Nghiên cứu, tính toán thiết kế Máy nén khí piston loại 4L208 của hệ thống cung cấp khí nén cho các thiết bị dùng khí của Công ty than Mạo Khê

Trường ĐH Mỏ - Địa Chất

Đồ án tốt nghiệp

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐÂU
Trong công cuộc công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước, ngành khai thác than
vẫn chiếm một vị trí quan trọng trong nền kinh tế quốc dân. Ngành than cung cấp
nguyên liệu cho các ngành khác như : Điện, hóa chất, nông nghiệp, hay sinh hoạt
hàng ngày của người dân. Ngoài ra ngành than còn được xuất khẩu đi các nước khác
trên thế giới.
Đảng và nhà nước ta luôn quan tâm đến ngành khai thác than và đầu tư những
trang thiết bị hiện đại để đáp ứng mở một số mỏ mới, củng cố cải tạo mỏ cũ, luôn
luôn đào tạo cán bộ ngành này ngày càng phát triển.
Trong quá trình mở vỉa và xây dựng lò bằng cơ bản, chuẩn bị cho các diện tích
sản xuất Cho mỏ thì công tác đào lò là vô cùng quan trọng. Muốn đẩy mạnh công tác
khai thác thì việc cung cấp khí nén đảm bảo cho các búa khoan làm việc là công việc
rất cần thiết.

Nguyễn Văn Thái
Máy &TB Mỏ K57

1
1


Trường ĐH Mỏ - Địa Chất

Đồ án tốt nghiệp

Sau thời gian học tập đi thực tập tại công ty than Mạo Khê em được nhận đề
tài: Nghiên cứu, tính toán thiết kế Máy nén khí piston loại 4L-20/8 của hệ thống
cung cấp khí nén cho các thiết bị dùng khí của Công ty than Mạo Khê.
Máy nén khí 4L-20/8 là loại máy được sử dụng phổ biến trong các mỏ phù hợp
với việc cung cấp khí nén cho công tác khai thác Mỏ.
Thông qua bả đồ án này em đã tổng hợp được kiến thức lý thuyết và kinh
nghiệm cho bản thân, tuy nhiên do thời gian và tài liệu có hạn nên không khỏi những
sai sót. Em mong các thầy trong bộ môn và các bạn góp ý chỉ bảo để em hoàn thành
đồ án này được tốt hơn, và có khả năng áp dụng vào thực tế.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Máy &thiết bị Mỏ, các
đồng chí trong công ty Than 86 đặc biệt là Thầy Vũ Ngọc Trà đã giúp đỡ em hoàn
thành đồ án này.
Hà Nội, Tháng 6 năm 2017
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Văn Thái
CHƯƠNG I
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG TY THAN Mạo Khê
1.1Điều kiện tự nhiên.
1.1.1 Vị trí địa lí
Công ty than Mạo Khê nằm trên địa bàn huyện Đông Triều, tỉnh Quảng Ninh
thuộc Tập đoàn than - khoáng sản Việt Nam. Khu vực công ty nằm trong dãy núi vòng
cung Đông Triều toạ độ:
106033’45’’÷ 106030’27’’ kinh độ đông.
21002’33’ ÷ 21006’15’’ vĩ độ bắc.
Công ty than Mạo Khê chạy dài theo hướng đông - tây (từ Văn Lôi đến Tràng
Bạch) có chiều dài là 8km, rộng 5 km, diện tích khoảng 40 km 2, phía đông giáp với xã
Hồng Thái, cách thành phố Hạ Long 58km, phía tây giáp với xã Kim Sơn cách thành
phố Hà Nội 105 km, phía nam giáp thị trấn Mạo Khê có quốc lộ 18A chạy qua, phía
bắc giáp xã Tràng Lương huyện Đông Triều.

Nguyễn Văn Thái
Máy &TB Mỏ K57

2
2


Trường ĐH Mỏ - Địa Chất

Đồ án tốt nghiệp

1.1.2 Địa hình
Mỏ nằm trên khu đồi núi thấp dần về phía Nam, bị bào mòn kéo dài từ Đông
sang Tây với độ cao trung bình từ (+15 đến +505m). Các vỉa than cánh phía Nam nằm
trên địa hình đồi núi thấp khá bằng phẳng.
1.1.3 Điều kiện khí hậu
Theo tài liệu quan trắc Đồ Sơn - Đông Triều nhiệt độ trung bình hằng năm khu
mỏ từ 23˚C đến 27˚C, cao nhất là 33˚C tới 37˚C thấp nhất là 12˚C. Mùa mưa kéo dài
từ tháng 4 tới tháng 10, mùa khô kéo dài từ tháng 11 tới tháng 3 năm sau. Lượng mưa
trung bình hằng năm là 1765 mm, số ngày mưa trung bình hằng năm là 110 ngày, lớn
nhất là 124 ngày, nhỏ nhất là 79 ngày. Tốc độ gió trung bình là 27 m/s, lớn nhất là 38
m/s. Khu mỏ ở gần biển nên ảnh hưởng đáng kể nhất là mùa mưa bão, gió bão có thể
lên tới cấp 11 cấp 12, hướng gió thay đổi theo mùa, mùa đông và mùa xuân có gió
đông bắc, mùa thu và mùa hè có gió đông nam, độ ẩm trung bình là 68%, lớn nhất là
98%, nhỏ nhất là 25%. Nói chung lượng mưa lớn hơn lượng bốc hơi.
1.1.4 Địa chất thủy văn
a. Nước mặt đất:
- Suối Văn Lôi: Nằm ở phía tây khu mỏ chạy theo hướng đông bắc - tây nam
dốc từ 5-70, vùng hạ lưu 1 - 30 dài từ 1 đến 6km. Rộng từ 3 đến 8m, lưu lượng lớn nhất
1691 lít/phút, nhỏ nhất là 1,007 lít/phút.

