Hệ thống điều khiển bằng khí nén như thế nào?

Cùng với sự phát triển không ngừng của lĩnh vực điều khiển tự động hóa, ngày nay các thiết bị truyền dẫn, điều khiển khí nén thủy lực sử dụng trong các máy móc trở nên rộng rãi ở hầu hết các lĩnh vực công nghiệp nhà máy công cụ CNC, phương tiện vận chuyển, máy dập, máy xây dựng, máy ép phun, máy y khoa, dây chuyền chế biến thực phẩm… Bài viết này sẽ giúp bạn đi sâu về tìm hiểu hệ thống điều khiển bằng khí nén như thế nào? Cấu tạo hệ thống khí nén gồm những gì? Các hệ thống khí nén thường hiện có? và một số câu hỏi liên quan khác. Mời quý đọc giả tham khảo!

1. Hệ thống điều khiển khí nén là gì?

Trong tiếng Anh, khí nén được hiểu là “Pneumatic”. Chúng thường xuất hiện trong cụm từ kỹ thuật “pneumatic system” tức là hệ thống khí nén.

a) Khí nén là gì?

Khí nén là một cách đơn giản và đáng tin cậy để làm cho mọi thứ chuyển động, chỉ bằng cách sử dụng không khí sạch và khô. Hệ thống khí nén sử dụng khí nén này để tạo ra chuyển động cơ học và ứng dụng năng lượng để ‘thực hiện công việc’ trong các hệ thống tự động hóa của nhà máy.

Khí nén sử dụng một máy nén khí để giảm thể tích của không khí nhằm tăng áp suất của nó. Sau đó, khí được nén sẽ di chuyển qua một bộ lọc vào đường ống khí nén, nơi nó được điều khiển bởi các van trước khi đến thiết bị truyền động thực hiện công việc ở cuối quá trình.

b) Hệ thống khí nén là gì?

Tất cả các hệ thống khí nén đều sử dụng khí nén để vận hành và di chuyển các bộ phận hoặc cơ cấu chấp hành. Các hệ thống này như van khí nén bao gồm từ các piston dẫn động bằng khí đơn giản đến nhiều hoạt động khai thác thiết bị truyền động. Họ thường sử dụng khí nén vì sự phong phú và rẻ tiền. Do dễ sử dụng, yên tĩnh và tiết kiệm chi phí, chúng thường được ưa chuộng hơn các hệ thống thủy lực sử dụng chất lỏng.

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. Hệ thống này có thể tạo ra năng lượng từ thiên nhiên, tích trữ chúng để sử dụng khi cần thiết. Hệ thống sẽ có nguồn và rất nhiều thiết bị. Các hệ thống làm công việc khác nhau sẽ có số lượng thiết bị, cấu trúc không giống nhau.

Hệ thống khí nén là gì?

Tham khảo thêm sản phẩm hoạt động bằng khí nén tại danh mục: Van điều khiển khí nén

2. Cấu tạo của hệ thống khí nén

Để có được một hệ thống khí nén công nghiệp cơ bản và hoàn thiện, chúng ta cần đến rất nhiều các bộ phận, chi tiết, linh kiện. Chúng được lắp ghép theo một sơ đồ logic nhất định.

2.1: Máy nén khí

Máy nén khí là bộ phận đầu tiên và là bộ phận bắt đầu nên hệ thống khí nén. Máy nén khí là một loại máy bao gồm các máy móc (hệ thống cơ học) có chức năng làm tăng áp suất của chất khí, giúp cho năng lượng cho dòng khí tăng lên và đồng thời nén khí lại khiến nó tăng áp suất và nhiệt độ.

