Cấu tạo & nguyên lý hoạt động của máy nén khí các loại

Nhu cầu sử dụng máy nén khí hiện nay tăng cao đột biến do nó ứng dụng được trong nhiều ngành nghề. Thế nhưng rất ít người có thể nắm rõ được cấu tạo cũng như nguyên lý hoạt động của từng loại máy nén khí trên thị trường. Trong bài viết này, chúng ta sẽ khám phá cấu tạo cơ bản và nguyên lý hoạt động của các loại máy nén khí phổ biến. Hãy cùng tìm hiểu về những thiết bị quan trọng này và vai trò quan trọng của chúng trong nền công nghiệp ngày nay nhé!

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của từng loại máy nén khí

Máy nén khí là thiết bị cơ khí có nhiệm vụ tăng áp suất của không khí bằng cách giảm thể tích không khí. Ngày nay, máy nén khí được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như:

• Cơ khí, chế tạo máy
• Sản xuất thực phẩm, dược phẩm
• Xây dựng, khai khoáng
• Y tế, hóa chất, điện tử

Tuy nhiên, để chọn được loại máy phù hợp, người dùng cần hiểu rõ cấu tạo – nguyên lý hoạt động – ứng dụng cụ thể của từng loại máy nén khí.

Máy nén khí kiểu cánh gạt

Máy nén khí trục vít có cấu tạo khá phức tạp nhưng rất hiệu quả trong việc tạo ra khí nén áp suất cao và ổn định. Dưới đây là những thành phần quan trọng nhất:

• Động cơ: Cung cấp năng lượng cho quá trình hoạt động của máy.
• Cánh gạt: Thực hiện quá trình nén khí, tương tự như piston trong máy nén piston.
• Hệ thống làm mát: Làm mát và giải nhiệt cho máy, ngăn chặn nhiệt độ quá cao.
• Rãnh: Khoang chứa khí nén trong quá trình nén.
• Đường khí vào: Dẫn không khí từ môi trường bên ngoài vào máy.
• Đường dẫn khí ra: Dẫn khí đã nén đến bình chứa khí.
• Thân máy: Gia công từ kim loại chất lượng cao, bảo vệ các chi tiết bên trong.
• Trục: Làm quay cánh gạt.
• Van một chiều: Hướng dòng khí đi một chiều duy nhất, ngăn ngừa khí nén trở lại và ảnh hưởng đến quá trình nén khí.

Cách hoạt động của máy nén khí kiểu cánh gạt

Trong quá trình hoạt động của máy nén khí này, không khí được hút vào buồng hút, tạo ra một chu trình áp suất và thể tích khí. Trong biểu đồ áp suất – thể tích (p-V), quá trình này được thể hiện từ điểm D đến điểm A.

Nhờ sự lệch lạc giữa rotor và stator ở một khoảng lệch tâm e, khi roto quay theo chiều sang phải, không khí được nén và đẩy vào buồng đẩy.

Quá trình này được biểu diễn trên biểu đồ p-V từ điểm A đến điểm B và sau đó từ điểm B đến điểm C. Đây chính là minh họa cách mà máy nén khí kiểu cánh gạt tạo ra áp suất cao để nén không khí và đẩy ra khỏi buồng đẩy.

Máy nén khí kiểu piston

Cấu tạo máy nén khí dân dụng piston

• Xi lanh: Là phần chứa không khí và nơi piston di chuyển.
• Piston: Thực hiện quá trình nén khí bằng cách di chuyển trong xi lanh.
• Cần đẩy: Truyền động chuyển động từ piston đến thanh truyền.
• Thanh truyền: Truyền động từ cần đẩy sang con trượt.
• Con trượt: Dẫn động quá trình nén khí.
• Tay quay: Có vai trò điều chỉnh hoạt động của máy.
• Van nạp khí: Điều chỉnh lưu lượng khí vào xi lanh.
• Van xả khí: Thải khí nén ra khỏi xi lanh sau khi nén.
• Phớt: Đảm bảo kín khít giữa piston và thành xi lanh.
• Bình làm mát (đối với máy nén khí hai chiều một cấp): Làm mát khí nén trước khi đưa vào hệ thống.

Nguyên lý hoạt động của máy nén khí Piston

Máy nén khí kiểu piston là một loại máy sử dụng động cơ đốt trong để tạo ra khí nén với áp suất cao. Các máy nén khí piston thường được phân loại theo số cấp nén, loại truyền động và phương thức làm nguội khi nén. Loại máy nén này có thể sản xuất khí nén áp suất cao, có thể lên đến 40 MPa hoặc cao hơn.

