Hệ thống khí nén là gì? Ưu nhược điểm và ứng dụng

15/12/2023

Khí nén là 1 dạng năng lượng quen thuộc với con người khi nó được ứng dụng phổ biến trong sản xuất công nghiệp và đời sống. Nó thân thiện, xanh, sạch và trữ lượng dồi dào nên ngày càng có nhiều người quan tâm đến. Cùng với EMDN tìm hiểu về nó qua bài viết này nhé.

Tìm hiểu khí nén

Khí nén là gì?

Như chúng ta đã biết, tồn tại xung quanh con người là không khí. Nó sẽ giúp người và vật hình thành, phát triển. Khi công nghiệp phát triển, khí nén được khai thác, sử dụng trong sản xuất để phát triển kinh thế, đem đến nhiều lợi ích hơn.

Khí nén chính là 1 nguồn tài nguyên xanh, sạch, thân thiện với con người, đang được tập trung khai thác trong thời gian gần đây. Khí nén là nguồn không khí được nén lại với mức áp suất nhất định để tạo nên nguồn năng lượng, vận hành các máy móc, thiết bị đáp ứng yêu cầu sản xuất công nghiệp và đời sống hằng ngày của con người.

Khí nén là nguồn không khí có sẵn trong môi trường tự nhiên và nó đảm bảo các đặc tính không cháy nổ, không độc hại, thành phần khí có nhiều oxy, nito… Trong tiếng anh, khí nén là Pneumatic. Chúng ta có hệ thống khí nén là pneumatic system.

Nguồn khí nén này, chúng ta có thể gặp nhiều trong cuộc sống như được phun ra từ súng phun khí trong cửa hàng sửa chữa xe ô tô, xe gắn máy, xe cơ giới, từ máy nén khí hay trong các nhà máy tự động với cơ cấu chấp hành là thiết bị máy móc hiện đại.

Khí nén hoạt động như thế nào?

Khí nén là năng lượng đáng tin cậy, nó đơn giản hơn những gì chúng ta nghĩ khi nó làm cho mọi vật, mọi thứ chuyển động thông qua cách sử dụng 1 nguồn không khí sạch, khô. Hệ thống khí nén sẽ sử dụng nguồn khí nén được cấp để tạo nên chuyển động cơ học và sau đó ứng dụng năng lượng để thực hiện 1 công việc nào nó theo yêu cầu của con người như trong các hệ thống tự động hóa của nhà máy, hệ thống lắp ráp, ép, đẩy, cắt…

Máy nén khí xuất hiện để nó nén khí lại hay nói cách khác là giảm thể tích của không khí với mục đích tăng áp suất của nó. Sau đó, khí này sẽ di chuyển qua các bộ lọc tinh, bộ lọc thô để đi vào đường ống dẫn đến các van điều khiển rồi đến chấp hành là: bộ truyền động, xi lanh…

Ví dụ như khí nén được đưa đến để điều khiển hoạt động của bơm màng hay điều khiển xi lanh ép, điều khiển bơm thùng phuy…

Hệ thống khí nén là gì?

Hệ thống khí nén được hình thành để con người có thể khai thác tài nguyên năng lượng này, ứng dụng vào trong hoạt động sản xuất, chế biến… Điểm chung của các hệ thống này đó chính là đều sử dụng khí nén để vận hành và di chuyển các bộ phận, cơ cấu chấp hành, bộ truyền động, xi lanh…

Các hệ thống này sẽ bao gồm: nguồn cấp, xi lanh, van điều khiển, bộ lọc, ống dẫn khí và phụ kiện. Tất cả chúng được lắp ghép với nhau theo 1 thiết kế logic, khoa học. Tùy theo mỗi 1 công việc mà hệ thống khí nén sẽ có quy mô từ bé đến lớn, từ đơn giản đến phức tạp. Ngày nay, hệ thống khí nén được ứng dụng rộng rãi hơn vì sự phong phú và có chi phí thấp. So với các hệ thống thủy lực, hệ thống dùng chất lỏng thì hệ thống khí dễ sử dụng, tiết kiệm và ít tiếng ồn hơn rất nhiều.

Cấu tạo hệ thống khí nén

Hệ thống khí nén như ở phần trên EMDN có nhắc đến, nó sẽ là tập hợp của các thiết bị để tạo nên 1 nguồn năng lượng sử dụng vào trong sản xuất và 1 số lĩnh vực đời sống.

Vậy cấu tạo của 1 hệ thống khí nén sẽ bao gồm thiết bị gì? Cơ bản chúng ta sẽ cần có: Máy nén khí, bình tích áp, thiết bị xử lý khí nén, máy lọc tinh khí nén, bộ điều áp khí nén, thiết bị phụ trợ khác. Cụ thể là:

Máy nén khí

Máy nén trong hệ thống khí nén có vai trò quan trọng. Nó là trái tim, là trung tâm của hệ thống vì nó sẽ sinh ra và cấp khí nén trực tiếp cho các thiết bị, hệ thống ở phía sau của nó. Để lựa được máy nén khí phù hợp thì chúng ta cần phải dựa trên chính mục đích sử dụng và đặc điểm của hệ thống. Từ đó mới nó có thể đảm bảo công suất cũng như hiệu quả vận hành tối ưu nhất.

Có 1 số loại máy nén khí như:
Máy nén khí trục vít

Nó dùng chuyển động tròn của trục vít để sinh ra khí nén, hiện có 2 loại trên thị trường đó là: máy nén khí trục vít loại có dầu và loại không dầu. Máy nén này dùng cho các hệ thống công nghiệp có công suất từ 5 HP đến 500 HP.

Máy nén khí đối lưu

Máy nén khí piston

Đây là máy nén khí chuyển động tịnh tiến, nó dùng piston điều khiển bằng tay quay. Loại máy có công suất từ 5 HP – 30 HP thì dùng cho các ngành lắp ráp tự động. Còn máy công suất 100 HP thì dùng cho dây chuyền tự động lớn.

Máy nén khí ly tâm

Nó sẽ dùng đĩa xoay để tăng tốc độ của dòng khí. Máy này sẽ dùng cho các ngành công nghiệp nặng, áp suất khí nén đầu ra tăng, công suất máy có thể lên đến hàng nghìn mã lực.

Máy nén khí dạng cuộn

Hay còn được gọi mà máy nén khí dạng ốc xoắn. Nó có phân thành loại có dầu và loại không dầu.

+ Máy nén khí dòng hỗn hợp

Máy này thì tương tự với máy ly tâm.

Bình tích áp

Bình tích áp suất khí nén hay còn gọi là bình tích áp thì nó có nhiệm vụ tích trữ nguồn năng lượng khí nén được cấp từ máy nén khí. Sau đó nó sẽ cấp khí nén cho hệ thống làm việc. Khí nén ở dạng thô, chưa xử lý có nhiều tạp chất sẽ được xử lý bằng cách bình tích áp sẽ ngưng tụ 1 phần tạp chất khí nén. Khí nén sạch sau khi rời bình tích áp sẽ tiếp tục đi qua lọc để xử lý, nâng cao chất lượng khí nén tiếp.

Bình tích áp chứa khí có nhiều loại như: bình chứa khí áp suất cao, bình chứa khí áp suất thấp, sử dụng chất liệu từ thép không rỉ, thép thông thường, bình có dung tích 30 lít, 50 lít, 100 lít…

Thiết bị xử lý khí nén

Khí nén lấy sẵn từ thiên nhiên và trong điều kiện hiện nay thì khi đưa vào máy nén khí nó sẽ luôn luôn bị lẫn những tạp chất, bụi bẩn hay cặn dầu, hơi nước. Đó là lý do mà chúng ta nên xử lý khí trước khi đưa vào đường ống để sử dụng. Nếu nó đi vào trong hệ thống thì chắc chắn nó sẽ gây tắc nghẽn, ăn mòn, rỉ sét chi tiết, bộ phận.

Lọc thô: Nó sẽ loại bỏ tạp chất có kích thước lớn, tách nước ra khỏi nguồn khí nén.

Thiết bị sấy khô: Nó xử lý hết lượng nước ở bên trong khí nén. Người ta có thể dùng máy sấy tác nhân lạnh hay máy sấy kiểu hấp thụ.

Lọc khí tinh: Loại lọc này sẽ loại bỏ tạp chất có trong khí nén, kích thước 0.003μmm giúp khí nén có chất lượng tốt nhất.

Ống dẫn khí nén: Nó không chỉ vận chuyển khí nén đến thiết bị trong hệ thống mà còn là nơi chứa 1 lượng khí dự trữ cho hệ thống làm việc. Có 5 loại ống được sử dụng hiện nay như: ống nhựa, ống pu, ống thép, ống sắt, ống nhôm. Mỗi 1 nhu cầu sử dụng thì ta nên lựa chọn loại ống cho phù hợp

Thiết bị phụ trợ khác

Một số bộ phận phụ kiện khác như:

+ Đồng hồ đo áp suất

+ Bộ phận xả nước

+ Giảm thanh

+ Co nối

+ Bộ làm mát

+ Bộ bôi trơn

+ Bộ điều áp

Các dạng chuyền động trong khí nén

Trong khí nén có 2 dạng chuyền động đó là:

Chuyền động thẳng

Loại chuyền động này chiếm ưu thế lớn nhất trong các hệ thống khí nén vì nó có kết cấu rất đơn giản, sử dụng linh hoạt cho người dùng.

Chuyền động quay

Nếu so sánh với chuyền động thẳng thì chuyền động quay ít phổ biến hơn. Nó chính là 1 dạng hệ thống mà yêu cầu tốc độ truyền động rất cao. Công suất không lớn, gọn nhẹ, tiện dụng hơn so với các truyền động dùng năng lượng khác.

Cách tính công suất cho hệ thống khí nén

Khi chúng ta chọn máy nén hơi thì cần đảm bảo công suất máy nén có thể đáp ứng đầy đủ yêu cầu của hệ thống dây chuyền sản xuất. Chúng ta có thể áp dụng công thức sau:

Công suất máy cần mua = Tổng công suất tiêu thụ khí của tất cả thiết bị khí nén. Điều đó có nghĩa là công suất thiết bị 1 + công suất thiết bị 2 + …. + công suất thiết bị n.

Muốn tính công suất máy nén khí thường làm theo các bước sau:

Ta tính tổng công suất tiêu thụ khí của các thiết bị khí nén.

Lưu lượng khí tiêu thụ của thiết bị được hãng ghi trên thân thiết bị. Tương tự công suất tiêu thụ của các thiết bị điện cũng được hãng sản xuất cung cấp đầy đủ. Một số hãng còn có bảng nhu cầu khí cho các loại thiết bị tham khảo.

Công suất tổng (m3/min) = công suất thiết bị 1 + công suất thiết bị 2 + …

Nhân 1.2 hệ số tổn thất đường ống. Nhân hệ số thời gian các thiết bị khí hoạt động.

Ví dụ trong 90 phút thì hệ số là 0.5 thì ta có lưu lượng máy nén khí = công suất (m3/min) x 1.2 x hệ số thời gian.

Ưu và nhược điểm của hệ thống khí nén

Ưu điểm

Hệ thống khí nén có rất nhiều ưu điểm như:

+ Khí nén là 1 dạng năng lượng sạch, an toàn khi không gây hại và ô nhiễm môi trường. Khí nén được đánh giá là nguồn năng lượng mới, tương lai sẽ được phổ biến rộng rãi.

