Tiểu luận Máy nén trong quá trình xử lý nước

A. KẾ HOẠCH THỰC HIỆN
1. GIỚI THIỆU
Trong xã hội ngày nay, khi công nghệ kỹ thuật phát triển thì máy móc, trang thiết bị
cũng theo đó mà được sử dụng ngày càng nhiều. Máy nén cũng là một trong số các
loại máy được sử dụng trong rất nhiều ngành, lĩnh vực. Những máy này chủ yếu
được sử dụng cho việc cung cấp khí nén trong ngành công nghiệp xây dựng, thực
phẩm, chế biến và các ngành công nghiệp dược phẩm và, chủ yếu, trong ngành công
nghiệp luyện kim và vận chuyển khí nén. Ứng dụng của máy nén ngày càng nhiều,
hình dạng, cấu tạo cải tiến hơn nhưng cách ho ạt động và nguyên lý ho ạt động vẫn
cùng một chức năng là làm tăng áp suất.Vậy nên, máy nén có vai trò quan trong
trọng trong nhiều lĩnh vực.
Dựa vào những kiến thức đã học và việc kham khảo tài liệu cùng với sự hướng dẫn của
giảng viên, nhóm đã cùng nhau tìm hiểu về các loại máy nén khí, tập trung vào máy
nén khí piston va máy nén khí ly tâm. Sau khi tìm hiểu, nhóm nhận thấy tầm quan
trọng của máy nén trong các công trình xử lý nước, sự phong phú đa dạng của máy nén
khí trong nhiều ngành. Vì vậy, nhóm đã thực hiện chuyên đề “Máy nén trong quá trình
xử lý nước”. Chuyên đề sẽ giúp chúng ta hiểu thêm về máy nén khí và đặc biệt là máy
nén khí ly tâm và máy nén piston.
2. MỤC TIÊU
Mục tiêu của chuyên đề nghiên cứu về phương pháp xử lý nước bằng máy nén khí, cấu
tạo, nguyên lý hoạt động, cách bảo trì và sử dụng hợp lý.
3.PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN
Để hoàn thành chuyên đề này, nhóm chúng tôi đã vận dụng các phương pháp như sau:
- Phương pháp thu thập thông tin.
- Phương pháp xử lý – tổng hợp thông tin.
- Phương pháp tham khảo ý kiến Giảng viên.

1


A. KẾ HOẠCH THỰC HIỆN ........................................................................................... 1

1.

GIỚI THIỆU ......................................................................................................................................................... 1

2.

MỤC TIÊU ............................................................................................................................................................. 1

3.

PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN ................................................................................................................ 1

B. NỘI DUNG....................................................................................................................... 5
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY NÉN ...................................................................... 5
1.1.

Sơ lược về lịch sử của máy nén ........................................................................................................ 5

1.2.

Khái niệ m về máy nén ........................................................................................................................... 5

1.3.

Định luật khí cơ bản ............................................................................................................................... 5

1.4.

Phân loại máy nén khí ........................................................................................................................... 7

1.5.

Các máy nén khí sử dụng chủ yếu trong công nghệ xử lý nước .................................. 7

CHƯƠNG 2: CÁC LOẠI MÁY NÉN CHỦ YẾU SỬ DỤNG TRONG CÔNG NGHỆ
XỬ LÝ NƯỚC ............................................................................................................................................................... 9
2.1.

Máy nén pittong......................................................................................................................................... 9

2.2.

Máy nén ly tâm........................................................................................................................................ 21

2.2.7. Xác định yêu cầu hiệu suất máy nén .............................................................................................. 33
2.3. So sánh giữa máy nén ly tâm và máy nén pittong..................................................................... 36
2.4.

So sánh giữa các máy nén quan trọng ...................................................................................... 37

CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG CỦA MÁY NÉN KHÍ TRONG CÔNG NGHỆ XỬ LÝ
NƯỚC .............................................................................................................................................................................. 38
CHƯƠNG 4 : CÁCH BẢO TRÌ, BẢO QUẢN MÁY NÉN ĐÚNG CÁCH .......................... 44
4.1. Các sự cố xảy ra và cách xử lý ........................................................................................................... 44
4.5. Bảo dưỡng máy nén .................................................................................................................................. 45

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN .............................................................................................. 46
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 47

