Máy nén khí là gì? Nguyên lý hoạt động và ứng dụng của máy nén khí
1. Máy nén khí là gì?
2. Nguyên lý hoạt động của máy nén khí:
3. Phân loại máy nén khí
4. Ứng dụng của máy nén khí
1. Máy nén khí là gì?
- Máy nén khí là một thiết bị, một loại máy móc có chức năng làm tăng áp chất khí và có khả năng chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng động lực bằng cách sử dụng khí nén.
- Một máy nén khí làm việc theo 2 hoạt động: Nén và phát.
Yêu cầu chung từ tiêu chuẩn TCVN 5699-2-34 : 2007 (IEC 60335-2-34 : 2002, WITH AMENDMENT 1 : 2004)
Tiêu chuẩn này qui định các yêu cầu về an toàn đối với động cơ-máy nén được bịt kín (kiểu kín hoặc nửa kín), hệ thống bảo vệ và điều khiển động cơ-máy nén, nếu có, được thiết kế để sử dụng trong các thiết bị dùng trong gia đình và các mục đích tương tự, tuân thủ các tiêu chuẩn áp dụng cho các thiết bị đó.
Tiêu chuẩn này áp dụng cho động cơ-máy nén có điện áp danh định không lớn hơn 250 V đối với động cơ-máy nén một pha và 480 V đối với động cơ-máy nén khác, được thử nghiệm riêng biệt, trong các điều kiện khắc nghiệt nhất có thể xảy ra trong sử dụng bình thường.
• Ví dụ về thiết bị có động cơ-máy nén:
- Tủ lạnh, tủ đông lạnh thực phẩm và máy làm nước đá TCVN 5699-2-24 (IEC 60335-2-24);
- Máy điều hoà nhiệt độ, máy bơm nhiệt dùng điện và máy hút ẩm TCVN 5699-2-40 (IEC 60335-2-40);
- Thiết bị phân phối dùng trong thương mại và máy bán hàng tự động (IEC 60335-2-75);
- Các cụm thiết bị lắp ráp tại nhà máy để truyền nhiệt trong các ứng dụng với mục đích làm lạnh, điều hòa không khí hoặc sưởi ấm hoặc kết hợp các mục đích này.
2. Nguyên lý hoạt động của máy nén khí:
Máy nén khí tạo ra khí nén. Ở đó, năng lượng cơ học của động cơ đốt trong hay động cơ điện được chuyển đổi thành năng lượng nhiệt năng và khí nén. Máy nén khí được hoạt động dựa theo những nguyên lý cơ bản sau:
- Nguyên lý thay đổi thể tích: Tức là, không khí được dẫn vào buồng chứa. Sau đó, buồng chứa sẽ dần dần được thu nhỏ lại. Áp dụng theo định luật Boyle-Matiotte thì áp suất trong buồng chứa sẽ tăng lên và máy nén khí hoạt động theo nguyên lý này có thể kể đến như máy nén khí piston, cánh gạt, bánh răng,…
- Nguyên lý động năng: Không khí được dẫn vào buồng chứa và được gia tốc bởi 1 bộ phận quay với tốc độ cao. Nhờ sự chênh lệch vận tốc thì áp suất khí nén tăng lên và nguyên tắc này tạo ra lưu lượng và công suất rất lớn. Máy nén khí hoạt động theo nguyên tắc này có thể kể đến như dòng máy nén khí ly tâm.
- Nguyên lý ăn khớp: Máy sẽ bao gồm 2 trục vít cái và trục vít đực. Khi máy vận hành thì khí sẽ được bơm vào. Hai trục vít của máy sẽ quay ngược chiều nhau gọi là quá trình ăn khớp. Khi các trục vít quay nhanh thì không khí sẽ được hút vào trong vỏ qua cửa nạp và sẽ được truyền vào buồng khí giữa các trục vít. Tại đây, không khí sẽ được nén giữa các bánh răng rồi được đưa tới cửa xả.
3. Phân loại máy nén khí
Phân loại máy nén khí dựa trên nguyên lý hoạt động
Dựa trên nguyên lý hoạt động người ta phân máy nén khí thành 3 loại. Là máy nén khí ly tâm, máy nén khí piston, máy nén khí trục vít.
- Máy nén khí ly tâm:
+ Máy nén khi ly tâm tạo ra khí nén bằng cách: sử dụng đĩa xoay hình cánh quạt chạy với tốc độ cao đẩy khí ra phần rìa lúc này bộ phận thu hồi sẽ chuyển đổi năng lượng tốc độ của dòng khí thành áp lực khi nén.
