Hệ thống khí nén

Hệ thống khí nén trong nhà máy là một tập hợp các thiết bị tạo ra, xử lý và phân phối khí nén để cung cấp năng lượng cho các máy móc và quy trình sản xuất.

Sơ đồ hệ thống khí nén chuẩn hoá trong nhà máy gồm có: 

Máy nén khí ⮕ Bộ làm mát ⮕Bình chứa khí ⮕ Bộ lọc chính ⮕ Máy sấy ⮕ Bộ lọc tinh ⮕ Bộ lọc siêu tinh ⮕ Đường ống ⮕ Bộ xả tự động ⮕ Bộ kết hợp F.R.L ⮕ Cảm biến áp suất ⮕ Van điện từ ⮕ Van tiết lưu ⮕ Xy lanh khí ⮕Cảm biến

Hệ thống này thường bao gồm các thành phần chính sau:

• Nhóm sản xuất
• Nhóm làm sạch
• Nhóm dẫn truyền
• Nhóm tiêu thụ

Để hiểu rõ hơn về cấu tạo và chức năng của hệ thống khí nén trong nhà máy, bạn có thể tham khảo video dưới đây:

Nhóm sản xuất bao gồm ba thiết bị chính: máy nén khí, bộ làm mát, và bình chứa khí.

Máy nén khí

Máy nén khí là thiết bị quan trọng đầu tiên, có nhiệm vụ hút không khí từ môi trường và nén thành khí nén có áp suất cao. Có hai loại phổ biến:

• Máy nén khí piston: Sử dụng động cơ quay để chuyển động tịnh tiến của piston, thích hợp cho hệ thống yêu cầu áp suất từ 3 đến 7 bar.
• Máy nén khí trục vít: Dùng trục vít quay song song để tạo khí nén, thường dùng cho hệ thống cần áp suất lên đến 10 bar và có ưu điểm về lưu lượng ổn định, ít tiếng ồn, mặc dù chi phí đầu tư cao hơn.

Bộ làm mát

Khí nén sinh ra nhiệt và dao động áp suất, do đó cần được làm mát trước khi sử dụng. Bộ làm mát giúp hạ nhiệt độ khí nén từ 80-100°C xuống khoảng 40°C. Có hai loại bộ làm mát:

• Bộ làm mát bằng khí: Khí nóng được làm mát bằng không khí qua các lá thép tản nhiệt, cần đặt ở nơi thoáng khí và kiểm tra bộ lọc định kỳ.
• Bộ làm mát bằng nước: Khí nén nóng được làm mát nhờ tiếp xúc với nước qua hệ thống ống dẫn kim loại. Cần trang bị tháp tản nhiệt và đảm bảo nguồn nước sạch.

Bình chứa khí

Bình chứa khí không chỉ lưu trữ khí nén mà còn giúp ổn định áp suất khí. Dung tích của bình nên gấp 6-10 lần thể tích khí sinh ra trong 1 giây. Có hai loại bình chứa khí:

• Bình AT: Dung tích lớn (100 – 3000 L), dùng cho toàn nhà máy.
• Bình VBTA: Dung tích nhỏ (5 – 38 L), dùng cho một máy hoặc dây chuyền sản xuất.

Để hiểu rõ hơn về nhóm sản xuất bạn hãy tham khảo qua video dưới đây:

Nhóm sản xuất bao gồm hai thiết bị: Bộ lọc và máy sấy khí

Bộ lọc tổng

Các bộ lọc có chức năng loại bỏ bụi bẩn, tạp chất, nước và dầu từ khí nén. Các cấp độ lọc bao gồm:

• Lọc thô: Loại bỏ bụi lớn và tạp chất.
• Lọc tinh: Loại bỏ dầu, nước và tạp chất nhỏ hơn.
• Lọc siêu tinh: Loại bỏ các tạp chất cực nhỏ, dầu và nước.