2

GIẢI TRÌNH HÌNH ẢNH
Hình 1 : Sơ đồ của máy nén piston ............................................................................... 9
Hình 2: Một số loại máy nén pittong.........................................................................10
Hình 3 : Xi lanh................................................................................................................12
Hình 4 : Trục khuỷu của máy nén piston ..................................................................13
Hình 5 : Hệ thống làm mát của máy piston ...............................................................15
Hình 6: Quá trình ho ạt động của máy nén pittong .................................................16
Hình 7 : Sơ đồ biểu diễn nguyên lý ho ạt động của máy nén piston .....................17
Hình 8 : Máy nén hai cấp ..............................................................................................18
Hình 9: Hệ thống làm lạnh nhiều cấp của máy nén ..............................................19
Hình 10: Máy nén chấp nhận một khối lượng của chất lỏng ở áp suất ban đầu
và ôn hòa, và nâng cao nó để áp suất và nhiệt độ cao hơn, do đó nén khối
lượng của nó......................................................................................................................22
Hình 11 : Một số hình ảnh về máy nén ly tâm ..........................................................22
Hình 12: Máy nén ly tâm với thiết kế giữa ổ trục ....................................................24
Hình 13 : Lưu lượng ra khỏi một cánh quạt ly tâm theo hướng luân chuyển, giống
như tia lửa bay từ một bánh xe mài. Các mũi tên màu đỏ chỉ hướng quay.......25
Hình 14 : Cánh bơm có thể được bao phủ bởi vật bao phủ (đầu) hoặc có khe hở
(dưới). .................................................................................................................................26
Hình 15 : Cánh lưỡi có thể là hai chiều (trên) hoặc ba chiều (phía dưới). Các lưỡi
2D trong hình ảnh đầu có hình dạng cung tròn, trong khi lưỡi trong hình ảnh
thấp hơn có hình dạng 3D phức tạp. ...........................................................................27
Hình 16: Máy nén rôto có bánh công tác với sự mở rộng khoảng cách hệ số lưu
lượng, từ thấp ở bên trái đến cao ở bên phải. ...........................................................28
Hình 17: Mô hình cánh định hướng ...........................................................................30
Hình 18 : Dòng chảy ra khỏi một cánh quạt hướng trục (trái) trong một hướng
trục, trong khi dòng chảy từ một cánh quạt ly tâm (phải) ra khỏi bán kính.........
..............................................................................................................................................33

3


Hình 19 : Máy nén với hệ số đầu vào cao có sự gia tăng để tăng nhỏ hơn so với
máy nén với hệ số đầu vào thấp. Các mũi tên màu đen dưới đường cong cho thấy
mức độ gia tăng. ...............................................................................................................35
Hình 20 : Vị trí của máy nén trong xử lý nước thải ...............................................39
Hình 21 : Sơ đồ máy nén khí dùng trong xử lý nước thải công nghiệp...............40
Hình 22 : Sơ đồ máy nén khí dùng trong xử lý nước thải sinh hoạt ...................41
Hình 23: Máy nén trong quy trình xử lý nước..........................................................42
Hình 24 : Máy nén trong xử lý nước thải hiếu khí...................................................43

4


B. NỘI DUNG
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY NÉN
1.1.
-

-

1.2.
-

Sơ lược về lịch sử của máy nén
Quá trình phát minh bơm không khí và dạng đơn giản của máy nén hiện đại với
một chu kỳ nén gắn liền với tên tuổi của nhà vật lý người Đức Gerike vào năm
1640. Sự hoàn thiện máy nén ở thế kỷ 18-19 đã thúc đẩy sự phát triển của công

nghiệp khai thác mỏ và luyện kim.
Vào cuối thế kỷ 18 ở Anh nhà bác học Vinkinson đã sáng chế máy nén piston 2
xilanh, nhà bác học Watt đã chế tạo thành công máy hút không khí có truyền
động bằng hơi.
Máy nén nhiều cấp có làm lạnh trung gian xuất hiện ở Pháp vào kho ảng những
năm 30 cuối thế kỷ 19.
Máy nén nhiều cấp có làm lạnh trung gian giữa các cấp nén xuất hiện ở Đức vào
năm 1849 do nhà bác học Raten sáng chế.
Khái niệm về máy nén
Mục đích của máy nén là để di chuyển không khí và khí từ nơi này đến nơi
khác. Khí không giống như chất lỏng, khí được nén và yêu cầu các thiết bị nén,
mặc dù đều tương tự như máy bơm, nhưng hoạt động trên một số nguyên lý
khác nhau. Máy nén, bơm, quạt là các thiết bị nén.
 Máy nén : di chuyển không khí hoặc khí trong phạm vi chênh lệch áp
suất cao từ 35 psi đến 6500 psi.
 Bơm : di chuyển khối lượng lớn không khí hoặc khí ở áp suất lên đến 5
psi.

1.3.
-

-

 Quạt : di chuyển không khí hoặc khí ở áp suất đủ để thắng lực tĩnh. Áp
lực xả từ một vài in.wg (iches of water) đến khoảng 1 psi.
Một máy nén là một thiết bị cơ khí làm tăng áp suất của một chất khí bằng cách
giảm thể tích của nó.
George Medhurst người Anh đã thiết kế máy nén khí động cơ đầu tiên vào năm
1799 và sử dụng nó trong khai thác mỏ.
Định luật khí cơ bản

Trước khi thảo luận về các loại máy nén và cách chúng ho ạt động, sẽ rất hữu ích
nếu ta xem xét một số định luật khí cơ bản và cách thức mà chúng ảnh hưởng
đến máy nén.
Theo định nghĩa, khí là một chất lỏng không có hình dạng độc lập mà có xu
hướng mở rộng vô hạn định.
5


