Hệ thống khí nén

Hệ thống khí nén là gì? Ứng dụng của hệ thống khí nén trong công nghiệp như thế nào? Các thành phần cấu tạo nên một hệ thống khí nén gồm những gì? Đó là các câu hỏi trong số rất nhiều câu hỏi mà chúng tôi nhận được rất nhiều. Hôm nay tôi cùng với các bạn tìm hiểu các kiến thức trên qua bài viết này nhé

Hệ thống khí nén là gì?

Khái niệm hệ thống khí nén

Trước tiên chúng ta phải hiểu khái niệm khí nén là gì?

– Khí nén là một dạng năng lượng từ khí tự nhiên hoặc được tạo ra từ các phản ứng hóa học được nén ở áp suất lớn hơn áp suất khí quyển. Nó có thể được nén ở mức 3000 Psi đến 3600 psi được sử dụng trong cuộc sống hàng ngày và trong công nghiệp rất nhiều

– Hệ thống khí nén là tập hợp các thiết bị để tạo ra một dạng năng lượng từ khí thiên nhiên hoặc qua phản ứng hóa học để tạo thành khí nén, năng lượng được tạo thành sẽ được tích trữ trên hệ thống tích trữ và dùng hệ thống dẫn khí để sử dụng khi cần thiết

– Hệ thống khí nén thường là các loại máy tạo khi nén sử dụng năng lượng điện, xăng, dầu…lấy khí tự nhiên để nén vào bình chứa máy hoặc các bình tích khí. Bình tích khí là thiết bị tích trữ lượng khí nén mà máy tạo khí nén sinh ra, là nơi trung chuyển giữa máy khí nén và các thiết bị sử dụng khí nén. Ngoài ra hệ thống khí nén còn có thêm các thiết bị như thiết bị lọc khí nén, thiết bị sấy khí nén, các đồng hồ đo áp suất hoặc có thể lắp thêm máy tăng áp khí nén…Chúng ta sẽ tìm hiều từng phần ở dưới mục dưới của bài viết này

Lịch sử phát triển của khí nén

– Khí nén học sơ khai được hình thành cách đây hơn 2000 năm bởi nhà toán học Hero xứ Alexsandria

– Đến thế kỷ 17 Otto Von Guericke(Đức) phát minh ra máy bơm chân không một thiết bị có thể rút không khí hoặc khí từ tàu được gắn vào thiết bị đó.

– Hơn một thế kỷ sau năm 1762 John Smeaton thiết kế thiết bị thổi mới được điều khiển bằng bánh xe nước

Công nghiệp sử dụng đường ống khí nén được phát triển rực rỡ vào thế kỷ 19, đến ngày nay nó đã được ứng dụng rộng rãi trong dân dụng và công nghiệp hiện đại. Các nhà khoa học đã thiết kế chế tạo ra nhiều loại máy tạo khí nén, các bình chứa khí dung tích lớn sử dụng trong công nghiệp đưa vai trò của hệ thống khí nén lên tầm cao mới mà ít có dạng năng lượng nào thay thế được nó

Ưu điểm và nhược điểm của hệ thống khí nén

Ưu điểm của hệ thống khí nén

• Khí nén là một dạng năng lượng sạch, vì thế khi sử dụng hệ thống khí nén sẽ không gây hại và ô nhiễm tới môi trường và người sử dụng hệ thống khí nén. Khí nén hiện nay đang được đánh giá là một dạng năng lượng mới, năng lượng sạch hiện tại và tương lai sẽ càng phổ biến nhiều hơn nữa
• Hệ thống dẫn khí nén dễ dàng lắp đặt và vận chuyển đi xa mà không gây tổn thất năng lượng. Nó cũng ít khi bị rò rỉ và mất áp lực
• Tốc độ của khí nén là cao (Đo được trong xi lanh 1-2m/s) được ứng dụng cho các ngành tự động hóa có độ chính xác cao cần sự nhanh chóng và mang lại hiệu quả tối đa
• Khi hệ thống gặp trục trặc về vấn đề nguồn cấp chúng ta vẫn có thể sử dụng nguồn năng lượng dự phòng được tích trữ trong hệ thống máy sản xuất khí nén hoặc các bình tích áp, bình chứa khí nén đảm bảo cho hệ thống luôn vận hành và hoạt động được cho đến khi chúng ta có biện pháp để can thiệp
• Hệ thống khí nén là dạng khí tự nhiên được nén lại nên nó là dạng khí an toàn, không gây cháy nổ hỏa hoạn có thể yêu tâm sử dụng cho các môi trường có khả năng cháy nổ cao như xăng, dầu, gas…
• Là dạng năng lượng có khả năng vận chuyển đi xa một cách dễ dàng thông qua các thiết bị chứa, nó cũng có thể được sử dụng ở những môi trường không có không khí như hầm mỏ, dưới nước cho thợ lăn…
• Chi phí xây dựng hệ thống có giá thành rẻ, chi phí thấp, không cần quá phức tạp giúp doanh nghiệp có thể tiết kiệm chi phí nâng cao hiệu quả sản xuất kinh doanh và nhanh thu hồi vốn

