Có nhiều loại máy nén khác nhau, chẳng hạn như máy nén cuộn, máy nén pittông, máy nén trục vít quay và máy nén ly tâm, nhưng chúng đều có chức năng giống nhau: nén khí.
Nhưng chính xác thì máy nén khí hoạt động như thế nào? Làm thế nào để không khí được nén khác nhau tùy thuộc vào loại máy nén? Và vấn đề lớn là gì?
Hãy bắt đầu với câu hỏi cuối cùng và giải quyết nó.
Kích thước của luồng không khí phụ thuộc vào mục đích sử dụng khí nén. Áp suất, vận tốc và chất lượng của không khí xung quanh là những yếu tố quan trọng nhất trong số này. Tất cả các máy nén đều nén không khí theo cách tương tự, nhưng quy trình cụ thể mà mỗi loại thực hiện để thực hiện việc đó là duy nhất. Loại máy nén bạn cần được xác định một phần bởi mục đích sử dụng khí nén, vì các biến thể nói trên có thể giới hạn các giá trị thực tế cho các kích thước khác nhau của luồng không khí mà chúng tạo ra.
Câu hỏi đầu tiên có thể được xem lại bây giờ khi chúng ta hiểu rõ hơn về lý do tại sao loại máy nén lại quan trọng. Nhưng trước khi đi sâu vào vấn đề đó, chúng ta hãy nhanh chóng kiểm tra xem máy nén khí lấy năng lượng từ đâu.
Nguồn năng lượng chính của máy nén
Khí nén có thể được sử dụng để cung cấp năng lượng cho nhiều loại công cụ và dụng cụ khác nhau, nhưng bản thân máy nén cần phải được cấp nguồn để hoạt động. Máy nén thường lấy điện từ các nguồn sau:
Máy nén ngoài trời nhỏ hơn thường được cung cấp bởi động cơ xăng. Thông thường, công suất của chúng nhỏ hơn 50 cfm (1,4 m3/phút), được đo bằng feet khối mỗi phút. Chúng được vận chuyển bằng tay (thường được đựng trong một hộp đựng kiểu vali khổng lồ có bánh xe).
Máy nén lớn hơn được sử dụng trong môi trường ngoài trời, chẳng hạn như xây dựng thương mại, thường được cung cấp bởi động cơ diesel. Bao gồm máy nén được lắp đặt cố định và không thể nối dây với ổ cắm điện. Nhiên liệu diesel có nhiều năng lượng trên mỗi thể tích hơn xăng, giúp động cơ diesel tiết kiệm nhiên liệu hơn.
Máy nén được sử dụng trong nhà được cung cấp năng lượng từ động cơ điện và các ứng dụng của chúng bao gồm từ các nhiệm vụ DIY đến các hoạt động công nghiệp quy mô lớn như chế tạo trong các nhà máy. Nguồn điện một pha thường được sử dụng cho máy nén trong gia đình và các cửa hàng nhỏ, trong khi nguồn điện ba pha được sử dụng cho các cửa hàng lớn hơn và các hoạt động công nghiệp.
Nén khí: Nguyên tắc cơ bản
Nạp, nén, lưu trữ tích hợp, làm mát tích hợp và xả là các giai đoạn chính của quá trình nén khí, mặc dù không phải tất cả các máy nén đều yêu cầu lưu trữ hoặc làm mát tích hợp.
1. Lượng vào
Tất nhiên, bước đầu tiên trong quá trình nén không khí là hút không khí vào. Van nạp khí cho phép không khí bên ngoài đi vào máy nén trong quá trình nạp.
Một bộ lọc thường được lắp đặt trước van nạp khí để bảo vệ máy nén khỏi các mảnh vụn và bụi.
2. Nén
Khí nén sau đó thoát ra khỏi buồng nén.
• Khi không khí bị nén, động năng của nguồn điện chuyển hóa thành thế năng.
Khi đề cập đến các loại máy nén, chúng ta sẽ xem xét kỹ hơn cách mỗi loại máy nén thực hiện được điều này, nhưng hiện tại, hãy biết rằng có hai ý tưởng cơ bản làm nền tảng cho tất cả các máy nén.
Sự dịch chuyển
Máy nén sử dụng chuyển vị dương hoặc chuyển vị động (đôi khi được gọi là chuyển vị không dương) để nén không khí thành một thể tích nhỏ hơn.
• Máy nén sử dụng chuyển vị dương để ép nhiều không khí hơn ra khỏi một không gian nhất định.
• Sự dịch chuyển trong chuyển động Máy nén (còn được gọi là dịch chuyển không dương) là thiết bị làm tăng áp suất khí quyển bằng cách tăng vận tốc của không khí (và do đó là động năng của nó) và sau đó làm nó chậm lại.
Máy nén khí bôi trơn và không dầu
Tất cả các máy nén, bất kể phương pháp nào được sử dụng, đều được bôi trơn bằng dầu hoặc không có dầu.