Hiện nay người ta chia máy nén khí thành các loại:

  • Máy nén khí trục vít:

Máy nén khí trục vít là loại máy nén khí phổ biến nhất trong công nghiệp. Nó có nhiều ưu điểm như hoạt động ổn định, lưu lượng lớn, thiết kế gọn, lắp đặt dễ dàng. Máy nén khí được ứng dụng trong tất cả các ngành sản xuất

Máy nén khí trục vít

  • Máy nén khí ly tâm:

Máy hoạt động theo nguyên tắc biến đổi động năng. Đây là dòng máy thường được sản xuất dưới dạng các mô đun và rất tiện lợi trong quá trình lắp đặt. Máy thường được lắp đặt cố định bởi thiết kế khá cồng kềnh. Loại này thường dùng trong công nghiệp nặng, làm việc liên tục với công suất có thể đạt lên đến hàng ngàn mã lực.

Máy nén khí ly tâm

  • Máy nén khí piston:

Với kích thước nhỏ gọn, cấu tạo đơn giản, khả năng ứng dụng cao, loại máy nén khí này thường được sử dụng nhiều tại các cửa hàng sửa chữa xe máy, các nhà máy, xưởng sản xuất với nhiều ngành nghề, lĩnh vực khác nhau, giúp tiết kiệm được thời gian và công sức trong quá trình làm việc.

Máy nén khí piston

  • Máy nén khí root:

Máy nén khí kiểu root là dòng máy nén khí cánh quạt được cấu tạo khá đơn giản hơn so với các dòng máy nén khí còn lại. Cấu tạo đơn giản và nhỏ gọn giúp máy nén khí root được dùng trong các hộ gia đình, các hộ kinh doanh nhỏ lẻ.

2.2: Đường ống dẫn khí

Ống dẫn khí có tính năng truyền dẫn khí nén từ máy nén khí đi đến các bộ  phận khác. Có 2 loại đường ống dẫn khí nén chính đó là:

  • Ống dẫn khí cứng: Là các ống bằng vật liệu kim loại như đồng, sắt, thép,…
  • Ống dẫn khí mềm: Dẫn khí bằng vật liệu mềm như: PU, PE, PA

Thường thì trên một đường ống khí nén người ta thường sơn màu khác biệt với những đường ống còn lại. Màu thường được sử dụng là màu vàng

Đường ống dẫn khí

2.3: Bình tích áp (tích khí)

Bình tích áp được sinh ra để chứa khí nén khi chưa sử dụng. Bình thường có dung tích khá lớn, bằng kim loại và chịu được áp cao.

Bình còn có thêm bộ phận tách nước giúp khí nén trong bình được nguyên chất hơn

Bình tích áp (tích khí)

2.4: Bộ phận tách nước (tách ẩm)

Tuy khí nén đã được tách ẩm nhưng hàm lượng hơi nước trong khí nén vẫn còn. Khi đó người ta thường lắp đặt thêm bộ phận tách ẩm, dòng khí nén áp lực cao qua máy tách ẩm sẽ được giữ lại các hạt nước do áp lực cao thì các hạt nước sẽ tách ra khỏi dòng khí. Hơi nước được ngưng tụ lại sẽ thoát ra ngoài nhờ các van tự động.

2.5: Bộ phận làm sạch

Dòng khí đi vào máy nén khí là dòng khí tự nhiên ngoài môi trường, từ đó không thể thiếu các tạp chất không mong muốn như cát, bụi, hạt kim loại,… Bộ phân lọc khí sẽ được chia theo các công dụng của khí nén mà người ta lắp đặt từng bộ lọc khác nhau, mục đích mang đến dòng khí sạch nhất đi đến phục vụ từng thiết bị. Là một bộ phận quan trọng đảm bảo tuổi thọ hoạt động của các thiết bị trên hệ thống, nó còn rất quan trọng đối với các ngành công nghiệp thực phẩm như đồ ống, hoá chất, sản xuất dược phẩm.

