chương 1: MH 13 - 01 Mục tiêu: - Trình bày được sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc của hệ thống truyền động khí nén - Trình bày được cấu tạo và nguyên lý hoạt động các máy nén khí,mô tô khí nén, xi lanh khí nén. - Trình bày được các loại van trong hệ thống điều khiển khí nén và sơ đồ các mạch lôgic.Khái nệm về truyền động khí nén: 1. Khái niệm: Là hệ thống truyền động lấy không khí từ môi trường ngoài, nén lại truyền dẫn làm hoạt động các động cơ khí nén hoặc xy lanh khí nén và lại thải ra môi trường. Sơ đồ hệ thống truyền động khí nén: Moät heä thoáng ñieàu khieån thöôøng bao goàm ít nhaát laø moät maïch ñieàu khieån goàm coù caùc phaàn töû ñöôïc moâ taû nhö sau: Phaàn töû ñöa tín hieäu Cô caáu chaáp haønh Phaàn töû ñöa tín hieäu Phaàn töû ñieàu khieån Phaàn töû xöû lyù tín hieäu Phaàn töû ñöa tín hieäu Hình 2.Sơ đồ hệ thống điều khiển khí nén 2.
Máy nén khí và thiết bị xử lý khí nén: Hệ thống điều khiển khí nén hoạt động dựa vào nguồn cung cấp khí nén, nguồn khí này phải được sản xuất thường xuyên với lượng thể tích đầy đủ với một áp suất nhất định thích hợp cho năng lượng hệ thống. Nhiệm vụ và phân loại máy nén khí: a. Nhiệm vụ: Máy nén khí là máy có nhiệm vụ thu hút không khí, hơi ẩm, khí đốt ở một áp suất nhất định và tạo ra nguồn lưu chất có áp suất cao hơn. Phân loại: - Theo áp suất: * Máy nén khí có áp suất thấp p 15 bar.
* Máy nén khí có áp suất cao p 15 bar. * Máy nén khí có áp suất rất cao p 300 bar. - Theo nguyên lý hoạt động: * Máy nén khí theo nguyên lý thay đổi thể tích: Máy nén khí kiểu pít tông, máy nén khí kiểu cánh gạt, máy nén khí kiểu root, máy nén khí kiểu trục. * Máy nén khí tua - bin: được dùng cho công suất rất lớn và không kinh tế khi sử dụng lưu lượng dưới mức 600 m3/phút.
Vì thế nó không mang lại áp suất cần thiết cho ứng dụng điều khiển khí nén và hiếm khi sử dụng. Máy nén kiểu piston Máy nén piston (hình 2.2) là máy nén phổ biến nhất và có thể cung cấp năng suất đến 500 m3/phút. Máy nén 1 piston có thể nén khí khoảng 6 bar và ngoại lệ có thể đến 10 bar; máy nén kiểu piston hai cấp có thể nén đến 15 bar; 3-4 cấp lên đến 250 bar. Máy nén khí kiểu piston 2.Máy nén khí kiểu trục vít Máy nén trục vít làm việc theo nguyên lý thay đổi thể tích.
Thể tích không gian giữa hai răng kề nhau và vỏ sẽ thay đổi khi trục trục vít quay. Do các rô to được chế tạo ở dạng trục vít nên điểm nén sẽ dịch chuyển từ cửa nạp đến cửa đẩy. Phần chính của máy nén trục vít gồm 2 roto: roto chính 2 và rô to phụ 1, (hình 2. Số đầu mối ren trên rô to xác định thể tích làm việc của máy, có nghĩa là thể tích không khí cuốn vào trong một vòng quay.
Số đầu mối ren càng lớn thể tích làm việc càng nhỏ. Số đầu mối ren của hai rô to khác nhau sẽ cho hiệu suất cao hơn. Cấu tạo máy nén khí kiểu trục vít Hình 2. Quá trình hút, nén và đẩy của máy nén trục vít 2.Máy nén kiểu cánh gạt: Nguyên lý hoạt động của máy nén khí kiểu cánh gạt mô tả ở hình 2.5: không khí sẽ được vào buồng hút.
