CẤU TẠO VÀ NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA CÁC LOẠI MÁY NÉN KHÍ

Truong DH SPKT TP. HCMChöông VIII: Maùy neùn theå tích



BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM
TP HỒ CHÍ MINH

BÀI TIỂU LUẬN MÔN MÁY VÀ THIẾT BỊ LẠNH
THỦY SẢN

ĐỀ TÀI: “CẤU TẠO VÀ NGUYÊN TẮC HOẠT
ĐỘNG CỦA CÁC LOẠI MÁY NÉN KHÍ”

GVHD: Nguyễn Công Bỉnh
Nhóm 4 – thứ 5- tiết 3, 4
DSSV:
1. Trần Thị Như Trang 2006140362
2. Đỗ Thị Kim Quyên
3. Hoàng Văn Khang

2006140273
2006140137

Thu vien DH SPKT TP. HCM -


Truong DH SPKT TP. HCMChöông VIII: Maùy neùn theå tích

MỤC LỤC

GIỚI THIỆU
Ngày nay không có ngành công nghiệp hoặc kỹ thuật nào là
không dùng khí nén. Khí nén có nhiều công dụng khác nhau: là tác
nhân mang năng lượng (dùng để khuấy trộn trong thiết bị phản
ứng), là tác nhân mang tín hiệu điều chỉnh (trong kỹ thuật tự động)
và là nguyên liệu để sản xuất ra các sản phẩm nhất là trong công
nghệ hóa học.
Muốn có khí nén phải dùng các máy nén.
Mày nén là thiết bị trung tâm trong hệ thống lạnh
Máy nén đã xuất hiện từ lâu, ngay từ thời cổ đã các loại máy
thổi khí dùng trong sản xuất đồng và sắt, kể cả những máy thổi khí
chạy bằng sức nước. Tới thể kỉ thứ 18 máy nén piston xuất hiện và
nửa đầu thế kỉ 19 các loại quạt ly tâm, hướng trục cũng đã ra đời
cùng với sự xuất hiện của truyền động hơi nước và điện.
Nhiệm vụ của máy nén là liên tục hút hơi môi chất lạnh sinh ra
ở thiết bị bay hơi để nén lên áp suất cao tương ứng với nhiệt độ bão
hòa cao hơn môi chất làm mát ở thiết bị ngưng tụ. Môi chất làm mát
có thể là không khí môi trường hay nước. Ngoài ra còn tạo ra sức đẩy
cho môi chất tuần hoàn trong hệ thống. Thực tế công suất của máy
nén xác định năng suất làm lạnh hệ thống.
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 1000 m3/h và áp suất hơi tới vài nghìn at; những máy nén
ly tâm với năng suất 105 m3/h, áp suất tới 100 at; những máy nén
trục vít có số vòng 104 vòng/ph và áp suất tới 10at.
Khuynh hướng phát triển của máy nén là giảm nhẹ khối lượng;
tăng hiệu suất; tăng độ vững chắc khi làm việc; tự động hóa việc
điều chỉnh năng suất và đảm bảo an toàn.

2


Truong DH SPKT TP. HCMChöông VIII: Maùy neùn theå tích



Ứng với các khuynh hướng này, máy nén hiện đại có số vòng
quay lớn nối trực tiếp với động cơ. Trục khuỷnh của máy thường là
roto của động cơ. Máy được trang bị bộ phận điều chỉnh năng suất
nhiều cấp hoặc vô cấp, đồng thời được trang bị các bộ phận bảo vệ,
đảm bảo dừng bơm khi không có dầu, không có nước làm nguội và
khi nhiệt độ nén quá cao.

3


Truong DH SPKT TP. HCMChöông VIII: Maùy neùn theå tích

I.



PHÂN LOẠI MÁY NÉN :

Theo nguyên lý làm việc:

Nguyên lý máy nén thể tích: quá trình nén từ áp suất thấp đến
áp suất cao nhờ sự thay đổi thể tích của khoan hơi (giữa piston và

xi lanh), làm việc không liên tục, hơi hút và nén theo những
buồng riêng, do đó mà đường hút và đường nén có hiện tượng
xung động.
Nguyên lý máy nén động học: áp suất dòng hơi tăng lên là do
động năng biến thành thế năng. Quá trình làm việc của máy nén
Turbin chia làm 2 giai đoạn:
+ Giai đoạn 1: dòng hơi được làm tăng lên nhờ đĩa quay và cánh
quạt.
+ Giai đoạn 2: dòng hơi có động năng lớn dẫn đến buồng khuếch
tán. Ở đó động năng chuyển thành thế năng và áp suất tăng dần,
làm việc liên tục và không có van.
Máy nén thể tích tạo ra áp suất lớn với khối lượng hơi nhỏ,
nhưng vì lực quán tính lớn nên khó nối trực tiếp với động cơ. Máy
nén động học thì lưu lượng lớn hơn hoặc rất lớn, có thể nối trực
tiếp với động cơ, tỷ số áp suất đạt được qua các tầng cánh quạt
hạn chế và phụ thuộc vào từng loại môi chất.

4


Truong DH SPKT TP. HCMChöông VIII: Maùy neùn theå tích



Ngày nay có loại máy nén thể tích có năng suất rất lớn và số
vòng quay cao, ngược lại cũng có loại máy nén ly tâm với áp suất
rất cao.

Phạm vi sử dụng của các loại máy nén:

Ngoài ra người ta còn phân loại máy nén theo các đặc điểm
khác như:
-

Theo áp suất : cao, trung bình, thấp, chân không.
Theo năng suất: lớn, vừa, nhỏ.
Theo làm lạnh: có làm lạnh trong quá trình nén khí, có làm lạnh
trung gian và không làm lạnh.
Theo số cấp: một cấp, nhiều cấp.
Theo số lần tác dụng: đơn, kép.
Theo truyền động: tay, động cơ hơi hoặc khí và động cơ điện.
Theo loại khí: không khí và các khí khác.

Tất cả các máy nén dù làm việc theo nguyên lý và thuộc loại nào
đều có chu trình làm việc ngược với động cơ piston hoặc turbin.

II.

