khảo sát máy nén khí piston tại phòng thí nghiệm máy nén

Khảo sát máy nén khí piston tại phòng thí nghiệm máy nén
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI:
KHẢO SÁT MÁY NÉN KH Í PISTON TẠI
PHÒNG THÍ NGHIỆM MÁY NÉN
Sinh viên thực hiện : Hồ Mạnh Cường
Lớp : 05C4B
Giáo viên hướng dẫn : TS. Phạm Thị Kim Loan
Giáo viên duyệt : KS. Phan Thành Long
Đà Nẵng – 2010

1
Khảo sát máy nén khí piston tại phòng thí nghiệm máy nén
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

KHOA : CƠ KHÍ GIAO THÔNG
BỘ MÔN : THỦY KHÍ - MÁY THỦY KHÍ
NHIỆM VỤ
THIẾT KẾ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên : HỒ MẠNH CƯỜNG
Lớp : 05C4B Khóa: 2005-2010
Ngành : Cơ Khí Động Lực.
Giáo viên hướng dẫn : TS. PHẠM THỊ KIM LOAN
1.Tên đề tài:
KHẢO SÁT MÁY NÉN KHÍ PISTON TẠI PHÒNG THÍ NGHIỆM MÁY NÉN.
2.Các số liệu ban đầu:

Các số liệu lấy từ mô hình máy nén piston FUSHENG TA80 tại phòng thí nghiệm máy
nén.
3.Nội dung các phần thuyết minh:
- Mục đích - ý nghĩa của đề tài.
- Đặc điểm máy nén khí và thiết bị xử lý khí nén.
- Khảo sát máy nén khí piston TA80 tại phòng thí nghiệm máy nén.
- Tính toán các thông số kỹ thuật của máy nén FUSHENG TA80.
+ Các quá trình cơ bản của máy nén.
+ Lưu lượng của máy nén TA80.
+ Công và công suất lý thuyết của máy nén TA80.
+ Tỷ số nén cho phép.
+ Tính toán làm mát.
+ Tính lực tác dụng lên piston và xylanh.
- Cách lắp đặt, vận hành, tháo lắp và sửa chữa máy nén khí TA80.
- Sự cố thường gặp của máy nén khí TA80 và cách phòng tránh.
4. Các bản vẽ.
Bản vẽ 1: Đồ thị các quá trình làm việc của máy nén khí (A3)
Bản vẽ 2: Van tiết lưu. (A3)
Bản vẽ 3: Van điều chỉnh áp suất (A3)

2
Khảo sát máy nén khí piston tại phòng thí nghiệm máy nén
Bản vẽ 4: Van an toàn. (A3)
Bản vẽ 5: Piston. (A3)
Bản vẽ 6: Thanh truyền. (A3)
5. Cán bộ hướng dẫn : TS. PHẠM THỊ KIM LOAN
6. Ngày giao nhiệm vụ : / /2010
7. Ngày hoàn thành nhiệm vụ : / /2010
Thông qua bộ môn
Ngày .… tháng năm 2010 Ngày .… tháng năm 2010

Tổ trưởng bộ môn Cán bộ hướng dẫn

TS. PHẠM THỊ KIM LOAN TS. PHẠM THỊ KIM LOAN

Kết quả đánh giá:
Sinh viên đã hoàn thành và nộp
toàn bộ bản báo cáo cho bộ môn.

Ngày .… tháng .… năm 2010
Ngày …. tháng …. năm 2010
Chủ tịch hội đồng

3
Khảo sát máy nén khí piston tại phòng thí nghiệm máy nén
MỤC LỤC
Lời nói đầu
Nước ta là một nước đang phát triển, cùng với sự phát triển nền kinh tế thị
trường đang hòa nhập với nền kinh tế thế giới, ngành công nghiệp đang thay đổi
một cách nhanh chóng và là một trong những ngành chủ đạo trong mục tiêu đưa đất
nước trở thành một nước công nghiệp hoá hiện đại hoá trong tương lai.
Công nghệ khí nén được sử dụng rộng rãi trong tất cả các ngành của nền
kinh tế quốc dân: luyện kim; hoá chất; cơ khí; xây dựng; giao thông vận tải v.v.

4
Khảo sát máy nén khí piston tại phòng thí nghiệm máy nén
Để đáp ứng khí nén cho tất cả các ngành kinh tế thì ngành chế tạo máy nén
khí ra đời và phát triển rất nhanh. Do đó khảo sát máy nén khí piston TA80 tại
phòng thí nghiệm máy nén chính là đề tài mà em chọn làm đồ án tốt nghiệp đại học.
Em xin cảm ơn nhà trường cùng khoa Cơ Khí Giao Thông đã tạo điều kiện
tốt nhất trong quá trình học tập của em, em xin cảm ơn sự hướng dẫn nhiệt tình và

chu đáo của cô giáo Phạm Thị Kim Loan và sự giúp đỡ của các thầy cô trong khoa
Cơ Khí Giao Thông trong quá trình làm đồ án tốt nghiêp.
Trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp, ngoài việc vận dụng kiến thức đã học ở
nhà trường, kiến thức trong quá trình thực tập tốt nghiệp và các tài liệu liên quan
chắc chắn trong đồ án còn nhiều thiếu sót em mong được sự góp ý và giúp đỡ thêm
của quý thầy cô.
Đà Nẵng, ngày… tháng….năm 2010
Sinh viên thực hiện
Hồ Mạnh Cường
1. Mục đích ý nghĩa của đề tài.
1.1. Mục đích, ý nghĩa.
Khảo sát máy nén khí nhằm mục đích tính toán kiểm nghiệm lại các thông số
của máy nén, tìm hiểu nguyên lý làm việc, kết cấu của máy, cách vận hành lắp đặt,
bảo quản và xử lý sự cố của máy nén. Ngoài ra còn tiếp cận với các ứng dụng và
công nghệ sử dụng khí nén.

