Đồ án tốt nghiệp Khảo sát máy nén khí piston tại phòng thí nghiệm máy nén

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP



ĐỀ TÀI:

KHẢO SÁT MÁY NÉN KH Í PISTON TẠI PHÒNG
THÍ NGHIỆM MÁY NÉN


















Đà Nẵng – 2010


NHIỆM VỤ
THIẾT KẾ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

1.Tên đề tài:
KHẢO SÁT MÁY NÉN KHÍ PISTON TẠI PHÒNG THÍ NGHIỆM MÁY NÉN.
2.Các số liệu ban đầu:
Các số liệu lấy từ mô hình máy nén piston FUSHENG TA80 tại phòng thí nghiệm máy nén.
3.Nội dung các phần thuyết minh:
- Mục đích - ý nghĩa của đề tài.
- Đặc điểm máy nén khí và thiết bị xử lý khí nén.
- Khảo sát máy nén khí piston TA80 tại phòng thí nghiệm máy nén.
- Tính toán các thông số kỹ thuật của máy nén FUSHENG TA80.
+ Các quá trình cơ bản của máy nén.
+ Lưu lượng của máy nén TA80.
+ Công và công suất lý thuyết của máy nén TA80.
+ Tỷ số nén cho phép.
+ Tính toán làm mát.
+ Tính lực tác dụng lên piston và xylanh.
- Cách lắp đặt, vận hành, tháo lắp và sửa chữa máy nén khí TA80.
- Sự cố thường gặp của máy nén khí TA80 và cách phòng tránh.
4. Các bản vẽ.
Bản vẽ 1: Đồ thị các quá trình làm việ
c của máy nén khí (A3)
Bản vẽ 2: Van tiết lưu. (A3)
Bản vẽ 3: Van điều chỉnh áp suất (A3)
Bản vẽ 4: Van an toàn. (A3)
Bản vẽ 5: Piston. (A3)
Bản vẽ 6: Thanh truyền. (A3)

MỤC LỤC
Lời nói đầu 6
1. Mục đích ý nghĩa của đề tài. 7
1.1. Mục đích, ý nghĩa. 7
1.2. Khả năng ứng dụng. 7
2. Đặc điểm máy nén khí và thiết bị xử lý khí nén. 10
2.1. Giới thiệu phòng thí nghiệm máy nén. 11
2.2. Tổng quan về máy nén khí. 11
2.2.1. Ưu nhược điểm của hệ thống truyền động bằng khí nén. 11
2.2.2. Cơ sở tính toán khí nén. 12
2.2.3. Phạm vi ứng dụng của máy nén trong công nghiệp. . Error! Bookmark not
defined.

2.2.4. Nguyên lý hoạt động chung và phân loại máy nén. Error! Bookmark not
defined.

2.2.5. Các thiết bị xử lý. Error! Bookmark not defined.
2.2.6. Các thiết bị phân phối . Error! Bookmark not defined.
2.2.7. Các thiết bị trong hệ thống điều khiển bằng khí nén. Error! Bookmark not
defined.

3. Khảo sát máy nén khí piston T80 tại phòng thí nghiệm máy nén.Error! Bookmark
not defined.

3.1. Giới thiệu chung. Error! Bookmark not defined.
3.1.1. Phạm vi sử dụng của máy nén khí piston FUSHENG TA80.Error! Bookmark
not defined.