PHẠM VI ÁP DỤNG CÁC LOẠI MÁY NÉN:

5


Truong DH SPKT TP. HCMChöông VIII: Maùy neùn theå tích

-

-

-

-

-



Trong kỹ thuật lạnh người ta sử dụng phổ biến các loại máy nén
piston trượt, piston quay (máy nén trục vít, máy nén roto), máy nén
turbin và ejector.
Máy nén piston trượt sử dụng cho công suất nhỏ và trung bình. Với 1
cấp nén, tỉ số nén có thể đạt đến 9,10, cao nhất là 12 tùy theo kiểu
máy và độ hoàn thiện thiết kế. Nếu yêu cầu tỉ số nén cao hơn phải
dùng 2 hoặc nhiều cấp nén.
Máy nén trục vít: rất vững chắc, ít chi tiết chuyển động, không có
tổn thất clape hút và đẩy. Tỉ số máy nén 1 cấp có thể lên rất cao nên
có thể thay thế các máy lạnh 2 cấp cồng kềnh mà hệ số lạnh vẫn
đảm bảo.
So với máy nén piston, máy nén trục vít bền vững, khả năng chống
va đập cao, diện tích lắp đặt nhỏ hơn nhiều.
Trong điều hòa không khí ứng dụng máy nén xoắn ốc có nhiều ưu
điểm nổi bật. Với một chi tiết đứng im và một chi tiết xoắn ốc quay,
máy nén xoắn ốc không có van hút và đẩy, loại trừ được tổn thất tiết
lưu.
Máy nén turbin được sử dụng sử dụng khi cần năng suất lạnh lớn, có
kích thước hình học gọn nhẹ hơn máy nén piston và trục vít với cùng
một năng suất lạnh.
Bảng so sánh các tính chất đặc trưng của máy nén piston, trục vít và
máy nén turbin.
Đặc tính kỹ thuật MN Piston trượt

0,00015 ÷ 1,5
Năng suất lưu
m3/s (0,5…
lượng
5000 m3/s)
trạng thái hút
Tỉ số nén tối đa
hoặc hiệu áp
π = 8….12
suất trong 1 cấp
nén
Dạng nén
Lưu lượng thể
tích khi thay đổi
áp suất nén
Khả năng điều
chỉnh năng suất
lạnh khi giữ
nguyên tốc độ
vòng quay

MN Trục vít
0,055 ÷ 3 m3/s
(200...10.000
m3/h) trạng
thái hút
π = 20
∆p = 2Mpa

MN Turbin

Tối thiểu 0,3
m3/s (1000
m3/s) trạng
thái nén
Phụ thuộc vào
môi chất và
kết cấu của
máy nén

Xung động

Tương đối ổn
định

Ổn định

Ít phụ thuộc

Hầu như giữ
nguyên

Rất phụ thuộc

Hạn chế theo
từng nấc

Điều chỉnh vô
cấp không hạn
chế xuống đến
10%

Điều chỉnh vô
cấp có giới
hạn do thiết
bị điều chỉnh
6


Truong DH SPKT TP. HCMChöông VIII: Maùy neùn theå tích

Đối với hiện
tượng lỏng vào
đường hút
Số chi tiết bị mài
mòn
Yêu câu diện tích
lắp đặt
Kiểu máy

Va đập thủy lực

Không gây trở
ngại gì

Ít gây trở ngại

Nhiều

Ít

Rất ít

Nhiều nhất

Trung bình

Ít nhất

Hở, nửa kín, kín Hở, nửa kín

Yêu cầu bảo
dưỡng

Ít, đơn giản, dễ
dàng

Nhỏ

Vốn đầu tư

Thuận lợi nhất
cho năng suất
dưới 1 MW

Thuận lợi nhất
cho năng suất
từ 1,5 MW trở
lên

III.

Hở, nửa kín
Cần thiết có
kiến thức và
cần sự thận
trọng cao
Nhỏ nhất cho
năng suất từ
2MW trở lên

MÁY NÉN THỂ TÍCH:

1. MÁY NÉN PISTON:
1.1 Phân loại:
a. Theo môi chất lạnh: gồm hai loại chủ yếu là amoniac (NH 3) và
freon.
b. Các sắp xếp và bố trí xilanh:
- Máy nén thẳng đứng: xilanh đặt thẳng đứng
- Máy nén nằm ngang: xilanh đặt nằm ngang
- Máy nén hình chữ V.W và VV…
c. Số xilanh máy nén.
d. Cấp nén: máy nén 1 cấp hoặc 2 cấp bố trí trên cùng một máy.
e. Số mặt làm việc của piston: tác dụng đơn và tác dụng kép
f. Hướng chuyển động của hơi môi chất trong quá trình nén
xilanh:
- Máy nén thuận dòng: dòng hơi không đổi hướng khi qua xilanh.
Môi chất NH3.
- Máy nén ngược dòng: dòng hơi đổi hướng khi đi qua xilanh. Môi

chất freon.
g. Phương pháp giữ kín khoang trong của máy nén:
7


Truong DH SPKT TP. HCMChöông VIII: Maùy neùn theå tích



Máy nén hở:
+ Máy nén hở con trượt
+ Máy nén hở không có con trượt
- Máy nén nửa kín (không có cụm bịt đầu trục)
- Máy nén kín: thường là loại máy nén nhỏ có năng suất lạnh
đến 10kW.
h. Năng suất lạnh Qo:
- Máy nén nhỏ: Qo < 14 kW.
- Máy nén trung bình: Qo = 14 ÷ 105 kW.
- Máy nén lớn: Qo > 105 kW.
i. Năng suất thể tích hoặc thể tích nén lí thuyết Vtt
-

Tuy nhiên còn nhiều đặc điểm phân loại không thông dụng khác:
phương pháp điều chỉnh năng suất lạnh, chế độ vận hành yêu cầu,
phương pháp bôi trơn, phương pháp làm mát máy nén…

