Giảng viên: Nguyễn Minh Tân Bộ môn QT-TB CN Hóa học & Thực phẩm Trường Đại học Bách khoa Hà nội Máy nén và thổi khí kiểu Rôto - Máy nén Pittông có Pittông • Chuyển động tịnh tiến, có
Trang 1Giảng viên: Nguyễn Minh Tân
Bộ môn QT-TB CN Hóa học & Thực phẩm Trường Đại học Bách khoa Hà nội
Máy nén và thổi khí kiểu Rôto
- Máy nén Pittông có Pittông
• Chuyển động tịnh tiến, có lực quán tính nên hạn chế số
vòng quay
• Không được lắp trực tiếp vào động cơ điện, cồng kềnh
- Máy nén kiểu rotor hạn chế các nhược điểm của máy nén
pittông: máy nén cánh trượt, máy nén guồng quay,…
- Nguyên lý hoạt động:
Có rotor quay tạo thành khoảng không gian kín, có khu vực
hút và đẩy
- Áp suất 4 at
- Muốn tăng năng suất phải tăng cấp nén và trang bị bộ phận làm
lạnh trung gian (có thể đạt đến 8 at)
Vận chuyển và nén khí
Trang 2Máy nén và thổi khí kiểu cánh trượt
Cấu tạo và nguyên tắc làm việc giống bơm
cánh trượt, khác là có vỏ làm lạnh
- Rotor hình trụ 1 lắp lệch tâm trong vỏ có
bộ phận làm nguội
- Trên rotor có nhiều rãnh để các tấm trượt
chuyển động tự do theo phương bán kính
- Khi rotor quay, các tấm này trượt trên
rãnh và quét trên mặt trong của vỏ tạo thành
những buồng kín có thể tích thay đổi từ nhỏ
đến lớn (hút), từ lớn đến nhỏ (đẩy)
- Năng suất: 160 – 4000m3/h
- Áp suất 5 - 15 at
- Cấu tạo gọn, làm việc đều đặn
- Yêu cầu chế tạo chính xác, tổn thất áp suất
lớn do các bộ phân không khít
Máy nén và thổi khí kiểu 2 guồng quay
Nguyên tắc làm việc: giống bơm răng khía
- Vỏ gang, 2 bánh guồng hình củ lạc quay trên trục song song Khi quay, hai
bánh guồng tiếp xúc, trượt vào nhau tạo thành những khoảng không gian kín,
qua đó khí được hút và nén
- Cấu tạo đơn giản, năng suất thay đổi trong giới hạn rộng: 2 đến 80 m3/phút
Áp suất 8at
Vận chuyển và nén khí
Trang 3Máy nén và thổi khí kiểu Tuabin
- Quá trình nén và đẩy khí tiến hành dưới tác dụng của lực ly tâm do bánh
guồng quay sinh ra
- Khác biệt so với bơm ly tâm: do thay đổi áp suất khi đi qua cánh guồng nên
khối lượng riêng của khí thay đổi vì khí chịu nén ép
- Khi cánh guồng quay, khí chuyển động từ tâm ra ngoài cánh guồng, khối
lượng riêng tăng và tạo ra áp suất thủy tĩnh, vận tốc tăng nên động năng cũng
tăng
- Máy thổi khí một cấp tạo ra áp suất dư không quá 0,15at
- Máy nén và máy thổi khí tuabin nhiều cấp: các cánh guồng ở máy thổi khí
giống nhau, còn ở máy nén thì rất khác nhau
- Máy nén có số cấp nhiều hơn, giữa các cấp có bộ phận làm nguội khí
- Máy thổi khí tạo áp suất 1,3 đến 4 at
- Máy nén 4 đến 10 at, hoặc 30 at
Máy thổi khí một bậc kiểu tuốc bin
- Bánh guồng 1 quay trong trong thân 2
- Khí được hút qua cửa 3 vào khe của cánh guồng và được đẩy qua cửa 4
- Nối trực tiếp với động cơ điện
