Nghiên cứu, tính toán thiết kế Máy nén khí piston loại 4L 208 của hệ thống cung cấp khí nén cho các thiết bị dùng khí của Công ty than 86 –Tcty Đông Bắc

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

Nguyễn Văn Thái
Máy &TB Mỏ K57

1
1


Trường ĐH Mỏ - Địa Chất

Đồ án tốt nghiệp

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.

Sau thời gian học tập đi thực tập tại công ty than 86 – Tcty Đông Bắc 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 86 –
Tcty Đông Bắc.
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 Trần Ngọc Minh đã giúp đỡ em
hoàn thành đồ án này.
Hà Nội, Tháng 6 năm 2015
Sinh viên
Nguyễn Văn Tuấn
CHƯƠNG I
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG TY THAN 86
1.1 Vị trí địa lý – Địa hình
Công ty TNHH một thành viên 86 (gọi tắt là Công ty than 86) là doanh nghiệp
Quân đội trực thuộc Tổng công ty Đông Bắc – Bộ Quốc Phòng. Công ty có trụ sở
chính tại Khu 1 – Phường Quang Hanh – Thành Phố Cẩm Phả - Tỉnh Quảng Ninh.
Tiền thân Công ty than 86 là một đơn vị do phòng Kinh tế binh chủng Pháo binh
quản lý có nhiệm vụ khai thác than cho ngành Hậu cần Quân đội.

Nguyễn Văn Thái
Máy &TB Mỏ K57

2
2

Trường ĐH Mỏ - Địa Chất

Đồ án tốt nghiệp

Ngày 10/11/1986, Xí nghiệp khai thác than 86 được thành lập theo quyết định số
1359/QĐ-QP của Bộ trưởng Bộ Quốc phòng, giấy phép khai thác mỏ số 2771/V3 ngày
21/6/1986 do Chủ tịch Hội đồng Bộ trưởng Đỗ Mười ký.
Năm 1995 thực hiện chỉ thị 381/CT-TTg và quyết định số 382/QĐ-TTg của Thủ
tướng Chính phủ về lập lại trật tự khai thác than, Xí nghiệp khai thác than 86 được
điều động về trực thuộc Công ty Đông Bắc – Bộ Quốc phòng với hai nhiệm vụ chính
là sản xuất, chế biên kinh doanh than và huấn luyện quân dự bị động viên thuộc Lữ
đoàn dự bị động viên 596 của Bộ Quốc phòng trên vùng Đông Bắc của Tổ Quốc.
Cùng với sự phát triển của Tổng Công ty than Việt Nam là Tập đoàn công nghiệp
Than-Khoáng sản Việt Nam (Vinacomin) và Công ty Đông Bắc (nay là Tổng Công ty
Đông Bắc), Xí nghiệp khai thác than 86 được chuyển đổi thành Công ty TNHH một
thành viên 86 thực thuộc Tổng Công ty Đông Bắc theo quyết định số 222/2006/QĐBQP ngày 30/1/2006 do Bộ trưởng Bộ Quốc phòng– Đại tướng Phùng Quang Thanh
ký.
Ngày 24/01/2007 Bà Ngô Thị Hoài Thanh – Phó trưởng phòng Đăng ký kinh
doanh Sở Kế hoạch và Đầu tư Quảng Ninh ký Giấy chứng nhận đăng ký kinh doanh số
2204000059 cho Công ty 86, vốn điều lệ là 30 tỷ VNĐ.
Từ khi thành lập năm 1986, tổng số Sĩ quan, Quân nhân chuyên nghiệp, công
nhân viên chức và lao động quốc phòng chỉ có 78 người. Trong suốt 25 năm xây dựng
và trưởng thành, trải qua nhiều khó khăn thử thách, được sự quan tâm của các cấp lãnh
đạo, sự ủng hộ của chính quyền và nhân dân nơi đơn vị đóng quân, Công ty luôn luôn
hoàn thành nhiệm vụ cấp trên giao, doanh thu năm sau cao hơn năm trước, làm tròn
nghĩa vụ nộp ngân sách cho Nhà nước, đảm bảo thu nhập, đời sống cho cán bộ chiến
sỹ và Người lao động toàn Công ty.
Về con người, đến nay Công ty có đủ đội ngũ cán bộ chỉ huy, cán bộ kỹ thuẩt