1.2 Cấu tạo máy nén piston :
 Carte
Carte đóng vai trò là khung của máy trên đó có lắp ráp các chi tiết của máy nén
lên. Carte chứa trục khuỷu đồng thời chứa môi chất hút về và chứa dầu bôi trơn, trên

thân Carte có một kính xem mức dầu, carte được gắn trên bệ máy.
 Block
Block được lắp chồng lên thành của carte, Block chứa piston và xilanh tạo ra
buồng nén.
 Trục khuỷu
Trục khuỷu là chi tiết để nhận truyền động và sau đó truyền chuyển động cho
Piston, một đầu gắn với động cơ để truyền động, một đầu lắp bơm dầu. Trong trục
khuỷu có khoan rãnh để dẫn dầu bôi trơn.
 Xilanh
Xilanh có dạng hình trụ được lắp trong Block và bên trong Xilanh chứa Piston.
Piston và Xilanh tạo nên buồng nén của mày nén.
 Piston
Piston là bộ phận chuyển động trong lòng Xilanh để tạo ra buồng hút và buồng
nén.
 Tay biên
Tay biên là bộ phận nối giữa Piston và trục khuỷu để biến chuyển động quay của
trục khuỷu thành chuyển động tịnh tiến của Piston trong lòng Xilanh.
 Cụm van hút và đẩy (Clape)
Được bố trí trên nắp giả của Xilanh, cấu tạo của van có nhiều kiểu khác nhau, nhìn
chung van có 3 bộ phận:
-Đế van
8


Truong DH SPKT TP. HCMChöông VIII: Maùy neùn theå tích



-Lá van
-Bộ phận giới hạn độ mở của van

 Van an toàn
Để bảo vệ hệ thống máy lạnh khi áp suất nén lên cao bất thường.
 Van Bypass
Van Bypass là van để nối thông bên hút và bên nén để giảm tải cho động cơ và
máy nén. Khi khởi động thì ta phải lắp van Bypass và mở van chặn hút. Ngoài ra còn
dùng van Bypass để xử lí một số sự cố khác.

1.3 Nguyên lí làm việc của máy nén piston:

Với chuyển động tịnh tiến lên xuống của piston, các quá trình sau
được thực hiện: dãn nở, hút , nén, đấy. Phương pháp tác dụng của
máy nén piston dựa vào sự thải khí bằng piston, cho phép xây dựng
được những kết cấu với đường kính và hành trình piston nhỏ, có áp
suất lớn khi lưu lượng bé.
a. Quá trình nén lí thuyết:

9


Truong DH SPKT TP. HCMChöông VIII: Maùy neùn theå tích



vth – thể tích thải, vch – thể tích chết, vdn – thể tích dãn nở, vh – thể
tích hút, vlv – thể tích làm việc.
Ta sẽ theo dõi trình tự làm việc của máy nén dưới sự giúp đỡ của đồ thị p = f(v),
v-thể tích chứa trong xilanh được giới hạn bởi piston, nó phụ thuộc vào vị trí của
piston.
Khi piston dịch chuyển từ phía phải sang phía trái, piston nén khí nằm trong
xilanh. Van hút (hay còn gọi là van nạp) đóng trong suốt thời gian quá trình nén khí.

Còn van đẩy đóng đến khi nào hiệu số giữa áp suất trong xilanh và áp suất trong ống
đẩy thắng được lực đẩy của lò so. Khi điều này xảy ra, van đẩy mở và piston sẽ thải
khí vào ống đẩy. Quá trình tăng áp suất biểu diễn trên đồ thị là đường 1-2, còn quá
trình thải khí là đường 2-3.
Nếu p2 là áp suất trong xilanh khi thải khí, thì thể tích khí thải được với áp suất
p2 là vth.
Khi nén, nhiệt độ khí tăng, nhưng nước lạnh không lấy được một cách hoàn
toàn lượng nhiệt do quá trình nén khí thải ra. Do vậy đường nén là đường đa biến: pv n
= const.
Còn đường 2-3, theo lý thuyết là đường đẳng áp p 2 = const. Nhưng thực tế do
ảnh hưởng của quán tính của khối khí, do tác động của khóa và của lò so, áp suất của
khí thải không giữ được không đổi.
Khi piston đến vị trí cận trái, nó không thải được toàn bộ khí, và một phần của
khí vch vẫn còn lại trong xilanh (vch - gọi là thể tích chết hay thể tích có hại).
Vào đầu hành trình của piston sang phải, khóa đẩy đóng lại và một phần khí
còn lại ở khoảng không chết vch sẽ dãn nở theo đường 3-4.
Quá trình dãn nở tiếp tục đến khi áp suất trong xilanh giảm đến p 1 < p0, p0 - áp
suất ở trong khoảng không mà khí được hút vào.
Dưới ảnh hưởng của hiệu số áp suất p 0 - p1, khóa hút mở và piston dịch chuyển
sang phải, và sẽ xảy ra sự hút khí vào xilanh.
Áp suất p1 luôn luôn nhỏ hơn p0 vì có sự cản trở của tuyến hút. Quá trình hút
được biểu diễn bằng đường đẳng áp 4-1.
Đồ thị trên chỉ là lý thuyết của máy nén.
Đồ thị chỉ thị thực có khác so với đồ thị lý thuyết (chủ yếu ở đường hút và đường
đẩy).

10


Truong DH SPKT TP. HCMChöông VIII: Maùy neùn theå tích

b. Quá trình nén thực: là quá trình nén có kể đến các tổn thất

khác nhau.
Tổn thất lớn nhất trong quá trình nén thực là tổn thất do thể
tích chết Vc.
Khi làm việc, toàn bộ máy nén piston, xilanh nóng lên. Để đề phòng
piston chạm vào xilanh do dãn nở nhiệt ta chừa lại một khe hở an
toàn nhất định.
Đối với máy nén tốc độ cao, không gian chết chiếm khoảng 3- 5%
thể tích quét lí thuyết của piston . Do có thể tích chết nên hơi nén
trong xilanh không được đẩy ra hết. Khi piston đi xuống hơi có áp
suất cao trong thể tích chết dãn nở cho đến khi áp suất bằng áp suất
hút. Thể tích dãn nở đó là thể tích tổn thất, thể tích hút bị giảm đi
đúng bằng thể tích dãn nở Vd.
Tổn thất thứ hai là tổn thất do trở lực của clape (van) hút và đẩy.
Clape hút và đẩy của máy nén lạnh làm việc tự động do sự chênh
lệch áp suất. Clape mở khi có áp suất chênh lệch đủ lớn và đúng
hướng.Clape đóng khi do sức đàn hồi hoặc lò xo nén. Khi lò xo của
clape quá yếu, việc đóng sẽ chậm do vậy đường nén và dãn chuyển
dịch theo hướng chạy của piston. Khi lò xo quá mạnh, clape sẽ đóng
trước và quá trình nén bắt đầu sau khi đã được dãn nở, quá trình dãn
bắt đầu với áp suất khí cao.
Thứ ba sự trao dổi nhiệt giữa khí và xilanh cùng piston; do lần lượt bị
đốt nóng và làm lạnh nên nhiệt độ của thành xilanh và piston có giá
trị trung gian giữa nhiệt độ và khí hút, khí đẩy.
- Thứ tư, có sự rò rỉ khí và chuyển động không ổn địch của dòng
khí.