Nguyên lý hoạt động của máy nén khí kiểu piston

Máy nén khí piston có các loại khác nhau như máy nén một cấp và hai cấp. Máy nén khí một cấp có khả năng hút được lưu lượng khí lên đến 10 m3/phút và tạo ra áp suất khí nén khoảng 6 bar, có thể lên đến 10 bar. Trong khi đó, máy nén khí kiểu pittông hai cấp có thể nén đến áp suất 15 bar. Các loại máy nén khí piston 3 và 4 cấp có khả năng tạo ra áp suất khí nén cao nhất lên đến 250 bar.

Lưu lượng của máy nén piston được tính bằng công thức: Q = V.n.η x 10^-3 (lít/phút), trong đó V là thể tích của khí nén tải đi trong một vòng quay (cm3), n là số vòng quay của động cơ máy nén (vòng/phút), và η là hiệu suất nén (%). Điều này giúp xác định và chọn lựa máy nén khí phù hợp với nhu cầu và yêu cầu của hệ thống sử dụng.

Máy nén khí kiểu trục vít

Cấu tạo của máy nén khí trục vít:

• Bộ trục: Bao gồm trục vít, là phần quan trọng nhất trong quá trình nén. Trục vít quay tạo ra lực hút không khí, sau đó nén và đẩy khí ra ngoài.
• Xi lanh nén: Là nơi không khí chạy qua và được nén trong các khoang của hình trụ. Số lượng xi lanh xác định số giai đoạn và áp suất khí nén.
• Bộ lọc không khí: Bộ lọc đầu tiên trong hệ thống lọc, giữ bụi, hơi ẩm và các hạt không khí có thể gây hại cho máy.
• Bộ lọc dầu: Được sử dụng trong máy nén bôi trơn bằng dầu, lọc dầu bôi trơn từ khí nén để bảo vệ máy và cung cấp làm mát cho máy nén.
• Vòng bi: Đặt ở cả hai đầu của trục quay, giúp trục quay cố định vị trí, quay đều và duy trì cân bằng, đồng thời giúp chống ma sát và ăn mòn.

Nguyên lý hoạt động của máy nén khí trục vít

Máy nén khí kiểu trục vít hoạt động dựa trên nguyên lý thay đổi thể tích. Trong quá trình hoạt động, thể tích khoảng trống giữa các răng trên trục vít sẽ thay đổi khi trục vít quay một vòng. Quá trình này bao gồm quá trình hút khi thể tích khoảng trống tăng lên, quá trình nén khí thể tích khoảng trống giảm đi, và cuối cùng là quá trình đẩy khí nén ra.

Cấu Tạo Của Máy Nén Khí Các Loại & Nguyên Lý Hoạt động

Cấu trúc chính của máy nén khí kiểu trục vít bao gồm hai trục: trục chính và trục phụ. Số răng trên mỗi trục xác định thể tích làm việc của máy, bao gồm quá trình hút và nén, khi trục quay một vòng. Số răng càng nhiều, thể tích hút và nén của mỗi vòng quay sẽ càng nhỏ. Đối với hiệu suất tốt hơn, số răng trên trục chính và trục phụ không nên bằng nhau.

Ở các ngành công nghiệp như công nghệ thực phẩm và công nghiệp hóa chất, máy nén khí thường được yêu cầu không sử dụng dầu bôi trơn để đảm bảo sự an toàn và sạch sẽ cho sản phẩm cuối cùng. Tuy nhiên, trong các ngành công nghiệp nặng và trong các hệ thống điều khiển, máy nén khí thường được thiết kế với dầu bôi trơn để tránh sự ăn mòn của hệ thống ống dẫn và các phần tử điều khiển.

Máy nén khí kiểu root

Cấu tạo của máy nén khí kiểu root

• Vỏ, thân máy: Bao gồm bề mặt bên ngoài của máy, đóng vai trò bảo vệ và giữ các thành phần bên trong.
• Cánh và trục máy: Thực hiện chức năng tạo ra sự nén và xả khí.
• Trục ngắn và trục dài: Cung cấp kết nối và hỗ trợ cho cánh và trục máy.
• Cặp bánh răng quạt: Làm việc cùng nhau để tạo ra chuyển động quay cho cánh và trục máy.
• Đĩa văng dầu: Dùng để bôi trơn và làm mát cho các bộ phận quay.
• Vòng bi quạt roots blowers: Giúp giữ cho cánh và trục máy quay một cách ổn định và mịn màng.
• Vòng phớt chắn dầu: Ngăn dầu bôi trơn từ việc xâm nhập vào các phần không gian không mong muốn.
• Vòng xéc măng: Đảm bảo kín đáo và tránh rò rỉ khí.

