Khái niệm máy nén khí là gì?
Máy nén khí là một thiết bị gồm các thành phần máy móc có chức năng tăng áp suất của chất khí, cung cấp năng lượng để làm tăng áp suất và nhiệt độ của dòng khí. Máy nén khí hoạt động bằng cách hút không khí từ môi trường xung quanh và lưu trữ nó trong một bình chứa áp suất cao, dẫn đến tăng áp suất của khí trong bình.
Từ bình chứa, khí nén được phân phối tới nhiều công cụ khác nhau như súng phun khí để thổi sạch bụi bẩn, tạo luồng khí để làm sạch bề mặt, hoặc cung cấp cho các thiết bị có bộ phận quay như máy khoan, máy vặn vít, máy đánh bóng. Các thiết bị này thường được trang bị một động cơ quạt nhỏ, khi khí áp suất cao được đưa vào, nó đẩy cánh quạt của động cơ quay. Nhờ vào cơ cấu truyền động phù hợp, các thiết bị này có thể hoạt động theo mục đích cụ thể của chúng.
Máy nén khí có ứng dụng rộng rãi và phổ biến trong cuộc sống hàng ngày, đóng góp quan trọng trong nhiều lĩnh vực khác nhau.
Cấu tạo máy nén khí trục vít
– Van hút máy nén khí: Trong cấu trúc của máy nén khí, van hút chơi vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh lưu lượng khí đầu ra của máy. Chức năng này được thực hiện bằng cách mở và đóng luồng khí vào máy.
– Cụm đầu nén: Cụm đầu nén được xem như trái tim của máy nén khí, vì đây là nơi thực hiện quá trình nén khí.
– Van một chiều: Van một chiều máy nén khí trục vít có nhiệm vụ ngăn khí và dầu quay trở lại cụm đầu nén, ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt động của máy nén khí.
– Van chặn dầu: Van này ngăn ngừa dầu tràn sang mô tơ khi máy nén khí hoạt động.
– Bình chứa dầu: Bình chứa dầu giữ và cung cấp dầu cho các bộ phận khi máy nén khí hoạt động.
– Lọc tách dầu: Bộ lọc này lọc dầu ra khỏi dòng khí nén để đảm bảo chất lượng khí thoát ra.
– Đường hồi dầu: Bộ phận hồi dầu hút lại dầu còn đọng dưới đáy bộ lọc tách dầu.
– Van áp suất tối thiểu: Bảo đảm áp suất tối thiểu trong bình dầu, ngăn không khí từ hệ thống khí nén ra ngoài khi máy chuyển từ trạng thái không tải sang có tải.
– Van hằng nhiệt: Điều tiết lượng dầu được bơm vào hệ thống làm mát máy nén khí.
– Lọc dầu: Lọc bụi bẩn và tạp chất trong dầu máy nén khí.
– Két giải nhiệt khí và dầu: Két giải nhiệt khí làm mát khí nén trước khi khí thoát ra ngoài. Két giải nhiệt dầu làm mát dầu trước khi được sử dụng.
– Van xả nước ngưng tụ: Thải nước ngưng tụ ra khỏi máy nén khí.
– Mô tơ điện và coupling: Mô tơ điện cung cấp năng lượng cho máy nén khí, thực hiện chuyển đổi điện năng thành động năng để nén khí.
– Van điện từ: Điều khiển hoạt động mở và đóng của máy nén khí.
– Van xả xì: Dùng để xả bớt khí từ máy nén khí.
– Quạt làm mát và mô tơ: Quạt làm mát làm mát động cơ máy nén khí khi hoạt động để tránh quá nhiệt.
– Van an toàn: Duy trì áp suất an toàn trong bình khí, ngăn ngừa nổ bình khi áp suất tăng quá cao.
– Cảm biến áp suất: Theo dõi và điều khiển áp suất làm việc của máy nén khí.
– Cảm biến nhiệt độ: Đảm bảo nhiệt độ làm việc an toàn cho máy nén khí.
– Cảm biến quá dòng, quá tải: Bảo vệ máy khỏi quá tải.
– Lọc sơ cấp máy nén khí: Lọc sơ cấp loại bỏ bụi và tạp chất từ không khí đầu vào máy nén khí.
Nguyên lý hoạt động máy nén khí
Máy nén khí làm cho khí trở nên áp suất cao. Năng lượng cơ học từ động cơ đốt trong hoặc điện được biến đổi thành năng lượng nhiệt và khí nén. Máy nén khí hoạt động dựa trên các nguyên tắc cơ bản sau:
Nguyên tắc biến đổi thể tích: Không khí được đưa vào buồng chứa. Sau đó, buồng chứa dần dần co lại. Theo định luật Boyle-Mariotte, áp suất trong buồng tăng lên khi thể tích giảm. Các loại máy nén khí piston, cánh gạt, bánh răng… hoạt động theo nguyên tắc này.
