Hệ thống khí nén

Hệ thống khí nén là tập hợp gồm nhiều thiết bị để tạo ra năng lượng từ khí tự nhiên hoặc từ các phản ứng hóa học và được tích trữ để sử dụng khi cần thiết. Vậy cụ thể hệ thống khí nén là gì? Cấu tạo hệ thống khí nén gồm những bộ phận nào? Ứng dụng của hệ thống khí nén? Tất cả sẽ được chúng tôi giải đáp chi tiết qua bài viết dưới đây, cùng tìm hiểu nhé!

Hệ thống khí nén là gì?

Đầu tiên, chúng ta cần hiểu khí nén là một dạng năng lượng được tạo ra từ các phản ứng hóa học được nén ở áp suất lớn hơn áp suất khí quyển. Mức độ nén của khí nén có thể lên đến mức tối đa là 3600psi do đó được ứng dụng phổ biến trong lĩnh vực sản xuất công nghiệp và phục vụ cuộc sống sinh hoạt hàng ngày.

Hệ thống khí nén chính là một hệ thống lưu trữ năng lượng khí và được nén lại để phục vụ cho nhu cầu sản xuất, hoạt động đời sống của con người. Hiểu một cách khác, hệ thống khí nén là tập hợp gồm nhiều thiết bị có khả năng tạo ra nguồn năng lượng từ khí tự nhiên hoặc qua các phản ứng hóa học để tạo thành khí nén. Sau đó, năng lượng sẽ được tích trữ và sử dụng khi cần thiết nhờ hệ thống dẫn khí.

Hệ thống khí nén là khí tự nhiên, không màu, không mùi, không cháy và không độc hại. Với thành phần chứa 22% oxy, 78% nito nên khá thân thiện với môi trường và hoàn toàn có thể thay thế các tài nguyên khác có nguy cơ cạn kiệt như: khí đốt, dầu khí, gas…

Cấu tạo hệ thống khí nén

Về cấu tạo, theo thống kê chung một hệ thống khí nén cơ bản sẽ gồm các bộ phận chính: máy nén khí, bình tích khí, máy ….

Tất cả sẽ được lắp ghép theo một sơ đồ logic nhất định.

Máy nén khí

Là một trong những bộ phận quan trọng nhất được mệnh danh là trái tim của hệ thống khí nén vì có chức năng trực tiếp sản sinh ra khí nén để cung cấp cho toàn bộ hệ thống làm việc. Máy nén khí được thiết kế đa dạng mẫu mã, kiểu dáng khác nhau và mỗi loại sẽ được ứng dụng trong những hệ thống khác nhau.

Tùy vào mục đích sử dụng để lựa chọn làm sao đảm bảo công suất và hệ thống vận hành tối ưu nhất. Dưới đây là một số loại máy nén khí được sử dụng phổ biến trong các hệ thống:

• Máy nén khí trục vít: gồm 2 loại có dầu và không dầu với cơ chế hoạt động sử dụng chuyển động tròn của trục vít để sản sinh ra khí nén. Ứng dụng trong hệ thống công nghiệp có công suất từ 5Hp – 500HP.
• Máy nén khí piston: hay còn gọi là máy nén khí chuyển động tịnh tiến với cơ chế vận hành sử dụng piston điều khiển bằng tay quay để sinh ra năng lượng khí nén. Ứng dụng trong ngành lắp ráp, dây chuyền tự động không liên tục với máy có công suất nhỏ từ 5HP – 30HP và trong dây chuyền tự động lớn với công suất 1000HP.
• Máy nén khí đối lưu: cơ chế hoạt động dùng cánh quạt để nén dòng lưu khí do đó được sử dụng trong những hệ thống cần chuyển động cao.
• Máy nén ly tâm: được ứng dụng nhiều trong ngành công nghiệp nặng vì cơ chế hoạt động dùng đĩa xoay để tăng tốc độ áp lực khí nén. Do vậy công suất tối đa có thể đạt đến hàng nghìn mã lực.
• Máy nén khí dòng hỗn hợp: Cơ chế vận hành tương tự máy nén khí ly tâm với bản chất tăng áp lực khí nén đầu ra.
• Máy nén khí dạng cuộn: hay còn gọi là dạng ốc xoắn, được chế tạo gồm 2 dạng có dầu và không dầu. Tuy nhiên về ứng dụng hiện nay loại máy nén khí này ít được sử dụng hơn các loại khác.