đảm đương được nhiệm vụ và khai thác tài nguyên. Số cán bộ công nhân viên của
Công ty đã được biên chế tinh gọn, phù hợp với tình hình nhiệm vụ của Công ty nhằm
đạt hiệu quả kinh tế cao. Đến năm 2010 tổng số cán bộ, chiến sỹ, người lao động của
Công ty là 1055 người, với trang thiết bị hiện đại đáp ứng được yêu cầu nhiệm vụ sản
xuất kinh doanh ngày càng cao.

Nguyễn Văn Thái
Máy &TB Mỏ K57

3
3


Trường ĐH Mỏ - Địa Chất

Đồ án tốt nghiệp

Công ty 86 được Tổng Công ty Đông Bắc đánh giá là một trong những Công ty
tiềm năng, có đội ngũ CBCNV nhiệt tình, có trình độ chuyên môn và tay nghề vững,
được quan tâm đầu tư nhiều máy móc thiết bị công nghệ hiện đại. Công ty sản xuất
kinh doanh ổn định, đem lại thu nhập khá ổn định cho người lao động.
1.2 Chức năng, nhiệm vụ và tình hình sản xuất của Công ty.
1.2.1 Chức năng và nhiệm vụ của Công ty
a. Chức năng :
-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 86 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
-Công ty sản xuất các loại than nguyên khai sau đó đưa về sân công nghiệp chế
biến ra các loại than :
*Than TCVN:
+ Than cục xô

có độ tro = 10% max, cỡ hạt 1535 mm

+Than cám 2

có độ tro = 8,110%, cỡ hạt 0 14 mm

+Than cám 3

có độ tro = 10,118%, cỡ hạt 0 15 mm

+Than cám 4

có độ tro = 1826%, cỡ hạt 0 15 mm

+Than cám 5

có độ tro = 10,118%, cỡ hạt 0 15 mm

+Than cám 6

có độ tro = 1826%, cỡ hạt 0 15 mm

*Than TCCS:
+Cục xô 1A

có độ tro = 10%, cỡ hạt + 25 mm

+Cục xô 1B

có độ tro = 10%, cỡ hạt + 25 mm

+Cục xô 1C

có độ tro = 10%, cỡ hạt + 25 mm

Nguyễn Văn Thái
Máy &TB Mỏ K57

4
4


Trường ĐH Mỏ - Địa Chất

Đồ án tốt nghiệp

+Phôi cục 5

có độ tro TB = 14%, cỡ hạt 015 mm

+Phôi cục 4

có độ tro TB = 14%, cỡ hạt 618 mm

-Công nghệ sản xuất của Công ty hiện tại gồm Khai thác lộ thiên và Khai thác hầm
lò

Nguyễn Văn Thái
Máy &TB Mỏ K57

5
5


Trường ĐH Mỏ - Địa Chất

Đồ án tốt nghiệp

1.3 Tổ chức quản lý và điều hành sản xuất của Công ty
1.3.1 Tổ chức quản lý

Hình 1.1 Sơ đồ cơ cấu tổ chức bộ máy quản lý của Công ty 86

Nguyễn Văn Thái
Máy &TB Mỏ K57

6
6


Trường ĐH Mỏ - Địa Chất

Đồ án tốt nghiệp

1.3.2 Điều hành sản xuất
+ Giám đốc công ty :
-Chủ tịch HĐQT kiêm giám đốc điều hành : chịu trách nhiệm pháp nhân trước
Nhà nước và Bộ Quốc Phòng, Tập đoàn công nghiệp Than – Khoáng sản Việt Nam
trong quá trình hoạt động của Công ty. Là người đứng đầu Công ty có nhiệm vụ điều
hành mọi hoạt động SXKD của Công ty.
+ Các Phó Giám đốc công ty :
-

Phó Giám đốc kỹ thuật an toàn : Phụ trách khâu kỹ thuật khai thác, trực tiếp chỉ
đạo điều hành hoạt động của phòng Kỹ thuật sản xuất, phòng An toàn lao động,

