Khí nén đã trở thành một thành phần quan trọng không thể thiếu trong các quy trình sản xuất công nghiệp hiện đại. Nhờ vào tính linh hoạt, hiệu suất cao và khả năng điều khiển tốt, hệ thống khí nén đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo sự ổn định và hiệu quả của các quy trình sản xuất.
Hệ thống khí nén công nghiệp là gì?
Hệ thống khí nén công nghiệp là một giải pháp kỹ thuật thiết yếu được sử dụng để đáp ứng nhu cầu hoạt động của các thiết bị cơ khí trong quá trình sản xuất công nghiệp. Tổ hợp này bao gồm loạt các thành phần, từ việc nén khí, lọc khí, điều áp, chứa khí, tới điều khiển và sử dụng khí nén.
Sự ứng dụng của hệ thống khí nén là rất đa dạng, từ sản xuất ô tô, máy móc, đồ gỗ, thực phẩm, đồ uống, sản xuất điện tử, xử lý nước thải và nhiều lĩnh vực khác. Hệ thống này mang đến nhiều lợi ích vượt trội như sự tiết kiệm năng lượng, khả năng vận hành và bảo trì dễ dàng, tính đáng tin cậy cao, khả năng điều chỉnh tốc độ và áp suất linh hoạt, đồng thời giảm thiểu tiếng ồn và rung động trong quá trình hoạt động.
Cấu tạo hệ thống khí nén công nghiệp
Máy nén khí trục vít – Nguồn cung cấp khí nén cho hệ thống khí nén công nghiệp
Máy nén khí trục vít là một thành phần quan trọng không thể thiếu trong hệ thống khí nén công nghiệp. Được xem như nguồn cung cấp chính, máy nén khí trục vít cung cấp nguồn khí nén cần thiết cho toàn bộ hệ thống. Chức năng chính của máy nén khí trục vít là hút không khí từ môi trường xung quanh và nén nó để tạo ra nguồn khí nén áp lực cao phục vụ cho các quy trình trong hệ thống khí nén.
Lý do mà máy nén khí trục vít thường được ưu tiên sử dụng trong hệ thống khí nén công nghiệp thay vì máy nén piston là bởi năng lực vượt trội về lưu lượng và công suất. Máy nén khí trục vít có thể đảm bảo lưu lượng và công suất lớn hơn nhiều lần so với máy nén piston, điều này đặc biệt quan trọng để đáp ứng nhu cầu liên tục trong các quá trình sản xuất và sửa chữa tại các nhà máy, xưởng sản xuất.
Đặc điểm nổi bật của máy nén khí trục vít:
– Thiết kế gọn nhẹ, thuận tiện cho việc lắp đặt trong không gian hạn chế.
– Trang bị bảng điều khiển điện tử để giám sát và điều chỉnh lưu lượng cũng như áp suất khí nén một cách dễ dàng và hiệu quả.
– Không yêu cầu bình chứa khí nén tích hợp như máy nén khí piston, do đó trong hệ thống khí nén cần có bình chứa khí nén riêng biệt.
– Cung cấp lưu lượng lớn, với công suất có thể lên đến 400Kw.
– Khả năng hoạt động liên tục, ổn định trong thời gian dài.
Bình chứa khí nén – Cung cấp khí nén ổn định cho hệ thống khí nén công nghiệp
Bình chứa khí nén là một thiết bị không thể thiếu trong mọi hệ thống khí nén công nghiệp. Với quy mô rộng lớn của các hệ thống công nghiệp, sự sử dụng bình chứa khí nén lớn là điều cần thiết. Bởi vì máy nén khí trục vít thường không được tích hợp với bình nén khí, việc trang bị thêm một thiết bị bình chứa khí nén trở nên bắt buộc trong hệ thống.
Bình chứa khí nén đóng vai trò quan trọng trong việc tích trữ và cung cấp nguồn khí nén ổn định. Nhiệm vụ của bình là tạo ra một không gian để tích áp cho hệ thống khí nén. Khi máy nén khí dừng hoạt động do đạt đủ áp lực, bình chứa khí nén sẽ tiếp tục cung cấp khí nén áp lực cao cho toàn bộ hệ thống khí nén.
