1. SMCT P1
GIỚI THIỆU
KHÍ NÉN
THỰC HÀNH
1

2. MỤC LỤC
MỤC LỤC
1 - GIỚI THIỆU VỀ KHÍ NÉN 5
Khí nén được dùng làm gì? 5
Đặc tính của khí nén 6
2 - HỆ THỐNG KHÍ NÉN CƠ BẢN 7
Bộ phận sản suấtkhí 7
Bộ phận tiêu thụ khí 8
3 - LÝ THUYẾT VỀ KHÍ NÉN 9
Đơn vị 9
Các đơn vị thuộc hệ inch 10
Áp xuất 10
Đặc tính của gas 11
Định luật Boyles 11
Định luật Charles 12
Định luật Gay Lussac 12
Dòng chảy 12
Phương Trình Bernoulli 12
Độ ẩm không khí 13
Độ ẩm Tương Đối 13
4 - KHÍ NÉN VÀ HỆ THỐNG PHÂN PHỐI 15
Máy nén khí 15
Máy nén kiểu piston 15
Máy nén kiểu piston một cấp 15
Máy nén kiểu piston hai cấp 16
Máy nén kiểu màng (diaphragm) 16
Máy nén kiểu xoay 17
Máy nén khí kiểu cánh gạt 17
Máy nén khí kiểu trục vít 17
Các định mức của máy nén khí 17
Hiệu suất thể tích 18
Hiệu suất nhiệt và tổng hiệu suất 18
Các thiết bị phụ của máy nén khí 18
Bồn chứa 18
Tính kích thước bồn 19
Bộ lọc đầu vào 19
Bộ khử nước trong khí nén 19
Bộ làm mát 19
Làm mát bằng không khí 19
Làm mát bằng nước 20
Bộ sấy khô khí 20
Sấy khô kiểu hấp thụ (tách nước) 20
Sấy khô kiểu hấp thụ (hâp thụ nước) 21
Sấy khô kiểu làm lạnh (hâp thụ nước) 21
Bộ lọc thô (cho đường ống chính) 22
Hệ thống phân phối 23
phân phối dạng tia 23
Phân phối dạng mạch vòng 23
Đường phân phối thứ cấp 24
xả tự động
24
Tính toán cho khí nén 25
vật liệu đường ống 28
Chuẩn của đường ống gas 28
Đường ống Inox 28
Đường ống đồng 28
Đường ống cao su 28
Đường ống nhựa 29
Thiết bị đấu nối 29
2

3. MỤC LỤC
5 – XỬ LÝ KHÍ NÉN 31
Bộ lọc 31
Bộ lọc Standard 31
Bộ lọc tinh 32
Bộ lọc siêu tinh 32
Lựa chọn bộ lọc 33
Chất lượng khí 33
Các cấp độ lọc 33
Điều chỉnh áp lực 35
Bộ điều áp chuẩn 35
Bộ điều áp trợ lực bằng khí 37
Bộ lọc + điều áp 38
Tính toán chọn lựa bộ điều áp 38
Bôi trơn cho khí nén 39
Bộ bôi trơn tuyến tính 39
Bộ F.R.L 40
Chọn đúng kích cỡ và lắp đặt 40
6 – CƠ CẤU THỰC HIỆN 41
Xi lanh tuyến tính 41
Xi lanh tác động đơn 41
Xi lanh tác động kép 41
Cấu trúc xi lanh 42
Bộ đệm 42
Các loại xi lanh đặc biệt 43
Hai trục 43
Song hành 44
Nhiều vị trí 44
Có khóa hành trình 45
Phương pháp lắp xi lanh 46
Khớp nối mềm 46
Lực của xi lanh 47
Hệ số tải 48
Sức bền uốn 48
Lưu lượng và sự tiêu thụ khí 48
Điều khiển tốc độ 49
Các cơ cấu thực hiện đặc biệt 50
Xi lanh không trục 50
Thiết bị trượt 51
Xi lanh trục rỗng 51
Tay gắp khí 52
Cơ cấu quay 52
Loại thanh răng và bánh răng 52
Loại cánh xoay 52
7- VAN ĐIỀU KHIỂN HƯỚNG 54
Chức năng của van 54
Ổn định đơn và ổn định kép 55
Phân loại van 55
Van ti 55
Van trượt 58
Van ống 58
Làm kín bằng chất đàn hồi 58
Làm kín bằng kim loại 59
Van đĩa trượt 59
Van xoay 60
3

4. Phương thức tác động van 61
Tác động bằng cơ khí 61
Chú ý khi sử dụng cơ cấu con lăn đòn bẩy 61
Tác động bằng tay 61
Tác động bằng khí 62
Gián tiếp và trực tiếp 64
Tác động bằng lực điện từ 64
Phương thức lắp đặt van 66
Lắp ống trực tiếp 66
Bộ đế van 66
Đế phụ 66
Nhóm đế phụ 67
Tính toán chọn van 67
Các loại van phụ 69
Van không hồi 69
Bộ điều tốc 69
Van thoi 70
Van xả nhanh 70
8- CÁC MẠCH CƠ BẢN 71
Giới thiệu 71
Các chức năng cơ bản 71
Khuyếch đại lưu lượng 71
Đảo tín hiệu 72
Mạch lựa chọn 72
Chức năng nhớ 73
Chức năng thời gian 73
Trễ trước khi bật 74
Trễ sau khi tắt 74
Xung kích mở 74
Xung kích xả 75
Điều khiển xi lanh 77
Điều khiển bằng tay 77
Xi lanh tác động đơn 77
Điều khiển hướng và tốc độ 77
Điều khiển từ 2 điểm: chức năng OR 77
Khóa lẫn : chức năng AND 78
Hoạt động nghịch đảo: chức năng NOT 78
Xi lanh tác động kép 79
Điều khiển hướng 79
Giữ vị trí cuối 79
Dò tìm vị trí xi lanh 80
Tự động hồi 80
Hành trình lập lại 81
Điều khiển chuỗi 81
Cách mô tả 1 chuỗi 81
Chuỗi của 2 xi lanh 81
Chu kỳ đơn / Chu kỳ lặp lại 84
Xung đột lệnh 84
Giải quyết bằng xung 84
Tay gắp: Điều khiển áp lực 84
Hệ thống bậc thang 85
PHU LỤC 88
Ký hiệu 88
Thiết bị xử lý khí 88
Cơ cấu thực hiện 89
Van 89
4

5. 1 GiỚI THIỆU KHÍ NÉN TRONG THỰC TẾ
Hệ thống năng lượng lưu chất là hệ mà năng lượng truyền và điều khiển bởi áp lực của
khí hay chất lỏng.
Đối với khí nén thì năng lượng là nguồn khí lấy từ mô trường, nó bị nén bởi máy nén
nhằm giảm thể tích và tăng áp lực.
Khí nén chủ yếu dùng để tác động lên van hay piston.
Để điều khiển khí nén chính xác, cần có đầy đủ kiến thức về thiết bị khí nén và chức
năng của chúng nhằm đảm bảo cho hệ thống hoạt động hiệu quả.
Dù hiện nay các hệ thống điều khiển chuỗi lập trình được hay điều khiển logic được sử
dụng nhiều nhưng vẫn cần nắm các chức năng của thiết bị khí trong hệ thống.
KHÍ NÉN ĐƯỢC DÙNG LÀM GÌ?
ứng dụng của khí nén hầu như không giới hạn, từ ứng dụng trong nhãn khoa dùng áp
suất thấp để thử áp trong nhãn cầu và vô số chuyển động thẳng và quay trong máy
robot đến những thiết bị cần áp lực cao như việc khoan bêtông chẳng hạn.
Sau đây là danh sách ứng dụng của khí nén về tính đa dạng điều khiển khí nén
trong công nghiệp, ngày càng được mở rộng liên tục.
Hoạt động hệ thống van bằng khí, nước hay hóa chất.
Hoạt động của các cửa nặng hoặc nóng.
Mở cửa máng xả trong tòa nhà, nhà máy thép, hầm mỏ và công nghiệp hóa chất
Búa đóng cọc và nghiền bê tông và rải đá dăm
Nâng và di chuyển trong máy dập khuôn
Crop spray và vận hành thiết bị máy kéo
Phun sơn
Giữ và di chuyển trong sản suất đồ gỗ và trang trí nội thất
Giữ đồ gá và cố định thiết bị lắp ráp của máy móc và công cụ
Giữ để dán keo, dán nhiệt hay hàn nối plastics
Giữ để hàn hay brazing
Giữ và định hình trong uốn ống, vẽ hay dát mỏng
Spot trong máy hàn
Trát vữa
Vận hành lưỡi dao máy xén
Máy rót và đóng chai
Máy chế biến gỗ drive và feed
Bộ thiết bị thử nghiệm
Máy công cụ, vận hành hay nạp liệu
Robot khí nén
Đồng hồ tự động
Bộ tác khí và nâng chân không các tấm mỏng
Khoan trong nha khoa
Và nhiều ứng dụng khác nữa…
5

6. ĐẶC TÍNH CỦA KHÍ NÉN
Một số đặc điểm quan trọng tại sao khí nén được dùng rộng rãi:
Có sẵn
Hầu hết các xưởng và nhà máy cộng nghiệp có cung cấp khí nén trong những khu
vực làm việc và máy nén lưu động có thể phục vụ cho trường hơp ở xa.
Tích trữ được
Dễ dàng dự trữ được khối năng lượng lớn khi cần
Thiết kế và điều khiển đơn giản
Thiết bị khí nén thì Thiết kế và điều khiển đơn giản và dễ dàng mở rộng trong hệ
thống tự động và điều khiển tương đối đơn giản.
Chuyển động dễ lựa chọn
Có thể tác động thẳng hay góc xoay với sự thay đổi vận tốc đơn giản và liên tục
Kinh tế
Chi phí lắp đặt thấp do thiết bị đơn giản, và chi phí bảo trì cũng thấp do tuổi thọ cao
mà không cần bảo dưỡng.
Tin cậy
Các thiết bị khí nén đều có tuổi thọ cao nên có tác động tốt đến độ tin cậy của hệ
thống
Chịu đựng được điều kiện môi trường
Chịu được môi trường nhiệt độ cao, bụi và gỉ sét trong khi đó các loại khác có thể
hư hỏng rồi.
Môi trường trong sạch
Nếu được trang bị thiết bị xả khí thích hợp có thể được lắp đặt ở phòng sạch
An toàn
Không gây cháy trong môi trường có nguy cơ cháy cao, hệ thống không bị ảnh
hưởng về việc quá tải vì bộ tác động chỉ có ngừng hay là chạy nó không sinh ra
nhiệt
6