-

-

-

1.4 Các dạng kết cấu của máy nén piston:
a) Máy nén thuận dòng và ngược dòng:

11


Truong DH SPKT TP. HCMChöông VIII: Maùy neùn theå tích



a) Máy nén thuận dòng
b) Máy nén ngược dòng van lá
c) Máy nén ngược dòng van piston đầu thẳng
1- Thân máy, 2- xilanh, 3- Tay biên, 4- Piston, 5- Clape hút, 6- Clape
đẩy, 7- Đường hút, 8- Đường đẩy, 9- Áo nước làm mát, 10- Cánh tản
nhiệt, 11- Lò xo an toàn, 12- Nắp xilanh.

-

-

 Ở máy nén thuận dòng, dòng môi chất không đổi hướng, còn
máy nén ngược dòng thì dòng môi chất đổi hướng khi đi qua
xilanh.

Máy nén thuận dòng thường là máy nén cỡ trung bình và cỡ lớn
dùng cho NH3. Hơi môi chất đi vào ở phần giữa của xilanh, khi piston
đi xuống, hơi tràn vào khoan giữa piston rồi qua clape hút tràn vào
xilanh. Clape hút ở ngay đỉnh của piston. Khi piston vượt qua điểm
chết dưới để đi lên trên, do lực quán tính clape hút đóng lại, hơi được
nén lên áp suất cao rồi đẩy ra ngoài van đẩy bố trí trên nắp trong
của xilanh. Như vậy dòng môi chất không bi đổi hướng khi qua
xilanh.
Máy nén thuận dòng thường sử dụng cho NH 3. Do nhiệt độ cuối cùng
của quá trình nén cao nên người ta bố trí áo nước làm mát đầu
xilanh. Và cũng vì vậy nên độ quá nhiệt của hơi hút về máy nén càng
thấp càng tốt.
- Ưu điểm:
+ Không có tổn thất do trao đổi nhiệt giữa khoang hút và
khoang đẩy.
+ Có khả năng tiết diện của clape hút và đẩy giảm tổn thất áp
suất.
+ Clape hút hoạt động ít tổn thất áp suất (clape mở và đóng
theo quán tính của piston).
12


Truong DH SPKT TP. HCMChöông VIII: Maùy neùn theå tích

-

-

-

Nhược điểm: khối lượng piston lớn nên lực quán tính, lực ma sát lớn,
khó tăng tốc độ vòng quay (tốc độ hạn chế nên rất cồng kềnh, xilanh
thường cao hơn hẳn máy ngược dòng).
 Máy nén ngược dòng ngày nay được sử dụng rộng rãi cho Nh 3
và freon. Kết cấu máy có phần gọn nhẹ hơn loại thuận dòng.
Ưu điểm: clape hút không bố trí trên đỉnh piston nên piston rất đơn
giản, gọn nhẹ, nhờ đó giảm được quán tính và tăng tốc độ đến 3000
hoặc 3600 vòng/ph. Clape hút và đẩy có thể bố trí trên nắp xilanh,
phía trên nắp xilanh được chia thành 2 khoang hút và đẩy riêng biệt.
Nhược điểm: diện tích bố trí van nhỏ và có sự trao đổi nhiệt giữa van
hút. Máy nén hiện đại ngược dòng người ta thường bố trí clape đẩy
và hút dạng tròn. Clape hút bố trí ở đỉnh xilanh, clape đẩy bố trí trên
nắp trong xilanh. Toàn bộ nắp trên của xilanh là khoang đẩy. Khoang
hút là khoan giới hạn giữa vách ngoài của xilanh với 2 vỏ của máy
nén. Khoang này thường chỉ ăn thông với khoang bố trí động cơ điện
của máy nửa kín, không thông với các khoang khác. Hình dáng máy
nén này gọn nhẹ và chắc chắn, chỉ có nắp xilanh nhô lên khỏi vỏ
máy nén.
b) Máy nén con trượt :
- Là loại máy nén hở kiểu cổ có công suất lớn và rất lớn. Con
trượt còn được gọi là đầu chữ thập.
1-

Trục khuỷu, 2Tay biên, 3- Con
trượt, 4- Thanh
trượt, 5- Đệm
kín trên thanh
trượt, 6- Clape

hút, 7- Cửa hút,
8- Clape đẩy, 9Cửa đẩy, 10Piston tác dụng kép

Máy nén có con trượt
-

Nguyên lí hoạt động: trục khuỷu nhận truyền động từ động cơ qua
bánh đai hoặc khớp nối. Nhờ cơ cấu tay biên và trục khuỷu, chuyển
động tròn của động cơ biến thành chuyển động thẳng qua lại của
con trượt. Piston chuyển động tịnh tiến qua lại trong xilanh nhờ
13


Truong DH SPKT TP. HCMChöông VIII: Maùy neùn theå tích



thanh trượt nối với con trượt. Thường piston có con trượt là loại tác
dụng kép, nếu nén ở phía này thì hút ở phía kia, xilanh đặt nằm
ngang hoặc đứng; loại máy nén có 2 xilanh thì có thể đặt đối diện
hoặc vuông góc. Khoang môi chất được giữ kín bằng đệm kín giữa
thân xilanh và con trượt.
c) Máy nén hở:
- Máy nén hở còn gọi là máy nén hở không có con trượt hoặc máy
nén có cụm bịt kín đầu trục.

