Bài giảng điều khiển khí nén

chơng I. những vấn đề chung về khí
nén và công nghệ khí nén
I. vài nét về sự phát triển của kỹ thuật khí nén
ứng dụng khí nén bắt đầu từ trớc công nguyên. Ví dụ: nhà triết học Hi Lạp
Ktesibios (năm 140 trớc công nguyên) và học trò của ông là Heron (năm 100 trớc
công nguyên) đã chế tạo ra thiết bị bắn tên hay ném đá khí nén (hình 1.1). Dây cung
đợc căng bằng áp suet khí trong 2 xi lanh thông qua hai đòn bẩy nối với hai Piston của
hai xi lanh đó. Khi buông dây cung ra, áp suất của không khí nén làm tăng vận tốc
bay của mũi tên. Sau đó một số sáng chế của Klesibios và Heron nh: thiết bị đóng, mở
cửa bằng khí nén; Bơm song phun lửa cũng đợc sáng chế trong thời kỳ này. Khái
niệm Pneumatical cũng đợc dùng trong thập kỷ này. Từ Pneumatic xuất phát từ
tiếng cổ Hy Lạp có nghĩa là gió, hơi thở, còn trong triết học có nghĩa là linh
hồn. Thuật ngữ Pneuma để chỉ một nghành khoa học về khí động học và các hiện
tợng liên quan đã đợc đúc kết.
Tuy nhiên sự phát triển của khoa học kỹ thuật thời kỳ đó không đồng bộ, nhất
là sự kết hợp các kiến thức về cơ học, vật lý, vật liệu còn thiếu, cho nên phạm vi ứng
dụng của khí nén còn rất hạn chế. Mãi cho đến thế kỷ 17, kỹ s chế tạo ngời Đức Otto
von Guerike (1602 1686), nhà toán học và triết học ngời Pháp Blaise Pascal
(1623 1662 ), cũng nh nhà vật lý ngời Pháp Denis Papin (1647 1712) đã xây
dung nên nền tảng cơ bản ứng dụng khí nén. Trong thế kỷ 19, các máy móc thiết bị sử
dụng năng lợng khí nén lần lợt đợc phát minh, nh: th vận chuyển trong ống bằng khí
nén (1835) của Josef Ritter (Australia), phanh bằng khí nén (1880), búa tán đinh
bằng khí nén (1861). Trong lĩnh vực xây dựng đờng hầm xuyên dãy núi Anper ở Thuỵ
Sĩ (1857) lần đầu tiên ngời ta sử dụng khí nén với công suất lớn. Vào những năm 70
của thế kỷ 19 xuất hiện tại Pari một trung tâm sử dụng năng lợng khí nén lớn với công
suet 7350 KW. Khí nén đợc vận chuyển tới nơi tiêu thụ trong đờng ống với đờng kính
500 mm và dài nhiều km. Tại đó khí nén đợc nung nóng lên nhiệt độ từ 50
0
C đến
150
0

C để tăng công suet truyền động động cơ, các thiết bị búa hơi.
Với sự phát triển mạnh mẽ của năng lợng điện, vai trò sử dụng năng lợng bằng
khí nén bị giảm. Tuy nhiên việc sử dụng năng lợng bằng khí nén vẫn đóng một vai trò
cốt yếu ở những lĩnh vực , mà khi sử dụng năng lợng điện sẽ nguy hiểm, sử dụng năng
lợng bằng khí nén ở những dụng cụ nhỏ, nhng truyền động với vận tốc lớn, sử dụng
năng lợng bằng khí nén ở những thiết bị nh búa hơi, dụng cụ dập ,tán đinh, và nhiều
nhất là các dụng cụ, đồ gá kẹp chặt trong các máy.
Thời gian sau chiến tranh thế giới thứ hai, việc ứng dụng năng lợng bắng khí
nén trong kỹ thuật điều khiển phát triển mạnh mẽ. Với những dụng cụ, thiết bị, phần
tử khí nén mới đợc sáng chế và đợc ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khác nhau, sự kết
hợp giữa khí nén với điện - điện tử là nhân tố quyết định cho sự phát triển của kỹ thuật
điều khiển trong tơng lai. Hãng FESTO (Đức) có những chơng trình phát triển hệ
thống điều khiển bằng khí nén rất đa dạng, không những phục vụ cho công nghiệp mà
còn phục vụ cho sự phát triển của các phơng tiện dạy học (Diactic).
1

II. đặc điểm, tính chất của không khí nén.
- Số lợng: có thể coi là vô tận.
- Việc vận chuyển: có thể đợc lu thông dễ dàng trong các đờng ống dẫn, với một
khoảng cách nhất định. Đờng hồi về không cần thiết vì khí nén sau khi công tác đợc
thoát ra ngoài môi trờng.
- Lu trữ: Máy nén khí không nhất thiết phải hoạt động liên tục. Không khí nén đợc lu
trữ trong các bình chứa, đợc lắp nối trong hệ thống ống dẫn để cung cấp cho sử dụng
khi cần thiết.
- Nhiệt độ: Không khí nén ít bị thay đổi theo nhiệt độ
- Chống cháy nổ: Không có nguy cơ gây cháy bởi khí nén nên không tổn phí về
phòng cháy. Hoạt động với áp suất khoảng 6 7 bar nên việc phòng nổ không quá
phức tạp.
- Mức độ sạch: Không khí nén sạch ngay cả trong trờng hợp lu thông trong các đờng
ống hay thiết bị. Không một nguy cơ gây bẩn nào phải lo tới. Điều này đặc biệt cần

thiết trong các ngành công nghiệp thực phẩm, vải sợi, lâm sản, thuộc da,
- Cấu tạo trang thiết bị: Đơn giản nên có giá thành thấp.
- Vận tốc: Không khí có thể lu thông với tốc độ rất cao.Vận tốc công tác của các xi
lanh nén thờng trong khoảng 1 đến 2 m/s, trong một số trờng hợp có thể đạt tới 5 m/s.
- Tính dễ điều chỉnh: Vận tốc và áp lực của những thiết bị công tác dùng khí nén đợc
điều chỉnh một cách vô cấp.
- Vấn đề quá tải: Các công cụ và thiết bị khí nén đảm nhận tải trọng cho đến khi
chúng dừng hẳn, cho nên không xảy ra quá tải.
Để phân biệt một cách cặn kẽ các lĩnh vực áp dụng kỹ thuật khí nén, cần phải biết
các tính chất không thể không chú trọng đến sau đây:
- Cách xử lý: Không khí nén phải đợc chuẩn bị sao cho không chứa bụi bẩn, tạp chất
và nớc vì chúng làm cho các phần tử khí nén chóng mòn.
- Tính chịu nén: Không khí có tính nén đợc, cho phép thay đổi và điều chỉnh vận tốc
của Piston.
- Lực tác dụng: Không khí đợc nén sẽ không kinh tế nếu cha đạt đợc một công suất
nhất định, áp suất làm việc thờng đợc chấp nhận là 7 bar. Lực tác dụng đợc giới hạn
trong khoảng 20.000 đến 30.000 N (2000 đến 3000 kp). Độ lớn của lực tác dụng còn
phụ thuộc vào vận tốc và hành trình.
- Thoát khí: Không khí nén xả ra ngoài tạo âm thanh gây ồn, nhng nhờ các bộ giảm
thanh gắn ở tong đờng thoát nên vấn đề này đã đợc giửi quyết.
- Giá thành: Không khí nén là một nguồn năng lợng dồi dào, đơn giản và sẵn có nên
hệ thống sử dụng có giá thành thấp.
III. Khả năng ứng dụng của khí nén
1. Trong lĩnh vực điều khiển
Sau chiến tranh thế giới thứ hai, nhất là vào những năm 50 và 60 của thế kỷ 20,
là thời gian phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật điều khiển bằng khí nén, giai đoạn tự
động hoá quá trình sản xuất đợc phát triển rộng rãi và đa dạng trong nhiều lĩnh vực
khác nhau. Chỉ riêng ở Cộng hoà Liên bang Đức đã có 60 hãng chuyên sản xuất các
phần tử điều khiển bằng khí nén. Hệ thống điều khiển bằng khí nén đợc sử dụng ở
những lĩnh vực mà ở đó dễ xảy ra các vụ cháy nổ, các thiết bị phun sơn; các loại đồ gá