7. 2 HỆ THỐNG KHÍ NÉN CƠ BẢN
Xilanh khí nén, bộ tác động quay, và mô tơ khí nén tạo ra lực và chuyển động hầu hết
trong các hệ thống khí nén. Để dịch chuyển, giữ, định hình và xử lý vật liệu.
Để vận hành và điểu khiển bộ tác động này, cần những thiết bị khí nén khác, như là: bộ
xử lý khí để chuẩn bị không khí nén và van điều khiển áp xuất, lưu lượng và
hướng chuyển động của bộ tác động.
Hệ thống khí nén cơ bản, hình 2.1, gồm 2 phần chính
• Phần tạo khí nén và phân phối
• Phần tiêu thụ khí nén
Hình 2.1 Hệ thống khí nén cơ bản
HỆ THỐNG NÉN KHÍ
Các thành phần và chức năng chính là.
1- máy nén khí
khí được lấy từ áp suất khí quyển được nén và cho ra ở áp suất cao hơn cho hệ thống
khí nén. Thực vậy, nó chuyển từ năng lượng cơ học sang năng lượng khí nén.
2- mô tơ điện
Cung cấp năng lượng cơ cho máy nén. Nó chuyển từ điện an8ng sang cơ năng
3- công tắc áp suất
Điều khiển mô tơ điện bằng sensor áp suất ở trong bồn. nó được cài đặt ở áp suất lớn
nhất khi đó sẽ ngắt mô tơ và khi rớt xuống áp suất thấp nhất nó sẽ khởi động
mô tơ.
4- Van 1 chiều
Cho phép không khí đi từ máy nén khí đi vào bồn và ngăn không khí chạy ngược lại khi
máy nén khí tắt.
7

8. 5- bồn chứa
Tích trữ không khí được nén. Kích thước tùy thuộc vào dung lượng của máy nén khí thể
tích càng lớn khoảng thời gian máy nén khí chạy càng dài
6- đồng hồ
Hiển thị áp suất của bồn
7- van xả tự động
Xả nước động trong bồn mà không cần giám sát.
8- Van an toàn
Xả không khí nếu áp xuất của bồn tăng trên áp suất cho phép
9- bộ làm nguội không khí khô
Làm mát không khí xuống vài độ trên điểm động nước của hầu hết không khí ẩm, điều
này tránh có nước trong hệ thống ống
10- bộ lọc
Trong đường ống chính, bộ lọc này phải có độ sụt áp thấp nhất và khả năng loại bỏ hơi
sương. Nó giữ đường ống khỏi bụi, nước và dầu.
HỆ THỐNG TIÊU THỤ KHÍ
1. Lấy khí: Đối với thiết bị tiêu thụ, khí được lấy phía trên đường ống chính để các
chất lắng đọng (chủ yếu là hơi nước) nằm lại ống chính , chất này sẽ chảy về
phía đường ống thấp phía dưới rồi vào bộ xả tự động.
2. Tự động xả nước: mỗi đường ống nghiêng dốc nên có 1 bộ xả ở phía cuối.
Phương pháp hiệu quả nhất là Tự động xả, nó ngăn được nước ứ động trong
ống mà làm khô bằng tay có thể bỏ sót.
3. Các thiết bị phục vụ khí: tạo ra khí sạch với áp lực tối ưu nhất và đôi khi cấp
dầu bôi trơn vào để kéo dài tuổi thọ cho các thiết bị cần bôi trơn.
4. Van điều khiển hướng: Thay đổi ngõ vào và ra của xi lanh nhằm điều khiển
hướng chuyển động.
5. Cơ cấu thực hiện: chuyển đội năng lượng khí nén thành năng lượng động
năng. Nó có thể là xi lanh chuyển động thẳng, xi lanh chuyển động quay hay
các thiết bị khí khác.
6. Bộ điều khiển tốc độ: Cho phép điều khiển tốc độ đơn giản và dễ dàng nhất.
Ta sẽ đề cập kỹ hơn các thiết bị này ở các phần 4 7.
8

9. 3. LÝ THUYẾT VỀ KHÍ NÉN
ĐƠN VỊ
Hệ thống đo lường quốc tế đã được thon6ng qua năm 1960, riêng Mỹ, Anh, Nhật vẫn
còn sử dụng hệ đo lường theo theo Anh.
Đại lượng Ký hiệu Đơn vị SI Tên Ghi chú
1. ĐƠN VỊ CƠ BẢN
Trọng lượng m kg Kilogram
Chiều dài s m Mét
Thời gian t s Giây
Nhiệt độ (kelvin) T K Kelvin 0oC = 273,16 K
Nhiệt độ (oC) t, θ o
C Độ C
2. ĐƠN VỊ TÍNH TOÁN
Bán kính r m Mét
Góc α,β,Ɣ,Ɛ,φ,δ 1 Radian
Diện tích A, S m2 Mét vuông
Thể tích V m3 Mét khối
Tốc độ v m s -1 Mét / giây
Tốc độ góc ω s -1 Radian / giây
Gia tốc a m s -2 Mét / giây b.phương
Quán tính J m2 kg
Lực F N Newton = kg.m.s-2
Trọng lực G N Gia tốc trọng lực 9.80665 m. s-2
Công W J Jun=newton.mét
Thế năng E, W J Jun
Động năng E, W J Jun 0.5. m.v2
Momen M J Jun
Công suất P W watt = J.s-1
3. ĐƠN VỊ LIÊN QUAN TỚI KHÍ NÉN
Áp lực p Pa Pascal =N.m-2
Thể tích chuẩn Vn m3n Mét khối chuẩn ở q=0oC ,
p=760mm Hg
Lưu lượng khí Q m3n.s-1 Mét khối chuẩn/ giây
Năng lượng, Công E, W N.M Jun Pa.m3=N.m
Công suất P W Watt p.Q=N.m.s-1=W
Bảng 3.1 Đơn vị SI dùng trong khí nén
9

10. Bảng 3.2 Các đơn vị số lượng theo hệ Mười
Số Tên Ký hiệu Số Tên Ký hiệu
10-1 Deci d 101 Deka da
10-2 Centi c 102 Hecto h
10-3 Mili m 103 Kilo k
10-6 Micro µ 106 Mega M
ĐƠN VỊ KHÔNG THEO HỆ MÉT
Bảng 3.3
Đại lượng Đơn vị Đơn vị Anh(e) m e e m
mét(m)
Khối lượng kg Pound 2.205 0.4535
g ounce 0.03527 28.3527
Chiều dài m foot 3.3281 0.3048
m yard 1.094 0.914
mm inch 0.03637 25.4
o o
Nhiệt độ C F 1.8oC + 32 (oF-32)/1.8
Diện tích m2 sq.ft 10.76 0.0929
cm2 sq.inch 0.155 6.4516
Thể tích m3 cu.yard 1.308 0.7645
cm3 cu.inch 0.06102 16.388
dm3 cu.ft 0.03531 28.32
Lưu lượng m 3n/phút scfm 35.31 0.02832
dm3n/p,( l/p) scfm 0.03531 28.32
Lực N pound force(lbf.) 0.2248 4.4484
Áp lực bar Lbf./sq.inch(psi) 14.5 0.06895
ÁP LỰC
Đơn vị tính áp lực trong hệ SI là Pascal (Pa)
1Pa = 1 N/m2
Đơn vị này rất nhỏ so với giá trị sử dụng thực tế, vì vậy để tranh con số quá lớn người ta
dùng 1 đơn vị khác – Bar.
1bar = 100 000 Pa = 100 kPa
10

11. Hình 3.4 Các hệ chỉ thị áp lực khác nhau:
Áp lực khí được cho là quá áp khi nó lớn hơn áp lực môi trường và được gọi là áp lực
khí nén (gauge pressure – GA)
Áp lực khí cũng biểu diễn ở dạng áp lực tuyệt đối, tham chiếu với môi trường chân
không. Áp lực dưới áp lực môi trường gọi là thấp áp.
Có nhiều cách để biểu diễn áp lực như ở hình 3.4, tham chiếu áp lực môi trường chuẩn
p=1013mbar.
ĐẶC TÍNH CỦA CÁC LOẠI KHÍ
Định luật Boyles:
“ Ở nhiệt độ không đổi, áp suất của 1 lượng khí cho trước tỉ lệ nghịch với thể tích của
nó.”
Hình 3.5 minh họa định luật Boyles
11

12. Nếu thể tích V1 =1 m3 ở áp lực tuyệt đối 100kPa ( 1 bar ABS) được nén với nhiệt độ
không đổi xuống thể tích V2 = 0.5 m3 thì :
p1 . V1 = p2 . V2 p2 = (p1.V1) / V2
nên p2 = (100kPa. 1m3) / (0.5m3) = 200kPa (2 bar ABS)
Tiếp tục, nếu V1 ở 100kPa được nén tới V3 = 0.2 m3 thì áp lực sẽ là :
p3 = (p1.V1) / V3 = 100kPa.1m3 / 0.2m3 = 500kPa (5 bar ABS)
Định luật Charles:
“Ở áp suất không đổi, thể tích của 1 lượng khí cho trước sẽ tăng lên 1/273 khi nhiệt độ
tăng lên 1 oC.”
Định luật Gay Lussac:
“ Ở áp suất không đổi, thể tích khí tăng tỉ lệ theo nhiệt độ.”
Do đó V1 / V2 = T1 / T2 và V2 = V1.T2 / V.
Hay có thể đổi lại : “ Với thể tích không đổi, áp suất tỉ lệ với nhiệt độ”
Nên p2.p2 / T1.T2 và p2= p1 ( T1/T2)
Trong các công thức trên phải dùng nhiệt độ Kelvin K= oC = 273.
Từ các mối quan hệ trên ta có:
(p1. V1) / T1 = (p2.V2) / T2 = hằng số.
Định luật này đưa ra lý thuyết cơ bản để tính toán thiết kế hay lựa chọn thiết bị khí nén
khi quan tâm đến sự thay đổi nhiệt độ.
Đôi khí cần tham chiếu các dữ liệu của thể tích khí với thể tích khí chuẩn (m3n), khối
lượng 1.293 kg ở 0oC.
LƯU LƯỢNG
Đại lượng cơ bản của lưu lượng là Q, mét khối/ giây (m3n/s). Thực tế người ta dùng
lít/phút hay dm3/phút. Đối với hệ Anh, dùng đơn vị scfm ( cubic foot / phút).
Biểu thức Bernolli
“Chất lỏng có trọng lượng riêng nhất định chảy ngang trong ống có đường kính ống
thay đổi thì tổng năng lượng ở điểm 1 và điểm 2 là như nhau.”
hay : p1 + 1/2p.v12 = p2+1/2p.v22
Biểu thức này cũng đúng đối với chất khí khi tốc độ dòng chảy không vượt quá 330m/s.
12