Đường dẫn khí – Ống dẫn khí nén

Đúng như tên gọi đường dẫn khí có chức năng lưu trữ khí và dẫn truyền khí từ đầu nguồn đến các thiết bị khác. Ưu điểm dẫn khí nhanh, linh hoạt, độ dài ngắn khác nhau. Đây cũng chính là bộ phận cầu nối giữa bình tích áp, máy nén, bồn chứa khí với vi lanh và các loại van công nghiệp: van bướm, van cổng… được lắp đặt bên trong hệ thống.

Về chất liệu, ống dẫn khí nén được chia thành 2 loại: ống dẫn khí cứng được làm bằng các kim loại có độ cứng cao như sắt, nhôm, đồng, gang. Ống dẫn khí mềm được sản xuất bằng chất liệu PU, PE hoặc PA. Khi lắp đặt, để kết nối ống dẫn khí với các thiết bị khác có thể sử dụng co nối nhựa với đa dạng kích cỡ, kiểu dáng, kiểu ren.

Bình chứa khí – Bình tích áp

Là bộ phận có chức năng chính là lưu trữ, chứa lượng khí mà máy nén tạo ra sau đó cung cấp cho hệ thống khí cần thiết. Chất liệu chế tạo bình chức khí: inox, thép không gỉ, thép thông thường có độ bền cao, chống ăn mòn tốt, chịu được điều kiện áp lực cao.

Ngoài ra, bình chứa khí còn có khả năng làm ngưng tụ tạp chất bên trong khí nén và tách nước trước khi cung cấp cho các thiết bị khác nhờ bộ lọc tách xả nước bên trong. Vì thông thường lượng khí nén được đưa vào để lưu trữ sẽ ở dạng thô còn lẫn nhiều tạp chất.

Bộ phận tách nước

Trong khí nén do thời tiết hoặc một vài yếu tố khách quan nào đó lượng nước trong khí nén tăng lên. Khi đi vào máy nén khí nhờ tác động của áp suất cao phần hơi nước sẽ phân tách ra và tạo thành hạt nước. Do đó bộ phận tách nước được lắp đặt có chức năng chính là tách nước trong khí nén trước khi đi vào ống dẫn khí để cung cấp cho các thiết bị khác. Thông thường chúng sẽ được lắp đặt trên đường ống để thu thập các hạt nước bên trong và được xả ra bên ngoài nhờ van tự động.

Bộ phận lọc khí nén

Nhiệm vụ loại bỏ, lọc hoàn toàn các tạp chất có trong khí nén như cát, nước, hạt kim loại, bụi bẩn, giấy loại… Mục đích đảm bảo khí nén có chất lượng tốt, độ sạch cao để đưa vào dây chuyền khí nén của các nhà máy, khu công nghiệp sản xuất thực phẩm, đồ uống, dược phẩm…

Phần khí nén sau khi được lọc sạch sẽ được điều chỉnh áp suất thông qua chỉnh áp sau đó được đưa sang bình dầu để được phun dầu dạng sương.

Hiện nay, bộ lọc khí nén được chia thành rất nhiều loại:

• Lọc nước, lọc nước có chỉnh áp
• Bộ lọc đôi: Lọc nước có chỉnh áp, bình dầu
• Bộ lọc ba: Bình dầu, chỉnh áp, lọc nước
• Bình dầu.

Xy lanh khí nén

Là bộ phận có vai trò biến chuyển năng lượng của khí nén thành động năng để thực hiện các nhiệm vụ: nâng, ép, nén, kéo…Xi lanh khí nén cũng được chia thành rất nhiều loại: xi lanh 1 chiều, xi lanh 2 chiều, xi lanh lớn, xy lanh tròn, xy lanh compact, xi lanh kẹp…

Thiết bị van công nghiệp

Là các loại van khí, van điện từ, van tiết lưu, van xả nhanh, van phân phối…với chức năng đóng, mở khí nén. Mục đích để cung cấp, phân chia, điều chỉnh lượng khí nén phục vụ cho các nhu cầu sử dụng khí nén. Thông thường trong các hệ thống khí nén được lắp đặt van điện từ vì khả năng đóng mở nhanh, tiện lợi, linh hoạt.