- Suối Bình Minh: Nằm ở trung tâm khu mỏ, chảy theo hướng đông bắc - tây
nam, độ dốc từ 6-150. Vùng hạ lưu từ 1- 30, dài từ 1 đến 6km. Rộng từ 1m đến 8m, lưu
lượng lớn nhất 15579 lít/phút, lưu lượng nhỏ nhất 8,3 lít/phút.
b. Nước dưới đất:
Đất đá trong khu vực bao gồm các loại như sét kết, sạn kết và ít bột kết, nứt nẻ
mạnh, các lớp đá chứa nước có chiều dày từ 1,2m đến hàng chục mét, chúng nằm xen
kẽ với các lớp cách nước.
1.2 Chức năng, nhiệm vụ, tình hình sản xuất và tổ chức quản lí của Công ty.
1.2.1 Chức năng và nhiệm vụ của Công ty
a. Chức năng :

Nguyễn Văn Thái
Máy &TB Mỏ K57

3
3


Trường ĐH Mỏ - Địa Chất

Đồ án tốt nghiệp

- Được phép sản xuất kinh doanh các ngành nghề đã đăng ký kinh doanh theo luật
định.
- Quản lý, sử dụng, bảo toàn và phát triển nguồn vốn kinh doanh một các có hiệu quả.
b. Nhiệm vụ :
Nhiệm vụ chủ yếu của Công ty than Mạo Khê là khai thác, chế biến kinh doanh
than.
Ngoài ra Công ty còn được phép kinh doanh đa ngành như khai thác, chế biến và
kinh doanh khoáng sản khác; sản suất và kinh doanh vật liệu xây dựng; xây dựng các

công trình công nghiệp và dân dụng; gia công, lắp ráp các sản phẩm cơ khí; trùng đại
tu phương tiện vận tải và thiết bị công nghiệp; vận tải đường bộ; đầu tư, kinh doanh cơ
sở hạ tầng...
1.2.2 Tình hình sản xuất của Công ty
1.2.2.1 Tình hình khai thác than công ty
Năm 1992 mỏ Mạo Khê mở hệ thống giếng nghiêng đưa vào khai thác từ mức
+30 xuống mức (-25). Đối với các vỉa ở cánh Bắc ở tuyến IV hiện nay chỉ còn 3 lò chợ
khai thác. Diện khai thác chính hiện nay tập trung ở mức (-80) lên (-25) với 9 phân
xưởng khai thác sản lượng mỗi phân xưởng từ 90.000 tới 115.000 tấn than/năm. Hiện
nay mỏ đã mở rộng khai thác về phía đông và phía tây mức (-80), ở cả cánh Bắc, cánh
Nam và xây dựng các đường lò cơ bản ở mức (-150) để chuẩn bị diện cho sản xuất lâu
dài.
1.2.2.2 Phương pháp khai thác và xây dựng mỏ
a. Phương pháp khai thác mỏ:
Công ty than Mạo Khê hiện nay đang áp dụng các hệ thống khai thác:
1.

Hệ thống khai thác tầng lò chợ liền gương (chia cột dài theo phương).

2.

Hệ thống khai thác chia lớp ngang nghiêng.

3.

Hệ thống khai thác chia cột dài theo phương chân lò chợ toàn phần .

4.

Hệ thống khai thác chia cột dài theo phương khấu dật.

Nguyễn Văn Thái
Máy &TB Mỏ K57

4
4


Trng H M - a Cht

ỏn tt nghip

Phng phỏp khai thỏc m Mo Khờ hin nay ch yu tin hnh theo phng
phỏp phõn tng khoan n mỡn khu uụi. Vi hỡnh thc ny vic khai thỏc mi tng
c phõn chia rừ rt:
-

Khu o lũ chun b.

-

Khai thỏc than.