Cấu tạo máy nén hở, 2 xilanh đứng, thuận dòng
1- Thân máy, 2- Trục khuỷu, 3- Tay biên, 4- Xilanh, 5- nắp xilanh, 6- Nắp
khoang đẩy, 7- Lò xo, 8 – Áo nước, 9- Clape hút, 10- Piston, 11- Bánh
đai, 12- Đệm kín cổ trục, 13- Van chặn đầu đẩy, 14- Van chặn đầu

hút, 15- Van an toàn, 16- Van khởi động.
- Nguyên lí hoạt động: piston chuyển động được trong xilanh nhờ tay
biên, trục khuỷu và bánh đai nhận truyền động từ động cơ. Khác với
máy nén con trượt , toàn bộ cơ cấu biến chuyển động quay trục
khuỷu thành chuyển động tịnh tiến của piston được bố trí trong thân
máy, đồng thời là khoan môi chất. Vì vậy đệm kín bố trí trên đầu
trục quay chứ không bố trí trên thanh trượt. Hơi môi chất vào ở giữa
xilanh; clape hút, bố trí trên nắp piston và clape đẩy trên nắp trong
của xilanh. Các loại máy nén này có công suất trung bình và lớn nên
thường có trang bị van an toàn và van khởi động nối giữa đường đẩy
và đường hút. Khi khởi động mở van an toàn, đóng van chặn đầu hút
và đẩy lại để máy nén làm việc không tải, động cơ khởi động chỉ làm
14


Truong DH SPKT TP. HCMChöông VIII: Maùy neùn theå tích

-

-



nhiệm vụ thắng ma sát và quán tính. Khi khởi động xong, ta dùng
van chặn đầu đẩy sau đó mở van chặn đầu hút. Nếu áp suất đầu đẩy
quá cao, van an toàn mở ra xả hơi nén về đường hút. Bánh đà làm
nhiệm vụ truyền chuyển động cho trục khuỷu, giúp piston vượt qua
các điểm chết.
Ưu điểm: có thể điều chỉnh vô cấp năng suất lạnh nhờ điều chỉnh vô
cấp tỉ số đai truyền. Bảo dưỡng và sửa chữa dễ dàng, tuổi thọ cao,

dễ gia công chi tiết và chế tạo toàn bộ. Có thể sử dụng động cơ
điện , động cơ điezen hoặc động cơ nổ, tiện cho những nơi có điện
hoặc để lắp đặt trên các phương tiện giao thông.
Nhược điểm: cồng kềnh, tốc độ vòng quay nhỏ, chi phí vật liệu cho
một đơn vị cao.
d) Máy nén nửa kín:
- Nhược điểm cơ bản của máy nén nửa hở là cụm đệm bịt kín cổ
trục, là cụm chi tiết dễ gây sự cố và hỏng hóc, môi chất dễ bị rò rỉ.
Truyền động đai và khớp máy nén hở tuy có một số ưu điểm nhưng
cồng kềnh, tốn diện tích lắp đặt. Máy nén nửa kín và kín khắc phục
những nhược điểm đó.

Cấu tạo máy nén nửa kín
1- Trục khuỷu, 2- Khối vỏ xilanh đúc liền, 3- Tay biên, 4- Piston, 5- Nắp
trong, 6- Clape hút, 7- Clape đẩy, 8- Roto, 9- Stato, 10- Cửa hút, 11Nắp bình động cơ, 12- Cuộn dây, 13- Nắp trên, 14- Đệm kín.
- Máy nén nửa kín chỉ sử dụng cho môi chất freon, vì NH 3 dẫn điện,
động cơ nhất thiết không được tiếp xúc với NH3. Bên ngoài động cơ
làm mát bằng cánh tản nhiệt (một số trường hợp có thể làm mát
bằng nước), nhiều khi không cần có bơm đặc biệt. Có thể bôi trơn
máy nén bằng cách té dầu lắp vào trục khuỷu.
e) Máy nén kín:
15


Truong DH SPKT TP. HCMChöông VIII: Maùy neùn theå tích



- Toàn bộ máy nén và động cơ được đặt trong vỏ hàn kín là máy
nén kín. Nó có ưu điểm giống máy nén nửa kín, có công suất nhỏ và

rất nhỏ. Máy nén kín được sử dụng rộng rãi trong các máy lạnh như
tủ lạnh gia đình, điều hòa nhiệt độ và tủ lạnh thương nghiệp…

Nguyên lí cấu tạo máy nén kín
-

1234567891011121314-

Thân máy nén ;
Xilanh;
Piston;
Tay biên;
Trục khuỷu;
Clape đẩy;
Clape hút;
Nắp trong;
Nắp ngoài;
Ống hút;
Stato;
Roto;
Cửa hút;
Ống đẩy.

Do toàn bộ máy nén và động cơ được lắp trong vỏ hàn kín nên máy
làm việc với tốc độ cao, khối lượng và kích thước nhỏ, không ồn.
Nhược điểm: khó sửa chữa. Nếu động cơ cháy hay máy nén bị kẹt,
van bị hỏng phải phá vở hệ thống kín của máy. Nghĩa là phải cắt các
đường ống hút, ống đẩy và bổ đôi vỏ máy nén để tiến hành bảo
dưỡng hoặc sửa chữa, bảo dưỡng sau đó lắp lại và hàn lại như cũ.
Công việc sửa chữa rất khó khăn, phức tạp. Bộ phận dễ hỏng nhất là

động cơ điện.

1.5 Bố trí máy nén nhiều cấp:
Máy nén nhiều cấp được làm theo 2 cách chính:
-

Loại có piston dạng vi sai và một số cấp nén trong một xilanh
Loại có nhiều cấp nén trong các xilanh riêng rẽ.

Ta xét một số trường hợp.
a. Máy nén 2 cấp có piston vi sai tác dụng 2 hướng
Trong máy nén loại này các cấp nén được bố trí theo 2 bên của piston. Nguyên lý làm
việc có thể biểu diễn rõ ràng bằng đồ thị chỉ thị, được xây dựng chung cho cả 2 cấp.

