Đồ án Tìm hiểu các hệ thống khí nén, đi sâu phân tích nguyên lý hoạt động của máy nén khí trục vít

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG

ISO 9001:2015

TÌM HIỂU CÁC HỆ THỐNG KHÍ NÉN, ĐI SÂU

PHÂN TÍCH NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA

MÁY NÉN KHÍ TRỤC VÍT

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY

NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP

HẢI PHÒNG - 2020

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG

ISO 9001:2015

TÌM HIỂU CÁC HỆ THỐNG KHÍ NÉN,ĐI SÂU

PHÂN TÍCH NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA

MÁY NÉN KHÍ TRỤC VÍT

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY

NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP

Sinh viên: Nguyễn Viết Anh

Người hướng dẫn: ThS.Đinh Thế Nam

HẢI PHÒNG - 2020

Cộng Hoà Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam

Độc lập – Tự Do – Hạnh Phúc

----------------o0o-----------------

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG

NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP

Sinh viên : Nguyễn Viết Anh – MSV : 1412101100

Lớp : ĐC1901- Ngành Điện Tự Động Công Nghiệp

Tên đề tài : Tìm hiểu các hệ thống khí nén, đi sâu phân tích

nguyên lý hoạt động của máy nén khí trục vít.

NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI

1. Nội dung và các yêu cầu cần giải quyết trong nhiệm vụ đề tài tốt nghiệp (

về lý luận, thực tiễn, các số liệu cần tính toán và các bản vẽ).

.............................................................................................................................

2. Các số liệu cần thiết để thiết kế, tính toán

.............................................................................................................................

3. Địa điểm thực tập tốt nghiệp..........................................................................:

CÁC CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP

Người hướng dẫn thứ nhất:

Họ và tên

:

Đinh Thế Nam

Học hàm, học vị

:

Thạc sĩ

Cơ quan công tác :

Nội dung hướng dẫn :

Trường Đại học dân lập Hải Phòng

Toàn bộ đề tài

Người hướng dẫn thứ hai:

Họ và tên

:

Học hàm, học vị

:

Cơ quan công tác :

Nội dung hướng dẫn :

Đề tài tốt nghiệp được giao ngày tháng năm 2019.

Yêu cầu phải hoàn thành xong trước ngày......tháng.......năm 2019

Đã nhận nhiệm vụ Đ.T.T.N

Sinh viên

Đã giao nhiệm vụ Đ.T.T.N

Cán bộ hướng dẫn Đ.T.T.N

ThS.Đinh Thế Nam

Ngyễn Viết Anh

Hải Phòng, ngày........tháng........năm 2020

HIỆU TRƯỞNG

GS.TS.NGƯT TRẦN HỮU NGHỊ

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN TỐT NGHIỆP

Họ và tên giảng viên:

Đơn vị công tác:

...................................................................................................

........................................................................ ..........................

.......................................... Chuyên ngành: ...............................

.......................................................... ........................................

Họ và tên sinh viên:

Nội dung hướng dẫn:

....................................................................................................................................

1. Tinh thần thái độ của sinh viên trong quá trình làm đề tài tốt nghiệp

....................................................................................................................................

..........................................................................................................................................

2. Đánh giá chất lượng của đồ án/khóa luận (so với nội dung yêu cầu đã đề ra trong

nhiệm vụ Đ.T. T.N trên các mặt lý luận, thực tiễn, tính toán số liệu…)

..........................................................................................................................................

3. Ý kiến của giảng viên hướng dẫn tốt nghiệp

Được bảo vệ

Không được bảo vệ

Điểm hướng dẫn

Hải Phòng, ngày … tháng … năm ......

Giảng viên hướng dẫn

(Ký và ghi rõ họ tên)

QC20-B18

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN CHẤM PHẢN BIỆN

Họ và tên giảng viên:

..............................................................................................

........................................................................ .....................

...................................... Chuyên ngành: ..............................

......................................................................... ....................

Đơn vị công tác:

Họ và tên sinh viên:

Đề tài tốt nghiệp:

................................................................................................................................