5
Khảo sát máy nén khí piston tại phòng thí nghiệm máy nén
Hiện nay đất nước đang phát triển mạnh mẽ, đang từng bước chuyển mình và
tương lai sẽ trở thành một nước công nghiệp phát triển. Do vậy ngành công nghiệp
là ngành chủ đạo cho một nước phát triển. Để phục vụ cho phát triển công nghiệp
thì các ngành phụ trợ cũng phát triển không ngừng. Sản xuất máy nén khí là một
trong số các ngành phụ trợ đó. Máy nén khí được dùng rất phổ biến trong các nhà
máy xí nghiệp, trong những ngành công nghiệp nhẹ cũng như công nghiệp nặng.
Máy nén khí đang khảo sát là máy nén FUSHENG TA80, là loại máy nén khí kiểu
piston được đặt tại phòng thí nghiệm máy nén.
Khảo sát máy nén giúp cho em là một sinh viên ngành động lực biết nhìn
nhận đánh giá và củng cố lại những kiến thức đã học. Tạo cho em một cách nhìn
tổng quát về một vấn đề liên quan trực tiếp đến kiến thức mà mình được trang bị.
1.2. Khả năng ứng dụng.

Không khí nén là một dạng năng lượng quan trọng được sử dụng rộng rãi
trong tất cả các ngành của nền kinh tế quốc dân: luyện kim, hoá chất, cơ khí xây
dựng, giao thông vận tải, nông nghiệp…
Hệ thống điều khiển bằng khí nén được sử dụng trong lĩnh vực điều khiển
như trong các thiết bị phun sơn, các đồ gá kẹp các chi tiết nhựa và nhất là sử dụng
cho lĩnh vực sản xuất các thiết bị điện tử, lắp ráp các chi tiết máy bằng đai ốc.
Ngoài ra hệ thống điều khiển bằng khí nén được sử dụng trong các dây chuyền sản
xuất tự động, trong các thiết bị vận chuyển và kiểm tra các thiết bị của lò hơi, thiết
bị mạ điện, đóng gói bao bì và trong công nghiệp hoá chất. Trong các lĩnh vực mà
con người không trực tiếp điều khiển do không an toàn thì người ta có thể bố trí
bằng hệ thống điều khiển bằng khí nén để thay thế con người.

6
Khảo sát máy nén khí piston tại phòng thí nghiệm máy nén
Hình 1-1 Máy gắp sản phẩm bằng khí nén
Hình 1-2 Hệ thống nâng bảo dưỡng xe
Trong hệ thống truyền động, hệ thống khí nén sử dụng trong:
a, Các thiết bị máy va đập, các thiết bị máy móc sử dụng trong lĩnh vực khai
thác như: khai thác đá, khai thác than. Trong các công trình xây dựng như: xây
dựng hầm mỏ, đường hầm…
b, Hệ thống khí nén có thể được phân loại tùy theo cách truyền động.
+Truyền động thẳng:

7
Khảo sát máy nén khí piston tại phòng thí nghiệm máy nén
Vận dụng truyền động bằng áp suất khí nén cho chuyển động thẳng trong các
dụng cụ đồ gá kẹp, thiết bị đóng gói. Trong các loại máy gia công gỗ, hệ thống
phanh hãm của ô tô….
+Truyền động quay:
Truyền động quay sử dụng năng lượng bằng khí nén ít được sử dụng vì tốn

kém hơn rất nhiều so với các dạng năng lượng khác nếu cùng công suất. Nếu so
sánh giá thành tiêu thụ điện của một động cơ quay bằng năng lượng khí nén và một
động cơ điện có cùng công suất thì giá thành tiêu thụ điện của một động cơ quay
bằng năng lượng khí nén cao hơn 10 đến 15 lần so với động cơ điện. Tuy nhiên
động cơ quay bằng năng lượng khí nén lại có thể tích và trọng lượng nhỏ hơn 30%
so với động cơ điện có cùng công suất.
Ngày nay ứng dụng của khí nén rất rộng rãi trong nhiều ngành nghề khác
nhau, ta có sơ đồ ứng dụng hệ thống khí sau :
6
4
7
6
5
4
3
2
1
X
IX
VIII
VII
VI
V
IV
III
II
I
Hình 1-3 Sơ đồ ứng dụng hệ thống khí

8
I- Máy nén khí piston; II- Máy nén khí trục vít;III- Máy nén khí ly tâm
IV- Máy sấy khô không khí (dạng trao đổi nhiệt);
V- Máy sấy khô không khí (dạng dùng tác nhân hấp thụ);
VI- Ứng dụng trong các ngành: kiến trúc; vệ sinh; công nghiệp; gia
công thép; gia công công trình; ép áp lực.
VII- Ứng dụng trong các ngành: thiết bị hơi; CN dân dụng; điều kiển;
VIII- Ứng dụng trong các ngành: sơn tĩnh điện; công nghiệp chính xác;
dụng cụ chính xác; điện, lắp ráp
IX- Ứng dụng trong các ngành: công nghiệp thực phẩm; công nghiệp
chế biến thuốc; sấy chế biến đóng gói; vệ sinh y tế; hô hấp.
X-Ứng dụng trong các ngành: kỹ nghệ sấy cạo; hô hấp; công nghệ đo
lường; công nghiệp chế biến; công nghiệp hoá chất.
1- Bộ phận tách nước; 2- Bình chịu áp lực; 3- lọc khí(
m
µ
40
); 4- lọc dầu
(
m
µ
3
)
5- Lọc khí (
m
µ
03,0
); 6- Lọc khí (
m
µ