3.1.2. Nguyên lý làm việc của máy nén khí piston FUSHENG TA80.Error! Bookmark
not defined.

3.1.3. Thông số kỹ thuật của máy nén FUSHENG TA80. Error! Bookmark not
defined.

3.2. Các chi tiết thuộc máy nén TA80. Error! Bookmark not defined.
3.2.1. Thân máy. Error! Bookmark not defined.
3.2.2. Trục khuỷu. Error! Bookmark not defined.
3.2.3. Thanh truyền. Error! Bookmark not defined.
3.2.4. Xylanh. Error! Bookmark not defined.
3.2.5. Van nạp và van xả (van khí). Error! Bookmark not defined.
3.2.6. Hệ thống làm mát. Error! Bookmark not defined.
3.2.7. Hệ thống bôi trơn. Error! Bookmark not defined.
3.2.8. Hệ thống điều chỉnh lưu lượng. Error! Bookmark not defined.
3.2.9. Hệ thống điều chỉnh áp suất . Error! Bookmark not defined.
4. Tính toán các thông số kỹ thuật của máy nén TA80.Error! Bookmark not defined.
4.1. Các quá trình cơ bản của máy nén TA80. Error! Bookmark not defined.
4.1.1. Quá trình lý thuyết. Error! Bookmark not defined.
4.1.2. Quá trình thực. Error! Bookmark not defined.
4.2. Lưu lượng của máy nén TA80. Error! Bookmark not defined.
4.3. Công và công suất lý thuyết của máy nén TA80.Error! Bookmark not defined.
4.4. Tỷ số nén cho phép. Error! Bookmark not defined.
4.5. Tính toán làm mát cho máy nén piston TA80. Error! Bookmark not defined.
4.5.1. Lưu lượng của không khí làm mát. Error! Bookmark not defined.
4.5.2. Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của thiết bị làm mát. Error! Bookmark not

defined.

4.6. Tính lực tác dụng lên piston và xylanh: Error! Bookmark not defined.
5. Cách lắp đặt, vận hành, tháo lắp và sửa chữa máy nén khí TA80.Error! Bookmark
not defined.

5.1. Cách lắp đặt. Error! Bookmark not defined.
5.1.1. Công tác chuẩn bị trước khi lắp đặt. Error! Bookmark not defined.
5.1.2. Lắp đặt thân máy. Error! Bookmark not defined.
5.1.3. Lắp đặt động cơ Error! Bookmark not defined.
5.1.4. Lắp đặt thanh truyền vào piston . Error! Bookmark not defined.
5.1.5. Lắp đặt thanh truyền vào trục khuỷu. Error! Bookmark not defined.
5.1.6. Lắp đặt ống nối trung gian và xylanh. Error! Bookmark not defined.
5.1.7. Giá trị sai số cơ cấu khi lắp đặt (mm). Error! Bookmark not defined.
5.1.8. Chú ý khi lắp đặt thiết bị thuộc máy nén khí và đường ống.Error! Bookmark
not defined.

5.2. Vận hành máy nén TA80. Error! Bookmark not defined.
5.2.1. Vận hành không tải. Error! Bookmark not defined.
5.2.2. Thổi sạch máy nén khí, máy phụ trợ và hệ thống đường ống dẫn khí.Error!
Bookmark not defined.

5.2.3.Chạy thử có tải . Error! Bookmark not defined.
5.2.4. Dừng máy nén khí. Error! Bookmark not defined.
5.2.5. Duy tu máy nén khí khi vận hành. Error! Bookmark not defined.
5.3. Tháo và lắp máy nén khí. Error! Bookmark not defined.
5.3.1. Những điều cần biết khi tháo. Error! Bookmark not defined.
5.3.2. Trình tự tháo. Error! Bookmark not defined.
5.3.3. Những chú ý khi lắp ghép. Error! Bookmark not defined.
5.4. Sửa chữa các chi tiết chủ yếu của máy nén khí.Error! Bookmark not defined.

5.4.1. Sửa chữa khối xylanh. Error! Bookmark not defined.
5.4.2. Sửa chữa piston. Error! Bookmark not defined.
5.4.3. Thay xécmăng. Error! Bookmark not defined.
5.4.4. Sửa chữa thanh truyền. Error! Bookmark not defined.
5.4.5. Sửa chữa trục khuỷu. Error! Bookmark not defined.
6. Sự cố thường gặp của máy nén khí TA80 và cách phòng tránh.Error! Bookmark
not defined.