13. ĐỘ ẨM CỦA KHÍ
Không khí luôn chứa một lượng hơi nước . Lượng hơi nước tồn tại phụ thuộc vào độ ẩm
và nhiệt độ.
Khi không khí bị làm lạnh nó sẽ đạt đến một điểm nào đó được gọi là điểm bảo hòa hơi
nước, còn gọi là điểm sương. Khi bị làm lạnh hơn nữa, tất cả lượng hơi nước
sẽ không thể duy trì tiếp được, 1 lượng hơi dư thừa sẽ hình thành những giọt
nhỏ gọi là chất ngưng tụ.
Lượng nước thực tế có thể lưu trữ trong khí phụ thuộc hoàn toàn vào nhiệt độ; 1 m3 khí
nén cũng chỉ có thể chứa cùng lượng hơi nước có trong 1 m3 khí quyển.
Bảng dưới đây sẽ chỉ ra lượng nước chứa trong 1 mét khối khí ở 1 dảy nhiệt độ từ -30
tới +80oC.
Nhiệt độ oC 0 5 10 15 20 25 30 35 40
g/m3n (standard) 4.98 6.99 9.86 13.76 18.99 25.94 35.12 47.19 63.03
g/m3 ( môi trường) 4.98 6.86 9.51 13.04 17.69 23.76 31.64 41.83 54.108
Nhiệt độ oC 0 -5 -10 -15 -20 -25 -30 -35 -40
g/m3n (standard) 4.98 3.36 2.28 1.52 1 0.64 0.45 0.25 0.15
g/m3 ( môi trường) 4.98 3.42 2.37 1.61 1.08 0.7 0.4 0.29 0.18
Bảng 3.6 Bảo hòa hơi nước trong khí( điểm sương)
Tỉ lệ độ ẩm:
Tỉ lệ giữa lượng nước chứa thực tế với điểm sương gọi là tỉ lệ độ ẩm, no tính theo phần
trăm.
r.h = (lượng nước thực tế / điểm sương) x 100%.
Ví dụ 1: nhiệt độ 25 oC, r.h = 65%. Hỏi lượng nước trong 1m3 là bao nhiêu?
Điểm sương ở 25oC = 24g/m3.0.65= 15.6 g/m3.
Khi khí được nén, dung tích chúa hơi nước bị giảm xuống, vì vậy nước sẽ bị gnu7ng tụ
trừ phi nhiệt độ tăng.
Ví dụ 2: 10m3 khí quyển ở 15oC với r.h=65% được nén lên 6 bar. Nhiệt độ tăng cho
phép là 25oC. Boa nhiêu nước sẽ ngưng tụ?
Từ bảng 3.5 , ở 15oC, 10 m3 khí có thể chứa tối đa 13.04g/m3 * 10m3 = 130.4g.
Do r.h=65%, lượng nước chứa trong khí là 130.4g * 0.65 = 84.9g (a)
Thể tích khí nén giảm có thể tính như sau:
p1. V1 = p2.V2 (p1/p2).V1 = V2 V2 = (1.013bar / (6+1.013)) * 10m3 = 1.44 m3
Từ bảng 3.5 : 1.44 m3 khí ở 25 oC có thể chứa tối đa 23.76g * 1.44 = 34.2g. (b)
13

14. Lượng nước ngưng tụ bằng tổng lượng nước trong khí trừ đi thể tích mà khí nén có thể hấp
thu; vậy từ (a) và (b) ta có 84.9 – 34.2 = 50.6g là lượng nước ngưng tụ
Lượng nước ngưng tụ này nên được tách khỏi khí nén trước khi cấp vào hệ thống để tránh
gây hỏng hóc cho thiết bị.
Hình 3.7 Điểm sương trong dãy nhiệt độ từ -30 tới +80oC. Đường đậm chỉ ra tập các điểm
sương của thể tích khí phụ thuộc nhiệt độ, đường nhạt ứng với thể tích khí chuẩn.
14

15. 4. NÉN VÀ PHÂN PHỐI KHÍ.
MÁY NÉN KHÍ
Máy nén khí chuyển năng lượng cơ từ động cơ điện hay động cơ đốt trong thành tếh năng
của khí nén.
Máy nén chia thành 2 loại chính: loại chuyển động thẳng và loại quay.
Hình 4.1 Các loại máy nén sử dụng cho khí nén.
MÁY NÉN CHUYỂN ĐỘNG TỊNH TIẾN
Máy nén piston một cấp:
Khí lấy từ môi trường và nén đến áp lực yêu cầu trong 1 hành trình đơn. Piston di chuyển
xuống làm tăng thể tích và giảm áp suất xuống thấp hơn áp suất khí quyển làm cho khí ở
môi trường ngoài lọt vào xi lanh qua cửa vào. Sau khi xuống hết, piston di chuyển lên, lỗ
vào đóng bị khi khí bị nén lại, lỗ ra mở ra đưa khí vào bình chứa.
Loại máy nén này được sử dụng rộng rã trong hệ thống khí có áp lực từ 3-5 bar.
Hình 4.2 Máy nén piston đơn
15

16. Máy nén piston 2 cấp
Ở máy nén piston đơn, khi khí nén hơn 6 bar, nhiệt độ tỏa ra rất lớn làm giảm hiệu suất
làm việc. Vì vậy mà máy nén khí dùng trong công nghiệp thường là loại kép. Khí lấy
từ áp suất khí quyển được nén qua 2 cấp để tạo ra áp lực cuối cùng.
Hình 4.3 Máy nén piston kép
Nếu áp lực cuối cùng là 7 bar, thì cấp đầu tiên thường nén lên khoảng 3 bar, sau đó nó
được làm lạnh và đưa vào cấp nén thứ 2 để nâng lên.
Khí nén đưa vào cấp xilanh nén thứ 2 đã được giảm nhiệt nhiều do đã qua bộ làm mát
bên trong nên hiệu suất tăng hơn so với máy nén đơn. Nhiệt độ cuối cùng của khí
ra cỡ 120oC.
Máy nén khí loại màn chắn.
Máy nén khí loại màn chắn cấp khí nén cỡ 5 bar, hoàn toàn không có lẫn dầu nên được
sử dụng rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm, dược phẩm.
Màn chắn tạo ra sự thay đổi thể tích trong buồng nén. Điều này giúp khí vào khi hành
trình xuống và nén khi hành trình lên.
Hình 4.4 Máy nén màn chắn 16

17. MÁY NÉN KHÍ LOẠI QUAY:
Máy nén quay loại cánh trượt:
Loại này có rotor gắn lệch tâm và các cánh của nó có thể trượt trong những khe quanh trục
rotor. Khi rotor quay, lực ly tâm giữ các cánh tiếp xúc với vách stator và không gian
giữa 2 cánh liền kề sẽ giảm dần làm tăng áp lực từ cửa vào và tao ra khí nén.
Hình 4.5
Việc bôi trơn và làm kín thực hiện bằng cách thêm dầu vào luồng khí gần cửa vào. Dầu cũng
có tác dụng làm mát han chế nhiệt ra cỡ 190oC.
Máy nén khi loại trục vít:
Gồm 2 trục rotor ăn khớp và quay ngược chiều nhau. Khoảng không giữa 2 trục rotor giảm
dần doc theo trục điều này làm khi kẹt giữa 2 trục bị nén lại. Nó được bôi trơn và làm
kín bằng dầu nên phải tách dầu ở đầu ra.
Loại này có thể đạt được tốc độ lưu lượng
liên tục cao vượt mức 400m3/phút ở áp lực
10 bar.
Loại này có ưu điểm hơn loại máy nén van quay
vì nó tạo ra nguồn khí cấp liên tục, không
có xung.
Hình 4.6
ĐÁNH GIÁ MÁY NÉN:
Dung lượng máy nén xác định bởi Lưu lượng khí chuẩn, m3n/s hay dm3n/s hay l/m. Đối với
máy nén piston, nó được tính bởi:
Q (l/m)= diện tích dm2 x chiều dài hành trình dm x số xi lanh tầng đầu x rpm
Trong trường hợp máy nén 2 tầng, chỉ tính tầng xilanh đầu tiên.
Hiệu suất khí cấp thường thấp hơn do tổn hao nhiệt và thể tích.
Khí nén trong xi lanh không thể xả hết khi hết hành trình nén, có vài khoảng trống không
dùng được ta gọi là vùng thể tích chết.
Tổn thất nhiệt xảy ra do trong quá trình nén, nhiệt độ khí tăng lên cao do đó thể tích khí tăng
và giảm đi khi ra nhiệt độ môi trường.
17

18. Hiệu suất thể tích:
Hệ số (Lượng khí cấp / lượng khí chiếm chỗ) chính là hiệu suất thể tích, tính theo phần trăm.
Nó thay đổi tùy theo kích cỡ, loại và kết cấu máy, số tầng nén và áp lực cuối cùng. Hiệu suất
máy nén 2 tầng thấp hơn máy nén 1 tầng vì ở mỗi xi lanh đều có vùng thể tích chết.
Hiệu suất nhiệt và hiệu suất tổng hợp:
Bên cạnh các tổn hao nói trên còn có tổn hao do nhiệt làm giảm hiệu suất nén khí. Các tổn
hao này hơn nữa còn làm giảm hiệu suất tổng quát, phụ thuộc vào hệ số nén và tải.
Máy nén làm việc gần hết dung tích sẽ làm gia tăng nhiệt và giảm hiệu suất. Ở máy nén
2 cấp, hệ số nén mỗi cấp thấp, khí được nén riêng biệt ở cấp 1 rồi qua bộ làm mát sau
đó vào cấp nén cuối cùng.
Ví dụ: Nếu khí quyển được lấy vào cấp nén 1 và nén xuống còn 1/3 thể tích đầu, áp lực cửa
ra cỡ 3 bar. Nhiệt sinh ra thấp tương ứng khi nén mức thấp. Sau đó khí qua bộ làm mát
rồi vào cấp nén thứ 2 và tiếp tục giảm 1/3 thể tích. Áp lực tuyệt đối cuối cùng sẽ là 9
bar.
Khi nén trực tiếp cùng lượng khí đó từ áp lực môi trường lên áp lực tuyệt đối 9 bar, nhiệt độ
sinh ra sẽ rất cao và hiệu suất tổng quát sẽ giảm mạnh.
Sơ đồ hình 4.7 so sánh hiệu suất tổng quát tiêu biểu của máy nén 1 cấp và 2 cấp với áp lực
cuối cùng khác nhau.
Hình 4.7 Sơ đồ hiệu suất tổng quát
Đối với áp suất cuối cùng thấp, loại 1 cấp tốt hơn do hiệu suất thể tích cao hơn. Khi cần áp
lực cuối lớn thì loại 2 cấp có ưu điểm hơn.
Năng lượng tiêu thụ đặc biệt dùng để tính hiệu suất tổng quát và có thể dùng để ước
lượng giá thành sản xuất khí nén. Trung bình, 1 kW điện sẽ tạo được 120-150l/phút ở
áp lực làm 7 bar. ( =0.12…0.15m3n/min/kW). Thông số chính xác cần thiết lập dựa theo
kích cỡ và loại máy nén.
CÁC PHỤ KIỆN CHO MÁY NÉN
BÌNH TÍCH KHÍ:
Bình tích khí là một bình chịu được áp suất cao, làm từ thép tấm, đặt theo hướng thẳng
đứng hay nằm ngang ngay sau bộ làm mát, dùng để tích trữ khí nén; do đó hạn chế
được dao động lưu lượng.
18