01,0
); 7- Lọc chuyên dùng (than hoạt tính)
Khảo sát máy nén khí piston tại phòng thí nghiệm máy nén
2. Đặc điểm máy nén khí và thiết bị xử lý khí nén.
2.1. Giới thiệu phòng thí nghiệm máy nén.
Phòng thí nghiệm máy nén thuộc khoa Cơ Khí Giao Thông, Trường ĐHBK
Đà Nẵng, được xây dựng vào năm 2008 với sự đầu tư của công ty FUSHENG.
Phòng thí nghiệm máy nén nằm trong khu vực xưởng cơ khí và các phòng thí
nghiệm khác của khoa Cơ Khí Giao Thông. Với sự đầu tư khá chu đáo của công ty
FUSHENG, hiện nay tại phòng thí nghiệm máy nén có giàn trang thiết bị với đầy đủ
các trang thiết bị cơ bản phục vụ cho đào tạo, nghiên cứu…
Các trang thiết bị hiện có tại phòng thí nghiệm :
-Máy nén khí piston.
-Máy nén khí trục vít.
-Hệ thống thí nghiệm truyền động thuỷ lực.
-Các mô hình thiết bị cắt bổ chi tiết bên trong máy
Mục đích chính của phòng thí nghiệm : nhằm giúp sinh viên nắm vững
phương pháp, hiểu rõ thêm về lý thuyết, hướng dẫn cho sinh viên sử dụng các thiết
bị mô phỏng, nâng cao kiến thức, đồng thời giúp sinh viên tiếp cận sát hơn với thực
tế .
2.2. Tổng quan về máy nén khí.
2.2.1. Ưu nhược điểm của hệ thống truyền động bằng khí nén.
* Ưu điểm:

9
Khảo sát máy nén khí piston tại phòng thí nghiệm máy nén
− Không khí nén có tính đàn hồi, trong suốt, không độc hại, khó bén lửa, không
bị lắng đọng, và không khí có vô tận trong thiên nhiên.
− Khả năng quá tải lớn của động cơ khí.
− Độ tin cậy khá cao, ít trục trặc kỹ thuật.

− Tuổi thọ lớn.
− Tính đồng nhất năng lượng giữa các cơ cấu chấp hành và các phần tử chức
năng báo hiệu , kiểm tra, điều khiển nên làm việc trong môi trường dễ nổ, và đảm
bảo môi trường sạch vệ sinh.
− Do trọng lượng của các phần tử trong hệ thống điều khiển bằng khí nén nhỏ,
hơn nữa khả năng giãn nở của áp suất khí lớn, nên truyền động có thể đạt được vận
tốc rất cao.
− Do khả năng chịu nén (đàn hồi) lớn của không khí cho nên có thể trích chứa
khí nén một cách thuận lợi. Như vậy có khả năng ứng dụng để thành lập một trạm
trích chứa khí nén.
− Có khả năng truyền tải năng lượng đi xa, bởi vì độ nhớt động học của khí nén
nhỏ và tổn thất áp suất trên đường ống ít.
− Chi phí thấp để thiêt lập một hệ thống truyền động bằng khí nén, bởi vì phần
lớn trong các xí nghiệp các hệ thống đường dẫn khí nén đã có sẵn.
− Hệ thống phòng ngừa quá áp suất giới hạn được đảm bảo.
* Nhược điểm:
− Thời gian đáp ứng chậm so với điện tử.
− Khả năng lập trình kém vì cồng kềnh so với điện tử, chỉ điều khiển theo
chương trình có sẵn. Khả năng điều khiển phức tạp kém.
− Hệ thống truyền động bằng khí nén có lực truyền tải trọng thấp.
− Khi tải trọng trong hệ thống thay đổi, thì vận tốc truyền cũng thay đổi bởi vì
khả năng đàn hồi của khí nén lớn cho nên không thực hiện nhưng chuyển động
thẳng hoặc quay đều.
− Dòng khí nén thoát ra ở đường dẫn ra gây nên tiếng ồn, làm ảnh hưởng dến
sức khỏe con người.
− Hiện nay trong lĩnh vực điều khiển người ta thường kết hợp hệ thống điều
khiển bằng khí nén với cơ hoặc điện, điện tử.