-

Khí có thể chỉ gồm một khí cụ thể duy trì đặc tính riêng của nó trong hỗn hợp
khí. Không khí,ví dụ, là một hỗn hợp nhiều chất khí , chủ yếu là nito ( chiếm
78% thể tích), oxy ( chiếm 21% thể tích ) và argon ( Khoảng 1%) và một ít hơi
nước. Không khí cũng có thể do điều kiện địa phương mà chứa các thành phần
khác nhau.
1.3.1.
Nguyên lý I nhiệt động lực học
Định luật này nói rằng năng lượng không thể tự tạo ra hoặc bị phá huỷ trong
một quá trình, nói cách khác bất cứ khi nào một lượng năng lượng biến mất thì
một lượng tương đương với năng lượng đó được sinh ra.
1.3.2.
Nguyên lý II nhiệt động lực học
Định luật này trừu tượng hơn, nhưng nó có thể trình bày bằng các cách phát
biểu :

 Nhiệt không thể tự truyền từ một vật sang vật nóng hơn
 Không thể chế tạo được một loại máy hoạt động tuần hoàn biến đổi liên
tục nhiệt thành công nhờ làm lạnh một vật và xung quanh không chịu
một sự thay đổi đồng thời nào
1.3.3.

Phương trình trạng thái khí lý tưởng
Phương trình trạng thái khí lý tưởng là một trong những luật của Boyle, Charles và
Amonton áp dụng. Khí lý tưởng như vậy hoàn toàn không thực sự tồn tại nhưng
trong ba định luật nhiệt động học có thể được sử dụng nếu được điều chỉnh bởi các
yếu tố nén dựa trên dữ liệu thực nghiệm
- Định luật Boyle nói rằng ở nhiệt độ không đổi, thể tích khí lý tưởng giảm, áp
suất tăng. Ví dụ, nếu một lượng nhất định khí được nén đẳng nhiệt thể tích bằng
½ thể tích ban đầu thì áp suất tăng gấp đôi
𝑉2
𝑉1

-

=

P2.V2 = P1.V1 = constant

hoặc

𝑃2

Định luật Charles nói rằng ở áp suất không đổi, thể tích khí lý tưởng sẽ tăng nếu
nhệt độ tăng. Nếu nhiệt được áp dụng cho một loại khí nó sẽ mở rộng và áp suất
vẫn như cũ. Định luật này giả định trường hợp không có ma sát hoặc hiện diện
của lục tác dụng
𝑉2
𝑉1

-

𝑃1

=

𝑇2
𝑇1

hoặc

𝑉2
𝑇2

=

𝑉1
𝑇1

Định luật Amonton nói rằng ở thể tích không đổi, áp suất khi lý tưởng sẽ tăng
lên khi nhiệt độ tăng
𝑃2
𝑃1

=

𝑇2
𝑇1

hoặc
6

𝑃2
𝑇2

=

𝑃1
𝑇1


1.4.
-

-

-

-

Phân loại máy nén khí
Theo nguyên lý làm việc có thể chia máy nén ra làm ba loại:
+ Máy nén thể tích
+ Máy nén cánh dẫn
+ Máy nén phun tia
Theo kết cấu máy nén thể tích có loại:
+ Máy nén piston
+ Máy nén roto
+ Máy nén trục vít
+ Máy nén xoắn óc
Máy nén cánh dẫn có hai loại:
+ Máy nén ly tâm

+ Máy nén trục
Ngoài ra còn có thể chia máy nén ra thành từng nhóm theo dạng chất khí làm
việc, theo dạng truyền dẫn,…

Máy nén khí

Máy nén thể
tích

Pittong

Tác động
đơn

1.5.
-

Tác động
kép

Máy nén động
năng

Roto quay

Hướng trục

Xoắn óc

Ly tâm

Trục vít

Các máy nén khí sử dụng chủ yếu trong công nghệ xử lý nước
Khí nén được sử dụng để khuấy để giữ cho các chất rắn lơ lửng
Khí nén thường cần thiết để cung cấp oxy hỗ trợ tạo vi khuẩn

7


Bảng 1: Các loại máy nén thường được sử dụng cho xử lý nước sục khí và khuấy
Mã lực
Các
máy Acfm
(fet
khối
nén khí
mỗi
phút
thực tế)
Máy
nén < 1 đến
Piston một 5000 acfm
cấp
hoặc
hai cấp
đến
Máy
nén 15
trục vít một 3000 acfm

Loại
mát

làm PISG
Được bôi
( *áp suất trơn hoặc
có thể cao không được
hơn )
bôi trơn

< 1 đến Không khí 30-75 psig
1000 hp
< 60 hp 90-150*
hoặc nước psig
> 60 hp

Được bôi
trơn hoặc
không được
bôi trơn

5 đến 700 Không khí 90-150
hp
hoặc nước

Được
trơn

bôi

100
đến Không khí 90-200*
600 hp
hoặc nước

Được
trơn

bôi

40 đến 900 Không khí 28-50
hp
hoặc nước
90-125*

Không
được
bôi
trơn

đến 75
đến Không khí 28-50
Máy
nén 375
hoặc nước
90-150*
khí ly tâm 5000 acfm 1000 hp
một
cấp

đến ba cấp

Không
được
bôi
trơn

cấp được
bôi trơn
đến
Máy
nén 500
trục vít hai 3100 acfm
cấp không
được
bôi
trơn
đến
Máy
nén 75
khí trụt vít 4200 acfm
một
cấp
hoặc
hai
cấp không
dầu