Nguyên tắc động năng: Không khí chảy vào buồng chứa và được tăng tốc bởi một bộ phận quay với tốc độ cao. Sự chênh lệch vận tốc tạo ra tăng áp suất khí. Nguyên tắc này tạo ra lưu lượng và công suất lớn. Máy nén khí ly tâm là ví dụ điển hình của loại máy hoạt động theo nguyên tắc này.
Nguyên tắc hội tụ: Máy bao gồm hai trục vít, một cái và một đực. Khi máy hoạt động, khí được bơm vào. Hai trục vít quay ngược chiều, gọi là quá trình hội tụ. Khi trục vít quay nhanh, không khí được hút vào qua cửa nạp và đưa vào buồng khí giữa các trục vít. Tại đây, không khí bị nén giữa các bánh răng trước khi được đưa ra qua cửa xả.
Phân loại máy nén khí
Phân loại theo loại theo chất làm mát
Máy nén khí loại có dầu
Máy nén khí sử dụng dầu, thường được gọi là máy nén khí ngâm dầu. Thiết bị này tận dụng dầu để làm mát, bôi trơn và kín kít các khe hở của trục vít. Điều này giúp duy trì nhiệt độ ổn định trong máy, tạo điều kiện cho hoạt động mượt mà hơn và giảm nguy cơ hỏng hóc.
Lượng nhiệt phát sinh trong quá trình nén khí được làm mát và hấp thụ bằng dầu. Do đó, khí nén sinh ra có thể mang theo mùi và hơi dầu. Máy nén khí sử dụng dầu có chi phí thấp và độ bền cao. Thường được ứng dụng trong các ngành công nghiệp nặng, máy móc và thiết bị hỗ trợ hoạt động.
Máy nén khí không sử dụng dầu
Máy nén khí không dầu được rộng rãi áp dụng trong lĩnh vực y tế, nha khoa, thực phẩm, dược phẩm,… Những nơi cần sử dụng nguồn khí nén sạch và đảm bảo an toàn cho sức khỏe. Loại máy này vẫn sử dụng dầu để bôi trơn, tuy nhiên, thiết kế của hộp trục không sử dụng dầu hoặc thay thế bằng nước làm mát. Nhờ đó, khí nén đầu ra không chứa tạp chất hay dầu, đảm bảo mức độ sạch tối đa.
Sử dụng máy nén khí không dầu giúp giảm thiểu tốn kém cho việc cung cấp thêm nhiên liệu cho máy. Tuy nhiên, do thiết kế không sử dụng dầu để kín khe hở và làm trơn trục vít, các khe hở trục vít phải được thiết kế vô cùng chính xác và tinh tế. Điều này dẫn đến chi phí sản xuất cao hơn và tuổi thọ thấp hơn so với máy nén khí có dầu. Do không có dầu để làm trơn trục vít, khả năng gây hỏng hóc cũng tăng lên.
Phân loại theo nguyên lý hoạt động
Máy nén khí piston
Máy nén khí piston là một trong những loại máy phổ biến nhất, được rộng rãi sử dụng tại cửa hàng sửa chữa xe máy và gara ô tô. Điều này bởi vì chúng có tính linh hoạt cao cùng khả năng nén hơi nhanh chóng, áp suất ổn định và lưu lượng khí nén đáng kể. Bề ngoài của máy được phủ lớp sơn tĩnh điện chất lượng cao, giúp chống lại hiện tượng ăn mòn và gỉ sét một cách hiệu quả. Điều này đảm bảo bảo vệ các thành phần bên trong máy và kéo dài tuổi thọ của máy. Ngoài ra, máy nén khí dạng piston thường có giá thành thấp hơn so với các dạng máy nén khí khác.
Máy nén khí trục vít
Máy nén khí trục vít hoạt động dựa trên việc sử dụng bánh vít, bao gồm hai cuộn lá chèn xoắn gốc để nén khí. Máy nén khí này thực hiện nguyên tắc biến đổi thể tích, khi trục vít thực hiện một vòng quay, khoảng trống giữa các răng của chúng thay đổi, gây ra quá trình hút – nén – đẩy khí.
Loại máy này rất phổ biến trong các nhà máy, công ty để cung cấp hệ thống khí nén cho việc vận chuyển và hỗ trợ thiết bị đo lường cũng như hệ thống điều khiển tự động. Máy trục vít không gây ma sát khi hoạt động, dẫn đến tuổi thọ lâu dài, giảm thiểu tình trạng hao mòn và bảo vệ máy tốt hơn. Việc hoạt động của máy diễn ra êm ái và giúp tiết kiệm đáng kể chi phí bảo trì và vận hành.