10
Khảo sát máy nén khí piston tại phòng thí nghiệm máy nén

2.2.2. Cơ sở tính toán khí nén.
2.2.2.1. Thành phần hoá học của khí nén.
Nguyên tắc hoạt động của các thiết bị khí nén là không khí trong khí quyển
được hút vào và nén trong máy nén khí. Sau đó khí nén từ máy nén khí được đưa
vào hệ thống khí nén. Không khí là loại khí hỗn hợp bao gồm những thành phần
chính sau:
Bảng 2-1 Các thông số thống kê
Ngoài những thành phần trên, trong không khí còn có hơi nước, bụi…chính
những thành phần đó gây ra cho các thiết bị khí nén sự ăn mòn, sự gỉ, phải cần có
biện pháp hay thiết bị để loại trừ hoặc giới hạn mức thấp nhất những thành phần
trong hệ thống.
2.2.2.2. Độ ẩm không khí.
Khí quyển là hỗn hợp của không khí và hơi nước. Theo định luật Dalton, áp
suất toàn phần của khí hỗn hợp là tổng của các áp suất riêng phần. Khi nước được
dẫn vào một không gian kín có chứa không khí, nước sẽ bốc hơi cho đến chừng nào
hơi nước đạt được áp suất bão hoà
w
P
′
, áp suất P của khí hỗn hợp không gian kín đó,
theo Dalton l à :
P=P
kk
+
w
P
′
(2.1)
Trong đó :
P áp suất toàn phần (khí hỗn hợp: hơi nước và không khí )

P
kk
áp suất riêng phần (áp suất của không khí khô)
w
P
′
áp suất riêng phần (áp suất của hơi nước bão hoà)
Lượng nước bốc hơi cần thiết (
w
X
′
)để đạt được áp suất bảo hoà (
w
P
′
) chỉ phụ
thuộc vào nhiệt độ không khí và lượng không khí, chứ không phụ thuộc váo áp suất
của không khí.

11
Loại khí N
2
O
2
A
r
CO
2
H
2

Thể tích % 78,08 20,95 0,93 0,03 0,01
Khối lượng% 75,51 23,01 1,286 0,04 0,001
Khảo sát máy nén khí piston tại phòng thí nghiệm máy nén
Lượng hơi nước chứa nhiều nhất (tính bằng g) trong 1 kg không khí gọi là
lượng ẩm bảo hoà
X
′
[g/kg].
Độ ẩm tương đối không khí được biểu thị dưới dạng % của tỷ số lượng ẩm
tuyệt đối và lượng ẩm bảo hoà.
Độ ẩm tương đối
%100⋅
′
=
X
X
ϕ
(2.2)
Trong bảng 2-1 cho ta biết được lượng hơi nước chứa nhiều nhất (lượng ẩm
bảo hoà) trong 1kg không khí ở những nhiệt độ khác nhau.
Điểm hoá sương là điểm mà tại đó lượng hơi nước trong không khí đạt được
bảo hoà.
Nhiệt độ hoá sương là nhiệt độ cần thiết để lượng hơi nước trong không khí
đạt được bảo hoà. Khi nhiệt độ làm lạnh nhỏ hơn nhiệt độ điểm hoá sương, thì quá
trình ngưng tụ sẽ được thực hiện. Áp suất điểm hoá sương là áp suất tại điểm hoá
sương.
Bảng 2-2 Bảng các thông số chọn.
Nhiệt
độ [
o

c]
-10 0 5 10 20 30 50 70 90 100
Lượng
ẩm bảo
hoà
[g/kg]
1,62 3,82 5,47 7,7 14,88 27,55 87,52 152,7 409,1 409,
21
2.2.2.3. Phương trình trạng thái:
Chúng ta đã biết trạng thái tĩnh của chất khí được đặc trưng bởi áp suất,
trọng lượng riêng (hay khối lượng riêng) và nhiệt độ - gọi là các thông số trạng thái.
Sự thay đổi trọng lượng riêng của chất khí lý tưởng khi áp suất hay nhiệt độ thay
đổi được biểu diễn bởi phương trình trạng thái Klaperôn- Menđêleep:
RT
p
g == .
ργ
(2.3)
Trong đó:
γ
- trọng lượng riêng của chất khí ;

12
Khảo sát máy nén khí piston tại phòng thí nghiệm máy nén

ρ
- khối lượng riêng;
g- gia tốc trọng trường, g= 9,81 m/s
2
p- áp suất ;

T- nhiệt độ tuyệt đối;
R- hằng số chất khí
Như vậy, trọng lượng riêng là hàm số của áp suất và nhiệt độ. Tuỳ theo tính
chất chuyển động của dòng khí ta sẽ được các mối liên hệ khác nhau đơn giản hơn
giữa các thông số của chúng, nghĩa là mối liên hệ đó phụ thuộc vào các quá trình
chuyển động.
Trong kỹ thuật thường gặp các quá trình sau đây:
- Quá trình đẳng áp: áp suất không đổi (p= const)
- Quá trình đẳng nhiệt : T= const. Lúc đó phương trình trạng thái có dạng:
== RT
p
γ
cosnt = C hay p = C
γ
.
- Quá trình đoạn nhiệt: chất khí trong quá trình chuyển động không trao đổi
nhiệt với môi trường xung quanh. Ta có biểu thức:

=
k
p
γ
const =C, hay p=C
k
γ
, (2.4)
Trong đó: k =
V
P
C

C
- chỉ số đoạn nhiệt, đối với không khí k= 1,4.
C
P
- nhiệt dung đẳng áp.
C
V
- nhiệt dung đẳng tích.
Từ các phương trình trên suy ra các biểu thức sau đây cho hai mặt cắt của
dòng chảy:
1
1
2
1
1
2
1
2
1
−








=









=
kk
T
T
p
p
ρ
ρ
(2.5a)
1
2
1
2
1
2
1
2
1
−









=








=








=
k
k
kk
T
T
p
p

ρ
ρ
γ
γ
(2.5b)
- Quá trình đa biến: Sự liên hệ giữa áp suất và trọng lượng riêng có dạng:

13
Khảo sát máy nén khí piston tại phòng thí nghiệm máy nén
=
n
p
γ
const =C hay p= C
n
γ
Trong đó: n - chỉ số của quá trình.
n = 1: quá trình đẳng nhiệt.
n = k: quá trình đoạn nhiệt.
2.2.2.4. Phương trình dòng chảy.
+Phương trình liên tục
Phương trình liên tục cho chất khí viết dưới dạng tổng quát :
)(
→
+
∂
∂
udiv
t
ρ

ρ
=0
Phương trình liên tục của chất khí chuyển động một chiều (theo trục x chẳng
hạn) sẽ có dạng:
0=
∂
∂
+
∂
∂
+
∂
∂
x
u
x
u
t
x
x
ρ
ρ
ρ
Từ đó ta suy ra phương trình liên tục cho dòng nguyên tố chất khí chuyển
động dừng (như trong ống), gọi là phương trình lưu lượng trọng lượng: lưu lượng
trọng lượng trong mọi mặt cắt dọc theo ống dòng không đổi:
G=
ωγγ
vQ =
=const (2.6)

Hay là
222111
ωγωγ
vv =
Trong đó : G- lưu lượng trọng lượng.
Q- lưu lượng thể tích.

γ
- trọng lượng riêng của chất khí.
v- vận tốc của chất khí.

ω
- tiết diện của mặt cắt
1
1
2
2
d
1
d
2
v
2
v
1

14
Khảo sát máy nén khí piston tại phòng thí nghiệm máy nén
Hình 2-1. Dòng chảy liên tục
+Phương trình Bernulli cho dòng nguyên tố chất khí lý tưởng

Phương trình Bernulli cho dòng nguyên tố chất khí lý tưởng chuyển động
dùng cho hai mặt cắt có dạng:
g
vp
n
n
Z
g
vp
n
n
Z
2121
2
2
2
2
2
2
1
1
1
1
+⋅
−
+=+⋅
−
+
γγ
, (2.7)

Hay là
=+⋅
−
+
g
v
p
n
n
Z
21
2
γ
const
Vì chất khí có trọng lượng riêng nhỏ nên trong các phương trình Bernulli
thường bỏ qua đại lượng z.
2.2.2.5. Lưu lượng khí nén qua khe hở.
Để tính toán các thiết bị điều khiển bằng khí nén một cách dễ dàng, ta giả
thiết như sau :
- Quá trình thực hiện trong hệ thống xảy ra chậm, như vậy thời gian trao đổi
nhiệt được thực hiện. Quá trình xảy ra là quá trình đẳng nhiệt.
- Quá trình thực hiện trong hệ thống xẩy ra nhanh, như vậy thời gian trao đổi
nhiệt không được thực hiện. Quá trình xảy ra là quá trình đoạn nhiệt.
Lưu lượng khối lượng khí
q
qua khe hở được tính như sau:
pq
m
∆⋅⋅⋅⋅⋅=
ρωεα

2
[kg/s] (2.8)
hoặc
ρ
ωεα
p
q
v
∆⋅
⋅⋅⋅=
2
[m
3
/s] (2.9)
Trong đó :

α
: hệ số lưu lượng.

ε
: hệ số giãn nở.

ω
: Diện tích mặt cắt của khe hở .

15
Khảo sát máy nén khí piston tại phòng thí nghiệm máy nén

ω
=

4
2
d⋅
π
[m
2
] ;

p∆
= (p
1
-p
2
) Áp suất trước và sau khe hở [N/m
2
].

ρ
: Khối lượng riêng của không khí [kg/m
3
].
Hệ số lưu lượng
α
phụ thuộc vào dạng hình học của khe hở như bướm tiết
diện vòi phun hay ống mao dẫn (hệ số co rút
µ
) và hệ số vận tốc
ϕ
:
ϕµα

⋅=
(2.10)
2.2.2.6. Tổn thất áp suất trong hệ thống điều khiển bằng khí nén.
Tính toán chính xác tổn thất áp suất trong hệ thống điều khiển bằng khí nén
là một vấn đề rất phức tạp. Ta chỉ xét tổn thất áp suất của hệ bao gồm:
- Tổn thất áp suất trong ống dẫn thẳng (
R
p∆
)
- Tổn thất áp suất trong tiết diện thay đổi (
Ε
∆p
)
- Tổn thất áp suất trong các loại van (
V
p∆
)
a. Tổn thất áp suất trong ống dẫn thẳng (
R
p∆
)
Tổn thất áp suất trong ống dẫn thẳng được tính như sau :
R
p∆
=
d
wl
⋅
⋅⋅
⋅

2
2
ρ
λ
[N/m
2
] (2.11)
Trong đó:
l
[m] : Chiều dài ống dẫn .
n
ρ
=1,2 [kg/m
3
] Khối lượng riêng của không khí ở trạng thái tiêu chuẩn .
n
a
n
p
p
⋅=
ρρ
[kg/m
3
] Khối lượng riêng của không khí.
n
p
=1.013.10
5
[N/m

2
] Áp suất trong trạng thái tiêu chuẩn.
v [m/s] : Vận tốc của dòng chảy (v =
v
q
/
ω
).
d [m] : Đường kính ống dẫn.