19. Chức năng chính của bình tích khí là trữ khí để tránh quá tải cho máy nén và giảm thiểu dao
động của máy nén khi phải nhận và không nhận tải, nó cũng làm mát và làm ngưng tụ 1
phần hơi dầu và nước lẫn trong khí. Ta nên đặt bình chứa ở nơi thoáng mát.
Nên gắn vào bình van an toàn, đồng hồ áp lực, bộ xả và nắp đậy kiểm tra-vệ sinh.
Tính toán lựa chọn bình chứa:
Bình chứa được chịn dựa vào lượng khí đến từ máy nén, kích thước hệ thống, yêu cầu
nguồn khí không đổi hay thay đổi.
Máy nén điều khiển bằng điện trong các nhà máy công nghiệp thường được đóng ngắt giữa
2 mức áp lực min và max, gọi là điều khiển tự động. Để tránh dao động quá mức thì nó
cần 1 bình chứa có lượng thể tích nhỏ nhất định.
Máy nén di động dùng động cơ nổ không dừng lại khi đạt tới áp lực max, lúc này van hút của
máy nén sẽ mở và khí sẽ tự do ra vào xi lanh mà không bị nén. Độ chênh áp giữa lúc có
tải và không tải là rất nhỏ. Trong trường hợp này chỉ cần dùng bình chứa nhỏ.
Trong công nghiệp, quy tắc chon bình chứa như sau:
Dung tích bình chứa = khí nén ra từ máy nén / phút
Ví dụ: Máy nén có lưu lượng ra là 18m3n/min, áp lực đường ống trung bình là 7 bar. Do đó
khí nén ra trên mỗi phút là: 18000 / 7 – tương đương 2500 lít
Vậy cần chọn bình có dung tích 2750 lít.
BỘ LỌC ĐẦU VÀO:
Không khí bình thường chứa tới 40 triệu phần tử rắn/m3 như bụi, phấn… Nếu khí này được
nén lên 7 bar thì lượng tạp chất này sẽ lên 320 triệu/m3 . Vì vậy để máy nén hoạt động
tin cậy, bền thì bộ lọc phải có hiệu suất cao nhằm ngăn sự bào mòn ở piston và xi lanh.
Bộ lọc cũng không nên quá mịn, những phần tử nhỏ (2-5µm) bị giữ lại làm trở kháng bộ lọc
tăng cao nên giảm lượng khí hữu ích.
Khí lấy vào máy nén càng sạch và khô càng tốt, đường kính ống nên lớn. Khi dùng bộ giảm
âm thì nên đặt nó phía sau bộ lọc.
KHỬ NƯỚC TRONG KHÍ NÉN
BỘ LÀM MÁT:
Sau khi nén, khí sẽ có nhiệt độ cao và khi giảm xuống nhiệt độ môi trường, lượng nước trong
khí sẽ tích tụ trong đường ống. Cách tốt nhất để ngăn hiện tượng này là làm mát khí
ngay sau khi nén. Bộ làm mát có thể dùng nước hay khí để trao đổi nhiệt.
Làm mát bằng khí
Khí nén chạy qua một mạng lưới các ống tản nhiệt được làm mát nhờ quạt gió. Loại tiêu biểu
được vẽ trên hình 4.8. Nhiệt độ khí nén ra chỉ nên cao hơn 15oC so với môi trường
xung quanh.
19

20. Làm mát bằng nước
Cơ bản là một vỏ thép có chứa các đường ống, nước nằm một phía và khí nằm một phía của
ống, cả nước và khí đều chạy tuần hoàn và có hướng ngược chiều nhau. Nguyên lý vẽ
ra ở hình 4.9
Hình 4.9.
Bộ làm lạnh cần đảm bảo khí ra chỉ hơn 10oC so với nước làm mát.
Nên gắn thêm bộ tự động xả để xả chất ngưng tụ.
Bộ làm mát cũng nên trang bị van an toàn, đồng hồ áp lực và nhiệt kế cho khí và nước.
BỘ LÀM KHÔ:
Các bộ làm mát thường làm lạnh khí xuống 10-15oC, điều kiện nhiệt làm việc của khí là nhiệt
môi trường ( khoảng 20 oC), điều này có nghĩa sẽ không còn nước ngưng tụ khi làm việc
nữa. Tuy nhiên nhiệt độ khí ra cũng có thể cao hơn nhiệt môi trường nơi mà các ống dẫn
đi qua, chẳng hạn vào buổi tối. Khi đó khí bị làm lạnh hơn nữa và nước sẽ bị ngưng tụ.
Phương pháp làm khô khí được dùng là giảm điểm sương, điểm mà nhiệt độ tại đó làm khí
bảo hòa hơi nước hoàn toàn. Điểm sương càng thấp thì lượng hơi ẩm trong khí càng ít.
Có 3 loại làm khô khí: 2 loại dạng hấp thụ và 1 loại dạng làm lạnh.
Loại làm khô dạng hấp thụ ( chất hấp thu bị rã ra):
Khí nén bị đẩy qua chất hấp thu như phấn dehydrat,
megie-clorua, lithium-clorua, canxi-clorua ở
dạng rắn, húng sẽ hấp thu nước rồi ngưng tụ
ở đáy bình chờ xả ra.
Các chất hấp thu cần bộ sung thêm thường
xuyên khi mà điểm sương tăng.
Điểm sương ở 5oC, 7 bar là đạt yêu cầu.
Ưu điểm của phương pháp này là chi phí ban đầu
và vận hành thấp, nhưng nhiệt độ vào không
được quá 30oC., các chất này có tính ăn mòn
rất cao nên đòi hỏi phải được lọc cẩn thận
tránh để lọt vào hệ thống khí nén.
Hình 4.10
20

21. Làm khô dạng hấp thu (chất hấp thu được tái sử dụng)
Các hóa chất như silica dạng gel, alumi hoạt tính dạng hạt chứa trong bầu đặt thẳng dứng sẽ
hấp thu hơi ẩm trong khí nén. Khi chất hấp thu bảo hòa , nó sẽ được tái chế lại bằng khí
khô, nhiệt hay tự làm khô như hình 4.11.
Khi nén ẩm được cấp vào van điều khiển hướng và đi vào cột hấp thu1. khi khô sẽ thoát ra
cửa ra.
Khoảng 10-20% khí khô sẽ qua vòi O2 và cột 2 theo chiều ngược lại để tái chế nó. Khí tái chế
sau đó sẽ thải ra ngoài.
Van điều khiển hướng sẽ chuyển đổi định kỳ, được điều khiển bởi timer, cho phép làm khô khí
ở 1 cột và tái tạo ở cột kia, đảm bảo khí luôn khô.
Điểm sương cực thấp vẫn có thể áp dụng phương pháp này, ví dụ -40oC.
Chỉ thị màu có thể kết hợp với làm khô để hiển thị mức độ bảo hòa. Bộ lọc tinh cần gắn ở cửa
ra để lọc các bụi từ chất làm khô. Chi phí ban đầu và vận hành cao nhưng bảo trì ít tốn
kém.
Hình 4.11
Làm khô dạng làm lạnh
Đây là thiết bị kết hợp 1 mạch làm lạnh là 2 vùng trao đổi nhiệt.
Khí ẩm ở nhiệt độ cao được tiền làm lạnh ở vùng trao đổi nhiệt 1, truyền 1 phần nhiệt cho khí
lạnh ở cửa ra. Sau đó nó tiếp tục được làm lạnh bởi công chất lạnh trong mạch máy lạnh
ở vùng 2. Vào thời điểm này hơi nước và dầu ngưng tụ rồi tự động xả ra ngoài.
Khí khô lạnh sẽ quay về vùng trao đổi nhiệt 1 và nhận nhiệt từ khí vào, điều này sẽ ngăn tụ
sương ở cửa ra, tăng thể tích khí và giảm độ ẩm.
21

22. Nhiệt độ ra có thể đạt 2oC với phương pháp hiện đại dù chỉ cần 5oC là thỏa yêu cầu của tất
cả ứng dụng khí nén. Nhiệt độ đầu vào có thể lên 60oC nhưng để lợi về kinh tế thì nhiệt
đầu vào càng thấp càng tốt.
Nhìn chung thì chi phí cho bộ làm khô chiếm 10-20 % chi phí máy nén.
1. Vùng trao đổi nhiệt giữa khí vào và
khí ra
2. Vùng trao đổi nhiệt giữa khí vào sau
khi qua vùng 1 với công chất lạnh
( freon)
3. Quạt làm lạnh công chất.
4. Máy nén công chất
5. Van tiết lưu ( làm lạnh công chất)
6. Bộ lọc khí
7. Bộ tự động xả
Hình 4.12 Nguyên lý làm khô bằng làm lạnh
Bộ lọc đường ống chính:
Bộ lọc dung tích lớn nên đặt ngay sau bình tích khí để tách tạp chất, hơi dầu, và nước ra khỏi
khí nén.
Bộ lọc phải có độ sụt áp thấp nhất và có khả năng tách hơi dầu từ máy nén để tránh bị tích tụ
trong đường ống, nó không có đĩa chia khí để tách nước như bộ lọc chuẩn. Bộ xả gắn
kèm hay tích hợp sẵn trên bộ lọc sẽ xả chất ngưng tụ thường xuyên.
Bộ lọc thường là loại có phin lọc thay thế nhanh.
Hình 4.13 Bộ lọc đường ống chính.
22

23. PHÂN PHỐI KHÍ
Hệ thống phân phối chính được lắp đặt để truyền khí đến các khu tiêu thụ khác nhau.
Cần phải đặt các van cách ly để chia ống khí chính thành những đoạn và để giới
hạn khu vực cần tắt/đóng trong khi sửa chữa hay bảo trì.
có 2 sơ đồ phân phối chính: phân phối cụt và phân phối mạch vòng.
PHÂN PHỐI CỤT
Để hỗ trợ cho thoát nước, đường ống lắp đặt nên cho độ nghiêng 1/100 theo hướng
dòng chảy và nên lắp đủ đầu thoát. ở một khoảng cách thích hợp, đường ống
chính nên trở về độ cao ban đầu bằng cách dùng 2 đoạn nối có góc nối thích hợp
và ở đó nên bố trí đầu thoát ở điểm thấp nhất.
PHÂN PHỐI MẠCH VÒNG
23

24. Trong phân phối mạch vòng đường ống chính cấp từ 2 phía tới nơi tiêu thụ khí nhiều,
điều này sẽ giảm thiểu hụt áp suất.
Tuy nhiên nước đọng sẽ đi theo mọi hướng, nên cung cấp đủ van xả tự động để thoát
nước ra.
ĐƯỜNG ỐNG THỨ CẤP
Nếu bộ làm mát và khô khí lắp đặt không hiệu quả, khí nén trong đường phân phối chính
do tiếp xúc lạnh bề mặt nên nước và dầu sẽ đọng lại theo đường ống.
Đường nhánh được tách ở trên đỉnh đường ống chính để ngăn nước trong đường ống
chính đi vào và đáy của đường ống nên có chỗ thoát.
Điểm thoát được cấp từ điểm nhánh được đặt ở vị trí thích hợp dọc theo đường ống ở
những điểm thấp. Những điểm xả này có thể xả bằng tay hay dùng van xả tự động.
Dùng van xả tự động thì chi phí lắp đặt cao, nhưng bù lại tiết kiệm được chi phí nhân
công. Nếu dùng van xả bằng tay bị sao lãng lại dẫn tới rắc rối do chứa các chất bẩn
trong ống.
Hình 4.16 Khớp nối lấy khí (a) và nước (b)
Dùng van xả tự động
Có 2 loại van xả tự động, xem hình 4.17 và 4.18
Trong loại xả dạng phao hình 4.17, ống dẫn nổi và bên trong được nối với không khí
thông qua bộ lọc, van an toàn đặt trong hốc ở trong lò xo để đẩy piston và có 1 trục
cho vận hành bằng tay.
24