kẹp các chi tiết nhựa, chất dẻo; hoặc là đợc sử dụng cho lĩnh vực sản xuất các thiết bị
điển tử, vì các thiết bị khí nén có thể đảm bảo điều kiện vệ sinh môi trờng rất tốt và an
toàn cao. Ngoài ra hệ thống điều khiển bằng khí nén đợc sử dụng trong các dây
2

chuyền rửa tự động; trong các thiết bị vận chuyển và kiểm tra của thiết bị lò hơi, thiết
bị mạ điện, đóng gói bao bì và trong công nghiệp hoá chất.
2. Trong lĩnh vực truyền động
+ Các dụng cụ, thiết bị máy va đập
Các thiết bị, máy móc trong lĩnh vực khai thác, nh khai thác đá, khai thác than;
trong các công trình xây dựng, nh xây dựng hầm mỏ, đờng hầm,
+ Truyền động quay
Truyền động động cơ quay với công suất lớn bằng năng lợng khí nén giá thành
rất cao. Nếu so sánh giá thành tiêu thụ điện của một động cơ quay bằng năng lợng khí
nén và một động cơ điện có cùng công suất, thì giá thành tiêu thụ điện của một động
cơ quay bằng năng lợng khí nén cao hơn 10 đến 15 lần so với động cơ điện. Nhng ng-
ợc lại thể tích và trọng lợng nhỏ hơn 30% so với động cơ điện có cùng công suất.
Những dụng cụ vặn vít từ M4 đến M300; máy khoan, công suất khoảng 3,5 KW; máy
mài, công suất khoảng 2,5 KW, cũng nh những máy mài với công suất nhỏ, nhng với
số vòng quay cao 100.000 vòng/phút thì khả năng sử dụng động cơ truyền động bằng
khí nén là phù hợp.
+ Truyền động thẳng
Vận dụng truyền động bằng áp suất khí nén cho chuyển động thẳng trong các
dụng cụ, đồ gá kẹp chặt chi tiết, trong các thiết bị đóng gói, trong các loại máy gia
công gỗ, trong các thiết bị làm lạnh, cũng nh trong hệ thống phanh hãm của ô tô.
+ Trong các hệ thống đo và kiểm tra
Dùng trong các thiết bị đo và kiểm tra chất lợng sản phẩm.
V. Các đại lợng vật lý và đơn vị đo
Không khí trong bầu khí quyển là một hỗn hợp các khí nh:
- Nitơ chiếm khoảng 78% thể tích

- Ôxy chiếm khoảng 21%, còn lại là một số khí nh: Cacbonic, Acgông, Hyđrô,
Nêông, Hêli, Criptông, Xênon,
Để hiểu rõ thêm các định luật về động lực học và trạng tháI của không khí, dới
đây liệt kê các thông số vậ lý và các hệ thống đo lờng.
Trong thực tế ngời ta thờng dùng hai hệ thống đo lờng thuận lợi trong việc
nghiên cứu và ứng dụng là hệ kỹ thuật và hệ SI.
1. Các thông số cơ bản
Thông số kỹ thuật Ký hiệu Hệ kỹ thuật Hệ SI
Chiều dài
Khối lợng
Thời gian
Nhiệt độ
Cờng độ dòng điện
Cờng độ ánh sáng
L
m
t
T
I
mét (m)
kp.s2/m
giây (s)
0C
Ampe (A)
mét (m)
kg
giây (s)
K
A
Candela (Cd)

2. Các thông số dẫn xuất
Thông số kỹ thuật Ký hiệu Hệ kỹ thuật Hệ SI
Lực
Diện tích
Thể tích
Lu lợng
F
A
V
Q
kp = kg.f = 9,8N
m
2
m
3
m
3
/s
1N = 1 kg.m/s
2
m
2
m
3
m
3
/s
3

áp suất p at ( kỹ thuật )

kp/cm
2
Pa ( 1Pa = 1N/m
2
)
bar (1bar = 10
5
Pa )
Công thức Niutơn: F = m.a ( 1-1 )
ở đây: m Khối lợng .
a Gia tốc
g Gia tốc trọng trờng ( g = 9,81 m/s
2
)
Quan hệ giữa các thông số trên nh sau:
Khối lợng 1 kg = 1 kp.s
2
/9,81.m
Lực 1 kp = 9,81 N
Để đơn giản tính toán ta lấy 1 kp = 10 N
Nhiệt độ ở thời điểm 0: 0
0
C = 273
0
K nghĩa là T = 273,15 + t
ở nhiệt độ khác: 1
0
C = 1
0
K

3. Đơn vị đo áp suất
Đơn vị cơ bản của áp suất theo hệ đo lờng SI là Pascal
áp suất là lực tác dụng của các phần tử theo phơng pháp tuyến lên một đơn vị
diện tích thành bình chứa khí hoặc chất lỏng đó. áp suất đợc ký hiệu là p.
p =
A
F
( N/m
2
)
Trong đó: F Lực tác dụng của các phần tử khí hoặc chất lỏng ( N )
A Diện tích thành bình ( m
2
)
(Một Pascal là áp suất phân bố đều trên bề mặt có diện tích 1m
2
với lực tác động
vuông góc lên bề mặt đó là 1Niutơn (N))
- Đơn vị đo áp suất là N/m
2
hoặc Pa ( Pascal ) và bar, ta có:
1 Pascal ( Pa ) = 1 N/m
2
1 Pa = 1 kg/s
2
/m
2
= 1 kg/ms
2
Trong thực tế, ngời ta dùng đơn vị bội số của Pascal là Megapascal ( MPa ).

1 MPa = 1.000.000 Pa = 10
6
Pa
Ngoài ra còn dùng đơn vị bar:
1 bar = 10
5
Pa = 100.000 Pa
Và đơn vị kp/cm
2
( theo DIN Tiêu chuẩn của Cộng hoà Liên bang Đức )
1 kp/cm
2
= 0,980665 bar = 0,981 bar
1 bar = 1,01972 Kp/cm
2
= 1,02 kp/cm
2
Trong thực tế, ngời ta coi:
1 bar = 1 kg/cm
2
= 1 at
( 1 at = 0,98 bar = 735,5 mmHg = 10 mm H
2
O )
- Các quy đổi trên đúng trong trờng hợp chiều cao cột chất lỏng ở 0
0
C
Ngoài ra một số nớc (Anh, Mỹ) còn sử dụng đơn vị đo áp suất:
Pound (0,45336kg) per Square Inch (6,4521 cm
2