+ Tốc độ của khí nén cao, 1 số ứng dụng có thể đo được 1-2m/s vì thế mà nó dùng cho các ngành tự động hóa, ngành sản xuất yêu cầu sự nhanh chóng, chính xác cao.

+ Hệ thống dẫn khí nén thì rất dễ cho tiếp cận, lắp đặt, vận chuyển. Với các quãng đường xa thì nó ít gây tổn thất năng lượng, không rò rỉ khí, mất áp suất.

+ Khí nén dạng tự nhiên nên an toàn, không gây cháy nổ, hỏa hoạn nên hệ thống khí còn dùng tại hầm mỏ, trạm xăng dầu, công ty hóa chất.

+ Nếu hệ thống gặp trục trặc về nguồn cấp thì ta có thể sử dụng năng lượng dự phòng, tích trữ trong các bình chứa, bồn chứa, bình tích áp trong hệ thống máy sản xuất để đảm bảo quá trình hoạt động ổn định, thông suốt tạm thời đến khi khắc phục sự cố nguồn.

+ Chi phí đầu tư hệ thống rẻ, không phức tạp, quá trình vận hành tiết kiệm nên giúp nâng cao được hiệu quả của doanh nghiệp.

+ Nó là dạng năng lượng có thể vận chuyển đi xa nên ở 1 số không gian đặc biệt: Dưới mỏ, dưới nước… đều có thể làm việc 1 cách dễ dàng.

Nhược điểm

Tất nhiên thì hệ thống khí nén vẫn có các nhược điểm mà trong thời gian tới, con người sẽ cần nghiên cứu để tìm ra giải pháp khắc phục.

+ Hệ thống này chỉ thích hợp cho các hệ thống vừa, nhỏ, mức công suất truyền động không lớn.

+ Cần có thêm 1 dạng năng lượng khác để sinh ra năng lượng khí nén: điện, sức lực…

+ Hệ thống phải có nhiều thiết bị thì mới có thể làm việc được nên nếu xét cấu tạo thì nó sẽ phức tạp hơn hệ thống dùng điện.

+ Nó có thể gây ra tiếng rít, tiếng ồn khó chịu khi làm việc.

Ứng dụng của hệ thống khí nén

Khí nén ứng dụng rất nhiều trong các hệ thống khí tuy nhiên thường thấy nhất là trong 6 lĩnh vực:

Trong công nghiệp khai thác, khai khoáng

Đầu tiên phải nhắc đến ngành công nghiệp khai khoáng, khai thác, khí nén có vai trò rất quan trọng. Đối với các hầm mỏ nằm sâu trong lòng đất, khí nén sẽ cung cấp để công nhân có thể làm việc. Những nơi làm việc dễ cháy nổ cao thì khí nén là 1 năng lượng thân thiện có thể thay thế điện năng, dầu.

Vào ngành công nghiệp chế tạo

Hệ thống khí nén chuyên dùng cho các hoạt động sửa chữa, chế tạo máy, lắp ráp linh kiện điện tử và dịch vụ khác của ngành chế tạo. Vì khí nén có thể đáp ứng các yêu cầu chính xác, nhanh chóng. Ta có thể thấy các cánh tay robot, con robot trong nhà máy chế tạo ô tô, gia công máy móc, sản xuất máy công cụ hay hệ thống phanh khí của các xe tải, xe cơ giới.

Công nghiệp chế tạo là 1 trong những ngành công nghiệp mũi nhọn của nước ta hiện nay. Trong tiến trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước không thể thiếu sự có mặt của các thiết bị, hệ thống khí nén đóng vai trò then chốt.

Trong ngành công nghiệp thực phẩm

Hệ thống khí nén dùng năng lượng khí sạch nên dùng trong sản xuất công nghiệp thực phẩm với nhiều dây chuyền sản xuất tự động. Nó đảm bảo chất lượng vệ sinh an toàn thực phẩm vì thế mà nó có mặt trong dây chuyền: đóng gói thành phẩm, thổi chai lọ, làm nguội thực phẩm, đóng nắp chai sữa…

Trong ngành công nghiệp xây dựng

Đối với ngành xây dựng thì bên cạnh nguồn năng lượng điện thì khí nén cũng đóng vai trò quan trọng. Nó thay thế cho sức nhân công nên hiệu quả công việc tăng lên. Chi phí ban đầu rẻ nên doanh thu của công ty, doanh nghiệp tăng lên.