Máy sấy khí

Máy sấy khí có nhiệm vụ loại bỏ hơi nước và độ ẩm trong khí nén, ngăn ngừa hiện tượng ngưng tụ gây hỏng hóc thiết bị. Có ba loại máy sấy khí phổ biến:

• Máy sấy khí dạng làm lạnh: Sử dụng hệ thống làm lạnh tuần hoàn kín để ngưng tụ hơi nước và xả ra ngoài qua bộ xả tự động. Loại này có điểm sương từ 3-10°C, tiêu thụ ít điện năng và không làm hao hụt khí nén.
• Máy sấy khí dạng hấp thụ: Sử dụng vật liệu hút ẩm để loại bỏ hơi nước, đạt điểm sương từ -30°C đến -50°C, phù hợp cho các ứng dụng cần khí nén khô cao.
• Máy sấy khí dạng màng: Sử dụng màng sợi rỗng để làm khô khí nhờ sự chênh lệch áp suất, đạt điểm sương từ -15°C đến -60°C, lý tưởng cho các ứng dụng yêu cầu độ khô cực cao.

Tầm quan trọng của việc làm sạch khí nén:

Khí nén không được làm sạch có thể chứa bụi, tạp chất, dầu và hơi ẩm, gây hỏng hóc thiết bị, giảm hiệu suất và tuổi thọ của hệ thống. Việc sử dụng bộ lọc và máy sấy khí giúp đảm bảo khí nén sạch, bảo vệ thiết bị và nâng cao hiệu quả sản xuất.

Chất lượng khí nén được xác định theo tiêu chuẩn ISO 8573-1:2010, đảm bảo khí nén đáp ứng yêu cầu kỹ thuật cho các ứng dụng công nghiệp.

Để hiểu rõ hơn về nhóm làm sạch trong hệ thống khí nén, bạn có thể tham khảo video dưới đây:

Nhóm dẫn truyền trong hệ thống khí nén gồm hai phần quan trọng: đường ống và bộ xả tự động:

Đường ống

Hệ thống đường ống khí nén bao gồm ba loại chính: đường ống kim loại, đường ống cao su và đường ống nhựa, mỗi loại đều có đặc điểm và ứng dụng riêng biệt.

• Đường ống kim loại: Thường được sử dụng ở đầu nguồn và trên line chính để kết nối các thiết bị trong phòng máy nén khí. Loại này đảm bảo độ bền và độ ổn định cao.
• Đường ống cao su: Được dùng để kết nối giữa line chính và line nhánh. Với đặc tính mềm dẻo, nó giúp hệ thống linh hoạt hơn trong việc lắp đặt và giảm rung động.
• Đường ống nhựa: Thường được sử dụng để kết nối các thiết bị trên line nhánh. Được đánh giá cao vì dễ dàng lắp đặt và bảo trì, đường ống nhựa là sự lựa chọn tối ưu cho các kết nối nhỏ và có chi phí hợp lý.

Bộ xả tự động

Bộ xả tự động là thiết bị không thể thiếu trong hệ thống khí nén, giúp loại bỏ nước và tạp chất tích tụ trong hệ thống, duy trì chất lượng khí và bảo vệ thiết bị. Có ba loại bộ xả tự động phổ biến:

• Loại phao: Đơn giản và dễ sử dụng, bộ xả phao thích hợp cho lượng nước xả thấp (100-400cm³/chu kỳ). Đây là lựa chọn lý tưởng cho các hệ thống nhỏ hoặc ít tạp chất.
• Loại điện: Được thiết kế để xả lượng nước lớn hơn 400cm³ mỗi chu kỳ, loại này phù hợp với các hệ thống có lượng nước tích tụ nhiều hơn.
• Loại hẹn giờ: Loại này cho phép điều chỉnh chu kỳ xả nước theo thời gian, với khoảng thời gian cài đặt từ 0.5 – 45 phút và thời gian xả mỗi chu kỳ từ 0.5-10 giây. Đây là lựa chọn linh hoạt và hiệu quả cho các hệ thống yêu cầu điều khiển xả nước theo chu kỳ.