Van điều khiển khí nén là loại van được thiết kế phần thân là van cơ kết hợp với bộ điều khiển bằng khí nén để điều khiển quá trình đóng, mở của van.

Các phụ kiện hỗ trợ khác

Gồm các phụ kiện có chức năng hỗ trợ các thiết bị hoạt động: giảm thanh, mắt trâu, ốc vít, đồng hồ đo áp suất để kiểm soát áp suất của hệ thống, đầu Y, bộ bôi trơn khí nén để làm giảm ma sát cho các thiết bị khí nén và làm tăng tuổi thọ của thiết bị. Ngoài ra còn có bộ làm mát sơ bộ để làm mát khí nén trước khi cấp tới các thiết bị khác.

Ưu, nhược điểm của hệ thống khí nén

Ưu điểm:

• Nguồn khí nén chính là tài nguyên mới, xanh, thân thiện với môi trường, an toàn với con người.
• Quy trình sử dụng hệ thống khí nén không gây hại tới môi trường và con người xung quanh.
• Vận chuyển, truyền tải khí nén qua các ống dẫn có cộc bền cao, đảm bảo an toàn, không bị rò rỉ, tổn thất, hạn chế hao mòn.
• Tốc độ truyền động cao, độ chính xác cao, nhanh chóng, hiệu quả, đáp ứng tốt nhiều môi trường ứng dụng khác nhau.
• Bình chứa khí nén có tác dụng lưu trữ khí, giúp hệ thống khí nén vận hành ổn định, tránh tình trạng gián đoạn trong quá trình hoạt động.
• Không gây hỏa hoạn, nguy hiểm như cháy, nổ do làm việc trong điều kiện áp suất thấp, trung bình.
• Chi phí xây dựng có giá thành rẻ, hiệu quả cao, giúp doanh nghiệp nhanh thu hồi vốn.

Nhược điểm:

• Sau khi kết thúc chu trình hoạt động, lượng khí nén thoát ra ngoài sẽ có tiếng ồn khá lớn.
• Chỉ thích hợp với hệ thống nhỏ, công suất hoạt động trung bình, không quá lớn.

Một số sơ đồ lắp đặt hệ thống khí nén

Thông thường, hệ thống khí nén sẽ được lắp đặt theo 2 loại sơ đồ lắp đặt dưới đây:

Theo tiêu chuẩn:

• Sơ đồ lắp đặt hệ thống khí nén theo tiêu chuẩn thông thường

Thứ tự lắp đặt: máy nén khí, bình chứa khí, lọc sơ cấp, máy sấy khô khí, lọc tinh cuối cùng. Ưu điểm lắp đặt đơn giản, phù hợp với nhiều hệ thống hoạt động trong các nhà máy sản xuất dệt sợi, chế biến gỗ, lắp ráp linh kiện điện tử, may mặc… Nhiệt độ trung bình từ 3 – 10 độ C. Nhược điểm duy nhất là chất lượng khí nén đạt được không cao.

• Sơ đồ lắp đặt hệ thống khí nén theo tiêu chuẩn sạch

Ưu điểm chất lượng khí cao, sạch hơn và khô hơn vì được lắp đặt theo tiêu chuẩn sạch. So với loại thông thường có thêm máy sấy khí khô hấp thụ, do đó nhiệt độ điểm sương sẽ đạt mức – 20 đến -60 độ C. Máy nén khí được sử dụng trong sơ đồ này là loại có dầu hoặc không dầu.

• Sơ đồ lắp đặt hệ thống khí nén theo tiêu chuẩn DIN ISO 8573 CLASS 1

Sơ đồ lắp đặt này thường được áp dụng với hệ thống khí nén tại các nhà máy sản xuất bia, đồ uống, nước giải khát, thực phẩm. Ngoài ra cũng được ứng dụng trong ngành công nghiệp khí đốt, sản xuất hóa chất, thuốc lá, sản xuất nhựa, kỹ thuật cơ khí, xây dựng…

• Sơ đồ lắp đặt hệ thống khí nén theo tiêu chuẩn thổi chai PET

Thứ tự lắp đặt gồm: máy nén khí, bình chứa khí, lọc thô, máy sấy khí khô ngưng tụ, lọc tinh, máy tăng áp, lọc tinh lần 3. Máy nén khí ở vị trí đầu tiên, bình chứa khí có thể tích lớn phía sau để duy trì sự ổn định của khí nén.

