CHƯƠNG 1 Câu 1: Cho biết ưu nhược điểm của hệ thống điều khiển khí nén Câu 2: Cho biết khả năng ứng dụng của hệ thống điều khiển khí nén trong điều khiển Câu 3: Cho biết các đơn vị để tính toán hệ thống khí nén Khoa Điện – Điện tử 6 Trường Cao đẳng nghề Nam Định Giáo trình điều khiển điện – khí nén CHƯƠNG 2: MÁY NÉN KHÍ VÀ THIẾT BỊ XỬ LÝ KHÍ NÉN *. MỤC ĐÍCH YÊU CẦU - Mục đích: Trang bị cho người đọc các kiến thức về máy nén khí, các bộ lọc khí, các phương pháp xử lý khí nén. - Yêu cầu: - Hiểu nguyên lý hoạt động của máy nén khí - Hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động , ưu nhược điểm của từng loại máy nén khí, từ đó có khả năng ứng dụng vào từng trường hợp điều khiển cụ thể - Hiểu ứng dụng của các bộ lọc khí, - Hiểu rõ các phương pháp xử lý khí nén Bài 1: MÁY NÉN KHÍ Áp suất được tạo ra từ máy nén, ở đó năng lượng cơ học của động cơ điện hoặc của động cơ đốt trong được chuyển đổi thành năng lượng khí nén và nhiệt năng. Nguyên tắc hoạt động và phân loại máy nén khí: 1.Nguyên tắc hoạt động - Nguyên lý thay đổi thể tích Không khí được dẫn vào buồng chứa, ở đó thể tích của buồng chứa sẽ nhỏ lại.
Như vậy theo định luật Boy - Mariotte, áp suất trong buồng chứa sẽ tăng lên. Các lọai máy nén khí hoạt động theo nguyên lý này như kiểu pit - tông, bánh răng, cánh gạt. - Nguyên lý động năng Không khí được dẫn vào buồng chứa, ở đó áp suất khí nén được tạo ra bằng động năng bánh dẫn. Nguyên tắc hoạt động này tạo ra lưu lượng và công suất rất lớn.
Máy nén khí hoạt động theo nguyên lý này như máy nén khí kiểu ly tâm. Phân loại: - Theo áp suất: * Máy nén khí áp suất thấp p ≤ 15 bar. * Máy nén khí áp suất cao p ≥ 15 bar. * Máy nén khí áp suất rất cao p ≥ 300 bar.
- Theo nguyên lý hoạt động: * Máy nén khí theo nguyên lý thay đổi thể tích: Khoa Điện – Điện tử 7 Trường Cao đẳng nghề Nam Định Giáo trình điều khiển điện – khí nén * Máy nén khí kiểu pít - tông, máy nén khí kiểu cánh gạt, máy nén khí kiểu root, máy nén khí kiểu trục vít. * Máy nén khí tua - bin: Máy nén khí kiểu ly tâm và máy nén khí theo chiều trục. Phạm vi ứng dụng của các loại máy nén khí: Thông số kỹ thuật để chọn máy nén khí là áp suất p và lưu lượng Q.1:Phạm vi ứng dụng của máy nén khí. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các loại máy nén khí cơ bản 1.
Máy nén khí kiểu pít - tông: Nguyên lý hoạt động của máy nén khí kiểu pít - tông một cấp được biểu diễn Hình 2.2: Nguyên lý hoạt động của máy nén khí kiểu pít - tông 1 cấp. Khoa Điện – Điện tử 8 Trường Cao đẳng nghề Nam Định Giáo trình điều khiển điện – khí nén Máy nén khí kiểu pít - tông một cấp có thể hút được lưu lượng đến 10m3/phút và áp suất nén từ 6 đến 10 bar. Máy nén khí kiểu pít - tông hai cấp có thể nén đến áp suất 15 bar. Loại máy nén khí kiểu pít - tông một cấp và hai cấp thích hợp cho hệ thống điều khiển bằng khí nén trong công nghiệp.
Máy nén khí kiểu pít - tông được phân loại theo cấp số nén, loại truyền động và phương thức làm nguội khí nén. Ngoài ra người ta còn phân loại theo vị trí của pít - tông. * Ưu điểm : Cứng vững, hiệu suất cao, kết cấu, vận hành đơn giản * Khuyết điểm : Tạo ra khí nén theo xung, thường có dầu, ồn. Máy nén khí kiểu cánh gạt -Nguyên lý hoạt động Không khí được hút vào buồng hút (trên biểu đồ p - V tương ứng đoạn -a).
Nhờ rôto và stato đặt lệch nhau một khoảng lệch tâm e, nên khi rôto quay theo chiều sang phải, thì không khí sẽ vào buồng nén (trên biểu đồ p - V tương ứng đoạn a - b). Sau đó khí nén sẽ vào buồng đẩy (trên biểu đồ p - V tương ứng đoạn b - c). Lưu lượng tính theo công thức sau: n1 QV q 0 60 Trong đó: [m]: Chiều dày cánh gạt. Z: Số cánh gạt.
n(v/ph): Số vòng quay rôto. D[m]: Đường kính stato. b[m]: Chiều rộng cánh gạt. Khoa Điện – Điện tử 9 Trường Cao đẳng nghề Nam Định Giáo trình điều khiển điện – khí nén Hình 2.3: Nguyên lý hoạt động của máy nén khí kiểu cánh gạt.
