Hệ thống khí nén là gì? Cấu tạo, ưu và nhược điểm

Chúng tôi đã nhận được không ít thắc mắc của khách hàng về hệ thống khí nén. Cấu tạo của nó ra sao và ưu, nhược điểm khi sử dụng. Vì vậy mà hôm nay, toàn bộ bài viết này chúng tôi sẽ giải đáp đầy đủ, cặn kẽ cho các bạn. Nếu bạn có cùng thắc mắc, tại sao không đón đọc ngay bây giờ?

hệ thống khí nén là gì

Hệ thống khí nén là gì?

Khí nén là một dạng năng lượng được con người nghiên cứu và ứng dụng để dần thay thế cho các loại tài nguyên khác đang có nguy cơ cạn kiệt như: gas, dầu mỏ, khí đốt, nước…

So với các tài nguyên đó, khí nén nổi bật với ưu điểm: hoàn toàn xanh, sạch, thân thiện với trữ lượng khổng lồ mà con người khai thác không bao giờ hết. Để tạo ra khí nén, con người có thể sử dụng khí trong tự nhiên hoặc một số phương pháp hóa học rồi nén ở mức áp suất tầm 3000 psi- 3600 psi.

Vậy hệ thống khí nén là gì? Hệ thống này không còn quá xa lạ với con người nhất là khi từ đầu thế kỷ 21, hàng loạt nhà máy, cơ sở sản xuất đã bắt đầu ứng dụng. Nó không chỉ đem lại lợi ích rất lớn mà nó còn mang đến sự thuận tiện cho con người.

Hệ thống khí nén chính là một hệ thống lưu trữ năng lượng khí và được nén lại để phục vụ cho nhu cầu sản xuất, hoạt động đời sống của con người. Hệ thống này có thể tạo ra năng lượng từ thiên nhiên, tích trữ chúng để sử dụng khi cần thiết. Hệ thống sẽ có nguồn và rất nhiều thiết bị. Các hệ thống làm công việc khác nhau sẽ có số lượng thiết bị, cấu trúc không giống nhau.

Cấu tạo hệ thống khí nén

Để có được một hệ thống khí nén công nghiệp cơ bản và hoàn thiện, chúng ta cần đến rất nhiều các bộ phận, chi tiết, linh kiện. Chúng được lắp ghép theo một sơ đồ logic nhất định.

1. Máy nén khí

Máy nén khí là bộ phận đầu tiên mà chúng tôi muốn giới thiệu đến với các bạn. Máy nén đóng vai trò là nguồn khi nó sản sinh ra khí nén để cung cấp cho hệ thống làm việc. Đây có thể được coi là bộ phận quan trọng nhất của hệ thống.

Trên thị trường hiện có các loại máy nén như:

+ Máy nén khí trục vít: Máy nén trục vít có dầu, máy nén trục vít không dầu.

+ Máy nén khí ly tâm: Loại này thường dùng trong công nghiệp nặng, làm việc liên tục với công suất có thể đạt lên đến hàng ngàn mã lực.

+ Máy nén khí piston: Máy nén piston không dầu, máy nén piston có dầu

+ Máy nén khí root.

máy nén khí

2. Đường dẫn khí

Ống dẫn khí nén có chức năng chứa khí và truyền dẫn khí từ nguồn đến các thiết bị một cách nhanh chóng. Nó là cầu nối giữa bình tích áp, máy nén, bồn chứa khí với xi lanh, van…

Ống dẫn được phân chia thành 2 loại:

+ Ống dẫn khí cứng: Đó là các ống kim loại sắt, nhôm, đồng

+ Ống dẫn khí mềm: Ống chất liệu là PU, PE, PA…

Để kết nối các ống dẫn khí, nối ống dẫn với thiết bị, người ta sử dụng co nối nhựa hoặc đồng với nhiều hình dáng, kích cỡ, màu sắc, kiểu ren khác nhau.

đường dẫn khí

3. Bình tích áp

Bình tích áp suất hay bình tích khí đều là tên gọi chung để chỉ thiết bị dùng để chứa lượng khí mà máy nén tạo ra.