Hai khõu ny u dng phng phỏp khoan n mỡn.
+ H thng m va:
khai thỏc t mc (-25) ti (+30) m o 2 ging nghiờng t mc (+30)
xung (-25), dc l 25 v 160. ng lũ xuyờn va mc (+30) vn chuyn vt t
v thụng giú cho tng khai thỏc. T ng lũ xuyờn va l cỏc ng lũ dc va ỏ
c m v hai phớa theo hng ụng v tõy theo hỡnh xng cỏ song song vi cỏc va
than, cỏch va than khong (50-70)m. C khong t (70- 120)m o mt ng lũ

xuyờn va cỳp vo n va than, t cỏc cỳp o ng lũ dc va trong than mc (-25)
sau ú o thng to din khai thỏc lờn mc (+30).
phc v cho khai thỏc than tng (-80) lờn (-25), m m hai ng lũ ging
nghiờng t mc (+17) xung sõn ga (-80).
b. Cụng ngh o chng lũ ỏ (XDCB):
Dựng mỏy khoan khớ ộp khoan to cỏc l mỡn sau ú dựng thuc n v kớp phỏ
t ỏ to ng lũ. Lng t ỏ b phỏ v c mỏy xỳc in xỳc vo xe goũng 3t,
tu in kộo ra ga chõn trc, dựng trc ti kộo lờn sõn cụng nghip, qua quang lt
in vo ụ tụ vn chuyn ra bói thi. ng lũ c chng bng vỡ kim loi CB-1719-22-27 tu theo tit din o.
Đ ất đá guơng lò

Máy xúc (điện)

Tàu điện ác quy

Sâ
n ga đáy giếng

Bã i thải

Ô tô

Quang lật đổđá

Tời trục

Hỡnh 1-1. S vn ti t ỏ.
c. Cụng ngh o chng lũ trong than:

Nguyn Vn Thỏi

Mỏy &TB M K57

5
5


Trng H M - a Cht

ỏn tt nghip

Dựng khoan in cm tay to ra l mỡn sau ú dựng thuc v kớp n phỏ v
gng than. mt s va cú a cht n nh c dựng mỏy combai AM-45EX o
lũ.
Khu than trong lũ ch dựng phng phỏp n mỡn (dựng khoan in to l
mỡn sau ú np thuc n, kớp n phỏ v than), sau ú co xỳc th cụng vo mỏng
trt xung mỏng co vn ti lờn xe goũng, c tu in kộo ra sõn ga vo
hc cha than, a vo bng ti vn ti lờn mt bn sõn cụng nghip a v nh sng .
Vic chng gi lũ ch hin nay ch yu dựng ct thu lc n, giỏ thu lc. iu kin
p. hc qtrị

PX Chế biến than

vỏch ỏ ch yu l phỏ ho ton phn.
pgđ đời sống

Máng truợ t ban thi đuaMáng cào
?

Than lò chợ

p. cđ -sx
pgđ sản xuất

PX Cung cấp

Băng tải

p. kcs

nớc

Hộc chúa bun ke
?

Nhà sàng

Đội Tàu
TG CCđ
iện ác quy

PX Điện

p. vật t

Hỡnh 1-2. S vn ti than cụng ty than Mo
Khờ.
PX Cơ
khí

pgđ kỹ thuật

giám đốc công Ty ty

1.2.3 T chc qun lớ cụng ty

p. bvệ-qs-tt
p. kiểm toán
p. kt tc

p. tc lđ

pgđ đ t & xd

p. an toàn

PX Vận tải 1

p. công trình

PXđào lò đá số 5

p.đ t & xd

PX đào lò đá 2,4

p. kt khai thác

gđ tt ytế mk

PX sàng

PX Vận tải 2

p. t địa- đ chất

Nguyn Vn Thỏi
Mỏy &TB M K57

PX Xây dựng
PX Bến

p. kế hoạch

pgđ cơ điện

PX Ô tô

PX đào lò đá số 1
PX Khai thác 12

6

p.kt cơ6điện
tt ytế mk

PX Khai thác 3,4,5,6,7,8,9,10
PX Khai thác 1


Trường ĐH Mỏ - Địa Chất

Đồ án tốt nghiệp

Hình 1-3 . Sơ đồ tổ chức công ty.
Công ty than Mạo Khê áp dụng hình thức quản lý trực tuyến, chức năng tuyến
dưới chịu sự chỉ đạo trực tiếp từ tuyến trên. Đứng đầu Mỏ Mạo Khê là giám đốc chịu
trách nhiệm quản lý chung và chịu trách nhiệm trước tổng giám đốc công ty than việt
Nam. Dưới giám đốc là các đồng chí phó giám đốc và các đồng chí trưởng các phòng
ban, là những người trực tiếp giúp giám đốc phụ trách từng mảng trong công tác quản
lý, điều hành mọi hoạt động trong đơn vị. Cơ cấu tổ chức quản lý hành chính được thể
hiện trên hình 1-3.

Nguyễn Văn Thái
Máy &TB Mỏ K57

7
7


Trường ĐH Mỏ - Địa Chất
Sơ đồ cung cấp khí nén công ty

1400

1089

1089
750

750

626

1400

Hình 1-4 . Sơ đồ cung cấp khí nén công ty.
1.4 Hệ thống cung cấp điện cao áp của công ty
Nguồn cung cấp chính:
Việc cung cấp điện của công ty than Mạo Khê do phân xưởng điện quản lý,
phân xưởng này có trách nhiệm theo dõi và vận hành trạm biến áp trung gian 35/6kV
Mạo Khê.
Nguồn điện 35 kV cấp điện cho trạm biến áp 35/6 kV của mỏ được lấy từ nhà
máy nhiệt điện Uông Bí. Điện năng được dẫn bằng hai tuyến dây 374 và 376 độc lập
với nhau, dùng dây nhôm lõi thép AC-95 dài 19km. Hai tuyến dây này có nhiệm vụ
đảm bảo cung cấp điện liên tục cho mỏ, khi bình thường cũng như sửa chữa hay khi có
sự cố.
Trường hợp cả hai tuyến dây đều bị sự cố thì máy phát dự phòng được tự động
đưa vào làm việc cung cấp điện cho quạt gió và bơm nước của mỏ. Ngoài ra khi có sự
cố ở nhà máy nhiệt điện Uông Bí thì lấy điện từ Đông Anh hoặc từ nhà máy nhiệt điện
Phả Lại cấp ngược lại về nhà máy nhiệt điện Uông Bí cấp cho trạm 35/6kV của mỏ tạo
thành mạch vòng khép kín.