1. Phần nhận xét của giáo viên chấm phản biện

..... ................................................................................................................................

2. Những mặt còn hạn chế

................................................................................................................................

..... ................................................................................................................................

3. Ý kiến của giảng viên chấm phản biện

Được bảo vệ

Không được bảo vệ

Điểm hướng dẫn

Hải Phòng, ngày … tháng … năm ......

Giảng viên chấm phản biện

(Ký và ghi rõ họ tên)

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU ................................................................................................ 1

CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG KHÍ NÉN.............................. 2

1.1. Tìm hiểu khí nén và những đặc trưng của khí nén................................... 2

1.2. Sự phát triển của kỹ thuật máy nén khí.................................................... 3

1.3. Những đặc điểm cơ bản của hệ thống máy nén khí................................. 4

1.4. Cấu trúc của hệ thống khí nén.................................................................. 5

1.5. Các thiết bị quan trọng trong hệ thống khí nén........................................ 7

1.6. Nguyên lý hoạt động chung và phân loại máy nén khí............................ 14

1.7. Những ưu nhược điểm cơ bản................................................................. 15

1.8. Cơ sở tính toán trong khí nén.................................................................. 16

1.9. Khả năng ứng dụng của hệ thống khí nén............................................... 21

CHƯƠNG 2. TÌM HIỂU CÁC HỆ THỐNG KHÍ NÉN ............................... 23

2.1. Máy nén khí piston................................................................................... 23

2.2. Máy nén khí ly tâm................................................................................... 32

2.3. Máy nén khí cánh gạt ............................................................................... 43

CHƯƠNG 3. PHÂN TÍCH NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY

NÉN KHÍ TRỤC VÍT, NHỮNG LƯU Ý VÀ GIẢI PHÁP ĐỂ SỬ DỤNG

HỆ THỐNG MÁY NÉN KHÍ HIỆU QUẢ VÀ AN TOÀN........................... 48

3.1. Máy nén khí trục vít ................................................................................. 48

3.2. Những lưu ý khi sử dụng hệ thống máy nén khí...................................... 64

3.3. Giải pháp tối ưu để nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng khí nén....... 69

3.4. Một số sự cố thường xảy ra trong quá trình sử dụng máy nén khí và các

phương pháp sửa chữa đi kèm......................................................................... 79

KẾT LUẬN .................................................................................................... 85

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, nền kinh tế của nước ta đang trên đà phát triển mạnh mẽ, đời sống của

người dân ngày càng nâng cao. Nhu cầu sử dụng điện năng trong đời sống sinh

hoạt cũng như trong các nghành công nghiệp, nông nghiệp và dịch vụ là tăng

không ngừng. Đây là cơ hội nhưng cũng là thách thức cho ngành điện với việc phát

triển điện năng, phục vụ nhu cầu của xã hội. Sau thời gian học tập tại trường, được

sự chỉ bảo hướng dẫn nhiệt tình của thầy cô giáo trong ngành Điện tự động công

nghiệp trường Đại học Dân lập Hải Phòng, em đã kết thúc khoá học và đã tích luỹ

được vốn kiến thức nhất định. Được sự đồng ý của nhà trường và thầy cô giáo

trong khoa em được giao đề tài tốt nghiệp: “Tìm hiểu các hệ thống khí nén, đi

sâu phân tích nguyên lý hoạt động của máy nén khí trục vít”.

Đồ án tốt nghiệp của em gồm ba chương:

Chương 1: Tổng quan về hệ thống khí nén.

Chương 2: Tìm hiểu các hệ thống khí nén.

Chương 3: Phân tích nguyên lý hoạt động của máy nén khí trục vít, những lưu ý và

giải pháp để sử dụng hệ thống máy nén khí hiệu quả và an toàn.