+ Máy nén khí ly tâm thường được dùng trong các ngành công nghiệp đặc biệt ( hàng không, vũ trụ,…) cung cấp khí nén liên tục với lưu lượng cực lớn và tinh sạch.
+ Là dòng máy nén khí có công suất cực lớn (gấp nhiều lần so với máy nén khí trục vít). Các bộ phận linh kiện được chế tạo từ những vật liệu cao cấp, có độ chính xác và độ bền cao chính vì thế mà giá máy cũng rất cao không phù hợp với điều kiện tài chính của nhiều doanh nghiệp.
+ Máy nén khí ly tâm với kích thước lớn, cồng kềnh với cấu tạo phức tạp nên việc sửa chữa hay duy tu bảo dưỡng cũng tiêu tốn rất nhiều thời gian và tiền bạc, đòi hỏi đội ngũ kỹ sư sửa chữa phải có chuyên môn cao và kinh nghiệm làm việc nhiều năm với dòng máy này.
- Nguyên lý động năng: Không khí được dẫn vào buồng chứa và được gia tốc bởi 1 bộ phận quay với tốc độ cao. Nhờ sự chênh lệch vận tốc thì áp suất khí nén tăng lên và nguyên tắc này tạo ra lưu lượng và công suất rất lớn. Máy nén khí hoạt động theo nguyên tắc này có thể kể đến như dòng máy nén khí ly tâm.
- Nguyên lý ăn khớp: Máy sẽ bao gồm 2 trục vít cái và trục vít đực. Khi máy vận hành thì khí sẽ được bơm vào. Hai trục vít của máy sẽ quay ngược chiều nhau gọi là quá trình ăn khớp. Khi các trục vít quay nhanh thì không khí sẽ được hút vào trong vỏ qua cửa nạp và sẽ được truyền vào buồng khí giữa các trục vít. Tại đây, không khí sẽ được nén giữa các bánh răng rồi được đưa tới cửa xả.
3. Phân loại máy nén khí
Phân loại máy nén khí dựa trên nguyên lý hoạt động
Dựa trên nguyên lý hoạt động người ta phân máy nén khí thành 3 loại. Là máy nén khí ly tâm, máy nén khí piston, máy nén khí trục vít.
- Máy nén khí ly tâm:
+ Máy nén khi ly tâm tạo ra khí nén bằng cách: sử dụng đĩa xoay hình cánh quạt chạy với tốc độ cao đẩy khí ra phần rìa lúc này bộ phận thu hồi sẽ chuyển đổi năng lượng tốc độ của dòng khí thành áp lực khi nén.
+ Máy nén khí ly tâm thường được dùng trong các ngành công nghiệp đặc biệt ( hàng không, vũ trụ,…) cung cấp khí nén liên tục với lưu lượng cực lớn và tinh sạch.
+ Là dòng máy nén khí có công suất cực lớn (gấp nhiều lần so với máy nén khí trục vít). Các bộ phận linh kiện được chế tạo từ những vật liệu cao cấp, có độ chính xác và độ bền cao chính vì thế mà giá máy cũng rất cao không phù hợp với điều kiện tài chính của nhiều doanh nghiệp.
+ Máy nén khí ly tâm với kích thước lớn, cồng kềnh với cấu tạo phức tạp nên việc sửa chữa hay duy tu bảo dưỡng cũng tiêu tốn rất nhiều thời gian và tiền bạc, đòi hỏi đội ngũ kỹ sư sửa chữa phải có chuyên môn cao và kinh nghiệm làm việc nhiều năm với dòng máy này.
- Máy nén khí piston:
+ Là dòng máy nén khí hoạt động dựa trên sự chuyển động tịnh tiến của piston trong lòng xilanh kín thông qua sự điều khiển của tay quay.
+ Máy nén khí piston hoạt động nhờ động cơ điện hoặc động cơ diezen, với công suất nhỏ (1HP- 30HP) nên thường được sử dụng với quy mô sản xuất nhỏ.
+ Máy nén khí piston chỉ có thể hoạt động hiệu quả với thời gian khoản 60%-70%, nếu chạy liên tục sẽ bị quá tải do lực ma sát giữa piston và xilanh sinh ra lượng nhiệt quá lớn nhưng lại không có cớ chế giải nhiệt hiệu quả.
+ Chất lượng khí nén đầu ra thấp do nhiệt độ khí nén cao còn lẫn nhiều nước và dầu.
+ Là dòng máy nén khí có cấu tạo đơn giản, dễ vận hành và bảo trì với chi phí đầu tư thấp.
+ Là dòng máy nén khí hoạt động dựa trên sự chuyển động tịnh tiến của piston trong lòng xilanh kín thông qua sự điều khiển của tay quay.
+ Máy nén khí piston hoạt động nhờ động cơ điện hoặc động cơ diezen, với công suất nhỏ (1HP- 30HP) nên thường được sử dụng với quy mô sản xuất nhỏ.
+ Máy nén khí piston chỉ có thể hoạt động hiệu quả với thời gian khoản 60%-70%, nếu chạy liên tục sẽ bị quá tải do lực ma sát giữa piston và xilanh sinh ra lượng nhiệt quá lớn nhưng lại không có cớ chế giải nhiệt hiệu quả.
+ Chất lượng khí nén đầu ra thấp do nhiệt độ khí nén cao còn lẫn nhiều nước và dầu.
+ Là dòng máy nén khí có cấu tạo đơn giản, dễ vận hành và bảo trì với chi phí đầu tư thấp.
- Máy nén khí trục vít:
+ Máy nén khí trục vít là dòng máy nén khí được ưa chuộng nhất hiện nay chiếm tới hơn 70% thị trường máy nén khí.
+ Máy nén khí trục vít hoạt động dựa trên nguyên lý thay đổi thể tich. Hai trục vít xoắn vào nhau quay với tốc độ cao làm cho khoản không chứa khí giữa hai trục và buồng nén nhỏ dần từ đó tạo ra khí có áp lực cao hay còn gọi là khí nén.
+ Là dòng máy nén khí có khả năng hoạt động liên tục 24/7, phù hợp với hoạt động sản công nghiệp liên tục.
+ Dòng khí nén cho ra ổn định, nhiệt độ thấp nhờ cơ chế giải nhiệt hiệu quả.
+ Máy nén khí trục vít có độ bền cao, gồm nhiều cơ chế điều khiển (biến tần, kết nối nhóm,…) giúp tiết kiệm điện và cực kỳ an toàn trong hoạt động sản xuất.
+ Máy nén khí trục vít là dòng máy nén khí được ưa chuộng nhất hiện nay chiếm tới hơn 70% thị trường máy nén khí.
+ Máy nén khí trục vít hoạt động dựa trên nguyên lý thay đổi thể tich. Hai trục vít xoắn vào nhau quay với tốc độ cao làm cho khoản không chứa khí giữa hai trục và buồng nén nhỏ dần từ đó tạo ra khí có áp lực cao hay còn gọi là khí nén.
+ Là dòng máy nén khí có khả năng hoạt động liên tục 24/7, phù hợp với hoạt động sản công nghiệp liên tục.
+ Dòng khí nén cho ra ổn định, nhiệt độ thấp nhờ cơ chế giải nhiệt hiệu quả.
+ Máy nén khí trục vít có độ bền cao, gồm nhiều cơ chế điều khiển (biến tần, kết nối nhóm,…) giúp tiết kiệm điện và cực kỳ an toàn trong hoạt động sản xuất.
Phân loại máy nén khí dựa theo chất làm mát
Dựa theo chất làm mát thì máy nén khí được chia thành 2 loại: là máy nén khí không dầu và có dầu:
- Máy nén khí có dầu:
+ Máy nén khí có dầu hay còn được gọi là máy nén hơi ngâm dầu. Nó sử dụng dầu để làm mát, bôi trơn và kín khe hở trục vít. Vì thế, nó giúp máy duy trì mức nhiệt độ ổn định. Từ đó, đảm bảo máy hoạt động trơn tru hơn và hạn chế tối đa sự cố hỏng hóc.
+ Lượng nhiệt sinh ra trong quá trình tạo khí sẽ được dầu làm mát và hấp thụ. Vì thế, khí nén sinh ra sẽ có mùi và lẫn hơi dầu. Máy nén khí hơi dùng dầu có độ bền cao và giá thành rẻ. Nó thường được ứng dụng trong các ngành công nghiệp nặng, hỗ trợ các thiết bị và máy móc hoạt động.
- Máy nén khí không dầu:
+ Là loại máy nén khí được sử dụng phổ biến trong lĩnh vực y tế, nha khoa, thực phẩm, dược phẩm,… Những yêu cầu công việc sử dụng nguồn khí nén sạch, đảm bảo an toàn sức khỏe cho con người. Máy vẫn sử dụng dầu để bôi trơn, tuy nhiên thiết kế hộp trục khuỷu của máy không có dầu hoặc được làm mát bằng nước. Vì thế, khí nén đầu ra sẽ không lẫn tạp chất, dầu, tạo ra lượng khí nén sạch 100%.
4. Ứng dụng của máy nén khí
Máy nén khí có rất nhiều công dụng trong rất nhiều ngành nghề và lĩnh vực khác nhau. Cụ thể như:
- Ngành bảo dưỡng xe: Máy nén khí được sử dụng để vệ sinh xe, làm sạch bụi bẩn, dùng khí nén làm khô xe hay là bơm lốp xe,..
- Ngành y tế: Cung cấp oxy để đẩy nhanh quá trình sấy khô các nguyên vật liệu y tế, các thiết bị y tế, hoặc dùng để phun rửa vỏ thuốc.
- Ngành công nghiệp: khí nén có động lực rất mạnh có thể làm hoạt động các thiết bị dùng khí, dùng để thăm dò độ sâu trong việc khai thác khoáng sản hoặc thăm dò biển.
- Nhóm ngành chế tạo: Thiết bị nâng khí nén dùng để cẩu hàng, áp lực tác động lên súng phun sơn, điều khiển các thiết bị tự động hóa (ví dụ: robot,..), sản xuất các bao bì chân không để kéo dài thời gian sử dụng của sản phẩm, vệ sinh làm sạch bụi.
Dựa theo chất làm mát thì máy nén khí được chia thành 2 loại: là máy nén khí không dầu và có dầu:
- Máy nén khí có dầu:
+ Máy nén khí có dầu hay còn được gọi là máy nén hơi ngâm dầu. Nó sử dụng dầu để làm mát, bôi trơn và kín khe hở trục vít. Vì thế, nó giúp máy duy trì mức nhiệt độ ổn định. Từ đó, đảm bảo máy hoạt động trơn tru hơn và hạn chế tối đa sự cố hỏng hóc.
+ Lượng nhiệt sinh ra trong quá trình tạo khí sẽ được dầu làm mát và hấp thụ. Vì thế, khí nén sinh ra sẽ có mùi và lẫn hơi dầu. Máy nén khí hơi dùng dầu có độ bền cao và giá thành rẻ. Nó thường được ứng dụng trong các ngành công nghiệp nặng, hỗ trợ các thiết bị và máy móc hoạt động.
- Máy nén khí không dầu:
+ Là loại máy nén khí được sử dụng phổ biến trong lĩnh vực y tế, nha khoa, thực phẩm, dược phẩm,… Những yêu cầu công việc sử dụng nguồn khí nén sạch, đảm bảo an toàn sức khỏe cho con người. Máy vẫn sử dụng dầu để bôi trơn, tuy nhiên thiết kế hộp trục khuỷu của máy không có dầu hoặc được làm mát bằng nước. Vì thế, khí nén đầu ra sẽ không lẫn tạp chất, dầu, tạo ra lượng khí nén sạch 100%.
4. Ứng dụng của máy nén khí
Máy nén khí có rất nhiều công dụng trong rất nhiều ngành nghề và lĩnh vực khác nhau. Cụ thể như:
- Ngành bảo dưỡng xe: Máy nén khí được sử dụng để vệ sinh xe, làm sạch bụi bẩn, dùng khí nén làm khô xe hay là bơm lốp xe,..
- Ngành y tế: Cung cấp oxy để đẩy nhanh quá trình sấy khô các nguyên vật liệu y tế, các thiết bị y tế, hoặc dùng để phun rửa vỏ thuốc.
- Ngành công nghiệp: khí nén có động lực rất mạnh có thể làm hoạt động các thiết bị dùng khí, dùng để thăm dò độ sâu trong việc khai thác khoáng sản hoặc thăm dò biển.
- Nhóm ngành chế tạo: Thiết bị nâng khí nén dùng để cẩu hàng, áp lực tác động lên súng phun sơn, điều khiển các thiết bị tự động hóa (ví dụ: robot,..), sản xuất các bao bì chân không để kéo dài thời gian sử dụng của sản phẩm, vệ sinh làm sạch bụi.