Nguyễn Văn Thái
Máy &TB Mỏ K57

8
8

626

1.3

Đồ án tốt nghiệp


Trường ĐH Mỏ - Địa Chất

Đồ án tốt nghiệp

Để bảo vệ cho trạm khi có sét đánh gián tiếp dùng dây AC-35 với chiều dài
1,5km và kết hợp chống sét ống lắp trên thanh cái trạm biến áp 35/6kV.
Hai tuyến dây 374 và 376 được vận hành song song cấp cho hệ thống thanh cái
35kV qua máy cắt đường dây trên không là 374 MK và 376 MK.
Hệ thống thanh cái 35kV bao gồm hai phân đoạn: Phân đoạn I-35kV và phân
đoạn II-35kV, giữa hai phân đoạn có liên hệ với nhau qua máy cắt phân đoạn 300, phía
sau thanh cái được nối với máy biến áp chính của trạm.
Sơ đồ nguyên lý của trạm biến áp chính được cho trên hình 1-5:

Nguyễn Văn Thái
Máy &TB Mỏ K57

9
9


Trường ĐH Mỏ - Địa Chất

Đồ án tốt nghiệp

Hình
1-5. Sơ

đồ
nguyên
lý trạm
biến
áp
chính
35/6kV

Nguyễn Văn Thái
Máy &TB Mỏ K57

10
10


Trường ĐH Mỏ - Địa Chất

Đồ án tốt nghiệp

1.5 Đặc điểm về thiết bị, sử dụng và quản lý thiết bị trong công tác tuyển khoáng
T

Tên thiết bị

A
1

Máy khai thác
Máy khoan
Máy khoan

Máy khoan
Máy xúc
Máy xúc lật (nâng)
Máy xúc đào
Máy gạt
Máy gạt
Máy gạt
Phương tiện vận tải
Xe trung xa
Xe tải 21
Xe tải 14
Xe tải 7,5
Xe tải 10,4
Xe téc 7000 l
Xe tải 21
Xe con
Xe 4 chỗ
Xe 7 chỗ
Xe 12 chỗ
Xe cứu thương
Xe phục vụ tiếp phẩm
Xe 16 chỗ
Xe ca
Thiết bị sàng tuyển
Hệ thống sàng rung
Thiết bị hầm lò
Hệ thống băng tải
Hệ thống máng cào
Đầu tàu điện
Toa goòng

2
3
B
1

2

3
C
D
1
2
3
4

Mã hiệu

TAMROKC-F7
FURUKAWA
KAWASAKI
CAT-330 CL
KOMATSU D-85A
CAT-DR7
SCANIA
DAEWOO
KAMAZ
KPAZ
DÒNGENG
UD

NISSAN
FORD
MERCEDES
UAZ
KIA
TOYOTA
TRANSINCO
Đông hà

Số
lượng
12
02
01
01
07
03
04
03
02
01
65
45
05
09
05
30
02
03

Nước sản xuất

01
02
01
01
01
01
04
03
03
68
03
03
04
56

Nhật Bản
Mỹ
Đức
Nga
Hàn Quốc
Nhật Bản
Việt Nam

Thụy Điển
Nhật Bản
Nhật Bản
Nhật Bản
Mỹ

Thụy Điển
Hàn Quốc
Nga
Nga,Việt
Trung Quốc
Nhật Bản

Việt Nam
Trung Quốc
Việt Nam
Trung Quốc
Việt Nam

CHƯƠNG 2
SƠ ĐỒ HỆ THỐNG CÔNG NGHỆ KHAI THÁC, VẬN TẢI, CHỐNG LÒ VÀ
CUNG CẤP KHÍ NÉN

Nguyễn Văn Thái
Máy &TB Mỏ K57

11
11


Trường ĐH Mỏ - Địa Chất

Đồ án tốt nghiệp

2.1 Sơ đồ hệ thống công nghệ khai thác, vận tải, chống lò và cung cấp khí nén

Than lò trợ

Máng trượt

Máng cào

Tàu điện ác
quy

Nhà sàng

Băng tải

Hộp chứ
bunke

Hình 2.1 Sơ đồ vận tải than
2.2 Vai trò của máy nén khí
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. 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 và
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: trong các nhà máy xí nghiệp, trong những ngành
công nghiệp nhẹ cũng như công nghiệp nặng : xây dựng, trong các xí nghiệp công
nghiệp như máy khoan dùng khí nén, bủa khí nén, thiết bị phun cát, luyện kim, hoá
chất, cơ khí xây dựng, giao thông vận tải v.v…
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.