Nhờ rôto và stato đặt lệch tâm, nên khi rôto quay chiều sang phải, thì không khí vào buồng nén. Sau đó khí nén sẽ đi ra buồng đẩy. Máy nén khí kiểu cánh gạt 2. Máy nén khí kiểu Root.
Máy nén khí kiểu root gồm có hai hay ba cánh quạt (pít tông có dạng hình số 8). Các pít tông đó được quay đồng bộ bằng bộ truyền động ở ngoài thân máy và trong quá trình quay không tiếp xúc với nhau. Nhờ vậy khả năng hút của máy phụ thuộc vào khe hở giữa hai pít tông, khe hở giữa phần quay và thân máy. Máy nén khí kiểu root tạo ra áp suất không phải theo nguyên lý thay đổi thể tích mà có thể gọi là sự nén từ dòng phía sau.
Điều đó có nghĩa là: khi rô to quay được một vòng thì vẫn chưa tạo được áp suất trong buồng đẩy, cho đến khi rô to quay tiếp đến vòng thứ hai thì dòng lưu lượng đó đẩy vào dòng thứ hai, với nguyên tắc này thì tiếng ồn sẽ tăng lên. Buoàng huùt R a b r Buoàng ñaåy Hình 2.6: Nguyên lý hoạt động của máy nén khí kiểu root 2. Thiết bị xử lý khí nén: 2.Yêu cầu khí nén: Khí nén được tạo ra từ những máy nén khí chứa đựng rất nhiều chất bẩn theo từng mức độ khác nhau. Chất bẩn bao gồm bụi, hơi nước trong không khí, những phần tử nhỏ, cặn bã của dầu bôi trơn và truyền động cơ khí.
Khí nén khi mang chất bẩn tải đi trong những ống dẫn khí sẽ gây nên sự ăn mòn, rỉ sét trong ống và trong các phần tử của hệ thống điều khiển. Vì vậy, khí nén được sử dụng trong hệ thống khí nén phải được xử lý. Tùy thuộc vào phạm vi sử dụng mà xác định yêu cầu chất lượng của khí nén tương ứng cho từng trường hợp cụ thể. Hệ thống xử lý khí nén được phân thành 3 giai đoạn : - Lọc thô: dùng bộ phận lọc bụi thô kết hợp với bình ngưng tụ để tách hơi nước.
- Phương pháp sấy khô: dùng thiết bị sấy khô khí nén để lọai bỏ hầu hết lượng nước lẫn bên trong. Giai đoạn này xử lý tùy theo yêu cầu sử dụng của khí nén. - Lọc tinh: lọai bỏ tất cả các lọai tạp chất, kể cả kích thước rất nhỏ. Bộ lọc khí: Hình 2.
Bộ lọc khí Khí nén được tạo ra từ máy nén khí có chứa nhiều chất bẩn, độ bẩn có thể ở các mức độ khác nhau. Chất bẩn có thể là bụi, độ ẩm của không khí hút vào, những cặn bả của dầu bôi trơn và truyền động cơ khí. Hơn nữa trong quá trình nén nhiệt độ của khí nén tăng lên, có thể gây ra ô xy hóa một số phần tử của hệ thống. Do đó việc xử lý khí nén cần phải thực hiện bắt buộc.
Khí nén không được xử lý thích hợp sẽ gây hư hỏng hoặc gây trở ngại tính làm việc của các phần tử khí nén. Đặc biệt sử dụng khí nén trong hệ thống điều khiển đòi hỏi chất lượng khí nén rất cao. Mức độ xử lý khí nén tùy thuộc vào từng phương pháp xử lý. Trong thực tế người ta thường dùng bộ lọc để xử lý khí nén (hình 2.
Van lọc khí (hình 2.8) là làm sạch các chất bẩn và ngưng tụ hơi nước chứa trong nó. Khí nén sẽ tạo chuyển động xoắn khi qua lá xoắn kim loại, sau đó qua phần tử lọc, các chất bẩn được tách ra và bám vào màng lọc, cùng với những phân tử nước được để lại nằm ở đáy của bầu lọc. Tùy theo yêu cầu chất lượng của khí nén mà chọn phần tử lọc. Độ lớn của phần tử lọc nên chọn từ 20µm – 50µm.