Re
64
=
λ
:Hệ số ma sát ống, có giá trị cho ống trơn và dòng chảy tầng (Re
2320〈
)

16
Khảo sát máy nén khí piston tại phòng thí nghiệm máy nén
6
1028,13
−
⋅=
n
ν
[m
2
/s] : Độ nhớt động học ở trạng thái tiêu chuẩn .
b. Tổn thất áp suất trong tiết diện thay đổi (

E
p∆
)
Trong hệ thống ống dẫn, ngoài ống dẫn thẳng còn có ống dẫn có tiết diện
thay đổi, dòng khí phân nhánh hoặc hợp thành, hướng dòng thay đổi…Tổn thất áp
suất trong những tiết diện đó được tính như sau:
Ε
∆p
=
2
2
w⋅⋅
ρ
ξ
(2.12)
Trong đó:
ξ
Hệ số cản, phụ thuộc vào loại tiết diện ống dẫn, số Reynold
c : Tổn thất áp suất trong các loại van (
V
p∆
)
Tổn thất áp suất trong các loại van
V
p∆
(trong các loại van đảo chiều ,van áp suất,
van tiết lưu…) tính theo:
2
2
w

p
p
vv
⋅⋅=∆
ξ
[N/m
2
] (2.13)
Trong công nghiệp các phần tử khí nén, hệ số cản
v
ξ
là đại lượng đặc trưng
cho các van. Thay vì hệ số cản
ξ
, một số nhà chế tạo dùng một đại lượng, gọi là hệ
số lưu lượng k
v
, là đại lượng được xác định bằng thực nghiệm. Hệ số lưu lượng k
v
là
lưu lượng chảy của nước chảy của nước [m
3
/h] qua van ở nhiệt độ T =278-303 [k],
với áp suất ban đầu là p
1
=6.10
5
(N/m
2
) và có giá trị:

p
q
k
v
v
∆
⋅=
ρ
6,31
[m
3
/h] (2.14)
Trong đó :
q
v
[m
3
/h] : Lưu lượng khí nén .
ρ
[kg/m
3
] : Khối lượng riêng của không khí .
p∆
[N/m
2
] : Tổn thất áp suất qua van.
d : Tổn thất áp suất tính theo chiều dài ống tương đương .

17
Khảo sát máy nén khí piston tại phòng thí nghiệm máy nén

Do tổn thất áp suất trong ống dẫn thẳng, trong ống dẫn có tiết diện thay đổi
hoặc trong các loại van đều phụ thuộc vào hệ số
2
2
v
p
⋅
, cho nên có thể tính tổn thất
áp suất thông qua đại lượng chiều dài ống dẫn tương đương .
d
l
d

Hình 2-2.Chiều dài tương đương
'
l
Từ đó, chiều dài ống dẫn tương đương :

dl ⋅=
′
λ
ξ
(2.15)
Như vậy tổn thất áp suất của hệ thống ống dẫn là:
2
2
v
d
ll
p

ht
⋅⋅
′
+
⋅=∆
∑∑
ρ
λ
(2.16)
2.2.3. Phạm vi ứng dụng của máy nén trong công nghiệp.
Máy nén đã xuất hiện từ lâu, ngay từ thời cổ đã có các loại máy thổi khí
dung trong sản xuất đồng và sắt, kể cả máy thổi khí chạy bằng sức nước. Tới thế kỷ
18 máy nén piston xuất hiện và nửa đầu thế kỷ 19 các loại quạt ly tâm, hướng trục
cũng đã ra đời cùng với sự xuất hiện của truyền động hơi nước và điện.
Những năm gần đây công nghiệp chế tạo máy nén đã đạt được những thành
tựu lớn: sản xuất ra những máy nén piston có năng suất hàng 10000 m
3
/h và áp suất
tới hàng nghìn at, những máy nén ly tâm và máy nén trục vít có năng suất và áp suất
cao cũng đã ra đời.
Khuynh hướng phát triển của máy nén là giảm nhẹ khối lượng; tăng hiệu
suất, tăng độ vững chắc khi làm việc, tự động hoá việc điều chỉnh năng suất và đảm
bảo an toàn.
Máy nén hiện đại có số vòng quay lớn, nối trực tiếp với động cơ. Trục khuỷu
của máy thường là roto của động cơ. Máy được trang bị bộ phận điều chỉnh năng

18
Khảo sát máy nén khí piston tại phòng thí nghiệm máy nén
suất nhiều cấp hoặc vô cấp, đồng thời được trang bị các bộ phận bảo vệ, đảm bảo
dừng máy khi không có dầu, không có nước làm nguội và khi nhiệt độ nén quá cao.

2.2.4. Nguyên lý hoạt động chung và phân loại máy nén.
Nhiệm vụ của máy nén là tăng áp suất cho một chất khí nào đó và cấp đủ lưu
lượng cho quá trình công nghệ khác; tạo ra sự tuần hoàn của lưu thể trong chu trình
(máy lạnh) hoặc duy trì áp suất chân không (cô chân không, sấy thăng hoa) cho
thiết bị khác, trong trường hợp này máy nén gọi là bơm chân không.
a. Nguyên tắc hoạt động.
-Nguyên lý thay đổi thể tích (máy nén khí kiểu piston, bánh răng, cánh gạt,
trục vít…): không khí được dẫn vào buồng chứa, tại đây bộ phận làm việc (piston
trong xylanh hoặc roto trong stato) sẽ chuyển động làm thể tích buồng làm việc
giảm đi, nén không khí trong buồng chứa, áp suất buồng chứa sẽ tăng lên.
-Nguyên lý động năng (máy nén cánh dẫn kiểu: ly tâm, hướng trục): không
khí được dẫn vào buồng chứa, ở đó áp suất được tạo ra bằng một động năng của
bánh dẫn. Nguyên tắc hoạt động này tạo ra lưu lượng và công suất rất lớn.
b. Phân loại.
- Theo nguyên lý làm việc: Máy nén thể tích, Máy nén cánh dẫn.