Nhược điểm của hệ thống khí nén

• Chỉ phù hợp cho hệ thống vừa và nhỏ do mức công suất truyền động vừa phải không quá lớn
• Hệ thống cần nhiều thiết bị mới có thể vận hành được nên nó phức tạp hơn dạng hệ thống sử dụng điện
• Cần phải có thêm dạng năng lượng khác để sinh ra năng lượng khí nén
• Hoạt động ngoài môi trường gây ra tiếng ồn khó chịu

Ứng dụng của hệ thống khí nén trong công nghiệp

Với vai trò quá quan trọng chỉ xếp sau năng lượng điện và năng lượng nước nên ứng dụng của hệ thống khí nén vào công nghiệp là vô cùng lớn. Dưới đây chúng tôi xin điểm qua một vài ứng dụng của khí nén vào công nghiệp ngày nay

Ứng dụng trong công nghiệp khai thác, khai khoáng:

Đây là ứng dụng phổ biến nhất của hệ thống khí nén, nó có vai trò cực kỳ quan trọng với ngành công nghiệp này. Khí nén cung cấp nguồn không khí ở các độ sâu khác nhau dưới lòng đất cho công nhân khai thác. Mặt khác ở những hầm lò không thể sử dụng được môi trường điện do khí trong hầm có khả năng cháy nổ thì khí nén là một dạng năng lượng thay thế tuyệt vời

Ứng dụng của khí nén vào ngành công nghiệp chế tạo

Ngày nay các ngành công nghiệp chế tạo máy đang đóng một vai trò quan trọng trong phát triển kinh tế của đất nước. Việt Nam đang tiến tới công nghiệp hóa, hiện đại hóa các ngành công nghiệp và khí nén đóng vai trò then chốt.

Hệ thống khí nén dùng cho hoạt động chế tạo máy, sửa chữa và các dịch vụ khác của ngành chế tạo. Nó được sử dụng cho hệ thống sản xuất tự động bởi tính nhanh chóng, chính xác

Ngoài thực tế ta thấy các con robot sử dụng khí nén thao tác trong ngành chế tạo ô tô, xe máy, các máy công cụ hoặc nó có thể sử dụng cho hệ thống phanh của ô tô tải, ô tô khách cỡ lớn…

Ứng dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm

Vì khí nén là một dạng năng lượng sạch nên nó cũng được sử dụng vào ngành công nghiệp thực phẩm với các dây chuyển tự động sử dụng hệ thống khí nén đảm bảo chất lượng vệ sinh an toàn thực phẩm phải đạt chuẩn. Nó được sử dụng làm dây chuyền sản suất thực phẩm hàng loạt, sử dụng khí để làm sạch hoặc thổi chai lọ, làm nguội thực phẩm…

Ứng dụng trong ngành công nghiệp xây dựng

Ngoài nguồn năng lượng điện thì khí nén cũng đóng vai trò quan trọng trong ngành xây dựng. Nó thay thế cho sức người, giảm đi nhân công làm việc tăng hiệu quả công việc lên nhiều lần giúp doanh thu doanh nghiệp tăng lên với chi phí đầu tư ban đầu tương đối rẻ

Có thể kể đến như việc dùng khí nén cấp khí xây dựng các khu dưới hầm, dưới lòng đất, dùng khí nén cho các thiết bị cầm tay như máy khoan, máy đục bê tông, máy bắn vít…

Ứng dụng trong các ngành Y tế

Chúng ta thường thấy khí nén ở trong các bệnh viện được nén ở các bình oxy cho bệnh nhân, dùng trong các máy làm sạch, thổi hạt bụi, các máy mài, máy hút ở các phòng khám răng…