Thường thì dung tích của bình chứa khí nén trong hệ thống khí nén dao động từ 120 lít đến 10.000 lít, tùy thuộc vào quy mô của hệ thống. Các bình chứa khí nén thường được sản xuất từ thép cao cấp hoặc inox, đảm bảo khả năng chịu áp lực từ 8 đến 10 kg/cm2.
Ngoài ra, các phụ kiện không thể thiếu kèm theo bình chứa khí nén bao gồm van xả đáy, van an toàn, và đồng hồ đo áp suất khí nén. Những phụ kiện này đảm bảo hoạt động an toàn và hiệu quả của hệ thống khí nén, đồng thời giúp duy trì áp suất và lưu lượng khí nén trong giới hạn an toàn.
Máy sấy khí – Nâng cao chất lượng khí nén cho hệ thống khí nén công nghiệp
Không khí được cấp vào máy nén khí thường mang theo độ ẩm, vì vậy việc ngăn chặn sự hiện diện của hơi ẩm trong khí nén ban đầu có thể gặp khó khăn. Hơi nước có thể làm hại bởi sẽ gây ra sự han gỉ và giảm tuổi thọ của thiết bị trong thời gian dài, cùng với việc làm giảm hiệu suất làm việc. Điều này đặc biệt quan trọng trong các quy trình sản xuất yêu cầu khí nén sạch và khô.
Máy sấy khí nén được sử dụng để loại bỏ độ ẩm trong khí nén, đảm bảo rằng khí nén trở nên khô hơn và ổn định hơn. Thông thường, có hai loại máy sấy khí, bao gồm máy sấy kiểu làm lạnh và máy sấy hấp thụ, mỗi loại được chọn dựa trên yêu cầu cụ thể của công việc.
Máy sấy khí kiểu làm lạnh
– Đây là loại máy sấy phổ biến cho các hệ thống khí nén trong công nghiệp. Nguyên lý hoạt động dựa trên sự thay đổi nhiệt độ và ngưng tụ của hơi nước khi tiếp xúc với nhiệt độ thấp. Loại này cung cấp nguồn khí nén sạch và khô hơn.
– Máy sấy làm khô khí nén từ 80 đến 90%, phù hợp cho các ứng dụng không yêu cầu độ sạch khí nén quá cao.
– Được ưa chuộng vì giá thành hợp lý và được sử dụng rộng rãi.
Máy sấy khí hấp thụ
– Loại này sử dụng các hạt siêu hút ẩm chuyên dụng có khả năng tái tạo, để làm khô khí nén.
– Khí nén sau khi sử dụng máy sấy hấp thụ gần như hoàn toàn khô, phù hợp cho các ứng dụng đòi hỏi nguồn khí nén tuyệt đối sạch như trong lĩnh vực y tế, thực phẩm, linh kiện điện tử.
– Tuy giá thành tương đối cao so với máy sấy kiểu làm lạnh, nhưng loại này đáp ứng chất lượng cao hơn.
Bộ lọc khí nén công nghiệp
Bộ lọc khí nén cũng đứng trong dàn thiết bị không thể thiếu của mọi hệ thống khí nén trong lĩnh vực công nghiệp. Bằng cách lắp đặt bộ lọc, chất lượng của khí nén trong hệ thống có thể được tối ưu hóa, đảm bảo khí trở nên sạch hơn và khô hơn, đồng thời nâng cao hiệu suất toàn diện trong quá trình sản xuất và kinh doanh.
Bộ lọc khí nén công nghiệp thường được thiết kế với 3 cấp lọc tương ứng với 3 ngăn lọc: Lọc thô, lọc tinh và lọc siêu tinh. Ngoài ra, trong một số bộ lọc đặc biệt, còn có ngăn lọc than hoạt tính để đạt được hiệu suất lọc tối đa, đảm bảo khí nén trở nên hoàn toàn sạch.
Để tận dụng tối đa bộ lọc khí nén công nghiệp, thường người ta còn trang bị thêm các ngăn xả tự động dưới mỗi ngăn lọc. Chức năng của các ngăn xả này là tự động xả nước khi nước tích tụ trong ngăn lọc đã đầy. Điều này đem lại sự tiện lợi và đảm bảo hiệu quả hoạt động liên tục của hệ thống khí nén.