Nguyễn Văn Thái
Máy &TB Mỏ K57

12
12


Trường ĐH Mỏ - Địa Chất

Đồ án tốt nghiệp

Với đặc điểm là có tính đàn hồi, trong suốt, không độc hại, khó bén lửa, không bị
lắng đọng, khả năng quá tải lớn của động cơ khí, độ tin cậy khá cao, ít trục trặc kỹ
thuật nên khí nén được lựa chọn là năng lượng thích hợp trong lĩnh vực khai thác
khoáng sản nói chung và khai thác than nói riêng.
2.3 Các loại MNk đang sử dụng, đặc điểm
2.3.1 Máy nén khí trục vít (Screw air compressor)
Máy nén khí sử dụng chuyển động tròn của trục vít, sử dụng puli được nối vào 2
trục vít ép khí vào trong thể tích nhỏ hơn. Chúng được sử dụng trong các ngành sản
xuất công nghiệp, có thể là loại cố định hoặc di động.
Công suất của máy nén khí laoị này dao động từ 5HP đến 500HP, từ áp suất thấp
cho đến áp suất cao (8,5Mpa).

Máy nén khí trục viét được sử dụng để cấp khí nén cho nhiều loại máy công cụ.
Chúng có thể sử dụng cho những động cơ có bơm tăng áp suất khí nạp như : ôtô hoặc
máy bay...
-MNK trục vít được chia làm 2 loại:
+Máy nén khí trục vít loại có dầu (Oil flood): Máy nén khí làm việc đến áp suất
nhất định được cài đặt sẵn , qua các thiết bị sử lý khí nén như tách dầu sau đó cung cấp
cho các thiết bị và các vị trí sử dụng khí nén không yêu cầu khí sạch (trong khí nén
vẫn còn hàm lượn dầu dù là rất nhỏ). Vì vậy máy nén khí trục vít loại có dầu thường
được sử dụng cung cấp khí nén cho máy công cụ hoặc một số ngành sản xuất không
yêu cầu khí sạch.
+Máy nén khí trục vít loại không dầu (Oil free): ngược lại với loại máy nén khí
trục vít có dầu, khí nén của máy trục vít không dầu được cung cấp bởi máy nén khí là
loại khí sạch (khí nén cung cấp hoàn toan không có dầu). Loại máy nén khí này
thường được sử dụng trong một số ngành như : y tế, chế biến thực phẩm, dược phẩm,
chế tạo linh kiện điện tử và một số ngành khác.
+Ngoài ra máy nén khí trục vít còn được phân loại theo cấu trúc thiết kế : máy
nén khí trục vít đơn và máy nén khí trục vít đôi

Nguyễn Văn Thái
Máy &TB Mỏ K57

13
13


Trường ĐH Mỏ - Địa Chất

Nguyễn Văn Thái
Máy &TB Mỏ K57

Đồ án tốt nghiệp

14
14


Trường ĐH Mỏ - Địa Chất

Đồ án tốt nghiệp

2.3.2 Máy nén khí Pittong (Piston air compressor)
Máy nén khí Piston hay còn gọi là máy nén khí chuyện động tịnh tiến sử dụng
piston điều khiển bằng tay quay. Có thể đặt cố định hoặc di chuyển được, có thể sử
dụng riêng biệt hoặc tổ hợp. Chúng có thể được điều khiển bằng động cơ điện hoặc
động cơ Diesel.
Máy nén khí sử dụng piston tịnh tiến loại nhỏ công suất từ 5HP – 30Hp thường
được sử dụng trong lắp ráp tự động và trong cả nhưng việc không chuyển động liên
tục.
Những máy nén khí loại lớn có thể công suất lến đến 1000Hp được sử dụng trong
những ngành lắp ráp công nghiệp lớn, nhưng chúng thường không được sử dụng nhiều
vì có thể thay thế bằng các máy nén khí chuyển động trong của bánh răng trục vít với
giá thành rẻ hơn.
Áp suất đầu ra có tâm dao động từ thấp đến rất cao (>5000PSI hoặc 25Mpa).
Giống như máy nén khí trục vít, máy nén khí Piston cũng được chia làm 2 loại :Máy
nén khí piston có dầu (Oil flood piston air compressor) và máy nén khí piston không
dầu (Oil free piston air compressor). Ngoài ra máy nén khí piston còn được phân loại
theo áp suất làm việc : Máy nén khí piston thấp áp và máy nén khí piston cao áp.

