[Máy nén khí] Kiến thức cơ bản

Máy nén khí là thành phần chính của hệ thống cung cấp không khí. Nó là một thiết bị chuyển đổi năng lượng cơ học từ động cơ chính (thường là động cơ điện) thành năng lượng áp suất khí, đóng vai trò là máy phát khí nén cho khí nén.

Là một loại máy điện, máy nén làm giảm thể tích khí và tăng áp suất, tạo ra một lượng động năng nhất định có thể được sử dụng làm năng lượng cơ học hoặc cho các mục đích khác.

Sơ đồ nguyên lý của hệ thống khí nén được thể hiện dưới đây:

1. Phân loại theo định nghĩa:

1)Máy nén khí thể tích:Giảm thể tích khí và tăng áp suất khí.

Biến đổi cơ năng thành thế năng.

Máy nén pittông: Khối lượng làm việc thay đổi định kỳ, trong khi vị trí không gian không thay đổi.

Máy nén quay: Khối lượng làm việc thay đổi định kỳ và vị trí không gian thay đổi.

2) Máy nén động

Tăng tốc độ chuyển động của các phân tử khí, chuyển hóa động năng của phân tử khí thành năng lượng áp suất khí, từ đó làm tăng áp suất của khí nén.

Động năng → Thế năng

Máy nén ly tâm: là loại máy nén tốc độ. Trong thiết bị này, có một hoặc nhiều cánh quạt quay (các cánh quạt thường ở hai bên) giúp tăng tốc khí. Dòng chảy chính là xuyên tâm.

2. Phân loại theo áp suất xả

1) Máy thổi: 0,01 ～ 0,1 MPa

2) Áp suất thấp: 0,2 ～ 1,0 MPa

3) Áp suất trung bình: 1 ～ 10 MPa

4) Áp suất cao: 10 ～ 100 MPa

5) Áp suất cực cao: ＞ 100 MPa

3. Phân loại theo chuyển vị

Thu nhỏ: ＜ 1 m³/phút

Nhỏ: 1 ～ 10 m³/phút

Trung bình: 10 ～ 100 m³/phút

Lớn: ＞ 100 m³/phút

4. Phân loại theo phương pháp làm mát

1) Làm mát bằng không khí: Sử dụng không khí làm môi trường làm mát và hoàn thành việc lưu thông không khí bằng quạt làm mát riêng.

2) Làm mát bằng nước: Sử dụng nước làm môi trường làm mát, được trang bị tháp giải nhiệt chuyên dụng hoặc hệ thống tuần hoàn nước làm mát đặc biệt.

5. Phân loại theo phương pháp bôi trơn

1) Bôi trơn bằng dầu

Một. Máy nén phun dầu

b. Máy nén dầu siêu nhỏ

2) Bôi trơn không dầu

Một. Bôi trơn bằng nước

b. Vít khô

c. Piston không dầu

d. Ly tâm

3. Nguyên lý làm việc của máy nén khí

1. Máy nén khí Piston

Khi piston di chuyển từ điểm chết trên đến điểm chết dưới của xi lanh, thể tích bên trong xi lanh tăng lên và áp suất giảm xuống.

Khi áp suất bên trong xi lanh giảm xuống dưới áp suất khí quyển bên ngoài, không khí bên ngoài đẩy van nạp mở ra theo lực căng của lò xo dưới sự chênh lệch áp suất và đi vào xi lanh (van xả vẫn đóng).

Khi piston chạm đến điểm chết dưới, xi lanh chứa đầy không khí và áp suất của nó bằng với áp suất khí quyển bên ngoài. Do cân bằng áp suất, lò xo van sẽ đóng van nạp, hoàn thành hành trình nạp.

Khi piston di chuyển lên từ điểm chết dưới đến điểm chết trên, cả van nạp và van xả đều đóng và không khí bên trong xi lanh bị nén.

Với chuyển động đi lên của piston, thể tích xi lanh liên tục giảm và áp suất của khí nén ngày càng tăng. Đây là hành trình nén.

Khi áp suất của khí nén vượt quá lực tổng hợp của lực căng lò xo van và áp suất trong ống xả, van xả sẽ mở ra và khí nén được xả qua ống xả cho đến khi piston chạm đến điểm chết trên.

Tại thời điểm này, phần lớn khí nén trong xi lanh được xả ra, áp suất giảm mạnh và van xả đóng lại dưới sức căng của lò xo. Đây là hành trình xả.

Sau đó, piston lại di chuyển xuống dưới, hút không khí trong lành vào và bắt đầu chu trình tiếp theo.

Máy nén khí piston hoạt động theo chu kỳ nạp, nén và xả lặp đi lặp lại.

Lưu ý: Máy nén khí piston trên thị trường áp suất thấp hiện nay đang dần được thay thế bằng máy nén khí trục vít nên chỉ cần hiểu biết cơ bản là được.

Máy nén khí trục vít được chia thành 2 loại:

máy nén khí trục vít đôi và máy nén khí trục vít đơn.

1) Nguyên lý làm việc & Giới thiệu Máy nén khí trục vít đôi

Máy nén khí trục vít đôi bao gồm một cặp rôto (hoặc vít) đực và cái song song, ăn khớp với nhau, quay bên trong xi lanh.

Điều này tạo ra sự thay đổi thể tích định kỳ trong khoảng trống giữa các rãnh rôto, do đó không khí được truyền liên tục theo chiều trục từ phía hút đến phía xả.

Bằng cách này, quá trình nạp, nén và xả của máy nén khí trục vít được hoàn thành.

Cửa nạp và thoát khí được đặt ở hai đầu đối diện của máy nén.

Các rãnh của rôto cái và răng của rôto đực được dẫn động quay bằng động cơ chính.

2) Nguyên lý làm việc & Giới thiệu Máy nén khí trục vít đơn

Máy nén khí trục vít đơn có đặc điểm là chỉ có một rôto trục vít.

Tuy nhiên, trên thực tế, nó có ba trục quay: một rôto trục vít và hai bánh sao (bánh răng hành tinh) vuông góc với rôto trục vít. Là một thành viên của dòng máy nén khí trục vít, máy nén khí trục vít đơn có những ưu điểm tương tự như của máy nén khí trục vít đôi. Tuy nhiên, nó chưa được áp dụng rộng rãi trong công nghiệp do một số vấn đề kỹ thuật khó giải quyết.

Một. Nhiều bộ phận chuyển động:

Máy nén khí trục vít đơn có ba trục quay.

Hơn nữa, độ cứng của rôto trục vít và bánh răng sao (bánh răng hành tinh) khác nhau rất nhiều, dẫn đến biến dạng không đồng đều trong quá trình vận hành. Điều này gây khó khăn cho việc đảm bảo chia lưới chính xác, dẫn đến hiệu suất thể tích thấp. Trong các máy nén trục vít đơn có bán trên thị trường, bánh xe sao được làm bằng vật liệu phi kim loại có khả năng chống mài mòn kém. Trong quá trình vận hành tốc độ cao, độ mòn nặng làm tăng rò rỉ bên trong, khiến tốc độ dòng chảy giảm đáng kể sau một thời gian sử dụng. Thông thường, sau 3.000 đến 4.000 giờ hoạt động, tốc độ dòng chảy giảm trung bình từ 5% đến 10%. Do đó, máy nén khí trục vít đơn có hiệu quả kinh tế rất kém trong các ứng dụng công nghiệp. Ngoài ra, biến dạng không đồng đều và độ chính xác chia lưới kém làm giảm độ ổn định cơ học của toàn bộ thiết bị, dẫn đến tỷ lệ hỏng hóc cao và tỷ lệ bảo trì cao, điều này càng hạn chế phạm vi ứng dụng của nó.

b. Chất liệu của bánh xe sao (bánh răng hành tinh) cần được cải tiến hơn nữa.

Là một trong những thành phần cốt lõi của máy nén trục vít đơn, bánh xe sao chủ yếu có chức năng bịt kín. Nếu sử dụng bánh xe sao bằng thép, hệ số giãn nở nhiệt lớn và thể tích giãn nở của thép đòi hỏi phải có một khe hở tương đối lớn giữa bánh sao và trục vít. Điều này không chỉ dẫn đến rò rỉ cao và hiệu suất thấp mà còn có thể dễ dàng gây ra hiện tượng co giật và hỏng hóc lớn. Nếu sử dụng vật liệu composite thì có thể tránh được các vấn đề trên. Tuy nhiên, vật liệu composite hiện nay có độ bền thấp và khả năng chống mài mòn kém. Dưới lực cắt và ma sát cơ học trong quá trình vận hành, chúng bị mòn nhanh chóng, dẫn đến tăng rò rỉ bên trong và giảm hiệu quả. Việc sửa chữa thường xuyên cũng làm tăng khối lượng công việc của nhân viên bảo trì và chi phí bảo trì. Việc tìm ra vật liệu có độ bền cao, độ giãn nở thấp và khả năng chống mài mòn cao đã trở thành một vấn đề lớn khác đối với các nhà sản xuất. Tuy nhiên, với những tiến bộ hiện nay trong khoa học vật liệu, khó có thể tìm ra giải pháp cơ bản trong thời gian ngắn.

c. Cấu hình trục vít cần được tối ưu hóa hơn nữa. Do hai vấn đề trên và thiếu các giải pháp hiệu quả trong tương lai gần, việc quảng bá máy nén khí trục vít đơn bị hạn chế. Do đó, các tổ chức nghiên cứu và các nhà sản xuất máy nén khí lớn chưa đầu tư nhiều vào nghiên cứu cấu hình trục vít đơn và không đạt được tiến bộ đáng kể nào. Tìm ra cấu hình trục vít tối ưu là một nhiệm vụ quan trọng khác trước khi quảng bá quy mô lớn. Tuy nhiên, do triển vọng thị trường kém nên các nhà sản xuất lớn chưa đầu tư đầy đủ nên trong thời gian ngắn khó có thể cải thiện cơ bản. hạn.

Tóm lại, từ góc độ phát triển công nghệ hiện nay, máy nén khí trục vít đôi không chỉ tiên tiến về mặt công nghệ mà còn hoàn thiện về mặt ứng dụng thực tế.

3. Máy nén ly tâm

Trong máy nén ly tâm, cánh quạt có cánh quay trên trục máy nén.

Khí đi vào bánh công tác được điều khiển để quay bằng các cánh quạt, tăng động năng (vận tốc) và đầu áp suất tĩnh (áp suất). Khí sau đó rời khỏi bánh công tác và đi vào bộ khuếch tán, nơi vận tốc của khí được chuyển thành áp suất, nâng cao hơn nữa áp suất. Khí nén đi qua kênh uốn cong và quay trở lại để đi vào bánh công tác ở giai đoạn tiếp theo để nén thêm cho đến khi đạt được áp suất yêu cầu.

4. Máy nén khí kiểu xoáy

Máy nén khí loại Vortex bao gồm hai cuộn có cấu hình phương trình chức năng kép: một cuộn quay quanh và một cuộn cố định, ăn khớp với nhau. Trong quá trình nạp, nén và xả, cuộn cố định được gắn trên khung, trong khi cuộn quay được dẫn động bởi một trục lệch tâm và bị hạn chế bởi cơ chế chống quay. Nó thực hiện chuyển động theo quỹ đạo với bán kính nhỏ xung quanh tâm vòng tròn cơ sở của cuộn cố định. Khí được hút vào qua bộ lọc không khí ở ngoại vi của cuộn cố định. Khi trục lệch tâm quay, khí bị nén dần dần trong một số buồng nén hình lưỡi liềm được tạo thành bởi quỹ đạo chia lưới và cuộn cố định, sau đó liên tục thải ra qua lỗ trục ở phần trung tâm của cuộn cố định.

5. Máy nén khí cánh gạt

Một rôto được lắp đặt lệch tâm trong buồng nén. Có 4 đến 6 cánh gạt trên rôto có thể trượt theo trục về phía tâm rôto. Các lò xo được lắp ở dưới cùng của các cánh gạt để giữ cho các cánh gạt luôn tiếp xúc với buồng nén.