bộ phận lọc của hệ thống khí nén

2.6: Các thiết bị tối quan trọng khác

  • Xi lanh: Là thiết bị đóng vai trò thực hiện mệnh lệnh điều khiển trực tiếp từ hệ thống. Xi lanh chuyển đổi năng lượng khí nén thành động năng để thực hiện các động tác đóng, mở, nâng, kéo,..
  • Van: Van khí được đảm nhiệm cơ cấu trong hệ thống. Thực hiện các quy trình đóng mở dòng khí, điều tiết lưu lượng dòng khí nén để thực hiện các tác vụ từ người điều khiển
  • Các phụ kiện: Chúng ta kể đến ở đây như các khớp nối, các ống xả, các thiết bị đo lường độ ẩm, lưu lượng và áp suất

Các thiết bị tối quan trọng khác

3. Sơ đồ hệ thống máy nén khí

Thành lập sơ đồ hệ thống máy nén khí rất quan trọng để tránh bị nghẹt, không hiệu quả và nguy hiểm khi sử dụng

3.1: Sơ đồ theo loại máy sấy khí

a) Sơ đồ máy sấy khí tác nhân lạnh:

Hoạt động như một chiếc tủ lạnh, tác dụng giảm nhiệt độ xuống thấp thì hơi nước đọng lại thành sương. Khi đó các giọt sương sẽ được thu gom lại thải ra ngoài, khí nén được tăng nhiệt độ trở lại và đi phục vụ mục đích của người sử dụng

Loại này rất phổ biến vì hoạt động ổn định, đơn giản, giá thành rẻ nhưng hiệu suất tách ẩm lại không cao: 90 -95%

Sơ đồ máy sấy khí tác nhân lạnh

b) Sơ đồ máy sấy khí kiểu hấp thụ:

Dòng khí nén sẽ đi qua bộ phận hấp thụ, tại đây người ta lắp các hạt hút ẩm, hơi nước đi qua sẽ bị đọng lại. Khi các hạt hút ẩm đến một mức độ nhất định người ta mang hạt hút ẩm đi sấy khô và quay trở lại làm việc như ban đầu

Loại này có ưu điểm là khả năng tách ẩm cao ~ 99% và công suất tách nước lớn, nhưng chi phí lắp đặt và sửa chữa lại cao.

Sơ đồ máy sấy khí kiểu hấp thụ

3.2: Sơ đồ theo tiêu chuẩn

1) Sơ đồ hệ thống lắp đặt theo tiêu chuẩn thông thường:

Sơ đồ đơn giản của tiêu chuẩn thông thường gồm: Máy nén khí -> Bình chứa khí -> Lọc tinh -> Máy sấy khô ngưng tụ -> Lọc tinh.

Khí cho ra với mức nhiệt độ từ 3 đến 10ºC với độ khô tương đối tốt.

Trong các nhà máy dệt sợi, may mặc công nghiệp, lắp ráp linh kiện điện tử, chế biến gỗ, hệ thống khí nén thường lắp theo kiểu thông thường.

Sơ đồ hệ thống lắp đặt theo tiêu chuẩn thông thường

2) Sơ đồ lắp đặt hệ thống khí nén theo tiêu chuẩn khí sạch:

Sơ đồ theo tiêu chuẩn khí sạch gồm: Máy nén khí -> Bình chứa khí  -> Lọc tinh  -> Máy sấy khô ngưng tụ  -> Lọc tinh  -> Máy sấy khô hấp thụ  -> Lọc tinh.

So với tiêu chuẩn thông thường thì lượng khí thì tiêu chuẩn khí sạch cho ra khí sạch và độ ẩm tốt hơn nhiều. Với cấu tạo hệ thống thêm máy sấy khô hấp thụ cho nhiệt độ khí sương đầu ra có thể ở mức rất thấp: Từ -20ºC đến -60ºC.

Hệ thống theo tiêu chuẩn khí sạch được lựa chọn giữa máy nén khí có dầu và máy nén khí không dầu.