- Cấu tạo máy nén khí kiểu cánh gạt một cấp Cấu tạo máy nén khí kiểu cánh gạt một cấp (hình 2.3) bao gồm: thân máy (1), mặt bích thân máy, mặt bích trục, rôto (2) lắp trên trục. Trục và rôto (2) lắp lệch tâm e so với bánh dẫn chuyển động. Khi rôto (2) quay tròn, dưới tác dụng của lực ly tâm các cánh gạt (3) chuyển động tự do trong các rãnh ở trên rôto (2) và đầu các cánh gạt (3) tựa vào bánh dẫn chuyển động. Thể tích giới hạn giữa các cánh gạt sẽ bị thay đổi.
Như vậy quá trình hút và nén được thực hiện. Để làm mát khí nén, trên thân máy có các rãnh để dẫn nước vào làm mát. Bánh dẫn được bôi trơn và quay tròn trên thân máy để giảm bớt sự hao mòn khi đầu các cánh tựa vào.4:Cấu tạo máy nén khí kiểu cánh gạt. * Ưu điểm : kết cấu gọn, máy chạy êm, khí nén không bị xung * Khuyết : hiệu suất thấp, khí nén bị nhiễm dầu Khoa Điện – Điện tử 10 Trường Cao đẳng nghề Nam Định Giáo trình điều khiển điện – khí nén 3.
Máy nén khí kiểu trục vít: Máy nén khí kiểu trục vít hoạt động theo nguyên lý thay đổi thể tích. Thể tích khoảng trống giữa các răng sẽ thay đổi khi trục vít quay. Như vậy sẽ tạo ra quá trình hút (thể tích khoảng trống tăng lên), quá trình nén (thể tích khoảng trống nhỏ lại) và cuối cùng là quá trình đẩy. Máy nén khí kiểu trục vít gồm có hai trục: trục chính và trục phụ.
Số răng càng lớn, thể tích hút nén của một vòng quay sẽ giảm. Số răng (số đầu mối) của trục chính và trục phụ không bằng nhau sẽ cho hiệu suất tốt hơn.5:Nguyên lý họat động máy nén khí kiểu trục vít Lưu lượng tính theo (2.1), ta có: n1 QV q 0 60 Trong đó: q0 [m3/vòng]: Lưu lượng / vòng. Khoa Điện – Điện tử 11 Trường Cao đẳng nghề Nam Định Giáo trình điều khiển điện – khí nén n1 [v/ph]: Số vòng quay trục chính. Hiệu suất phụ thuộc vào số vòng quay n, vídụ: Lưu lượng q0 được xác định như sau: Trong đó: L[m]: Chiều dài trục vít.
A1 [m]: Diện tích của trục chính. A2 [m]: Diện tích của trục phụ. Vlo Z1: Số đầu mối trục chính. Vloth : Tỉ số giữa thể tích của khe hở theo thực tế.
Tỉ số này phụ thuộc vào góc xoắn ϕ của trục vít. * Ưu điểm : khí nén không bị xung, sạch; tuổi thọ vít cao (15.000 giờ); nhỏ gọn, chạy êm. * Khuyết điểm : Giá thành cao, tỷ số nén bị hạn chế.6: Sơ đồ hệ thống máy nén khí kiểu trục vít có hệ thống dầu bôi trơn. Khoa Điện – Điện tử 12 Trường Cao đẳng nghề Nam Định Giáo trình điều khiển điện – khí nén 4.
Máy nén khí kiểu Root. Máy nén khí kiểu root gồm có hai hoặc 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. Như 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 rôto quay được 1 vòng thì vẫn chưa tạo được áp suất trong buồng đẩy, cho đến khi rôto quay tiếp đến vòng thứ 2, thì dòng lưu lượng đó đẩy vào dòng lưu lượng thứ 2, với nguyên tắc này tiếng ồn sẽ tăng lên.7: Nguyên lý hoạt động của máy nén khí kiểu root. Lưu lượng được tính theo công thức sau: n QV q0th 2 60 Trong đó: q0th [m3/vòng]: Lưu lượng theo lý thuyết / vòng. n [v/ph]: Số vòng quay Bài 3: THIẾT BỊ XỬ LÝ KHÍ NÉN I.
Yêu cầu về 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 Khoa Điện – Điện tử 13 Trường Cao đẳng nghề Nam Định Giáo trình điều khiển điện – khí nén 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. Các lọai bụi bẩn như hạt bụi, chất cặn bã của dầu bôi trơn và truyền động cơ khí được xử lý trong thiết bị gọi là thiết bị làm lạnh tạm thời, sau đó khí nén được dẫn đến bình ngưng tụ hơi nước. Giai đoạn này gọi là giai đoạn xử lý thô. Nếu thiết bị xử lý giai đoạn này tốt thì khí nén có thể được sử dụng cho những dụng cụ dùng khí nén cầm tay, những thiết bị đồ gá đơn giản.
Khi sử dụng khí nén trong hệ thống điều khiển và một số thiết bị đặc biệt thì yêu cầu chất lượng khí nén cao hơn. 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 Hình 2.