1

CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG KHÍ NÉN

1.1. TÌM HIỂU KHÍ NÉN VÀ NHỮNG ĐẶC TRƯNG CỦA KHÍ NÉN

1.1.1 Tìm hiểu về khí nén

Khí nén là không khí tự nhiên được nén lại ở một áp suất khá cao, đây là loại năng

lượng có sẵn trong tự nhiên và được dùng để thay thế so với các loại năng lượng

khác. Khí nén thường được cấu thành từ không khí thiên nhiên sạch và với một áp

suất 3000 hoặc 3600psi. Ngày nay khí nén được tạo ra và ứng dụng trong nhiều

lĩnh vực khác nhau trong cuộc sống, từ những ngành nghề sản xuất, công nghiệp

hay trong cả lĩnh vực y tế, thực phẩm hay trong gia đình. Và để có thể sử dụng

được loại khí này thì rất cần tới sự hỗ trợ của máy nén khí. Đây là thiết bị có khả

năng tạo ra nguồn khí nén nhanh chóng và chất lượng cao.

1.1.2 Đặc trưng của khí nén

- Về số lượng: có sẵn ở khắp nơi nên có thể sử dụng với số lượng vô hạn.

- Về vận chuyển: khí nén có thể vận chuyển dễ dàng trong các đường ống,với

một khoảng cách nhất định.Các đường ống dẫn về không cần thiết vì khí nén

sau khi sử dụng sẽ được thoát ra ngoài môi trường sau khi thực hiện xong

công tác.

- Về lưu trữ: máy nén khí không nhất thiết phải hoạt động liên tục.Khí nén có

thể được lưu trữ trong các bình chứa để cung cấp khi cần thiết.

- Về nhiệt độ: khí nén ít thay đổi theo nhiệt độ.

- Về phòng chống cháy nổ: không một nguy cơ nào gây cháy bởi khí nén,nên

không mất chi phí cho việc phòng cháy.Không khí nén thường hoạt động với

áp suất khoảng 6 Bar nên việc phòng nổ không quá phức tạp.

2

- Về tính vệ sinh: khí nén được sử dụng trong các thiết bị đều được lọc các bụi

bẩn,tạp chất hay nước nên thường sạch,không một nguy cơ nào về mặt vệ

sinh.Tính chất này rất quang trọng trong các ngành công nghiệp đặc biệt

như: thực phẩm,vải sợi,lâm sản và thuộc da.

- Về cấu tạo thiết bị: đơn giản nên rẻ hơn các thiết bị khác.

- Về vận tốc: khí nén là một dòng chảy có lưu tốc lớn cho phép đạt được tốc

độ cao (vận tốc làm việc trong các xy lanh thường từ 1-2m/s).

- Về tính điều chỉnh: vận tốc và áp lực của những thiết bị công tác bằng khí

nén được điều chỉnh một cách vô cấp.

- Về sự quá tải: các công cụ và các thiết bị khí nén đảm nhận tải trọng cho đến

khi chúng dừng hoàn toàn cho nên sẽ không xẩy ra quá tải.

- Với vai trò và tầm quan trọng của khí nén thì việc sử dụng những công cụ

tạo ra khí nén là điều cần thiết. Đó cũng là lý do vì sao máy nén khí ngày

càng được sử dụng phổ biến và ứng dụng nhiều lĩnh vực từ sản xuất đến thực

phẩm, y tế và càng được sử dụng nhiều trong các gia đình. Máy nén khí có

thê tạo ra khí nén nhanh chóng với áp suất cao, hiệu suất ấn tượng.

1.2. SỰ PHÁT TRIỂN CỦA KỸ THUẬT MÁY NÉN KHÍ

Ứng dụng máy nén khí có từ thời trước Công nguyên, tuy nhiên sự phát triển của

khoa học kỹ thuật thời đó không đồng bộ,nhất là kiến thức về cơ học, vật lý, vật

liệu … còn thiếu,cho nên phạm vi ứng dụng của khí nén còn rất hạn chế.

Mãi đến thế kỷ thứ 18,các thiết bị máy móc sử dụng năng lượng khí nén lần lượt

được phát minh.Với sự phát triển mạnh mẽ của năng lượng điện,vai trò sử dụng

năng lượng bằng khí nén giảm dần.Tuy nhiên,việc sử dụng năng lượng bằng khí

nén vẫn đóng vai trò cốt yếu ở những lĩnh vực mà sử dụng điện sẽ không an

3

toàn.Khí nén được sử dụng ở những dụng cụ nhỏ nhưng truyền động với vận tốc

lớn hơn như;búa hơi,dụng cụ đập,tán đinh … nhất là các dụng cụ,đồ gá kẹp chặt

trong máy công cụ.