6.1. Các bề mặt làm việc bị đốt nóng. Error! Bookmark not defined.
6.2. Yêu cầu an toàn khi sử dụng máy nén. Error! Bookmark not defined.
Tài liệu tham khảo Error! Bookmark not defined.


















Lời nói đầu

Nước ta là một nước đang phát triển, cùng với sự phát triển nền kinh tế thị trường
đang hòa nhập với nền kinh tế thế giới, ngành công nghiệp đang thay đổi một cách nhanh
chóng và là một trong những ngành chủ đạo trong mục tiêu đưa đất nước trở thành một
nước công nghiệp hoá hiện đại hoá trong tương lai.
Công nghệ khí nén được sử dụng rộng rãi trong tất cả các ngành của nền kinh tế
qu
ốc dân: luyện kim; hoá chất; cơ khí; xây dựng; giao thông vận tải v.v.
Để đáp ứng khí nén cho tất cả các ngành kinh tế thì ngành chế tạo máy nén khí ra
đời và phát triển rất nhanh. Do đó khảo sát máy nén khí piston TA80 tại phòng thí
nghiệm máy nén chính là đề tài mà em chọn làm đồ án tốt nghiệp đại học.
Em xin cảm ơn nhà trường cùng khoa Cơ Khí Giao Thông đã tạo điều kiện tốt
nhất trong quá trình học tập của em, em xin cảm ơn sự hướng dẫn nhiệt tình và chu đáo
của cô giáo Phạm Thị Kim Loan và sự giúp đỡ của các thầy cô trong khoa Cơ Khí Giao
Thông trong quá trình làm đồ án tốt nghiêp.
Trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp, ngoài việc vận dụng kiến thức đã học ở nhà
trường, kiến thức trong quá trình thực tập tố
t nghiệp và các tài liệu liên quan chắc chắn
trong đồ án còn nhiều thiếu sót em mong được sự góp ý và giúp đỡ thêm của quý thầy cô.


Đà Nẵng, ngày… tháng….năm 2010
Sinh viên thực hiện



Hồ Mạnh Cường

1. Mục đích ý nghĩa của đề tài.
1.1. Mục đích, ý nghĩa.
Khảo sát máy nén khí nhằm mục đích tính toán kiểm nghiệm lại các thông số của
máy nén, tìm hiểu nguyên lý làm việc, kết cấu của máy, cách vận hành lắp đặt, bảo quản
và xử lý sự cố của máy nén. Ngoài ra còn tiếp cận với các ứng dụng và công nghệ sử
dụng khí nén.
Hiện nay đất nước đang phát tri
ển mạnh mẽ, đang từng bước chuyển mình và
tương lai sẽ trở thành một nước công nghiệp phát triển. Do vậy ngành công nghiệp là
ngành chủ đạo cho một nước phát triển. Để phục vụ cho phát triển công nghiệp thì các
ngành phụ trợ cũng phát triển không ngừng. Sản xuất máy nén khí là một trong số các
ngành phụ trợ đó. Máy nén khí được dùng rất phổ biến trong các nhà máy xí nghiệp,
trong những ngành công nghiệp nhẹ cũng như công nghiệp nặng. Máy nén khí đang khảo
sát là máy nén FUSHENG TA80, là loại máy nén khí kiểu piston được đặt tại phòng thí
nghiệm máy nén.
Khảo sát máy nén giúp cho em là một sinh viên ngành động lực biết nhìn nhận
đánh giá và củng cố lại những kiến thức đã học. Tạ
o cho em một cách nhìn tổng quát về
một vấn đề liên quan trực tiếp đến kiến thức mà mình được trang bị.
1.2. Khả năng ứng dụng.
Không khí nén là một dạng năng lượng quan trọng được sử dụng rộng rãi trong tất
cả các ngành của nền kinh tế quốc dân: luyện kim, hoá chất, cơ khí xây dựng, giao thông
vận tải, nông nghiệp…
Hệ thống điều khiển bằng khí nén được sử d
ụng 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 ki
ểm 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.