)
Ký hiệu lbf/in
2
( psi )
1 bar = 14,5 psi 1 psi = 0,06895 bar
ở Việt Nam quen dùng đơn vị kg/cm
2
tơng đơng với kp/cm
2
- áp suất thật của chất khí đợc gọi là áp suất tuyệt đối, ký hiệu là p và nó là một thông
số trạng thái, áp suất tuyệt đối của khí quyển ký hiệu là p. Phần áp suất của chất khí
lớn hơn áp suất khí quyển gọi là áp suất d, ký hiệu là p
d
và áp suất khí quyển là p
0
ta
có:
p
d
= p p
0
( 1-3 )
- Phần áp suất nhỏ hơn áp suất khí quyển gọi là áp suất chân không , ký hiệu là p
ck
4

p = p
d
+ p
ck

( 1-4 )
Hình 1.1 áp suất tơng đối và tuyệt đối
- Thông thờng trong khí nén các đại lợng (nhiệt độ, áp suất) đợc quy chuẩn theo DIN
1343 nh sau:
+ Trạng thái chuẩn kỹ thuật:
- Nhiệt độ: T = 293,15 K; t = 20
0
C
- áp suất: p = 98066,5 Pa = 98066,5 N/m
2
= 0,980665 bar.
+ Trạng thái chuẩn vật lý:
- Nhiệt độ: T = 273,15 K; t = 0
0
C
- áp suất: p = 101.325 Pa = 101325 N/m
2
= 1,01325 bar
- Dụng cụ đo áp suất gọi chung là áp kế. Có nhiều loại áp kế: áp kế chất lỏng, áp kế lò
xo, áp kế dùng để đo áp suất tuyệt đối của khí quyển gọi là baromet, áp kế dùng đo
độ chân không gọi là chân không kế.
- áp suất sử dụng trên tất cả các thiết bị là áp suất d
VI. Các tính chất và định luật cơ bản của chất khí
1. Không khí có tính chịu nén.
Không khí là một hỗn hợp khí xác định gồm nhiều thành phần nh ôxy, hyđrô,
nitơ, hơi nớc, nên có thể nén và giãn nở đợc.
Định luật Boyle Mariotte.
Định luật Boyle Mariotte đã phát biểu: Một lợng khí nhất định ở nhiệt độ
không thay đổi thì áp suất tuyệt đối tỷ lệ nghịch với thể tích ( V ) hoặc thể tích riêng
(v).

t(T) = Const ( 1-5 )
ta có: p.V = Const hoặc p.v = Const ( 1-6 )
Điều đó có nghĩa là thể tích giữa áp suất và thể tích là hằng số đối với một lợng khí
xác định ( p tăng thì V giảm ).
p
1
.V
1
= p
2
.V
2
= p
3
.V
3
= Const ( 1-7 )
2. Thể tích không khí thay đổi theo nhiệt độ.
Với một lợng áp suất d không đổi và nhiệt độ tăng 1
0
K thì thể tích không khí
tng thêm 1/273 thể tích của chính nó.
Định luật Gay - Lussac 1:
5

Định luật: Một lợng khí nhất định ở điều kiện áp suất không đổi thì thể
tích (V) hay thể tích riêng (v) và nhiệt độ tuyệt đối (T) tỷ lệ thuận với nhau.
p = Const ( 1-8 )
Ta có:
Const

T
V
=
hay
2
1
2
1
T
T
V
V
=
( 1-9 )
Sự thay đổi vầ thể tích

V là:

V = V
2
V
1
= V
1
1
12
)(
T
TT
Ta có: V

2
= V
1
+

V = V
1
+
)(
12
1
1
TT
T
V

( 1-10 )
Định luật Gay - Lussac 2:
Định luật: Một lợng khí nhất định ở điều kiện thể tích (V) không đổi thì áp
suất (p) và nhiệt độ tuyệt đối (T) tỷ lệ thuận với nhau ( p tăng thì T tăng )
V = Const ( 1-11 )
Ta có:
Const
T
p
=
hay
2
1
2

1
T
T
p
p
=
( 1-12 )
3. Phơng trình trạng thái của chất khí
- Phơng trình trạng thái của chất khí thể hiện mối quan hệ giữa các thông số trạng
thái ( p,v, T ).
- Giả thiết là khí nén trong hệ thống gần nh là khí lý tởng thì phơng trình trạng thái
tổng quát là:
p.v = R.T ( 1-13 )
Trong đó:
p ( N/m
2
) - áp suất tuyệt đối.
v ( m
3
/kg ) Thể tích riêng

=
v
l
( kg/m
3
)

( kg/m
3

) Khối lợng riêng của chất khí.
R ( J/kgK ) Hằng số khí ( của không khí là 29,27 )
T ( K ) Nhiệt độ tuyệt đối ( độ Kelvin ).
Đối với khối khí có khối lợng là G kg, sau khi nhân hai vế của phơng trình (1-12) với
G, ta có:
p.v.G = G.R.T hay p.V = G.R.T
Trong đó:
G ( kg ) Khối lợng ( v.G = V )
V ( m
3
) Thể tích của khối khí
Vậy phơng trình trạng thái đối với chất khí có khối lợng khí G bất kỳ, có dạng:
p.V = G.R.T ( 1-14 )
4. Các tổn thất trong hệ thống khí nén.
+ Tổn thất cơ khí
C

: Là tổn thất do ma sát giữa các chi tiết cơ khí trong khi chuyển
động tơng đối với nhau.
+ Tổn thất thể tích
V

: Là tổn thất rò rỉ không khí di chuyển qua các chỗ (chi tiết)
ghép nối.
+ Tổn thất áp suất
P

:
2
2

10 v
g
p


=
( N/m
2
) (1-15 )
Trong đó:

Khối lợng riêng của chất khí ( kg/m
3
)
6

v – VËn tèc trung b×nh ( m/s )
ξ
- HÖ sè tæn thÊt côc bé, phô thuéc vµo thùc nghiÖm, sè
ReynoldRe, nhiÖt ®é, híng ch¶y, h×nh d¹ng, tiÕt diÖn.
g – Gia tèc träng trêng.

7

chơng II.
máy nén và thiết bị xử lý khí nén
I. Máy nén khí
1. Nguyên tắc hoạt động và phân loại máy nén
a) Các máy nén khí hiện nay thờng đợc chế tạo dựa trên 2 nguyên lý làm việc: nguyên
lý thay dổi thể tích và nguyên lý động năng

- Nguyên lý thay đổi thể tích: Không khí đợc dẫn vào buồng chứa, ở đó thể tích buồng
chứa nhỏ dần lại làm áp suất khí tăng lên, và áp suất cao ở cửa ra đợc đa tới các thiết
bị ứng dụng.
- Nguyên lý động năng: Không khí nạp đợc gia tốc bởi một bộ phận quay với tốc độ
cao, áp suất hình thành do sự chênh lệch vận tốc.
b) Phân loại máy nén khí
Có nhiều tiêu chí để phân loại MNK
- Theo áp suất MNK đợc chia thành 3 loại:
+ MNK áp suất thấp : có áp suất p < =15 (bar)
+ MNK áp suất cao: có áp suất 15 < p < =300 (bar)
+ MNK áp suất rất cao: có áp suất p > 300 (bar)
- Theo nguyên lý hoạt động MNK đợc chia thành 2 loại:
+ Loại làm việc theo nguyên lý thay đổi thể tích
+ Loại làm việc theo nguyên lý động năng
2. Các thông số cơ bản của MNK
Để chọn lựa một máy nén khí thích hợp ta cần phải quan tâm đến rất nhiều yếu
tố: áp suất, lu lợng, công suất, chất lợng khí nén, giá thành, kích thớc, độ rung-ồn,
hiệu suất, Đặc trng và bản chất nhất ta cần quan tâm đến 3 thông số cơ bản sau:
- Tỷ số nén : Là tỷ số giữa áp suất khí ở cửa ra và áp suất không khí đa vào máy
nén.
- Lu lợng Q: Lu lợng hay còn gọi là Năng suất chính là khối lợng hay thể tích mà máy
nén cung cấp trong một đơn vị thời gian.
- Công suất N : Là công tiêu hao để nén và truyền khí trong một đơn vị thời gian.
3) Một số Máy nén khí thông dụng
a) Máy nén khí kiểu Pitton
+ Cấu trúc :
Cấu trúc máy nén khí piston có thể mô tả nh hình vẽ dới:
+ Nguyên lý làm việc:
MNK kiểu pitton làm việc theo nguyên lý thay đổi thể tích. Chu kỳ làm việc đ-
ợc chia làm 3 giai đoạn: Hút, nén, và đẩy khí