Ứng dụng khí nén như: dưới lòng đất, dưới hầm, khí nén dùng cho máy khoan, máy đục, máy bắn vít…

Trong các ngành Y tế

Khí nén được lọc sạch còn ứng dụng trong y tế, nó dùng tại bệnh viện với các máy làm sạch, bình oxy cho bệnh nhân thở, máy mài, máy thổi bụi, máy hút tại phòng khám răng. Hệ thống khí nén đóng vai trò chủ chốt trong nhà máy sản xuất thuốc, thiết bị y tế, khẩu trang.

Trong ngành vui chơi, giải trí

Khí nén dùng cho các thiết bị, máy móc phục vụ ngành vui chơi, giải trí rất nhiều. Nó tham gia bơm khí vào các bóng bay cỡ lớn, phao bơi hay dùng cho thuyền hơi, khinh khí cầu, thuyền cao su hay là hệ thống phanh, nâng hạ của tàu lượn, đu quay.

Một số sơ đồ lắp hệ thống khí nén

Bạn quan tâm đến hệ thống khí nén có thể tham khảo 1 số sơ đồ bố trí, lắp đặt hệ thống khí nén như:

Theo tiêu chuẩn thông thường

Kiểu lắp đặt, bố trí này rất phổ thông, nó không yêu cầu khí nén có chất lượng sạch cao nhất. Chất lượng khí nén từ hệ thống này đi ra có độ khô tương đối, nhiệt độ điểm sương từ 3 độ C – 10 độ C.

Hệ thống này được lắp theo thứ tự như sau: máy nén khí, bình chứa khí, bộ lọc sơ cấp để giảm tải lượng nước, chất bẩn có thể đi vào máy sấy, máy sấy khí khô ngưng tụ và cuối cùng là lọc tinh.

Theo tiêu chuẩn khí sạch

Điểm nổi bật của hệ thống này đó là cho ra dòng khí sạch, khô hơn so với các hệ thống khí nén khác. Nó có 1 máy sấy khô hấp thụ có thể đưa nhiệt độ điểm sương của khí nén từ -20 độ C xuống mức  -60 độ C. Tùy vào từng công việc mà người kỹ thuật lựa chọn máy nén khí có dầu hoặc máy nén khí không dầu để sử dụng.

Theo tiêu chuẩn DIN ISO 8573 CLASS 1

Cách lắp đặt thường thấy tại các nhà máy khí nén sản xuất ví dụ như: nhà máy sữa, nhà máy bia, nhà máy chế biến thực phẩm, sản xuất dược phẩm, bơ sữa, thiết bị y tế, sản xuất thuốc lá hay thổi chai, kỹ thuật cơ khí, công nghiệp kim loại…

Theo tiêu chuẩn thổi chai PET

Bình chứa khí sẽ nằm sau máy nén để có thể giúp áp lực của khí nén sau bình chứa ổn định. Nhiệt độ của dòng khí nén đi vào thiết bị lọc, máy sấy có thể được giải nhiệt 1 phần nào đó ở bồn chứa. Do bồn chứa luôn được con người thiết kế có kích thước lớn nên hỗ trợ giải nhiệt. Nhờ vậy mà máy sấy, máy nén khí vận hành ổn định.

EMDN sẵn sàng tư vấn và cung cấp các thiết bị khí nén chất lượng phục vụ cho các khách hàng tại miền Trung, Tây Nguyên. Hãy liên hệ ngay nếu cần hỗ trợ bạn nhé!

hot line tư động hóa đà nẵng
Chia sẻ