Các dạng chuyền động trong hệ thống khí nén công nghiệp
– Chuyển động thẳng: Đây là một trong những phương thức chuyển động phổ biến được ứng dụng trong hệ thống khí nén. Điểm mạnh của phương thức này nằm ở tính đơn giản, linh hoạt cùng khả năng dễ dàng điều khiển và sử dụng.
– Chuyển động quay: Dạng chuyển động này thường có công suất không cao, tuy nhiên lại đạt được tốc độ truyền động nhanh. Ưu điểm của phương thức này là thiết kế nhỏ gọn, đơn giản và không cồng kềnh. Chuyển động quay bằng khí nén cũng mang đến sự thuận tiện hơn so với các loại chuyển động từ các nguồn năng lượng khác.
Cách tính công suất cho hệ thống khí nén công nghiệp
Áp suất làm việc: Đây là áp suất tối đa mà hệ thống khí nén cần đáp ứng trong quá trình hoạt động. Áp suất này thường được đo bằng psi hoặc bar.
Lưu lượng khí nén: Đây là khối lượng khí mà hệ thống phải cung cấp trong một khoảng thời gian cụ thể. Đơn vị thường được sử dụng là CFM (cubic feet per minute) hoặc m3/h (mét khối trên giờ).
Thời gian hoạt động: Đây là thời gian mà hệ thống khí nén cần phải hoạt động để đáp ứng nhu cầu sử dụng khí nén.
Công suất của hệ thống khí nén có thể được tính bằng công thức sau:
Công suất = Áp suất làm việc x Lưu lượng khí nén x Thời gian hoạt động
Công suất thường được đo bằng CFM hoặc m3/h. Tuy nhiên, đối với các hệ thống khí nén lớn, công suất thường được tính bằng kW hoặc hp.
Một số sơ đồ lắp hệ thống khí nén công nghiệp
Sơ đồ lắp đặt hệ thống khí nén theo tiêu chuẩn thông thường
Sơ đồ này tuân theo tiêu chuẩn thông thường, sản xuất khí nén có chất lượng trung bình. Khí nén được sản xuất có nhiệt độ điểm sương dao động từ 3 độ C đến 10 độ C và độ ẩm tương đối. Thường áp dụng trong ngành dệt sợi, may mặc, chế biến gỗ, lắp ráp linh kiện điện tử. Cấu trúc bao gồm máy nén khí, bình chứa khí, bộ lọc sơ cấp, máy sấy khô và bộ lọc tinh.
Sơ đồ lắp đặt hệ thống khí nén công nghiệp theo tiêu chuẩn khí sạch
Sơ đồ này cung cấp khí nén chất lượng cao hơn, sạch hơn và khô hơn so với tiêu chuẩn thông thường. Điểm đặc biệt là máy sấy khí khô hấp thụ, giúp nhiệt độ điểm sương giảm xuống từ -20 độ C hoặc -60 độ C tùy theo nhu cầu. Công suất của máy nén khí có thể chọn là loại có dầu hoặc không dầu, phù hợp với yêu cầu công việc.
Sơ đồ hệ thống khí nén nắp đặt theo tiêu chuẩn DIN ISO 8573 CLASS 1
Sơ đồ này thường áp dụng trong sản xuất bia, chế biến thực phẩm, nước giải khát, công nghệ cơ khí, sản xuất nhựa, ngành công nghiệp khí đốt, hóa chất, thuốc lá và công nghiệp thổi chai PET.
Sơ đồ lắp đặt hệ thống khí nén theo tiêu chuẩn thổi chai PET
Ngoài các loại sơ đồ khác, sơ đồ thổi chai PET cũng được sử dụng. Cấu trúc bao gồm máy nén khí, bình tích áp, bộ lọc sơ cấp, máy sấy khô ngưng tụ, bộ lọc tinh, máy tăng áp và bộ lọc tinh thứ 3.
Ưu và nhược điểm của hệ thống khí nén công nghiệp
Ưu điểm
– Linh hoạt trong việc thực hiện các chuyền động khác nhau.
– Dễ dàng điều khiển và điều chỉnh.
– Tiết kiệm năng lượng so với các hệ thống khác.
– Độ tin cậy cao và an toàn trong việc vận hành.