Vận chuyển và nén khí
Trang 4- Khí được hút vào bậc 1
ở cánh guồng trong thân
máy và đẩy vào bậc tiếp
theo
- Khí chuyển động qua
tất cả các cánh guồng để
cuối cùng vào rãnh có
áp suất cao nhất và ra
ngoài
Giữa các cánh guồng có bộ phận định hướng cho khí thoát ra tự do để đến cánh
guồng tiếp theo
- Giữa trục và thân, giữa thành ngăn với cánh guồng có bộ phận ép labyrin gồm
một dãy các buồng với rãnh hẹp Áp suất dọc trục được loại qua trục giãn, khí
thừa được đưa qua một ống hút
Máy được làm trơn nhờ dầu áp lực
Máy thổi khí nhiều bậc kiểu tuốc bin
Máy nén nhiều bậc kiểu tuốc bin
- Qua nén, thể tích giảm, cánh guồng có
kích thước khác nhau
- Giữa các bậc có bộ phận làm lạnh trung
gian
- Kiểu máy nén này tối đa có 12 bậc
- Năng suất dao động trong khoảng 5000 –
40000m3/h
- 3500 – 6000 v/ph
- Máy nén tua bin làm việc đều đặn, nối
trực tiếp với động cơ điện nên số vòng quay
lớn hơn
- Năng suất dưới 6000m3/h có hiệu suất
thấp hơn máy nén pittông
- Với khoảng áp suất dưới 12 at, máy nén
tuốc bin được dùng thay thế máy nén
pittông
- Thường dùng vận chuyển các loại axit,
ammoniac, oxy, …
Vận chuyển và nén khí
Trang 5Công suất và hiệu suất của máy nén Tuốc bin
Năng suất thực tế nhỏ hơn năng suất lý thuyết:
η0 hiệu suất thể tích
Ht: áp suất thực tế do máy tạo ra tính bằng mét cột khí ρ: Khối lượng riêng trung bình
Mất mát trên trục do ma sát ổ trục, ma sát cánh guồng và khí, hiệu suất cơ khí:
Hiệu suất thủy lực, hiệu suất cơ khí, hiệu suất thể tích
Công suất hữu ích do cánh guồng truyền cho khí:
Công hữu ích và công chỉ thị
Quạt gió
- Dùng để vận chuyển
khí hoặc không khí có
áp suất chung không
vượt quá 1500mmH20
- Tạo ra áp suất để
thắng trở lực và áp lực
vận tốc
- Hiệu số áp suất cỡ
vài mm cột nước
Vận chuyển và nén khí
Trang 6Quạt ly tâm
- Quạt áp suất thấp 6 - 100mmH20
- Quạt áp suất trung bình 100 – 200
mmH20
- Quạt áp suất cao 200 -
1500mmH20
Cấu tạo
Bên trong vỏ có guồng gồm rất
nhiều cánh ngắn được uốn cong
Khí được hút vào qua cửa ở tâm
guồng rồi bị cánh guồng cuốn theo,
nhờ lực ly tâm mà văng ra thành vỏ
với áp suất lớn hơn đầu vào một ít
Áp suất của quạt ly tâm
Để tăng áp suất đẩy (hoặc giảm tối đa đường kính guồng ở áp
suất đã cho), người ta có thể cấu tạo cánh guồng cong về
đăng trước:
Vmin: lưu lượng , m 3 /ph
ωd vận tốc dòng khí tại cư cửa vào và cửa ra của quạt, m/s
tổng trở lực trên đường ống hút và đẩy B: Hệ số chuyển đổi đơn vị
Vs: thể tích khí được hút , m 3 /s
P áp suất quạt tạo ra, N/m2
Đường kính ống hút
Công suất quạt ly tâm
Áp suất của quạt ly tâm
Hiệu suất quạt: 0,5 đến 0,7
Vận chuyển và nén khí
Trang 7Đặc tuyến của quạt và đặc tuyến đường ống
Hệ số quay nhanh của quạt
n số vòng quay, v/ph
Q năng suất, m3/s