Hình 1-1 Máy gắp sản phẩm bằng khí nén

Hình 1-2 Hệ thống nâng bảo dưỡng xe

Trong hệ thống truyền động, hệ thống khí nén sử dụng trong:
a, Các thiết bị máy va đập, các thiết bị máy móc sử dụng trong lĩnh vực khai thác
như: khai thác đá, khai thác than. Trong các công trình xây dựng như: xây dựng hầm mỏ,
đường hầm…
b, Hệ thống khí nén có thể được phân loại tùy theo cách truyền động.
+Truyền động thẳng:
Vận dụng truyền động bằng áp suất khí nén cho chuyển động thẳng trong các dụng
cụ đồ gá kẹp, thiết bị đóng gói. Trong các loại máy gia công gỗ, hệ thống phanh hãm của
ô tô….
+Truyền động quay:
Truyền động quay sử dụng năng lượng bằng khí nén ít được sử dụng vì tốn kém
hơn rất nhiều so với các dạng năng lượng khác nếu cùng công suất. Nếu so sánh giá thành
tiêu thụ điện của một động cơ quay bằng năng lượng khí nén và một động cơ điện có
cùng công suất thì giá thành tiêu thụ điện của một động cơ quay bằng năng lượng khí nén
cao hơn 10 đến 15 lần so với động cơ điện. Tuy nhiên động cơ quay bằng năng lượng khí
nén lại có thể tích và trọng lượng nhỏ hơn 30% so với động cơ đ
iện có cùng công suất.
Ngày nay ứng dụng của khí nén rất rộng rãi trong nhiều ngành nghề khác nhau, ta
có sơ đồ ứng dụng hệ thống khí sau :
6
4
7
6
5
4
3
2

1
X
IX
VIII
VII
VI
V
IV
III
II
I

Hình 1-3 Sơ đồ ứng dụng hệ thống khí




I- Máy nén khí piston; II- Máy nén khí trục vít;III- Máy nén khí ly
tâm
IV- Máy sấy khô không khí (dạng trao đổi nhiệt);
V- Máy sấy khô không khí (dạng dùng tác nhân hấp thụ);
VI- Ứng dụng trong các ngành: kiến trúc; vệ sinh; công nghiệp; gia
công thép; gia công công trình; ép áp lực.
VII- Ứng dụng trong các ngành: thiết bị hơi; CN dân dụng; điều kiển;
VIII- Ứng dụng trong các ngành: sơn tĩnh điện; công nghiệp chính
xác; dụng cụ chính xác; điện, lắp ráp
Ứ d á
àh ô hi
ệ h hẩ ôhiệ

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

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

khỏe con người.
− Hiện nay trong lĩnh vực điều khiển người ta thường kết hợp h
ệ thống điều khiển
bằng khí nén với cơ hoặc điện, điện tử.
2.2.2. Cơ sở tính toán khí nén.
2.2.2.1. Thành phần hoá học của khí nén.
Nguyên tắc hoạt động của các thiết bị khí nén là không khí trong khí quyển được
hút vào và nén trong máy nén khí. Sau đó khí nén từ máy nén khí được đưa vào hệ thống
khí nén. Không khí là loại khí hỗn hợp bao gồm những thành phần chính sau:
Bảng 2-1 Các thông số thống kê

Ngoài những thành phần trên, trong không khí còn có hơi nướ
c, bụi…chính những
thành phần đó gây ra cho các thiết bị khí nén sự ăn mòn, sự gỉ, phải cần có biện pháp hay
thiết bị để loại trừ hoặc giới hạn mức thấp nhất những thành phần trong hệ thống.
2.2.2.2. Độ ẩm không khí.
Khí quyển là hỗn hợp của không khí và hơi nước. Theo định luật Dalton, áp suất
toàn phần của khí hỗn hợp là tổng của các áp suất riêng phần. Khi nướ
c được dẫn vào
một không gian kín có chứa không khí, nước sẽ bốc hơi cho đến chừng nào hơi nước đạt
được áp suất bão hoà
w
P
′
, áp suất P của khí hỗn hợp không gian kín đó, theo Dalton l à :
P=P
kk
+
w
P