Theo loại máy sấy khí

Thứ tự lắp đặt hệ thống máy sấy khí tác nhân lạnh: máy  nén khí, bình chứa khí, máy sấy khí, bộ lọc.

Thứ tự lắp đặt hệ thống máy sấy khí hấp thụ: máy  nén khí, bình chứa khí, lọc thô, máy sấy khí hấp thụ, bộ lọc tinh.

Một số lưu ý khi lắp đặt và sử dụng hệ thống khí nén

Đối với hệ thống khí nén khi lắp đặt để đảm bảo vận hành ổn định, linh hoạt, chính xác, đáp ứng tốt nhu cầu ứng dụng cân lưu ý một số vấn đề như sau:

• Đầu tiên, cần tính toán khối lượng công việc, thiết bị cần lắp đặt cùng mức độ cấp khí nén làm sao đáp ứng nhu cầu sử dụng.
• Nên lắp đặt trong phòng có mái che rộng rãi, có đủ ảnh sáng để tiện lợi cho việc quan sát, theo dõi, vận hành cũng như sữa chữa, bảo dưỡng khi cần thiết.
• Cần lắp thêm các thiết bị lọc cần thiết khi hệ thống có yêu cầu cao về độ sạch, chất lượng khí nén.
• Cần sử dụng một nguồn điện riêng thông thoáng, chống rò rỉ, giật điện cho hệ thống khí nén tránh tình trạng quá tải gây hư hỏng thiết bị.
• Với bộ phận máy nén khí nên đặt trên giá, tuyệt đối không được đặt trực tiếp xuống sàn.
• Khi có nhu cầu kiểm tra, vệ sinh hay bảo trì, bảo dưỡng hệ thống cần tắt nguồn điện và xả hết khí nén bên trong để đảm bảo an toàn.
• Cần tuân thủ tuyệt đối quy trình điều khiển của nhà sản xuất, không tự ý thay đổi cấu tạo của hệ thống khí nén.

Ứng dụng của hệ thống khí nén

Hiện nay, hệ thống khí nén được ứng dụng rộng rãi trong rất nhiều lĩnh vực, đặc biệt là trong công nghiệp. Dưới đây là một số ứng dụng điển hình thường gặp của hệ thống khí nén:

• Trong công nghiệp khai thác khoáng sản, than, kim loại… Khí nén có vai trò cung cấp không khí ở các độ sâu khác nhau cho các công nhân. Ngoài ra, sử dụng khí nén dưới các hầm khai thác sâu còn đảm bảo an toàn cao, chống cháy nổ.
• Trong ngành chế tạo tự động phục vụ các hoạt động chế tạo máy, sửa chữa với ưu điểm nhanh chóng, chính xác.
• Trong các nhà máy sản xuất, chế biến thực phẩm vì khí nén là một dạng năng lượng sạch, đảm bảo chất lượng vệ sinh an toàn thực phẩm.
• Trong công nghiệp xây dựng, thay thế sức người, giúp giảm chi phí nhân công, tăng hiệu quả công việc.
• Trong lĩnh vực y tế trong các bệnh viện với vai trò cung cấp oxy cho bệnh nhân, làm sạch thiết bị y tế…
• Trong ngành vui chơi, giải trí cũng sử dụng hệ thống khí nén để bơm hơi nóng bay, khinh khí cầu, làm hệ thống phanh cho tàu lượn, đu quay…

Kết luận

Bài viết trên đây là những thông tin cơ bản của chúng tôi để giải đáp cho câu hỏi hệ thống khí nén là gì? Hy vọng sẽ giúp các bạn hiểu thêm về hệ thống khí nén cũng như áp dụng vào thực tế một cách hiệu quả, chính xác, an toàn nhé.