25. Các chất ngưng đọng tụ lại ở dưới đáy van xả và khi nó dâng lên đủ cao nó sẽ nâng
phao lên, áp suất trong van truyền tới piston chuyển qua 1 bên để mở van xả và
tống nước ra. Khi đó phao sẽ xuống thấp và sẽ đóng khí cấp cho piston.
Van an toàn dùng để giới hạn áp suất sau piston khi phao đóng họng lại, giá trị cài đặt
ban đầu bảo đảm đồng bộ với thời gian của piston để ngăn khí xả ra qua chức
năng xả của van an toàn.
Trong hình 4.18 là loại dùng điều khiển bằng điện mà ở mỗi thời gian nhất định nó sẽ xả
nước ngưng đọng bằng cách quay bánh cam để tác động cần van.
Điều này đưa ra thuận lợi là có thể hoạt động mọi hướng và chống sốc tốt nó rất thích
hợp với máy nén khi di động và hệ thống khí nén trong xe buýt, xe tải.
Hình 4.18 động cơ tự động xả
TÍNH TOÁN KHÍ NÉN CHO ĐƯỜNG ỐNG CHÍNH
Chi phí cho đường ống chí chính là một phần chi phí ban đầu khá cao cho lắp đặt khí
nén. Nếu giảm đường kính ống, sẽ hạ được chi phí đầu tư, nhưng tăng độ sụt áp
trong hệ thống, chi phí vận hành sẽ tăng và sẽ tăng vượt mức chi phí đầu tư cho
đường ống lớn hơn.
Chi phí nhân công cũng chiếm một phần lớn trong tổng chi phí và chi phí này thay đổi rất
ít với lắp đặt các loại đường ống khác nhau, chẳng hạn việc lắp đặt đường ống
kích thước 25mm chi phí cũng giống như lắp đường ống 50mmnhưng lưu lượng
đường ống 50m sẽ gấp 4 lần đường ống 25mm
Trong hệ thống mạch vòng, điểm tách của bất kỳ đường cấp nào cũng dược cấp bởi 2
đường dẫn . Khi tính toán đường ống người ta chỉ tính như là 1 đường cung cấp
duy nhất mà thôi.
Tính toán đường ống chính và nhánh chỉ quan tâm đến vận tốc, thông thường vận tốc
khoảng 6 m/s, trong khi ở những nhánh phụ với áp suất 6 bar và độ dài khoảng vài
mét vận tốc có thể đến 20 m/s. độ sụt áp từ máy nén khí đến đường ống nhánh
không được vượt quá 0.3 bar. Nomogram (hình 4.19) cho phép ta xác định đường
ống yêu cầu.
Các vị trí van và góc bẻ sẽ gây ra ma sát thêm, những ma sát này sẽ được cộng thêm
ứng với độ dài đường ống tương đương để tính tổng tổn thất áp suất. Trong bảng
4.20 cho đường ống tương đương ứng với mỗi khớp nối được dùng.
25

26. Ví dụ (a) xác định đường ống để có lưu lượng 16800 l/m với sụt áp không quá 0.3 bar
trong 125 m ống. Dùng máy nén khí 2 cấp sẽ tự động chạy khi dưới 8 bar và tắt ở
10 bar ; áp suất trung bình 9 bar.
Sụt áp cho phép 30 Kpa trên 125m tương đương với 30/125 = 0.24 Kpa/m
Trong nomogram 4.19: vẽ đường 9 bar trên đường áp suất đi qua 0.24 Kpa/m trên đường
sụt áp và cắt đường tham chiếu ở X
Nối điểm X với 0.28 m3/s và vẽ đường thẳng cắt đường kích thước đường ống là khoảng
61mm.
Với đường ống tối thiểu là 61mm có thể dùng ống 65mm ( xem bảng 4.21) có đường ống
68mm thỏa mãn tính toán với 1 ít trừ hao
Ví dụ (b) nếu đường ống dài 125m trong ví dụ (a) có 1 số khớp nối trong đường ống,
chẳng hạn 2 co, 2 góc bẻ 900 , 6 Tee và 2 van cửa, sẽ cần đường ống lớn hơn để
giới hạn sụt áp ở 30 KPa
Trong bảng 4.20, cột đường kính 65mm ta tìm được đường thẳng ống tương ứng:
2 co 2*1.37 m = 2.74 m
2 góc bẻ 900 2*0.76 m = 1.52 m
6 Tee 6*0.67 m = 4.02 m
2 van cửa 2*0.49 m = 0.98 m
9.26 m
12 khớp nối có độ ma sát thêm ứng với 10m ống
Vì vậy chiều dài tác động của ống sẽ là 135m và tổn thất cho phép trên 1 mét là:
30KPa/135m = 0.22 Kpa/m
Tham khảo nomogram trong hình 4.19. đường kính ống cắt khoảng 65mm I.D vậy đường
kính danh định là 65mm, đường kính bên trong thực của ống 68mm sẽ đáp ứng
Chú ý: khả năng mở rộng cần phải được xem xét khi tính toán lắp đặt đường ống chính
mới.
Bảng 4.20 Chiều dài tương ứng cho các loại khớp nối chính:
Loại khớp nối Kích thước lỗ trong ống (mm)
15 20 25 30 40 50 65 80 100 125
Elbow 0.3 0.4 0.5 0.7 0.8 1.1 1.4 1.8 2.4 3.2
90* Bend (long) 0.1 0.2 0.2 0.4 0.5 0.6 0.8 0.9 1.2 1.5
90* Elbow 1.0 1.2 1.6 1.8 2.2 2.6 3.0 3.9 5.4 7.1
180* Bend 0.5 0.6 0.8 1.1 1.2 1.7 2.0 2.6 3.7 4.1
Globe Valve 0.8 1.1 1.4 2.0 2.4 3.4 4.0 5.2 7.3 9.4
Gate Valve 0.1 0.1 0.2 0.3 0.3 0.4 0.5 0.6 0.9 1.2
Standard Tee 0.1 0.2 0.2 0.4 0.4 0.5 0.7 0.9 1.2 1.5
Side Tee 0.5 0.7 0.9 1.4 1.6 2.1 2.7 3.7 4.1 6.4
26

27. Hình 4.19 Nomogram để lựa chọn đường kính lỗ chính
27

28. Vật liệu đường ống
Đường ống gas chuẩn (SGP)
Đường ống khí chính thường bằng thép hay bằng sắt. Nó thường có màu đen hay được
tráng kẽm mà ít bị mòn. Loại ống này có thể được vặn thích ứng với một số loại
khớp nối. Đối với đường kính trên 80mm dùng mặt bích để nối sẽ kinh tế hơn
dùng ren. Một số thông số của đường ống gas chuẩn bằng gang (SGP).
Bề rộng lỗ trong Đường kính Độ dầy Khối lượng
ngoài mm mm Kg/m
A B
6 1/8 10.5 2.0 0.419
8 1/4 13.8 2.3 0.652
10 3/8 17.3 2.3 0.851
15 1/2 21.7 2.8 1.310
20 3/4 27.2 2.8 1.680
25 1 34.0 3.2 2.430
32 1 1/4 42.7 3.5 3.380
40 1 1/2 48.6 3.5 3.890
50 2 60.3 3.65 5.100
65 2 1/2 76.1 3.65 6.510
75 3 88.9 4.05 8.470
100 4 114.3 4.5 12.100
Ống inox
Chủ yếu được dùng khi đường kính lớn trong ống chính thẳng.
Ống đồng
Có thể dùng ống đồng đường kính lên đến 40mm ở nơi môi trường ăn mòn, chịu nhiệt
và độ cứng cao. Được dùng với khớp nối và ống tôi luyện chất lượng cao dễ
dàng cho việc lắp đặt.
Ống cao su
ống cao su rất phù hợp với loại hoạt động cầm tay vì nó linh động và dễ chuyển cho
người vận hành. Sau đây là kích thước các đường ống:
ống cao su chủ yếu được dùng cho những thiết bị hay những ứng dụng khác mà ống có
thể để gần thiết bị
28

29. Bề rộng lỗ trong, Đường kính Độ dầy Khối lượng
inches ngoài mm mm Kg/m
1/8 9.2 3.2 8.04
1/4 10.3 6.3 31.2
3/8 18.5 9.5 70.9
1/2 21.7 12.7 127
5/8 24.10 15.9 199
3/4 29.0 19.0 284
1 35.4 25.4 507
1 1/4 45.8 31.8 794
1 1/2 52.1 38.1 1140
1 3/4 60.5 44.5 1560
2 66.8 50.8 2030
2 1/4 81.1 57.1 2560
2 1/2 90.5 63.5 3170
Ống PVC hay ống nhựa
Thường được dùng để nối các thiết bị khí nén với nhau trong giới hạn nhiệt độ làm việc,
rất thuận lợi trong việc lắp đặt, cho phép cắt ngắn, đấu nối dễ dàng bằng fitting.
Nếu yêu cầu làm việc uyển chuyển hơn hay thường xuyên chuyển động thì sử dụng loại
nhựa mềm hơn hay loại polyurethane nhưng áp suất làm việc an toàn thấp
hơn.
Các khớp nối trong hệ thống
Trong hệ thống các thiết bị khí nén được nối với nhau bằng nhiều cách hình 4.23 chỉ
cách nối nhanh tiêu biểu. ống chỉ cần nhấn vào nó sẽ tự động giữ chắc lại và
kín
Loại INSERT cho ta lực giữ tốt hơn bên trong và ngoài ống. ống được ép lại bởi 1 ống
bọc khi đai ốc được xiết vào. Đoạn ống được nhấn vào sẽ giảm đường kính
bên trong do đó gia tăng đáng kể lực cản.
Loại PUSH-IN có lực giữ chặt lớn và dùng vòng đệm kín đặc biệt bảo đảm làm kín cho
áp suất và chân không. Không gây thêm cản lực vì nối ống không bị ép nên
đường trong của ống không thay đổi.
Loại SELF SEALING có 1 cơ cấu bên trong để khí không thoát ra sau khi rút ống ra nó
cũng có thể được dùng cho môi trường không có đồng
a) Nếu không đẩy ống vào, van 1 chiều sẽ chặn không cho khí thoát ra
b) Khi ống được nhét vào sẽ đẩy van 1 chiều ra cho khí đi vào.
29

30. Hình 4.21 loại khớp nối nhét vào trong lòng ống
Hình 4.22 khớp nối loại đẩy vào có khuỷu chặn
Hình 4.23 khớp nối tự làm kín
30

