ĐIỆN KHÍ NÉN TC - Nguồn: BCTECH

Cùng với sự phát triển không ngừng của lĩnh vực tự động hóa, ngày nay các thiết bị truyền dẫn, điều khiển khí nén sử dụng trong máy móc trở nên rộng rãi ở hầu hết các lĩnh vực công ngh[r]

Trang 1

BM/QT10/P.ĐTSV/04/04 Ban hành lần: 3

UBND TỈNH BÀ RỊA – VŨNG TÀU TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ BÀ RỊA VŨNG TÀU

GIÁO TRÌNH

MÔ ĐUN: ĐIỆN KHÍ NÉN NGHỀ: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP

(Ban hành kèm theo Quyết định số: 297/QĐ-CĐKTCN ngày 24 tháng 08 năm 2020

của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Kỹ thuật Công nghệ BR – VT)

BÀ RỊA-VŨNG TÀU, NĂM 2020

Trang 2

2

TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN

Nhằm đáp ứng nhu cầu học tập và nghiên cứu cho giảng viên và sinh viên nghề Điện công nghiệp trong trường Cao đẳng Kỹ thuật Công nghệ Bà Rịa – Vũng Tàu Chúng tôi đã thực hiện biên soạn tài liệu Điện khí nén này

Tài liệu được biên soạn thuộc loại giáo trình phục vụ giảng dạy và học tập, lưu hành nội bộ trong nhà trường nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo

Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm

Trang 3

3

LỜI GIỚI THIỆU

Cùng với sự phát triển không ngừng của lĩnh vực tự động hóa, ngày nay các thiết bị truyền dẫn, điều khiển khí nén sử dụng trong máy móc trở nên rộng rãi ở hầu hết các lĩnh vực công nghiệp như máy công cụ CNC, phương tiện vận chuyển, máy dập, máy khoan-doa, máy ép phun, tàu thủy, dây chuyền chế biến thực phẩm…do những thiết bị này làm việc linh hoạt, điều khiển tối ưu, đảm bảo chính xác, công suất lớn với kích thước nhỏ và lắp đặt dễ dàng ở những không gian chật hẹp so với các thiết bị truyền động và điều khiển bằng cơ khí hay điện

Nội dung của mô đun gồm có 9 bài:

Bài mở đầu: Cơ sở lý thuyết khí nén

Bài 7: Lắp đặt mạch Máy khoan

Bài 8: Lắp đặt mạch Máy khoan- Doa

Giáo trình Điện Khí Nén được tác giả tổng hợp những kiến thức cơ bản của các lĩnh vực có liên quan Hy vọng qua nội dung của giáo trình này người học sẽ có thể thiết kế

và lắp đặt được một hệ thống truyền dẫn khí nén theo các yêu cầu khác nhau

Trong quá trình biên soạn ra giáo trình này, không thể tránh khỏi thiếu sót Rất mong

