Giáo trình mô đun Điều khiển điện khí nén

ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH LÀO CAI

TRƯỜNG CAO ĐẲNG LÀO CAI

GIÁO TRÌNH

MÔ ĐUN: ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN KHÍ NÉN

NGHỀ: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP

(áp dụng cho Trình độ Cao đẳng)

LƯU HÀNH NỘI BỘ

Năm 2017

MỤC LỤC

Bài 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ KHÍ NÉN.................................................................................4

1. Khái niệm chung .................................................................................................................4

2. Một số đặc điểm của hệ truyền động bằng khí nén...............................................................5

3. Đơn vị đo trong hệ thống điều khiển....................................................................................6

3.1. Áp suất.........................................................................................................................6

3.2. Lực...............................................................................................................................6

3.3. Công.............................................................................................................................6

3.4. Công suất .....................................................................................................................6

3.5. Độ nhớt động................................................................................................................6

4. Cơ sở tính toán khí nén........................................................................................................6

4.1. Thành phần hóa học của khí nén...................................................................................6

4.2. Độ ẩm không khí ..........................................................................................................8

Bài 2: MÁY NÉN KHÍ VÀ THIẾT BỊ XỬ LÝ KHÍ NÉN...........................................................9

1. Máy nén khí ........................................................................................................................9

1.1. Nguyên tắc hoạt động và phân loại máy nén khí ...........................................................9

1.2. Máy nén khí kiểu pit tông.............................................................................................9

1.3. Máy nén khí kiểu cánh gạt..........................................................................................11

1.4. Máy nén khí kiểu trục vít............................................................................................12

1.5. Máy nén khí kiểu Root ...............................................................................................12

1.6. Máy nén khí kiểu tua bin ............................................................................................13

2. Thiết bị xử lý khí nén ........................................................................................................13

2.1. Yêu cầu về khí nén .....................................................................................................13

2.2. Các phương pháp xử lý khí nén ..................................................................................14

2.3. Bộ lọc.........................................................................................................................16

3. Câu hỏi..............................................................................................................................19

Bài 3: THIẾT BỊ PHÂN PHỐI VÀ CƠ CẤU CHẤP HÀNH.....................................................20

1. Thiết bị phân phối khí nén.................................................................................................20

1.1. Bình trích chứa ...........................................................................................................20

1.2. Mạng đường ống dẫn khí nén .....................................................................................21

2. Cơ cấu chấp hành..............................................................................................................25

2.1. Xy lanh.......................................................................................................................25

2.2. Động cơ khí nén .........................................................................................................31

3. Câu hỏi..............................................................................................................................32

Bài 4: CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN....................................................33

1. Khái niệm .........................................................................................................................33

2. Van đảo chiều ...................................................................................................................33

2.1. Nhiệm vụ....................................................................................................................33

2.2. Nguyên lý chung của một van đảo chiều.....................................................................34

2.3. Ký hiệu van đảo chiều ................................................................................................34

2.4. Tín hiệu tác động của van đảo chiều ...........................................................................36

2.5. Một số loại van đảo chiều ...........................................................................................37

3. Van chắn...........................................................................................................................40

3.1. Van một chiều ............................................................................................................40

3.2. Van logic OR..............................................................................................................40

3.3. Van logic AND...........................................................................................................40

4. Van tiết lưu .......................................................................................................................41

4.1. Nhiệm vụ....................................................................................................................41

4.2. Van tiết lưu có tiết diện không đổi..............................................................................41

4.3. Van tiết lưu có tiết diện thay đổi.................................................................................41

4.4. Ứng dụng van tiết lưu.................................................................................................42

5. Van áp suất .......................................................................................................................43

5.1. Van an toàn ................................................................................................................43

5.2. Van tràn......................................................................................................................43

6. Van điều chỉnh thời gian ...................................................................................................44

6.1. Rơ le thời gian đóng chậm..........................................................................................44

6.2. Rơ le thời gian ngắt chậm...........................................................................................44