Nguyễn Văn Thái
Máy &TB Mỏ K57

15
15


Trường ĐH Mỏ - Địa Chất

Đồ án tốt nghiệp

2.3.3 Máy nén khí Đối lưu
Máy nén khí đối lưu sử dụng hệ thống cánh quạt trong rotor để nén dòng lưu khí,
cánh quạt của stator cố định nằm phía dưới của mỗi rotor lại đẩy trực tiếp dòng khí vào
những hệ thống cánh quạt của rotor tiếp theo. Vùng không gian đường đi không khí
ngày càng giảm dần thông qua máy nén khí để tăng sức nén.Máy nén khí theo phương
pháp nén khí đối lưu thường được sử dụng khi cần dòng chuyển động cao, ví dụ như
trong những động cơ turbin lớn. Hầu như chúng được sử dụng nhiều trong một dây
chuyền. Trường hợp tỉ lệ áp suất dưới 4:1, để tăng hiệu quả của quá trình hoạt động
người ta thường sử dụng những điều chỉnh về hình học .
2.3.4 Máy nén khí Ly tâm
Máy nén khí ly tâm sử dụng đũa xoay hình cánh quạt hoặc bánh đẩy để ép khí
vào phần rìa của bánh đẩy làm tăng tốc độ của khí. Bộ phận khuếch tán của máy sẽ
chuyển đổi năng lượng của tốc độ thành áp suất. Máy nén khí ly tâm thường được sử
dụng trong các ngành công nghiệp nặng và trong môi trường làm việc liên tục. Chúng
thường được lắp cố định. Công suất của chúng có thể từ hàng trăm đến hàng nghìn mã
lực, với hệ thống làm việc gồm nhiều mày nén khí ly tâm, chúng có thể tăng áp đầu ra
hơn 1000lbf/i(69Mpa).
Nhiều hệ thống làm tuyết nhận tạo sử dụng loại máy nén khí này. Chúng có thể
sử dụng động cơ đốt trong, bộ nạp hoặc động cơ turbin. Máy nén khí ly tâm được sử
dụng trong một động cơ turbin bằng gas nhỏ hoặc gần giống như tầng khí nén cuối
cùng của động cơ turbin cỡ trung bình.

2.3.5 Máy nén khí dòng hỗn hợp
Máy nén khí dòng hỗn hợp cũng tương tự như máy nén khí ly tâm, nhưng vận tốc
đối xứng lại nối từ rotor. Bộ khuếch tán thường sử dụng để biến đổi dòng khí hỗn
thành dòng khí dối lưu. Máy nén khí dòng hỗn hợp có 1 bộ khuếch tán đường kính nhỏ
hơn của máy nén khí lý tâm tương đương.
2.3.6 Máy nén khí dạng cuộn (Scroll air compressor)
Máy nén khí dạng cuộn hay còn gọi là máy nén khí dạng xoắn ốc gồm 2 phần
xoắn ốc acsimet, một đĩa xoắn ở trạng thái tĩnh, đĩa còn lại quay quanh đĩa xoắn cố
định. Hai đĩa xoắn này được đặt ăn khớp vào nhau tạo thành các túi dạng hình lưỡi

Nguyễn Văn Thái
Máy &TB Mỏ K57

16
16


Trường ĐH Mỏ - Địa Chất

Đồ án tốt nghiệp

liềm, trong quá trình nén, phần xoắn ốc tĩnh được giữ cố định và phần xoắn ốc di động
di chuyển trên trục chuyển động lệch tâm. Khí được dẫn vào khoảng trống do hai lưỡi
xoắn tạo ra, hai đĩa khép dẫn từng nấc và tiến dần vào tâm hình xoắn ốc, thể tích nhỏ
dần tạo ra áp suất lớn, khi đến tâm khí đạt được nén đồng thời và liên tiếp tạo ra sự
liên tục, ổn định, hiệu quả và yên tĩnh trong quá trình hoạt động.
Cũng như máy nén khí trục vít và máy nén khí piston, máy nén khí dạng cuộn
cũng được chia thành hai loại: máy nén khi scroll có dầu và máy nén khí scroll không
dầu.
Đặc điểm nổi bật của máy nén khí scroll là làm việc êm ái hơn so với máy nén

khí piston và trục vít, nhưng do giá thành cao hơn so với các loại máy nén khí piston
và trục vít vào khoảng 45% nên ít được phổ biến hơn.

Nguyễn Văn Thái
Máy &TB Mỏ K57

17
17


Trường ĐH Mỏ - Địa Chất

Đồ án tốt nghiệp
CHƯƠNG 3

THIẾT KẾ MÁY NÉN KHÍ PISTON 4L.20/8
3.1 Tính toán nhiệt động học và các thông số cơ bản của máy nén khí
3.1.1 Sơ đồ và nguyên lý máy ép khí
a. Sơ đồ

Hình 3.1- Sơ đồ nguyên lý cấu tạo máy nén khí Piston 2 cấp kiểu chữ L
1- Trục khuỷu; 2- Thanh truyền; 3- Con trượt; 4- Cán Piston; 5- Piston cấp I;
6- Van hút cấp I; 7- Van đẩy cấp I; 8- Bình làm mát trung gian; 9- Piston cấp II;
10- Van hút cấp II; 11- Van đẩy cấp II; 12- Bình làm mát cuối;
13- Bình chứa khí; 14- Bộ lọc khí hút vào cấp I.
b. Nguyên lý làm việc của máy nén khí
Nguyên lý làm việc của máy như sau: Động cơ điện làm quay trục khuỷu 1 của
máy, nhờ thanh truyền số 2 mà chuyển động quay của trục khuỷuđược biến thành
chuyển động tịnh tiến của con trượt 3 và Piston 5 qua cán Piston 4.Khi Piston chuyển