sự đóng góp để giáo trình có thể hoàn thiện hơn

Bà Rịa – Vũng Tàu, ngày… tháng…năm…

Tham gia biên soạn

Hà Quốc Trung

MỤC LỤC

Trang 4

4

LỜI GIỚI THIỆU 3

BÀI MỞ ĐẦU: CƠ SỞ LÝ THUYẾT KHÍ NÉN 8

1 Cơ sở tính toán: 9

1.1.Thành phần hóa học của khí nén 9

1.2 Đơn vị đo trong hệ thống: 9

A 2.Phương trình trạng thái nhiệt động học: 10

2.1 Định luật Boyle- Mariotte: 10

2.2 Định luật 1 Gay – Lussac: 10

2.3 Định luật 2 Gay – Lussac 10

3 Khả năng ứng dụng của khí nén: 11

4 Ưu- nhược điểm của hệ thống truyền động bằng khí nén: 12

BÀI 1: CUNG CẤP VÀ XỬ LÝ KHÍ NÉN 13

1 Máy nén khí: 14

1.2 Máy nén khí kiểu cánh gạt: 16

1.3 Máy nén khí kiểu trục vít: 18

1.4 Máy nén khí kiểu Root: 19

1.5 Máy nén khí kiểu Turbin: 19

2 Thiết bị xử lý khí nén: 20

2.1 Yêu cầu về khí nén: 20

2.2 Phương pháp xử lý khí nén: 21

2.3 Bộ lọc (cụm bảo dưỡng): 24

BÀI 2: CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG KHÍ NÉN 25

I Kiến thức lý thuyết: 26

1 Khái niệm: 26

2 Cơ cấu chấp hành: 26

2.1 Xy lanh: 26

2.2 Động cơ khí nén: 27

3 Van đảo chiều: 28

3.1 Van đảo chiều không duy trì 3/2: 29

3.2 Van đảo chiều duy trì 5/2: 29

4 Nút nhấn: 30

4.1 Nút nhấn 3/2: 30

4.2 Nút nhấn 5/2: 30

5 Công tắc hành trình: 31

6 Van tiếc lưu: 32

7 Van logic: 33

7.1 Van OR (van con thoi): 33

7.2 Van AND (van 2 áp lực) 34

7.8 Van trì hoãn thời gian: 34

7.8.1 Van trì hoãn thời gian thường đóng: 34

9 Van áp suất: 35

9.1 Van an toàn: 35

9.2 Van tràn: 36

9.3 Van điều chỉnh áp suất: 36

9.4 Rơ le áp suất: 38

Trang 5

5

10 Van xả nhanh: 38

11 Van chân không: 39

12 Van kiểm tra: (Van một chiều) 40

13 Van tuần tự: 40

14 Cảm biến bằng tia: 41

14.1 Cảm biến bằng tia rẽ nhánh: 41

14.2 Cảm biến bằng tia phản hồi 41

14.3 Cảm biến bằng tia qua khe hở: 41

II Thực hành: 42

1 Công tác chuẩn bị: 42

1.1 Nghiên cứu sơ đồ: 42

1.2 Thiết bị: Các phần tử khí nén 43

1.3 Vật tư: Ống dẫn khí 43

1.4 Dụng cụ: Kéo cắt ống dẫn khí 43

2 Trình tự thực hiện: 43

2.1 Lựa chọn các phần tử khí nén: 43

2.2 Bố trí các phần tử: 43

2.3 Lắp đặt mạch: 43

2.4 Kiểm tra mạch: 43

2.5 Cấp nguồn vận hành: 43

BÀI 3: THIẾT KẾ MẠCH KHÍ NÉN 44

1 Biểu diễn chức năng của quá trình điều khiển 44

1.1 Biểu đồ trạng thái: 44

1.2 Sơ đồ chức năng 45

1.3 Lưu đồ tiến trình 49

2 Các phương pháp điều khiển 50

2.1 Điều khiển bằng tay 51

2.2 Điều khiển tùy động theo thời gian 53

2.3 Điều khiển theo tầng: 55

3 Một số kí hiệu trong hệ thống khí nén 60

3.1 Tác động do con người: 63

3.2 Tác động bằng cơ khí: 64

3.3 Tác động bằng khí nén: 64

3.4 Tác động bằng nam châm điện: 64

BÀI 4: CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN-KHÍ NÉN 67

1 Khái niệm 68

2 Nút nhấn: 69

2.1 Nút ấn đóng thường mở 69

2.2 Nút ấn đóng thường đóng 69

2.3 Nút ấn chuyển mạch sẽ chuyển trạng thái của mạch 69

2.4 Công tắc( nút nhấn duy trì): 70

3 Rơ le: 71

3.1 Rơ le đóng mạch ( công tắc tơ): 71

3.2 Rơle điều khiển ( rơle trung gian): 72

3.3 Rơle thời gian tác động muộn( Timer ON): 72

3.4 Rơle thời gian nhả muộn (Timer OFF): 72

Trang 6

6

4.Van điện từ 3/2 không duy trì ( một trạng thái): 74

4.1 Van điện từ 5/2 không duy trì ( một trạng thái): 75

4.2 Van điện từ 5/2 duy trì ( hai trạng thái): 76

5 Công tắc hành trình 76

6 Cảm biến 78

6.1 Cảm biến cảm ứng từ 78

6.2 Cảm biến điện dung 79

6.3 Cảm biến quang điện 80

II Thực hành: 81

1 Công tác chuẩn bị: 81

1.1 Nghiên cứu sơ đồ mạch: 81

1.2 Lựa chọn thiết bị 82

1.3 Vật tư 82

2 Trình tự thực hiện 82

2.1 Lựa chọn thiết bị, kiểm tra thiết bị 82

2.2 Bố trí thiết bị 82

2.3 Đấu mạch điện – khí nén 83

2.4 Kiểm tra mạch 83

2.5 Cấp nguồn cho mạch vận hành 83

BÀI 5: LẮP ĐẶT MẠCH MÁY DẬP 83

1 Kiến thức lý thuyết: 84

2 Công tác chuẩn bị 85

2.1 Nghiên cứu sơ đồ mạch 85

2.2 Thiết bị 85

2.3 Vật tư 85

2.4 Dụng cụ 86

3 Trình tự thực hiện .86

3.1 Lựa chọn, kiểm tra các phần tử 86

3.3 Lắp đặt mạch 87

3.5 Vận hành mạch 87

4 Các sai hỏng thường gặp- nguyên nhân và cách khắc phục: 88

BÀI 6: LẮP ĐẶT MẠCH MÁY LẮP RÁP 88

2.2 Thiết bị 91

2.3 Vật tư 91

2.4 Dụng cụ 92

Trang 7

7

BÀI 7: LẮP ĐẶT MẠCH MÁY KHOAN 94

1 Kiến thức lý thuyết 95

2.2 Thiết bị 97

2.3 Vật tư: 98

2.4 Dụng cụ: 3 Trình tự thực hiện: 98

3.1 Lựa chọn, kiểm tra các phần tử: 98

BÀI 8: LẮP ĐẶT MẠCH MÁY KHOAN DOA 100

2.2 Thiết bị 104

2.3 Vật tư 105

2.4 Dụng cụ 105

CHƯƠNG TRÌNH MÔ ĐUN

(Ban hành kèm theo Quyết định số /QĐ–CĐKTCN ngày tháng năm của Hiệu

trưởng Trường Cao đẳng Kỹ thuật Công nghệ Bà Rịa – Vũng Tàu)

Tên mô đun: Điện khí nén

Trang 8

8

Mã mô đun: MĐ 18

Thời gian thực hiện mô đun: 60 giờ; (Lý thuyết: 30 giờ; Thực hành, thí nghiệm,

thảo luận, bài tập: 25 giờ; Kiểm tra: 5 giờ)

I Vị trí, tính chất của mô đun:

- Vị trí: Mô đun này cần phải học sau khi đã học xong các mô đun cơ sở và nên học

sau mô đun An toàn điện, Đo lường điện, Khí cụ điện, Trang bị điện, Kỹ thuật cảm biến