7. Cảm biến...........................................................................................................................45

7.1. Cảm biến khí nén bằng tia rẽ nhánh............................................................................45

7.2. Cảm biến khí nén bằng tia phản hồi............................................................................45

8. Phần tử chuyển đổi tín hiệu ...............................................................................................45

9. Câu hỏi..............................................................................................................................46

Bài 5: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN BẰNG KHÍ NÉN..................................................47

1. Khái niệm cơ bản về điều khiển.........................................................................................47

2. Các phần tử mạch logic .....................................................................................................47

2.1. Phần tử logic NOT......................................................................................................47

2.2. Phần tử logic AND .....................................................................................................47

2.3. Phần tử logic NAND ..................................................................................................48

2.4. Phần tử logic OR ........................................................................................................48

2.5. Phần tử logic NOR .....................................................................................................49

3. Lý thuyết đại số Boole.......................................................................................................49

3.1. Quy tắc cơ bản của đại số Boole .................................................................................49

3.2. Biểu đồ Karnaugh.......................................................................................................50

3.3. Phần tử nhớ ................................................................................................................53

4. Biểu diễn phần tử logic của khí nén...................................................................................54

4.1. Phần tử logic NOT......................................................................................................54

4.2. Phần tử logic OR và NOR ..........................................................................................54

4.3. Phần tử logic AND và NAND ....................................................................................55

5. Câu hỏi..............................................................................................................................57

6. Bài tập...............................................................................................................................57

Bài 6: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN KHÍ NÉN .......................................................59

1. Phân loại phương pháp điều khiển.....................................................................................59

1.1. Điều khiển bằng tay....................................................................................................59

1.2. Điều khiển tùy động theo thời gian .............................................................................60

1.3. Điều khiển tùy động theo hành trình ...........................................................................61

2. Các phần tử điện khí nén ...................................................................................................62

2.1. Van đảo chiều điều khiển bằng nam châm điện...........................................................62

2.2. Các phần tử điện.........................................................................................................64

3. Thiết kế mạch điều khiển điện khí nén...............................................................................68

3.1. Nguyên tắc thiết kế.....................................................................................................68

3.2. Mạch dạng xung bằng khí nén ....................................................................................68

3.3. Mạch điều khiển điện khí nén với một xy lanh............................................................69

3.4. Mạch điều khiển khí nén với hai xy lanh.....................................................................70

4. Bài tập...............................................................................................................................71

Bài 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ KHÍ NÉN

1. Khái niệm chung

a. Khái niệm:

Khí nén là một phần của lưu chất với không khí hoặc các loại khí khác được

nén lại.

b. Lịch sử ra đời hệ thống điều khiển bằng khí nén:

Ứng dụng của khí nén đã có từ thời kỳ trước công nguyên, tuy nhiên sự phát

triển khoa học kỹ thuật thời đó không đồng bộ, nhất là sự kết hợp các 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 17, nhà kỹ sư chế tạo người Đức Guerike, nhà toán học và

nhà triết học người Pháp Pascal, cùng nhà vật lý người Pháp Papin đã xây dựng

nên nền tảng cơ bản ứng dụng của khí nén.

Trong thế kỷ 19, các máy móc thiết bị sử dụng năng lượng khí nén lần lượt

được phát minh: thư vận chuyển trong ống bằng khí nén (1835), Phanh bằng khí

nén(1880), búa tán đinh bằng khí nén (1861)…

Sau chiến tranh thế giới thứ 2, việc ứng dụng năng lượng khí nén trong kỹ

thuật điều khiển phát triển mạnh mẽ. Với những dụng cụ ,thiết bị, phần tử khí nén

mới được sáng chế và được ứng dụng trong những lĩnh vực khác nhau, sự kết hợp

của nguồn năng lượng khí nén với điện – điện tử là nhân tố quyết định cho sự phát

triển của kỹ thuật điều khiển trong tương lai.

c. Khả năng ứng dụng của khí nén

- Trong lĩnh vực điều khiển : Hệ thống điều khiển bằng khí nén được sử

dụng ở những lĩnh vực mà ở đó cần độ an toàn cao như ở các thiết bị phun sơn, các

loại đồ gá kẹp các chi tiết nhựa, chất dẻo hoặc các lĩnh vực sản xuất thiết bị điện

tử, vì điều kiện vệ sinh môi trường của điều khiển dùng khí nén rất tốt và độ an

toàn cao. Ngoài ra, hệ thống điều khiển bằng khí nén còn được sử dụng trong các

dây chuyền rửa tự động, trong các thiết bị vận chuyển và kiểm tra của thiết bị lò

hơi, thiết bị mạ điện, đóng gói, bao bì và trong công nghiệp hóa chất.

- Trong các hệ thống truyền động:

+ Các dụng cụ, thiết bị máy va đập: Các thiết bị, máy móc trong lĩnh vực

khai thác như: khai thác đá, khai thác than, xây dựng hầm mỏ, đường hầm.

+ Truyền động quay: Những dụng cụ vặn vít, máy khoan, công suất khoảng

3,5 kW, máy mài, công suất khoảng 2,5 kW cũng như những máy mài với công

suất nhỏ, nhưng với số vòng quay cao khoảng 100.000 v/ph thì khả năng sử dụng

động cơ truyền động bằng khí nén là phù hợp.

+ Truyền động thẳng: Các dụng cụ, đồ gá kẹp chi tiết, trong các thiết bị đóng

gói, trong các loại máy gia công gỗ cũng như trong hệ thống phanh hãm của ôtô.

2. Một số đặc điểm của hệ truyền động bằng khí nén.

a. Ưu điểm :

- Về số lượng: khí có sẵn ở mọi nơi 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 khí về không cần thiết, vì khí

nén sau khi sử dụng song sẽ được thải ra môi trường.

- Về lưu trữ: Khí nén có thể được lưu trữ trong các bình chứa để cung cấp

khi cần thiết nên máy nén khí không nhất thiết phải hoạt động liên tục.

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

- Về phòng chống cháy nổ: không có nguy cơ gây cháy bởi khí nén, không

mất chi phí cho việc phòng cháy. Không khí thường nén ở áp suất khoảng 6 bar

nên việc phòng nổ không phức tạp.

- Về vệ sinh: khí nén khi được sử dụng thì đã qua các thiết bị lọc bụi bẩn và

tạp chất nên rất quan trong về vệ sinh đặc biệt phù hợp cho các ngành như công

nghiệp thực phẩm, vải sợi...

- Về cấu tạo thiết bị: đơn giản và rẻ tiền hơn các thiết bị tự động khác

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

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

- Về tính điều chỉnh: vận tốc và áp lực của các 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 được khí nén đảm nhận tải trọng

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

b. Nhược điểm :

- Lực truyền tải thấp.

- Khi tải trọng trong hệ thống thay đổi thì vận tốc cũng thay đổi. Bởi vì khả

năng đàn hồi của khí nén lớn, cho nên không thể thực hiện được những chuyển

động thẳng hoặc quay đều.

- Dòng khí nén thoát ra ở đường dẫn gây ra tiếng ồn. Hiện nay, trong lĩnh

vực điều khiển, người ta thường kết hợp hệ thống điều khiển bằng khí nén với điện

hoặc điện tử. Cho nên rất khó xác định một cách chính xác, rõ ràng ưu nhược điểm

của từng hệ thống điều khiển.

3. Đơn vị đo trong hệ thống điều khiển.

3.1. Áp suất

Đơn vị cơ bản của áp suất trong hệ SI là Pa (Pascal).

1 Pascal là áp suất phân bố đều lên bề mặt có diện tích là 1m²với lực tác

động vuông góc lên bề mặt đó có độ lớn là 1N.

1Pa = 1N/m²

3.2. Lực

Đơn vị của lực là N (Newton)

1N là lực tác dụng lên một đối tượng có khối lượng 1kg làm vật chuyển

động với gia tốc 1m/s²1N = 1kg.m/s²

3.3. Công

Đơn vị của công là J (Joule)

1J là công sinh ra dưới tác dụng của lực là 1N để vật dịch chuyển được

quãng đường là 1m

1J = 1N.m

3.4. Công suất

Đơn vị của công suất là W (Watt)

1W là công sinh ra 1J trong thời gian 1 giây

1W = 1J/s = 1N.m/s

3.5. Độ nhớt động

Độ nhớt của một chất lưu là thông số đại diện cho ma sát trong của dòng

chảy. Khi lưu chất chuyển động, giữa chúng có sự chuyển động tương đối, nảy

sinh ma sát tạo nên sự biến đổi 1 phần cơ năng thành nhiệt năng và mất đi. Tính

nhớt được đặc trưng bởi hệ số nhớt động lực, hệ số này phụ thuộc vào từng loại lưu

chất.

4. Cơ sở tính toán khí nén

4.1. Thành phần hóa học của khí nén

Không khí là hỗn hợp các chất có dạng khí, thành phần gồm 78% Nitơ (N₂),

21% Ôxy (O₂), 0,03% Cacbonic (CO₂), 0,93% Argon (Ar), 0,005% Helium (He),

ngoài ra không khí còn chứa một hàm lượng hơi nước nhất định và các hợp chất

bẩn ở thể khí. Trong các thành phần trên, thành phần đóng vai trò quan trọng của

khí quyển là O₂, CO₂, N₂.

4.2. Phương trình trạng thái nhiệt động học

Với mỗi một lượng chất khí được đặc trưng bởi 3 thông số cơ bản là nhiệt

độ T, áp suất P, thể tích V. Mỗi một trạng thái khác nhau của chất khí thì các thông

số đặc trưng cho chất khí cũng khác nhau.

4.2.1. Phương trình trạng thái chất khí

Giả sử một lượng chất khí lúc đầu có trạng thái được xác định bởi các thông

số P₁, T₁, V₁, sau đó biến đổi sang trạng thái được đặc trưng bởi các thông số P₂,

T₂, V₂. Trạng thái đầu và trạng thái cuối được biểu diễn bằng hai điểm M₁và M₂

trên hai đường đẳng nhiệt T₁và T₂.

Hình 1.2. Biểu đồ trạng thái chất khí

’

P₁= P₀αT₁

P₂= P₀αT₂

P^'

P

T

1

 P^'

1

2

Để tìm mối liên hệ giữa các thông số trên ta giả thiết sự biến

P

2





1

T

T₂

T

1

’

đổi trạng thái từ điểm M₁sang M₂qua trạng thái trung gian M₁, nghĩa là sự biến

đổi trạng thái theo hai giai đoạn.

’

- Giai đoạn đầu từ M₁sang M₁là giai đoạn nhiệt độ giữ nguyên (quá trình

đẳng nhiệt) theo định luật Boyle-Marriotte ta có:

’

P₁V₁= P₁V₂

(*)

’

- Giai đoạn thứ hai từ M₁sang M₂là giai đoạn thể tích không đổi (quá trình

đẳng áp) theo định luật Gay Lussac ta có:

(**)

Thay phương trình (*) vào phương trình (**) ta được:

PV₁PV₂

1

2



T

T₂

1

PV

T

Hay

 R  const

R- hằng số khí

+ Trạng thái tiêu chuẩn của chất khí

Là trạng thái chung cho mọi chất khí, với 1kmol chất khí chiếm thể tích

V₀=22,41m³, T₀=273,16K (0⁰C), P₀=1,033at, hằng số khí R = 8,31.10³J/kmol.K

4.2. Độ ẩm không khí

4.2.1. Độ ẩm tuyệt đối và độ ẩm cựa đại

a. Độ ẩm tuyệt đối

Độ ẩm tuyệt đối a của không khí trong khí quyển là đại lượng đo bằng khối

lượng m (tính ra gạm) của hơi nước có trong 1m³không khí. Đơn vị đo của a là

g/m³.

b. Độ ẩm cực đại

Nếu độ ẩm tuyệt đối của không khí càng cao thì lượng hơi nước có trong

1m³không khí càng lớn nên áp suất riêng phần p của hơi nước trong không khí

càng lớn.

Áp suất này không thể lớn hơn áp suất hơi nước bão hòa p_oở cùng nhiệt độ

cho trước nên độ ẩm độ ẩm tuyệt đối của không khí ở trạng thái bão hòa hơi nước

có giá trị cực đại và được gọi là độ ẩm cực đại A.

Độ ẩm cực đại có độ lớn bằng khối lượng riêng của hơi nước bão hòa trong

không khí tính theo đơn vị g/m³.

4.2.2. Độ ẩm tỉ đối

Độ ẩm tuyệt đối a chưa cho biết không khí ẩm nhiều hay ẩm ít, vì nhiệt độ

càng thấp thì hơi nước càng dễ bão hòa và độ ẩm tuyệt đối càng gần độ ẩm cực

đại. Để mô tả mức độ ẩm của không khí ở mỗi nhiệt độ, người ta dùng độ ẩm tỉ

đối f.

Độ ẩm tỉ đối f là đại lượng đo bằng tỉ số phần trăm giữa độ ẩm tuyệt đối a

và độ ẩm cực đại A của không khí ở cùng nhiệt độ cho trước:

a

f  100%

A

Bài 2: MÁY NÉN KHÍ VÀ THIẾT BỊ XỬ LÝ KHÍ NÉN

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.

1.1. Nguyên tắc hoạt động và phân loại máy nén khí

a. Nguyên tắc hoạt động

- Theo 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 áp suất trong bình chứa sẽ tăng lên. Các loại máy nén khí theo

nguyên lý thay đổi thể tích gồm: kiểu pit tông, bánh răng và cánh gạt.

- Theo 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 này tạo ra lưu lượng và công suất khí lớn.

Máy nén khí theo nguyên lý này như: máy nén khí kiểu ly tâm.

b. Phân loại máy nén khí

- 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

Máy nén khí theo nguyên lý động năng

1.2. Máy nén khí kiểu pit tông

3

4

2

1

Hình 2.1. Máy nén khí kiểu pit tong một cấp

- Cấu tạo cơ bản:

1- Trục quay

2- Pit tong

3- Van xả

4- Van hút

- Nguyên lý hoạt động:

Hình 2.2. Máy nén khí kiểu pit tong một cấp

Khi trục quay hoạt động làm pit tông đi lên và đi xuống, khi pit tông đi

xuống van xả đóng lại van hút mở ra sẽ hút không khí vào buồng xy lanh (chu kỳ

hút), khi pit tông đi lên van hút đóng lại và van xả mở ra sẽ đẩy không khí vào

bình chứa (chu kỳ nén và đẩy) và kết thúc một chu trình, chu trình hoạt động sẽ

được lặp lại.

Hình 2.3. Hình ảnh máy nén khí kiểu pit tông một cấp

1.3. Máy nén khí kiểu cánh gạt

- Cấu tạo cơ bản

Hình 2.4. Hình ảnh máy nén khí kiểu cánh gạt

- Nguyên lý hoạt động

1

2

Hình 2.5. Nguyên lý hoạt động máy nén khí kiểu cánh gạt

Nhờ có độ lệch tâm e giữa rô to và stato, cánh gạt có thể chuyển động tịnh

tiến xa và gần so với tâm của rô to nên khi rô to 2 quay như hình 2.5 trong

khoảng từ d đến a theo chiều quay thì cánh gạt 1 sẽ tịnh tiến ra xa so với trục rô to

thể tích buồn hút tăng, tại vị trí a khoảng cách giữa cánh gạt và tâm rô to là xa

nhất trong khoảng này không khí được hút vào buồng hút. Trong khoảng từ a đến

b theo chiều quay cánh gạt lại chuyển động vào gần trục rô to nên thể tích buồng

chứa khí giảm dần và nén khí lại, tiếp tục đến khoảng từ b đến c cánh gạt có vị trí

gần rô to nhất và khí được đưa tới buồng đẩy hoàn thành một chu trình, chu trình

được lặp lại với vòng quay tiếp theo của rô to.

1.4. 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 được một vòng. Như

vậy sẽ tạo nên quá trình hút (thể tích khí lên khoảng trống tăng), quá trình nén

(thể tích khoảng trống nhỏ lại) và cuối cùng là quá trình đẩy.

Hình 2.6. Nguyên lý hoạt động máy nén khí kiểu cánh gạt

1.5. Máy nén khí kiểu Root

Hình 2.7. Máy nén khí kiểu Root

Nguyên lý tạo ra áp suất dựa vào hai cam như hình vẽ dùng để hút và

chuyển đổi dòng khí nén.

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 khí phía sau. Nghĩa là khi rotor quay

được 1 vòng thì vẫn chưa tạo ra áp suất trong buồng đẩy, cho đến khi rôto quay

vòng thứ hai thì dòng lưu lượng đó đẩy vào dòng lưu lượng ban đầu và cuối cùng

mới vào buồng đẩy.Với nguyên tắc này thì tiếng ồn khi chạy máy sẽ tăng lên.

1.6. Máy nén khí kiểu tua bin

Máy nén khí tua bin (dạng ly tâm) chủ yếu tạo ra vận tốc của khí (tăng

động năng) sau đó được chuyển thành áp suất và lưu lượng của dòng khí dưới

dạng xoắn ốc sau đó đi vào đường ra. Tốc độ quay thường lớn hơn 3000v/ph. Lưu

lượng khí của máy nén dạng này lớn hơn so với các máy nén theo nguyên lý thay

đổi thể tích.

Hình 2.8. Máy nén khí theo kiểu tua bin dạng ly tâm

2. Thiết bị xử lý khí nén

2.1. Yêu cầu về khí nén

Khí nén được tạo ra từ những máy nén khí chứa đựng rất nhiều chất bẩn có

mức độ khác nhau. Chất bẩn bao gồm bụi và hới nước có trong không khí, những

phần tử nhỏ cặn bã của dầu bôi trơn và truyền động cơ khí. Khí nén mang chất

bẩn theo đường ống dẫn khí sẽ gây nên sự ăn mòn, rỉ và làm hỏng các phẩn tử

điều khiển của hệ thống. Vì vậy, khí nén được sử dụng trong hệ thống khí nén

phải được xử lý. Tùy thuộc vào phạm vi sử dụng mà yêu cầu xác định chất lượng

của khí nén tương ứng cho từng trường hợp cụ thể.

Hệ thống xử lý khí nén chia làm ba giai đoạn

- Lọc thô: Dùng bộ phận lọc thô kết hợp với bình ngưng tụ để tách hơi

- Phương pháp sấy khô: Dùng thiết bị sấy khô khí nén để loại bỏ hầu hết

nước.

lượng nước bên trong. Giai đoạn này xử lý theo yêu cầu của khí nén.

- Lọc tinh: Loại bỏ tất cả các loại tạp chất, kể cả các tạp chất kích thước rất

nhỏ.

2.2. Các phương pháp xử lý khí nén

2.2.1. Bình ngưn tụ - Làm lạnh bằng không khí (bằng nước)

Hình 2.9. Nguyên lý bình ngưng tụ làm lạnh bằng nước

- Khí nén sau khi ra khỏi máy nén, khí sẽ được dẫn vào bình ngưng tụ. Tại

đây khí 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 sẽ đạt trong

khoảng từ 30⁰C đến 35⁰C. Khi làm lạnh bằng nước (ví dụ nước làm lạnh có nhiệt

độ 10⁰C) thì nhiệt độ khí nén trong bình ngưng tụ sẽ đạt 20⁰C.

2.2.2. Thiết bị sấy khô bằng chất làm lạnh

- Nguyên lý làm việc của phương pháp sấy khô bằng chất làm lạnh:

Khí nén từ máy nén khí sẽ qua bộ phân trao đổi khí – khí. Tại đây dòng khí

nén sẽ được làm lạnh sơ bộ bằng dòng khí nén đã được sấy khô. Sau khi được

làm sạch 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: dòng khí nén sẽ được đổi chiều trong

những ống dẫn nằm trong thiết bị này, nhiệt độ hóa sương tại đây là 2⁰C. Như vậy

lượng hơi nước trong dòng khí nén sẽ được tạo thành từng giọt nhỏ một.

Hình 2.10. Nguyên tắc hoạt động của thiết bị sấy khô bằng chất làm lạnh

Lượng hơi nước sẽ được ngưng tụ trong bộ phận kết tủa, ngoài lượng hơi

nước được kết tủa tại đây còn có các chất bẩn và dầu bôi trơn cũng được tách ra.

Dầu, nước, chất bẩn sau khi tách ra khỏi dòng khí nén sẽ được đưa ra ngoài qua

van thoát nước ngưng tụ tự động. Dòng khí nén sau khi được làm sạch sẽ được

đưa qua bộ phận trao đổi nhiệt khí – khí để nhiệt độ đạt khoảng 6⁰C đến 8⁰C

trước khi đưa vào sử dụng.

2.2.3. Thiết bị sấy khô bằng hấp thụ

+ Quá trình sấy khô: Khí nén từ máy nén khí qua van 4 sau đó được sấy

khô nhờ bình hấp thụ 1. Tại bình hấp thụ 1 tất cả hơi nước được giữ lại, khí nén

khô được ra ngoài sử dụng qua van 6.

+ Quá trình tái tạo: Khí nóng từ máy tạo khí nóng được đưa qua van đảo

chiều 7 đến bình hấp thụ 2 để tái tạo lại khả năng hấp thụ của chất sấy khô sau đó

được thải ra ngoài nhờ van đảo chiều 8.

+ Trong quá trình làm việc, bình hấp thụ 1 và 2 sẽ thay nhau thực hiện sấy

khô và tái tạo lại chất sấy khô nhờ van đảo chiều số 7 và số 8.

Hình 2.11. Quá trình vận hành của thiết bị sấy khô bằng hấp thụ

2.3. Bộ lọc

Thường được sử dụng ở một số hệ thống điều khiển đơn giản. Đối với các

hệ thống như thế sử dụng bộ lọc gồm có 3 phần tử như sau: van lọc, van điều

chỉnh áp suất, van tra dầu.

Hình 2.12. Bộ lọc

2.3.1. Van lọc

Van lọc có nhiệm vụ tách các phần chất bẩn và hơi nước ra khỏi khí nén.

Các hạt bụi có kích thước lớn hơn 0,01 µm nên bị loại trừ ra khỏi dòng khí cấp

cho hệ thống, có nhiều cấp lọc khác nhau để hệ thống làm việc tốt hơn.

Có hai nguyên lý thực hiện:

- Chuyển động xoáy của dòng áp suất khí nén trong van lọc

- Phần tử lọc sốp làm bằng các chất như: vải, dây kim loại, giấy thấm ướt

hay vật liệu tổng hợp.

Nguyên lý:

Hình 2.13. Nguyên lý và ký hiệu van lọc

Khí nén sẽ được chuyển động xoáy khí qua lá chắn kim loại, sau đó qua

phần tử lọc. Tùy theo yêu cầu chất lượng của khí nén mà chọn loại phần tử lọc có

những loại từ 5µ đến 70µ. Trong trường hợp yêu cầu chất lượng khí rất cao vật

liệu phần tử lọc được chọn là sợi thủy tinh có khả năng tách nước trong khí nén

đến 99%.