Ngoài ra trong ngành công nghiệp sản xuất các thiết bị y tế nó cũng đóng vai trò quan trọng. Sử dụng vào các dây chuyền sản xuất, quá trình đóng gói, quá trình làm sạch…

Ứng dụng trong ngành vui chơi, giải trí

Lĩnh vực này cũng sử dụng nguồn năng lượng khí nén rất nhiều. Kể đến như sử dụng làm bơm hơi các bóng bay cỡ lớn, sử dụng bơm các khinh khí cầu, thuyền hơi, thuyền cao su…hoặc có thể sử dụng làm hệ thống phanh cho các đoàn tàu lượn, đu quay…

Các phần tử trong hệ thống khí nén

Như đã nêu ở phần khái niệm, hệ thống khí nén là tập hợp tất cả các thiết bị để tạo nên nguồn năng lượng khí nén làm mục đích sử dụng nguồn năng lượng đó vào sản xuất. Vậy bạn có biết các thiết bị để tạo nên khí nén trong công nghiệp gồm những gì không?

Nhìn chung hệ thống khí nén gồm có các thành phần: Máy nén khí, bình tích khí, máy sấy khô, máy lọc thô, máy lọc tinh khí nén, bộ điều áp khí nén các đường ống dẫn khí và một số phụ kiện các như van điện từ khí nén, các xi lanh khí nén… và các thiết bị đầu ra sử dụng khí nén

Máy nén khí

– Đây là một thiết bị quan trọng nhất của toàn bộ hệ thống khí nén. Nó được mệnh danh là trái tim của cả hệ thống, cũng rất chính xác bởi máy khí nén là thiết bị trực tiếp sinh ra khí nén để cung cấp cho toàn bộ hệ thống phía sau nó

– Tùy vào mục đích sử dụng và hệ thống sử dụng mà ta có các lựa chọn loại máy cho phù hợp nhất đảm bảo công suất, thiết kế đảm bảo cho hệ thống hoạt động vận hành tối ưu nhất. Hiện nay máy khí nén trên thị trường có rất nhiều có thể kể đến như

• Máy nén khí trục vít: sử dụng chuyển động tròn của trục vít sinh ra khí nén. Loại này gồm có hai loại thường thấy trên thị trường là máy khí nén trục vít loại có dầu (Oil flood) và loại máy khí nén trục vít loại không dầu (Oil Free). Thường được sử dụng cho hệ thống công nghiệp công suất máy từ 5Hp – 500HP
• Máy nén khí Pittong (Piston air compressor) còn gọi là máy nén khí chuyển động tịnh tiến sử dụng pitton điều khiển bằng tay quay. Dạng máy pittong nhỏ có công suất từ 5HP – 30HP sử dụng trong ngành lắp ráp tự động và dây chuyền tự động không liên tục. Máy khí nén Pitton dạng lớn công suất 1000HP được sử dụng trong các dây chuyền tự động lớn
• Máy khí nén đối lưu: Là dạng máy khí nén sử dụng cánh quạt để nén dòng lưu khí. Loại này thường được sử dụng khi cần dòng chuyển động cao
• Máy khí nén ly tâm: Sử dụng đĩa xoay để làm tăng tốc độ của khí. Chúng thường được sử dụng trong các ngành công nghiệp nặng vì bản chất của nó là tăng áp lực khí nén đầu ra, công suất có thể lên đến hàng nghìn mã lực
• Máy nén khí dòng hỗn hợp: Tương tự như máy khí nén ly tâm
• Máy khí nén dạng cuộn (Máy nén khí dạng ốc xoắn): Nó cũng gồm hai loại là có dầu và không dầu. Dạng máy nén khí này ít thấy trên thị trường

Bình chứa khí (Bình tích áp)

– Chức năng của bình tích áp là tích trữ năng lượng khí nén được tạo ra từ máy nén khí, từ đó cung cấp trở lại khí nén cho toàn bộ hệ thống. Ở đây nó là khí nén dạng thô chưa qua xử lý nên còn rất nhiều tạp chất trong khí nén, bình tích áp có thể làm ngưng tụ một phần các tạp chất của khí nén và khí nén cần có các thiết bị phía sau bình để xử lý tiếp khí nén