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

3) Sơ đồ hệ thống khí nén nắp đặt theo tiêu chuẩn DIN ISO 8573 CLASS 1

Sơ đồ bao gồm: Máy nén khí -> Bình chứa khí -> Máy chuyển đổi OFS -> Máy sấy khô ngựng tụ

Loại này thường được dùng cho các hệ thống ưu cầu dòng khí nén chất lượng cao. Sử dụng phổ biến trong các nhà máy chế biến thực phẩm, nước giải khát, khí đốt, hoá chất,…

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

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

Cấu tạo sơ đồ gồm: Máy nén khí -> Bình chứa khí  -> Lọc tinh  -> Máy sấy khô ngưng tụ  -> Lọc tinh  ->Máy tăng áp  -> Lọc tinh.

Với việt lắp thêm máy tăng áp giúp cho hệ thống có khí nén đầu ra áp lực cao và ổn định hơn. Cùng với đó việc lọc tinh 3 lần giúp cho khí nén đầu ra sạch và độ ẩm thấp hơn.

Sơ đồ này áp dụng cho hệ thống sản xuất thuỷ tinh và các đồ chế tác liên quan đến thuỷ tinh.

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

4. Lưu ý khi lắp đặt hệ thống khí nén

Các lưu ý khi lắp đặt và sử dụng hệ thống điều khiển khí nén:

♦ Đối với sơ đồ máy sấy khí lạnh

  • Nên sử dụng máy nén khí không dầu
  • Bình chứa khí nén phù hợp với công suất khí nén
  • Trước khi lắp máy sấy khí hấp thụ, hãy lắp bình chứa khí.
  • Để tránh tình trạng máy sấy khí hấp thụ bị lỗi do nước và độ ẩm, hãy lắp bộ lọc thô trước máy sấy khí.
  • Sau khi làm khô cần lọc bụi từ máy sấy khí hấp thụ, nên lắp bộ lọc tinh sau máy sấy khí này.

Để hệ thống điều khiển bằng khí nén hoạt động tốt và tuổi thọ kéo dài bạn nên đảm bảo các yêu cầu sau:

Lưu ý khi lắp đặt hệ thống

4.1: Đảm bảo về môi trường

  • Nên lắp đặt trong phòng cho hệ thống, phòng rộng rãi và đủ ánh sáng để theo dõi và vận hành
  • Không chứa các chất dễ gây cháy nổ trong phòng
  • Đảm bảo vệ sinh hệ thống cũng như môi trường bên ngoài
  • Các thiết bị không trực tiếp lắp đặt trên mặt đất mà nên lắp trên giá

4.2: Lưu ý khi lắp đặt

  • Yêu cầu nguồn điện riêng để an toàn khi sử dụng và không bị quá tải
  • Nguồn điện cấp cho máy hệ thống được đảm bảo cả chất lượng và số điện
  • Tỷ lệ nguồn ra của motor phải đạt giống nhau (trong công suất định mức)

Lưu ý khi lắp đặt

4.3: Các vận hành an toàn

  • Nhân viên kỹ thuật phải được học và đào tạo bài bản
  • Đọc và hiểu rõ quy trình vận hành và sử dụng của máy nhờ cuốn Catalogue đi kèm từng sản phẩm.
  • Không vận hành quá áp suất định mức ghi trên máy
  • Khi kiểm tra sửa chữa hay bảo trì cần tắt hết nguồn điện cũng như xả hết dòng khí nén trong hệ thống để đảm bảo an toàn
  • Theo dõi thiết bị hàng ngày, có sự khác biệt gì phải báo cáo và kiểm tra hệ thống thường xuyên
  • Tuân thủ quy trình điều khiển của nhà sản xuất, không được tự ý thay đổi cấu trúc/cấu tạo của thiết bị khí nén.