8

CHƯƠNG 2: CÁC LOẠI MÁY NÉN CHỦ YẾU SỬ DỤNG TRONG CÔNG
NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC
2.1.
-

-

Máy nén pittong
2.1.1.
Khái niệm
Máy nén piston thuộc các loại máy nén thể tích : nén được thực hiện bằng cách
giữ khí vào một không gian khép kín và sau đó giảm thể tích của nó, áp suất
tăng lên khi thể tích giảm, khi áp suất tăng đến mức cao hơn so với áp suất
ngưng tụ hơi. Sau đó nó đựa đưa ra khỏi không gian khép kín.
Máy nén pittong hoạt động trên các nguyên tắc của một pittong di chuyển ngược
về sau và tiến về trước trong xilanh, chính xác giống như một chuyển động của
pittong trong động cơ ô tô. Khí được hút vào xilanh qua một sự sắp xếp của van,
được gọi là van hút và van đẩy. Khí bị kẹt trong các xilanh và được nén, sau đó
đi qua van xả vào hệ thống chứa khí.

Khuỷu
Thanh
truyền

Khí xả

Đầu chữ
thập

Hộp
kín

Pittong
Khoang làm
mát xi lanh

-

Lắp ráp
van

Khí vào

Hình 1 : Sơ đồ của máy nén piston
Máy nén pittong được chế tạo đa dạng với nhiều hình dạng, kích thước và nâng
suất. Máy nén pittong một cấp rút không khí từ khí quyển và xả vào máy nhận
hoặc buồng chứa. Máy nén pittong cấp 2 mang không khí lên áp suất trung gian
trong một xilanh và áp suất cuối cùng trong một xilanh thứ hai. Trong trường
hợp hai hoặc nhiều cấp nén được sử dụng thì được gọi là máy nén khí đa tầng.
Máy nén khí đa tầng sản xuất áp suất ra cao hơn. Máy nén khí cố định thường
9


làm mát bằng nước hoặc làm mát bằng gió, máy nén khí di động cũng được làm
mát bằng gió.
-

Mặc dù máy nén khí áp suất cao có thể nén khí áp suất cao khoảng 100.000 psi
nhưng hệ thống áp suất cao được giới hạn trong phạm vi từ 400 đến 6000 psi.

Máy nén pittong đa tầng thường được sử dụng, tuỳ thuộc vào áp suất xả, máy
nén có thể có từ hai đến năm cấp nén và có thiết bị làm mát giữa các cấp. Đối
với máy nén nhỏ hơn có thể làm mát bằng không khí hoặc kết hợp giữa làm mát
bằng không khí và làm mát bằng nước. Năng lượng cho máy nén lớn hơn
thường được cung cấp bởi động cơ điện, mặc dù trong một số cài đặt các máy
nén có thể được trang bị động cơ diesel hoặc động cơ hơi nước. Trong các máy
nén nhỏ hơn, ổ đĩa động cơ xăng có thể được cung cấp, năng lượng thường được
truyền từ nguồn năng lượng đến máy nén thông qua ổ đĩa trực tiếp hoặc dây
răng cưa ( V-belts). Động cơ hơi nước thường không thể tách rời với các máy
nén khí.

Hình 2: Một số loại máy nén pittong

10


2.1.2.
Cấu tạo của máy nén pittong
Máy nén piston gồm có các bộ phận chính như sau :
Van nén : Máy nén pittong thường sử dụng van tấm , hình
Tấm lò xo

Vòng đỡ
chân van

Tấm hãm








Vòng

Phần mà đóng lại chống lại van là một tấm kim loại mỏng phẳng. Các tấm ở
dạng các vòng kết nối lưới. Để mở van, khí phải vượt qua áp lực của khí phía
sau tấm và sức căng của lò xo. Van nén là một trong những bộ phận quan trọng
nhất của pittong. Sau đây là một số căn nhắc khi vận hành và bảo dưỡng van
nén:
Van bị mòn hoặc hư hỏng làm cho khí bị rò rỉ. Một van bị hỏng được sữa chữa
bằng cách sử dụng mài dán cho đế van hoặc đĩa hoặc tấm.
Đột ngột, làm lạnh một van nóng khi có chất lỏng lanh sẽ có thể phá vỡ một tấm
van do đó các yêu cầu của khí lỏng tự do trong máy nén là thiết yếu.
Một van hút được đặt đúng khi bạn có thể án tấm về phía trung tâm xủa xi lanh
Ở van hút được cài đúng khi bạn có thể ấn tấm đi từ phía trung tâm của xi lanh.
Khi một van bị rò rỉ khí làm van nóng hơn, van rò rỉ thường có thể phát hiện
bằng cách tăng nhiệt độ đầu vào của van và giảm tốc độ dòng chảy.
Xi lanh : pittong trượt trong lòng xi lanh. Để giảm chi phí sửa chữa, xi lanh có
thể được trang bị một lớp lót hoặc lớp áo, lớp lót này thường được trang bị tại
điểm mà vòng pittong ma sát chống lại nó. Hình dạng của xylanh yêu cầu kỹ
thuật là ít bị hao mòn cơ học, chịu bôi trơn, chịu nhiệt cao.Bất kỳ loại máy nén
nào thì xylanh cũng phải được làm để tránh giãn nở nhiệt.
11