′
(2.1)
Trong đó :
Loại khí N
2
O
2
A
r
CO
2
H
2
Thể tích % 78,08 20,95 0,93 0,03 0,01
Khối lượng% 75,51 23,01 1,286 0,04 0,001
P áp suất toàn phần (khí hỗn hợp: hơi nước và không khí )
P
kk
áp suất riêng phần (áp suất của không khí khô)
w
P
′
áp suất riêng phần (áp suất của hơi nước bão hoà)
Lượng nước bốc hơi cần thiết (
w
X
′
)để đạt được áp suất bảo hoà (
w
P

′
) chỉ phụ thuộc
vào nhiệt độ không khí và lượng không khí, chứ không phụ thuộc váo áp suất của không
khí.
Lượng hơi nước chứa nhiều nhất (tính bằng g) trong 1 kg không khí gọi là lượng
ẩm bảo hoà
X
′
[g/kg].
Độ ẩm tương đối không khí được biểu thị dưới dạng % của tỷ số lượng ẩm tuyệt
đối và lượng ẩm bảo hoà.
Độ ẩm tương đối
%100⋅
′
=
X
X
ϕ
(2.2)
Trong bảng 2-1 cho ta biết được lượng hơi nước chứa nhiều nhất (lượng ẩm bảo
hoà) trong 1kg không khí ở những nhiệt độ khác nhau.
Điểm hoá sương là điểm mà tại đó lượng hơi nước trong không khí đạt được bảo
hoà.
Nhiệt độ hoá sương là nhiệt độ cần thiết để lượng hơi nước trong không khí đạt
được bảo hoà. Khi nhiệt độ làm lạnh nhỏ h
ơn nhiệt độ điểm hoá sương, thì quá trình
ngưng tụ sẽ được thực hiện. Áp suất điểm hoá sương là áp suất tại điểm hoá sương.

Bảng 2-2 Bảng các thông số chọn.

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

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

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

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

C
C
- chỉ số đoạn nhiệt, đối với không khí k= 1,4.
C
P
- nhiệt dung đẳng áp.
C
V
- nhiệt dung đẳng tích.
Từ các phương trình trên suy ra các biểu thức sau đây cho hai mặt cắt của dòng
chảy:
1
1
2
1
1
2
1
2
1
−
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
=

⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
=
kk
T
T
p
p
ρ
ρ
(2.5a)
1
2
1
2
1
2
1
2
1
−
⎟
⎟
⎠

⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
=
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
=
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
=
k
k
kk
T
T
p

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

Trong đó: n - chỉ số của quá trình.
n = 1: quá trình đẳng nhiệt.
n = k: quá trình đoạn nhiệt.
2.2.2.4. Phương trình dòng chảy.
+Phương trình liên tục
Phương trình liên tục cho chất khí viết dưới dạng tổng quát :
)(
→
+
∂
∂
udiv
t
ρ
ρ

=0
Phương trình liên tục của chất khí chuyển động một chiều (theo trục x chẳng hạn)
sẽ có dạng:
0=
∂
∂
+
∂
∂
+
∂
∂
x
u
x
u
t
x
x
ρ
ρ
ρ

Từ đó ta suy ra phương trình liên tục cho dòng nguyên tố chất khí chuyển động
dừng (như trong ống), gọi là phương trình lưu lượng trọng lượng: lưu lượng trọng lượng
trong mọi mặt cắt dọc theo ống dòng không đổi:
G=
ω
γ
γ

vQ =
=const (2.6)
Hay là
222111
ω
γ
ω
γ
vv =

Trong đó : G- lưu lượng trọng lượng.
Q- lưu lượng thể tích.

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

ω
- tiết diện của mặt cắt
1
1
2
2
d
1 d2
v2
v1

Hình 2-1. Dòng chảy liên tục
+Phương trình Bernulli cho dòng nguyên tố chất khí lý tưởng

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

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

2
[kg/s] (2.8)


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

α
: hệ số lưu lượng.