-

phòng Cơ điện – Vật tư _ Vận tải
Phó Giám đốc kinh tế : Phụ trách về hoạt động sản xuất và tiêu thụ sản phẩm
của Công ty, trực tiếp chỉ đạo điều hành hoạt động của phòng kế hoạch kinh
doanh-Đầu tư XDCB, phòng Tổ chức lao động - Đào tạo, phòng Kế toán - Tài

-

chính.
Phó Giám đốc chính trị Bí thư Đảng ủy : Phụ trách công tác Đảng, công tác
chính trị của Công ty, trực tiếp chỉ đạo điều hành hoạt động của Văn phòng,
phòng Chính trị
+ Kế toán trưởng :
Giúp giám đốc phụ trách công tác tài chính và hạch toán kinh tế trong toàn công

ty, trực tiếp phụ trách phòng kế toán tài chính thống kê và phòng vật tư.
+ Các phòng nghiệp vụ :
-Phòng kế toán tài chính : Tổ chức công tác kế toán, công tác thống kê và bộ máy
kế toán thống kê phù hợp với quy định của nhà nước, Tổng Công ty và mô hình tổ
chức quản lý của Công ty. Bộ máy kế toán thông kê phải gọn nhẹ, đủ năng lực và trình
độ nghiệp vụ để hoàn thành mọi nhiệm vụ được giao. Lập kế hoạc tài chính trong năm,
có kế hoạc vay, đầu tư kịp thời cho sản xuất, tổ chứ ghi chép hạch toán, thanh quyết
toán kịp thời. Lập báo cáo tài chính theo dõi chế độ mệnh lệnh kế toán.
-Phòng kế hoạch kinh doanh – đầu tư xây dựng cơ bản: Tham mưu giúp cho lãnh
đạo Công ty về công tác kế hoạch dài hạn và ngắn hạn, kế hoạch giá thành, kế hoạch
tiêu thụ sản phẩm, công tác sản xuất kinh doanh của Công ty. Chủ trị công tác đầu tư

Nguyễn Văn Thái
Máy &TB Mỏ K57

7
7


Trường ĐH Mỏ - Địa Chất

Đồ án tốt nghiệp

mua sắm các trang thiết bị phục vụ cho sản xuất, đôn đốc-phối hợp các phòng cơ quan
thực hiện.
-Phòng kỹ thuật sản xuất: Lập kế hoạch khai thác, tiến độ thời gian, chỉ đạo kỹ
thuật trong khai thác, theo thiết kế, hộ chiếu. Theo dõi quản lý kế hoạch khai thác tài
nguyên, quản lý ranh giới mỏ.
-Phòng an toàn lao động: Tổ chức huấn luyện, học tập các nội quy, quy định về

công tác an toàn cho cán bộ chiến sỹ, xây dựng kế hoạch phòng chống sự cố mất an
toàn có thể xảy ra. Thường xuyên kiểm tra công tác an toàn lao động ở các vị trí làm
việc trong Công ty.
-Phòng Cơ điện-Vật tư-Vận tải (Phòng CVT): Tìm kiếm khai thác thị trường,
mua sắm vật tư thiết bị phụ tùng, cung cấp kịp thời các thiết bị, nguyên vật liệu cho
sản xuất, quản lý các thiết bị của đơn vị. Chỉ đạo công tác sửa chữa phục hồi các thiết
bị phương tiện đảm bảo cho sản xuất.
-Phòng Tổ chức lao động đào tạo: Tổ chức lực lượng lao động để phù hợp với
năng lực sản xuất và đáp ứng nhu cầu nhiệm vụ của cơ quan nghiệp vụ. Lập và xây
dựng đơn giá tiền lương cho các loại công việc theo cơ chế khoán nội bộ cho từng
công đoạn sản xuất. Có kế hoạch hàng năm bồi dưỡng nâng cao tay nghề bậc thợ cho
đội ngũ công nhân lao động. Giải quyết các chế độ chính sách cho CBCNV khi đang
công tác và nghỉ chế độ.
-Phòng Chính trị : Tổ chứ triển khai thực hiện các Chỉ thị nghị quyết của Đảng,
nắm vững tình hình diến biến tư tưởng cán bộ, công nhân viên toàn đơn vị, phụ trách
công tác thi đua và công tác Đoàn thể của đơn vị.
-Văn phòng: Quản lý cơ sở vật chất trang thiết bị văn phòng, phục vụ hành chính,
công tác hậu cần, công tác y tế, tổ chứ các hội nghị, học tập trong Công ty. Lưu trữ cấp
phát tài liệu công văn giấy tờ...