Hình 3 : Xi lanh

Pittong: Pittong được làm bằng một vật đúc rắn và được đảm bảo để các thanh
pittong bằng một đai ốc khoá đặc biệt. Đối với máy nén tốc độ thấp ( tối đa 330

rpm) (rpm: số vòng quay trên một phút) và máy nén tốc độ trung bình ( 330-600
rpm), pittong thường được làm bằng gang. Pittong thường chia làm ba loại : hở,
đĩa, bậc: Loại hở thông dụng hơn, nó thường gặp trong các máy nén không
thanh trượt, chúng thường được chế tạo bằng hợp kim nhôm hoặc gang xám
Còn pit tông dùng trong máy nén có thanh trượt, loại bậc thì dùng trong các lo ại
máy nén hai cấp hoặc nhiều cấp chung cả khối.
Thanh

Hình
côn

Ổ đai ốc

12 Vòng
pittong


Thanh truyền : Nó là chi tiết chịu lực lớn đứng thứ hai sau trục khuỷu, chính nó
biến từ chuyển động tịnh tiến của piston sang chuyển động tròn của trục khuỷu
,có nhiệm vụ nối piston với trục khuỷu.Thường được chế tạo từ gang xám.
Thanh
nhỏ cuối
Thanh
truyền

Thanh ống
lót

Thanh
Thanh bu

lông
Thanh nắp

Thanh lót
bạc đạn

Thanh
đai ốc

Hình 4 : Trục khuỷu của máy nén piston
Trục máy :( hay còn gọi là trục khuỷu) là chi tiết rất quan trọng trong máy nén,
yêu cầu kỹ thuật của trục khuỷu là đảm bảo độ bền và phải cân bằng động tuyệt
đối. do vậy nó thường được chế tạo bằng thép. Trục khuỷu là trung tâm rỗng
cung cấp dầu.
Vòng pittong: (séc măng) : Để ngăn chặn hoặc giảm thiểu rò rỉ khí giữa pittong
và lót, vòng pittong được cung cấp, để tạo ra vòng kín. vòng kim loại pittong
được làm từ một mảnh, với một khoảng trống hoặc một vài phân đoạn. Những
khoảng trống trong các vòng cho phép pittong di chuyển ra hoặc mở rộng lúc
máy nén tăng nhiệt độ, có nhiệm vụ làm kín khoang làm việc của xilanh, không
cho khí lọt xuống cát te và dẫn nhiệt từ piston sang xilanh. Vòng pittong đôi khi
làm bằng đồng, babitt ho ặc teflon. Vòng kim lo ại phải được bôi trơn, Teflon đôi
khi hỗ trợ các pittong khi khí không cho phép sử dụng chất bôi trơn.

13


Vòng rider: chức năng của vòng rider sử dụng chủ yếu trong máy nén không
dầu hoặc máy nén bôi trơn nhỏ, dùng để hỗ trợ.
Hoặc hướng dẫn các piston và thanh lắp ráp và ngăn chặn sự tiếp xúc giữa
piston và xilanh.

Ngoài ra còn các các van, phin lược nhớt, áp kế, nhiệt kế, phin lược khí, lò xo
clapê, ắc, bạc thau, bạc đạn…
Hệ thống làm mát: Khi khí được nén nhiệt độ của nó tăng. Hệ thống làm máy
loại bỏ một phần nhiệt nén. Hệ thống làm máy của máy nén bao gồm khoang
làm mát xi lanh.
 Làm mát xi lanh : Những khoang làm mát xi lanh được làm đầy với các
giải pháp làm mát để ngăn chặn các điểm nóng cục bộ, để cung cấp cho
phân bố đều nhiệt, nhiệt mang đi từ xi lanh bằng lưu thông c ủa nước làm
mát, thường là một giải phát của nước và ethylene glycol, trong một hệ
thống vòng nhiệt đối lưu khép kín.

14


Đầu bể

2.1.3.
2.1.4.
2.1.5.
2.1.6.

Hoàn lưu hơi
nóng

Xi lanh

Cung
cấp
lạnh

Thanh
pittong

Hình 5 : Hệ thống làm mát của máy piston
2.1.3. Nguyên lý hoạt động
 Máy nén pittong một cấp
- Pittong được điều khiển bởi trục khuỷu thông qua thanh truyền, ở phía trên
xilanh là một van hút và một van xả. Một máy nén khí pittong thường có một,
hai hoặc đến sáu xilanh trong đó.
- Van hút mở ra ở thời điểm d, khi pittong di chuyển về phía “trung tâm chết
dưới” thể tích xi lanh tăng và hơi chảy vào xilanh. Áp suất bên trong xilanh nhỏ
hơn so với áp suất dòng hút. Sự khác biệt áp suất đẩy van mở vào trong quá
trình hút. Tại điểm b, áp suất bên trong xi lanh đã lớn hơn áp suất dòng chảy.
Điều này làm cho van xả mở ra cho phép khí thoát ra ngoài xi lanh. Thể tích tiếp
tục giảm ở điểm c, duy trì đủ một sự khác biệt áp suất đủ qua van xả để giữ nó
mở. Vào thời điểm c, pittong đ ạt điểm chết trên và đảo ngược hướng. Tại điểm
chết trên, khi pittong đến một điểm dừng hoàn chỉnh trước khi đổi chiều, áp suất
qua van là tương đương. Vì vậy các van xả đóng lại. Khi pittong di chuyển về
phía điểm d tăng thể tích và áp suất giảm trong xi lanh. Khí mắc kẹt trong xi
lanh mở rộng như tăng thể tích cho đến khi đến thời điểm d .Tại thời điểm d, áp
suất khí bên trong xi lanh trở nên ít hơn áp suất dòng hút, vì vậy các van hút mở
ra một lần nữa.
- Chu kỳ sau đó bắt đầu lại từ đầu.
15