16


Truong DH SPKT TP. HCMChöông VIII: Maùy neùn theå tích



Sơ đồ và đồ thị công máy nén 2 cấp có piston vi sai tác dụng 2
hướng
Nếu giả sử rằng máy nén hút không khí từ khí quyển, thì đường hút của cấp đầu
tiên sẽ nằm thấp hơn một chút so với đường áp suất khí quyển. Khi chuyển động của
piston sang phải xảy ra quá trình hút vào cấp đầu theo đường 4’-1’, nén và đẩy của
cấp thứ 2 theo đường 3’-2” và 2”-3”.
Khi piston bắt đầu di chuyển sang trái, ở cấp đầu xảy ra quá trình nén, còn ở
cấp thứ 2 xảy ra quá trình dãn nở khí. Quá trình cuối xảy ra đến khi nào áp suất trong
xilanh còn chưa đạt tới p2’ tại điểm 4”. Tại thời điểm này van hút của cấp thứ 2 mở và

piston, khi chuyển động sang trái, sẽ hút khí từ khoảng không kín của thiết bị lạnh. Và
lúc này áp suất khí sẽ giảm. Khi piston đã chiếm được vị trí xác định bởi điểm 2’, áp
suất khí ở thiết bị lạnh giảm đến chừng nào van đẩy của cấp thứ nhất mở và khí sẽ từ
cấp thứ 1 qua thiết bị lạnh vào cấp thứ 2. Áp suất khí thay đổi theo đường 2’-3’.
Vào lúc đầu của hành trình về phía bên phải ở cấp thứ 1 xảy ra quá trình dãn nở khí
theo đường đa biến 3’-4’.
Thể tích của các xilanh của cấp 1 và cấp 2 không bằng nhau, vì vậy đồ thị đang
xét có tỷ lệ về trục hoành khác nhau.
Trong máy nén loại này quá trình nén ở các cấp được thực hiện ở những hành
trình khác nhau của piston, và vì vậy lực tác dụng lên các phần của khung được phân
bố khá đều.
b. Máy nén 2 cấp có piston vi sai tác dụng 1 phía

17


Truong DH SPKT TP. HCMChöông VIII: Maùy neùn theå tích



Đặc biệt của máy nén loại này là sự phân bố cấp thứ nhất và cấp thứ 2 theo một
phía của piston; điều này dẫn đến: quá trình hút cũng như quá trình đẩy xảy ra trong cả
hai cấp là đồng thời.
Khi bắt đầu từ điểm 3” , với chuyển động của piston về phía phải xảy ra quá
trình dãn nở ở cấp thứ 2 đến áp suất p 2, áp suất này được tạo ở thiết bị lạnh bởi cấp khi
hành trình của piston sang phải. Ở vị trí của piston được xác định bởi điểm 4”, van hút
của cấp thứ 2 mở và xảy ra quá trình hút khí từ thể tích kín của thiết bị lạnh. Đây cũng
là quá trình dãn nở khí theo đường đa biến 4”-1”. Ở cuối quá trình này áp suất trong
cấp thứ 2 giảm đến p1’. Khi hành trình của piston tiếp tục sang trái ở cấp thứ 2 khí bị
nén theo đường 1”-2” và được thải ra theo đường 2”-3” vào ống đẩy. Trong thời

gian này ở cấp thứ nhất xảy ra quá.
Sơ đồ và đồ thị công máy nén 2 cấp có piston vi sai tác dụng 1 hướng trình nén
theo đa biến 1’-2’ đến áp suất p 1’. Tại điểm 2’ van đẩy của cấp thứ nhất mở và khí bị
đẩy từ cấp vào khoang kín của thiết bị lạnh. Quá trình diễn ra theo đường đa biến 2’-3’
và gây ra sự tăng áp suất từ p 1’ đến p2’. Khi hành trình piston sang phải xảy ra quá
trình dãn nở và hút ở cấp thứ 1.
Trong máy nén loại này các khoang của cấp 1 và 2 luôn luôn được phân cách
bằng những van đóng, nhưng vẫn có những quá trình, xảy ra đồng thời ở các khoang
của một cấp nào đấy và của thiết bị lạnh.
Thiết bị lạnh: ngoài công dụng chính của nó là làm lạnh khí nén, nó còn đóng vai trò
như một bình chứa tức là dung tích để nhận khí ra từ cấp thứ 1, sau đó sả khí vào cấp
thứ 2.
Trong máy nén có piston loại vi sai tác dụng 1 phía này, quá trình nén và thải
khí xảy ra ở cả 2 cấp đồng thời, do đó trong phần khung của máy nén sinh ra những
lực lớn phân bố không đều, đòi hỏi sử dụng bánh đà có khối lượng lớn để cân bằng
các lực này. Sơ đồ này thường dùng trong một tổ hợp với sơ đồ thuận dòng đối với
loại máy nén có số cấp lớn hơn 2.

c. Máy nén 3 cấp có piston vi sai

Sơ đồ máy nén 3 cấp có piston vi sai

18


Truong DH SPKT TP. HCMChöông VIII: Maùy neùn theå tích



Các cấp của máy nén trên hình được liên hợp sao cho cứ mỗi cặp cấp cạnh

nhau tạo thành máy nén 2 cấp. Khi tạo được đẳng thức công của 2 cấp riêng rẽ là điều
kiện của hiệu quả kinh tế, sơ đồ này cho ta sự phân bố không đều trên các phần của
khung máy. Để giảm những lực này và phân bố chúng được đều hơn, người ta sử dụng
sơ đồ máy nén 2 cấp có sự phân chia cấp thứ nhất.

Sơ đồ máy nén 3 cấp piston vi sai có phân chia cấp thứ nhất
d. Máy nén nhiều cấp có piston vi sai

Sơ đồ máy nén nhiều cấp piston vi sai
Khi sử dụng nguyên lý tạo cấp với piston có đường kính thay
đổi, có thể thiết kế máy nhiều cấp.

2. MÁY NÉN TRỤC VÍT
-

-

-

Là loại máy nén piston quay. Hai trục quay nằm song song với nhau
có răng xoắn theo hình xoắn ốc. Hai trục nằm gọn trong thân máy có
cửa hút và cửa đẩy bố trí ở hai đầu thân.
Kiểu máy nén trục vít thông dụng nhất có hai roto, một chính (lồi)
một phụ (lõm) có 4 hoặc 6 răng xoắn. Khi trục quay, thể tích đầu
cuối trục vít giới hạn giữa hai răng giảm dần thực hiện quá trình nén.
Nguyên lý :khi các trục vít quay sẽ xảy ra quá trình hút khí ở đầu hút
( do các vít giải phóng không gian đã ăn khớp), tiếp đó là quá trình
nén khí (nhờ thu hẹp không gian do các vít vào ăn khớp). Quá trình
kết thúc khi không gian chứa khí nối tiếp với đầu đẩy và lúc này xảy
19

Truong DH SPKT TP. HCMChöông VIII: Maùy neùn theå tích



ra quá trình đẩy khí vào ống đẩy. Máy nén trục vít có hai loại ẩm và
loại khô. Máy nén khô, việc làm lạnh khí nhờ vỏ vỏ bọc ngoài và nhờ
thiết bị làm lạnh trung gian hoặc thiết bị làm lạnh sau máy nén,
được sử dụng trong kĩ thuật nén khí. Máy nén trục vít ẩm được sử
dụng trong kỹ thuật lạnh,người ta cho dầu hoặc nước trực tiếp vào
không gian làm việc của máy chỉ có trường hợp làm lạnh bằng dầu
mới cho phép các vít tiếp xúc trực tiếp với nhau (không dùng bộ
truyền bánh răng). Nhờ có phun dầu mà máy nén trục vít được ứng
dụng rộng rãi trong kỹ thuật thay thế cho máy nén piston.