ε
: hệ số giãn nở.

ω
: Diện tích mặt cắt của khe hở .

ω
=
4

2
d⋅
π
[m
2
] ;

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

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

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

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

p =1.013.10
5
[N/m
2
] Áp suất trong trạng thái tiêu chuẩn.
v [m/s] : Vận tốc của dòng chảy (v =
v
q /
ω
).
d [m] : Đường kính ống dẫn.

Re
64
=
λ
:Hệ số ma sát ống, có giá trị cho ống trơn và dòng chảy tầng (Re
2320〈
)
6
1028,13
−
⋅=
n
ν
[m
2
/s] : Độ nhớt động học ở trạng thái tiêu chuẩn .
b. Tổn thất áp suất trong tiết diện thay đổi (
E

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

2
2
w
p
p
vv
⋅⋅=Δ
ξ
[N/m
2
] (2.13)

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

5
(N/m
2
) và có giá trị:
p
q
k
v
v
Δ
⋅=
ρ
6,31
[m
3
/h] (2.14)

Trong đó :
q
v
[m
3
/h] : Lưu lượng khí nén .
ρ
[kg/m
3
] : Khối lượng riêng của không khí .
pΔ
[N/m
2

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

Hình 2-2.Chiều dài tương đương
'
l

Từ đó, chiều dài ống dẫn tương đương :

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

d
ll
p
ht
⋅⋅
′
+
⋅=Δ
∑∑
ρ
λ
(2.16)
2.2.3. Phạm vi ứng dụng của máy nén trong công nghiệp.
Máy nén đã xuất hiện từ lâu, ngay từ thời cổ đã có các loại máy thổi khí dung
trong sản xuất đồng và sắt, kể cả máy thổi khí chạy bằng sức nước. Tới thế kỷ 18 máy
nén piston xuất hiện và nửa đầu thế kỷ 19 các loại quạt ly tâm, hướng trục cũng đã ra đời
cùng với sự xuất hiện của truy
ền động hơi nước và điện.
Những năm gần đây công nghiệp chế tạo máy nén đã đạt được những thành tựu
lớn: sản xuất ra những máy nén piston có năng suất hàng 10000 m
3
/h và áp suất tới hàng
nghìn at, những máy nén ly tâm và máy nén trục vít có năng suất và áp suất cao cũng đã
ra đời.
Khuynh hướng phát triển của máy nén là giảm nhẹ khối lượng; tăng hiệu suất,
tăng độ vững chắc khi làm việc, tự động hoá việc điều chỉnh năng suất và đảm bảo an
toàn.
Máy nén hiện đại có số vòng quay lớn, nối trực tiếp với động cơ. Trục khuỷu c
ủa
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 máy khi
không có dầu, không có nước làm nguội và khi nhiệt độ nén quá cao.
2.2.4. Nguyên lý hoạt động chung và phân loại máy nén.
Nhiệm vụ của máy nén là tăng áp suất cho một chất khí nào đó và cấp đủ lưu
lượng cho quá trình công nghệ khác; tạo ra sự tuần hoàn của lưu thể trong chu trình (máy
lạnh) hoặc duy trì áp suất chân không (cô chân không, sấy thăng hoa) cho thiết bị khác,
trong trường hợp này máy nén gọi là bơm chân không.
a. Nguyên tắc hoạt động.
-Nguyên lý thay đổi thể tích (máy nén khí kiểu piston, bánh răng, cánh gạt, trục
vít…): không khí được dẫn vào buồng chứa, tại đây bộ phận làm việc (piston trong
xylanh hoặc roto trong stato) sẽ chuyển động làm thể tích buồng làm việc giảm đi, nén
không khí trong bu
ồng chứa, áp suất buồng chứa sẽ tăng lên.
-Nguyên lý động năng (máy nén cánh dẫn kiểu: ly tâm, hướng trục): không khí
được dẫn vào buồng chứa, ở đó áp suất được tạo ra bằng một động năng của bánh dẫn.
Nguyên tắc hoạt động này tạo ra lưu lượng và công suất rất lớn.
b. Phân loại.
- Theo nguyên lý làm việc: Máy nén thể tích, Máy nén cánh dẫn.