Khí ra

Khí
vào

Hình 6: Quá trình hoạt động của máy nén pittong

 Nguyên lý hoạt động gồm 4 quá trình :
 Khí đi vào
Giữa d và c khí chảy vào xi lanh ở áp suất thấp hơn so với p1 bởi số lượng tổn
thất áp suất qua van.
 Nén
Nhìn và thể tích xilanh tối đa ở điểm a, dưới áp suất đầu vào p, thể tích giảm áp
suất tăng lên cho đến khi nó đạt đến p2 tại b; van xả không mở cho đến khi áp
suất trong xilanh vượt quá p2 vì đủ để vượt qua lực lò xo.
 Xả
Giữa b và c khí chảy ra một áp suất cao hơn so với p2, bởi lượng tổn thất áp suất
qua van, tại điểm c thể tích tối thiểu các van xả đóng lại.
 Mở rộng
Từ c đến d, thể tích tăng, khí còn lại trong thể tích gỉai phóng mặt bằng mở rộng
và áp suất gỉam xuống, van hút không mở cho đến khi áp suất giảm xuống dưới
p1 đủ để vượt qua lực lò xo.
16


Thể tích xi
lanh
Thể tích xi lanh

Thể tích
khoảng chết

Dung tích
pittong

Hình 7 : Sơ đồ biểu diễn nguyên lý hoạt động của máy nén piston
 Máy nén pittong nhiều cấp và làm lạnh trung gian
- Áp suất mà máy nén tạo được khi làm việc trong sơ đồ công nghệ sản xuất đạt
tới những giá trị rất lớn. Mặt khác, để tạo được áp suất cao trong một cấp của
máy nén gặp nhiều khó khăn. Đối với máy nén thể tích: sự tăng quá mức nhiệt
độ ở cuôi qua trình nén, gây nên sự không thể thiết kế một máy nén có thể lấy
nhiệt lượng từ khí nén đủ mạnh.
- Và để tăng áp suất trong quá trình nén người ta thường
o Làm lạnh khí trong quá trình nén
o Tiến hành nén khí ở những cấp nối tiếp, đồng thời thực hiện giảm nhiệt
độ khí ở thiết bị lạnh được đặt ở giữa các cấp.
- Rất nhiều ứng dụng yêu cầu vượt quá khả năng thực tế của máy nén riêng lẻ. Tỷ
số nén quá cao( áp suất đẩy tuyệt đối/ áp suất hút tuyệt đối) có thể làm nhiệt độ
cửa đẩy cao quá mức hoặc gây ra các vấn đề thiết kế khác. Điều này dẫn đến
như cầu sử dụng máy nén hai cấp cho các yêu cầu áp suất cao với nhiệt độ khí
cấp ( cửa đẩy) thấp hơn ( 140 tới 160 0C) so với máy nén một cấp ( 250 tới 240
0 C).

17


-

-

-

Ở máy nén hai cấp, Có nguyên lý ho ạt động tương tự như máy nén một cấp.
Nhưng dòng khí nạp vào của máy nén cấp hai chính là dòng khí đi ra của máy

nén cấp một.
Trong thực tế sử dụng, hầu hết các nhà máy đều dùng máy nén piston trên 100
mã lực nhiều cấp, trong đó hai ho ặc nhiều bước nén được ghép lại vơi nhau.
Không khí thường được làm mát giữa các cấp để giảm nhiệt độ và thể tích khi
đưa vào cấp kế tiếp ( Hội đồng năng suất quốc gia ,1993).
Máy nén khí piston sẵn có ở cả dạng làm mát không khí và làm mát nước, có
bôi trơn hoặc không bôi trơn, có thể bán dưới dạng tổng thành trọn gói, với dải
áp suất và công suất rộng.

Dòng
khí vào

Dòng xả

Cấp 1

Dòng
vào
Cấp 2

Dòng xả

Hình 8 : Máy nén hai cấp

18


Làm mát
Vào
Ra

Cấp 1

Cấp 2

Cấp 3

Hình 9: Hệ thống làm lạnh nhiều cấp của máy nén

2.1.4. Công thức tính toán
Đối với máy nén pittong một cấp
 Năng suất của máy nén pittong:
Là thể tích khí được đẩy ra khỏi máy nén trong một đơn vị thời gian, ký hiệu Q

Q=(

𝑃đ 𝑇đ
𝑃ℎ 𝑇ℎ

)𝑉đ

(m3 /s)

(1)

Trong đó:
-

𝑉đ : là lượng khí đẩy ra khỏi máy nén, m3/s
𝑃đ , 𝑃ℎ : Áp suất khí ra và vào máy nén, N/m2