• Máy nén được bôi trơn bằng dầu (còn gọi là máy nén ngập dầu) sử dụng dầu trong buồng nén cho nhiều mục đích khác nhau, bao gồm bôi trơn, làm kín và làm mát. Việc nén không khí có hậu quả là đưa một lượng dầu nhỏ vào không khí. Tùy thuộc vào mục tiêu cuối cùng, đây có thể không phải là cách sử dụng khí nén tốt nhất.
• Khi không sử dụng dầu trong buồng nén, như trong máy nén không dầu (còn gọi là máy nén không dầu), không có dầu thoát ra luồng khí.
Tuy nhiên, điều đó không loại trừ khả năng dầu được sử dụng trong bất kỳ khía cạnh nào của cơ cấu nén (ví dụ: vòng bi cần có dầu để hoạt động hiệu quả).
3. Lưu trữ tích hợp
Sau khi nén, một số máy nén dẫn khí nén trực tiếp vào bình thu sẵn có (còn được gọi là bình chứa hoặc bình khí).
Các loại máy nén sẽ được thảo luận chi tiết cũng như nhiều ứng dụng của lưu trữ tích hợp. Tuy nhiên, có hai cách giải thích chung.
• Máy nén có chu kỳ làm việc giới hạn, trái ngược với chu kỳ làm việc liên tục, bao gồm bộ lưu trữ tích hợp để đảm bảo luôn có sẵn không khí, ngay cả trong khi bảo trì.
• Để có thể tiếp cận không khí khi vận hành ở công suất giảm, máy nén điều biến (máy nén có bộ điều khiển cho phép vận hành ở công suất giảm) kết hợp với bộ lưu trữ.
Hãy nhớ rằng máy nén điều biến không giống như máy nén có chu kỳ làm việc giới hạn.
• Máy nén có chu kỳ làm việc giới hạn sẽ tắt nếu để quá lâu. (Mặc dù đây không phải là chức năng của máy nén công nghiệp và thương mại quy mô lớn, nhưng nó thường dành cho các máy nén nhỏ hơn được sử dụng trong gia đình và nhà xưởng.)
• Máy nén điều biến có thể hoạt động liên tục nếu cần thiết nhưng cũng có thể giảm công suất để tiết kiệm điện trong thời gian nhu cầu thấp.
4. Điều hòa không khí tích hợp
Khi không khí bị nén, nó tạo ra nhiệt. Mặc dù không cần thiết phải làm mát không khí trước khi xả ra khỏi máy nén, nhưng hầu hết các máy nén điện ba pha và một số máy nén diesel (bất kỳ loại nào) đều có bộ làm mát sau tích hợp để làm như vậy.
Bộ tách nước được lắp đặt trong máy nén có bộ làm mát sau để thu hơi ẩm ngưng tụ từ luồng không khí được làm mát.
5. Xả
Sau khi đi qua một loạt máy sấy và bộ lọc (ví dụ, không khí dùng trong nhà máy sản xuất), không khí được thoát ra qua van xả và được đưa đi tiếp.
Nén khí bằng nhiều loại máy nén khác nhau
Tất cả các máy nén khí đều hoạt động tương tự nhau, tuy nhiên có những khác biệt đáng kể ở những điểm chi tiết hơn. Chúng ta hãy xem nhanh bốn phương pháp nén được sử dụng rộng rãi như thế nào và điều đó ảnh hưởng như thế nào đến các nhiệm vụ thiết yếu.
1. Máy nén cho cuộn
Máy nén chuyển vị dương, không dầu được gọi là máy nén cuộn.
Nén
Máy nén cuộn có hai cuộn được đặt xen kẽ để nén không khí. Thiết kế có thể yêu cầu cả hai cuộn quay song song hoặc một cuộn đứng yên. Không cần dầu vì các cuộn giấy luôn được tách rời nhau.
Vì các cuộn di chuyển theo chuyển động liên tục, không gián đoạn nên máy nén cuộn hoạt động yên tĩnh, có độ rung tối thiểu và không tạo ra bất kỳ xung nào trong luồng khí.
Luồng khí lớn nhất có thể được xử lý bằng máy nén cuộn là một nhược điểm đáng kể. Mặc dù về mặt lý thuyết, máy nén cuộn có thể được thu nhỏ vô thời hạn, nhưng giới hạn thực tế của nó (ít nhất là về mặt tạo ra không khí hiệu quả) được xác định bởi đường kính của cuộn cuộn cần thiết. Tốc độ dòng chảy tối đa của chúng là thấp nhất trong số các loại máy nén được thảo luận ở đây.
Bộ nhớ tích hợp
Máy nén cuộn không cần bộ lưu trữ sẵn có trừ khi chúng sử dụng khả năng điều chế vì chúng tạo ra không khí không có xung, không có dầu.