Van lọc khí nén Van tra dầu: được sử dụng đảm bảo cung cấp bôi trơn cho các thiết bị trong hệ thống điều khiền khí nén nhằm giảm ma sát, sự ăn mòn và sự gỉ (hình 2. Xử lý hơi nước: Trong những lãnh vực đòi hỏi chất lượng khí nén cao, hệ thống xử lý khí nén được phân ra làm 3 giai đoạn: a/ Lọc thô: Khí nén được làm mát tạm thời khi từ trong máy nén khí ra để tách chất bẩn. Sau đó khí nén được đưa vào bình ngưng tụ để tách hơi nước. Giai đoạn lọc thô là giai đoạn cần thiết nhất cho vấn đề xử lý khí nén.
b/ Phương pháp sấy khô: - Bình ngưng tụ làm lạnh bằng không khí: Khí nén được dẫn vào bình ngưng tụ. Tại đây khí nén sẽ được làm lạnh và phần lớn lượng hơi nước chứa trong không khí sẽ được ngưng tụ và tách ra. Làm lạnh bằng không khí, nhiệt độ khí nén trong bình ngưng tụ sẽ đạt được trong khoảng từ 300C đến 350C. Làm lạnh bằng nước (nước làm lạnh có nhiệt độ là 100C) thì nhiệt độ khí nén trong bình ngưng tụ sẽ đạt được là 200C.
1 7 Bình ngöng tuï: 1/.Van an toaøn. Heä thoáng oáng daãn nöôùc laøm laïnh. Ñöôøng nöôùc laøm laïnh vaøo 6 4/. Khí neùn sau khí ñöôïc laøm laïnh.
Taùch nöôùc chöùa trong khí neùn. Nöôùc laøm laïnh ñi ra. Khí neùn ñöôïc daãn vaøo. Nguyên lý hoạt động của bình ngưng tụ bằng nước.
- Thiết bị sấy khô bằng chất làm lạnh Nguyên lý của phương pháp sấy khô bằng chất làm lạnh là: khí nén đi qua bộ phận trao đổi nhiệt khí – khí. Tại đây, dòng khí nén vào sẽ được làm lạnh sơ bộ bằng dòng khí nén đã được sấy khô và xử lý từ bộ ngưng tụ đi lên. Sau khi được làm lạnh sơ bộ, dòng khí nén vào bộ phận trao đổi nhiệt khí – chất làm lạnh. Quá trình làm lạnh sẽ được thực hiện bằng cách cho dòng khí nén chuyển động đảo chiều trong những ống dẫn.
Nhiệt độ hóa sương tại đây là 2 0C. Như vậy lượng hơi nước trong dòng khí nén vào sẽ được ngưng tụ. Dầu, nước, chất bẩn sau khi được tách ra khỏi dòng khí nén sẽ được đưa ra ngoài qua van thoát nước ngưng tụ tự động (4). Dòng khí nén được làm sạch và còn lạnh sẽ được đưa đến bộ phận trao đổi nhiệt (1), để nâng nhiệt độ lên khoảng từ 6 0C đến 80C, trước khi đưa vào sử dụng.
Chu kỳ hoạt động của chất làm lạnh được thực hiện bằng máy nén để phát chất làm lạnh (5). Sau khi chất làm lạnh được nén qua máy nén, nhiệt độ sẽ tăng lên, bình ngưng tụ (6) sẽ có tác dụng làm nguội chất làm lạnh đó bằng quạt gió. Van điều chỉnh lưu lượng (8) và rơle điều chỉnh nhiệt độ (7) có nhiệm vụ điều chỉnh dòng lưu lượng chất làm lạnh hoạt động trong khi có tải, không tải và hơi quá nhiệt. 1 1/ Boä phaän trao ñoåi nhieät Khí - khí 2/.
Boä phaän trao ñoåi nhieät Khí - Chaát laøm laïnh 3/. Boä phaän keát tuûa 2 4/. Van thoaùt nöôùc ngöng tuï töï ñoäng 8 5/. Maùy neùn cuûa boä phaän laøm laïnh 7 6/.
Bình ngöng tuï 7/. Rô le ñieàu chænh nhieät ñoä 3 8/. Van ñieàu chænh löu löôïng chaát laøm laïnh 4 6 5 Hình 2. Sấy khô bằng chất làm lạnh.