Nhóm tiêu thụ trong hệ thống khí nén bao gồm ba bộ phận chính: Bộ F.R.L, thiết bị điều khiển (van), và cơ cấu chấp hành (xy lanh khí nén):

Bộ F.R.L

Bộ F.R.L là sự kết hợp của ba thiết bị quan trọng: bộ lọc, bộ điều áp và bộ tra dầu. Đây là bộ phận giúp đảm bảo chất lượng khí nén ổn định và hiệu quả.

• Bộ lọc có chức năng loại bỏ bụi bẩn, tạp chất, nước, rỉ sét từ đường ống, giúp không khí sạch hơn trước khi đi vào hệ thống.
• Bộ điều áp giúp điều chỉnh và duy trì áp suất khí nén phù hợp với yêu cầu sử dụng của thiết bị, đồng thời ổn định áp suất giúp các máy móc hoạt động trơn tru.
• Bộ tra dầu cung cấp dầu bôi trơn cho các thiết bị khí nén như van và xy lanh, giúp các cơ cấu chấp hành hoạt động mượt mà và giảm mài mòn.

Van điều khiển

Van điều khiển là một thành phần quan trọng trong hệ thống khí nén, giúp điều khiển mở hoặc đóng các đường khí. Van điều khiển thường có 4 loại chính:

• Van kích bằng tay/chân: Được điều khiển bằng cơ cấu cơ học như nút nhấn, bàn đạp, hoặc núm vặn, và sẽ tự quay về vị trí ban đầu khi không tác động.
• Van kích bằng cơ khí: Được điều khiển thông qua liên kết cơ học như trục cam hoặc con lăn.
• Van kích bằng điện: Sử dụng cuộn nam châm điện để thay đổi trạng thái của van.
• Van kích bằng khí nén: Sử dụng khí nén để thay đổi trạng thái của van và điều khiển luồng khí.

Tuỳ theo như nhu cầu mà hệ thống khí nén sẽ sử dụng loại van: 2 cổng, 3 cổng hoặc 4 cổng

Xylanh khí nén

Xy lanh khí nén là thiết bị chuyển đổi năng lượng khí nén thành chuyển động cơ học. Tùy vào loại, chuyển động có thể là tịnh tiến (kéo hoặc đẩy), xoay (trái hoặc phải) hoặc kẹp.

Xy lanh khí nén được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp như tự động hóa sản xuất, lắp ráp điện tử, chế biến thực phẩm, dược phẩm, xây dựng, hàng không và khai thác mỏ.

Các loại xy lanh cơ bản:

• Xy lanh tịnh tiến: Tạo chuyển động kéo hoặc đẩy.
• Xy lanh xoay: Tạo chuyển động xoay.
• Xy lanh kẹp: Dùng để kẹp hoặc giữ vật.

Để hiểu rõ hơn về nhóm dẫn truyền và nhóm tiêu thụ Tahico mời bạn hãy tham khảo video sau đây:

Để xác định công suất cần thiết cho hệ thống khí nén, bạn cần xem xét các yếu tố sau:

• Áp suất làm việc: Đây là mức áp suất tối đa mà hệ thống cần đạt được để hoạt động hiệu quả, thường được đo bằng đơn vị psi hoặc bar.
• Lưu lượng khí nén: Là lượng khí cần cung cấp trong một khoảng thời gian nhất định, được đo bằng CFM (cubic feet per minute) hoặc m³/h (mét khối trên giờ).
• Thời gian hoạt động: Thời gian mà hệ thống cần hoạt động để đáp ứng nhu cầu sử dụng khí nén.

Công thức tính công suất:

Công suất = Áp suất làm việc × Lưu lượng khí nén × Thời gian hoạt động

Ví dụ: Để đảm bảo hiệu suất và an toàn cho máy nén trục vít, bạn cần chọn thiết bị phù hợp với công suất và yêu cầu kỹ thuật.

