Cấu Tạo, Nguyên Lý Hoạt Động Của Máy Nén Khí

Hiện nay có rất nhiều công ty phân phối mặt hàng máy nén khí với nhiều đa dạng từ mẫu mã đến chất lượng trên cả nước. Các bạn cũng nên chuẩn bị cho mình những kiến thức nhất định về máy nén khí từ cấu tạo nguyên lý hoạt động của máy nén khí để có thể lựa chọn mua được loại máy nén khí phù hợp và chất lượng nhất.

Hãy cùng Tahico tìm hiểu kĩ hơn máy nén khí chi tiết cụ thể dưới đây nha.

Lịch sử phát triển máy nén khí

Trước Công nguyên, khí nén được sử dụng nhưng khoa học lúc bấy giờ không quá phát triển, các kiến thức về cơ học, vật lý, vật liệu. . . còn hạn chế, do đó khí nén mặc dù vô cùng hữu ích vẫn không thể phát huy tối đa tính ứng dụng của nó.

Phải đến cho đầu thế kỉ thứ 18, khi khoa học kỹ thuật phát triển vượt bậc thì các loại máy móc sử dụng năng lượng khí nén mới bắt đầu được phát minh. Nhưng với tốc độ phát triển nhanh chóng của năng lượng điện, vì tính chất hữu ích không bằng cho nên hiệu quả sử dụng năng lượng của khí nén giảm đáng kể.

Chiến thế giới thứ hai việc ứng dụng năng lượng của khí nén trong lĩnh vực công nghiệp đã được phát triển tương đối rộng rãi. Sáng chế và ứng dụng trong đa lĩnh vực khác nhau những máy móc, trang thiết bị và bộ phận khí nén mới.

Tổng quan về máy nén

Máy nén khí là một dạng máy bao gồm các thiết bị cơ học có tác dụng cơ bản để tăng áp suất của khí, đồng thời cung cấp năng lượng giúp dòng không khí tăng lên và máy nén không khí lại làm nó tăng thêm áp suất lẫn nhiệt độ. Hiện nay, máy nén khí được dùng ngày càng nhiều, đối với các hoạt động đời sống thường ngày máy hỗ trợ và giúp đỡ con người rất nhiều.

Trong những máy móc chứa những dụng cụ nhỏ bé nhưng chuyển động với tốc độ cao hơn như: búa hơi, dụng cụ đập, tán đinh, . . . khí nén cũng có trong đó.

Dựa trên thiết kế có 3 dòng máy nén khí chính là: máy nén khí piston máy nén khí trục vít (screw) máy nén khí ly tâm (centrifugal)

Máy nén khí Piston – Piston Air Compressor

Cấu tạo máy nén khí Piston

Các bộ phận chủ yếu của máy nén khí piston bao gồm:

• Piston: Đây là bộ phận chuyển động vào trong xi lanh để nén khí.
• Xi lanh (Cylinder): Là vị trí piston di chuyển để nén khí.
• Van hút (Inlet Valve): Khi piston di chuyển lên xuống thì van mở ra nhằm hút không khí vô trong xi lanh.
• Van xả (Exhaust Valve): Khi piston di chuyển lên xuống thì van mở ra giúp xả khí nén bên ngoài.
• Trục khuỷu (Crankshaft): Chuyển động của trục khuỷu được chuyển hoá thành động năng của piston.
• Thanh truyền (Connecting Rod): Gắn piston với trục khuỷu và truyền động cho chúng.
• Bộ hút khí (Air Filter): Hút khí và bụi trước khi không khí được hút trở lại máy.
• Bình nạp khí (Air Receiver): Nạp khí nén để tái sử dụng sau này.
• Hệ thống làm mát (Cooling System): Làm nguội xi lanh và các bộ phận xung quanh nhằm ngăn ngừa quá tải nhiệt độ.
• Hệ thống bôi trơn (Lubrication System): Bảo vệ các bộ phận máy nhằm giảm thiểu ma sát và mài mòn.

Nguyên lý hoạt động máy nén khí Piston

Máy nén khí piston hoạt động dựa trên sự biến đổi thể tích của khí nén sinh ra áp suất. Quá trình nén diễn ra thông qua hai chu kỳ chủ yếu: chu kỳ hút và chu kỳ nén.

Chu kỳ hút (Intake Stroke):

• Piston di chuyển về phía dưới đáy xi lanh.
• Van hút mở ra và không khí ở môi trường bên ngoài được hút trở lại trong xi lanh.
• Để không khí không thể thoát ra ngoài, Van xả đóng lại.