Hình 2-3. Máy nén khí piston giải nhiệt bằng gió

















- Theo áp suất :
o Máy nén áp suất thấp p
≤
15 bar
o Máy nén áp suất cao p
≥ 15 bar
o Máy nén áp suất rất cao p
≥ 300 bar
- Theo số cấp: Máy nén một cấp và máy nén nhiều cấp

- Theo loại khí: Máy nén không khí và máy nén các loại khí khác.
2.2.5. Các thiết bị xử lý.
2.2.5.1. Yêu cầu về khí nén.
Khí nén được tạo ra từ những máy nén khí chứa đựng nhiều chất bẩn, độ bẩn có
thể ở những mức độ khác nhau. Chất bẩn bao gồm bụi, độ ẩm của không khí được hút
vào, những phần tử chất cặn bã của dầu bôi trơn và truyền
động cơ khí. Hơn nữa trong
quá trình nén, nhiệt độ khí nén tăng lên, có thể gây nên quá trình oxi hoá một số phần tử
được kể trên. Khí nén bao gồm chất bẩn đó được tải đi trong những ống dẫn khí, sẽ gây
nên sự ăn mòn, gỉ trong ống và trong các phần tử của hệ thống điều khiển. Như vậy khí
Hình 2-4. Máy nén khí piston bố trí kiểu chữ v
nộn c s dng trong k thut phi x lý. Mc x lý khớ nộn tu thuc vo phng
phỏp x lý, t ú xỏc nh cht lng ca khớ nộn tng ng cho tng trng hp c th.
Khớ nộn c ti t mỏy nộn khớ gm nhng cht bn thụ: nhng ht bi, cht cn
bó t du bụi trn v truyn ng c khớ, phn ln cỏc cht b
n ny c x lý trong thit
b, gi l thit b lm lnh tm thi, sau khi khớ nộn c y ra t mỏy nộn khớ. Sau ú
khớ nộn c dn vo bỡnh lm hi nc ngng t, lng hi nc phn ln s c
ngng t õy. Giai on x lý ny gi l giai on x lý thụ. Nu nh thit b thc
hin x lý khớ nộn giai on ny t
t, hin i, thỡ khớ nộn cú th c s dng, vớ d nh
nhng dng c dung khớ nộn cm tay, hoc s dng trong cỏc thit b n gin khỏc .
Tuy nhiờn s dng khớ nộn trong h thng v mt s thit b khỏc ũi hi cht
lng ca khớ nộn cao hn. ỏnh giỏ cht lng ca khớ nộn ngi ta thng phõn ra
thnh 5 loi, trong ú cú tiờu chun v ln ca ch
t bn, ỏp sut hoỏ sng, lng du
trong khớ nộn c xỏc nh. Cỏch phõn loi ny nhm nh hng cho nhng nh mỏy,
xớ nghip chn ỳng cht lng khớ nộn tng ng vi thit b s dng.

2.2.5.2. Cỏc phng phỏp x lý khớ nộn.

Bọỹ tra dỏửu
ióửu chốnh
aùp suỏỳt
Bọỹ loỹc
Hỏỳp thuỷ khọ bũng
chỏỳt laỡm laỷnh
Sỏỳy khọ bũng
chỏỳt laỡm laỷnh
Loỹc buỷi
Loỹc chỏỳt bỏứn
Loỹc tinh
cuỷm baớo
dổồợng
Hỏỳp thuỷ Bọỹ loỹc
Sỏỳy khọ
Ngổng tuỷ
Taùch nổồùc
Loỹc thọ
Laỡm laỷnh
Giai õoan xổớ lyù khờ neùn

Hỡnh 2-5 Cỏc phng phỏp x lý khớ nộn