𝑇đ , 𝑇ℎ : Nhiệt độ khí ra và vào máy nén, 0K

Ta có thể tính năng suất máy nén pittong lý thuyết theo công thức:

𝑄𝑙𝑡 =
-

𝐹.𝑆.𝑛𝑖
60

𝜓

(m3/s)

Với :
F : tiết diện pittong, m2
S : hành trình của pittong, m
n : Số vòng quay trục máy, vòng/ phút
i : số lần tác động
19

(2)


-

𝜓 : hệ số tính đến sự chiếm chỗ của thanh truyền ( cán pittong )

Năng suất thực của máy nén được xác định
Q=𝜆. 𝑄𝑙𝑡 =

𝜆.Ψ.𝑖.𝐹.𝑆.𝑛
60

=

𝜆.Ψ.𝑖.𝑛.𝑉ℎ

(3)

60

Với 𝜆 : hiệu suất chung của máy nén
𝑉ℎ : thể tích làm việc
 Hiệu suất chung của máy nén
Có dạng 𝜆 = 𝜆 𝑎𝑝𝜆ℎ𝑑 𝜆đ𝑛 𝜆𝑡𝑡
Với :
- 𝜆 𝑎𝑝: hệ số áp suất
-

(4)

𝜆 ℎ𝑑 : hệ số hình dạng
𝜆 đ𝑛: hệ số đốt nóng
𝜆 𝑡𝑡 ∶ hệ số thể tích (do khoảng chết gây ra)

Xét từng hệ số hình dạng cụ thể:
 Hệ số áp suất 𝜆 𝑎𝑝= 1-𝛽,

với 𝛽 = 0,05 ÷ 0,1 là hệ số kể đến sự sai biệt áp

suất trong quá trình nén .
2

𝑃
√ ( 2 ) −1

 Hệ số hình dạng:

𝑃1

𝜆ℎ𝑑 = 1-A

(5)

𝑛𝐷

Với A – hệ số phụ thuộc cấu tạo máy nén
D – đường kính pittoong,m; n – số vòng quay, v/ph

𝑃

 Hệ số đốt nóng: 𝜆 đ𝑛 =1-0,01( 2 − 1)
𝑃

 Hệ số thể tích: 𝜆 𝑡𝑡 = 1- ℰ [( 2)
𝑃1

𝑃1
1/𝑛

− 1]

(6)
(7)

Với : ℰ=(0,03 ÷0,08) – hệ số phụ thuộc cấu tạo của máy nén
n – chỉ số nén.
Tóm lại trong bốn hệ số đac nêu trên đây, thì hệ số thể tích là có ảnh hưởng lớn
nhất, và khi tỉ số P 2 /P 1 càng lớn thì 𝜆 càng giảm.

20


Đối với máy nén pittong hai cấp
Căn cứ vào chỉ tiêu sau đây để chọn lựa cấp nén:

ℇ = 𝜓√

𝑃1
𝑃2

(8)

ℰ

Chọn cấp
1 cấp

< 4,5

2 cấp

4,5-11

3 cấp

11-24

4 cấp

24-50

5 cấp

50-100

6 cấp

100-180

Trong đó : 𝜓 = (1,1 ÷ 1,5) là hệ số hao hụt tại thiết bị trung gian

2.2.
-

Máy nén ly tâm
2.2.1.
Khái niệm
Máy nén ly tâm, còn gọi là máy nén hình tròn, là thiết bị quan trọng trong một

loạt các ứng dụng trong quá trình công nghiệp hóa chất (CPI) .Như tên c ủa nó,
mục đích chính c ủa nó là để nén chất lỏng (một loại khí hoặc hỗn hợp khí /
lỏng) vào một khối lượng nhỏ hơn, đồng thời gia tăng áp lực và nhiệt độ của
chất lỏng . Nói cách khác, máy nén nhận một khối lượng khí tại một số áp lực
và nhiệt độ ban đầu và nâng cao khí với áp suất và nhiệt độ cao hơn (hình 10)
.Tại lưu lượng áp lực xả cao hơn và nhiệt độ, mật độ khí cũng cao hơn, do đó
khối lượng khí chiếm một khối lượng nhỏ hơn, khí nén. Roto thực hiện việc này
bằng cách thay đổi động lượng và áp suất của không khí.

21


Lối vào
Áp suất (P1)
Nhiệt độ (T1)
Khối dòng chảy (Q1)
Khối lượng dòng chảy (m)

Lối ra
Áp suất (P2)
Nhiệt độ (T2)
Khối dòng chảy (Q2)
Khối lượng dòng chảy

Lối ra với lối vào
P2 > P1
T2>T1
Q2 < Q1
m= hằng số

Máy nén

Hình 10: Máy nén chấp nhận một khối lượng của chất lỏng ở áp suất ban đầu và
ôn hòa, và nâng cao nó để áp suất và nhiệt độ cao hơn, do đó nén khối lượng của
nó.