- Tính chất: Là môn học chuyên môn nghề, thuộc môn học nghề bắt buộc

II Mục tiêu mô đun:

Về kiến thức:

- Biết được phạm vi ứng dụng, ưu và nhược điểm của hệ thống truyền động khí nén

- Biết được quy trình cung cấp và xử lý khí nén

- Giải thích được nguyên lý làm việc của các phần tử trong hệ thống khí nén – điện khí nén

- Phân tích được mạch điều khiển của các hệ thống khí nén – điện khí nén

Về kỹ năng:

- Sử dụng được các phần tử trong hệ thống khí nén – điện khí nén

-Thiết kế được mạch điều khiển Khí nén, Điện khí nén

-Thực hiện các bài tập ứng dụng về điện khí nén đảm bảo đúng, trình tự, an toàn cho người và thiết bị

Về năng lực tự chủ và trách nhiệm:

Người học có khả năng làm việc độc lập hoặc làm nhóm, có tinh thần hợp tác, giúp đỡ lẫn nhau trong học tập và rèn luyện, có ý thức tự giác, tính kỷ luật cao, tinh thần trách nhiệm trong công việc

BÀI MỞ ĐẦU: CƠ SỞ LÝ THUYẾT KHÍ NÉN Giới thiệu

Sau khi học xong bài học này, người học có khả năng trình bày được các khái niệm phương trình và công thức tính toán hệ thống khí nén

Mục tiêu:

- Biết được thành phần hóa học của không khí

- Biết được các đơn vị đo áp suất

Trang 9

9

- Biết được ứng dụng khả năng ứng dụng của khí nén

- Phân tích được ưu nhược điểm của hệ thống truyền động bằng khí nén

thống khí nén trong không khí là loại hỗn hợp bao gồm những thành phần chính sau:

Hình 1.1 Phần trăm các chất khí của không khí

Hơi nước và các loại khí khác: 1%

Ngoài hơi nước không khí còn có bụi, chính nhưng thành phần đó gây ra cho các thiết bị khí nén bị ăn mòn, sự gỉ,

Vì vậy phải có những biện pháp hay thiết bị để loại trừ hoặc giới hạn đến mức thấp nhất những thành phần đó trong hệ thống

1.2 Đơn vị đo trong hệ thống:

1.2.1 Định nghĩa các loại áp suất

- Áp suất khí quyển: là áp suất không khí tại mực nước biển

đơn vị đo: 760mmhg = 1,013 bar

- Áp suất tương đối: là áp suất chất khí so với áp suất khí quyển (p=0)

- Áp suất tuyệt đối: là áp suất chất khí có kể đến áp suất khí quyển

(p=14,5 psi)

ptuyệt đối = p tương đối + pkhí quyển

1.2.2 Các đơn vị đo áp suất không khí theo tiêu chuẩn iso

N/m2, kN/m2 , pa, kpa

1.2.3 Các đơn vị thường dùng: kg/cm 2 , bar

1.2.4 Đơn vị áp suất: kN/m 2 , kpa, bar, kg/cm 2 , psi

1 bar = 100kpa = 100kN/m2 = 14,5psi

Trang 10

10

2.Phương trình trạng thái nhiệt động học:

Giả thiết là khí nén trong hệ thống gần như là lý tưởng Phương trình trạng thái nhiệt tổng quát của khí nén:

Trong đó:

pabs: áp suất tuyệt đối (bar) V: thể tích khí nén (m3) m: khối lượng (kg) R: hằng số nhiệt (J/ kg.K) T: Nhiệt độ Kelvin (K)

2.1 Định luật Boyle- Mariotte:

Khi nhiệt độ không thay đổi (T = hằng số), theo phương trình nhiệt tổng quát (1-1)

ta có:

Nếu gọi:

V1(m3) thể tích khí nén tại thời điểm áp suất p1

V2(m3) thể tích khí nén tại thời điểm áp suất p2

p1abs (bar) áp suất tuyệt đối khí nén có thể tích V1

p2abs (bar) áp suất tuyệt đối khí nén có thể tích V2

Theo phương trình 1-2 ta có:

Hình 1.2: Biểu diễn sự phụ thuộc áp suất và thể tích khi nhiệt độ thay đổi là đường

cong parabol

2.2 Định luật 1 Gay – Lussac:

Khi áp suất không thay đổi (p = hằng số), theo

phương trình 1-1 ta có:

Trong đó:

T1: nhiệt độ tại thời điểm có thể tích V1 (K)

T2: nhiệt độ tại thời điểm có thể tích V2 (K)

Hình 1.3: Biểu diễn sự thay đổi thể tích khi áp suất là hằng số Năng lương nén và năng lượng giãn nở không khí được tính theo phương trình:

W = p(V2 – V1)

2.3 Định luật 2 Gay – Lussac:

Khi thể tích V thay đổi, theo phương trình

(1-1) ta có:

P(bar )

V (m3)

8

4

1 2

8 4

Hình 1.2: Sự phụ thuộc áp suất và thể tích khi nhiệt độ không đổi

P(ba r)

V(m3)

Trang 11

3.1 Trong lĩnh vực điều khiển:

Hệ thống điều khiển khí nén được sử dụng ở những lĩnh vực có khả năng nguy hiểm nhiều như: cháy, nổ, … VD: Các thiết bị phun sơn, các loại đồ gá, kẹp chi tiết, plastic hoặc dược sử dụng trong lĩnh vực sản xuất các thiết bị điện tử Ngoài ra hệ thống điều khiển bằng khí nén được sử dụng trong các dây chuyền rửa xe tự động, trong các thiết bị vận chuyển và kiểm ra lò hơi, thiết bị mạ điện, đóng gói bao bì và trong công nghiệp hóa chất…

3.2 Trong hệ thống truyền động:

- Các dụng cụ, thiết bị máy va đập: Máy khai thác đá, khai thác than, xây dựng hầm

mỏ, đường hầm…

- Trong truyền động quay: Các động cơ quay với công suất lớn, mặc dù giá thành gấp

10 đến 15 lần so với động cơ điện có cùng công suất nhưng thể tích và trọng lượng nhỏ hơn 30% Như dụng cụ văn vít M4÷ M30, máy khoan có công suất khoảng 3,5

kw, máy mài có công suất khoảng 2,5 kw Cũng như những máy mài với công suất nhỏ, nhưng với số vòng quay cao 100.000 vòng/ phút thì khả năng sử dụng động cơ truyền động bằng khí nén là phù hợp

-Truyến động thẳng: Được sử dụng trong các đồ gá kẹp, các thiết bị đóng gói, máy gia công gổ, trong các thiết bị làm lạnh, cũng như trong các hệ thống phanh hãm ôtô

- Trong các hệ thống đo và kiểm tra, trong các hệ thống vận chuyển xi măng, kiểm tra chất lượng sản phẩm

* Một số ứng dụng của khí nén:

Trang 12

- Có khả năng truyền tải năng lượng xa, bởi vì độ nhớt động học của khí nén nhỏ và tổn thất áp suất trên đường dẫn ít

- Đường dẫn khí ra (khí thải) không cần thiết

- Chi phí thấp để thiết lập một hệ thống truyền động bằng khí nén

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

4.2 Nhược điểm:

Hình 1.6: Hệ thống lắp ráp

Hình 1.8: Dụng cụ cầm tay khoan tay

Trang 13

13

- Lực truyền tải trọng nhỏ

- Khi tải trọng hệ thống thay đổi, thì vận tốc truyền cũng thay đổi, vì khả năng đàn hồi của khí lớn, do đó không thể thực hiện được những chuyển động quay đều

- Khí thoát ra nhanh gây ra tiếng ồn

- Do đó, hiện nay trong lĩnh vực điều khiển người ta thường kết hợp hệ thống điều khiển bằng khí nén với cơ khí hoặc khí nén với điện, điện tử do vậy rất khó xác định được một cách chính xác ưu, khuyết điểm của từng hệ thống điều khiển

CÂU HỎI BÀI TẬP BÀI MỞ ĐẦU

1 Khí nén là gì? Điều khiển khí nén được thiết kế với mục đích gì? Hãy nêu một số ứng dụng của hệ thống điều khiển khí nén?

2 Nêu các định luật của khí nén?

3 Ưu nhược điểm của hệ thống điều khiển khí nén?

4 Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, khí nén có bị lạc hậu không? Vì sao?

BÀI 1: CUNG CẤP VÀ XỬ LÝ KHÍ NÉN Giới thiệu:

Sau khi học xong bài học này, người học có khả năng trình bày được các nguyên lý hoạt động, ưu điểm và nhược điểm của hệ thống cung cấp và phân phối khí nén

Mục tiêu:

- Biết được nhiệm vụ của hệ thống cung cấp và phân phối khí nén

- Nguyên lý hoạt động, ưu nhược điểm của các loại máy nén khí, các bộ bảo dưỡng, các phương pháp xử lý khí nén

- Phân tích được các quá trình xử lý khí nén

- Rèn luyện tính chính xác, chủ động, sáng tạo và khoa học, nghiêm túc trong học tập

và trong công việc

Trang 14

14

Nội dung chính:

1 Máy nén khí:

Máy nén khí phân ra làm 2 loại: (theo nguyên lý hoạt động)

Nguyên lý thay đổi thể tích:

Không khí được dẫn vào buồng chứa, ở đó thể tích của buồn chứa sẽ nhỏ lại Như vậy theo định luật Boyle – Mariotte áp suất trong buồn chứa sẽ tăng lên

Nguyên lý động năng:

Không khí được dẫn vào buồng chứa,ở đó áp suất khí nén được tạo ra bằng động năng của bánh dẫn Nguyên tắc hoạt động này tạo ra lưu lượng và công suất rất lớn

1.1 Máy nén khí kiểu piston:

Trong doanh nghiệp, các máy nén piston được sử dụng rộng rãi cho cả nén khí và làm lạnh Các máy nén khí này hoạt động trên nguyên lý của bơm xe đạp và được đặc trung bởi sự ổn định của lưu lượng khi áp suất đẩy thay đổi năng suất của máy tỷ lệ thuận với tốc độ Tuy nhiên công suất của máy nén lại thay đổi

- Máy nén nằm ngang cân bằng đối xứng sử dụng trong khoảng công suất từ 200–

5000 cfm (foot khối/ phút) được sử dụng với nhiều cấp và lên tới 10.000cfm với các thiết kế một cấp

- Máy nén khí piston là loại máy nén khí tác động đơn nếu quá trình nén chỉ sử dụng một phía của piston Nếu máy nén sử dụng cả 2 phía của piston là máy nén tác động kép

- Máy nén một cấp là máy nén có quá trình thực hiện bằng một xylanh đơn hoặc một

số xylanh song song

1.1.2 Nguyên lý hoạt động:

Hình 2.1: Mặt cắt của máy nén piston

Trang 15

15

Hình 2.2 Máy nén khí kiểu piston

Không khí sau khi qua bộ lọc khí và được nén ở thân máy nén khí nhờ các van đóng và mở trên đầu piston, sau đó được đẩy vào bình chứa Để có thể nén đến áp suất

từ từ 15bar người ta thường sử dụng Máy nén khí kiểu piston 2 cấp hoặc nhiều cấp Tuy nhiên vì không khí được nén nhiều lần do đó chúng phải có bộ phận làm mát trung gian bằng nước hay bằng không khí

1.1.3 Ưu – nhược điểm:

- Cứng vững

- Hiệu suất cao

- Bảo quản đơn giản

- Gây ra các hiện tượng dao động đáng kể như: tiếng ồn lớn

- Tạo ra khí nén theo xung và thường có dầu

* Một số máy nén khí kiểu pittông được sử dụng trong thực tế:

Trang 16

16

1.2 Máy nén khí kiểu cánh gạt:

1.2.1 Cấu tạo máy nén khí kiểu cánh gạt

Máy nén khí kiểu cánh gạt bao gồm: Thân máy, mặt bích thân máy, mặt biwchs trục, rôto lắp trên trục Trục và rôto lắp lệch têm so với bánh dẫn truyền động Khi rôto quay tròn, dưới tác dụng của lực ly tâm các bánh gạt chuyển động tự do trong các rãnh

ở trên rôto và các đầu cánh gạt tựa vào bánh dẫn chuyển động Thể tích giới hạn giữa các bánh gạt sẽ bị thay đổi Như vậy quá trình hút và nén được thực hiện

Để làm mát khí nén, trên thân máy có các rãnh để dẫn nước vào làm mát Bánh dẫn được bôi trơn và quay tròn trên thân máy để giảm bớt sự hao mòn khi các cánh tựa vào nhau

1.2.2 Nguyên lý làm việc của máy nén khí kiểu cánh gạt:

Hình 2.7: Mặt cắt của máy nén khí kiểu cánh gạt

Trang 17

- Lưu lượng và hằng số khí không bị xung

- Hiệu suất nhiệt động học kém hơn kiểu piston

- Khí nén thông thường bị nhiễm dầu

* Một số máy nén khí kiểu cánh gạt được sử dụng trong thực tế:

Hình 2.7: Nguyên lý làm việc của máy nén khí kiểu cánh gạt

Hình 2.8: Máy nén khí kiểu cánh gạt

Trang 18

18

1.3 Máy nén khí kiểu trục vít:

1.3.1 Cấu tạo máy nén kiểu trục vít

Máy nén khí trục vít có khoảng năm 1950 và đã chiếm một thị trường lớn trong lĩnh vực nén khí, loại máy nén khí này có vỏ đặc biệt bao bọc quanh hai trục vít, một lồi, môt lõm

Máy nén khí kiểu trục vít hoạt động theo nguyên lý thay đổi thể tích Máy nén khí trục vít gồm hai trục: Trục chính và trục phụ Các răng của hai trục vít ăn khớp với nhau và số răng trục vít lồi ít hơn số răng trục vít lõm từ 1 đến 2 răng, hai trục vít phải quay đồng bộ với nhau

Hình 2.9: Máy nén khí kiểu trục vít

Hai rotor có trục đặt song song (1 rotor có 4 răng và rotor còn lại có 6 rãnh) Hoạt động theo nguyên lý thay đổi thể tích Thể tích khoảng trống giữa các răng sẽ thay đổi khi trục vít quay được 1 vòn Như vậy sẽ tạo ra quá trình hút (thể khí khoảng trống tăng lên), quá trình nén ( thể tích khoảng trống nhỏ lại)Và cuối cùng là quá trình đẩy

1.3.3 Ưu- khuyết điểm:

- Không khí sạch và không bị xung

- Rất tin cậy: tuổi thọ của máy cao ( 15.103 đến 40.103 h)

* Một số máy nén khí kiểu trục vít được sử dụng trong thực tế:

Hình 2.10: Máy nén khí kiểu trục vít lưu động

Trang 19

19

1.4 Máy nén khí kiểu Root:

1.4.1 Cấu tạo:

Máy nén khí kiểu root gồm có 2 hoặc 3 cánh quạt (Pittông có dạng hình số 8)

Hình 2.11: Máy nén khí kiểu root

Các piston được quay đồng bộ bằng bộ truyền động ở ngoài thân máy, trong quá trình quay không tiếp xúc nhau Như vậy khả năng hút của máy phụ thuộc vào khe hở giữa 2 piston, ke hở giữa phần quay và thân máy

1.4.3 Ưu – khuyết điểm:

- Khí nén tạo ra không bị xung và ít bị nhiễm dầu

- Ít tạo ra dao động

- Có độ mòn giữa các răng và xy lanh

1.5 Máy nén khí kiểu Turbin:

1.5.1 Cấu tạo của máy nén khí kiểu ly tâm:

Máy nén khí ly tâm sử dụng đĩa xoay hình cánh quạt hoặc bánh đẩy để ép khí vào phầm rìa của bánh đẩy làm tăng tốc độ của khí Bộ phận khuếch tán của máy sẽ chuyển đổi năng lượng của tốc độ thành áp suất Máy nén khí ly tâm thường sử dụng trong ngành công nghiệp nặng và trong môi trường làm việc liên tục Chúng thường được lắp cố định Công suất của chúng có thể từ hàng trăm đến hàng ngàn mã lực Với

hệ thống làm việc gồm nhiều máy nén khí ly tâm, chúng có thể tăng áp lực đầu ra hơn

10000 lbf/in² (69 MPa)

Nhiều hệ thống làm tuyết nhân tạo sử dụng loại máy nén này Chúng có thể sử dụng động cơ đốt trong, bộ nạp hoặc động cơ tua-bin Máy nén khí ly tâm được sử dụng trong một động cơ tua-bin bằng gas nhỏ hoặc giống như là tầng nén khí cuối cùng của động cơ tua-bin gas cỡ trung bình

Trang 20

1.5.3 Ưu – khuyết điểm:

- Khí nén có lưu lượng tốt

- Các răng trên stator di động cho phép chỉnh được lưu lượng

- Tuổi thọ cao ít đòi hỏi bảo trì

- Hiệu suất cao

ống dẫn và các phần tử trong hệ thống điều khiển

Do vậy khí nén được sử dụng trong kỹ thuật nhất thiết phải được xử lý, mức độ

xử lý phụ thuộc vào phương pháp xử lý và phạm vi ứng dụng

Trang 21

21

2.2 Phương pháp xử lý khí nén:

Hình 2.13: Các giai đoạn xử lý khí nén

2.2.1 Bình ngưng tụ- làm lạnh bằng không khí (bằng nước):

Khí nén sau khi ra khỏi máy nén khí sẽ được dẫn vào bình ngưng tụ Tại đây áp suất khí nén sẽ được làm lạnh và phần lớn lượng hơi nước chứa trong không khó sẽ được ngưng tụ và tác ra

Làm lạnh bằng không khí, nhiệt độ khí nén trong bình ngưng tụ sẽ đạt được

trong khoảng từ 300C đến 350C Làm lạnh bằng nước (nước làm lạnh có nhiệt độ100C) thì nhiệt độ trong bình ngưng tụ sẽ đạt được là 200C

Trang 22

22

Hình 2.14 Nguyên lý hoạt động của bình ngưng tụ bằng nước

2.2.2 Thiết bị sấy khô bằng chất làm lạnh:

Nguyên lý của phương pháp sấy khô bằng chất làm lạnh là: khí nén đi qua bộ phận trao đổi nhiệt khí- khí Tại đây, dòng khí nén vào sẽ được làm lạnh sơ bộ bằng dòng khí nén đã được sấy khô và xử lý từ bộ ngưng tụ đi lên

Sau khi được làm lạnh 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 cho dòng khí nén chuyển động đảo chiều trong những ống dẫn Nhiệt độ hóa sương ở đây là 20C Như vậy lượng hơi nước trong dòng khí nén vào sẽ được ngưng tụ

Dầu, nước, chất bẩn sau khi được tách ra khỏi dòng khí nén sẽ được đưa ra ngoài qua van thoát nước ngưng tụ tự động(4) Dòng khí nén được làm sạch và còn lạnh sẽ được đưa đến bộ phận trao đổi nhiệt (1) để nâng nhiệt độ lên khoảng từ 60C đến 80C trước khi đưa vào sử dụng

Chu kỳ hoạt động của chất làm lạnh được thực hiện bằng máy nén để phát chất làm lạnh (5) Sau khi chất làm lạnh được nén qua máy nén, nhiệt độ sẽ tăng lên, bình ngưng tụ(6) sẽ có tác dụng làm nguội chất làm lạnh đó bằng quạt gió Van điều chỉnh lưu lượng (8) và rơle nhiệt độ(7) có nhiệm vụ điều chỉnh dòng lưu lượng chất làm lạnh hoạt động trong khi có tải, không tải và hơi quá nhiệt

1 – Van an toàn

2 – Hệ thống ống dẫn nước lạnh

3 – Nước làm lạnh được dẫn vào

4 – Khí nén sau khi được làm lạnh

5 – Tách nước chứa trong khí nén

6 – Nước làm lạnh đi ra

7 – Khí nén được dẫn vào từ máy nén khí

Trang 23

23

Hình 2.15 Thiết bị sấy khô bằng chất làm lạnh

2.2.3 Thiết bị sấy khô bằng chất hấp thụ

Sấy khô bằng chất hấp thụ có thể là quá trình vật lý hay quá trình hóa học

- Quá trình vật lý: Chất sấy khô hay gọi là chất háo nước sẽ hấp thụ lượng hơi nước ở trong không khí ẩm Thiết bị gồm 2 bình Bình thứ nhất chứa chất sấy khô và thực hiện quá trình hút ẩm Bình thứ hai tái tạo lại khả năng hấp thụ của chất sấy khô Chất sấy khô thường được sử dụng: silicagen SiO2, nhiệt độ điểm sương -500C, tái tạo từ 1200C đến 1800C

Hình 2.16 Thiết bị sấy khô bằng chất hấp thụ

Nguyên lý hấp thụ bằng quá trình vật lý:

Quá trình hóa học: Thiết bị gồm 1 bình chứa chất hấp thụ (thường dùng là NaCl)

Không khí ẩm được đưa vào cửa (1) đi qua chất hấp thụ (2) Lượng hơi nước trong không khí kết hợp với chất hấp thụ tạo thành giọt nưosc lắng xuống đáy bình Phần nước ngưng tụ được dẫn ra ngoài bằng van (5) Phần không khí khô sẽ theo cửa (4) vào hệ thống

1 – Bộ phận trao đổi nhiệt khí – khí

2 – Bộ phận trao đổi nhiệt khí – chất làm lạnh

3 – Bộ phận kết tủa

4 – Van thoát nước ngung tụ tự động

5 – Máy nén của bộ phận làm lạnh

6 – Bình ngưng tụ

7 – Rơ le điều chỉnh nhiệt độ

8 – Van điều chỉnh lưu lượng chất làm lạnh

Trang 24

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

- Phần tử lọc xốp làm bằng các chất như: vảy dây kim loại, giấy thấm ướt, kim loại thiêu kết hay là vật liệu tổng hợp

2.3.2 Van điều chỉnh áp suất:

Trang 25

25

Hình 2.19 Van điều chỉnh áp suất

Van điều chỉnh áp suất có công dụng giữ áp suất được điều chỉnh không đổi, mặc

dù có sự thay đổi bất thường của tải trọng làm việc ở phía đường ra hoặc sự dao động của áp suất ở đường vào van

2.3.3 Van tra dầu:

Để giảm 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 thêm van tra dầu.( Nguyên tắc tra dầu thực hiện theo nguyên lý tra dầu Venturi)

Hình 2.20 Van tra dầu

CÂU HỎI BÀI TẬP BÀI 1

1 Máy nén khí hoạt động chủ yếu theo nguyên lý nào?

2 Hãy kể tên một số máy nén khí đã học, trình bày cấu tạo, nguyên lý hoạt động Ưu nhược điểm của từng loại?

3 Tại sao khí nén cho ra từ máy nén khí lại không đêm sử dụng trực tiếp được mà phải qua quá trình xử lý?

BÀI 2: CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG KHÍ NÉN Giới thiệu:

Trang 26

- Lắp đặt và vận hành được các loại van

- Rèn luyện tính chủ động, tư duy khoa học, nghiêm túc trong học tập và trong công việc

Nội dung chính:

I Kiến thức lý thuyết:

1 Khái niệm:

Một hệ thống điều khiển thông thường bao gồm các phần tử sau:

- Nguồn: đây là nguồn khí nén với áp suất làm việc ( 6- 8 bar)

- Phần tử đưa tín hiệu vào: nhận những giá trị của tín hiệu vào, cũng là phần tử đầu tiên của mạch như: nút nhấn, công tắc hành trình, cảm biến,…

- Phần tử xử lý tín hiệu: tín hiệu vào được xử lý theo quy tắc logic xác định, làm thay đổi trạng thái của phần tử điều khiển như: Van tiếc lưu, van logic AND hoặc OR

- Phần tử điều khiển: điều khiển dòng năng lượng theo yêu cầu, thay đổi trang thái của

cơ cấu chấp hành như: Van đảo chiều, ly hợp

- Cơ cấu chấp hành: làm thay đổi trang thái của đối tượng điều khiển, là đại lượng ra của mạch điều khiển như; xy lanh, động cơ

2 Cơ cấu chấp hành:

2.1 Xy lanh:

- Xy lanh tác động một phía phục hồi bằng lò xo (xy lanh tác động đơn phục hồi bằng lò xo)

Hình 3.1 Cấu tạo và ký hiệu của xy lanh tác động đơn phục hồi bằng lò xo

- Xy lanh tác động 2 phía, piston có một trục

Trang 28

28

Hình 3 3 Động cơ khí nén

3 Van đảo chiều:

Van đảo chiều có nhiệm vụ điều khiển dòng năng lượng bằng cách đóng – mở hay chuyển đổi vị trí để thay đổi hướng của dòng năng lượng

Trang 29

Hình 3 5 Cấu tạo và ký hiệu Van đảo chiều không duy trì 3/2

3.2 Van đảo chiều duy trì 5/2:

Hình 3 6 Cấu tạo và ký hiệu Van đảo chiều duy trì 5/2

Trang 30

Hình 3 7 Ký hiệu nút nhấn 3/2 thường đóng không duy trì

- Nút nhấn 3/2 thường mở không duy trì :

Hình 3 9 Ký hiệu Nút nhấn 5/2 không duy trì

- Nút nhấn 5/2 duy trì.( công tắc )

5

13

Hình 3 10 Ký hiệu nút nhấn 5/2 duy trì

Trang 31

31

5 Công tắc hành trình:

- Công tắc hành trình tác động hai chiều:

Hình 3 11 Công tắc hành trình tác động hai chiều

Trang 32

Hình 3 16 Ký hiệu công tắc hành trình tác động một chiều thường mở

6 Van tiếc lưu:

100%

Hình 3 17 Cấu tạo và ký hiệu van tiết lưu 2 chiều

Trang 33

33

100%

Hình 3 18 Cấu tạo và ký hiệu van tiết lưu 1 chiều

Van tiếc lưu có nhiệm vụ điều chỉnh lưu lượng dòng chảy, tức là điều chỉnh vận tốc hoặc thời gian chạy của cơ cấu chấp hành Nguyên lý làm việc của van tiếc lưu là lưu

lượng dòng chảy qua van phụ thuộc vào sự thay đồi tiết diện

Trang 34

34

Van này có 2 cổng vào E1, E2, và 1 cổng ra A Khi E1 làm việc thì E2 bị đóng( do dòng khí nén đẩy viên bi hoặc màng chắn) Lúc này khí nén từ E1 đến A rồi đến các cơ cấu điều khiển Khi cổng E2 làm việc thì cổng E1 đóng lại, khí nén từ E2 đến A rồi đến các cơ cấu điều khiển

Van này dùng để điều khiển các tín hiệu từ các vị trí khác nhau

7.2 Van AND (van 2 áp lực)

2

Hình 3.20 Cấu tạo và ký hiệu Van AND (van 2 áp lực)

Van này có 2 cổng vào E1, E2, và 1 cổng ra A.khi khí nén ra cổng A thì phải tác động cùng lúc 2 cổng E1 và E2 trong trường hợp áp suất ở 2 ổng khác nhau ,thì dòng

áp suất khí nén đến cổng A từ cổng có áp suất nhỏ hơn, còn cổng có áp suất nhỏ hơn

bị khóa lại Van này dùng để điều khiển tín hiệu hóa đảm bảo an toàn khi làm việc

2.8 Van trì hoãn thời gian:

2.8.1 Van trì hoãn thời gian thường đóng:

Trang 35

Hình 3 21 Cấu tạo và ký hiệu Van hoãn thời gian thường đóng

Van này bao gồm van 3/2 nối với bình chứa khí và van tiếc lưu 1 chiều Thời gian

trì hoãn được cài đặt tờ 0 đến 30s bình chứa dùng để tăng thời gian trì hoãn Dòng khí nén đi vào van tiếc lưu 1 chiều đến bình chứa khí, khi đạt đến áp suất điều chỉnh thì dòng khí nén tác động vào van 3/2 làm cho cổng 1 thông với cổng 2 và khi đi vào xy

lanh điều khiển Kết quả là cổng 2 và cổng 3 bị ngắt sau thời gian trì hoãn

2.8.2 Van trì hoãn thời gian thường mở:

Tương tự như van trì hoãn thời gian 3/2 thường đóng, nhưng van này có van 3/2 thường mở Dòng khí nén đi qua van tiết lưu đến bình chứa khí, khi đạt áp suất điều chỉnh thì dòng khí nén tác động vào van 3/2 làm cổng 2 và cổng 3 thông nhau, khí thoát ra ngoài Kết quả là cổng 1 và cổng 2 bị ngắt sau một thời gian trì hoãn

Van an toàn có nhiệm vụ giữ cho áp suất lớn nhất mà hệ thống có thể tải

Khi áp suất lớn hơn áp suất cho phép của hệ thống thì dòng áp suất khí nén sẽ thắng lực lò xo và như vậy khí nén sẽ theo cửa R ra ngoài không khí

Trang 36

36

Hình 3 23 Cấu tạo van an toàn

- Ký hiệu van an toàn:

Hình 3 24 Ký hiệu van an toàn

9.2 Van tràn:

- Nguyên lý làm việc:

Nguyên tắc hoạt động của van tràn tương tự như van an toàn, nhưng khác ở chỗ là khi áp suất ở cửa P đạt được giá trị xác định thì cửa P nối với cửa A và nối với hệ thống điều khiển

Nguyên lý làm việc: khi điều chỉnh trục vít, tức là điều chỉnh vị trí của đĩa van

Trang 37

37

Trong trường hợp áp suất của đầu ra tăng so với áp suất được điều chỉnh, khí nén sẽ qua lỗ thông tác dụng lên màng, vị trí kim van sẽ thay đổi, khí nén sẽ qua cửa xả khí ra ngoài Đến khi áp suất ở đầu ra giảm xuống bằng áp suất được điều chỉnh thì kim van

sẽ trở về vị trí ban đầu

- Ký hiệu:

Hình 3 26 Ký hiệu van điều chỉnh áp suất

Hình 3 27 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của van điều chỉnh áp suât

Trang 38

Hình 3 28 Cấu tạo và ký hiệu của Rơ le áp suất

10 Van xả nhanh:

Hình 3 29 Cấu tạo và ký hiệu của van xả nhanh

Van này có 2 cổng vào 1, 2 và 1 cổng xả 3 Thì khí nén đi vào cổng 1 đẩy viên bi hoặc màng ngăn đóng cổng 3 lại, lúc này dòng khí nén đi qua cổng 2 tác động đến xy lanh đẩy piston duỗi ra Khi piston thụt vào, áp lực khí nén đẩy viên bi đóng cổng 1, lúc này cổng 2 và 3 thông nhau khí thoát ra ngoài Van này dùng để xả lượng khí lớn ra ngoài rất nhanh chóng nên tăng tốc độ thụt vào của piston

Trang 39

39

11 Van chân không:

Van chân không là cơ cấu có nhiệm vụ hút và giữ chi tiết bằng lực chân không, chân không được tạo ra bằng bơm chân không hay bằng nguyên lý ống venturi

Ký hiệu:

Hình 3 30 Cấu tạo và ký hiệu của van chân không

Ta có lực hút chân không:

Giới thiệu van chân không:

Bộ điều tốc chân không từ Van chân không VSMR Series khí nén về cơ bản làm việc theo nguyên lý của van chân không Ejector (Vacuum Cartridge) Được sử dụng nhiều trong công nghiệp dây chuyền tự động hóa, trong các cánh tay robot thời gian đáp ứng nhanh

Hình 3 31 Van chân không VSMR Series

- Độ chân không max: -26.5 inHg (-90kPa)

- Lưu lượng dòng chảy: 3 scfm (85 Nl/min)

Trang 40

40

- Nguồn khí cung cấp: 43~87 psi, max 101.5psi (4~6bar, max7bar)

- Lưu lượng khí tiêu thụ: 0.7 ~1.13 scfm (20~32 Nl/min)

- Kiểu khí cung cấp: khí khô

Định dạng
Số trang	109
Dung lượng	3,42 MB