5. Ứng dụng của hệ thống khí nén

Hệ thống điều khiển bằng khí nén là hệ thống sử dụng khí hoặc không khí có áp suất để di chuyển xi lanh, động cơ hoặc các bộ phận cơ khí khác. Các ứng dụng khí nén có liên quan đến nhiều ngành công nghiệp, bao gồm xây dựng, chăm sóc sức khỏe, khai thác mỏ, công nghiệp ô tô và nhiều ngành khác. Cụ thể hơn, khí nén có thể dùng cho các ứng dụng:

⊕ Trong phương tiện giao thông: Sử dụng trong các phanh xe lửa, xe buýt, xe tải,..

⊕ Trong y tế: Trong các máy khoan nha khoa, máy bơm chân không, máy điều chỉnh áp suất

⊕ Trong công nghiệp: Máy khoan khí nén, búa khí nén, các van điều khiển bằng khí nén.

⊕ Trong gia đình: Được lắp đặt trên hệ thống sưởi, hệ thống điều hoà

⊕ Trong âm nhạc: Đàn organ ống, đàn piano cơ

⊕ Dùng để điều khiển các loại máy bơm như: bơm hút chân không, máy thổi khí, bơm màng khí nén, bơm thùng phuy…

Ngoài ra hệ thống điều khiển bằng khí nén còn nhiều ứng dụng khác. Hệ thống khí nén cực kỳ hữu ích để tận dụng sức mạnh của khí nén để vận hành các máy móc quan trọng trong môi trường sản xuất và nhà máy.

Ứng dụng của hệ thống khí nén

6. Ưu và nhược điểm

Mỗi một hệ thống năng lượng thì đều có những ưu và nhược điểm riêng để thích ứng với một số công việc nhất định. Chúng ta cùng phân tích:

Ưu điểm

Khí nén có rất nhiều ưu điểm như:

♥ Quá trình sử dụng hệ thống khí nén không gây hại tới môi trường và con người xung quanh. Khí nén được đánh giá là tài nguyên mới, xanh và thân thiện.

♥ Việc vận chuyển và truyền tải khí nén đi xa thông qua hệ thống ống dẫn an toàn, ít bị rò rỉ, tổn thất và hạn chế được hao mòn.

♥ Tốc độ truyền động cao nên hệ thống khí nén có thể đáp ứng được nhiều công việc khác nhau với độ chính xác tốt, nhanh chóng và hiệu quả.

♥ Việc sử dụng bình nén khí trong hệ thống giúp có thể tích trữ khí nén khi hệ thống cần thay thế bảo trì hoặc sửa chữa

♥ Hệ thống điều khiển khí nén không gây nguy hiểm về hỏa hoạn cũng như nổ do chỉ làm việc ở mức áp suất thấp và trung bình.

♥ Hệ thống làm việc ở nhiệt độ không cao, đảm bảo quy trình làm việc khá an toàn

♥ Chi phí lắp đặt hệ thống không quá cao, được dùng rất nhiều ở hộ gia đình cũng như trong công nghiệp

Ưu điểm

Nhược điểm

  • Công suất không quá lớn, so với hệ thống điều khiển bằng điện cùng kích thước
  • Khi hoạt động gây tiếng ồn lớn

Ngày nay người ta thường kết hợp cơ điện với nhau giúp hệ thống hoạt động tốt đa và hiệu quả.

7. Lời kết

Hệ thống điều khiển bằng khí nén là tất cả các thiết bị có phương pháp vận hành bằng khí nén. Hiện nay người ta chia theo 2 dạng năng lượng, điều khiển hoàn toàn bằng khí nén và điều khiển bằng khí nén. Dạng hệ thống điều khiển bằng khí nén được sử dụng đa dạng và phổ biến vì rất nhiều ưu điểm mang lại. Qua bài viết chúng tôi trình bày ở bên trên, chắc hẳn bản đọc đã hiểu được phần nào về hệ thống điều khiển khí nén như thế nào. Cấu tạo gồm những gì, sơ đồ khí nén như thế nào cho phù hợp với từng hệ thống. Cảm ơn bạn đọc đã tham khảo!

5/5 (2 Reviews)

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *