Bài giảng điều khiển khí nén

Tuy nhiên việc sử dụng năng lợng bằng khí nén vẫn đóng một vai tròcốt yếu ở những lĩnh vực , mà khi sử dụng năng lợng điện sẽ nguy hiểm, sử dụng nănglợng bằng khí nén ở những dụng cụ nhỏ

chơng I những vấn đề chung về khí

nén và công nghệ khí nén

I vài nét về sự phát triển của kỹ thuật khí nén

ứng dụng khí nén bắt đầu từ trớc công nguyên Ví dụ: nhà triết học Hi LạpKtesibios (năm 140 trớc công nguyên) và học trò của ông là Heron (năm 100 trớccông nguyên) đã chế tạo ra thiết bị bắn tên hay ném đá khí nén (hình 1.1) Dây cung

đợc căng bằng áp suet khí trong 2 xi lanh thông qua hai đòn bẩy nối với hai Piston củahai xi lanh đó Khi buông dây cung ra, áp suất của không khí nén làm tăng vận tốcbay của mũi tên Sau đó một số sáng chế của Klesibios và Heron nh: thiết bị đóng, mởcửa bằng khí nén; Bơm song phun lửa cũng đợc sáng chế trong thời kỳ này Khái niệm

Pneumatical cũng đợc dùng trong thập kỷ này Từ Pneumatic xuất phát từ tiếng cổ

Hy Lạp có nghĩa là “gió”, “hơi thở”, còn trong triết học có nghĩa là “linh hồn” Thuậtngữ “Pneuma” để chỉ một nghành khoa học về khí động học và các hiện tợng liênquan đã đợc đúc kết

Tuy nhiên sự phát triển của khoa học kỹ thuật thời kỳ 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 cho đến thế kỷ 17, kỹ s chế tạo ngời Đức Otto von Guerike (1602 – 1686), nhà toán học và triết học ngời Pháp Blaise Pascal (1623 – 1662 ), cũng nh nhà vật lý ngời Pháp Denis Papin (1647 – 1712) đã xây

dung nên nền tảng cơ bản ứng dụng khí nén Trong thế kỷ 19, các máy móc thiết bị sửdụng năng lợng khí nén lần lợt đợc phát minh, nh: th vận chuyển trong ống bằng khí

nén (1835) của Josef Ritter (Australia), phanh bằng khí nén (1880), búa tán đinh

bằng khí nén (1861) Trong lĩnh vực xây dựng đờng hầm xuyên dãy núi Anper ở Thuỵ

Sĩ (1857) lần đầu tiên ngời ta sử dụng khí nén với công suất lớn Vào những năm 70của thế kỷ 19 xuất hiện tại Pari một trung tâm sử dụng năng lợng khí nén lớn với côngsuet 7350 KW Khí nén đợc vận chuyển tới nơi tiêu thụ trong đờng ống với đờng kính

500 mm và dài nhiều km Tại đó khí nén đợc nung nóng lên nhiệt độ từ 500C đến

1500C để tăng công suet truyền động động cơ, các thiết bị búa hơi

Với sự phát triển mạnh mẽ của năng lợng điện, vai trò sử dụng năng lợng bằngkhí nén bị giảm Tuy nhiên việc sử dụng năng lợng bằng khí nén vẫn đóng một vai tròcốt yếu ở những lĩnh vực , mà khi sử dụng năng lợng điện sẽ nguy hiểm, sử dụng nănglợng bằng khí nén ở những dụng cụ nhỏ, nhng truyền động với vận tốc lớn, sử dụngnăng lợng bằng khí nén ở những thiết bị nh búa hơi, dụng cụ dập ,tán đinh, và nhiềunhất là các dụng cụ, đồ gá kẹp chặt trong các máy

Thời gian sau chiến tranh thế giới thứ hai, việc ứng dụng năng lợng bắng khínén trong kỹ thuật điều khiển phát triển mạnh mẽ Với những dụng cụ, thiết bị, phần

tử khí nén mới đợc sáng chế và đợc ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khác nhau, sự kếthợp giữa khí nén với điện - điện tử là nhân tố quyết định cho sự phát triển của kỹ thuật

điều khiển trong tơng lai Hãng FESTO (Đức) có những chơng trình phát triển hệ

thống điều khiển bằng khí nén rất đa dạng, không những phục vụ cho công nghiệp màcòn phục vụ cho sự phát triển của các phơng tiện dạy học (Diactic)

II đặc điểm, tính chất của không khí nén.

- Số lợng: có thể coi là vô tận

- Việc vận chuyển: có thể đợc lu thông dễ dàng trong các đờng ống dẫn, với mộtkhoảng cách nhất định Đờng hồi về không cần thiết vì khí nén sau khi công tác đợcthoát ra ngoài môi trờng

- Lu trữ: Máy nén khí không nhất thiết phải hoạt động liên tục Không khí nén đợc lutrữ trong các bình chứa, đợc lắp nối trong hệ thống ống dẫn để cung cấp cho sử dụngkhi cần thiết

- Nhiệt độ: Không khí nén ít bị thay đổi theo nhiệt độ

- Chống cháy nổ: Không có nguy cơ gây cháy bởi khí nén nên không tổn phí vềphòng cháy Hoạt động với áp suất khoảng 6 – 7 bar nên việc phòng nổ không quáphức tạp

1

- Mức độ sạch: Không khí nén sạch ngay cả trong trờng hợp lu thông trong các đờngống hay thiết bị Không một nguy cơ gây bẩn nào phải lo tới Điều này đặc biệt cầnthiết trong các ngành công nghiệp thực phẩm, vải sợi, lâm sản, thuộc da,…

- Cấu tạo trang thiết bị: Đơn giản nên có giá thành thấp

- Vận tốc: Không khí có thể lu thông với tốc độ rất cao.Vận tốc công tác của các xilanh nén thờng trong khoảng 1 đến 2 m/s, trong một số trờng hợp có thể đạt tới 5 m/s

- Tính dễ điều chỉnh: Vận tốc và áp lực của những thiết bị công tác dùng khí nén đợc

- Lực tác dụng: Không khí đợc nén sẽ không kinh tế nếu cha đạt đợc một công suất

nhất định, áp suất làm việc thờng đợc chấp nhận là 7 bar Lực tác dụng đợc giới hạntrong khoảng 20.000 đến 30.000 N (2000 đến 3000 kp) Độ lớn của lực tác dụng cònphụ thuộc vào vận tốc và hành trình

- Thoát khí: Không khí nén xả ra ngoài tạo âm thanh gây ồn, nhng nhờ các bộ giảm

thanh gắn ở tong đờng thoát nên vấn đề này đã đợc giửi quyết

- Giá thành: Không khí nén là một nguồn năng lợng dồi dào, đơn giản và sẵn có nên

hệ thống sử dụng có giá thành thấp

III Khả năng ứng dụng của khí nén

1 Trong lĩnh vực điều khiển

Sau chiến tranh thế giới thứ hai, nhất là vào những năm 50 và 60 của thế kỷ 20,

là thời gian phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật điều khiển bằng khí nén, giai đoạn tự

động hoá quá trình sản xuất đợc phát triển rộng rãi và đa dạng trong nhiều lĩnh vựckhác nhau Chỉ riêng ở Cộng hoà Liên bang Đức đã có 60 hãng chuyên sản xuất cácphần tử điều khiển bằng khí nén Hệ thống điều khiển bằng khí nén đ ợc sử dụng ởnhững lĩnh vực mà ở đó dễ xảy ra các vụ cháy nổ, các thiết bị phun sơn; các loại đồ gákẹp các chi tiết nhựa, chất dẻo; hoặc là đợc sử dụng cho lĩnh vực sản xuất các thiết bị

điển tử, vì các thiết bị khí nén có thể đảm bảo điều kiện vệ sinh môi trờng rất tốt và antoàn cao Ngoài ra hệ thống điều khiển bằng khí nén đợc sử dụng trong các dâychuyền 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 hoá chất

2 Trong lĩnh vực truyền động

+ Các dụng cụ, thiết bị máy va đập

Các thiết bị, máy móc trong lĩnh vực khai thác, nh khai thác đá, khai thác than;trong các công trình xây dựng, nh xây dựng hầm mỏ, đờng hầm,…

+ Truyền động quay

Truyền động động cơ quay với công suất lớn bằng năng lợng khí nén giá thànhrất cao Nếu so sánh giá thành tiêu thụ điện của một động cơ quay bằng năng lợng khínén và một động cơ điện có cùng công suất, thì giá thành tiêu thụ điện của một độngcơ quay bằng năng lợng khí nén cao hơn 10 đến 15 lần so với động cơ điện Nhng ng-

ợc lại thể tích và trọng lợng nhỏ hơn 30% so với động cơ điện có cùng công suất.Những dụng cụ vặn vít từ M4 đến M300; máy khoan, công suất khoảng 3,5 KW; máymài, công suất khoảng 2,5 KW, cũng nh những máy mài với công suất nhỏ, nhng với

số vòng quay cao 100.000 vòng/phút thì khả năng sử dụng động cơ truyền động bằngkhí nén là phù hợp

+ Truyền động thẳng

Vận dụng truyền động bằng áp suất khí nén cho chuyển động thẳng trong cácdụng cụ, đồ gá kẹp chặt chi tiết, trong các thiết bị đóng gói, trong các loại máy giacông gỗ, trong các thiết bị làm lạnh, cũng nh trong hệ thống phanh hãm của ô tô

+ Trong các hệ thống đo và kiểm tra

Dùng trong các thiết bị đo và kiểm tra chất lợng sản phẩm

V Các đại lợng vật lý và đơn vị đo

Không khí trong bầu khí quyển là một hỗn hợp các khí nh:

- Nitơ chiếm khoảng 78% thể tích

2

- Ôxy chiếm khoảng 21%, còn lại là một số khí nh: Cacbonic, Acgông, Hyđrô,Nêông, Hêli, Criptông, Xênon, …

Để hiểu rõ thêm các định luật về động lực học và trạng tháI của không khí, dới

đây liệt kê các thông số vậ lý và các hệ thống đo lờng

Trong thực tế ngời ta thờng dùng hai hệ thống đo lờng thuận lợi trong việc

nghiên cứu và ứng dụng là hệ kỹ thuật và hệ SI.

mét (m)kp.s2/mgiây (s)0CAmpe (A)

mét (m)kggiây (s)KACandela (Cd)

ở đây: m – Khối lợng

a – Gia tốc

g – Gia tốc trọng trờng ( g = 9,81 m/s2 )Quan hệ giữa các thông số trên nh sau:

Khối lợng 1 kg = 1 kp.s2/9,81.m

Lực 1 kp = 9,81 N

Để đơn giản tính toán ta lấy 1 kp = 10 N

Nhiệt độ ở thời điểm 0: 00C = 2730K nghĩa là T = 273,15 + t

ở nhiệt độ khác: 10C = 10K

3 Đơn vị đo áp suất

Đơn vị cơ bản của áp suất theo hệ đo lờng SI là Pascal

áp suất là lực tác dụng của các phần tử theo phơng pháp tuyến lên một đơn vịdiện tích thành bình chứa khí hoặc chất lỏng đó áp suất đợc ký hiệu là p

1 MPa = 1.000.000 Pa = 106 PaNgoài ra còn dùng đơn vị bar:

1 bar = 105 Pa = 100.000 Pa

Và đơn vị kp/cm2 ( theo DIN – Tiêu chuẩn của Cộng hoà Liên bang Đức )

1 kp/cm2 = 0,980665 bar = 0,981 bar

1 bar = 1,01972 Kp/cm2 = 1,02 kp/cm2Trong thực tế, ngời ta coi:

1 bar = 1 kg/cm2 = 1 at

( 1 at = 0,98 bar = 735,5 mmHg = 10 mm H 2 O )

3

- Các quy đổi trên đúng trong trờng hợp chiều cao cột chất lỏng ở 0 C

Ngoài ra một số nớc (Anh, Mỹ) còn sử dụng đơn vị đo áp suất:

Pound (0,45336kg) per Square Inch (6,4521 cm2)

Ký hiệu lbf/in2 ( psi )

1 bar = 14,5 psi 1 psi = 0,06895 bar

ở Việt Nam quen dùng đơn vị kg/cm2 tơng đơng với kp/cm2

- áp suất thật của chất khí đợc gọi là áp suất tuyệt đối, ký hiệu là p và nó là một thông

số trạng thái, áp suất tuyệt đối của khí quyển ký hiệu là p Phần áp suất của chất khí

lớn hơn áp suất khí quyển gọi là áp suất d, ký hiệu là p d và áp suất khí quyển là p 0 tacó:

pd = p – p0 ( 1-3 )

- Phần áp suất nhỏ hơn áp suất khí quyển gọi là áp suất chân không , ký hiệu là pck

p = pd + pck ( 1-4 )

Hình 1.1 áp suất tơng đối và tuyệt đối

- Thông thờng trong khí nén các đại lợng (nhiệt độ, áp suất) đợc quy chuẩn theo DIN

- Dụng cụ đo áp suất gọi chung là áp kế Có nhiều loại áp kế: áp kế chất lỏng, áp kế lò

xo, áp kế dùng để đo áp suất tuyệt đối của khí quyển gọi là baromet, áp kế dùng đo

độ chân không gọi là chân không kế.

- áp suất sử dụng trên tất cả các thiết bị là áp suất d

VI Các tính chất và định luật cơ bản của chất khí

1 Không khí có tính chịu nén.

Không khí là một hỗn hợp khí xác định gồm nhiều thành phần nh ôxy, hyđrô,nitơ, hơi nớc, nên có thể nén và giãn nở đợc

Định luật Boyle Mariotte.

Định luật Boyle – Mariotte đã phát biểu: Một lợng khí nhất định ở nhiệt độkhông thay đổi thì áp suất tuyệt đối tỷ lệ nghịch với thể tích ( V ) hoặc thể tích riêng(v)

ta có: p.V = Const hoặc p.v = Const ( 1-6 )

Điều đó có nghĩa là thể tích giữa áp suất và thể tích là hằng số đối với một lợng khí

Với một lợng áp suất d không đổi và nhiệt độ tăng 1 K thì thể tích không khítng thêm 1/273 thể tích của chính nó.

Định luật Gay - Lussac 1:

Định luật: Một lợng khí nhất định ở điều kiện áp suất không đổi thì thểtích (V) hay thể tích riêng (v) và nhiệt độ tuyệt đối (T) tỷ lệ thuận với nhau

1

T

T V

V

Định luật Gay - Lussac 2:

Định luật: Một lợng khí nhất định ở điều kiện thể tích (V) không đổi thì áp suất(p) và nhiệt độ tuyệt đối (T) tỷ lệ thuận với nhau ( p tăng thì T tăng )

1

T

T p

p

3 Phơng trình trạng thái của chất khí

- Phơng trình trạng thái của chất khí thể hiện mối quan hệ giữa các thông số trạngthái ( p,v, T )

- Giả thiết là khí nén trong hệ thống gần nh là khí lý tởng thì phơng trình trạng tháitổng quát là:

T ( K ) – Nhiệt độ tuyệt đối ( độ Kelvin )

Đối với khối khí có khối lợng là G kg, sau khi nhân hai vế của phơng trình (1-12) với

G, ta có:

p.v.G = G.R.T hay p.V = G.R.T Trong đó:

G ( kg ) – Khối lợng ( v.G = V )

V ( m3 ) – Thể tích của khối khí Vậy phơng trình trạng thái đối với chất khí có khối lợng khí G bất kỳ, có dạng:

p.V = G.R.T ( 1-14 )

4 Các tổn thất trong hệ thống khí nén.

+ Tổn thất cơ khí C : Là tổn thất do ma sát giữa các chi tiết cơ khí trong khi chuyển

động tơng đối với nhau

+ Tổn thất thể tích V : Là tổn thất rò rỉ không khí di chuyển qua các chỗ (chi tiết)

chơng II

máy nén và thiết bị xử lý khí nén

I Máy nén khí

1 Nguyên tắc hoạt động và phân loại máy nén

a) Các máy nén khí hiện nay thờng đợc chế tạo dựa trên 2 nguyên lý làm việc: nguyên

lý thay dổi thể tích và nguyên lý động năng

- Nguyên lý thay đổi thể tích: Không khí đợc dẫn vào buồng chứa, ở đó thể tích buồngchứa nhỏ dần lại làm áp suất khí tăng lên, và áp suất cao ở cửa ra đợc đa tới các thiết

bị ứng dụng

- Nguyên lý động năng: Không khí nạp đợc gia tốc bởi một bộ phận quay với tốc độcao, áp suất hình thành do sự chênh lệch vận tốc

b) Phân loại máy nén khí

Có nhiều tiêu chí để phân loại MNK

- Theo áp suất MNK đợc chia thành 3 loại:

+ MNK áp suất thấp : có áp suất p < =15 (bar)

6

+ MNK áp suất cao: có áp suất 15 < p < =300 (bar)

+ MNK áp suất rất cao: có áp suất p > 300 (bar)

- Theo nguyên lý hoạt động MNK đợc chia thành 2 loại:

+ Loại làm việc theo nguyên lý thay đổi thể tích

+ Loại làm việc theo nguyên lý động năng

2 Các thông số cơ bản của MNK

Để chọn lựa một máy nén khí thích hợp ta cần phải quan tâm đến rất nhiều yếutố: áp suất, lu lợng, công suất, chất lợng khí nén, giá thành, kích thớc, độ rung-ồn,hiệu suất, Đặc trng và bản chất nhất ta cần quan tâm đến 3 thông số cơ bản sau:

- Tỷ số nén : Là tỷ số giữa áp suất khí ở cửa ra và áp suất không khí đa vào máy nén

- Lu lợng Q: Lu lợng hay còn gọi là Năng suất chính là khối lợng hay thể tích mà máynén cung cấp trong một đơn vị thời gian

- Công suất N : Là công tiêu hao để nén và truyền khí trong một đơn vị thời gian

MNK kiểu pitton làm việc theo nguyên lý thay đổi thể tích Chu kỳ làm việc

đ-ợc chia làm 3 giai đoạn: Hút, nén, và đẩy khí

-Kỳ hút: Khi trục khuỷu đợc dẫn động, pitton từ ĐCT chuyển động đi xuống, thể tíchbuồng hút trong xy lanh tăng làm áp suất khí trong buồng giảm thấp hơn so với ápsuất không khí bên ngoài cửa hút Khi đó van cửa hút tự động mở ra, không khí bênngoài có áp suất cao tự động đợc dẫn vào buồng hút trong xy lanh Quá trình kết thúckhi pitton chuyển động đến ĐCD

- Kỳ nén: Pitton chuyển động từ ĐCD lên trên, thể tích buồng chứa khí hẹp dần làm

áp suất khí trong buồng tăng dần, đến khi lớn hơn áp suất không khí thì làm van cửanạp đóng lại Quá trình diễn ra làm áp suất trong buồng nén tăng cao

- Đẩy khí : Khi áp suất khí trong buồng nén đạt đến 1 giá trị xác định, van cửa xả đ ợc

mở ra, khí nén có áp suất cao thoát ra ngoài tới bình chứa hoặc các ứng dụng khác.Quá trình lặp lại nh trên ở đầu kỳ mới

+ Một số thông số và đặc điểm của máy nén Pitton:

- Có khả năng nén khí lên tới 12 bar đối với loại 1 cấp và tới 140 bar đối với loạinhiều cấp

- Chúng có thể cung cấp lu lợng khí từ 0,02 m3/phút tới 600 m3/phút, công suất từ vài

KW tới 2000 KW

- Tỷ số nén quan hệ với số cấp theo bảng:

tỷ số nén  7 5-30 13-150 35-400 150-1000 200-1100 450-1100 -Trong quá trình hoạt động không khí đợc nén theo từng kỳ nên máy nén làm việc th-ờng gây ra tiếng ồn hoặc rung động lớn Hiện nay các thiết kế mới đã lu ý giảm thiểu

Van nạp Van xả

Cửa

xả

piston Cần piston Trục

khuỷu

Hình 2.1 Sơ đồ cấu trúc máy nén Piston 1 cấp

tiếng ồn và rung động cho máy nén bằng cách lắp 1 bình giảm xung đặc biệt trực tiếpsau cửa thoát thích ứng với đặc tính xung động của máy nén Bình chứa này khi đócòn có thêm tác dụng để lu trữ và làm mát khí nén Với công dụng nh vậy nó cũnglàm cho máy nén trở nên cồng kềnh hơn.

- Lu lợng( năng suất) cấp từ máy nén:

60

n S z 4

d2



Q Trong đó:

d (dm) - đờng kính pitton

z – số pitton

S (dm) – Quãng chạy của pitton

n (vòng/phút) –Số vòng quay của trục dẫn động

Q – Hiệu suất của máy nén

+ Máy nén piston nhiều cấp:

Để có thể tạo ra đợc nguồn cấp khí nén áp suất cao hơn ngời ta thiết kế máy nén khínhiều cấp Trớc hết không khí đợc hút và nén bởi một máy nén piston, sau khi đợclàm nguội sẽ đợc đa sang nén tiếp ở máy nén thứ hai sau đó khí nén sẽ đợc đa sangbình chứa qua thiết bị xử lý qua hệ thống đờng ống cung cấp khí nén cho các thiết bị

sử dụng

b) Máy nén khí kiểu cánh gạt

+ Cấu trúc:

Máy nén khí kiểu cánh gạt có

một rotor với trục đặt lệch tâm so với

vỏ bọc stator bên ngoài Trên rotor có

các cánh gạt và các cánh này có thể trợt

hớng tâm trong các rãnh trên rotor Các

cánh này hợp với stator và rotor tạo

thành các buồng khí Cụ thể cấu tạo nh

minh hoạ ở hình vẽ bên

+ Nguyên lý làm việc:

Máy nén khí kiểu cánh gạt làm

việc theo nguyên lý thay đổi thể tích

Khi rotor quay( đợc dẫn động), các

cánh gạt chịu tác dụng của lực ly tâm

trợt theo rãnh trên rotor và tì sát vào

thành trong stator tạo nên các khoang

trống( giữa stator, rotor và 2 cánh gạt

Theo bố trí nh cấu tạo thì khi rotor quay

các khoang khí này có thể tích tăng dần làm cho áp suất khí trong nó giảm nhỏ hơn ápsuất không khí tại cửa buồng hút, khi đó không khí bên ngoài cửa hút tự động đợc dẫnvào các khoang này Quá trình dẫn động tiếp tục và thể tích các khoang này sẽ hẹpdần khi chuyển sang khoang đẩy làm tăng áp suất khí nén trong đó, và khi đến cửa

gạt

Hình 2.3 Sơ đồ cấu trúc máy nén cánh gạt

đẩy khí nén có áp suất cao trong các khoang này sẽ đợc đẩy ra ngoài tới bình tríchchứa.

+ Một số thông số và đặc điểm của máy nén khí kiểu cánh gạt

- Máy nén khí kiểu cánh gạt hầu hết là các máy nén có dầu, dầu đợc phun vào buồngnén, ở đó nó có thể bôi trơn tất cả các chi tiết chuyển động, giúp làm kín các khe hởgiữa cánh gạt với vỏ và giữa cánh gạt với rotor, nó còn có tác dụng chuyển đổi nhiệt( nhiệt của khí nén truyền qua dầu và đợc tách ra thông qua bộ làm mát dầu)

- MNK kiểu cánh gạt có kích thớc rất nhỏ gọn Dòng khí không xung động và sựchênh lệch áp suất điều khiển thấp nên không gây ồn, không gây rung động nhiều

1 R

) (  

n (vòng/phút) : tốc độ quay của rotor

e (m) : độ lệch tâm

D (m) : đờng kính stato

b (m) : chiều rộng cánh gạt

 : hiệu suất máy nén đạt đợc ( = 0,7 – 0,8)

- Lu lợng máy nén loại này thờng trong khoảng 3  30 (m3/phút)

- Máy thờng đợc chế tạo với áp suất danh định là 8 bar đối với loại 1 cấp và 10 bar

đối với loại 2 cấp

- Công suất máy nén :

N =

m dan 1

2 1

1000

P

PQP



)ln(

( KW)

trong đó:

Q : Năng suất máy nén ( m3/s)

P1 ,P2 : áp suất khí ở đầu vào , đầu ra của máy nén

dan : hệ số hiệu dụng đẳng nhiệt

m : hệ số hiệu dụng tính đến tổn thất ma sát

c) Máy nén khí kiểu trục vít

Trục vớt lừm

Hình 2.5 Sơ đồ cấu trúc máy nén trục vít

Máy nén khí kiểu trục vít có 1 vỏ đặc biệt bao bọc quanh 2 trục vít quay, mộttrục lồi và 1 trục lõm.Các răng của 2 trục vít ăn khớp với nhau và số răng trục vít lồi íthơn số răng trục vít lõm từ 1 đến 2 răng Hai trục vít này quay đồng bộ với nhau Cấutrúc đợc mô tả nh hình vẽ bên.

+ Nguyên lý hoạt động:

Máy nén khí kiểu trục vít làm việc theo nguyên lý thay đổi thể tích Khi cáctrục vít quay nhanh, không khí đợc hút vào bên trong vỏ thông qua cửa nạp và đi vàobuồng khí ở giữa các trục vít, và ở đó khí nén bị nén giữa các răng khi buồng khí nhỏlại làm áp suất khí tăng cao khi thoát ra ở cửa ra Cả cửa nạp và cửa thoát sẽ đợc đónghoặc mở một cách tự động khi các trục vít quay làm che hoặc không che các cửa.+ Một số thông số và đặc điểm

- Khí thoát ổn định và ít dao động, vì vậy máy nén trục vít làm việc ít gây rung động

và không gây ồn lớn Thông thờng phải lắp van 1 chiều ở cửa xả để chánh việc trục vít

tự quay khi quá trình nén đã ngừng

- Khe hở giữa 2 trục vít và giữa đỉnh răng và xi lanh khoảng 0,1  0,4 mm, vì vậy khilàm việc không có ma sát nên tuổi thọ của máy nén khí trục vít cao, làm việc êm

- Do các trục vít có độ chính xác cao nên khó chế tạo, khó sửa chữa

- Số vòng quay của trục vít từ 3000 vòng/phút đến 15000 vòng/phút vì vậy nó thờng

q0 : lu lợng khí thu đợc khi trục vít quay đợc 1 vòng, q0 đợc tính:

L : chiều dài trục vít (m)A1 : diện tích mặt cắt rãnh trục chính (m2)A2 : diện tích mặt cắt rãnh trục phụ (m2)

10

10,80,60,40,2

loth

lo

V V



Hình 2.6 Biểu đồ quan hệ giữa thể tích khe hở với góc xoắn trục vít

 : góc xoắn, là số bớc răng trên 1 đơn vị dài

n : tốc độ quay của trục chính ( vòng/ phút)

Lu lợng của máy nén khí kiểu trục vít thờng từ 1,4 m3/ phút tới 60 m3/phút

áp suất danh định lên tới 1000 kpa đối với máy 1 cấp và 2500 kpa đối với máy nénnhiều cấp

d) Máy nén khí kiểu ROOT

+ Cấu trúc:

Máy nén khí kiểu ROOT gồm 2 hoặc 3 cánh quạt ( pitton dạng hình số 8) Các pitton

đó đợc quay đồng bộ bằng bộ truyền động ở ngoài thân máy, và quáy trình quaykhông tiếp xúc với nhau Nh vậy khả năng hút của máy phụ thuộc vào khe hở giữa 2pitton, khe hở giữa phần quay và phần thân máy Cấu trúc máy nén nh hình vẽ bên.+ Nguyên lý làm việc:

Khi các pitton đợc dẫn động theo chiều xác định ở buồng hút thể tích khoangkhí tạo bởi pitton và vỏ stato tăng dần làm áp suất trong khoang giảm thấp hơn so với

áp suất khí tại cửa hút nên không khí đợc dẫn vào trong khoang, đến khi khoang khínày khép kín( pitton chuyển động qua cửa hút) khi đó thể tích và áp suất khí trongkhoang xác lập

Quá trình dẫn động tiếp tục, đến cửa đẩy dòng lu lợng trong khoang khí này bị

đẩy vào buồng đẩy tác động lên dòng lu lợng trớc ở trong buồng đẩy và đẩy nó rangoài tới bình trích chứa hoặc các ứng dụng khác

+ Một số thông số và đặc điểm của máy nén

- Máy nén khí làm việc gây ồn lớn

- Hiệu suất máy không cao

- Tỷ số nén thấp:

 đạt 1,8 đối với máy nén 1 cấp

 đạt 2,5 đối với máy nén 2 cấp

 : hiệu suất, thờng từ 0,15  0,95

n : tốc độ quay của rotor

Hình 2.7 Sơ đồ cấu trúc máy nén khí ROOT

Trong máy nén li tâm mỗi cấp gồm một ngăn, một cánh quạt, một bộ khuếch tán vàmột ống khuếch tán tổ hợp, cụ thể nh minh hoạ hình vẽ dới:

+ Hoạt động : Khi cánh quạt quay với tốc độ cao, không khí đợc hút vào giữa cánhquạt và vỏ máy và di chuyển hớng từ tâm ra ngoài ( hớng kính) Không khí đi quakhỏi đầu cánh quạt với vận tốc lớn và áp suất cao sau đó không khí đi vào vòngkhuếch tán tĩnh, ở đó không khí giãn nở vì vậy vận tốc của nó giảm nhng quan trọng

là áp suất tăng một cách đáng kể Từ bộ khuếch tán, không khí đi vào bộ khuếch tán

tổ hợp, ở đó không khí giãn nở thêm và áp suất tăng rồi đi đến cấp kế tiếp hoặc trựctiếp đến cửa ra

- Thờng đựơc dùng để cung cấp khí cho đờng hầm, lò cao, khuấy nớc thải,

f) Máy nén động lực với dòng khí hớng trục

+ Cấu tạo: Đợc mô tả nh hình vẽ bên

+ Hoạt động : Khi trục đợc dẫn động

không khí chuyển động qua một dãy các

cánh quạt quay và các cánh cố định, chiều

của dòng khí song song với trục quay

Chính chuyển động quay của cánh quạt

tạo ra sự chuyển động của không khí Các

+ Một số đặc điểm : Giống nh loại máy

nén li tâm, nhng áp suất tạo ra thấp hơn so

với loại li tâm ( thờng khoảng 500 KPa), lu lợng từ 280 m3/phút tới 3300 m3/phút Với những thiết kế đặc biệt áp suất có thể lên tới 30.000 kpa

1213

12

34

Cửa thoỏt

vỏ

Hình 2.9 Sơ đồ cấu trúc máy nén khí

dòng khí h ớng trục

II Thiết bị xử lý khí nén

1 Thành phần hoá học của khí nén

- Hỗn hợp khí tạp trong không khí

- Chất cặn bã của dầu bôi trơn và truyền động cơ khí

- Các sản phẩm mới đợc tạo ra do quá trình ôxihoa xảy ra giữa các thành phầntạp khí ở trên

2 Các phơng pháp xử lý khí nén.

Khí nén sau khi ra khỏi máy nén sẽ đợc đa tới bộ phận xử lý khí nén Mục đíchnhằm để tách chất bẩn, ngng tụ hơi nớc trong khí nén để có đợc nguồn khí nén sạch,khô trớc khi đa vào sử dụng

+ Bộ lọc dầu kết tụ : Loại này dùng một ống có các lới làm bằng chất fibres,

khi không khí đi qua bộ lọc các hạt dung dịch dầu sẽ va chạm với lới fibres và vachạm lẫn nhau, vì vậy dần dần hình thànhcác hạt lớn hơn và sẽ lắng xuống đáy ống,

và sau đó sẽ đợc xả ra ngoài ( không cần phải thay ống lọc cho đến khi dòng khí bịnghẹt do bụi hình thành - đợc báo hiệu bằng sự suy giảm áp suất của khí nén đi quanó)

+ Bộ lọc hấp thụ: Loại này dùng một ống chứa đầy các hạt có áp lực rất lớn

đối với dầu( cả dạng lỏng và dạng hơi), chúng sẽ hấp thụ dầu khi không khí có dầu đingang qua bộ lọc(khi các hạt không còn hấp thụ đợc dầu nữa thì có sự đổi màu trongống lọc, và lúc đó cần phải thay ống lọc khác)

b Phơng pháp tách nớc:

Khí nén sau khi đợc tách dầu sẽ đợc đa vào hệ thống ngng tụ để tách lợng hơi

ẩm còn lại trong khí nén Hệ thống làm ngng tụ hơi nớc thờng sử dụng các phơngpháp sau:

dẫn tuần hoàn từ cửa 3 tới cửa 6 qua đờng ống 2

Khí nén từ máy nén khí sau khi đợc tách các chất

bẩn đợc đa vào từ cửa 7 sẽ qua hệ thống mạng đờng

ống 2 Tại đây xảy ra quá trình trao đổi nhiệt và làm

ngng tụ hơi nớc Nớc ngng tụ xuống thùng chứa 5 và

đợc xả ra ngoài bằng van xả, còn khí nén khô thoát

ra cửa 4 và đợc đa tới bình trích chứa hoặc các ứng

dụng

+ Một số đặc điểm: Hệ thống đơn giản nhng hiệu

quả không cao( điểm sơng khí nén tơng đối cao)

* Hệ thống ngng tụ - sử dụng chất làm lạnh

645

Hình 2.10 Cấu trúc bình ng ng

tụ bằng n ớc lạnh

Giàn núng Bầu tỏch nước

Khớ ẩm đi vào

Van tiết lưu

Bộ chuyển đổi nhiệt

+ Hoạt động:

Quá trình ngng tụ diễn ra tại 2 bộ phận: bộ chuyển đổi nhiệt, và giàn lạnh

- Tại bộ chuyển đổi nhiệt : khí khô sau khi đợc tách nớc có nhiệt độ thấp sẽ hấp thụnhiệt của khí ẩm làm 1 phần hơi nớc trong khí ẩm đợc ngng tụ ở đây

- Tại giàn lạnh : môi chất lạnh (ga) đợc máy nén nén đến áp suất cao, nhiệt độ cao và

đẩy vào buồng trao đổi nhiệt (giàn lạnh), tại đây môi chất lạnh sẽ thu nhiệt từ khôngkhí ẩm Khí ẩm mất nhiệt làm ngng tụ phần hơi nớc còn lại tại bộ tách nớc, khôngkhí sau khi đợc tách nớc có nhiệt độ thấp lại đợc dẫn vào bộ chuyển đổi nhiệt thứ nhất

nh phân tích ở quá trình trên, vì vậy ở cửa ra ta thu đợc khí nén sạch, khô

+ Một số đặc điểm:

-Điểm sơng khí nén xấp xỉ 00C, nhiệt độ khí nạp có thể cao tới 440C

- độ suy giảm áp suất qua hệ thống khoảng 30Kpa

-Có khả năng tách tiếp chất cặn bã của dầu bôi trơn cùng hơi ẩm

- Cần chú ý rằng để đảm bảo điểm sơng đợc duy trì và sự đông đặc không xảy

ra thì phải chọn công suất máy sấy đúng và điều quan trọng là phải điều chỉnh khốilàm lạnh đúng, việc bảo dỡng định kỳ là điều phải quan tâm thực hiện

* Hệ thống ngng tụ - dùng chất hấp thụ

Bộ sấy hấp thụ gồm 2 buồng áp suất, chúng chứa chất hút ẩm dới dạng hạt, làmviệc thay phiên nhau một bình hấp thụ thì bình kia sẽ đợc tái tạo

14

Hình 2.11 Cấu trúc hệ thống ngng tụ dùng môi chất làm lạnh

Khớ khụ thoỏt ra

Khớ ẩm từ mỏy nộn khớ tới

Thiết bị sấy Van 1 chiều

Vật liệu hỳt

ẩm

Van tiết lưu

+ Hoạt động: Khí nén đi vào buồng sấy ở phía dới đáy và di chuyển lên trên ngangqua vật liệu hút ẩm, ở đó quá trình hấp thụ xảy ra Sau khí khô thoát ra ở đỉnh bình,cùng lúc này bình thứ 2 đang đợc phục hồi Sự chuyển đổi từ bình làm việc sang phụchồi đợc điều khiển tự động sau một khoảng thời gian cài đặt trớc

+ Một số đặc điểm:

- Một số vật liệu hấp thụ thờng đợc sử dụng là : silicagel, activated alumina,

- Hiệu quả tách nớc cao( điểm sơng khí nén thờng là -200C, có thể tới -500C)

- Độ suy giảm áp suất qua hệ thống lớn, có thể tới 70 Kpa

- Để đạt đợc hiệu quả cao, nhiệt độ khí cửa nạp không nên vợt quá 380C và yêucầu phải lọc sạch dầu trớc khi đa vào hệ thống( vì dầu sẽ làm hỏng vật liệu hấp thụ)

động ra ngoài Lợng chất chảy rữa sẽ giảm dần vì thế cần phải liên tiếp bổ sung chấtchảy rữa (khi công suất và sự hoạt động đúng thì phải bổ sung chất chảy rữa hàngtháng)

- Tuyệt đối tách hết dầu trớc khi đi vào hệ thống

- Một số chất chảy rữa gây ăn mòn mạnh

15

Hình 2.12

Cấu trúc hệ thống ngng tụdùng chất hấp thụ

Trong một số lĩnh vực, ví dụ : những dụng cụ cầm tay sử dụng truyền động khínén hoặc một số hệ thống điều khiển đơn giản thì không nhất thiết phải dùng các ph -

ơng pháp lọc nh ở trên.Khi đó ngời ta thờng dùng bộ lọc Bộ lọc về cấu trúc sẽ gồm 3phần tử: Van lọc, van điều chỉnh áp suất và van tra dầu Ngoài ra để theo dõi áp của

hệ thống thì có một áp kế đợc lắp ở bộ điều tiết áp suất

Hệ thiết bị này thờng đợc gọi là cụm lọc, hoặc gọi là cụm khí 3 điểm

+ Van điều chỉnh áp suất: có công dụng giữ áp suất đợc điều chỉnh không đổi, mặcdầu có sự thay đổi bất thờng của tải trọng làm việc ở phía đờng ra hoặc sự dao độngcủa áp suất ở đờng vào van

+ Van lọc: có nhiệm vụ tách các thành phần chất bẩn và hơi nớc ra khỏi khí nén tạo rakhí khô và sạch cung cấp cho các ứng dụng

Hình 2.14 Cấu trúc cụm lọc

Cửa nạp chất chảy rữa

Khớ khụ đi ra

Khớ ẩm

đi vào

Van xả nước

Van xả chất chảy rữa

Hình 2.13

Cấu trúc hệ thống ng

ng tụ dùng chất hút ẩm

+ Van tra dầu : Có tác dụng giảm lực ma sát, sự ăn mòn và sự gỉ của cácphần tử trong hệ thống điều khiển.

Khí nén thoát ra mang dầu gây ung th phổi đối với những ngời thờng xuyêntiếp xúc

III Hệ thống thiết bị phân phối khí nén.

1 Nhiệm vụ : Chuyển không khí từ máy nén đến khâu cuối cùng để sử dụng.

2 Yêu cầu : Đảm bảo áp suất, lu lợng và chất lợng khí nén cho nơi tiêu thụ.

4 Tính toán hệ thống phân phối khí nén.

a Chọn cách bố trí hệ thống mạng đờng ống.

Thờng có 2 cách bố trí hệ thống mạng đờng ống nh đã nêu ở trên, thì từ sơ đồmặt bằng của nhà máy chọn vị trí đặt trạm nguồn cấp Vị trí của máy nén khí có ảnhhởng lớn đến chất lợng cung cấp khí nén vào hệ thống phân phối vì vậy nó cần đợc

đặt ở vị trí đảm bảo các điều kiện sau:

+ Khô và mát, để đảm bảo hạn chế lợng hơi nớc hút vào

+ ít bụi để tránh làm nghẹt bộ lọc khí và hệ thống làm mát

+ Thông gió đầy đủ để lợng khí nạp vào máy nén không bị hạn chế, đồng thời

điều kiện làm mát sẽ tốt hơn

+ Không gian lắp đặt phù hợp để thuận tiện trong việc bảo trì, sửa chữa

Từ đây đa ra phơng án bố trí mạng đờng ống đi tới các hệ thống, thiết bị sao cho tối

u nhất

b Đo đạc tính toán chiều dài thực của mạng đờng ống.

+ Nếu bố trí theo hệ thống 1 đờng ống chính, chiều dài đo đợc là chiều dài cầntính

+ Nếu bố trí theo hệ thống đờng vòng thì chiều dài đo đợc chia cho 2 là chiềudài cần tính

Từ mạng đờng ống xác định tổng số tất cả phụ tùng nối ( van kiểu bệ, van kiểumàng, van chắn, ống vuông góc, ống cong, ống nối hình T, ống nối thu nhỏ, ) rồiquy đổi sang chiều dài ống dẫn tơng đơng dựa theo tiêu chí sự tổn thất áp suất :

LTT = Lth + Lqđ

trong đó :

LTT : Chiều dài tính toán

Lth : Chiều dài thực tế đo đợc

Lqđ : Chiều dài quy đổi

c Tính toán lu lợng yêu cầu của hệ thống.

+ Xác định chu kỳ hoạt động của tất cả các thiết bị trong hệ thống trong 1ngày làm việc

+ Lập biểu đồ phụ tải cho một ngày

+ Chọn thời điểm mà tổng lu lợng yêu cầu vận hành tất cả hệ thống đạt lớnnhất

d Tính toán áp suất tổng của hệ thống.

áp suất tổng của hệ thống đợc tính bằng cách lấy áp suất hoạt động cực tiểucủa hệ thống cộng với áp suất suy giảm của hệ thống cộng với độ chênh áp suất cut-in/cut-out , cộng với áp suất dự trữ an toàn

+ áp suất hoạt động cực tiểu : áp suất cẩn thiết để vận hạnh một cách hiệu quảtất cả các bộ phận tác động trong khí nén - thờng chọn là áp suất định mức của thiết

bị có áp suất yêu cầu cao nhất ( trong nhà máy, xí nghiệp áp suất này th ờng từ 6-7bar)

+ áp suất suy giảm của hệ thống: Là áp suất suy giảm phỏng định gây ra bởi

sự xoắn lốc và ma sát trong khi khí nén chảy qua các ống phân phối Nó bao gồm sựsuy giảm áp suất gây ra bởi các thiết bị phụ trợ Để có hiệu quả kinh tế, sự suy giảm

áp suất này không vợt quá 0,5 bar

+ Độ chênh áp suất cut-in/cut-out: Đây là độ chênh lệch áp suất để đa máy nénvào làm việc và ngắt máy nén khi đã nạp đủ áp suất khí Độ chênh áp suất này trongkhoảng 0,5 - 1 bar

+ áp suất dự trữ an toàn: Là áp suất phỏng định khoang 10% áp suất cực tiểucủa hệ thống

e Tính toán đờng kính ống.

Dựa vào công thức tính tổn thất áp suất :

pr = 

d 2

.

  (N/m2,pa) (*) Trong đó :

19

- pr : tổn thất áp suất trong ống dẫn thẳng Trong thực tế ngời ta đã tính toán

để đảm bảo tính kinh tế thì độ suy giảm áp suất không đợc vợt quá 50 kpa = 0,5 bar

Và để đảm bảo ta chọn pr = 0,5 bar = 50000 pa

-  : hệ số ma sát ống, đợc tính theo công thức:

 = e



là tiết diện ống dẫn

-  = n

np

ppT

)( 

là khối lợng riêng của không khí

p : áp suất yêu cầu (áp suất tổng đã tính ở trên) T = 2730 K

n =1,293 (kg/m3) : khối lợng riêng của không khí ở trạng thái tiêuchuẩn

pn =1,013 (bar) : áp suất ở trạng thái tiêu chuẩn

pabs : áp suất tuyệt đối – là trị số đo trên các đồng hồ bắt đầu từ ápsuất zêzô tuyệt đối

2

v

l

.

( 2v

d

q4

d

ql128









. Thay giá trị  = 13,28 10-6 (m2/s) và  vào công thức trên :

d = 4

r

v 6

3

p

q l 20474 1

p 10 18928 1

10 54 0

,

(

Để tính toán, lựa chọn kích thớc đờng kính ống cũng có thể sử dụng một phơngpháp khác gọi là " Toán Đồ":

20

Theo toán đồ trên, các thông số yêu cầu nh áp suất p, lu lợng q, tổn thất áp suất p vàcác thông số sẽ chọn là chiều dài ống dẫn L và đờng kính trong của ống dẫn phụthuộc lẫn nhau

Ví dụ:

áp suất yêu cầu p = 8 bar = 8.105 Pa

chiều dài ống dẫn L = 200 m

lu lợng qv = 170 lit/s

tổn thất áp suất cho phép p = 0,1 bar

Với các tham số nh vậy tra trên toán đồ theo trình tự mũi tên ta đợc đờng kính trongcủa ống dẫn cần chọn là khoảng bằng 70 mm

Chú ý:

+ Bất cứ lúc nào khi có thể hãy tăng kích thớc đờng kính ống dẫn khí Việctăng này không làm gia tăng đáng kể giá thành đờng ống cũng nh không gian lắp đặtyêu cầu Khi đờng ống lớn hệ thống phân phối sẽ có lu lợng lớn hơn, điều này cũng cóthể xem nh thể tích bình chứa khí đợc tăng lên có tác dụng giảm sự suy giảm áp suất,làm mát khí nén tốt hơn, thể tích lu trữ tăng Tất cả những điều trên sẽ làm tăng hiệuquả kinh tế của hệ thống

f Tính chọn máy nén khí.

Từ lu lợng tổng qv và áp suất tổng p chọn máy nén khí theo biểu đồ mô phỏngphạm vi ứng dụng của máy nén khí đã trình bày ở trên Ngoài ra căn cứ vào đặc điểmcủa các loại máy nén khí và 1 vài đặc điểm khác để chọn lựa máy nén khí cho phùhợp

g Tính toán dung tích bình trích chứa.

Bình trích chứa phải đợc tính toán, lựa chọn thích hợp với lu lợng máy nén vàthích ứng với hệ thống điều tiết máy nén đã đợc lựa chọn Thể tích bình trích chứa đợctính nh sau:

21

Hình 2.19 Toán đồ tính toán đờng kính ống dẫn

V =

c p

p q

.

.



Trong đó:

.V : thể tích bình trích chứa (m3)

.qv : Lu lợng khí cần cho nơi tiêu thụ (m3/ phút)

.p1 : áp suất khí từ cửa ra máy nén ( kpa)

.p : độ chênh áp suất cut-in/cut-out (kpa), thờng là 50 kpa

.c : số lần khởi động trong 1 giờ ( không nên quá 15 lần/giờ)

Cũng có thể xác định dung tích bình trích chứa theo công thức đơn giản sau đây :

V = k qv

trong đó : k= 0,9 - 1 đối với kiểu điều khiển start-stop

k = 0,5 đối với kiểu điều khiển tốc độ không đổi

 Chú ý : Khi thể tích bình trích chứa đợc tính toán phù hợp nó sẽ thực hiện tốt cácchức năng :

Lu trữ khí nén, hạn chế tình trạng máy nén phải khởi động quá nhiều lần trong 1

đơn vị thời gian

Làm giảm sự xung động để làm dịu các xung động chảy qua không khí từ máy nén Chuyển đổi nhiệt, khí nén trong bình chứa sẽ đợc làm mát tạo ra sự ngng tụ nớc Tích tụ và xả các chất bẩn, nớc ngng tụ trong khí nén

h Lựa chọn vật liệu của đờng ống.

- Khi hệ thống mạng đờng ống nhỏ, nên chọn loại ống thép tráng kẽm

- Đối với các hệ thống vừa và lớn thì nên dùng ống đồng

ở các chỗ nối cũng có khả năng bị ăn mòn do sự ngng tụ hơi ẩm, vì vậy nótrở thành nguồn nhiễm bẩn cho các điểm sử dụng khí nén

Bề mặt bên trong của ống cũng hay bị rỉ sét sẽ làm tăng sự suy giảm áp suất

+ Với ống đồng:

Hầu hết không bị ăn mòn

Sự suy giảm áp suất rất nhỏ

Các chỗ nối đợc hàn với nhau vì vậy không sợ rò rỉ

Giá thành đắt

Chơng III Các phần tử trong hệ

thống điều khiển khí nén

I Khái niệm chung.

Phần điều khiển trong mạch khí nén thờng đợc chia làm 2 bộ phận đó là: cácphần tử chuyển tín hiệu ; các phần tử xử lý và điều khiển

Nhìn chung đây là các van khí nén, chúng nhận tín hiệu điều khiển từ bên ngoài (cóthể bằng cơ khí, bằng tín hiệu khí nén hoặc bằng tín hiệu điện) để xả ra, làm ngng lại,hoặc đổi hớng của dòng lu chất đi qua nó Đặc biệt các van điều khiển sẽ điều khiểnhớng của dòng khí nén, chúng đợc sử dụng trong các mạch khí nén để thực hiệnnhững chức năng điều khiển nh:

- Điều khiển hớng dẫn động của cơ cấu dẫn động

 Một số thông số cần quan tâm của van:

- Chốt van ( nhân tố điều khiển bên trong): cơ cấu này có thể là 1 đĩa chặn, mộtviên bi chặn, lõi trợt, một nút xoay hoặc là kết hợp giữa lõi và các thanh chặn

- Số trạng thái của van (số vị trí của chốt van)

- Số lợng cửa vào, ra : những cửa này nối đờng ống dẫn khí nén đến các rãnhdẫn dòng khí nén bên trong của cơ cấu van và thờng xác định rõ lu lợng dòng khí điqua nó

- Dạng tín hiệu tác động điều khiển

- Hệ số cản của van

 Quy ớc ký hiệu : Theo ISO1219 quy định

-Các trạng thái nòng van đợc biểu diễn bằng các ô vuông liền

nhau

- Tên các trạng thái van đợc đặt bằng các chữ cái thờng a,b,c,

hoặc bằng các con số 0,1,2,3,

- Cửa nối với nguồn cung cấp ký hiệu là P

- Cửa nối làm việc : ký hiệu là các chữ cái hoa tính từ A,B,C,D,

- Cửa xả khí : ký hiệu bằng các chữ cái hoa tính từ R,S,T,

- Cửa nối tín hiệu điều khiển : ký hiệu là X, Y

- Chiều mũi tên chỉ hớng chuyển động của dòng khí

Ví dụ về một van 3 cửa 2 trạng thái nh hình vẽ :

Van có 2 trạng thái : a,b ; 1 cửa làm việc A; 1 cửa cấp nguồn P; 1 cửa xả R; 2cửa cấp tín hiệu điều khiển X, Y

P R

X Y

Cửa làm việc

Cửa nối nguồn Cửa xả khớ

Cửa nối tớn hiệu tỏc động

Cỏc trạng thỏi van Chiều dũng khớ

chuyển động

Nỳt ấn tổng quỏt Nỳt bấm

Tay gạt Bàn đạp

Cữ chặn con lăn 2 chiều

Lũ xoĐầu dũNỳt ấn cú rónh định vị

Hình 3.1

Mô tả quy ớcvan khí nén

3 Tín hiệu tác động bằng khí nén:

4 Tín hiệu tác động bằng nam châm điện:

III Một số loại van cơ bản sử dụng trong hệ thống điều khiển khí nén.

1 Van đảo chiều:

Van đảo chiều có nhiệm vụ điều khiển dòng năng lợng bằng cách đóng mở haychuyển đổi vị trí để thay đổi hớng của dòng năng lợng

a) Van đảo chiều 3/2 điều khiển bằng nút ấn, hồi vị bằng lò xo.

- Ký hiệu :

có trạng thái 0 : cửa nguồn P bị chặn, Cửa làm việc A thông với cửa xả R

Khi tác động nhấn nút bấm, lực tác động thắng lực đẩy lò xo làm chốt van chuyển vịtrí dịch xuống, van chuyển sang trạng thái 1 tức là cửa làm việc A nối thông với cửanguồn P, còn cửa xả R bị chặn bởi chốt van

Khi thôi tác dụng lên nút bấm lò xo đẩy chốt van về vị trí ban đầu và van trở lại trạngthái 0

- Chức năng : Van thờng đợc sử dụng làm phần tử đa tín hiệu trong mạch điều khiển

b) Van đảo chiều 3/2 điều khiển bằng tay gạt.

trạng thái 0: cửa nguồn P bị chốt van chặn, cửa

làm việc A nối thông với cửa xả R Khi tác động

đẩy tay gạt sang vị trí 2, qua cơ cấu đòn bẩy đẩy

chốt van xuống vị trí bên dới và van lúc này ở

trạng thái 1 có chốt van chặn cửa xả R còn cửa nối

nguồn P thông với cửa làm việc A

Nếu không có tác động gì nữa thì van có trạng

thái 1 còn nếu tác động đẩy tay gạt về vị trí 1 thì

van trở lại trạng thái 0 nh ban đầu

P R

A 0 1

P R

Cửa xả Cửa làm việc

Chốt van

Nỳt bấm

Lũ xo

Hình 3.2 Van đảo chiều 3/2 điều khiển bằng nút ấn

Cửa cấp nguồn Cửa xả Cửa làm việc

Chốt van

Tay gạt

Vị trớ 2 Vị trớ 1

Hình 3.3 Van đảo chiều 3/2

điều khiển bằng tay gạt

- Chức năng : Đợc sử dụng làm phần tử chuyển tín hiệu trong mạch điều khiển khínén, làm phần tử tự duy trì cấp nguồn cho phần mạch phía sau.

c) Van đảo chiều 3/2 điều khiển bằng khí nén.

- Ký hiệu :

-Hoạt động: Van có 2 trạng thái 0 và 1, khi tín hiệu X tác động thì van sẽ có trạng thái

1 lúc đó cửa P nối thông với cửa làm việc A còn cửa xả R bị chốt van chặn và vannằm ở trạng thái này kể cả khi không còn tín hiệu tác động vào cửa X, và chỉ đến khitín hiệu Y tác động van sẽ đổi sang trạng thái 0, cửa P sẽ bị chốt van chặn cửa A nốithông với cửa xả R

- Chức năng: Làm phần tử xử lý và điều khiển trong mạch điều khiển khí nén Có khảnăng tự duy trì trạng thái khi có tín hiệu tác động

d) Van đảo chiều 5/2 điều khiển bằng khí nén

- Ký hiệu:

- Hoạt động: Giả sử tín hiệu cuối cùng tác động trong lần sử dụng trớc là tín hiệu cấpvào cửa Y, khi đó van có trạng thái 0, ở trạng thái này cửa làm việc B đ ợc nối thôngvới cửa nối nguồn P, cửa làm việc A nối thông với cửa xả S, còn cửa xả R bị chốt vanchặn kín

Nếu có tín hiệu từ cửa X tác động thì chốt van bị đẩy sang trái, van chuyển sangtrạng thái 1, khi đó cửa nguồn P nối thông với cửa A, cửa B nối thông với cửa xả Rcòn cửa xả S thì bị chặn

Nếu không có tín hiệu tác động thì van giữ nguyên ở trạng thái 1

- Chức năng: Làm phần tử xử lý và điều khiển trong mạch điều khiển khí nén Có khảnăng tự duy trì trạng thái khi có tín hiệu tác động

e) Van đảo chiều 5/3 điều khiển bằng khí nén

-Ký hiệu:

- Hoạt động:

Bình thờng khi không có tín

hiệu tác động vào 2 cửa X, Y van

có trạng thái 0 có cửa nối nguồn

P bị chốt van chặn, cửa làm viêc

A nối thông với cửa xả S còn cửa

làm việc B nối thông với cửa xả

X Y

Cửa làm việc

Cửa nguồn Cửa xả

Chốt van

Cửa điều khiển

Cửa điều khiển

Hình 3.5 Van đảo chiều 5/2 điều khiển bằng khí nén

Lũ xo hồi vị

Chốt van

Hình 3.6 Van đảo chiều 5/3 điều khiển bằng khí

nén

sang phía phải nó chặn cửa xả S đồng thời nối thông cửa nguồn P với cửa làm việc A,còn cửa làm việc B vẫn nối thông với cửa xả R – van làm việc ở trạng thái 1.

Khi có tín hiệu khí nén tác động vào cửa Y chốt van bị đẩy sang phía trái nó chặncửa xả R đồng thời nối thông cửa nguồn P với cửa làm việc B, còn cửa làm việc A đợcnối thông với cửa xả S – van làm việc ở trạng thái 2

Khi không còn tín hiệu tác động lên 1 trong 2 cửa X hoặc Y thì van trở lại trạng thái

u chất thông sang cửa B Nếu dòng khí chảy ngợc từ cửa B lại, do lò xo đẩy ép ch

ặt viên bi chắn vào máng đỡ cửa A làm cửa A bị đóng kín và dòng khí bị chặn lại

- Công dụng: Chỉ cho dòng khí nén đi theo 1 chiều

b) Van logic OR

- Ký hiệu:

động :

Khi cấp nguồn khí nén vào cửa P1

hoặc cửa P2 hoặc cả hai cửa P1 và P2

thì ở cửa ra A có khí nén

- Chức năng: Làm phần tử xử lý và

điều khiển trong mạch điều khiển

khí nén Có khả năng tự duy trì trạng

thái khi có tín hiệu tác động

c) Van logic AND.

- Ký hiệu:

- Hoạt động :

Khi cấp nguồn khí nén vào cửa P1 chốt van bị đẩy sang phải chặn kín đ ờng khíthông ra cửa A vì vậy ở đầu ra A không có khí nén, tơng tự vậy khi cửa P2 có khí thìcửa ra A cũng không có khí, chỉ khi cả hai cửa P1 và P2 có khí thì chốt van đợc giữcân bằng ở giữa và khi đó ở cửa ra A có khí nén

Hình 3.7 Van logic OR

Cửa làm việc

Cửa cấp nguồn Chốt van

Hình 3.8 Van logic AND

- Hoạt động : Khi có dòng khí nén cấp vào cửa

nguồn P, dòng khí này sẽ đợc dẫn sang cửa làm

việc A, một phần qua khe phụ sẽ vào khoang trích

chứa Sau một khoảng thời gian ngắn (tuỳ thuộc

vào áp suất dòng khí và độ cứng của lò xo) khi áp

suất trong khoang trích chứa đủ lớn tạo lực đẩy

trên mặt chốt van thắng lực đẩy của lò xo, lò xo bị

nén lại, chốt van bị đẩy xuống chặn kín cửa làm

việc A ngăn dòng khí nén từ phía cửa P dẫn sang

Khi ngắt dòng khí nén vào cửa nguồn, van trở lại

trạng thái nh ban đầu

- Chức năng: Làm phần tử xung trong mạch điều

khiển

3 Van tiết lu

Van tiết lu có tác dụng điều chỉnh lu lợng và vận

tốc dòng chảy theo mong muốn Van tiết lu thờng đợc phân

thành:

-Van tiết lu có tiết diện không đổi

- Van tiết lu có tiết diện thay đổi điều chỉnh bằng tay: Tuỳ vào

vị trí của vít điều chỉnh sẽ làm thay đổi tiết diện khe hở

- Van tiết lu có tiết diện thay đổi điều chỉnh bằng cữ chặn: Tuỳ

vào vị trí của cữ chặn sẽ làm thay đổi tiết diện khe hở mà dòng lu

chất qua Khi đó lu lợng và tốc độ của dòng khí nén sau van sẽ bị

thay đổi so với khi ở trớc van

Van tiết lu thờng đợc dùng để điều chỉnh vận tốc hoặc thời gian

chạy của cơ cấu chấp hành Nó cũng thờng đợc dùng để điều

chỉnh thời gian chuyển đổi vị trí của van đảo chiều

4 Van áp suất.

Van áp suất là van mà sự tác động của nó phụ thuộc vào các giá trị áp suất nhất định

a) Van an toàn.

- Ký hiệu:

- Hoạt động : Khi áp suất khí ở cửa P ở trị số làm

việc bình thờng thì lực tác dụng lên chốt van không

thắng nổi lực lò xo, cửa P bị chặn Khi áp suất làm

việc (vì một lý do nào đó) tăng cao (tới một giá trị

nào đó) lực tác dụng lên chốt van thắng lực đẩy của

lò xo làm lò xo bị nén lại, chốt van dịch chuyển mở

thông cửa P tới cửa xả R xả khí ra ngoài Đến khi áp

suất trong mạch giảm xuống dới giá trị tác động,

chốt van lại đợc đẩy ngợc trở lại chắn kín cửa P

27

R P

Cửa cấp

việc

Khoang trích chứa

Khe tiết lưu

- Công dụng: Thờng dùng để bảo vệ các thiết bị trong mạch điều khiển không cho ápsuất khí nén tăng quá cao.

b) Van tràn.

-Ký hiệu:

- Hoạt động : Khi áp suất khí ở cửa P ở trị số làm việc dới mức bình thờng thì lực tácdụng lên chốt van không thắng nổi lực lò xo, cửa P bị chặn Khi áp suất làm việc tăng

đủ lớn(tới một giá trị nào đó) lực tác dụng lên chốt van thắng lực đẩy của lò xo làm lò

xo bị nén lại, chốt van dịch chuyển mở thông cửa P tới cửa làm việc A cấp khí nén

đến các mạch ứng dụng Đến khi áp suất trong mạch giảm xuống dới giá trị tác động,chốt van lại đợc đẩy ngợc trở lại chắn kín cửa P

- Công dụng : Van thờng đợc lắp tại đầu nguồn cấp cho mạch điều khiển để xác lập 1giá trị tác động nhất định nhằm giảm bớt thời gian quá độ cho quá trình khởi động cácthiết bị

c) Van điều chỉnh áp suất.

-Ký hiệu :

- Hoạt động :

Với mỗi vị trí của vít điều chỉnh thì sẽ tạo

ra một giá trị áp suất xác định ở đầu ra Nếu áp

suất ở đầu ra tăng cao hơn so với áp suất đợc điều

chỉnh thì áp suất khí nén qua lỗ thông cũng tăng

lên làm tăng lực tác động lên màng làm vị trí kim

van thay đổi và khí nén qua lỗ xả khí ra ngoài, đến

chừng nào áp suất ở đờng ra giảm bằng áp suất

điều chỉnh ban đầu thì vị trí kim van trở về nh ban

đầu

- Công dụng : Giữ cho áp suất đợc điều chỉnh

không đổi mặc dù có sự thay đổi bất thờng của tải

trọng làm việc ở phía đờng ra hoặc sự dao động áp

suất ở đờng vào van

d) Rơle áp suất.