Nguyên lý hoạt động của loại máy nén khí kiểu root

Máy nén khí kiểu root được thiết kế với cấu trúc gồm 2 hoặc 3 cánh quạt (pittông) có hình dạng giống số 8, như được mô tả trong biểu đồ dưới đây. Các pittông này được quay đồng bộ bằng bộ truyền động nằm ở bên ngoài thân máy và không tiếp xúc với nhau trong quá trình quay. Hiệu suất hút của máy phụ thuộc vào khe hở giữa hai pittông và khe hở giữa phần quay và thân máy.

Nguyên lý hoạt động máy nén khí kiểu root

Máy nén khí kiểu root tạo ra áp suất không phải theo nguyên lý thay đổi thể tích, mà có thể được mô tả là sự nén từ dòng khí phía sau. Điều này có nghĩa là, khi cánh quạt (roto) quay một vòng, áp suất vẫn chưa được tạo ra trong buồng đẩy. Áp suất chỉ được tạo ra khi cánh quạt quay đến vòng tiếp theo, khi đó dòng khí từ vòng trước sẽ được đẩy vào dòng khí mới và cuối cùng chúng sẽ vào buồng đẩy. Nguyên lý hoạt động này dẫn đến việc tăng tiếng ồn trong quá trình hoạt động của máy nén khí kiểu root.

Cách chọn máy nén khí phù hợp

Để đầu tư một hệ thống máy nén khí hiệu quả, ngoài việc nắm rõ về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của thiết bị, người dùng cần đặc biệt chú ý đến một số tiêu chí quan trọng khi lựa chọn máy. Sau đây, Napacomp sẽ giúp bạn hiểu rõ những thông số chính mà bạn nên cân nhắc kỹ trước khi quyết định mua.

1. Chất lượng khí nén theo từng ngành nghề

Chất lượng khí nén là một trong những yếu tố quan trọng nhất cần đánh giá, bởi nó ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm và quá trình vận hành của toàn bộ hệ thống.

Hiện nay, các tiêu chuẩn đánh giá chất lượng khí nén phổ biến là ISO 8573-1 và JIS B 8392-1, tập trung chủ yếu vào các yếu tố như:

• Độ sạch của khí nén: lượng bụi bẩn, hơi dầu tồn tại trong khí.
• Độ khô của khí nén: khả năng loại bỏ hơi nước trong khí nén để tránh hiện tượng ngưng tụ gây hại thiết bị.

Tùy theo từng ngành sản xuất, mức độ yêu cầu về chất lượng khí nén sẽ có sự khác biệt rõ rệt:

• Ngành Dược phẩm, Thực phẩm, Đồ uống, Vi mạch điện tử:
  Đây là những ngành đòi hỏi khí nén phải cực kỳ sạch, tuyệt đối không chứa dầu, hơi nước và bụi bẩn. Vì vậy, máy nén khí trục vít không dầu đạt chuẩn Class 0 là lựa chọn bắt buộc. Ví dụ tiêu biểu như các sản phẩm máy nén khí của Hitachi đã đáp ứng tiêu chuẩn này.
• Các ngành công nghiệp nhẹ, cơ khí, bao bì, gỗ, xây dựng:
  Yêu cầu về khí nén ở mức độ vừa phải, không đòi hỏi khí hoàn toàn không dầu, nhưng cần đảm bảo độ khô và hạn chế bụi bẩn. Trong trường hợp này, bạn có thể chọn máy nén khí có dầu kết hợp bộ lọc khí và máy sấy khí để đạt chất lượng khí mong muốn.

2. Xác định lưu lượng khí nén phù hợp nhu cầu thực tế

Sau khi hiểu rõ chất lượng khí cần thiết, bạn cần xác định lưu lượng khí nén mà hệ thống của bạn yêu cầu để chọn máy chính xác hơn.