p0 áp suất quạt tạo ra ở điều kiên tiêu chuẩn
(20 độ, áp suất 700mmHg, khối lượng riêng không khí là: 1,2kg/m3)
Ý nghĩa của hệ số quay nhanh: số vòng quay khi quạt làm việc có hiệu suất cao
nhất để đạt lưu lượng 1m3/s tới áp suất bằng 30mmH2O
Nếu nq > 100 nên dùng quạt hướng trục
nq< 100 nên dùng quạt ly tâm
Quạt hướng trục
- Ứng dụng khi vận chuyển lượng khí lớn
với áp suất nhỏ (không quá 25mmH2O)
- Cấu tạo gần giống bơm hướng trục: gồm
có một cánh guồng đặt trong một vỏ có
nhiều cánh bố trí theo hướng tâm
- Khi guồng quay, không khí đập vào
cánh guồng tại một góc nào đó, tạo nên
luồng không khí chuyển động song song
với trục của quạt
- Hiệu suất 0,5 – 0,85
Vận chuyển và nén khí
Trang 8Bơm chân không kiểu Pittông
• Cấu tạo giống như máy nén pittông
• Giới hạn áp suất phụ thuộc vào độ khít
giữa pittông/xi lanh và hệ số khoảng hại
• Năng suất cao 45 – 3500m3/h (qui về điều kiện
áp suất và nhiệt độ trước khi vào ống hút)
• Có hai loại: khô (hút khí) và ướt (hút cả
khí lẫn lỏng), cấu tạo giống nhau
• Vận tốc lỏng trong bơm loại ướt nhỏ hơn
bơm loại khô nên kích thước van hút và
đẩy phải lớn hơn so với loại khô
• Độ chân không loại ướt tạo ra bằng 0,8
đến 0,85 và loại khô 96 đến 99,9%
• Bơm chân không nằm ngang: một cấp tác
dụng kép 160 – 200vg/ph, độ chân không
700mmHg
• Loại thẳng đứng: có số vòng quay cao
hơn
Sơ đồ lắp bơm chân không
1: Bể chứa dung dịch
2: Thùng chứa
3: Bộ phận tách bọt
4: Thùng giãn khí
5: Bơm chân không
6: Bơm dung dịch
Vận chuyển và nén khí
Trang 9Bơm chân không kiểu Rotor vòng chất lỏng
- Rotor có cánh hình sao được đặt lệch tâm
với vỏ bơm
- Trước khi vận hành bơm, mở nước vào gần
đầy bơm
- Rotor quay làm nước văng ra tạo thành một
vòng chất lỏng
- Rotor đặt lệch tâm tạo nên các khoảng
trống có thể tích không đều
- 600-1450v/ph
- Giới hạn áp suất: 15 – 110mmhg
- Năng suất 0,25 – 465m 3 /ph
- Hiệu suất cựu đại 48 - 52%
Bơm chân không kiểu Rotor vòng chất lỏng
Vận chuyển và nén khí
Trang 10Bơm chân không kiểu phun tia
Bơm chân không kiểu phun tia
- Làm việc nhờ tia hơi hay nước mà không cần có cơ cấu
truyền động
- Nguyên tắc: nhờ lực ma sát bề mặt của các tia hơi hay
nước chuyển động với vận tốc lớn kéo theo không khí hay khí
cần hút, truyền cho nó một động năng để sau đó phần động
năng này biến đối thành thế năng áp suất
- Cấu tạo gọn, đơn giản, không cần nền móng
- 3 loại:
bơm tia bằng nước có áp suất giới hạn khoảng 10mmHg,
bơm tia bằng hơi có áo suất tới hạn 0,3mmHg
bơm khuyếch tán có giới hạn 10 -7 - 10 -8 mmHg
Nhược điểm: Hiệu suất thấp: 5,7% nếu dùng nhiệt của hơi sau khi bơm thì có thể nâng hiệu
suất lên đến 90 – 95%
Tiêu thụ lượng hơi lớn, khởi động chậm
Khí hút bị trông lẫn với hơi
Để tạo độ chân không cao, thường lắp nối tiếp một vài bơm tia lai thành bơm nhiều cấp, giữa
các cấp có thiết bị ngưng tụ trực tiếp bằng nước lạnh
Độ nén mỗi bậc khoảng 3, số bậc phụ thuộc vào độ chân không cần tạo ra
Vận chuyển và nén khí
Trang 11Nguyên tắc: dòng hơi ra khỏi bộ phận đun
nóng chuyển động dọc theo ống chính có
gắn một ống mao dẫn, bình cần hút chân
không được nối vào một đầu ống
- Khí có trong bình khuyếch tán vào dòng hơi trong ống chính và bị dòng
hơi cuốn theo
- Các phần tử khí sau đó được hút bằng bơm phun tia
- Các phần tử của hơi làm việc khuyêch tán vào ống 3 bị ngựng tụ và tách ra
ở bộ phận 4
- Khí ở trong bình dần dần bị hút hết, tạo độ chân không cao (10 -6 - 10 -8 mmHg)
Chất lỏng làm việc thường chọn là Hg hoặc một loại dầu có áp suất hơi bão
hòa thấp, nhiệt độ sôi thấp, thành phần không đổi khi bị đun nóng lâu trong
chân không
Bơm chân không kiểu khuyếch tán
So sánh và chọn máy nén, máy thổi khí
Máy nén Pittông Máy nén kiểu
rotor
Máy nén Tua bin
Nhược
Cồng kềnh
Cần có bệ vững
chắc
Năng suất không cao
Năng suất thấp Làm việc tại áp suất cao:
khó chế tạo
Ưu điểm Năng suất cao
>100m 3 /phut
Áp suất cao
> 10 at
Gọn nhẹ Hiệu suất lớn hơn kiểu tuabin
Phạm vi
sử
dụng
<100m 3 /ph < 10 at
10 -12 at
5 – 100m3/phút
Vận chuyển và nén khí
Trang 12Phạm vi ứng dụng của máy nén và máy thổi khí
Bể chứa khí
- Dùng để chứa khí
- Có cấu tạo đặc biệt, dung tích có thể đến
6.105 m3
- Các bể chứa thông thường đều có bộ
phận phục vụ cho quá tình nạp và tháo, giữ
khí
-Phân loại dựa trên cấu tạo:
+ Bể áp suất thấp, áp suất dư 500mmHg: chứa khí khô hoặc khí ẩm, là thùng kín
+ Bể áp suất cao, áp suất dư trên 5 at hoặc cao hơn
Bể áp suất thấp dùng cho khí khô hoặc khí ẩm, là một thùng kín
Bể chứa khí ẩm: gồm một thùng úp trong một bể đưng nước, khi nạp khí, thùng
dâng lên, khi tháo khí, thùng hạ xuống
Vận chuyển và nén khí
Trang 13Bể chứa khí
- Bể áp suất thấp dùng cho khí khô hoặc
khí ẩm, là một thùng kín
- Bể chứa khí ẩm: gồm một thùng úp
trong một bể đưng nước, khi nạp khí,
thùng dâng lên, khi tháo khí, thùng hạ
xuống
- Chiều cao tối đa khi nắp dâng lên phụ thuộc vào chiều cao chất lỏng chứa trong bể
- Các tầng nắp được cấu tạo nhiều tầng nhờ các vòng kín nên khí không thoát được
ra ngoài
- Lỏng chứa trong bình có áp suất thủy tĩnh lớn hơn áp suất thủy tĩnh của khí
- Khi tháo và nạp khí, các tầng nắp sẽ chuyển động lên hoặc xuống, có bộ phận
định hướng để không bị trệch
- Quan hệ giữa chiều cao và đường kính được tính toán để tối ưu hóa vật liệu chế
tạo
- Nắp được cấu tạo như một thùng rỗng dày 2-3mm
- Bể chứa nước có cấu tạo bằng thép hoặc bê tông
- Các bể trong phòng kín có dung tích 15000 đến 20000m3
- Bể ngoài trời 100 – 1500000 m3
Bể chứa khí
Vận chuyển và nén khí