- Ký hiệu :

- Hoạt động : Khi áp suất đạt giá trị ngỡng thì áp lực do

nó gây ra thắng đợc lực duy trì của lò xo làm các cặp tiếp điểm bên trong chuyểntrạng thái đóng, mở Khi áp suất này giảm nhỏ hơn giá trị ngỡng, lực lò xo thắng áplực do áp suất gây nên làm các cặp tiếp điểm chuyển trở lại trạng thái ban đầu

- Công dụng : Thờng sử dụng để đóng mở công tắc điện khi áp suất hệ thống vợt quágiá trị cho phép hoặc khi áp suất giảm xuống dới 1 trị số quy định Trong hệ thống

điều khiển điện-khí nén, rơle áp suất có thể coi nh là phần tử chuyển đổi tín hiệu khínén - điện Giá trị áp suất tác động đóng mở công tắc có thể đ ợc điều chỉnh bằng vít

điều chỉnh

5 Van điều chỉnh thời gian.

a) Van điều chỉnh thời gian đóng chậm.

Van điều chỉnh thời gian đóng chậm gồm cụm phần tử : Van tiết lu một chiều

điều chỉnh bằng tay; bình trích chứa; van đảo chiều 3/2

P1,Q1

Màng

Vít điều chỉnh

Hình 3.12 Van điều chỉnh

áp suất

- Hoạt động : ở trạng thái bình thờng cửa làm việc A nối thông với cửa xả R Cửa P bịchặn Khi có tín hiệu điều khiển X tác động thì phải sau 1 khoảng thời gian dòng khínén vào bình trích chứa mới tạo đợc áp suất đủ lớn để thắng lực lò xo đẩy chốt vandịch chuyển nối thông cửa làm việc A với cửa nguồn P và chặn cửa xả R.

Nếu ngắt tín hiệu cấp vào cửa điều khiển X thì van trở lại trạng thái ban đầu

- Công dụng : Van thờng đợc dùng để tạo trễ, hoặc nếu tính toán một cách tỉ mỉ (hoặcmức độ yêu cầu độ chính xác không cao) thì nó còn đợc dùng kết hợp trong mạch

điều khiển tuỳ động theo hành trình

b) Van điều chỉnh thời gian ngắt chậm.

- Ký hiệu :

thông với cửa xả R Cửa P bị chặn Khi có tín hiệu điều khiển X tác động thì đẩy chốtvan dịch chuyển nối thông cửa làm việc A với cửa nguồn P và chặn cửa xả R

Nếu ngắt tín hiệu cấp vào cửa điều khiển X thì do van 1 chiều chặn dòng khí nén qua

nó nên dòng khí nén chỉ có thể qua van tiết lu và ra ngoài, phải mất một khoảng thờigian để dòng khí nén từ trong bình trích chứa xả ra ngoài van tiết lu để áp suất trong

nó giảm tới giá trị mà áp lực nó gây ra trên chốt van nhỏ hơn lực đẩy lò xo, khi đó van

đảo chiều 3/2 trở về trạng thái cũ, cửa cấp nguồn P bị chặn còn cửa làm việc A nốithông với cửa xả

- ứng dụng : Van thờng đợc dùng để tạo trễ

6 Cảm biến khí nén.

Cảm biến bằng tia là loại cảm biến không tiếp xúc, chúng thờng đợc ứng dụng

ở những lĩnh vực mà cảm biến không tiếp xúc bằng điện không thể đảm nhận đợc nh :

điều kiện nhiệt độ cao, ảnh hởng bởi độ ẩm lớn, ảnh hởng của điện trờng

Cảm biến bằng tia có 3 loại chủ yếu : cảm biến bằng tia rẽ nhánh, cảm biến bằng tiaphản hồi, cảm biến bằng tia qua khe hở

X

P

Vật chắn

Có tín hiệu

Hình 3.14 Cảm biến

bằng tia rẽ nhánh

- Hoạt động : Dòng khí nén đợc đa vào từ cửa P Nếu không có vật cản thì dòng khínén sẽ đi thằng, cửa X không có tín hiệu Nếu có vật cản, dòng khí nén đi thẳng bịchặn nên lu lợng của nó giảm và dòng khí nén có xu hớng thoát ra cửa X, lúc này cửa

X sẽ có tín hiệu

b) Cảm biến bằng tia phản hồi.

- Ký hiệu :

- Hoạt động : Dòng khí nén đợc đa vào từ cửa P Nếu không

có vật cản thì dòng khí nén sẽ đi thằng thoát ra ngoài không khí, cửa X không có tínhiệu Nếu có vật cản, dòng khí nén đi thẳng bị chặn nên bị đổi hớng và có xu hớngthoát ra cửa X, lúc này cửa X sẽ có tín hiệu

* Ghi chú:

mbar tuỳ theo từng loại cảm biến, vì vậy trong thực tế khi sử dụng loại cảm biến nàythờng phải kèm theo phần tử khuyếch đại

Mối quan hệ giữa các đặc tính áp suất nguồn, lu lợng, áp suất điều khiển vàkhoảng cách phát hiện mô tả nh hình vẽ dới

30

P X

Cảm biến 6mm

0 10 20 30 40

0,4 0,3 0,2 0,1

e) Cảm biến bằng tia qua khe hở.

- Ký hiệu :

- Hoạt động : Khi không có vật hai dòng khí nén đối nghịchtác động lên nhau làm tăng áp lực dòng khí ở phía cửa hút, khi ấy ở cửa X sẽ có tínhiệu khí nén Khi có vật chắn, dòng khí nén 2 cửa bị ngăn cách, khi đó dòng l u lợng

từ cửa phát thoát ra ngoài theo đờng dẫn thẳng, cửa X không có tín hiệu khí nén

* Ghi chú : Thông thờng 2 cửa khí đối diện phải đợc chế tạo, lắp ráp đồng tâm một

cách chính xác, và hầu nh giá trị áp suất tại 2 cửa này là không chênh lệch ( khoảng

Cảm biến 6mm

0 10 20 30 40

0,4 0,3 0,2 0,1

Cảm biến mực chất lỏng hoạt động theo nguyên lý tơng tự nh cảm biến tia rẽnhánh Bộ cảm biến cũng đợc cung cáp bằng không khí nén với áp suất của hệ thốngthờng từ 4-6bar hoặc 0,1-0,3bar (Nếu hoạt động ở áp suất thấp, tín hiệu điều khiểntạo ra từ cảm biến phải đợc khuếch đại với một van khuếch đại áp suất.) Khi đoạn

đống của cảm biến không tiếp xúc với dung dịch, không khí ở nguồn cấp sẽ thoát rathông qua lỗ ở miệng ống (đoạn ống sẽ đợc nhúng chìm) Ngay khi dung dịch tănglên đóng kín miệng ống lại, áp suất bắt đầu tăng lên,

lúc này dòng khí nén từ cổng P sẽ đổi hớng đi đến

cổng tín hiệu A Aps suất tín hiệu này sẽ cân xứng với

mức chất lỏng ở trên miệng ống và theo trọng lợng

riêng của dung dịch, và cuối cùng đạt đến áp suất của

nguồn cung cấp tại cổng P

* Ghi chú: Khi bề mặt chất lỏng cảm biến có hình

thành sóng hoặc là mức chất lỏng thay đổi bất thờng

quá nhanh, nên lắp quanh miệng ống một vỏ bọc giảm

dao động Vỏ bọc giảm dao động nh vậy có một hoặc

nhiều lỗ nhỏ ở vùng miệng ống thoát ra làm cho sự

thay đổi mực dung dịch xảy ra êm dịu và tạo ra kết

quả cảm biến ổn định hơn

Ví dụ về một mạch ứng dụng sử dụng cảm biến mực chất lỏng:

Hình 3.16c Sơ đồ ứng dụng cảm biến mực chất lỏng

e) Cảm biến lỡi gà.

- Ký hiệu :

32

Hình 3.17 Cảm biến lỡi gà

- Hoạt động :

Cảm biến lỡi gà khí nén đợc gắn trực tiếp vào thân ống lót của cơ cấu dẫn động Nó

đ-ợc vận hành bằng một vòng từ tính gắn theo chu vi của piston Khi piston cùng vớinam châm vĩnh cửu tiếp cận cảm biến, lỡi gà sẽ bị hút do nam châm kéo lỡi gà xuống,luồng khí nén từ đờng dẫn sẽ thổi vào đờng dẫn khí A, ở đây áp suất sẽ tăng lên ápsuất đợc tăng lên ở đây sẽ đợc khuếch đại bằng van khuếch đại Khi piston cùng vớinam châm gắn trên đó di chuyển vợt quá hành trình phản ứng, lò xo lỡi gà trả ngợc trởlại, và lỡi gà sẽ tiếp tục cắt ngang luồng khí nén Và áp suất điều khiển trong rãnh khínén A có thể thoát qua rãnh R đi ra ngoài khí quyển

* Ghi chú:

- Cảm biến khí nén bằng lỡi gà đợc gắn vào thanh đẩy của cơ cấu dẫn động hoặc đợcgắn vào đờng dẫn đợc thiết kế đặc biệt sẽ bắc cầu từ đầu nắp này đến đầu nắp kia củacơ cấu

- Cảm biến khí nén lỡi gà cỉ có thể sử dụng với thân ống của cơ cấu dẫn động thẳngbằng loại vật liệu không chứa sắt, và piston phải đợc lắp với nam châm vĩnh cửu

tạo ra bằng bơm chân không hay theo nguyên lý Venturi : khí nén với áp suất p trongkhoảng 1,5 bar - 10 bar sẽ qua ống Venturi và theo cửa R thoát ra ngoài Tại phầncuối của ống Venturi chân không sẽ đợc tạo thành Nh vậy cửa nối U sẽ tạo ra chânkhông.( cửa U đợc nối với một đĩa hút dạng tròn làm bằng vật liệu tổng hợp hoặcbằng cao su).

- áp suất chân không tại cửa U có thể đạt đợc đến 0,7 bar, và phụ thuộc vào áp suấtcủa dòng khí nén

- Lực hút chân không thông thờng đạt đợc đến 200N, phụ thuộc vào đờng kính của đĩahút, áp suất chân không đợc tạo thành tại cửa U, ngoài ra nó còn phụ thuộc vào chất l-ợng bề mặt cảu chi tiết hút, sự biến dạng và trọng lợng của đĩa hút

8 Van Khuếch đại

Van khếch đại là thiết bị dùng để khuếch đại các tín hiệu ra từ các cảm biến thành cáctín hiệu điều khiển hữu dụng có giá trị khoảng 2-4 bar cho các yêu cầu điều khiển.a) Bộ khếch đại tầng đơn

đó cổng B đợc nối thông với cổng S

* Ghi chú:

- Bộ khuếch đại tầng đơn sẽ khuếch đại những tín hiệu điều khiển từ cảm biến có trị

số áp suất thấp 0,6kpa thành áp suất đầu ra trong dải 2-10bar

- Hình 3.20 trình bày mối quan hệ giữa lợng tiêu thụ không khí , áp suất và độ nhạytrong mối liên quan với áp suất nguồn cấp cho cảm biến

34

Tín hiệu áp suất thấp đi vào van tại cổng X và

tác động vào màng áp suất thấp Tác động

này sẽ đóng không khi có áp suất trung bình

thoát ra khe hở sao cho không khí có áp suất

trung bình trớc đó thông với khí trời đợc

chuyển đổi đến bên dới màng áp suất trung

bình Tác động này sẽ nâng màng này lên

chống lại lò xo đối diện và sẽ mở thanh chặn

ra, do đó khí nén có áp suất cao có thể tuân

chảy từ cổng P thông qua van đến cổng A

* Ghi chú:

- Bộ khuếch đại tầng đôi sẽ khuếch đị tín hiệu

điều khiển từ cảm biến có áp suất khoảng 5Pa lên 2-8bar ở cửa ra

III Một số thiết bị đo lờng trong khí nén.