Sau chiến tranh thế giới thứ hai,việc ứng dụng năng lượng bằng khí nén(máy nén

khí) trong kỹ thuật điều khiển phát triển khá mạnh mẽ.Những dụng cụ,thiết bị,phần

tử khí nén mới đực sáng chế và ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khác nhau.Sự kết hợp

khí nén với điện-điện tử sẽ quyết định cho sự phát triển của kỹ thuật điều khiển

trong tương lai.

1.3. NHỮNG ĐẶC ĐIỂM CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG MÁY NÉN KHÍ

Hệ thống khí nén được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp lắp ráp, chế biến, đặc

biệt ở những lĩnh vực cần phải đảm bảo vệ sinh, chống cháy nổ hoặc ở môi trường

độc hại. Ví dụ, lĩnh vực lắp ráp điện tử, chế biến thực phẩm, các khâu phân loại,

đóng gói sản phẩm thuộc các dây chuyền sản xuất tự động, trong công nghiệp gia

công cơ khí, trong công nghiệp khai thác khoáng sản…

Các dạng truyền động sử dụng khí nén:

Truyền động thẳng: là ưu thế của hệ thống khí nén do kết cấu đơn giản và

linh hoạt của cơ cấu chấp hành, chúng được sử dụng nhiều trong các thiết bị giá

kẹp các chi tiết khi gia công, các thiết bị đột dập, phân loại và đóng gói sản

phẩm…

Truyền động quay: trong nhiều trường hợp khi yêu cầu tốc độ truyền động

rất cao, công suất không lớn sẽ gọn nhẹ và tiện lợi hơn nhiều so với các dạng

truyền động sử dụng các năng lượng khác.

1.4. CẤU TRÚC CỦA HỆ THỐNG KHÍ NÉN

Hệ thống khí nén thường bao gồm các khối thiết bị :

4

- Trạm nguồn : Máy nén khí, bình tích áp, các thiết bị an toàn, các thiết bị xử lý khí

nén ( lọc bụi, lọc hơi nước, sấy khô )

- Khối điều khiểm : các phần tử xử lý tín hiệu điều khiển và các phần tử điều khiển

đảo chiều cơ cấu chấp hành.

- Khối các thiết bị chấp hành : Xi lanh, động cơ khí nén, giác hút.

Dựa vào năng lượng của tín hiệu điều khiển, người ta chia ra hai dạng hệ thống khí

nén :

- Hệ thống điều khiển bằng khí nén: trong đó tín hiệu điều khiển bằng khí nén và do

đó kéo theo các phần tử xử lý và điều khiển sẽ tác động bởi khí nén (Hình 1.1).

5

Hình 1.1: Cấu trúc hệ thống điều khiển bằng khí nén

- Hệ thống điều khiển điện - khí nén: các phần tử điều khiển hoạt động bằng tín

hiệu điện hoặc kết hợp tín hiệu điện - khí nén (Hình1.2)

6

Hình 1.2 : Hệ thống điện - khí nén

1.5. CÁC THIẾT BỊ QUAN TRỌNG TRONG HỆ THỐNG KHÍ NÉN

Hệ thống khí nén hoàn chỉnh sẽ bao gồm nhiều thiết bị khác nhau và mỗi thiết bị

giữ một nhiệm vụ riêng hỗ trợ nhau trong quá trình vận hành của hệ thống. Những

thành phần quan trọng của một hệ thống khí nén sẽ bao gồm các thiết bị như: máy

nén khí, bình tích áp, máy sấy và một hệ thống lọc khí nén.

