Máy nén khí là một thiết bị quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp, từ sử dụng trong ngành năng lượng, các hệ thống giao thông đến bảo dưỡng và sửa chữa. Trong bài viết này, chúng ta sẽ cùng tìm hiểu về nguyên lý hoạt động của máy nén khí và vai trò quan trọng của nó trong các ứng dụng công nghiệp.
Máy nén khí là gì?
Máy nén khí là một thiết bị dùng để tăng áp suất của chất khí. Nó hoạt động bằng cách sử dụng các hệ thống cơ học để nén khí và tạo ra năng lượng cần thiết để làm tăng áp suất của khí. Ngoài việc tăng áp suất, máy nén khí cũng làm tăng nhiệt độ của khí. Máy nén khí đã trở nên rất phổ biến và hữu ích trong cuộc sống hàng ngày của con người.
Ứng dụng của máy nén khí
Dựa trên nguyên lý hoạt động của máy nén khí, nó có khả năng phục vụ cho nhiều hệ thống công nghiệp sử dụng khí ở áp suất cao, đảm bảo hoạt động của các máy móc như máy lắp ráp và còn nhiều ứng dụng khác:
– Ngành bảo dưỡng xe: Máy nén khí được sử dụng để vệ sinh xe, bao gồm làm sạch bụi bẩn và làm khô xe.
– Ngành y tế: Máy nén khí có thể cung cấp oxy để thúc đẩy quá trình sấy khô nguyên vật liệu và thiết bị y tế. Ngoài ra, khí nén còn được sử dụng để phun rửa vỏ thuốc.
– Ngành công nghiệp: Thông gió và khí nén có động lực mạnh có thể vận hành các thiết bị sử dụng khí và thực hiện nhiệm vụ đo đạc độ sâu.
– Ngành chế tạo: Thiết bị nâng khí nén được sử dụng để cẩu hàng, tác động áp lực lên súng phun sơn, điều khiển thiết bị tự động hóa và sản xuất các bao bì chân không giúp kéo dài thời gian sử dụng sản phẩm và làm sạch bụi bẩn.
Cấu tạo chung của máy nén khí
Cấu tạo tổng quan của máy nén khí bao gồm các bộ phận sau:
– Bình tích áp (hoặc bình chứa khí): Tích trữ lượng khí nén và cung cấp khi có nhu cầu sử dụng đột ngột, duy trì áp suất ổn định trong hệ thống để không ảnh hưởng đến hoạt động của thiết bị sử dụng khí nén.
Chức năng tương tự như thiết bị ngưng 1 phần bụi bẩn, nước và máy nén khí. Cung cấp và làm mát đầu vào cho máy nén khí và các thiết bị khác như máy lọc khí, máy sấy khí.
– Thiết bị xử lý khí nén: Loại bỏ chất bẩn trong khí nén bao gồm hơi nước, bụi bẩn và cặn bã dầu.
Phương pháp xử lý:
- Phương pháp sấy khô: Loại bỏ nước bên trong khí nén.
- Sấy khô bằng hấp thụ: Sử dụng chất sấy khô hấp thụ nước trong khí ẩm.
- Sấy khô bằng máy sấy khí: Tạo ra lạnh, làm ngưng tụ hơi nước trong khí nén và loại bỏ chất bẩn.
– Lọc khí:
- Lọc khí thô: Lọc chất bẩn lớn kết hợp với bình nén.
- Lọc khí tinh: Loại bỏ tạp chất, bao gồm cả tạp chất nhỏ.
– Thiết bị phụ trợ khác:
- Bộ phận tự động xả nước: Được lắp đặt ở các vị trí có nguy cơ ngưng tụ trong hệ thống đường ống cung cấp khí nén.
- Đồng hồ áp suất: Theo dõi và vận hành dễ dàng hơn.
- Bộ phận làm mát sơ bộ khí nén: Làm mát khí nén trước khi cung cấp đến các thiết bị xử lý khí nén khác như máy sấy khí, lọc khí tinh, lọc khí thô.
Nguyên lý hoạt động của máy nén khí
Nguyên tắc hoạt động của máy nén khí là quá trình chuyển đổi năng lượng cơ học của động cơ, bao gồm động cơ đốt trong và động cơ điện, sang năng lượng nhiệt và khí nén. Có ba nguyên tắc cơ bản để máy nén khí hoạt động hiệu quả hơn.
- Nguyên tắc thay đổi thể tích
Trong nguyên tắc này, không khí được hút vào buồng chứa và buồng chứa dần thu nhỏ. Theo định luật Boyle-Mariotte, áp suất trong buồng chứa tăng lên. Có nhiều loại máy nén khí hoạt động theo nguyên tắc này như máy nén khí piston, cánh gạt và bánh răng.
- Nguyên tắc động năng
Trong nguyên tắc này, không khí được hút vào buồng chứa và được gia tốc bởi một bộ phận quay tốc độ cao. Sự chênh lệch vận tốc này gây ra tăng áp suất khí nén. Loại máy nén khí nổi bật nhất hoạt động theo nguyên tắc này là máy nén khí ly tâm.