31. 5 XỬ LÝ KHÍ
Như trình bày ở trên, không khí mang bụi và hơi ẩm. Sau khi nén, hơi ẩm sẽ động lại
trong bồn chứa và bộ làm mát khí, nhưng vẫn còn 1 số cò sót lại sẽ đi vào hệ
thống. Hơn nữa những phần tử carbon hóa của dầu, lớp rỉ của thành ống và
những vật bên ngoài khác xâm nhập vào sẽ gây hỏng vòng đệm và hình thành
những chất dính. Tất cả những điều này có thể gây ảnh hưởng đến thiết bị khí
nén như làm mòn thiết bị, làm giãn nở vòng đệm, gây rỉ sét và làm đứng van.
Để loại những cạn bẩn này, khí cần phải được làm càng sạch càng tốt. Bộ xử lý khí
cũng bao gồm van điều áp và bộ bôi trơn.
BỘ LỌC
Bộ lọc chuẩn
Bộ lọc chuẩn bao gồm bộ tách nước và bộ lọc. Nếu khí không được tách nước trước sẽ
có 1 lượng nước đáng kể và bộ lọc sẽ những vật rắn lại như bụi và cặn rỉ sét:
Hình 5.1 Loại bộ lọc tách nước tiêu biểu và bộ tự động xả
31

32. Lưới lọc sẽ lược những phần tử nhỏ hơn như bụi, vỉ sét thành ống và dầu trước khi đi ra
bộ lọc. Những lưới lọc chuẩn sẽ lược bỏ tất những thành phần bụi nhỏ đến 5
micro. Lưới lọc dễ dàng tháo ra lau chùi để sử dụng lại một số lần trước khi
thay thế do vượt tổn thất áp suất.
Thân bộ lọc thường làm bằng polycabon. Để an toàn nó được bảo vệ thép. Trong mội
trường hóa chất độc hại nên sử dụng vật liệu đặc biệt. Khi sử dụng chỗ nào
gần nhiệt độ cao, tia lửa ..vv nên sử dụng loại thân bằng thép.
Nếu nước ngưng tụ lớn nên dùng van xả tự động
Trong hình 5.1 bên phải dùng van xả tự động loại phao được gắn sẵn trong bộ lọc
chuẩn.
Bộ lọc tinh
Bộ lọc tinh dùng để lọc hơi dầu. Bộ lọc tinh không có tấm làm lệch hướng (deflector
plate).
Khí được cấp từ ngõ vào chảy qua tâm lưới lọc rồi đi ra qua cộng outlet.
Bụi bẩn bị ngăn lại ở lưới lọc, hơi dầu và nước chuyển thành chất lỏng bởi sự tác động
hợp nhất trong vật liệu lưới lọc, hình thành giọt nhỏ chảy đọng xuống dưới đáy.
Hình 5.2 Bộ lọc tinh tiêu biểu
Bộ lọc cực tinh
Bộ lọc cực tinh sẽ lọc hầu như tất cả nước và dầu cũng như những vật rất nhỏ đến 0.01
micro, nó cung cấp bảo vệ tối đa các thiết bị đo lường chính xác dùng khí nén,
sơn tĩnh điện, lau và làm khô trong lắp ráp điện tử.
Nguyên lý hoạt động cũng giống như bộ lọc tinh, nhưng lưới lọc có thêm 1 lớp nữa có
hiệu suất lọc cao hơn.
32

33. Lựa chọn bộ lọc
Để tính toán bộ lọc nên dựa vào yêu cầu ứng dụng cụ thể và phụ thuộc vào 2 yếu tố:-
a) Lưu lượng tối đa của thiết bị dùng khí nén
b) Tổn thất áp suất tối đa cho phép trong hệ thống
Các nhà sản suất sẽ cung cấp biểu đồ lưu lượng / áp suất để có thể tính chính xác
cần chú ý rằng dùng bộ lọc chuẩn cho những ứng dụng có thể không hiệu suất do có tốc độ
thấp hơn.
CHẤT LƯỢNG KHÍ NÉN
Các tầng lọc
Trong hình 5.3 minh họa cho các loại tầng lọc về độ sạch cho những ứng dụng khác nhau.
Khí từ máy nén qua bộ làm mát có gắn van xả tự động để loại nước ngưng tụ và các cặn
bẩn. Nước ngưng tụ càng nhiều thì khí càng nguội trong bồn chứa. Có thể gắn
thêm các van xả ở vị trí đường ống thấp.
Hệ thống chia làm 3 phần chính:
Nhánh (1 và 2) khí được cấp trực tiếp từ bồn. Nhánh (3 – 6) dùng khí đã được xử lý bởi bộ
làm khô khí loại làm lạnh. Nhánh 7 được gắn thêm 1 bộ làm khô khí nữa, loại hấp
thụ.
Bộ lọc chuẩn trong nhánh phụ 1 và 2 được gắn thêm van xả tự động để loại bỏ nước ngưng
tụ, nhánh 2 có độ sạch cao hơn do được gắn thêm bộ lọc tinh. Nhánh 3 – 5 dùng bộ
sấy khô khí bằng chất làm lạnh, vì vậy ở nhánh 3 không cần dùng van xả tự động,
nhánh 4 cần lọc thêm nữa và nhánh 5 cho mức độ sạch hơn nữa do dùng thêm bộ
lọc tin và cực tinh.
Nhánh 6 gắn thêm bộ lọc khử mùi. Trong nhánh 7dùng loại sấy khô khí kiểu hấp thụ để loại
bỏ mọi nguy cơ nước ngưng tụ khi ở nhiêt độ thấp.
Những ứng dụng tiêu biểu xem trong bảng 5.4 33
33

34. Số Khả năng lọc… ứng dụng Ví dụ tiêu biểu
1 Thành phần bụi > 5µ. ở những nơi mà chấp nhận Dùng ở xưởng như
Hơi dầu > 99%. Độ ẩm không sạch lắm và có độ kẹp, thổi và những
bão hòa <96% ẩm và hơi dầu tác động đơn giản.
2 Thành phần bụi > 0.3µ. ở những nơi cần sạch, Những thiết bị tác
Hơi dầu > 99.9%. Độ ẩm nhưng chấp nhận1 số nước động và điều khiển
bão hòa <99% ngưng dộng dùng trong công
nghiệp, máy bơm
và công cụ
3 Độ ẩm tới điểm đọng ở những nơi cần sạch, Giống như mục (1)
sương của không khí -17 nhưng chấp nhận1 số nước nhưng khí được
0
C. Hơn trong mục (1) ngưng tụ khô hơn, dùng cho
phun sơn.
4 Thành phần bụi > 0.3µ. Không có hơi ẩm, có thể Điều khiển qui trình,
Hơi dầu > 99.9%. Độ ẩm chấp nhận những bụi và đo lường thiết bị,
lên đến điểm động hơi dầu rất nhỏ. phun sơn chất
sương không khí -17 0C. lượng cao, làm mát
lò đúc và phun
khuôn ép
5 Thành phần bụi > 0.1µ. Khí trong sạch, đặc biệt nơi Thiết bị khí nén đo
Hơi dầu > 99.9999%. Độ yêu cầu trong sạch hoàn lường chính xác,
ẩm giống mục (4) toàn. phun sơn tĩnh điện,
lắp ráp thiết bị điện
tử.
6 Giống mục (5), thêm Khí hoàn toàn trong sạch Dùng trong dược
phần lọc khử mùi như mục (5), nhưng yêu phẩm, đóng gói
cầu khử mùi khí. thức ăn công
nghiệp, trong giao
thông và khí để thở
7 Tất cả như mục (6) ở những nơi tránh nguy cơ Làm khô thiết bị
nhưng nhiệt độ đọng ngưng tụ trong quá trình điện tử, kho thuố,
sương là < -30 0C giãn nở ở nhiệt độ thấp những thiết bị đo
lường hàng hải, vận
chuyển bột phấn.
34

35. ĐIỀU ÁP
Điều áp rất cần thiết vì khi áp suất vượt trên mứ định mức, sẽ gây ra hao mòn nhanh
chóng. Khi áp suất quá thấp thì không kinh tế do hiệu suất làm việc thấp.
Van điều áp chuẩn
Van điều áp có cấu trúc dạng màng hay piston để cân bằng áp suất đầu ra với lực lò xo
(điều chỉnh được)
Áp suất đầu ra được chỉnh bằng núm vặn nén lò xo xuống để mở van chính cho phép
dòng chảy từ áp suất đầu vào P1 qua ngõ ra áp suất P2.
Hình 5.5 Nguyên lý bộ điều áp
Khi mạch nối đầu ra ở áp suất cài đặt, nò sẽ tác động vào màng ngăn 1 lực để chống lại
lò xo. Khi áp suất định mức đầu ra giảm, P2 sẽ tăng lên, điều này lực tác động
lên màng sẽ tăng lên để nén lò xo lại, màng ngăn nâng lên và van sẽ đóng lại
cho đến khi lực lò xo cân bằng lại. Khí chạy qua van sẽ giảm cho đến khi đáp
ứng được áp suất tiêu thụ khi đó áp suất sẽ được duy trì.
Khi áp suất tiêu thụ tăng, P2 sẽ giảm. Do giảm lực tác động lên màng để chống lại lực lò
xo, màng và van sẽ giảm cho đến khi lực lò xo cân bằng lại. Điều này làm tăng
dòng chảy qua van cho đến khi đáp ứng được áp suất tiêu thụ
Khi không có tiêu thụ van sẽ đóng lại. Nếu áp suất đầu ra tăng trên mức cài đặt nên thực
hiện:
-chỉnh lại van cho áp suất ra thấp hơn
-do lực đẩy bên ngoài của xi lanh tác động lại.
Màng ngăn sẽ được nâng lên mở chốt xả cho áp xuất vượt có thể thoát ra lỗ xả ở trên
thân van.
35

36. Hình 5.6 Bộ điều áp có chức năng xả
Khi lưu lượng khí cao, van sẽ mở nhiều. Do đó lò xo sẽ dài ra và sẽ yếu hơn và sự cân
bằng giữa áp suất P2 trên diện tích màng và lò xo sẽ xảy ra ở mức thấp hơn.
Điều này có thể chỉnh lại bằng cách tạo thêm buồng chứa thứ 3 mà được thông
với đầu ra. Trong ống thông này vận tốc khí sẽ lớn. Như đã mô tả trong mục 3
áp suất tĩnh cũng thấp (Bernoulli). Vì bây giờ P3 ở áp suất tĩnh thấp hơn sự
cân bằng sẽ chống lại lò xo giãn thêm khi dòng chảy cao.
Hình 5.7 Nguyên lý của bộ điều chỉnh áp có bù lưu lượng
Hiệu suất có thể được cải thiện khi thêm 1 đường nối và vạt chéo 1 góc hướng quay về
phía cửa khí ra (ngay góc trên trong khoang chứa lò xo hồi). (hình 5.7)
Vẫn còn điều bất tiện trong van điều áp trong hình 5.7. Nếu áp suất P1 tăng, lực tác
động vào đáy van sẽ lớn hơn và sẽ làm van đóng chặt hơn. Điều này có nghĩa
là áp suất đầu vào tăng thì áp đầu ra sẽ giảm và ngược lại. Có thể khắc phục
điều này bằng cách tạo tiết diện bề mặt cân bằng giữa đầu vào và đầu ra. Điều
này chứng minh trong hình 5.8
36