7

Hình 1.3: Hệ thống máy nén khí công nghiệp

1.5.1. Máy nén khí

Máy nén khí được coi là một thiết bị vô cùng quan trọng trong một hệ thống khí

nén, vì chính nó trực tiếp sản sinh ra khí nén để cung cấp đến các loại bộ phận

khác. Nếu có vấn đề gì đối với đầu nén thì các thiết bị khác trong hệ thống đương

nhiên cũng bị ảnh hưởng theo. Nhiệm vụ chính của thiết bị này là nén khí ở nhiệt

độ và áp suất cao, cung cấp cho các loại máy móc khác hoạt động. Chất lượng của

khí nén phụ thuộc vào nhiều yếu tố như chất lượng không khí bên ngoài, môi

trường đặt máy nén và máy nén có bị hỏng hóc không… Thiết bị được ứng dụng

trong nhiều lĩnh vực khác nhau như khai thác khoáng sản,chế biến thực phẩm, dược

phẩm,giao thông vận tải,…

8

Hình 1.4 : Máy nén khí

Tùy vào từng nhu cầu sử dụng và tính chất của từng công việc mà lựa chọn các loại

máy nén cho hệ thống. Các loại máy thường sử dụng trong hệ thống máy nén khí

bao gồm: máy nén khí piston, máy nén khí trục vít, máy nén khí ly tâm, máy nén

khí Turbo,máy nén khí cao áp,máy nén khí cánh gạt(máy nén khí đối lưu)…

Khi lựa chọn mua máy nén khí công nghiệp cho hệ thống ta cần phải cân nhắc các

yếu tố như:

- Công suất của máy nén khí: để tính toán công suất tối thiểu mà máy cần đạt

được thì phải tính tổng lưu lượng mà các thiết bị trong hệ thống sẽ sử dụng,

sau đó nhân với 0,5 hệ số dự phòng tổn thất, cuối cùng cộng với áp lực cao

nhất mà thiết bị đạt được.

- Tính toán đến độ rung và ồn của thiết bị.

- Thương hiệu máy bơm khí nén và địa chỉ phân phối máy nén khí.

Như vậy ta mới có thể lựa chọn được sản phẩm máy nén khí phù hợp với mục đích

sử dụng và yêu cầu của hệ thống khí nén.

9

1.5.2. Bình tích áp

Bình tích áp thường được gọi là bình chứa khí nén, với chức năng chính là tích trữ

lượng khí nén mà máy nén khí sản suất, đồng thời cung cấp lại cho hệ thống khi có

nhu cầu sử dụng đột xuất(tức là bù áp suất cho hệ thống máy nén khí).

Bình này giúp duy trì áp suất làm việc được ổn định, không bị giảm xuống đột ngột

gây ảnh hưởng đến quá trình làm việc của thiết bị cũng như các loại máy móc hoạt

động bằng khí nén. Bên cạnh đó, bình tích áp còn có chức năng như một thiết bị

ngưng tụ nước, bụi bẩn trong không khí và làm giảm nhiệt độ cho các thiết bị khác

như máy sấy khí, lọc khí,…

Dung tích của bình được lựa chọn sẽ phải tùy thuộc vào công suất của máy nén khí.

Ví dụ cụ thể: Đối với dòng máy có công suất từ 7,5 – 15 KW thì ta nên chọn bình

có dung tích từ 200- 400l, hay đối với dòng máy có công suất 22KW thì nên lựa

chọn bình có dung tích cao hơn như khoảng từ 400- 700l.

Hình 1.5: Bình tích áp

10

1.5.3. Máy sấy khí

Máy sấy khí có một vai trò quan trọng trong hệ thống nén khí, với nhiệm vụ đảm

bảo độ khô cho khí nén, và ngăn chặn việc hơi nước lẫn trong khí nén đến các thiết

bị mà gây han gỉ.

Hình 1.6: Máy sấy khí

Có 2 loại máy sấy khí thông dụng trên thị trường hiện nay đó là: dòng máy sấy khí

hấp thụ và dòng máy sấy khí tác nhân lạnh.

Trong đó, máy sấy tác nhân lạnh là dòng máy được sử dụng phổ biến hơn do sản

phẩm này giá thành khá rẻ và cách lắp đặt cũng khá đơn giản. Dòng máy này chỉ

thích hợp với các đơn vị không yêu cầu cao về độ khô của khí nén.

11