1 áp kế <Dụng cụ đo áp suất>

-Ký hiệu:

35

-Đo áp suất dùng chất lỏng :

Nguyên lý đo là xác định độ chênh lệch về chiều cao

của cột chất lỏng ở trong ống

áp suất đợc tính :

P=.Äh.g

Trong đó:

P: áp suất đo

Äh: Độ chênh lệch chiều cao của bề mặt chất lỏng

: Khối lợng riêng của chất lỏng

-rợu:  =700 kg/m3-nớc:  =1000 kg/m3-thủy ngân:  =13600 kg/m3g: Gia tốc trọng trờng

-Đo áp suất bằng lò xo

+Đo áp suất d: 04000 bar

+ Đo áp suất chân không: 0100 mbar

* Dùng cơ cấu lò xo tấm

+Đo áp suất d: 025 bar

+ Đo áp suất chân không: 0100 mbar

2 Lu lợng kế.

-Ký hiệu:

+Nguyên lý đo lu lợng bằng bình chứa:

Trớc tiên phải xác định áp suất và nhiệt độ trong bình chứa Ghi lại thông số này, sau đó tác động tay gạt để cấp khí nén vào bình Xác định thời gian điền đầy bìnhchứa khi áp suất trong bình chứa đạt giá trị yêu cầu

2 1

1 2

qv: Lu lợng ở trạng thái tiêu chuẩn

6 9 8

P2

Pasb1: áp suất tuyệt đối của khí nén

T1: Nhiệt độ khí nén trớc lúc vào bình chứa

V2: Thể tích bình chứa

T2: Nhiệt độ trong bình chứa

Ät: Thời gian điền đầy bình chứa theo yêu cầu

ÄP: Hiệu áp suất tăng trong thời gian Ät

+ Nguyên lý đo lu lợng bằng con dọi nổi:

Một ống thủy tinh có dạng hình phễu đợc đặt

thẳng đứng, bên trong ống là con dọi nổi Dòng khí nén

đợc đo sẽ đợc dẫn vào từ đáy ống lên, con dọi nổi sẽ

đ-ợc nâng lên Độ cao nâng con dọi trong ống thủy tinh

t-ơng ứng với lu lợng cần đo

+Nguyên lý đo lu lợng thoát ra ngoài qua vòi phun

Vòi phun có chiều dày 10 mm với lỗ khoan ở

giữa có đờng kính d=12mm Mép lỗ khoan phải sắc

1 1

Trong đó:

qv[m3/phút] : Lu lợng ở trạng thái tiêu chuẩn

d [cm] : Đờng kính vòi phun

Pabs1[bar] : áp suất khí quyển

T1 [K] : Nhiệt độ không khí

Pasb2[bar] : áp suất khí nén trớc vòi phun

T2[K] : Nhiệt độ khí nén trớc vòi phun

d Đo lu lợng qua thiết bị tiết lu

A1: Diện tích mặt cắt qua khe hở

ÄP=P1-P2: Hiệu áp suất trớc và sau khe hở

1: Khối lợng riêng của không khí

-Hệ số lu lợng á phụ thuộc vào dạng hình học của khe hở và hệ số vận tốc Nhng ờng xác định á theo tỷ số m=d2/D2 theo biểu đồ h ình d ới đ ây:

-Hệ số giãn nở  thờng đợc xác định theo tỷ số áp suất P2/P1, và tỷ số m= d2/D2 theo biểu đồ dới đ ây:

37

P2

d T2

ống thuỷ tinh

Con dọi

0,98 1,00 1,02 1,04 1,06 1,08 1,10 1,12 1,14

0,2 0,3 0,4 0,5 0,6

m α

Trong thực tế để đơn giản, ngời ta thờng xác định lu lợng theo tổn hao áp suất qua

đờng đặc trng lu lợng – tổn thất áp suất nh sau:

- Trong hệ truyền động khí nén cơ bản bao gồm :

+ Cơ cấu chấp hành : Là phần tử cơ bản của hệ truyền động Chất lợng làm việc củachúng chính là chất lợng làm việc của hệ thống

+ Các thiết bị phân phối khí nén: bao gồm các loại van khóa, van phân phối, Nhữngthiết bị này dùng để hớng dòng khí nén tới các khoang làm việc của cơ cấu chấp hànhhoặc xả ra khí quyển

2 Phân loại các hệ truyền động khí nén:

Thông thờng các hệ truyền động khí nén đợc phân loại theo một số cách chính sau:

* Theo dạng chuyển động mà cơ cấu chấp hành thực hiện:

- Chuyển động tịnh tiến

- Chuyển động quay

* Theo chế độ làm việc:

- Hệ truyền động làm việc liên tục

- Hệ truyền động làm việc theo chế độ ngắt quãng và chế độ xung

* Theo tính chất làm việc của cơ cấu chấp hành:

- Hệ truyền động khí nén tác động 1 phía

- Hệ truyền động khí nén tác động hai phía

* Theo phơng pháp điều khiển:

- Hệ truyền động điều khiển theo vị trí

- Hệ truyền động điều khiển theo áp suất

- Hệ truyền động điều khiển theo thời gian

Việc quyết định sử dụng hệ truyền động khí nén kiểu nào phụ thuộc vào yêucầu kỹ thuật và các đặc điểm làm việc cụ thể Thông thờng, những yêu cầu kỹ thuật vàlàm việc nh vậy đợc đa ra để ngời thiết kế lựa chọn hệ truyền động hợp lý đáp ứng đợcyêu cầu đặt ra

Trong kỹ thuật, các hệ truyền động khí nén với các cơ cấu chấp hành kiểu xylanh

đợc sử dụng rộng rãi, để không chỉ xây dựng các modul chuyển động tịnh tiến mà cảmodul chuyển động quay Các cơ cấu chấp hành khí nén kiểu này thờng làm việc

2 3 4 5

trong dải áp suất từ 0,2 đến 0,63Mpa Trong nhiều trờng hợp, khi hành trình của cơcấu chấp hành nhỏ mà cần tạo lực lớn với không gian làm việc bị khống chế ngời tahay sử dụng xylanh kiểu màng Các hệ truyền động khí nén kiểu xiphông(ống xếp)cũng là loại truyền động 1 phía thờng sử dụng nhiều trong kỹ thuật đo lờng.

Các hệ truyền động kiểu quay thờng đợc sử dụng nhiều trong các thiết bị và dâychuyền công nghệ lắp ráp, các dây chuyền tự động hóa công nghệ trong vận chuyển,các modul quay cho robot công nghiệp,

Hệ truyền động khí nén ngắt quãng, xung đợc ứng dụng nhiều trong kỹ thuật thicông công trình xây dựng, giao thông và khai thác mỏ

II u, nhợc điểm của hệ thống truyền động khí nén

1 Ưu điểm:

- Do có khả năng chịu nén của không khí, cho nên có thể tích chứa khí nénmột cách thuận lợi Nh vậy có khả năng ứng dụng để thành lập một trạm tíchchứa khí nén

- Có khả năng truyền tải năng lợng xa, bởi vì độ nhớt động học của khí nén nhỏ

và tổn thất áp suất trên đờng dẫn ít

Đờng dẫn khí nén (thải ra) không cần thiết (ra ngoài không khí)

- Chi phí thấp để thiết lập một hệ thống truyền động bằng khí nén, bởi vì phầnlớn trong các xí nghiệp hệ thống đờng dẫn khí nén đã có sẵn

- Hệ thống phòng ngừa quá áp suất giới hạn đợc đảm bảo

2 Nhợc điểm:

- Lực truyền tải trọng thấp

- Khi tải trọng trong hệ thống thay đổi, thì vận tốc truyền cũng thay đổi, bởi vìkhả năng đàn hồi của khí nén lớn, cho nên không thể thực hiện những chuyển

động thẳng hoặc quay đều

- Dòng khí nén thoát ra ở đờng dẫn gây nên tiếng ồn

Hiện nay, trong lĩnh vực điều khiển, ngời ta thờng kết hợp hệ thống

điều khiển bằng khí nén với cơ, hoặc với điện, điện tử Cho nên rất khó xác định mộtcách chính xác rõ ràng u nhợc điểm của từng hệ thống điều khiển

III Cơ cấu dẫn động tuyến tính.

-d[cm] : Đờng kính pitton

-Pe[bar]: áp suất khí nén trong xy lanh

-FR : Lực ma sát, phụ thuộc vào chất lợng bề mặt giữa pitton và xy lanh, vậntốc chuyển động, phụ thuộc piston, loại vòng đệm ở trạng thái vận hành bình thờngthì : FR=0,15.A.Pe

Chụp

đẩy

Chụp đầu trước Cửa cấp

khớ nộn

Hình 4.1 Cấu trúc xylanh tác dụng đơn

2 Xy lanh tác dụng kép.

a Ký hiệu :

b Hoạt động :

+ Cả hành trình đi và hành trình về đều có tác động bởi khí nén Độ kín giữa xylanh

và piston đợc đảm bảo nhờ có đệm kín ở mép piston

- : Hiệu suất xy lanh, thông thờng =0,8

* Lực tác động khi cần piston đi vào :

FE= A2.Pe  Trong đó :

-FE[daN] : Lực tác động khi cần pitton đi vào

-A2= (Dð(D 2-d2)/4 [cm2] : Diện tích vòng găng piston

-D[cm2]: Đờng kính mặt đáy pitton

-d[cm2] : Đờng kính cần piston

-Pe[bar]: áp suất khí nén trong xy lanh

-: Hiệu suất xy lanh, thông thờng =0,8

+ Xylanh tác dụng hai chiều thờng đợc sử dụng trong trờng hợp đòi hỏi phải cóchuyển động hai chiều có điều khiển

Đệm kớn