37. Các thành phần quan trọng trong van điều áp:
1 – trục điều chỉnh
2 – lò xo chỉnh áp
3 – mặt đế để xả khí
4 – màng ngăn
5 – ngăn bù lưu lượng
6 - ống nối bù lưu lượng
7 – Van
8 – vòng đệm bù áp suất
9 – lò xo van
10 - vòng đệm bù lưu lượng
Hình 5.8 Bộ điều áp bù lưu lượng toàn phần
Van điều tiết hỗ trợ khí tác động (Pilot operated Regulator)
Loại van này cho độ chính xác hơn khi điều áp ở lưu lượng chảy lớn.
Sự chính xác này bằng cách thay lò xo chỉnh áp của loại điều áp chuẩn bởi đường áp
suất khí tác động phụ trợ được dẫn trong van.
Van điều tiết pilot trên đầu van chỉ cung cấp và xả khí trong khi chỉnh khí ra. Do đó lò xo
sẽ không giãn ra khi ở dòng lưu lượng cao.
Hình 5.9 Bộ điều áp trợ khí tác động 37

38. Bộ lọc + Van điều áp
Bộ lọc và van điều áp được thiết kế hợp bộ trong filter regulator để tiết kiệm không gian
lắp đặt.
Tính toán van điều áp ; những đặc điểm của van
Chọn Kích thước van điều áp sao cho đáp ứng yêu cầu ứng dụng với áp suất thay đổi
tối thiểu so với dải lưu lượng
Các nhà sản xuất đưa ra biểu đồ liên quan đến đặc tính lưu lượng của thiết bị. Quan
trọng nhất là biểu đồ lưu lượng / áp suất. Trong hình 5.11 cho thấy rằng áp
suất P2 giảm khi lưu lượng tăng lên. Trong đường đặc tuyến có 3 phần riêng
biệt:
I đường quá độ, van mới hé mở, chưa cho phép điều tiết lưu lượng
II đoạn được điều áp
III dải bão hòa; van đả mở hết, không chỉnh được nữa.
Hình 5.11 Đường đặc tính
Lưu lượng/Áp lực cơ bản
Hình 5.10 Bộ lọc + điều áp tiêu biểu
38

39. BÔI TRƠN KHÍ NÉN
Các thiết bị khí nén hiện đại không cần thiết bôi trơn nữa. Chúng được bôi mỡ sẵn đáp ứng
được suốt tuổi thọ hoạt động của chúng.
Tuổi thọ hoạt động của những thiết bị này hầu như đáp ứng được chu kỳ làm việc cao của
máy móc.
Ưu điểm của hệ thống không bôi trơn là:
a) Tiết kiệm chi phí mua thiết bị, dầu bôi trơn và nhân công trong việc châm dầu.
b) Hệ thống sạch hơ và vệ sinh hơn; nhất là trong công nghiệp dược và thực phẩm.
c) Môi trường không có dầu, trong lành hơn và làm việc an toàn hơn.
Tuy nhiên vẫn còn một vài thiết bị yêu cầu bôi trơn, để bảo đảm chúng được bôi trơn liên tục,
người ta cho một số dầu vào khí nén bằng bộ châm dầu.
Bộ châm dầu tỉ lệ
Trong bộ châm dầu, do sự so lệch áp suất giữa đầu vào và ra nó sẽ hút dầu từ bình chứa
vào nắp cung cấp.
Với kích thước cố định, lưu lượng càng cao sẽ tạo sụt áp càng lớn và hút dầu càng nhiều và
sẽ gây đầy dầu trong khí nén.
Trái lại giảm lưu lượng sẽ không đủ sụt áp gây ra không đủ dầu trong khí nén.
Để khắc phục tình trạng này bộ châm dầu sẽ có bộ phận tự điều chỉnh để cho ra lượng dầu
ổn định.
Khi qua bộ châm dầu theo 2 đường. Một chảy qua lá chắn đi ra ngõ outlet, một đi qua van 1
chiều đi vào bình chứa.
Khi không có dòng chảy, áp suất trên bề mặt dầu, ống dẫn và cửa cấp đều bằng nhau. Do đó
dầu sẽ không được hút ra
Khi có khíchạy qua bộ châm, sự ngăn cản lá chắn sẽ tạo ra sụt áp giữa ngõ vào rà ngõ ra.
Dòng chảy càng lớn sụt áp càng cao
Khi đó cửa cấp được nối với 1 ống mao dẫn tới vùng áp suất thấp ngay sau cửa chắn. Áp
suất ở cửa cấp nhỏ hơn áp suất trong bình.
Sự so lệch áp suất này đẩy dầu vào ống đi qua van dẫn dầu 1 chiều và chảy đều đặn vào
cửa cấp.
Khi đã ở trong cửa cấp, dầu sẽ đi qua ống mao dẫn hòa vào dòng chảy ở nơi có vận tốc lớn
nhất. Dầu sẽ tách ra thành những phần tử nhỏ trộn đồng nhất vào khí nén trong
dòng xoáy tạo ra bởi cửa chắn.
Cửa chắn được làm bằng vật liệu mềm dẻo để có thể uốn được khi lưu lượng tăng, mở rộng
dòng chảy, tự động điều chỉnh sụt áp suất và duy trì tỉ lệ trộn nhất định.
Điều chỉnh lưu lượng cho phép điều chỉnh lượng dầu khi áp suất hụt. Van dẫn dầu 1 chiều sẽ
giữ lại dầu ở phần trên của ống nếu dòng chảy ngưng lại.
Van 1 chiều cho phép tự điều chỉnh khí mà không cần ngắt nguồn.
Tỉ lệ lượng dầu cung cấp tùy thuộc vào điều kiện vận hành, nhưng chung chung có thể chỉnh
1 hay 2 giọt trong 1 chu kỳ máy hoạt động.
39

40. Hình 5.12 Bộ châm dầu tỉ lệ
Bộ F.R.L
Các bộ lọc, van điều áp và bộ châm dầu được kết hợp với nhau thành hợp bộ, được nối với
nhau bằng vòng đệm và kẹp. Các gá gắn và phụ kiện được thiết kế gần làm cho
việc gắn chúng dễ dàng.
Tính toán lắp đặt:
Hợp bộ này phải được tính toán lại để đáp ứng được lưu lượng tối đa cho hệ thống. Các nhà
sản xuất thường cung cấp những thông tin này.
Hình 5.13 Bộ F.R.L tiêu biểu 40

41. 6 CƠ CẤU CHẤP HÀNH
Công được thực hiện bởi cơ cấu chấp hành khí nén có thể là chuyển động thẳng hay
xoay. Chuyển động thẳng thường dùng loại xi lanh psiton, chuyển động xoay
qua lại góc xoay có thể lên đế 2700 bởi loại cơ cấu cánh gạt hay bánh răng và
chuyển động quay liên tục.
Xi lanh chuyển động thẳng:
Các xi lanh khí với nhiều kiểu thiết kế khác nhau là các phần tử mạnh mẽ nhất, thông
dụng nhất được sử dụng trong mạch khí điều khiển.Có 2 loại cơ bản :
a.) Xi lanh tác động đơn với 1 ngõ khí vào, tạo lực tác động theo 1 hướng (kéo
vào hoặc đẩy ra).
b.) Xi lanh tác động kép với 2 ngõ vào, tạo lực kéo ra và đẩy vào. Sơ đồ một số
loại xi- lanh thực hiện được mô tả ở phần Appendix.
Xi lanh tác động đơn:
Xi lanh tác động đơn chỉ tạo lực đẩy theo 1 hướng duy nhất. Trục piston sẽ được trả lại
bởi lò xo gắn sẵn hoặc bằng 1 tác động bên ngoài nào đó như: tải trọng,
chuyển động cơ khí… Nó có thể là loại “kéo ra” hoặc “đẩy vào”.
Hình 6.1 Xi lanh tác động đơn tiêu biểu, Loại đẩy.
Xi lanh tác động đơn được sử dụng để giữ, đóng dấu, đẩy ra…So với xi lanh tác động
kép cùng loại, mức tiêu thụ khí của nó thấp hơn một chút vì không cần tạo lực
hồi về do đã có lực hồi của lò xo , tuy nhiên nó có thể đòi hỏi lỗ xi lanh to hơn.
Đồng thời chiều dài và sức căng của lò xo phải phù hợp.
Xi lanh tác động kép:
Với loại cơ cấu thực hiện này, lực kéo và đẩy được tạo ra khi mà áp lực khí được cấp
thay đổi đến các phía đối lập của piston. Lực thực tế tạo ra khi kéo về sẽ bị
giảm đi do diện tích thực của piston nhỏ hơn, chỉ xét đến khi tải của xi lanh
không đổi ở cả 2 phía.
41

42. Hình 6.2 Xi lanh tác động kép
Cấu tạo của xi lanh:
Ống xi lanh thường làm từ loại ống đúc được làm cứng và mịn bề mặt làm việc bên
trong để giảm thiểu tối đa ma sát và độ bào mòn. Phần đuôi đậy làm bằng hợp
kim nhôm hay kim loại mềm được giữ bởi thanh nối; đối với xi lanh nhỏ, có thể
gắn vào ống bằng vít hay các khớp vặn. Nhôm, đồng thau, đồng thiếc hay thép
không rỉ được dùng lam ống xi lanh.
Hình 6.3 Các chi tiết của xi lanh tác động kép có bộ đệm khí
Bộ đệm hãm:
Xi lanh khí có thể hoạt động ở tốc độ rất cao và có thể tạo ra lực chấn động lớn ở cuối
quá trình chuyển động. Những xi lanh nhỏ thường có các bộ đệm gắn sẵn như
đệm cao su, nhằm hấp thu chấn động và ngăn ngừa hư hỏng bên trong xi lanh.
Đối với các xi lanh lớn, sức va chạm có thể được hấp thu bởi bộ đệm khí bằng
cách làm piston chậm lại ở giai đoạn gần cuối quá trình chuyển động. Bộ đệm
này sẽ khóa đường khí xả tự do khi đến giai đoạn gần cuối trước khi cho phép
xả ra một cách chậm hơn qua 1 van kim điều chỉnh được.
42

43. Hình 6.4 Lý thuyết của bộ đệm khí
Đường khí xả bình thường ở ngõ ra bị đóng lại khi bộ đệm khí chạm vào vành chặn của
nó, khí xả chỉ có thể thoát ra theo ngã có thể điều chỉnh được sức cản. Lượng
khí bị khóa được nén tới áp suất tương đối cao sẽ cản lực quán tính của piston
lại.
Khi piston chuyển động theo chiều ngược lại, vành chặn của bộ đệm khí sẽ mở cho khí
vào. Tuy nhiên nó vẫn cản trở luồng khí và làm trễ sự gia tốc của piston
Khi piston chuyển động theo chiều ngược lại, vành chặn của bộ đệm khí sẽ mở cho khí
vào. Tuy nhiên nó vẫn cản trở luồng khí và làm trễ sự gia tốc của piston. Do đó
quá trình đệm càng ngắn càng tốt.
Để gia tốc tải nặng hay piston tốc độ cao, yêu cầu bên trong xi lanh phải có 1 bộ giảm
chấn.Nếu tốc độ piston vượt hơn 500mm/s , phải có bộ dừng cơ khí bên trong.
Các loại xi lanh đặc biệt:
Hai trục:
Hình 6.7 mô tả việc sử dụng loại xi lanh này để dịch chuyển một cái bàn dài. Hai đầu
piston gắn chặt vào 2 tấm vách, đóng vai trò dẫn hướng cho chuyển động; xi
lanh chuyển động cùng với bàn.
43

