có lưu lượng lớn thì nén một cấp chỉ áp
dụng với tỷ số nén nhỏ hơn 4. Còn lại máy nén piston một cấp thông thường lấy bằng 5
trong trường hợp làm mát tốt thì tỷ số nén nằm trong khoảng từ 6-8
Tỷ số nén của máy nén piston một cấp bị giới hạn bởi thể tích của khoảng trống có
hại và nhiệt độ cho phép ở cu
ối quá trình nén.
Xuất phát từ điều kiện V
s
= 0 (không có quá trình hút không khí vào máy nén) hay
0
0
'
=
λ
ta xác định được tỷ số nén cho phép [
ε
] do tồn tại khoảng trống có hại.

Ta có:
0)1(1
1
0
'
=−−=
n
m
ελ
.
Vậy
[]
n
m
)
1
1( +=
ε
.
Trong đó : Hệ số m (0,02 < m < 0,06);
Chỉ số đa biến n (1 < n < 1,4);
k = 1,4;
Nếu lấy các giá trị tới hạn của m và n tức m=0,06 và n=1 ta sẽ có giới hạn cho
phép [
ε
] xác định bởi sự tồn tại của khoảng trống có hại bằng:
[]
67,17)
06,0
1

1(
1
=+=
ε

Ta thấy mặc dù với các giá trị tới hạn của m và n ta vẫn được giá trị [
ε
] khá lớn.
Tiếp theo ta xác định tỷ số nén cho phép giới hạn bởi nhiệt độ của không khí nén ở
cuối quá trình nén.
Trong máy nén để giảm ma sát và sự mài mòn các bề mặt làm việc, người ta dùng
dầu bôi trơn dặc biệt, dầu này có hiệt độ bốc hơi t = (230-250)
0
C. Hơi dầu nhẹ trộn với
không khí tạo thành hỗn hợp dễ cháy, nó là nguyên nhân gây ra nổ trong máy nén và
trong bình chứa khí nén. Vì vậy nhiệt độ của khí nén ở cuối quá trình nén không được lớn
quá nhiệt độ tới hạn 250
0
C. Nếu coi quá trình nén không khí là quá trình đoạn nhiệt (vì
máy nén làm việc có thể gây tắc đường làm mát), thì nhiệt độ của không khí nén ở cuối
quá trình nén được xác định :
k
k
p
p
TT
1
1
2
12

−
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
=
(4.16)
Nếu ta chọn nhiệt độ T
2
= ( 250 + 273 )
0
K = 523
0
K và T
1
= 20 + 273 = 293
0
K ta sẽ
xác định được tỷ số nén cho phép bởi nhiệt độ của không khí nén ở cuối hành trình nén:
[
ε
]=
22
11
1
k

PT
k
PT
⎛⎞
−
=
⎜⎟
⎝⎠
=
1,4
523
1,4 1
293
⎛⎞
−
⎜⎟
⎝⎠
= 7,6.
Như vậy tỷ số nén cho phép tìm được phù hợp với tỷ số nén của máy nén. Tỷ số
nén cho phép của máy nén là [
ε
] = 7.

4.5. Tính toán làm mát cho máy nén piston TA80.
Máy nén piston TA80 là loại máy nén được làm mát bằng gió. Trong quá trình
nén, không khí bị nóng lên, piston chuyển động trong xylanh sinh ra nhiệt, không khí bị
nóng lên, truyền nhiệt cho xylanh và piston của máy nén. Do vậy xylanh của máy nén
được làm mát bằng quạt gió lắp trên puly máy nén, khi đó bề mặt ngoài của xylanh có
cấu tạo đặc biệt để tăng diện tích tiếp xúc với môi trường. Quá trình làm mát giúp máy
nén hoat động ổn định hơn và nhiệt độ khí nén được hạ thấp, đảm bảo an toàn cho quá

trình nén khí vào bình.
Nhiệt lượng của 1 kg không khí t
ỏa ra môi trường xung quanh qua xylanh được
xác định bằng công thức:
21
()
nnk
qCTT=−; (4.17)
Trong đó: C
nk
:nhiệt dung riêng đa biến của không khí

1
nk vk
nk
CC
n
−
=
−

Với n = 1,2; k = 1,4; C
vk
là nhiệt dung riêng đẳng tích của không khí:
C
vk
=0,7193(J/kg.
0
K).
Vậy

1, 2 1, 4
0,7193 0,7193
1, 2 1
nk
C
−
==−
−
(J/kg.
0
K);
Mặt khác: Với tỷ số nén của máy nén khí piston TA80 (ε = 7) ta có thể tính được:
Nhiệt độ của không khí khi đi ra khỏi xylanh của máy nén:
1,4 1
1
1,4
21
293.7 510
k
k
TT
ε
−
−
== =
(
0
K) ; T
1
= 30

0
C = 303
0
K
Vậy
0,7193.(510 303)
n
q =− − = -149(KJ/Kg);
q
n
< 0 chứng tỏ phải làm mát xylanh trong quá trình nén;
Vậy lượng nhiệt cần lấy đi sẽ là:
Q
lm
= C
pk
(T
2kn
-T
1kn
) (4.18)
Với T
1kn
= 35
0
C = 308
0
K ; T
2kn
= 237

0
C = 510
0
K ;
C
pk
= 1,0061 (KJ/Kg.
0
K), nhiệt dung riêng của không khí trong quá trình đẳng
tích
Q
lm
=1,0061. (510 - 308)= 203 (KJ/Kg).