19
Khảo sát máy nén khí piston tại phòng thí nghiệm máy nén
Hình 2-3. Máy nén khí piston giải nhiệt bằng gió

- Theo áp suất :
o Máy nén áp suất thấp p
≤
15 bar
o Máy nén áp suất cao p
≥
15 bar
o Máy nén áp suất rất cao p
≥

300 bar
- Theo số cấp: Máy nén một cấp và máy nén nhiều cấp
- Theo loại khí: Máy nén không khí và máy nén các loại khí khác.

20
Hình 2-4. Máy nén khí piston bố trí kiểu chữ v
Khảo sát máy nén khí piston tại phòng thí nghiệm máy nén
2.2.5. Các thiết bị xử lý.
2.2.5.1. Yêu cầu về khí nén.
Khí nén được tạo ra từ những máy nén khí chứa đựng nhiều chất bẩn, độ bẩn
có thể ở những mức độ khác nhau. Chất bẩn bao gồm bụi, độ ẩm của không khí
được hút vào, những phần tử chất cặn bã của dầu bôi trơn và truyền động cơ khí.
Hơn nữa trong quá trình nén, nhiệt độ khí nén tăng lên, có thể gây nên quá trình oxi
hoá một số phần tử được kể trên. Khí nén bao gồm chất bẩn đó được tải đi trong
những ống dẫn khí, sẽ gây nên sự ăn mòn, gỉ trong ống và trong các phần tử của hệ
thống điều khiển. Như vậy khí nén được sử dụng trong kỹ thuật phải xử lý. Mức độ
xử lý khí nén tuỳ thuộc vào phương pháp xử lý, từ đó xác định chất lượng của khí
nén tương ứng cho từng trường hợp cụ thể.
Khí nén được tải từ máy nén khí gồm những chất bẩn thô: những hạt bụi,
chất cặn bã từ dầu bôi trơn và truyền động cơ khí, phần lớn các chất bẩn này được
xử lý trong thiết bị, gọi là thiết bị làm lạnh tạm thời, sau khi khí nén được đẩy ra từ
máy nén khí. Sau đó khí nén được dẫn vào bình làm hơi nước ngưng tụ, lượng hơi
nước phần lớn sẽ được ngưng tụ ở đây. Giai đoạn xử lý này gọi là giai đoạn xử lý
thô. Nếu như thiết bị để thực hiện xử lý khí nén giai đoạn này tốt, hiện đại, thì khí
nén có thể được sử dụng, ví dụ như những dụng cụ dung khí nén cầm tay, hoặc sử
dụng trong các thiết bị đơn giản khác .
Tuy nhiên sử dụng khí nén trong hệ thống và một số thiết bị khác đòi hỏi
chất lượng của khí nén cao hơn. Để đánh giá chất lượng của khí nén người ta
thường phân ra thành 5 loại, trong đó có tiêu chuẩn về độ lớn của chất bẩn, áp suất
hoá sương, lượng dầu trong khí nén được xác định. Cách phân loại này nhằm định

hướng cho những nhà máy, xí nghiệp chọn đúng chất lượng khí nén tương ứng với
thiết bị sử dụng.
2.2.5.2. Các phương pháp xử lý khí nén.

21
Kho sỏt mỏy nộn khớ piston ti phũng thớ nghim mỏy nộn

Bọỹ tra dỏửu

ióửu chốnh
aùp suỏỳt

Bọỹ loỹc

Hỏỳp thuỷ khọ bũng
chỏỳt laỡm laỷnh

Sỏỳy khọ bũng
chỏỳt laỡm laỷnh

Loỹc buỷi

Loỹc chỏỳt bỏứn

Loỹc tinh
cuỷm baớo
dổồợng

Hỏỳp thuỷ

Bọỹ loỹc

Sỏỳy khọ

Ngổng tuỷ

Taùch nổồùc

Loỹc thọ

Laỡm laỷnh
Giai õoan xổớ lyù khờ neùn
Hỡnh 2-5 Cỏc phng phỏp x lý khớ nộn
H thng x lý khớ nộn c phõn ra thnh 3 giai on c mụ t nh hỡnh
v:
- Lc thụ
Lm mỏt tm thi khớ nộn t mỏy nộn khớ ra, tỏch cht bn, bi. Sau ú
khớ nộn c vo bỡnh ngng t tỏch nc.
Giai on lc thụ l giai on cn thit nht cho vn x lý khớ nộn.
-Phng phỏp sy khụ:
Giai on ny x lý tu theo cht lng yờu cu ca khớ nộn
-Lc tinh :
X lý khớ nộn trong giai on ny, trc khi a vo s dng. Giai on ny
rt cn thit cho h thng iu khin .
a. Bỡnh ngng t - Lm lnh bng khụng khớ hoc bng nc.
Khớ nộn sau khi ra khi mỏy nộn khớ s c dn vo bỡnh ngng t. Ti õy
khụng khớ s c lm lnh v phn ln lng hi nc cha trong khụng khớ s
c ngng t v tỏch ra.

22

Khảo sát máy nén khí piston tại phòng thí nghiệm máy nén
5
6
7
4
3
2
1
Làm lạnh bằng không khí, nhiệt độ khí nén sẽ đạt được trong khoảng từ
+30
o
c đến +35
0
c. Làm lạnh bằng nước (ví dụ nước làm lạnh có nhiệt độ là +10
o
c) thì
nhiệt độ trong bình ngưng tụ sẽ đạt được là +20
o
c.
b. Thiết bị sấy khô bằng chất làm lạnh.
Nguyên lý hoạt động của phương pháp sấy khô bằng chất làm lạnh ( thể hiện
trên hình vẽ): khí nén từ máy nén khí sẽ qua bộ phận trao đổi nhiệt khí – khí (1). Tại
đây dòng khí nén vào sẽ được làm lạnh sơ bộ bằng dòng khí nén đã được sấy khô và
xử lý từ bộ phận ngưng tụ đi lên.
Sau khi được làm lạnh sơ bộ, dòng khí nén vào bộ phận trao đổi nhiệt khí -
chất làm lạnh (2). Quá trình làm lạnh sẽ được làm lạnh bằng cách, dòng khí nén sẽ
được đổi chiều trong những ống dẫn nằm trong thiết bị này. Nhiệt độ hóa sương tại
đây là +2
o
c. Như vậy lượng hơi nước trong dòng khí nén vào sẽ được tạo thành từng

giọt nhỏ một.
Lượng hơi nước sẽ được ngưng tụ trong bộ phận kết tủa (3). Ngoài lượng hơi
nước được ngưng tụ tại đây còn có các chất bẩn, dầu bôi trơn cũng đã được tách ra.

23
Hình 2-6 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của bình ngưng tụ làm lạnh bằng nước.
1- Van an toàn; 2-Hệ thống ống dẫn nước làm lạnh; 3- Nước làm lạnh đi ra;4- Khí
nén được dẫn vào từ máy nén khí; 5- Bộ phận tách nước chứa trong khí nén; 6-
Nước làm lạnh được dẫn vào; 7- Khí nén được làm sạch.
8
7
6
5
4
3
2
1
Khảo sát máy nén khí piston tại phòng thí nghiệm máy nén
Dầu, nước, chất bẩn sau khi được tách khỏi dòng khí nén sẽ được đưa ra
ngoài qua van thoát nước ngưng tụ tự động (4). Dòng khí nén được làm sạch và còn
lạnh sẽ được đưa đến bộ phận trao đổi nhiệt (1), để nhiệt độ khoảng từ 6
o
Cđến 8
o
C,
trước khi đưa vào sử dụng.
Chu kỳ hoạt động của chất làm lạnh được thực hiện bằng máy nén để phát
chất làm lạnh (5). Sau khi chất làm lạnh được nén qua máy nén nhiệt độ được tăng
lên bình ngưng tụ (6) sẽ có tác dụng làm nguội chất làm lạnh đó bằng quạt gió. Van
điều chỉnh lưu lượng (8) và rơle điều chỉnh nhiệt độ (7) có nhiệm vụ điều chỉnh

dòng lưu lượng chất làm lạnh hoạt động trong khi có tải, không tải và hơi quá nhiệt.

24
Hình 2-7.Nguyên tắc hoạt động của thiết bị sấy khô bằng chất làm lạnh.
1-Bộ phận trao đổi nhiệt khí – khí; 2- Bộ phận trao đổi nhiệt khí - chất làm lạnh; 3-
Bộ phận kết tủa; 4-Van thoát nước ngưng tụ tự động; 5-Máy nén để phát chất làm
lạnh; 6-Bình ngưng tụ; 7-Rơle điều chỉnh nhiệt độ; 8-Van điều chỉnh lưu lượng
chất làm lạnh
Kho sỏt mỏy nộn khớ piston ti phũng thớ nghim mỏy nộn
c. Thit b sy khụ bng hp th.
Quỏ trỡnh sy khụ bng hp th cú th l quỏ trỡnh vt lý hay quỏ trỡnh hoỏ
hc.
- Quỏ trỡnh vt lý: cht sy khụ hay cũn gi l cht hao nc s hp th
lng hi nc trong khụng khớ m v gm hai bỡnh sy khụ, trong khi ú bỡnh
sy khụ th nht cha cht sy khụ v thc hin quỏ trỡnh sy khụ, trong khi ú
bỡnh sy khụ th hai s c tỏi to li kh nng hp th ca cht sy khụ (cht hỏo
nc ) m ó dung ln trc ú. Cht sy khụ c thng c chn nh:
Silicagel SiO
2
, nhit im sng -50
o
C, nhit tỏi to t=120
o
C 180
o
C.
Quaù trỗnh sỏỳy khọ
Khờ noùng Khờ noùng
baớo hoaỡ
Khờ neùn

tổỡ maùy neùn khờ
Khờ neùn õổồỹc
sỏỳy khọ
Chỏỳt sỏỳy khọ
(chỏỳt haùo nổồùc)
Hỡnh 2-8. Nguyờn lý lm vic ca thit b sy khụ bng hp th.
-Quỏ trỡnh hoỏ hc :
Thit b gm 1 bỡnh cha, trong ú cha cht hp th, cht hp th bng quỏ
trỡnh hoỏ hc thng l NaCl. Khụng khớ m s c a vo t ca 1, sau khi i
qua cht hp th 2, vớ d NaCl, lng hi nc trong khụng khớ s kt hp vi cht
hp th v to thnh nhng git nc lng xung phn di ca ỏy bỡnh cha. T
ú phn nc ngng t s c dn ra ngoi bng van 5.
Phn khụng khớ c sy khụ s theo ca 4 vo h thng iu khin.

25