Máy nén khí ly tâm
Dạng máy này sử dụng đĩa quay hoặc bánh đẩy thiết kế dạng cánh quạt để ép khí vào vùng rìa của bánh đẩy, tạo ra sự gia tăng vận tốc của khí. Bộ phận khuếch tán có nhiệm vụ chuyển đổi năng lượng từ vận tốc thành áp suất, tạo ra khí nén.
Máy nén khí tâm ly thường được cố định lắp đặt và chủ yếu sử dụng trong các ngành công nghiệp nặng. Đây là môi trường làm việc yêu cầu sự liên tục và khắc nghiệt, với công suất có thể lên đến hàng ngàn mã lực.
Ứng dụng của máy nén khí trong công nghiệp và chế tạo
Ứng dụng của máy nén khí trong các ngành khai thác khoáng sản hầm lò
Máy nén khí được áp dụng để tạo luồng khí nén có tác động đến các thiết bị sử dụng khí cũng như thực hiện việc khám phá độ sâu trong nhiều ngành công nghiệp. Trong lĩnh vực khai khoáng, máy nén khí chịu trách nhiệm cung cấp khí nén cho các thiết bị như máy khoan và máy rung. Nhờ khả năng tạo ra các luồng khí nén mạnh mẽ, chúng hỗ trợ trong quá trình thăm dò độ sâu của các tầng đất và đá.
Khi thực hiện công việc dưới độ sâu trong lòng đất, từ hàng chục đến hàng trăm mét dưới mặt đất, rất dễ xảy ra tình trạng thiếu oxy. Điều này xảy ra do trong lòng đất tích tụ nhiều loại khí khác như metan và các khí khác. Những loại khí này không có lợi cho sức khỏe con người; thực tế, chúng có thể gây ra tình trạng thiếu oxy, gây hôn mê. Trong tình huống như vậy, việc sử dụng máy nén khí có thể đảm bảo cung cấp lượng oxy cần thiết cho cơ thể, đảm bảo an toàn và sức khỏe cho những người tham gia làm việc trong hầm lò.
Vì vị trí nằm dưới lòng đất, không khí không thể tự nhiên lưu thông như trên mặt đất. Do đó, để đảm bảo sự lưu thông của không khí trong môi trường kín như hầm lò, việc sử dụng máy nén khí đóng vai trò quan trọng trong việc hỗ trợ quá trình tuần hoàn không khí. Điều này đảm bảo môi trường trong hầm lò có sự luân phiên không khí tươi và gió sạch, đồng thời đảm bảo sự an toàn cho sức khỏe của những người làm việc trong đó.
Ứng dụng của máy nén khí trong các ngành công nghiệp
Ngoài việc phục vụ trong quá trình khai thác khai khoáng ở các tầng dưới đất, máy bơm khí và máy nén khí còn có thể được sử dụng như một công cụ mạnh mẽ để thổi sạch bụi bẩn, làm vệ sinh khu vực, và thậm chí thực hiện việc phun sơn.
Máy nén khí cũng có nhiều ứng dụng quan trọng trong ngành công nghiệp chế tạo. Chúng được tích hợp vào các quy trình tự động hóa, giúp điều khiển và thực hiện các tác vụ một cách hiệu quả.
Máy nén khí không thể thiếu trong lĩnh vực y tế. Trong y học, chúng được sử dụng để cung cấp oxy với lưu lượng cao, giúp sấy khô các nguyên liệu, tiến行 quá trình khử trùng các thiết bị y tế, và thậm chí được sử dụng trong việc phun rửa vỏ thuốc.
Công nghiệp vệ sinh cũng rất sáng tạo trong việc sử dụng máy nén khí. Chúng được áp dụng để thông cống, làm sạch các ống dẫn, và loại bỏ bụi bẩn từ các hệ thống đường ống.
Máy bơm khí nén là một trợ thủ quan trọng trong quá trình bảo dưỡng và sửa chữa xe. Chúng được sử dụng để bơm lốp xe, tạo áp lực để đóng các đinh bọc yên xe gắn máy, làm sạch các bộ phận, và thậm chí giúp làm khô xe sau khi rửa.
Máy nén khí không chỉ đóng vai trò quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau, mà còn có sự ảnh hưởng đáng kể đến cuộc sống hàng ngày của chúng ta. Hiểu rõ về nguyên tắc hoạt động và các loại máy nén khí sẽ giúp chúng ta sử dụng chúng một cách hiệu quả hơn và tận dụng những lợi ích mà chúng mang lại.