Lưu lượng khí nén được hiểu là thể tích khí mà máy nén khí có thể cung cấp trong một khoảng thời gian nhất định. Các đơn vị đo lường thường được sử dụng bao gồm:

• m³/phút (mét khối trên phút)
• lít/phút
• CFM (cubic feet per minute)

Xác định rõ lưu lượng khí giúp bạn lựa chọn được công suất máy nén khí phù hợp, tránh tình trạng thiếu khí khi vận hành hoặc lãng phí khi đầu tư máy quá lớn.

Khi tính toán lưu lượng khí, bạn cũng cần quan tâm thêm các yếu tố sau để đảm bảo độ chính xác và tối ưu vận hành:

• Công suất của máy nén: Được thể hiện qua đơn vị kW (Kilowatt) hoặc HP (Horsepower). Công suất càng cao, máy nén càng mạnh nhưng tiêu hao điện cũng lớn hơn.
• Thiết bị xử lý khí đi kèm: Công suất của máy sấy khí, bộ lọc khí cần tương ứng với máy nén khí để tránh tình trạng nghẽn hệ thống hoặc quá tải.
• Thể tích bình chứa khí nén: Thể tích bình chứa phù hợp sẽ giúp cân bằng lượng khí sử dụng trong quá trình vận hành, giảm tình trạng máy phải chạy liên tục, kéo dài tuổi thọ máy và giảm hao phí điện năng.

Ví dụ minh họa: Một nhà máy nhỏ dùng khí nén cho vài máy CNC có thể chỉ cần máy nén trục vít khoảng 15-30 HP, nhưng một nhà máy sản xuất bao bì lớn thường yêu cầu máy nén trục vít từ 50-100 HP trở lên.

3. Áp suất khí nén yêu cầu để đáp ứng công việc

Áp suất khí nén là thông số quan trọng tiếp theo cần được xác định rõ ràng. Áp suất quyết định hiệu suất làm việc của thiết bị đầu cuối và độ ổn định của toàn hệ thống khí nén.

Các đơn vị áp suất phổ biến trong máy nén khí là:

• Mpa (Megapascal)
• Kgf/cm²
• Bar
• Psi (pounds per square inch)

Để xác định áp suất khí nén phù hợp, bạn nên xem xét:

• Áp suất cần thiết để vận hành thiết bị sử dụng khí nén tại điểm đầu cuối (thường từ 6-13 bar với đa số ứng dụng công nghiệp).
• Khoảng cách từ máy nén khí đến nơi sử dụng và hệ thống đường ống dẫn khí, bởi càng xa thì áp suất khí càng giảm. Do đó, cần tính toán mức suy giảm áp suất này và lựa chọn máy nén khí có áp suất đầu ra cao hơn mức tối thiểu yêu cầu.

4. Các yếu tố quan trọng khác cần cân nhắc

Ngoài ba tiêu chí cơ bản trên, khi lựa chọn máy nén khí bạn cũng nên xem xét thêm các yếu tố bổ sung dưới đây:

• Phương thức giải nhiệt máy nén khí:
  Máy nén khí có thể sử dụng phương thức làm mát bằng gió hoặc bằng nước.
  • Giải nhiệt bằng gió: phù hợp với môi trường thoáng, không gian rộng, nhiệt độ môi trường ổn định.
  • Giải nhiệt bằng nước: phù hợp với môi trường nóng ẩm, công suất vận hành liên tục cao, không gian kín.
• Khả năng tiết kiệm điện năng (máy nén khí biến tần hoặc không biến tần): Nếu nhu cầu khí nén dao động lớn, máy nén khí biến tần (inverter) sẽ giúp tối ưu đáng kể điện năng tiêu thụ bằng cách điều chỉnh tốc độ quay theo nhu cầu thực tế. Ngược lại, máy không biến tần phù hợp hơn với các nhà máy có nhu cầu sử dụng khí ổn định liên tục.

Máy nén khí trục vít là giải pháp hoàn hảo cho các doanh nghiệp cần nguồn khí nén ổn định, hiệu quả và bền bỉ. Napacomp Việt Nam luôn sẵn sàng đồng hành cùng bạn từ việc tư vấn ban đầu, lắp đặt hệ thống, cho đến các dịch vụ hậu mãi chuyên nghiệp như bảo trì, sửa chữa định kỳ, để đảm bảo hệ thống khí nén luôn vận hành ổn định và tiết kiệm.

Liên hệ ngay Napacomp qua hotline 0934879019 để được hỗ trợ nhanh chóng, tận tình nhất từ đội ngũ kỹ thuật viên chuyên nghiệp của chúng tôi!