Với máy nén 15 kW, lưu lượng 2,5 m³ và áp suất 7 bar, chọn aptomat 3 pha 60A, cáp điện 8-14mm² và ống khí nén 25. Còn với máy nén 100 kW, lưu lượng 18 m³, aptomat 3 pha 80A, cáp điện 100-150mm² và ống khí phi 60 là sự lựa chọn hợp lý. Việc lựa chọn đúng sẽ giúp hệ thống hoạt động ổn định và hiệu quả.

Khi lắp đặt hệ thống khí nén, cần lưu ý một số điểm quan trọng để đảm bảo hiệu quả và an toàn:

• Thiết kế kỹ thuật hợp lý, phù hợp với nhu cầu sử dụng và ngân sách.
• Chọn thiết bị chất lượng cao để đảm bảo độ bền và hiệu quả.
• Lựa chọn máy nén khí phù hợp, tối ưu hóa hiệu suất và tiết kiệm chi phí.
• Đảm bảo vị trí lắp đặt đúng, bảo vệ độ bền và an toàn của hệ thống.
• Lắp đặt các thiết bị phụ trợ như bình tích áp, máy sấy khí, bộ lọc, đường ống… đúng tiêu chuẩn.
• Tuân thủ các tiêu chuẩn kỹ thuật, an toàn lao động và bảo vệ môi trường.
• Đảm bảo bảo trì, sửa chữa định kỳ để tối ưu hiệu suất và độ bền.
• Đào tạo người sử dụng đầy đủ kiến thức về vận hành và bảo dưỡng hệ thống.
• Đảm bảo an toàn khi vận hành, đặc biệt trong các tình huống khẩn cấp.
• Tuân thủ các quy định pháp luật và tiêu chuẩn kỹ thuật liên quan.

Sau đây Tahico sẽ giải đáp những thắc mắc của khách hàng về hệ thống khí nén:

Làm thế nào để chọn máy nén khí phù hợp cho hệ thống khí nén?

Để chọn máy nén khí phù hợp, bạn cần xác định công suất, lưu lượng khí và áp suất làm việc cần thiết cho hệ thống. Ngoài ra, nên xem xét loại máy nén (trục vít hoặc piston), hiệu suất năng lượng, và độ bền để đảm bảo hoạt động ổn định và tiết kiệm chi phí dài hạn.

Đặc điểm của hệ thống khí nén dạng trục vít và piston là gì?

Hệ thống khí nén trục vít nổi bật với hiệu suất cao, ít tiếng ồn và tuổi thọ dài, thích hợp cho các ứng dụng liên tục và yêu cầu lưu lượng khí lớn. Trong khi đó, máy nén piston có chi phí đầu tư thấp hơn, hoạt động tốt trong các ứng dụng có lưu lượng khí vừa phải, nhưng có thể gây tiếng ồn lớn và cần bảo dưỡng thường xuyên hơn.

Hệ thống khí nén có thể tiết kiệm năng lượng như thế nào trong quy trình sản xuất?

Hệ thống khí nén có thể tiết kiệm năng lượng qua việc tối ưu hóa điều khiển áp suất, sử dụng các máy nén hiệu suất cao, lắp đặt thiết bị tái sử dụng năng lượng thải (như máy sấy khí nhiệt), và đảm bảo hệ thống không bị rò rỉ khí, giúp giảm thiểu lãng phí năng lượng trong suốt quá trình vận hành.

Tuổi thọ sử dụng của hệ thống khí nén là bao lâu?

Tuổi thọ của hệ thống khí nén thường dao động từ 10 đến 15 năm, tùy thuộc vào chất lượng lắp đặt, bảo trì định kỳ và điều kiện vận hành. Các hệ thống được bảo trì tốt và sử dụng các linh kiện chất lượng cao có thể kéo dài tuổi thọ, duy trì hiệu suất ổn định trong thời gian dài.