– Cấu trúc đơn giản, hệ thống khí nén dễ dàng bảo trì, giúp tiết kiệm thời gian và chi phí trong việc duy tu.
Nhược điểm
– Cần đầu tư ban đầu cao cho thiết bị và cài đặt.
– Hệ thống khí nén tạo ra nước và dầu tích tụ, cần xử lý thường xuyên để duy trì hiệu suất hoạt động.
– Yêu cầu bảo trì định kỳ để duy trì hiệu suất.
– Tiếng ồn từ máy nén khí có thể gây phiền hà.
– Nếu không kiểm soát áp suất khí nén đúng cách, có thể gây hư hỏng cho các thiết bị sử dụng khí nén.
Lưu ý khi lựa chọn các thiết bị trong hệ thống khí nén
– Xác định mục đích, lựa chọn đúng công suất: Sử dụng khí nén trong nhiều ngành nghề đa dạng yêu cầu xác định rõ mục đích sử dụng. Với nhu cầu và mục tiêu cụ thể, việc lựa chọn công suất máy nén khí đúng là quan trọng. Công suất thấp và tần suất thấp thường thích hợp với máy nén khí piston. Nếu đòi hỏi độ sạch cao, máy nén khí không dầu là sự lựa chọn hợp lý.
– Chú ý kết cấu của máy nén khí: Kết cấu của máy nén khí, đặc biệt đối với các thiết bị di động, cần được kiểm tra kỹ. Đảm bảo tính chắc chắn của kết cấu. Không nên mua máy mới nhưng có các bộ phận bị sơn phấn cũ kỹ.
– Độ ồn gây ra khi máy nén khí hoạt động: Hoạt động của máy nén khí thường tạo ra tiếng ồn lớn. Nếu yêu cầu về môi trường không ô nhiễm tiếng ồn cao, cần xem xét lựa chọn máy nén khí có mức độ ồn thấp hoặc sử dụng vỏ bọc tiêu âm.
– Cần chọn một nhà cung cấp có uy tín trong lĩnh vực cung cấp thiết bị khí nén.
– Đặt máy nén khí ở một nơi rộng rãi, thông thoáng, có ánh sáng đủ và tránh có các chất dễ cháy nổ từ môi trường xung quanh.
– Hệ thống nên được cung cấp nguồn điện riêng để ngăn ngừa quá tải hoặc mất cân bằng dòng điện 3 pha khi liên kết với các thiết bị khác. Sử dụng ống bảo vệ chuyên dụng cho dây dẫn để ngăn sự cố rò rỉ điện.
– Đảm bảo lựa chọn đúng loại dây cáp phù hợp với yêu cầu của máy nén khí.
– Motor và tỷ lệ nguồn ra cần phải tương thích với nhau để đảm bảo hoạt động ổn định của hệ thống.
– Tuyệt đối không thay đổi cấu trúc hoặc cấu tạo của thiết bị máy nén khí. Tuân thủ phương pháp điều khiển được đề xuất bởi nhà chế tạo.
– Lựa chọn thương hiệu, nguồn gốc: Thương hiệu và nguồn gốc của máy nén khí thể hiện chất lượng sản phẩm. Với tầm nhìn về chất lượng, luôn ưu tiên lựa chọn các thương hiệu uy tín. Sản phẩm từ các thương hiệu đã khẳng định thường mang lại hiệu suất cao hơn và độ bền kéo dài, cùng với tiết kiệm năng lượng.
Ứng dụng của khí nén trong sản xuất công nghiệp
Khí nén được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp như sản xuất ô tô, thực phẩm và đồ uống, dược phẩm, sản xuất điện tử và nhiều ngành khác. Ứng dụng bao gồm đóng gói, vận chuyển, thổi sạch, điều khiển, và nhiều công việc khác, đóng góp quan trọng vào hiệu suất và hiệu quả của quy trình sản xuất.
Hệ thống khí nén đã trở thành một phần không thể thiếu của các quy trình sản xuất công nghiệp hiện đại. Việc hiểu rõ về cấu tạo, ứng dụng và cách lựa chọn thiết bị trong hệ thống khí nén sẽ giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất và đảm bảo sự ổn định và hiệu quả.