Nguyễn Văn Thái
Máy &TB Mỏ K57

8
8


Trường ĐH Mỏ - Địa Chất

Đồ án tốt nghiệp

1.4 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
Máy xúc đá lật hông

2
3
B
1

2

3
C
D
1
2
3
4
5

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

ZCY-60
CHƯƠNG 2

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
02

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

Trung Quốc

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

Nguyễn Văn Thái
Máy &TB Mỏ K57

9
9


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
S¥ § å c ung c Êp k hÝnÐn

Ng· 4 V10

è ng nhùa Φ 75

Ng· 4 V9
èng nhùa Φ 75

èng nhùa Φ 75

Ng· 4 V8

t r ¹ m k hÝ
nÐn

LN4

LN5
è ng nhùa Φ 42 ,
L=170m

LN1

B¬m h¬i rèn

giÕng

M¸y giÆ
t

Hình 2.2 Sơ đồ cung cấp khí nén

Nguyễn Văn Thái
Máy &TB Mỏ K57

10
10

L15


Trường ĐH Mỏ - Địa Chất

Đồ án tốt nghiệp

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.
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.

Nguyễn Văn Thái
Máy &TB Mỏ K57

11
11


Trường ĐH Mỏ - Địa Chất

Đồ án tốt nghiệp

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

12
12


Trường ĐH Mỏ - Địa Chất

Nguyễn Văn Thái
Máy &TB Mỏ K57

Đồ án tốt nghiệp

13
13


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

14
14


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

15
15


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

16
16


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

17
17


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

18
18


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)

19
19


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

20
20


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

21
21

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

22
22

(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

23
23


Trường ĐH Mỏ - Địa Chất
II

Nguyễn Văn Thái
Máy &TB Mỏ K57

Đồ án tốt nghiệp

2,592

9,549

24
24

3,68


Trường ĐH Mỏ - Địa Chất

Đồ án tốt nghiệp

5. Xác định số mũ nén và dãn nở đa biến tương đương
Đối với máy nén khí piston làm việc bình thường,vách xilanh và nắp được làm mát

εx = 3÷ 6
bằng nước lưu chuyển khi

thì số mũ nén đa biến tương ở bậc I tính theo

nnI = (0,92 ÷ 0,98)khh
công thức:

.

khh
Trong đó

khh
là số mũ nén đoạn nhiệt của không khí ẩm(đã xác định ở phần trên

=1,4),khi vách xilanh được làm mát tốt ta chọn chỉ số nhỏ.

nnI = 0,92.khh = 0,92.1, 4 = 1, 29
Ở các bậc sau số mũ nén đa biến tăng dần do sự truyền nhiệt ở các bậc bị giảm,trong
khi nhiệt lượng thoát ra từ chất khí trong quá trình coi như không đổi.Trị số mũ đa
biến có thể tính theo công thức gần đúng :
nni = nnI + 0, 015

Do đó:

nnII = nnI + 0,015.1, 4 = 1, 29 + 0,015.1, 4 = 1,31

-Số mũ giãn nở tương đương tính theo công thức:

ndi = (0,94 ÷ 0,98).nni
Do việc làm lạnh tốt,ta lấy trị số nhỏ:
ndi = 0, 94.nni
ndI = 0,94.nnI .1, 29 = 1, 21

Có:

n dII = 0, 94.nnII .0,94.1, 31 = 1.23

Kết quả được ghi trong bảng 3.4

Bảng 3.4
Bậc

nni

ndi

I

1,29

1,21

Nguyễn Văn Thái
Máy &TB Mỏ K57

25
25