Nguyễn Văn Thái
Máy &TB Mỏ K57

18
18


Trường ĐH Mỏ - Địa Chất

Đồ án tốt nghiệp

động tịnh tiến, ở một trong hai khoang của xy lanh cấp I sẽ tạo ra chân không làm cho
van hút 6 mở, không khí qua bộ lọc 14 được hút vào xy lanh. Khi Piston chuyển động
ngược lại, van hút đóng, khí trong xy lanh được nén lên đến một áp suất cao đủ để mở
van đẩy, khi đó khí nén được đi qua van đẩy 7 đến bình làm mát trung gian 8. Ở
khoang còn lại của xy lanh cấp I, quá trình hút và nén khí cũng xẩy ra tương tự.
Qua bình làm lạnh trung gian 8, khí nén từ xy lanh cấp I sẽ được làm lạnh rồi đi
vào xy lanh cấp II qua van hút 10; ở đây quá trình hút và nén khí cũng diễn biến tương
tự như cấp I. Từ xy lanh cấp II, khí được nén đến một áp suất yêu cầu qua van đẩy 11
đi đến bình làm lạnh 12, ở đây khí nén được làm mát lần cuối rồi đi đến bình chứa khí
nén số 13 và theo ống dẫn đến nơi tiêu thụ. Ở đáy các bình làm lạnh và bình chứa đều
có các van xả dầu và nước được tách ra từ khí nén khi được làm mát. Như vậy khí nén
sau khi ra khỏi bình chứa để đi tiêu thụ thì đã đạt được áp suất cao theo yêu cầu, đã
được tách dầu và nước ra khỏi khí nén, nhiệt độ thấp bảo đảm an toàn khi sử dụng.
3.1.2 Tính toán phần nhiệt động và xác định các thông số cơ bản của máy ép khí
a. Tính toán phần nhiệt động và xác định các thông số cơ bản của máy ép khí
Các số liệu ban đầu:
1. Thành phần chất khí được nén:
Chất khí được nén là không khí ẩm, là không khí khô và hơi nước, đặc trưng
bằng độ ẩm tương đối ϕ (ϕ=85%) là độ ẩm trung bình hàng năm của mỏ.

2. Điều kiện không khí hút:
- Nhiệt độ khi hút: Lấy bằng nhiệt độ trung bình của khu mỏ:
(T = 25C = 298 K)
-áp suất khi hút: Lấy bằng áp suất khí quyển ở mỏ 1at: p = 1at
3. Áp suất trong ống đẩy:
áp suất trong ống đẩy ở bậc cuối cùng tính theo áp suất dư là 8at, tính theo áp suất
tuyệt đối là 9at, p = 9at.
4. Năng suất của máy ép khí tính đổi về điều kiện hút bậc I:
V = 20 m/ph ± 5%
5. Nhiệt độ chất khí khi ra khỏi bình làm lạnh lần cuối là:
T =35C =308 K

Nguyễn Văn Thái
Máy &TB Mỏ K57

19
19


Trường ĐH Mỏ - Địa Chất

Đồ án tốt nghiệp

6. Nhiệt độ của nước dùng làm lạnh:
T =20C =293 K
b. Xác định số chất khí-số mũ đoạn nhiệt của không khí ẩm
1. Xác định thể tích thành phần của không khí không và hơi nước
Từ bảng nước sôi và hơi nước bão hòa không cho theo nhiệt độ(nhiệt kỹ
thuật),ta xác định được các thông số của không khí cùng với nhiệt độ T =298 K như
sau:

-áp suất riêng phần của hơi nước bão hòa khô:
p = 1,031 bar = 1at
-Trọng lượng riêng của hơi nươc bão hòa :
γ = 0,02304 KG/m
áp suất riêng phần của hơi nước trong không khí ẩm tính theo công thức:
p = p.ϕ = 0,0326.0,85=0,0277at

(3.1)

Thể tích riêng phần của hơi nước trong không khí ẩm tính theo công thức:
r = = = 0,277

(3.2)

Thể tích thành phần của không khí khô:
r = 1- r = 1- 0,0222=0,9723

(3.3)

2. Xác định hằng số chất khí của không khí ẩm
R = = KG.m/kg độ

(3.4)

r và µ là thể tích thành phần thứ i trong hỗn hợp và phân tử lượng của nó,ở đây:
µ : Phân tử lượng của hơi nước ( µ = 18,01)
µ: Phân tử lượng của khí khô ( µ=28,95)

Do đó: R =

848
18,01.0,0277 + 28,950,9723

=30 KG.m/kg độ

3. Xác định số mũ nén đoạn nhiệt của không khí ẩm
khh = 1 +

1

∑k

ri
−1
i

Nguyễn Văn Thái
Máy &TB Mỏ K57

(3.5)

20
20


Trường ĐH Mỏ - Địa Chất

Đồ án tốt nghiệp

k là số mũ nén đoạn nhiệt của thành phần khí thứ i ở tC.

khh = 1 +

1
ri
r
∑ k − 1 + k kk− 1
i
kk

(3.6)

Theo nhiệt kỹ thuật có:
k : số mũ nén đoạn nhiệt của hơi nước ( k = 1,3)
k : số mũ nén đoạn nhiệt của không khí khô( k =1,4)
Do đó:
1+