2. Máy nén xoáy xoáy
Máy nén pittông có bôi trơn hoặc không dầu (còn gọi là máy nén piston) là máy nén chuyển động dương.
Nén
Buồng nén trong động cơ ô tô tương tự như máy nén pittông. Khi piston di chuyển lên trên, chân không được hình thành, cho phép không khí đi vào buồng nén. Không khí bị nén và đẩy ra khỏi buồng khi nhấn xuống. Một số thiết kế sử dụng hai giai đoạn nén, trong đó không khí bị nghiền nát ở giai đoạn đầu tiên được nén thêm ở giai đoạn thứ hai để đạt được áp suất cao hơn và thể tích lớn hơn một cách hiệu quả.
Máy nén piston là loại máy nén ồn nhất được thảo luận ở đây, tương tự như âm thanh của động cơ ô tô.
Chuyển động trơn tru của piston là điều cần thiết để chúng tiếp tục hoạt động hiệu quả. Chúng phải được bôi trơn, cho phép một lượng dầu nhỏ thoát ra ngoài không khí hoặc được phủ bằng vật liệu giúp giảm thiểu ma sát.
Không khí rời khỏi buồng có "xung" thay vì lưu lượng và áp suất ổn định vì quá trình nén chỉ xảy ra trong một nửa chu kỳ làm việc.
Bộ nhớ tích hợp
Máy nén pittông luôn cần bộ lưu trữ tích hợp, ngay cả khi chúng không sử dụng dầu, vì cơ chế nén của chúng gây ra xung trong luồng không khí. Bằng cách hút không khí từ bình thu chứ không phải từ buồng nén, dòng khí và áp suất ổn định có thể được duy trì trong luồng không khí.
3. Máy nén trục vít quay
Máy nén trục vít quay có bôi trơn bằng dầu hoặc không dầu là máy nén chuyển vị dương.
Nén
Máy nén sử dụng vít quay có hai vít xoắn ốc (rotor) có các vấu suốt chiều dài của chúng. Nén không khí liên quan đến việc buộc nó từ thể tích lớn hơn đến thể tích nhỏ hơn khi nó di chuyển dọc theo chiều dài của thùy máy nén. Giống như máy nén pittông, một số thiết kế sử dụng hai giai đoạn nén để đạt được áp suất cao hơn và thể tích lớn hơn một cách hiệu quả.
Một lượng nhỏ dầu được đưa vào luồng không khí, mặc dù điều này không đáng kể trong máy nén trục vít bôi trơn bằng dầu vì chất lỏng được sử dụng để bịt kín các khe hở giữa các rôto cũng cho phép một rôto dẫn động rôto kia.
Máy nén trục vít không dầu loại bỏ nhu cầu về chất lỏng bằng cách dựa vào thời gian có dung sai cực kỳ gần giữa các thùy rôto.
Sự quay liên tục của cánh quạt dẫn đến luồng không khí ổn định mà không có biến động đáng chú ý. Máy nén loại này êm hơn máy nén pittông, mặc dù vẫn không yên tĩnh như máy nén cuộn.
Bộ nhớ tích hợp
Việc máy nén trục vít quay được bôi trơn bằng dầu hay ngập dầu sẽ quyết định xem nó có cần lưu trữ tích hợp hay không.
• Để tái chế một phần dầu bị thất thoát trong quá trình nén, máy nén trục vít ngập dầu cần có kho chứa sẵn dưới dạng bình chứa.
• Vì không có dầu để thu hồi nên máy nén trục vít không dầu không cần có kho chứa sẵn trừ khi chúng sử dụng phương pháp điều chế.
4. Máy nén trục vít quay
Dầu không cần thiết trong máy nén ly tâm vì thiết kế chuyển động động của chúng.
Nén
Để tăng tốc độ không khí ban đầu, máy nén ly tâm dựa vào cánh quạt quay nhanh. Sau đó, không khí được đẩy qua một bộ khuếch tán, tại đó tốc độ của nó giảm đi và áp suất của nó tăng lên. Vì việc tra dầu cho luồng không khí là không cần thiết nên nó không được thực hiện trong buồng nén. Không khí liên tục được tạo ra trong khi cánh quạt quay, do đó không có sự dao động trong luồng không khí hoặc áp suất.
Bộ nhớ tích hợp
Trừ khi sử dụng phương pháp điều chế, việc lưu trữ tích hợp là không cần thiết đối với máy nén ly tâm vì chúng tạo ra không khí không có xung, không có dầu.
Thực hiện nghiên cứu của bạn trước khi mua hàng
Mặc dù việc làm quen với hoạt động của máy nén giúp thu hẹp các mô hình tiềm năng nhưng có những yếu tố khác cần cân nhắc, chẳng hạn như hiệu quả sử dụng năng lượng, chi phí bảo trì, thời gian hoạt động dự kiến, v.v. Chọn máy nén lý tưởng cho nhu cầu của bạn với sự trợ giúp chuyên môn của nhà phân phối địa phương.