44. Hình 6.6 Ứng dụng tiêu biểu của xi lanh hai trục
Xi lanh song hành:
Xi lanh song hành gồm 2 xi lanh tác động kép nối đồng trục piston với nhau tạo thành 1
xi lanh duy nhất. Lực đẩn ra gần như được nhân đôi do đồng thời 2 xi lanh đều
tác động, 2 xi lanh này phải là xi lanh tiêu chuẩn và có cùng đường kính ống.
Nó giúp tạo được lực lớn hơn với xi lanh có cùng đường kính, điều này hữu ích
khi không gian lắp đặt bị hạn chế.
Hình 6.7 Nguyên lý xi lanh song hành
Xi lanh nhiều vị trí:
Hai điểm đầu cuối của 1 xi lanh tiêu chuẩn chỉ cho ta được 2 vị trí cố định. Nếu cần
nhiều hơn 2 vị trí, ta có thể kết hợp 2 xi lanh tác động kép lại.
Có 2 cách để nối:
1. Để có được 3 vị trí thì cách sau là khả dĩ, nó cho phép ta cố định vỏ xi lanh lại.
Cách này rất thích hợp cho các chuyển động theo phương thẳng đứng.
2. Cách thứ 2 là gắn 2 xi lanh chụm đuôi lại với nhau. Cách này cho ta 4 vị trí
khác nhau nhưng vỏ xi lanh không gắn chặt được. Nếu ta nối 3 xi lanh lại sẽ có
được 8 vị trí, nối 4 xi lanh lại sẽ có 16 vị trí.
44

45. Hình 6.8 Hai loại tiêu biểu của xi lanh nhiều vị trí
Phanh hãm khóa xi lanh:
Xi lanh có thể được gắn 1 đầu phanh hãm tại vùng cuối vỏ tiêu chuẩn. Nó bó trục piston
tại bất kỳ vị trí nào. Việc hãm thực hiện bằng cơ khí nên đảm bảo trục piston
được giữ chặt , thậm chí khi đang mang tải nặng.
Hình 6.9 Loại xi lanh có khóa tiêu biểu
45

46. Lắp đặt xi lanh:
Để đảm bảo xi lanh được lắp đặt đúng, nhà sản xuất đưa ra một số các lắp thỏa mãn
mọi yêu cầu bao gồm cả chuyển động quay sử dụng khớp nối xoay.
Hình 6.10 Các phương pháp gắn khác nhau
Khớp nối mềm:
Đối với các trường hợp bị lệch trục không tránh khỏi giữa trục piston và đối tượng tác
động, khớp nối mềm phải được gắn ở cuối trục piston.
Hình 6.11 Khớp nối mềm
46

47. Lực tác động của xi lanh
Xi lanh chuyển động tịnh tiến có các loại đường kính chuẩn theo tiêu chuẩn ISO 4393 và
ISO 497 R10 :
8,10,12,16,20,25,32,40,50,63,80,100,125,140,160,200,150,320 mm.
Lực tạo ra ở xi lanh phụ thộc vào đường kính của piston, áp lực khí hoạt động và độ ma
sát. Đối với piston cố định, ta có thể dùng công thức lý thuyết sau để tính:
Lực(N) = Diện tích piston(m2) x áp lực khí(N/m2) hoặc
Lực(lbf) = Diện tích piston(in2) x áp lực khí(lbf/in2)
Đối với xi lanh tác động kép :
Lực đẩy ra: FE= ∏/4 . D2 x pg (D= đường kính piston, pg= áp suất)
Lực kéo vào: FR= ∏/4 . (D2 – d2) x pg (d= đường kính trục piston)
Đối với xi lanh tác động đơn:
Lực đẩy ra: FE s= ∏/4 . D2 x pg - FS (FS= lực lò xo tại cuối kỳ chuyển động)
Ví dụ: Xác định đường kính lý thuyết của 1 xi lanh làm việc ở áp lực 6 bar, có thể tạo ra
lực 1600N.
Từ công thức: FE= ∏/4 . D2 x pg
Ta suy ra D= (4.FE ) / ( ∏ . pg) = (4.1600) / ( ∏.60000) = 0.0583m = 58.3 mm
Vậy một xi lanh đường kính 63 mm sẽ được chọn, ta chọn lớn hơn để có lực mạnh hơn
nhằm thắng lực cản ma sát.
Thực tế hơn, ta dùng các đồ thị tương tự như hình 6.12 để chọn xi lanh.
Hình 6.12 Lực lý thuyết của xi lanh khí, từ 2.5 30mm và từ 32 300 mm cho các áp
47
lực làm việc 10, 7 ,5 bar

48. Hệ số tải:
Hệ số =( Lực yêu cầu / Lực lý thuyết) x 100%
Xi lanh không nên có hệ số tải lớn hơn 85%. Nếu đòi hỏi điều khiển tốc độ chính xác hay
lực tải thay đổi trong dãi rộng thì hệ số chỉ nên khoảng 70 %.
Sức bền uốn:
Khi lực ép quá mức tác động lên xi lanh sẽ phải tính đến. Lực ép quá mức này xuất hiện
khi có:
1-. Ứng suất nén
2-. Bộ phận chịu sức ép, có nghĩa là xi lanh dài và thon nhỏ.
Sức bền uốn phụ thuộc nhiều vào cách gắn giữ xi lanh. Có 4 cách:
1. Gắn chặt 1 đầu, đầu kia thả lỏng.
2. Dạng xoay ở 2 đầu.
3. 1 đầu giữ chặt, 1 đầu xoay.
4. Giữ chặt cả 2 đầu.
Cần quan tâm đến những điều kiện trên khi xi lanh nâng tải theo hướng thẳng đứng hay
đẩy tải, xi lanh sẽ là đối tượng chịu lực ép. Nên kiểm tra Bảng sức bền uốn
trong catalogue khi dùng xi lanh đẩy tải và hành trình xi lanh bằng 3 (lỗ xi lanh
hơn 50mm) hay 5 đường kính lỗ.
Lưu lượng và sự tiêu thụ khí:
Có 2 cách để diễn tả thuật ngữ tiêu thụ khí của một xi lanh hay của hệ thống khí.
Thứ nhất là mức tiêu thụ trung bình trong một giờ, cách này dùng để tính gía thành năng
lượng trên tổng giá thành của sản phẩm.
Thứ hai là theo mức tiêu thụ cao nhất mà một xi lanh đòi hỏi nhằm xác định chính xác
cỡ van hay đúng cỡ bộ F.R.L cho hệ thống.
Mức tiêu thụ của xi lanh xác định bởi:
Diện tích piston x chiều dài di chuyển x số lần di chuyển.
Khi xi lanh đổi chiều, khí được thải ra ngoài môi trường. Lượng khí tiêu thụ này được
dùng để đánh giá dung lượng máy nén và hệ thống nguồn cấp.
Bảng 6.13 Lưu khí tiêu thụ lý thuyết của xi lanh tác động kép đường kính 20 100 mm
Đơn vị lít/100mm hành trình
Áp lực làm việc - Bar
Đg kính piston 2 3 4 5 6 7
20 0.09 0.13 0.16 0.19 0.22 0.25
25 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40
32 0.24 0.33 0.40 0.48 0.56 0.64
40 0.38 0.51 0.64 0.75 0.88 1.00
50 0.6 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60
63 0.95 1.25 1.55 1.87 2.20 2.50
80 1.5 2.00 2.55 3.00 3.50 4.00
100 2.4 3.20 4.00 4.80 5.60 6.40
48

49. Cần lưu ý rằng số liệu trên bảng 6.13 trên không bao gồm ” thể tích chết” tại mỗi cuối kỳ
chuyển động. Đối với xi lanh lớn, ta phải chú ý tới nó, nhưng trong trường hợp
xi lanh tác động kép, khoảng trống thể tích phụ trội được bù một cách thỏa
đáng cho phần thể tích trục piston đã bị bỏ qua khi tính thể tích tiêu thụ.
Mức khí tiêu thụ ở bảng 6.13 chỉ ra các giá trị tiêu thụ khí trung bình trong mỗi chu trình
chuyển động. Tổng mức tiêu thụ của các xi lanh trên máy thể hiện giá thành
năng lượng.
Để chọn đúng kích thước cho từng xi lanh riêng biệt , ta cần một thông số khác: lưu
lượng cực đại. Thông số này phụ thuộc vào tốc độ tối đa của xi lanh. Cộng tối
đa các lưu lượng cực đại của tất cả xi lanh trong hệ thống sẽ giúp ta chọn bộ
FRL đúng cỡ.
Bảng 6.14 đưa các giá trị thực của lưu lượng, việc lực chọn kích cỡ van sẽ dựa vào đó.
Giá trị này cao hơn giá trị lý thuyết do nó còn bao gồm áp lực rơi trên ống nối
và khớp nối. Ngoài ra thì tốc độ cuối cùng cao hơn tốc độ trung bình trong suốt
chiều dài chuyển động và suy giảm thể tích khí do nhiệt độ thấp , tạo bởi sự
giãn nở nhanh khi khí đạt tốc độ cao, cũng được bù vào.
Chọn van dựa trên số liệu cho trong bảng 6.14, theo phương pháp đã đề cập ở phần 7-
Van, ta sẽ đảm bảo yêu cầu về tốc độ trung bình được thỏa mãn.
Tốc độ trung bình của xi lanh mm/s
Đg kinh xilanh 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
mm
20 16 32 49 66 84 112 120 139 159 180
25 25 50 76 103 131 175 188 217 248 279
32 40 82 125 169 214 286 308 357 406 457
40 63 128 195 266 334 447 481 557 635 714
50 99 201 305 413 523 699 752 870 992 1116
63 157 318 487 658 830 1110 1193 1382 1575 1772
80 253 511 782 1057 1340 1792 1926 2230 2541 2860
100 395 804 1223 1653 2094 2801 3011 3487 3973 4471
Điều khiển tốc độ:
Tốc độ của xi lanh xác định bởi lực phụ trội phía sau piston, phía trên tải. Nếu tốc độ cần
phải điều chỉnh đến một giá trị nào đó thì hệ số tải không được đạt đến 85%.
Hệ số tải càng thấp thì việc điều chỉnh tốc độ càng dễ thực hiện, đặc biệt khi tải
là đối tượng biến động. Điều khiển tốc độ một cách tích cực được thực hiện
bằng cách điều tiết khí xả của xi lanh, đó được coi lá bộ điều khiển tốc độ; nó
bao gồm 1 van chặn cho phép khí tự do vào xi lanh và 1 van kim điều chỉnh
được. Một ví dụ về bộ điều khiển tốc độ được cho ở phần Van trong chương
các van phụ.
49