Thông thường, trong cấu tạo của bình tích áp sẽ có một lọc tách xả nước. Chức năng của nó là tách nước có trong khí nén trước khi cung cấp khí cho các thiết bị.

bình tích áp

4. Bộ phận tách nước

Mặc dù đã trải qua một quá trình lọc tách nước tại bình tích áp suất nhưng khí nén vẫn còn. Nguyên nhân có thể do lượng nước có trong khí quá nhiều hoặc thời tiết tại thời điểm đó ẩm. Khi khí đó đi vào máy nén khí, dưới tác động của áp suất cao hơi nước sẽ phân tách ra khỏi khí và hình thành hạt nước. Bộ phận tách nước được lắp đặt trên đường ống sẽ thu thập các hạt nước trong đường ống và xả ra bên ngoài thông qua các van tự động.

bộ phận lọc tách nước

5. Bộ phận lọc khí nén

Như các bài viết trước chúng tôi đã thông tin, bộ phận lọc khí nén sẽ có nhiệm vụ loại bỏ hoàn toàn các tạp chất: nước, cát bụi, sợi giấy, vụn ni lông, hạt kim loại… để chất lượng khí tốt nhất cho hệ thống hoạt động nhất là đối với các dây chuyền khí nén của nhà máy thực phẩm, nước đóng chai, sản xuất dược phẩm…

Bộ phận lọc được chia thành nhiều loại:

+ Lọc nước, lọc nước có chỉnh áp

+ Bộ lọc đôi: Lọc nước có chỉnh áp, bình dầu.

+ Bộ lọc ba: Bình dầu, chỉnh áp, lọc nước

+ Bình dầu.

Khí nén sau khi được lọc sạch thì sẽ được điều chỉnh áp suất thông qua chỉnh áp. Khi áp suất được hiển thị trên đồng hồ ổn định sẽ tiếp tục đi sang bình dầu để được phun dầu dạng sương. Khí mang đầu đi đến các thiết bị vừa làm hạ nhiệt vừa bôi trơn các chi tiết máy.

Ngoài các thiết bị trên thì chúng ta cũng cần phải kể đến:

+ Xi lanh: Đây là các thiết bị đóng vai trò chấp hành trong hệ thống với chức năng biến chuyển năng lượng của khí nén thành động năng để thực hiện các nhiệm vụ như: Nâng, ép, nén, kéo…

Xi lanh được phân chia thành rất nhiều loại với: xi lanh 1 chiều, xi lanh 2 chiều, xi lanh lớn, xi lanh mini hay theo hình dáng: Xi lanh 2 ty, xi lanh vuông, xi lanh tròn, xi lanh compact, xi lanh xoay, xi lanh kẹp…

+ Van: Các van khí sẽ đảm nhiệm cơ cấu trong hệ thống. Chúng sẽ đóng mở để vừa cung cấp, phân chia, điều chỉnh lượng khí nén đáp ứng yêu cầu làm việc của các chấp hành.

Nếu chia theo cách thức tác động thì có van điện từ, van cơ và van khí. Thường thì người ta sẽ chọn van điện từ vì khả năng đóng mở nhanh chóng, tiện lợi khi kết hợp với các thiết bị hẹn giờ và điện tự động, điện áp đa dạng: 24v, 12v, 220v, 110v.

Tùy theo từng nhiệm vụ cụ thể mà khách có thể chọn: Van tiết lưu, van 1 chiều, van phân phối, van xả nhanh…

+ Phụ kiện: Để kết nối cũng như hỗ trợ các thiết bị hoạt động, hệ thống cần có các phụ kiện. Đó là các chia hơi tròn, chia hơi ngang, giảm thanh, ốc bít, đế van, mắt trâu, đầu lắc, đầu Y, đồng hồ đo áp suất, timer, coil điện…

Các dạng chuyền động trong khí nén

Trong sản xuất công nghiệp sử dụng khí nén, người ta có thể ứng dụng cả chuyển động quay và chuyển động thẳng.