Máy nén trục vít kiểu tràn dầu, nửa kín

-

-

1- Nắp, 2- Thân, 3- Nắp; 4- Vít bị động, 5- Vít chủ động, 6- Bạc lót,
7- Ổ bi
Ưu điểm: Hai trục vít khi quay trong thân máy không thể tiếp xúc với
nhau và không tiếp xúc cả với thân máy. Các khoang nén có áp suất
khác nhau của môi chất được giữ kín bằng cách phun tràn dầu bôi
trơn. Chính vì vậy mà các chi tiết chuyển động rất ít bị mòn, môi
chất có nhiệt độ cuối quá trình nén rất thấp vì nhiệt lượng môi chất
sinh ra trong quá trình nén đã thải cho dầu bôi trơn. Tiếp theo là

không có clape hút và đẩy nên không có không gian chết, không có
tổn thất áp suất hút và đẩy.
Số lượng chi tiết chuyển động của máy nén trục vít rất ít, độ tin cậy
cao, tuổi thọ cao và rất gọn gàng chắc chắn, có khả năng chống va
20


Truong DH SPKT TP. HCMChöông VIII: Maùy neùn theå tích

-



đập cao. Đặc điểm chu trình lạnh cũng thuận lợi hơn (chỉ một máy
nén nhưng vẫn có thể làm mát trung gian bằng hòa trộn).
Ngoài ra người ta còn chế tạo máy nén trục vít một trục. Đặc điểm
của nó là chỉ có một trục vít nhưng có thêm 2 bánh răng ở bên sườn
của trục vít để ngăn cách khoang nén và khoang hút.

3. MÁY NÉN ROTO
-

-

-

Máy nén roto được ứng dụng rộng rãi trong các máy lạnh năng suất
nhỏ: máy điều hòa nhiệt độ RAC, máy điều hòa cửa sổ hai cụm nhỏ
với môi chất freon R134A, R401A. Máy nén roto có nhiều loại khác
nhau: máy nén roto piston lăn, máy nén roto tấm trượt, máy nén

roto lắc, trong đó loại roto lăn được sử dụng rộng rãi nhất.
Máy nén roto lăn gồm 9 thân hình trụ, đóng vai trò xilanh, piston có
dạng hình trụ nằm trong xilanh. Vì kích thước piston nhỏ hơn nên
chúng chỉ có một đường tiếp xúc với nhau (cũng là đường ngăn cách
khoang nén và khoang hút). Do tấm ngăn luôn tì lên mặt trong
xilanh nên luôn tồn tại hai khoang nén và hút.
Khi piston lăn , thể tích khoang hút lớn dần. Thể tích khoang hút đạt
cực đại khi piston lăn trên đỉnh cao nơi bố trí tấm trượt. Đây cũng là
thời điểm thể tích khoang nén bằng không. Khi piston lăn qua miệng
hút, khoang hút và khoang nén lại xuất hiện. Thể tích khoang hút
lớn dần và khoang nén nhỏ dần thực hiện đồng thời quá trình hút và
nén. Không có clape hút nên tránh được tổn áp phía hút. Chỉ phía
đẩy có clape.

3.1.1 Phân loại máy nén roto:
Khi tỷ số nén cao ứng với áp suất đẩy (12 at) và có làm lạnh
xilanh gọi là máy nén.
Khi áp suất đẩy của máy nén đạt đến 2,5 at gọi là máy thổi khí
hoặc máy đẩy, thường không làm lạnh bằng nươc.
Theo kiểu của máy nén gồm: máy nén roto tấm trượt một trục,
máy nén roto lắc một trục, máy nén roto hai trục hai cánh hoặc ba
cánh, roto hình sao, máy nén hai hoặc ba trục vít, máy nén vòng
chất lỏng.

3.1.2 Nguyên lý làm việc:
Khi quay một hoặc hai roto có hình dạng xác định thì các
không gian kín tuần hoàn được tạo ra và thể tích của khí ở ấp suất
thấp được hút vào đó. Khi roto chuyển động tiếp tục không gian này
được thu hẹp lại, khí được nén và đẩy vào đường đẩy.

21


Truong DH SPKT TP. HCMChöông VIII: Maùy neùn theå tích



3.1.3 Máy nén roto tấm trượt
Máy nén roto tấm trượt sử dụng chủ yếu trong kỹ thuật điều
hòa không khí. Gần giống của máy nén roto lăn: gồm 1 thân máy
đồng thời là xilanh hình trụ, 1 roto nằm trong có kích thước nhỏ hơn,
bên trên có bố trí ít nhất hai tấm trượt. Khi roto quay, các tấm trượt
văng ra do lực li tâm tạo thành các khoang hút và nén phù hợp.

Khi roto quay các cánh sẽ văng ra ép vào các bề mặt bên trong
của hai vòng gang tự do và kéo chúng quay cùng. Do có khoảng hở
giữa vỏ và các tấm nên chúng sẽ không bị mài mòn.
Khi roto quay các tấm chia không gian làm việc có tiết diện hình
lưỡi liềm thành các phòng nhỏ và thể tích của chúng giảm từ phía hít
đến phía đẩy. Trục của máy nén quay trên ổ đỡ được bịt kín bằng bạc
nhẵn có rông đen và được ép bằng lò xo với nắp máy nén. Ở phía
đây có đặt xupap một chiều. Máy nén truyền động trực tiếp từ động
cơ. Đối với các máy nén dung để nén khí không cho phép để lọt ra
22


Truong DH SPKT TP. HCMChöông VIII: Maùy neùn theå tích

môi trường xung quanh (khí độc, cháy, nổ) thì trục được bịt kín bằng
các vòng đệm grafit.
-

Ưu điểm: chắc chắn, làm việc điều hòa, ít xupap, gọn nhẹ, ít chi tiết,
momen khởi động nhỏ.
Nhược điểm: khó bịt kín hai đầu máy nén, ma sát lớn, yêu cầu độ
chính xác khi chế tạo, lắp đặt và sử dụng ở trình độ cao, nhạy cảm
với độ bẩn nên ở ống hút phải đạt bầu lọc và ống đẩy phải có thiết bị
phân ly dầu.