- Nguyên tắc ăn khớp
Máy nén khí này bao gồm hai trục vít cái và đực. Khi máy hoạt động, không khí được bơm vào và hai trục vít quay ở trái ngược nhau, tạo ra quá trình ăn khớp. Khi các trục vít quay nhanh, không khí được hút vào qua cửa nạp và truyền vào buồng khí giữa các bánh răng. Ở đây, không khí được nén giữa các bánh răng trước khi được đưa ra qua cửa xả.
Phân loại máy nén khí
Phân loại dựa trên nguyên lý hoạt động của máy nén khí
Có ba loại máy nén khí được phân loại dựa trên nguyên lý hoạt động của chúng.
- Máy nén khí ly tâm:
Máy nén khí ly tâm sử dụng đĩa quay hoặc bánh đẩy hình cánh quạt để ép khí vào phần rìa của bánh đẩy và làm tăng tốc độ khí. Bộ phận khuếch tán có nhiệm vụ chuyển đổi năng lượng từ tốc độ thành áp suất, từ đó tạo ra khí nén. Loại máy này thường được lắp cố định và chủ yếu được sử dụng trong ngành công nghiệp nặng, với yêu cầu về môi trường làm việc suất liên tục và khắc nghiệt. Công suất của máy có thể lên tới hàng ngàn mã lực.
- Máy nén khí piston:
Máy nén khí piston sử dụng rộng rãi trong các tiệm sửa chữa xe máy và gara ô tô. Máy nén khí piston được ưa chuộng bởi tính di động cao, thời gian nén khí nhanh chóng, áp suất ổn định và lưu lượng khí nén lớn. Vỏ ngoài của máy được sơn lớp tĩnh điện cao cấp để chống ăn mòn và han gỉ hiệu quả, giúp bảo vệ linh kiện bên trong máy và gia tăng tuổi thọ của máy. Ngoài ra, giá thành của máy nén khí piston cũng thấp hơn so với các loại máy khác.
- Máy nén khí trục vít:
Máy nén khí trục vít hoạt động thông qua việc sử dụng bánh vít gồm hai cuộn lá chèn hình xoắn góc để nén khí. Máy nén khí trục vít vận hành dựa trên nguyên lý thay đổi thể tích, mỗi khi trục vít quay một vòng, thể tích không gian giữa các răng cũng thay đổi, tạo ra quá trình hút – nén – đẩy khí. Loại máy này được sử dụng rộng rãi trong các xưởng sản xuất và công ty để phục vụ hệ thống vận chuyển hoặc cung cấp nguồn khí nén cho thiết bị đo và hệ thống điều khiển tự động. Máy nén khí trục vít không tạo ra ma sát khi hoạt động, do đó tuổi thọ của máy rất cao, giúp hạn chế tình trạng hao mòn thiết bị và bảo vệ máy tốt hơn. Máy có khả năng vận hành êm ái và tiết kiệm đáng kể chi phí bảo dưỡng và vận hành.
Phân loại dựa theo chất làm mát
- Máy nén khí có dầu
Máy nén khí có dầu sử dụng dầu để làm mát, bôi trơn và làm kín khe hở trục vít. Điều này giúp máy duy trì nhiệt độ ổn định, tăng tính trơn tru và hạn chế sự cố hỏng hóc.
Trong quá trình tạo khí, lượng nhiệt được sinh ra được dầu làm mát và hấp thụ. Điều này dẫn đến khí nén có mùi và chứa hơi dầu. Máy nén khí hơi dùng dầu có giá thành rẻ và độ bền cao, thích hợp cho các ứng dụng trong ngành công nghiệp nặng và hỗ trợ các thiết bị và máy móc hoạt động.
- Máy nén khí không dầu
Máy nén khí không dầu sử dụng phổ biến trong các lĩnh vực như y tế, nha khoa, thực phẩm và dược phẩm. Các công việc trong các lĩnh vực này yêu cầu nguồn khí nén sạch, an toàn cho sức khỏe. Máy này vẫn sử dụng dầu để bôi trơn, tuy nhiên trục vít không có dầu hoặc được làm mát bằng nước. Do đó, khí nén đầu ra không chứa tạp chất, dầu và đảm bảo sạch 100%.
Sử dụng máy nén khí không dầu giúp tiết kiệm chi phí nhiên liệu cho máy. Tuy nhiên, vì không sử dụng dầu để làm kín khe hở và bôi trơn trục nén, máy có giá thành cao và tuổi thọ thấp hơn so với máy nén khí có dầu.
Qua bài viết trên, chúng ta đã có cái nhìn tổng quan về nguyên lý hoạt động của máy nén khí và vai trò quan trọng của nó trong các ngành công nghiệp. Hi vọng rằng thông qua việc nắm vững nguyên lý hoạt động này, bạn sẽ có cái nhìn sâu hơn về máy nén khí và ứng dụng của nó trong sự phát triển công nghiệp.