Chuyền động thẳng

Đây chính là dạng truyền động ưu việt, nổi bật của hệ thống khí nén. Thế mạnh của nó đó là đơn giản, linh hoạt và rất dễ để điều khiển, sử dụng.

Chuyền động quay

Dạng chuyển động này thường có công suất không cao nhưng bù lại tốc độ truyền động rất cao. Ưu điểm của nó là gọn nhẹ, đơn giản, không cồng kềnh. Chuyển động quay khí nén được dùng thuận tiện hơn so với các chuyển động từ các dạng năng lượng khác.

Cách tính công suất cho hệ thống khí nén

Nếu bạn muốn chọn máy nén khí trục vít để sử dụng thì điều đầu tiên cần làm là tính công suất khí nén.

Như chúng tôi đã nói ở phần cấu tạo hệ thống khí nén, máy nén trục vít có 2 loại là có dầu và không có dầu.

Máy nén không dầu sẽ được ứng dụng nhiều tại phòng thí nghiệm, bệnh viện, phòng sản xuất vi mạch, nhà máy sản xuất thiết bị y tế, thực phẩm, thức ăn đóng hộp… còn máy nén có dầu thì được dùng trong hầu hết các lĩnh vực. Lưu lượng của loại máy này khá lớn, từ: 1 m3/ phút – 100m3/ phút. Dải áp suất làm việc rộng từ 7 bar – 13 bar.

Sử dụng phương thức tính toán để tìm ra được số tổng lưu lượng khí nén sử dụng rồi đem nhân với 1.2. Tại sao phải nhân với con số này? Để phòng ngừa trường hợp tổn thất áp suất, rò rỉ khí. Sau đó cân nhắc với áp suất cao nhất là thiết bị làm việc để chọn máy nén.

Với các khách hàng đang sử dụng máy nén thì chỉ cần chọn loại mới có công suất và thông số áp suất, lưu lượng khí tương đương. Họ cũng có thể lắng nghe các tư vấn, chia sẻ của đơn vị, công ty kinh doanh máy nén.

Sau khi có được công suất máy nén khí thì người dùng phải tiếp tục cân nhắc và tính toán kích thước đường ống khí nén, aptomat cho máy nén, dây cáp điện.

Ví dụ: Máy nén trục vít có công suất 15kw có lưu lượng khí nén là 2.5 m3, áp suất làm việc khoảng 7 bar thì nên chọn aptomat 3 pha 60A, tiết diện của ống khí nén đầu ra là 25 và tiết diện cáp điện 8mm2-14mm2.

Hay như máy nén trục vít có công suất 100 kW sẽ đạt lưu lượng khí nén 18 m3, chọn áp tô mát 3 pha 80 A, tiết diện của cáp điện 100- 150 mm2, tiết  diện của ống khí đầu ra phi 60.

Xem thêm: Công thức tính lưu lượng khí nén

Một số sơ đồ lắp hệ thống khí nén

Hiện nay, việc lắp đặt hệ thống khí nén thường theo 1 trong 4 kiểu sơ đồ dưới đây:

Sơ đồ lắp đặt hệ thống khí nén theo tiêu chuẩn thông thường

Với cách lắp đặt theo tiêu chuẩn thông thường thì chất lượng khí nén đạt được sẽ không cao. Đặc điểm: Nhiệt độ điểm sương từ 3 độC đến 10độC, độ khô ở mức tương đối. Trong các nhà máy dệt sợi, may mặc công nghiệp, lắp ráp linh kiện điện tử, chế biến gỗ, hệ thống khí nén thường lắp theo kiểu thông thường.

Thứ tự: Máy nén khí, bình chứa khí, lọc sơ cấp, máy sấy khô khí, lọc tinh cuối cùng.

sơ đồ hệ thống máy khí theo tiêu chuẩn thường

Sơ đồ lắp đặt hệ thống khí nén theo tiêu chuẩn khí sạch

So với loại thông thường thì lắp theo tiêu chuẩn khí sạch cho chất lượng khí tốt hơn, sạch hơn và khô hơn.