Chu kỳ nén (Compression Stroke):

• Piston di chuyển lên phía trên thành xi lanh.
• Để không khí không thể đi ra ngoài, Van hút đóng lại.
• Khí trong xi lanh bị nén chặt, làm thay đổi áp suất và lưu lượng của khí.
• Van xả mở ra cho phép khí nén được xả bên ngoài vào thùng đựng khí hoặc trực tiếp đến các bộ phận dùng khí nén khi áp suất trong xi lanh tăng lên một mức độ nhất định.

Máy nén khí Trục Vít – Screw Compressor

Cấu tạo Máy nén khí Trục Vít

• Cặp trục vít (Screw Pair): Chứa hai trục vít chủ động và bị động (rotor). Để nén khí, chúng có hình dạng xoắn ốc và quay cùng hướng nhau.
• Buồng nén (Compression Chamber): Chỗ diễn ra quá trình nén khí trong cặp trục vít.
• Động cơ (Motor): Cung cấp năng lượng giúp trục vít tự động quay.
• Bộ lọc khí (Air Filter): Lọc khí và bụi trước khi không khí vào máy nén.
• Van hút (Inlet Valve): Điều khiển tốc độ không khí vào buồng nén.
• Van xả (Discharge Valve): Điều khiển khí nén thoát khỏi buồng nén.
• Bộ làm mát dầu (Oil Cooler): Làm mát dầu bôi trơn nhằm đảm bảo nhiệt độ hoạt động ổn định.
• Bộ phân tách dầu-khí (Oil Separator): Lọc chất lỏng ra khỏi máy nén trước khi nó được nạp trở lại hệ thống sử dụng.
• Hệ thống bôi trơn (Lubrication System): Bôi trơn các bộ phận hao mòn nhằm giảm thiểu ma sát và mài mòn.
• Bộ điều khiển (Control Unit): Điều khiển và kiểm soát hoạt động của máy nén.

Máy nén khí trục vít được sử dụng phổ biến trong các lĩnh vực có đòi hỏi khí nén cao và có năng suất thấp, ví dụ sản xuất, công nghiệp, sản xuất điện năng

Nguyên lý hoạt động của Máy nén khí Trục Vít

Dựa trên sự biến đổi thể tích nhằm tạo ra áp suất, máy nén khí trục vít hoạt động. Quá trình nén diễn ra bằng cách quay ngược lại hướng của bộ trục vít, nén không khí qua các khoang giữa các bánh răng vít.

Giai đoạn hút (Intake Phase):

• Qua bộ lọc khí, không khí ở môi trường bên ngoài được hút vào.
• Van hút mở ra, cho phép không khí di chuyển vào buồng nén khi các trục vít đang quay.

Giai đoạn nén (Compression Phase):

• Không khí bị kẹt trong giữa khoang các bánh răng vít khi các trục vít quay.
• Thể tích của các khoang sẽ nhỏ lại khi trục vít tiếp tục quay, làm gia tăng áp suất không khí.

Để làm mát và bôi trơn cho trục vít, dầu bôi trơn được đưa trở lại buồng nén, cũng như vậy để tách nhiệt độ tạo ra trong quá trình nén.

Giai đoạn xả (Discharge Phase):

• Van xả mở ra khi không khí nén đạt áp suất quy định và khí nén được bơm trở lại bộ phân ly dầu-khí.
• Dầu được tách rời khỏi khí nén và tuần hoàn lại hệ thống bôi trơn.
• Khí nén tiếp tục được đưa vào hệ thống làm mát và sau đó được lưu giữ tại bồn chứa khí hoặc trực tiếp đến từng thiết bị sử dụng khí nén.

Ưu điểm nổi bật:

• Máy nén khí trục vít có năng suất cao hơn, đặc biệt là khi hoạt động thường xuyên so với máy nén khí piston
• Máy nén khí trục vít chạy êm ái và ít rung động hơn, thích hợp với điều kiện làm việc đòi hỏi hạn chế độ ồn.
• Máy nén khí trục vít có hệ thống làm mát nhanh để giữ máy hoạt động trơn tru, đảm bảo hiệu suất và tuổi thọ của máy.

Máy nén khí Ly tâm – Centrifugal Compresso

Cấu tạo Máy nén khí Ly tâm

Máy nén khí ly tâm có cấu tạo nhỏ hơn so với máy nén khí piston và vít. Các bộ phận khác như:

• Bánh công tác (Impeller): Là một bộ phận quay có các cánh quạt. Đây là bộ phận quan trọng tạo ra lực ly tâm nhằm nén khí.
• Vỏ máy (Casing): Bao xung quanh bánh công tác, điều hướng dòng khí qua bánh công tác đến bộ khuếch tán.
• Bộ khuếch tán (Diffuser): Chuyển đổi năng lượng vận tốc của khí nén sang năng lượng áp suất, làm tăng áp suất khí.
• Trục quay (Shaft): Gắn bánh công tác với động cơ.
• Động cơ (Motor): Sử dụng năng lượng làm quay động cơ thông qua bánh công tác.
• Van hút (Inlet Valve): Điều chỉnh lưu lượng không khí vào máy nén.
• Van xả (Discharge Valve): Xả khí nén ra ngoài máy nén.
• Hệ thống làm mát (Cooling System): Làm sạch khí nén cùng các bộ phận bên trong nhằm tăng hiệu suất hoạt động.
• Bộ lọc khí (Air Filter): Lọc không khí loại bỏ bụi trước khi không khí vào máy nén.