1
0,277 0,9723
+
1,3 − 1 1,4 − 1

= 1,4

c. Tính toán nhiệt động học máy ép khí
1. Chọn số bậc ép
-Chọn sơ bộ bậc ép trong mỗi bậc
- Tính số bậc ép theo công thức sau:
Z=

lg ε c
lg ε b

(3.7)

εb
Trong đó

εc =

là bậc ép của máy:

pc 9
= =9
p1I 1

(3.8)
Z=

lg 9
=2
lg 3

Do đó:
Ta chọn Z=2
2. Xác định áp suất và bậc ép từng bậc
-Bậc ép từng bậc tính theo công thức:

εb = z εc = 9 = 3
(3.9)

Để đảm bảo điều kiện làm lạnh được tốt thường lấy bậc ép đầu nhỏ hơn một chút:

Nguyễn Văn Thái
Máy &TB Mỏ K57

21
21


Trường ĐH Mỏ - Địa Chất

Đồ án tốt nghiệp

ε I = (0,9 − 0,95)ε b
ε I = 0,9; ε b = 0,9.3 = 2,7
Ta chọn

ε II =
Vậy

εc
9
=
= 3,3
ε I 2, 7

áp suất trong các bậc ép của chất khí ở quá trình lý thuyết:

p2i = ε i. p1i
+áp suất đẩy ở bậc thứ i:

+áp suất hút ở bậc thứ i+1:
Ta có:

p1( i +1) = p2 i

p =1at

p2 I = ε1. p1I = 2,7.1 = 2,7 at
Vậy
p1II = p2 I = 2, 7 at
p1II = pc = 9at

Bảng 3.1
Bậc

εb

p1i at

p2i at

I
II

2,7
3,3

1
2,7

2,7
9

3. Xác định tổn thất áp suất ở các bậc trong quá trình công tác thực tế
-Tổn thất áp suất khi hút ở các bậc tính theo công thức:

∆p1i = β1i . p1i
(3.10)
Trong đó:

p là áp suất hút ở bậc thứ i trong quá trình lý thuyết,at

β1i
là trị số tổn thất tương đối khi hút ở bậc thứ i, tinh theo công thức:
β1i = 0,8i −1.β1I

β1I
Với

là trị số tổn thất tương đối khi hút ở bậc i, thường chọn

Nguyễn Văn Thái
Máy &TB Mỏ K57

22
22


Trường ĐH Mỏ - Địa Chất

β1I = 0,05 ÷ 0,1

Đồ án tốt nghiệp

β1I
(chọn

=0,05)

β1II = 0,8.0,05 = 0,04
∆p1I = β1I . p1I = 0,05.1 = 0, 05at
∆p1II = β1II . p1II = 0,04.2,7 = 0,108at

Vậy

-Tổn thất áp suất khi đẩy tính theo công thức:
∆p2 i = (0,15 ÷ 0, 2) p2 i 0,7

(3.11)

p2i
Trong đó:

là áp suất đẩy trong quá trình lý thuyết,chọn trị số trung bình:

∆p2i = 0,18. p2i 0,7 ( p2 I 0,7 = 2, 70,7 = 2, 004; p2 II 0,7 = 90,7 = 4, 654)

Các kết quả ghi trong bảng 3.2

Nguyễn Văn Thái

Máy &TB Mỏ K57

23
23

(3.12)


Trường ĐH Mỏ - Địa Chất

Đồ án tốt nghiệp
Bảng 3.2

Bậc

β1i

∆p1i at

I
II

0,05
0,04

0,05
0,108

2,004
4,654

∆p2i at

β 2i =

0,36
0,549

0,133
0,061

∆p2i
p2i

4. Xác định áp suất tính toán và bậc ép ở các bậc trong quá trình công tác thực tế
-áp suất tính toán trung bình khi hút xác định theo công thức:

px1i = p1i − ∆p1i
(3.13)
px1I = p1I − ∆p1I = 1 − 0, 05 = 0,95at
px1II = p1II − ∆p1II = 2, 7 − 0,108 = 2,592at

Có:

-áp suất tính toán trung bình khi đẩy:

px 2i = p2i − ∆p2i
(3.14)

px 2 I = p2 I − ∆p2 I = 2,7 − 0,36 = 3,06at

Có:

px 2 II = p2 II − ∆p2 II = 9 − 0,549 = 9,5492at
-Bậc ép thực tế trong mỗi bậc:

ε xi =

Có:

px 2i
px1i

(3.16)
ε xI =

px 2 I 3,06
=
= 3, 22
px1I 0,95

ε xII =

px 2 II 9,549
=
= 3,68
px1II 2,592

Các kết quả được ghi trong bảng 3.3
Bảng 3.3
Bậc

px1i at

px 2i at

ε xi

I

0,95

3,06

3,22

Nguyễn Văn Thái
Máy &TB Mỏ K57

24
24


Trường ĐH Mỏ - Địa Chất
II

Nguyễn Văn Thái
Máy &TB Mỏ K57

Đồ án tốt nghiệp

2,592

9,549

25
25

3,68