Hình 11 : Một số hình ảnh về máy nén ly tâm

22


-

2.2.2.
Phân loại máy nén ly tâm
Máy nén ly tâm có 2 loại: Máy nén tuabin và máy thổi khí tuabin. Động lực
chính của quá trình nén và đẩy khí xảy ra do lực ly tâm khi quay rôto trong vỏ
máy.
+ Máy nén tuabin có năng suất khoảng 5000 ÷ 40000 m3/giờ, ứng với áp
suất 7 at, số vòng quay biến đổi từ 3000 ÷ 6000 v/ph và công suất
khoảng (10 ÷ 20) kW.
+ Máy thổi khí tuabin dùng để vận chuyển không khí và các khí SO2…
tạo chiều cao áp lực 2000 ÷ 3000 mm cột nước, năng suất khoảng 1100
m/ph và hiệu suất ƞ = 0,85.

2.2.3.

Cấu tạo của máy nén ly tâm

Ổ trục : Các ổ trục xuyên tâm thường được sử dụng trong máy nén ly tâm là lo ại

đệm nghiêng và liên tục được bôi trơn bằng dầu tuabin ánh sáng. Trước khi thiết kế
đệm nghiêng, ổ trục kiểu tay áo được sử dụng phổ biến. Ổ trục xuyên tâm có kích
thước phải đủ lớn để hỗ trợ trọng lượng cánh quạt, nhưng cũng đ ủ nhỏ để hoạt động
ở tốc độ đủ thấp thiết bị ngoại vi cần thiết để hạn chế nhiệt độ hoạt động đến mức
chấp nhận được. Một số máy nén khí ly tâm được trang bị ổ trục xuyên tâm. Những
ổ trục đình chỉ phần quay bởi lực điện đến trung tâm phần quay trong một khoảng
cách không khí ở ổ trục. Sử dụng ổ trục để loại bỏ sự cần thiết cho một hệ thống
dầu bôi trơn phụ trợ; tuy nhiên, hệ thống ổ trục mang từ tính cũng yêu cầu làm mát.

23


Ổ trục

Trục

Van

Khuỷu cong

Lối
vào

Thiết bị
khuếch
tán

Lối vào

Dòng chảy

quay lại

Sự xả
nước

Bánh công tác

Van
Hình
xoắn ốc

Ổ trục

Cán cân
piston

Hình 12: Máy nén ly tâm với thiết kế giữa ổ trục
Bánh công tác (cánh quạt) - trái tim của máy nén ly tâm
- Bánh công tác được lắp trên trục máy quay theo trục máy để làm biến đổi động
năng chất khí, thực hiện quá trình nén khí, trên bánh công tác có các bánh cong. Có
3 loại bánh công tác, bánh công tác hở, bánh công tác nửa hở, bánh công tác kín.
- Các thành phần quan trọng nhất cấu thành trong bất kỳ máy nén ly tâm, bất kể thể
loại máy, là bánh công tác. Nếu các bánh công tác không cung c ấp một hiệu quả
cao và phạm vi lưu lượng khoảng cách tốt, nó là không thể đối với máy nén để đạt
được một hiệu quả cao và phạm vi lưu lượng tốt.

24


Thành phần

xuyên tâm
Thành phần tiếp xúc

Lối vào

Hình 13 : Lưu lượng ra khỏi một cánh quạt ly tâm theo hướng luân chuyển,
giống như tia lửa bay từ một bánh xe mài. Các mũi tên màu đỏ chỉ hướng
quay.
- Bánh công tác là những thành phần khí động học chỉ quay trong một máy nén khí ly
tâm. Chúng cung cấp 100% năng lượng động học được thêm vào khí và có thể chịu
trách nhiệm đến 70% sự gia tăng áp lực tĩnh trong một giai đoạn.
- Chúng cũng là những thành phần hiệu quả nhất trong một giai đoạn. Bánh công tác
được thiết kế tốt có thể đạt được hiệu quả trong một giai đoạn. Cánh quạt thiết kế tốt có
thể đạt được hiệu suất vượt quá 96%, có nghĩa là, chỉ có 4% năng lượng tiêu hao là bị
mất. Sự thiệt hại trong phần cứng cố định làm giảm hiệu quả tổng thể giai đoạn từ cơ
sở được thiết kế bởi cách quạt. Sau đó, nếu hiệu suất của cánh bơm kém, hiệu suất nén
tổng thể chỉ có thể là kém đi rất nhiều.
- Bánh công tác máy nén ly tâm có thể được phân loại như có vỏ hay không có vỏ bọc
(Hình 14), và lưỡi của chúng là hai chiều hoặc ba chiều (Hình 15) .Thể loại cách quạt
lựa chọn cho từng phần theo yêu cầu phụ thuộc vào nhiều khảo sát, chẳng hạn như yêu
cầu tốc độ hoạt động, tỷ lệ áp suất mong muốn, hiệu quả mong muốn, và chi phí thiết
bị.
- Sự thiếu đi của một lớp bao phủ cho phép cánh bơm không có vỏ bọc để hoạt động ở
độ quay cao hơn, hoặc đỉnh, tốc độ. Tỷ lệ áp lực được tạo ra bởi một cánh quạt tỷ lệ với
bình phương của tốc độ. Sau đó, mở (không có vỏ bọc) cánh bơm có khả năng tạo ra
các tỷ lệ áp suất cao hơn nhiều so với cách quạt. Cánh bơm có vỏ bọc tạo ra áp lực tỷ lệ
25