Điểm khác biệt của nó đó là có thêm máy sấy khí khô hấp thụ, giúp đưa nhiệt độ điểm sương xuống từ -20 độ C hoặc -60 độ C theo yêu cầu. Tùy theo yêu cầu của công việc mà người dùng có thể chọn máy nén khí loại có dầu, không dầu.

sơ đồ hệ thống máy nén khí theo tiêu chuẩn khí trong sạch

Sơ đồ hệ thống khí nén nắp đặt theo tiêu chuẩn DIN ISO 8573 CLASS 1

Chúng ta thường bắt gặp các hệ thống khí nén được lắp theo kiểu này trong các nhà máy sản xuất bia, chế biến thực phẩm, sản xuất nước giải khát, bơ sữa, kỹ thuật cơ khí, sản xuất nhựa, công nghiệp khí đốt, hóa học, sản xuất hóa chất, thuốc lá, công nghiệp thổi chai…

sơ đồ hệ thống máy nén khí theo tiêu chuẩn DIN-ISO1

Sơ đồ lắp đặt hệ thống khí nén theo tiêu chuẩn thổi chai PET

Hệ thống khí nén được lắp theo tiêu chuẩn thổi chai Pet gồm: máy nén khí, bình chứa khí, lọc thô, máy sấy khí khô ngưng tụ, lọc tinh, máy tăng áp, lọc tinh lần 3.

Điểm giống nhau của cả 4 sơ đồ trên đó là: máy nén khí luôn ở vị trí đầu tiên và bình chứa khí (bình tích áp) ở phía sau. Bình chứa khí luôn được thiết kế có thể tích lớn Điều này sẽ giúp áp suất của khí nén ổn định và nhiệt độ của khí nén trước khi đi vào máy sấy đã được làm hạ nhiệt. Từ đó, nó giúp máy nén khí, máy sấy khí có độ bền, tăng tuổi thọ.

sơ đồ hệ thống máy nén khí theo tiêu chuẩn thổi chai pet

Ưu và nhược điểm của hệ thống khí nén

Mỗi một hệ thống năng lượng thì đều có những ưu và nhược điểm riêng để thích ứng với một số công việc nhất định. Chúng ta cùng phân tích.

Ưu điểm

Khí nén có rất nhiều ưu điểm nổi bật như:

+ Quá trình sử dụng hệ thống khí nén không gây hại tới môi trường và con người xung quanh. Khí nén được đánh giá là tài nguyên mới, xanh và thân thiện.

+ Việc vận chuyển và truyền tải khí nén đi xa thông qua hệ thống ống dẫn an toàn, ít bị rò rỉ, tổn thất và hạn chế được hao mòn.

+ Tốc độ truyền động cao nên hệ thống khí nén có thể đáp ứng được nhiều công việc khác nhau với độ chính xác tốt, nhanh chóng và hiệu quả.

+ Bình tích áp đóng vai trò chứa khí. Trong quá trình làm việc, nếu máy nén khi gặp trục trặc thì lượng khí chứa trong bình tích áp sẽ giúp hệ thống có thể làm việc ổn định, tránh sự gián đoạn có thể ảnh hưởng đến năng suất.

+ Hệ thống khí nén không gây nguy hiểm về hỏa hoạn cũng như nổ do chỉ làm việc ở mức áp suất thấp và trung bình, nhiệt độ không cao.

Chi phí để xây dựng một hệ thống khí nén cơ bản hoàn toàn có thể nằm trong tầm tay của khách hàng.

Nhược điểm

Nhược điểm lớn nhất của hệ thống khí nén đó là: Sau khi kết thúc chu trình làm việc, lượng khí thoát ra ngoài mang theo tiếng rít ồn rất lớn.

Hệ thống khí nén chỉ thích hợp với những hệ thống nhỏ, công suất làm việc trung bình nên người có nhu cầu cần cân nhắc kỹ lưỡng trước khi quyết định.