- Ký hiệu:

Hình 2.14. Ký hiệu van lọc

2.3.2. Van điều chỉnh áp suất.

- Van điều chỉnh áp suất có nhiệm vụ giữ cho áp suất không đổi ngay các

khi có sự thay đổi bất thường của tải trọng làm việc ở phía đường ra hoặc sự dao

động của áp suất phía đường vào.

- Nguyên lý hoạt động:

Hình 2.15. Nguyên lý và ký hiệu van điều chỉnh áp suất

Khi điều chỉnh trục vít nghĩa là điều chỉnh vị trí của đĩa van. Trong trường

hợp áp suất của đường ra tăng lên so với áp suất được điều chỉnh khí nén sẽ qua

lỗ thông tác dụng vào màng, vị trí kim van thay đổi, khí nén qua lỗ xả khí ra

ngoài. Đến khi áp suất ở đường ra giảm xuống bằng với áp suất được điều chỉnh,

kim van trở về vị trí ban đầu.

2.3.2. Van tra dầu

Để giảm lực ma sát, sự ăn mòn và sự gỉ của các phần tử trong hệ thống

điều khiển bằng khí nén, trong thiết bị lọc có gắn thêm van tra dầu.

- Cấu tạo và ký hiệu

Hình 2.16. Cấu tạo van tra dầu

- Nguyên lý hoạt động

Những giọt dầu sẽ được nhỏ ra bởi sự chênh lệch áp suất giữa P1 và P3

Tất cả những giọt dầu sẽ chảy qua đầu phun. Áp suất rơi P3 được tạo ra bởi

ống Venturi trong đầu phun.

Chỉ 10% phần tử dầu nhỏ nhất mới có thể thoát ra cửa bình chứa bởi sự

chênh lệch áp suất giữa P1 và P2.

3. Câu hỏi

Câu 1: Máy nén khí hoạt động chủ yếu theo nguyên lý nào? Cho ví dụ cụ

thể.

Câu 2: Có mấy cách phân loại máy nén khí? Cho ví dụ.

Câu 3: Máy nén khí kiểu pit tông, cánh gạt, trục vít và root, tua bin dạng ly

tâm hoạt động theo nguyên lý nào? Nêu nguyên lý hoạt động cơ bản của các loại

máy nén khí nói trên.

Câu 4: Tại sao khí nén cho ra từ máy nén khí không đem sử dụng trực tiếp

mà phải qua quá trình xử lý?

Câu 5: Hệ thống xử lý khí nén được chia làm mấy giai đoạn? Mỗi giai đoạn

có các thiết bị xử lý khí nén nào? Nên nhiệm vụ chức năng của các thiết bị xử lý

khí nén đó. Cho ví dụ về một số ứng dụng trong các giai đoạn xử lý khí nén đó.

Bài 3: THIẾT BỊ PHÂN PHỐI VÀ CƠ CẤU CHẤP HÀNH

1. Thiết bị phân phối khí nén

Hệ thống phân phối khí nén có nhiệm vụ chuyển khí nén từ máy nén khí đến khâu

cuối cùng để sử dụng như máy ép, máy nâng hặc máy rung dùng khí nén. Có thể là hệ

thống điều khiển dùng khí nén hoặc cơ cấu chấp hành như xy lanh.

Truyền tải khí nén được thực hiện bằng hệ thống ống dẫn khí nén, với mạng

đường ống là được lắp cố định.

Hình 3.1. Hệ thống thiết bị phân phối khí nén nói chung

1.1. Bình trích chứa

Hình 3.2. Bình trích chứa khí nén

- Bình trích chứa khí nén có nhiệm vụ cân bằng áp suất từ máy nén khí chuyển

đến, trích chứa, ngưng tụ và tách nước.

- Kích thước của bình phụ thuộc vào công suất của máy nén khí và công suất tiêu

thụ của các thiết bị máy móc, ngoài ra còn phụ thuộc vào phương pháp sử dụng khí nén

như sử dụng liên tục hay gián đoạn.

Giáo trình mô đun Điều khiển điện khí nén - Nghề: Điện công nghiệp