– Bình chứa khí có nhiểu loại như bình chứa khí áp suất thấp, bình chứa khí áp suất cao, sử dụng chất liệu từ thép không rỉ, thép thông thường…

Thiết bị xử lý khí nén

Khí nén là một dạng khí thông thường được lấy sẵn từ thiên nhiên đưa vào từ các máy nén khí. Như chúng ta đã biết không khí có rất nhiều tạp chất cùng bụi bẩn, hơi nước, cặn bã dầu…chính vì thế nếu không xử lý khí nén trước khi đưa vào đường ống để sử dụng cho các thiết bị khác sẽ dẫn đến tình trạng rỉ sét, ăn mòn, làm hỏng các chi tiết máy của hệ thống. Thiết bị xử lý khí nén cơ bản gồm các thiết bị như sau:

• Lọc khí thô: Dùng bình ngưng để tách hơi nước khỏi khí nén
• Thiết bị sấy khô: Xử lý hết lượng nước có lẫn bên trong khí nén. Gồm có hai loại là máy sấy khí tác nhân lạnh và máy sấy khí kiểu hấp thụ. Tùy vào nhu cầu sử dụng mà chúng ta lựa chọn một loại trên hệ thống hoặc cả hai loại
• Lọc khí tinh: Đây là loại lọc khí nén loại bỏ hết các tạp chất trên khí nén, các hạt nhỏ có kích

thước đến 0.003μmm

• Đường ống dẫn khí nén: Là bộ phận chịu trách nhiệm vận chuyển khí nén đến toàn bộ hệ thống. Hiện nay có 4 loại chất liệu thường được sử dụng để vận chuyển hệ thống khí nén là đường ống bằng nhựa, đường ống bằng thép không rỉ, đường ống bằng nhôm, đường ống sắt. Tùy vào nhu cầu sử dụng và hệ thống mà lựa chọn loại ống cho phù hợp

Thiết bị phụ trợ khác

• Bộ phận xả nước: Thường được lắp đặt ở những vị trí dễ xảy ra ngưng tụ trên hệ thống đường ống hoặc ở các vị trí xả đáy.
• Đồng hồ đo áp suất: Giúp cho người sử dụng dễ dàng kiểm soát được áp suất của hệ thống khí nén
• Bộ điều áp khí nén:hay còn gọi là van điều áp dùng để điều chỉnh áp suất đầu ra của khí nén tới hệ thống sử dụng sao cho phù hợp nhất với nhu cầu sử dụng
• Bộ làm mát sơ bộ khí nén: Tác dụng làm mát sơ bộ khí nén ở máy nén khí trước khi cấp tới các thiết bị khác
• Bộ bôi trơn khí nén: Có tác dụng làm giảm ma sát cho các thiết bị khí nén khi khí nén đã qua phần xử lý, giúp giảm độ ma sát của các thiết bị và tăng tuổi thọ của thiết bị

Ngoài ra còn có một số loại thiết bị khác theo nhu cầu sử dụng của doanh nghiệp nó sẽ khác nhau.

Kết luận

Trên đây tôi đã giới thiệu sơ qua với các bạn về hệ thống khí nén và các thành phần cơ bản của hệ thống khí nén. Có thể nói rằng hệ thống khí nén ngày nay đang phát triển rất mạnh và nó vô cùng quan trọng trong dây chuyền sản xuất, dây chuyền tự động hóa của doanh nghiệp. Đây là dạng năng lượng sạch thân thiện với môi trường đã quá phổ biến trong công nghiệp và cuộc sống ngày nay. Các đề mục lớn của bài viết này tôi chỉ giới thiệu khái quát và định nghĩa về các thiết bị cũng như sơ lược giới thiệu qua. Trong các phần tiếp theo tôi sẽ đưa chi tiết từng mục để quý vị và các bạn có thể hiểu rõ hơn, chi tiết hơn về nó.

Bài viết được đúc kết từ kinh nghiệm của bản thân và tham khảo ý kiến các đồng nghiệp trong lĩnh vực công nghiệp nói chung và khí nén nói riêng, các bạn sao chép vui lòng ghi rõ nguồn bài viết giúp mình nhé

Tác giả: Đình Tuyền – Chuyên cung cấp các dòng van cơ, van điện, van khí nén và các phụ kiện ngành van

Phần mở đầu tôi đã giới thiệu qua khái niệm hệ thống khí nén mời các bạn xem tiếp phần Khí nén là gì?