Nguyên lý hoạt động của Máy nén khí Ly tâm

Để nén khí, máy nén khí ly tâm hoạt động dựa trên nguyên lý lực ly tâm. Quá trình nén diễn ra theo các giai đoạn sau:

Giai đoạn Hút khí (Intake Phase):

• Khởi động động cơ: Động cơ quay ly tâm, làm quay bánh công tác.
• Van hút mở: Van hút mở ra, cho phép không khí ở môi trường bên ngoài thổi vào thông qua bộ lọc không khí, loại trừ khói và tạp chất.

Giai đoạn Nén khí (Compression Phase):

• Tạo lực ly tâm: Khi bánh công tác quay, không khí được hút vào trọng tâm của bánh công tác và bị đẩy ra xa theo hướng tâm bởi lực ly tâm. Khi không khí chuyển động quanh trục chính của bánh công tác, Điều này tăng tốc độ dòng khí.
• Tăng tốc độ khí: Khí được đẩy thẳng ra mép của bánh công tác với tốc độ cực cao. Khí có tốc độ cao nhất từ phía bánh công tác.

Giai đoạn Lọc (Diffusion Phase):

• Chuyển đổi năng lượng vận tốc sang áp suất: Khí nén tốc độ cao được bánh công tác đưa vào bộ khuếch tán. Bộ khuếch tán làm tăng tốc độ khí, chuyển đổi năng lượng vận tốc sang năng lượng áp suất, làm tăng áp suất khí.
• Tăng áp suất khí: Khi năng lượng vận tốc được chuyển đổi sang năng lượng áp suất trong bộ khuếch tán thì Áp suất khí tăng lên.

Giai đoạn Xả khí (Discharge Phase):

• Khí nén đạt áp suất yêu cầu: Bật bộ khuếch tán khí nén lên đến áp suất yêu cầu.
• Van xả mở: Van xả mở ra, đưa khí nén ra ngoài bộ khuếch tán và vào thiết bị sử dụng hoặc bình chứa khí nén.

Ưu điểm nổi bật: 

• Máy nén khí ly tâm ứng dụng yêu cầu tốc độ nhanh và áp suất cao
• Máy nén khí ly tâm có ít bộ phận di chuyển hơn So với máy nén khí piston hoặc trục vít
• Máy nén khí ly tâm chủ yếu được sử dụng trong các lĩnh vực công nghiệp nặng, hoá chất, dược phẩm và các cơ sở sản xuất lớn.

Chú ý:

Nội dung phần “cấu tạo” cùng nguyên lý hoạt động trên là căn cứ theo dòng “máy nén khí có sử dụng dầu”.

• Xem chi tiết: “Nguyên lý hoạt động của máy nén khí (dòng không dầu)”

Ứng dụng của máy nén khí trong nhiều ngành

Trong rất nhiều ngành nghề và lĩnh vực khác nữa thì máy nén khí cũng có rất nhiều tác dụng, tuy chỉ có công dụng như đã đề cập ở trên. Cụ thể như:

• Ngành rửa xe: Máy nén khí được sử dụng nhằm rửa xe, làm khô vết bẩn, dùng khí nén làm sạch xe hay là xịt rửa xe, . .
• Ngành y tế: Sử dụng oxy nhằm thúc đẩy nhanh chóng việc làm sạch bề mặt vật liệu y tế, máy móc thiết bị y tế, hoặc dùng để xịt rửa chai thuốc.
• Ngành khai khoáng: khí nén có áp lực cực lớn có thể làm nổ các thiết bị dùng khí, dùng để đo chiều sâu trong quá trình đào mỏ hoặc khảo sát biển.
• Nhóm ngành chế tạo máy: Áp lực tác dụng lên máy nén khí, hoặc các thiết bị thuỷ lực (ví dụ: thiết bị nâng khí nén) được sử dụng để nâng hàng hoá. Robot, . . ), chế tạo các túi chân không giúp tăng tuổi thọ sử dụng của thiết bị, cách làm sạch cặn

Kết luận

Trên đây là toàn bộ thông tin về nguyên tắc hoạt động của máy nén khí mà Tahico mong muốn cung cấp tới bạn. Bên cạnh đó giúp kéo dài tuổi thọ và hiệu suất của máy thì việc bảo dưỡng và vệ sinh là rất cần thiết.