-Kỳ hút: Khi trục khuỷu đợc dẫn động, pitton từ ĐCT chuyển động đi xuống, thể tích
buồng hút trong xy lanh tăng làm áp suất khí trong buồng giảm thấp hơn so với áp
suất không khí bên ngoài cửa hút. Khi đó van cửa hút tự động mở ra, không khí bên
ngoài có áp suất cao tự động đợc dẫn vào buồng hút trong xy lanh. Quá trình kết thúc
khi pitton chuyển động đến ĐCD
- Kỳ nén: Pitton chuyển động từ ĐCD lên trên, thể tích buồng chứa khí hẹp dần làm
áp suất khí trong buồng tăng dần, đến khi lớn hơn áp suất không khí thì làm van cửa
nạp đóng lại. Quá trình diễn ra làm áp suất trong buồng nén tăng cao.
8

- Đẩy khí : Khi áp suất khí trong buồng nén đạt đến 1 giá trị xác định, van cửa xả đợc
mở ra, khí nén có áp suất cao thoát ra ngoài tới bình chứa hoặc các ứng dụng khác.
Quá trình lặp lại nh trên ở đầu kỳ mới.
+ Một số thông số và đặc điểm của máy nén Pitton:
- Có khả năng nén khí lên tới 12 bar đối với loại 1 cấp và tới 140 bar đối với loại
nhiều cấp.
- Chúng có thể cung cấp lu lợng khí từ 0,02 m
3
/phút tới 600 m
3
/phút, công suất từ vài
KW tới 2000 KW.
- Tỷ số nén quan hệ với số cấp theo bảng:
số cấp z 1 2 3 4 5 6 7
tỷ số nén
7 5-30 13-150 35-400 150-1000 200-1100 450-1100
-Trong quá trình hoạt động không khí đợc nén theo từng kỳ nên máy nén làm việc th-
ờng gây ra tiếng ồn hoặc rung động lớn. Hiện nay các thiết kế mới đã lu ý giảm thiểu
tiếng ồn và rung động cho máy nén bằng cách lắp 1 bình giảm xung đặc biệt trực tiếp
sau cửa thoát thích ứng với đặc tính xung động của máy nén. Bình chứa này khi đó

còn có thêm tác dụng để lu trữ và làm mát khí nén. Với công dụng nh vậy nó cũng
làm cho máy nén trở nên cồng kềnh hơn.
- Lu lợng( năng suất) cấp từ máy nén:
Q =

60
n
Sz
4
d
2


Q
Trong đó:
d (dm) - đờng kính pitton.
z số pitton.
S (dm) Quãng chạy của pitton.
n (vòng/phút) Số vòng quay của trục dẫn động.

Q
Hiệu suất của máy nén.
+ Máy nén piston nhiều cấp:
9

Hình 2.1 Sơ đồ cấu trúc máy nén Piston 1 cấp
Để có thể tạo ra đợc nguồn cấp khí nén áp suất cao hơn ngời ta thiết kế máy nén khí
nhiều cấp. Trớc hết không khí đợc hút và nén bởi một máy nén piston, sau khi đợc
làm nguội sẽ đợc đa sang nén tiếp ở máy nén thứ hai sau đó khí nén sẽ đợc đa sang
bình chứa qua thiết bị xử lý qua hệ thống đờng ống cung cấp khí nén cho các thiết bị

sử dụng.
b) Máy nén khí kiểu cánh gạt
+ Cấu trúc:
Máy nén khí kiểu cánh gạt có
một rotor với trục đặt lệch tâm so với
vỏ bọc stator bên ngoài. Trên rotor có
các cánh gạt và các cánh này có thể trợt
hớng tâm trong các rãnh trên rotor. Các
cánh này hợp với stator và rotor tạo
thành các buồng khí. Cụ thể cấu tạo nh
minh hoạ ở hình vẽ bên
+ Nguyên lý làm việc:
Máy nén khí kiểu cánh gạt làm
việc theo nguyên lý thay đổi thể tích.
Khi rotor quay( đợc dẫn động), các
cánh gạt chịu tác dụng của lực ly tâm
trợt theo rãnh trên rotor và tì sát vào
thành trong stator tạo nên các khoang trống( giữa stator, rotor và 2 cánh gạt.
Theo bố trí nh cấu tạo thì khi rotor quay các khoang khí này có thể tích tăng dần làm
cho áp suất khí trong nó giảm nhỏ hơn áp suất không khí tại cửa buồng hút, khi đó
không khí bên ngoài cửa hút tự động đợc dẫn vào các khoang này. Quá trình dẫn động
tiếp tục và thể tích các khoang này sẽ hẹp dần khi chuyển sang khoang đẩy làm tăng
áp suất khí nén trong đó, và khi đến cửa đẩy khí nén có áp suất cao trong các khoang
này sẽ đợc đẩy ra ngoài tới bình trích chứa.
+ Một số thông số và đặc điểm của máy nén khí kiểu cánh gạt
- Máy nén khí kiểu cánh gạt hầu hết là các máy nén có dầu, dầu đợc phun vào buồng
nén, ở đó nó có thể bôi trơn tất cả các chi tiết chuyển động, giúp làm kín các khe hở
giữa cánh gạt với vỏ và giữa cánh gạt với rotor, nó còn có tác dụng chuyển đổi nhiệt
( nhiệt của khí nén truyền qua dầu và đợc tách ra thông qua bộ làm mát dầu).
- MNK kiểu cánh gạt có kích thớc rất nhỏ gọn. Dòng khí không xung động và sự

chênh lệch áp suất điều khiển thấp nên không gây ồn, không gây rung động nhiều.
10

Hình 2.2 Sơ đồ cấu trúc máy nén Piston 2 cấp
Hình 2.3 Sơ đồ cấu trúc máy nén cánh gạt
- Lu lợng của máy nén đợc tính:
Q = (.D z.).2.e.b..
60
n
(m
3
/s)


Trong đó :
(m) : chiều dày cánh gạt
z : số cánh gạt . Để máy nén làm việc
đạt hiệu suất cao nhất thì số cánh gạt
thờng tính bằng:
z
tu
= .
3
2
d3
1R
.
).(
n (vòng/phút) : tốc độ quay của rotor
e (m) : độ lệch tâm

D (m) : đờng kính stato
b (m) : chiều rộng cánh gạt
: hiệu suất máy nén đạt đợc ( = 0,7 0,8)
- Lu lợng máy nén loại này thờng trong khoảng 3 ữ 30 (m
3
/phút)
- Máy thờng đợc chế tạo với áp suất danh định là 8 bar đối với loại 1 cấp và 10 bar
đối với loại 2 cấp.
- Công suất máy nén :
N =
mdan
1
2
1
1000
P
P
QP

)ln(
( KW)
trong đó:
Q : Năng suất máy nén ( m
3
/s)
P
1
,P
2
: áp suất khí ở đầu vào , đầu ra của máy nén

dan
: hệ số hiệu dụng đẳng nhiệt

m
: hệ số hiệu dụng tính đến tổn thất ma sát
thông thờng
dan
.
m
= 0,5 ữ 0,6
khi P
2
/P
1
>1,5 thì phải làm mát máy nén bằng nớc
* L u ý:
. Khi vận hành máy nén cần lu ý bảo dỡng định kỳ bộ tách dầu cũng nh thờng
xuyên theo dõi sự hoạt động của nó.
. ở cửa ra của máy nén phải lắp van 1 chiều để ngăn không cho máy nén tự
quay theo chiều ngợc lại do khí nén ở cửa ra tác động ngợc trở lại khi đã chấm dứt
quá trình nén khí.
11

e
D

.D-z.
b
Hình 2.4 Sơ đồ kích thớc các bộ phận của máy nén cánh gạt

c) Máy nén khí kiểu trục vít
+ Cấu trúc:
Máy nén khí kiểu trục vít có 1 vỏ đặc biệt bao bọc quanh 2 trục vít quay, một
trục lồi và 1 trục lõm.Các răng của 2 trục vít ăn khớp với nhau và số răng trục vít lồi ít
hơn số răng trục vít lõm từ 1 đến 2 răng. Hai trục vít này quay đồng bộ với nhau. Cấu
trúc đợc mô tả nh hình vẽ bên.
+ Nguyên lý hoạt động:
Máy nén khí kiểu trục vít làm việc theo nguyên lý thay đổi thể tích. Khi các
trục vít quay nhanh, không khí đợc hút vào bên trong vỏ thông qua cửa nạp và đi vào
buồng khí ở giữa các trục vít, và ở đó khí nén bị nén giữa các răng khi buồng khí nhỏ
lại làm áp suất khí tăng cao khi thoát ra ở cửa ra. Cả cửa nạp và cửa thoát sẽ đợc đóng
hoặc mở một cách tự động khi các trục vít quay làm che hoặc không che các cửa.
+ Một số thông số và đặc điểm
- Khí thoát ổn định và ít dao động, vì vậy máy nén trục vít làm việc ít gây rung động
và không gây ồn lớn. Thông thờng phải lắp van 1 chiều ở cửa xả để chánh việc trục vít
tự quay khi quá trình nén đã ngừng.
- Khe hở giữa 2 trục vít và giữa đỉnh răng và xi lanh khoảng 0,1 ữ 0,4 mm, vì vậy khi
làm việc không có ma sát nên tuổi thọ của máy nén khí trục vít cao, làm việc êm.
- Do các trục vít có độ chính xác cao nên khó chế tạo, khó sửa chữa
- Số vòng quay của trục vít từ 3000 vòng/phút đến 15000 vòng/phút vì vậy nó thờng đ-
ợc dẫn động bằng tuabin hơi.
- Lu lợng của máy nén đợc xác định:
Q = q
0
..
60
n
(m
3
/s)

trong đó:
q
0
: lu lợng khí thu đợc khi trục vít quay đợc 1 vòng, q
0
đợc tính:
q
0
= (A
1
+A
2
).L.z.
loth
lo
V
V
(m
3
/vòng)
L : chiều dài trục vít (m)
A
1
: diện tích mặt cắt rãnh trục chính (m
2
)
A
2
: diện tích mặt cắt rãnh trục phụ (m
2

)
z : số răng trục chính.
12

Hình 2.5 Sơ đồ cấu trúc máy nén trục vít
loth
lo
V
V
: tỷ số thể tích khe hở thực tế và thể tích khe hở theo lý thuyết, phụ
thuộc vào góc xoắn của trục vít theo biểu đồ:

: góc xoắn, là số bớc răng trên 1 đơn vị dài
n : tốc độ quay của trục chính ( vòng/ phút).
: hiệu suất máy nén, nó phụ thuộc vào tốc độ quay trục chính nh mô tả ở bảng dới:
n( vòng/phút) 4500 5000 6000

0,8 0,82 0,86
Lu lợng của máy nén khí kiểu trục vít thờng từ 1,4 m
3
/ phút tới 60 m
3
/phút.
áp suất danh định lên tới 1000 kpa đối với máy 1 cấp và 2500 kpa đối với máy nén
nhiều cấp.
d) Máy nén khí kiểu ROOT
+ Cấu trúc:
Máy nén khí kiểu ROOT gồm 2 hoặc 3 cánh quạt ( pitton dạng hình số 8). Các pitton
đó đợc quay đồng bộ bằng bộ truyền động ở ngoài thân máy, và quáy trình quay
không tiếp xúc với nhau. Nh vậy khả năng hút của máy phụ thuộc vào khe hở giữa 2

pitton, khe hở giữa phần quay và phần thân máy. Cấu trúc máy nén nh hình vẽ bên.
+ Nguyên lý làm việc:
Khi các pitton đợc dẫn động theo chiều xác định. ở buồng hút thể tích khoang
khí tạo bởi pitton và vỏ stato tăng dần làm áp suất trong khoang giảm thấp hơn so với
13

loth
lo
V
V

Hình 2.6 Biểu đồ quan hệ giữa thể tích khe hở với góc xoắn trục vít
Hình 2.7 Sơ đồ cấu trúc máy nén khí ROOT
áp suất khí tại cửa hút nên không khí đợc dẫn vào trong khoang, đến khi khoang khí
này khép kín( pitton chuyển động qua cửa hút) khi đó thể tích và áp suất khí trong
khoang xác lập.
Quá trình dẫn động tiếp tục, đến cửa đẩy dòng lu lợng trong khoang khí này bị
đẩy vào buồng đẩy tác động lên dòng lu lợng trớc ở trong buồng đẩy và đẩy nó ra
ngoài tới bình trích chứa hoặc các ứng dụng khác.
+ Một số thông số và đặc điểm của máy nén.
- Máy nén khí làm việc gây ồn lớn.
- Hiệu suất máy không cao.
- Tỷ số nén thấp:
đạt 1,8 đối với máy nén 1 cấp.
đạt 2,5 đối với máy nén 2 cấp.
- Lu lợng của máy nén đợc xác định:
Q = q
0th
. 2. .
60

n
(m
3
/s)
trong đó :
q
0th
: lu lợng theo lý thuyết, đợc tính:
q
0th
= b.(0,25..d
2
A) (m
3
/vòng)
d : đờng kính stato (m)
A : diện tích tiết diện pitton (m
2
)
b : chiều rộng thân máy. (m)
: hiệu suất, thờng từ 0,15 ữ 0,95
n : tốc độ quay của rotor
e) Máy nén li tâm
+ Cấu tạo :
Trong máy nén li tâm mỗi cấp gồm một ngăn, một cánh quạt, một bộ khuếch tán và
một ống khuếch tán tổ hợp, cụ thể nh minh hoạ hình vẽ dới:
+ Hoạt động : Khi cánh quạt quay với tốc độ cao, không khí đợc hút vào giữa cánh
quạt và vỏ máy và di chuyển hớng từ tâm ra ngoài ( hớng kính). Không khí đi qua
14

Hình 2.8 Sơ đồ cấu trúc máy nén khí Li tâm
khỏi đầu cánh quạt với vận tốc lớn và áp suất cao sau đó không khí đi vào vòng
khuếch tán tĩnh, ở đó không khí giãn nở vì vậy vận tốc của nó giảm nhng quan trọng
là áp suất tăng một cách đáng kể. Từ bộ khuếch tán, không khí đi vào bộ khuếch tán
tổ hợp, ở đó không khí giãn nở thêm và áp suất tăng rồi đi đến cấp kế tiếp hoặc trực
tiếp đến cửa ra.
+ Một số đặc điểm:
- Loại máy nén này có áp suất thấp dung lợng lớn, thông thờng đợc chế tạo với áp
suất dới 700 KPa, lu lợng từ 300 m
3
/phút tới 20.000 m
3
/phút
- Loại này khí nén phát ra không có dầu, dung lợng máy tỉ lệ với kích thớc vật lí,
không có sự xung động khí thoát và vận hành không rung động.
- Thờng đựơc dùng để cung cấp khí cho đờng hầm, lò cao, khuấy nớc thải,
f) Máy nén động lực với dòng khí hớng trục
+ Cấu tạo: Đợc mô tả nh hình vẽ bên.
+ Hoạt động : Khi trục đợc dẫn động
không khí chuyển động qua một dãy các
cánh quạt quay và các cánh cố định, chiều
của dòng khí song song với trục quay.
Chính chuyển động quay của cánh quạt
tạo ra sự chuyển động của không khí. Các
cánh quạt cố định có tác dụng nh những
bộ khuếch tán. Các cánh quay và các cánh
cố định có chiều cong ngợc nhau nên diện
tích mặt cắt mà không khí chảy qua đợc
gia tăng vì vậy vận tốc giảm nhng áp suất
tăng.

+ Một số đặc điểm : Giống nh loại máy nén li tâm, nhng áp suất tạo ra thấp hơn so với
loại li tâm ( thờng khoảng 500 KPa), lu lợng từ 280 m
3
/phút tới 3300 m
3
/phút . Với
những thiết kế đặc biệt áp suất có thể lên tới 30.000 kpa
II. Thiết bị xử lý khí nén
1. Thành phần hoá học của khí nén
- Hỗn hợp khí tạp trong không khí
- Chất cặn bã của dầu bôi trơn và truyền động cơ khí
- Các sản phẩm mới đợc tạo ra do quá trình ôxihoa xảy ra giữa các thành phần
tạp khí ở trên.
2. Các phơng pháp xử lý khí nén.
Khí nén sau khi ra khỏi máy nén sẽ đợc đa tới bộ phận xử lý khí nén. Mục đích
nhằm để tách chất bẩn, ngng tụ hơi nớc trong khí nén để có đợc nguồn khí nén sạch,
khô trớc khi đa vào sử dụng.
a. Phơng pháp tách dầu:
Do hầu nh không có loại máy sấy nào có thể tách tất cả các hạt dầu có trong dòng
khí, đồng thời các vật liệu hút ẩm trong máy sấy hấp thụ hay máy sấy kiểu hút có thể
bị nhiễm bẫn do sự nhiễm bẩn của dầu. Vì vậy thờng dùng bộ lọc tách dầu trớc máy
sấy. Có 2 loại bộ lọc dầu thờng đợc sử dụng:
15

Hình 2.9 Sơ đồ cấu trúc máy nén khí
dòng khí hớng trục
+ Bộ lọc dầu kết tụ : Loại này dùng một ống có các lới làm bằng chất fibres,
khi không khí đi qua bộ lọc các hạt dung dịch dầu sẽ va chạm với lới fibres và va
chạm lẫn nhau, vì vậy dần dần hình thànhcác hạt lớn hơn và sẽ lắng xuống đáy ống,
và sau đó sẽ đợc xả ra ngoài. ( không cần phải thay ống lọc cho đến khi dòng khí bị

nghẹt do bụi hình thành - đợc báo hiệu bằng sự suy giảm áp suất của khí nén đi qua
nó).
+ Bộ lọc hấp thụ: Loại này dùng một ống chứa đầy các hạt có áp lực rất lớn
đối với dầu( cả dạng lỏng và dạng hơi), chúng sẽ hấp thụ dầu khi không khí có dầu đi
ngang qua bộ lọc(khi các hạt không còn hấp thụ đợc dầu nữa thì có sự đổi màu trong
ống lọc, và lúc đó cần phải thay ống lọc khác).
b. Phơng pháp tách nớc:
Khí nén sau khi đợc tách dầu sẽ đợc đa vào hệ thống ngng tụ để tách lợng hơi
ẩm còn lại trong khí nén. Hệ thống làm ngng tụ hơi nớc thờng sử dụng các phơng
pháp sau:
* Hệ thống ngng tụ - làm lạnh bằng nớc
+ Cấu trúc hệ thống nh mô tả trên hình vẽ:
trong đó:
1-van an toàn
2. hệ thống ống dẫn nớc làm lạnh.
3. cửa dẫn nớc làm lạnh vào.
4. cửa ra của khí nén sau khi đợc tách nớc.
5. thùng chứa nớc ngng tụ.
6. cửa ra của nớc sau khi ngng tụ
7. cửa dẫn khí nén vào để tách nớc.
+ Hoạt động:
Nh trên sơ đồ cấu trúc mô tả, nớc lạnh đợc
dẫn tuần hoàn từ cửa 3 tới cửa 6 qua đờng ống 2.
Khí nén từ máy nén khí sau khi đợc tách các chất
bẩn đợc đa vào từ cửa 7 sẽ qua hệ thống mạng đờng
ống 2. Tại đây xảy ra quá trình trao đổi nhiệt và làm
ngng tụ hơi nớc. Nớc ngng tụ xuống thùng chứa 5 và
đợc xả ra ngoài bằng van xả, còn khí nén khô thoát
ra cửa 4 và đợc đa tới bình trích chứa hoặc các ứng
dụng.

+ Một số đặc điểm: Hệ thống đơn giản nhng hiệu
quả không cao( điểm sơng khí nén tơng đối cao).
* Hệ thống ngng tụ - sử dụng chất làm lạnh
+ Cấu trúc : nh hình vẽ dới.
16

1
2
3
7
6
4
5
Hình 2.10 Cấu trúc bình ngng
tụ bằng nớc lạnh

+ Hoạt động:
Quá trình ngng tụ diễn ra tại 2 bộ phận: bộ chuyển đổi nhiệt, và giàn lạnh
- Tại bộ chuyển đổi nhiệt : khí khô sau khi đợc tách nớc có nhiệt độ thấp sẽ hấp thụ
nhiệt của khí ẩm làm 1 phần hơi nớc trong khí ẩm đợc ngng tụ ở đây.
- Tại giàn lạnh : môi chất lạnh (ga) đợc máy nén nén đến áp suất cao, nhiệt độ cao và
đẩy vào buồng trao đổi nhiệt (giàn lạnh), tại đây môi chất lạnh sẽ thu nhiệt từ không
khí ẩm . Khí ẩm mất nhiệt làm ngng tụ phần hơi nớc còn lại tại bộ tách nớc, không
khí sau khi đợc tách nớc có nhiệt độ thấp lại đợc dẫn vào bộ chuyển đổi nhiệt thứ nhất
nh phân tích ở quá trình trên, vì vậy ở cửa ra ta thu đợc khí nén sạch, khô.
+ Một số đặc điểm:
-Điểm sơng khí nén xấp xỉ 0
0
C, nhiệt độ khí nạp có thể cao tới 44
0

C
- độ suy giảm áp suất qua hệ thống khoảng 30Kpa.
-Có khả năng tách tiếp chất cặn bã của dầu bôi trơn cùng hơi ẩm.
- Cần chú ý rằng để đảm bảo điểm sơng đợc duy trì và sự đông đặc không xảy
ra thì phải chọn công suất máy sấy đúng và điều quan trọng là phải điều chỉnh khối
làm lạnh đúng, việc bảo dỡng định kỳ là điều phải quan tâm thực hiện.
* Hệ thống ngng tụ - dùng chất hấp thụ
Bộ sấy hấp thụ gồm 2 buồng áp suất, chúng chứa chất hút ẩm dới dạng hạt, làm
việc thay phiên nhau một bình hấp thụ thì bình kia sẽ đợc tái tạo.
17

Hình 2.11 Cấu trúc hệ thống ngng tụ dùng môi chất làm lạnh
+ Hoạt động: Khí nén đi vào buồng sấy ở phía dới đáy và di chuyển lên trên ngang
qua vật liệu hút ẩm, ở đó quá trình hấp thụ xảy ra. Sau khí khô thoát ra ở đỉnh bình,
cùng lúc này bình thứ 2 đang đợc phục hồi. Sự chuyển đổi từ bình làm việc sang phục
hồi đợc điều khiển tự động sau một khoảng thời gian cài đặt trớc.
+ Một số đặc điểm:
- Một số vật liệu hấp thụ thờng đợc sử dụng là : silicagel, activated alumina,
- Hiệu quả tách nớc cao( điểm sơng khí nén thờng là -20
0
C, có thể tới -50
0
C)
- Độ suy giảm áp suất qua hệ thống lớn, có thể tới 70 Kpa.
- Để đạt đợc hiệu quả cao, nhiệt độ khí cửa nạp không nên vợt quá 38
0
C và yêu
cầu phải lọc sạch dầu trớc khi đa vào hệ thống( vì dầu sẽ làm hỏng vật liệu hấp thụ).
* Hệ thống ngng tụ - dùng chất hút ẩm:
Hệ thống này dùng chất hút ẩm đặc biệt gọi là chất chảy rữa. Chất này khi nó tiếp

xúc với hơi nớc trong khí nén sẽ xảy ra phản ứng hoá học và hoá lỏng.
Bình ngng tụ có cấu tạo để chứa đợc một số lợng lớn chất chảy rữa dới dạng hạt( Các
chất chảy rữa thờng dùng là Ure, Hithium, Calcium chloride, ) + Hoạt động : Khí
ẩm đợc dẫn vào từ đáy bình và di chuyển hớng lên trên ngang qua chất chảy rữa, ở đó
hầu hết hơi ẩm trong không khí bị hút trớc khi nó đi tới cửa ra của bình. Trong quá
trình hút chất chảy rữa sẽ hoá lỏng từ từ và chảy xuống đáy bình sau đó đợc xả tự
động ra ngoài. Lợng chất chảy rữa sẽ giảm dần vì thế cần phải liên tiếp bổ sung chất
chảy rữa (khi công suất và sự hoạt động đúng thì phải bổ sung chất chảy rữa hàng
tháng).
+ Một số đặc điểm:
- Điểm sơng áp suất không ổn định( nó là hàm của nhiệt độ cửa nạp), có thể rất
cao ( tới 45
0
C).
- Các chất chảy rữa có thể nhão ra và dính lại với nhau gây suy giảm áp suất
lớn.
- Tuyệt đối tách hết dầu trớc khi đi vào hệ thống.
- Một số chất chảy rữa gây ăn mòn mạnh.
18

Hình 2.12
Cấu trúc hệ thống ngng tụ
dùng chất hấp thụ.
Trong một số lĩnh vực, ví dụ : những dụng cụ cầm tay sử dụng truyền động khí
nén hoặc một số hệ thống điều khiển đơn giản thì không nhất thiết phải dùng các ph-
ơng pháp lọc nh ở trên.Khi đó ngời ta thờng dùng bộ lọc. Bộ lọc về cấu trúc sẽ gồm 3
phần tử: Van lọc, van điều chỉnh áp suất và van tra dầu. Ngoài ra để theo dõi áp của
hệ thống thì có một áp kế đợc lắp ở bộ điều tiết áp suất.
Hệ thiết bị này thờng đợc gọi là cụm lọc, hoặc gọi là cụm khí 3 điểm.
+ Van điều chỉnh áp suất: có công dụng giữ áp suất đợc điều chỉnh không đổi, mặc

dầu có sự thay đổi bất thờng của tải trọng làm việc ở phía đờng ra hoặc sự dao động
của áp suất ở đờng vào van.
19

Van lọc
Van đc áp suất
Van tra dầu
khí nén vào khí nén ra
đồng hồ chỉ thị áp
suất khí
Hình 2.14 Cấu trúc cụm lọc
Hình 2.13
Cấu trúc hệ thống
ngng tụ dùng chất
hút ẩm
+ Van lọc: có nhiệm vụ tách các thành phần chất bẩn và hơi nớc ra khỏi khí nén tạo ra
khí khô và sạch cung cấp cho các ứng dụng.
+ Van tra dầu : Có tác dụng giảm lực ma sát, sự ăn mòn và sự gỉ của các
phần tử trong hệ thống điều khiển.
* Ghi chú:
. Để chánh sự suy giảm áp suất quá mức, đồng thời đảm bảo lu lợng dòng khí
cung cấp thì phải chọn bộ lọc đúng kích cỡ .
. Khí nén có dầu bôi trơn chỉ sử dụng ở những nơi cho phép mà thôi vì dầu bôi
trơn đợc trộn vào khí nén dới dạng sơng và đi vào các thiết bị, những khe hở và các
bạc lót - những nơi có sự trợt trong chuyển động sẽ gây mài mòn
. Khí nén thoát ra mang dầu gây ung th phổi đối với những ngời thờng xuyên
tiếp xúc.
III. Hệ thống thiết bị phân phối khí nén.
1. Nhiệm vụ : Chuyển không khí từ máy nén đến khâu cuối cùng để sử dụng.
2. Yêu cầu : Đảm bảo áp suất, lu lợng và chất lợng khí nén cho nơi tiêu thụ.

20

Hình 2.15
Cấu trúc van lọc
Hình 2.16
Cấu trúc van tra dầu
3. Cách bố trí :
- Bố trí theo hệ thống một đờng ống chính
- Bố trí theo hệ thống vòng.
- Chú ý : Khi lắp đặt hệ thống đờng ống nên để nghiêng khoảng 1-2
o
từ điểm
nguồn cấp gần nhất đến điểm xa nhất.
21

Hình 2.17 Cấu trúc mạng phân phối khí nén
Hình 2.18 Sơ đồ cách bố trí, lắp đặt đờng ống dẫn khí
nén
4. Tính toán hệ thống phân phối khí nén.
a. Chọn cách bố trí hệ thống mạng đờng ống.
Thờng có 2 cách bố trí hệ thống mạng đờng ống nh đã nêu ở trên, thì từ sơ đồ
mặt bằng của nhà máy chọn vị trí đặt trạm nguồn cấp. Vị trí của máy nén khí có ảnh
hởng lớn đến chất lợng cung cấp khí nén vào hệ thống phân phối vì vậy nó cần đợc
đặt ở vị trí đảm bảo các điều kiện sau:
+ Khô và mát, để đảm bảo hạn chế lợng hơi nớc hút vào.
+ ít bụi để tránh làm nghẹt bộ lọc khí và hệ thống làm mát.
+ Thông gió đầy đủ để lợng khí nạp vào máy nén không bị hạn chế, đồng thời
điều kiện làm mát sẽ tốt hơn.
+ Không gian lắp đặt phù hợp để thuận tiện trong việc bảo trì, sửa chữa.
Từ đây đa ra phơng án bố trí mạng đờng ống đi tới các hệ thống, thiết bị sao cho tối

u nhất.
b. Đo đạc tính toán chiều dài thực của mạng đờng ống.
+ Nếu bố trí theo hệ thống 1 đờng ống chính, chiều dài đo đợc là chiều dài cần
tính.
+ Nếu bố trí theo hệ thống đờng vòng thì chiều dài đo đợc chia cho 2 là chiều
dài cần tính.
Từ mạng đờng ống xác định tổng số tất cả phụ tùng nối ( van kiểu bệ, van kiểu
màng, van chắn, ống vuông góc, ống cong, ống nối hình T, ống nối thu nhỏ, ) rồi
quy đổi sang chiều dài ống dẫn tơng đơng dựa theo tiêu chí sự tổn thất áp suất :
L
TT
= L
th
+ L
qđ
trong đó :
L
TT
: Chiều dài tính toán.
L
th
: Chiều dài thực tế đo đợc.
L
qđ
: Chiều dài quy đổi.
c. Tính toán lu lợng yêu cầu của hệ thống.
+ Xác định chu kỳ hoạt động của tất cả các thiết bị trong hệ thống trong 1
ngày làm việc.
+ Lập biểu đồ phụ tải cho một ngày .
+ Chọn thời điểm mà tổng lu lợng yêu cầu vận hành tất cả hệ thống đạt lớn

nhất.
d. Tính toán áp suất tổng của hệ thống.
áp suất tổng của hệ thống đợc tính bằng cách lấy áp suất hoạt động cực tiểu
của hệ thống cộng với áp suất suy giảm của hệ thống cộng với độ chênh áp suất cut-
in/cut-out , cộng với áp suất dự trữ an toàn.
22

+ áp suất hoạt động cực tiểu : áp suất cẩn thiết để vận hạnh một cách hiệu quả
tất cả các bộ phận tác động trong khí nén - thờng chọn là áp suất định mức của thiết
bị có áp suất yêu cầu cao nhất ( trong nhà máy, xí nghiệp áp suất này thờng từ 6-7
bar).
+ áp suất suy giảm của hệ thống: Là áp suất suy giảm phỏng định gây ra bởi
sự xoắn lốc và ma sát trong khi khí nén chảy qua các ống phân phối. Nó bao gồm sự
suy giảm áp suất gây ra bởi các thiết bị phụ trợ. Để có hiệu quả kinh tế, sự suy giảm
áp suất này không vợt quá 0,5 bar.
+ Độ chênh áp suất cut-in/cut-out: Đây là độ chênh lệch áp suất để đa máy nén
vào làm việc và ngắt máy nén khi đã nạp đủ áp suất khí. Độ chênh áp suất này trong
khoảng 0,5 - 1 bar.
+ áp suất dự trữ an toàn: Là áp suất phỏng định khoang 10% áp suất cực tiểu
của hệ thống.
e. Tính toán đờng kính ống.
Dựa vào công thức tính tổn thất áp suất :
p
r
= .
d2
l
2
.

(N/m
2
,pa) (*)
Trong đó :
- p
r
: tổn thất áp suất trong ống dẫn thẳng. Trong thực tế ngời ta đã tính toán
để đảm bảo tính kinh tế thì độ suy giảm áp suất không đợc vợt quá 50 kpa = 0,5 bar.
Và để đảm bảo ta chọn p
r
= 0,5 bar = 50000 pa .
- : hệ số ma sát ống, đợc tính theo công thức:
=
e
R
64
, với R
e
=

d.
là số Reymold
. = 13,28. 10
-6
(m
2
/s) : độ nhớt động học ở trạng thái tiêu chuẩn
. d : đờng kính ống dẫn (m)
. : vận tốc dòng chảy (m/s)
=

A
q
v

+ q
v
: lu lợng hệ thống yêu cầu.
+ A =
4
d
2
.
là tiết diện ống dẫn.
- =
n
.
n
p
p
abs
=
n
.
n
n
p293
ppT
.
)( +
là khối lợng riêng của không khí.

. p : áp suất yêu cầu (áp suất tổng đã tính ở trên)
. T = 273
0
K.
.
n
=1,293 (kg/m
3
) : khối lợng riêng của không khí ở trạng thái tiêu
chuẩn.
. p
n
=1,013 (bar) : áp suất ở trạng thái tiêu chuẩn.
. p
abs
: áp suất tuyệt đối là trị số đo trên các đồng hồ bắt đầu từ áp
suất zêzô tuyệt đối.
Thay =
A
q
v
=
4
d
q
2
v
.
=
2

v
d
q4
.
.

23

và =
e
R
64
=

d
64
.
=
d
4
d
q
64
2
v
.
.

=
v

q
d16
vào biểu thức (*) đợc:
p
r
=
v
q
d16
.
d2
l
.
.
. (
2
v
d
q4
.
.

)
2
=
4
v
d
ql128
.

d =
4
r
v
p
ql128


.

Thay giá trị = 13,28. 10
-6
(m
2
/s) và vào công thức trên :
d =
4
r
v
63
p
ql
204741p1018928110540

+

), ,(.,
(m)
Thứ nguyên các đại lợng trong công thức tính:
l ,d : m
p, p
r
: N/m
2
(hoặc pa)
q
v
: m
3
/s
Tính toán đợc d thì tra trong catalog để chọn ra kích thớc đờng ống chuẩn lớn hơn
gần nhất so với giá trị tính toán.
Để tính toán, lựa chọn kích thớc đờng kính ống cũng có thể sử dụng một phơng
pháp khác gọi là " Toán Đồ":
24


Theo toán đồ trên, các thông số yêu cầu nh áp suất p, lu lợng q, tổn thất áp suất p và
các thông số sẽ chọn là chiều dài ống dẫn L và đờng kính trong của ống dẫn phụ
thuộc lẫn nhau.
Ví dụ:
áp suất yêu cầu p = 8 bar = 8.10
5
Pa
chiều dài ống dẫn L = 200 m
lu lợng q

v
= 170 lit/s
tổn thất áp suất cho phép p = 0,1 bar
Với các tham số nh vậy tra trên toán đồ theo trình tự mũi tên ta đợc đờng kính trong
của ống dẫn cần chọn là khoảng bằng 70 mm.


Chú ý:

+ Bất cứ lúc nào khi có thể hãy tăng kích thớc đờng kính ống dẫn khí. Việc
tăng này không làm gia tăng đáng kể giá thành đờng ống cũng nh không gian lắp đặt
yêu cầu. Khi đờng ống lớn hệ thống phân phối sẽ có lu lợng lớn hơn, điều này cũng có
thể xem nh thể tích bình chứa khí đợc tăng lên có tác dụng giảm sự suy giảm áp suất,
làm mát khí nén tốt hơn, thể tích lu trữ tăng. Tất cả những điều trên sẽ làm tăng hiệu
quả kinh tế của hệ thống.
f. Tính chọn máy nén khí.
Từ lu lợng tổng q
v
và áp suất tổng p chọn máy nén khí theo biểu đồ mô phỏng
phạm vi ứng dụng của máy nén khí đã trình bày ở trên. Ngoài ra căn cứ vào đặc điểm
25

Hình 2.19 Toán đồ tính toán đờng kính ống dẫn