3.1.4 Máy thổi khí roto hai trục

Gồm vỏ quay và hai roto gang quay ở trong. Khi quay, các roto
này tiếp xúc kín với nhau và tiếp xúc với vỏ, tạo ra trong vỏ hai
phòng riêng biệt: hút và đẩy. sau khi ngăn cách với khí hút, roto
chuyển động tiếp tục cũng không xảy ra nén khí (do không biến đối
thể tích và áp suất) cho tới thời điểm kết hợp không gian đó với phía
đẩy. Ở thời điểm này khí được nén ép bơi roto và được đẩy vòa ống
đẩy. Trục dẫn quay được là nhờ truyền động từ động cơ qua đai
truyền hoặc hộp giảm tốc. Trục thứ hai liên hệ với trục dẫn qua
truyền động bánh răng.

3.1.5 Máy nén vòng chất lỏng:
Làm việc theo nguyên rắc tương tự máy nén roto tấm trượt
nhưng khác về cấu tạo. có hai loại máy nén vòng chất lỏng: loại tác
dụng đơn (hình c) và loại tác dung kép (hình d).

23

Truong DH SPKT TP. HCMChöông VIII: Maùy neùn theå tích

-

-

-



Roto của máy nén thường được nén liền khối với cánh, đồng
thời tất cả các cánh có cùng chiêu dài. Sự biến đổi các thể tích của
các hộp nhỏ xảy ra được nhờ roto đặt lệch tâm. Dưới tác dụng của
lực ly tâm nước bắn ra thành máy nén bít kín đầu các cánh và tạo
thành các không gian có thể tích biến đổi. Khí được hút vào không
gian trống của máy qua lỗ hình lưỡi liềm 1 ở mặt đầu, sau đố xảy ra
quá trình nén do thể tích biến đổi, rồi khí được đẩy vào lỗ hình lưỡi
liềm khác 2 cũng ở mặt đầu.
 Thứ tự chạy máy nén vòng chất lỏng:
a. Cho chất lỏng đày tới van hồi lưu;
b. Đóng van dẫn chất lỏng vào;
c. Thông đường hút với khí quyển nhờ van phụ (để không tải);
d. Mở van tuần hoàn chất lỏng qua bơm và van đẩy chất lỏng tới
hộp đệm ( có chất lỏng rò qua hộp đệm);
e. Đóng cầu dao;
f. Khi đạt tới số vòng quay cần thiết phải dần dần đóng van phụ
khi đạt tới chân không cần thiết thì mở van hút;
g. Kiểm tra sự làm việc của hộp đệm và các dụng cụ đo;
 Thứ tự dừng máy nén vòng chất lỏng theo thứ tự ngược lại:

a. Đóng van hút;
b. Đóng van tuần hoàn chất lỏng;
c. Mở van không khí;
d. Dừng động cơ.
Ưu điểm: chế tạo đơn giản, vận hành chắc chắn, khả năng nối trưc
tiếp với động cơ, lưu lượng khí đều, không có xupap và các cơ cấu
phân phối nên ít bị tắc.
Nhược điểm: các đấu cánh chuyển dịch trong nước gây ra ma sát giữ
cánh và nước, giữa nước với vỏ làm tổn hao năng lượng vì vậy hiệu
suất không cao
Máy nén roto lắc có ưu điểm hơn so với roto lăn là loại bỏ được hoàn
toàn sự rò rỉ và yêu cầu bôi trơn qua bề mặt tiếp xúc giữa piston lăn
và tấm ngăn.

24


Truong DH SPKT TP. HCMChöông VIII: Maùy neùn theå tích



4. MÁY NÉN XOẮN ỐC
-

-

Máy nén xoắn ốc có những ưu điểm vượt trội so với máy nén piston
và máy roto là ít xung động trong quá trình nén, do đó ít ồn và ít
rung động hơn, nên nó được sử dụng rộng rãi trong các máy điểu
hòa không khí vừa và nhỏ.

Máy nén xoắn ốc gồm 1 xilanh và một piston có băng xoắn giống
nhau. Piston và xilanh được lồng cúng vào nhau.

-

a/ Hình dáng piston và xilanh dạng băng xoắn máy nén
xoắn ốc;
b/ Trục quay lệch tâm để cố định piston.
Trong khi xilanh đứng im được gắn lên vỏ trên thì piston ở dưới
được gắn lên trục quay của động cơ. Khi piston quay, các bề
mặt của xilanh và piston tạo ra các khoang thể tích thay đổi
thực hiện quá trình hút nén và đẩy.

IV.

MÁY NÉN ĐỘNG HỌC

2 Máy nén turbin
Trong máy nén turbin áp suất tăng lên là do sự biến đổi động
năng của dòng môi chất nhận được ở bánh cánh quạt turbin thành
thế năng, nội năng hoặc entanpi. Máy nén turbin gồm hai loại: li tâm
và hướng trục. Trong kỹ thuật lạnh chỉ sử dụng máy nén kiểu hướng
trục.
-

So với máy nén piston, máy nén turbin có những ưu điểm:
+ Cấu tạo đơn giản, số lượng chi tiết chuyển động ít, làm việc liên
tục, tiêu tốn nguyên vật liệu ít, tiêu tốn vật liệu chế tạo thường
chiếm 1/3 so với máy nén piston cỡ lớn có cùng năng suất lạnh, chạy
với tốc độ cao.

+ Rất gọn nhẹ, diện tích lắp đặt nhỏ, vững chắc.
+ Vận hành đơn giản, độ tin cậy cao.
+ Môi chất không bị dẫn dầu, vì các chi tiết chuyển động và đứng
yên không tiếp xúc với nhau, không cần dầu bôi trơn.
+ Khi làm việc lực quán tính nhỏ.
25