Hệ thống khí nén là gì? 

Hệ thống khí nén là hệ thống các thiết bị được kết nối với nhau, sử dụng áp suất của khí khi được nén lại để di chuyển các xi lanh, động cơ hoặc các thiết bị cơ khí khác. 

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 (bộ lọc, điều áp, tra dầu, Van 3/2 ON/OFF) 
• Cảm biến áp suất 
• Van điện từ 
• Van tiết lưu 
• Xy lanh khí 
• Cảm biến  

Sơ đồ hệ thống khí nén cơ bản trong nhà máy

Tất cả các thiết bị trong sơ đồ trên đều rất cần thiết, nếu thiếu một trong các thiết bị trên, hệ thống khí nén sẽ không vận hành tốt hoặc thậm chí không thể vận hành được. 

Sơ đồ trên gồm rất nhiều thiết bị khí nén, được chia thành 4 nhóm thiết bị, gồm: (1) Nhóm sản xuất, (2) Nhóm làm sạch, (3) Nhóm dẫn truyền, (4) Nhóm tiêu thụ.  

I. Nhóm sản xuất 

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

Máy nén khí hút không khí ngoài môi trường sau đó nén lại thành khí nén có áp suất cao để sử dụng. Sau khi khí được nén ra sẽ sinh nhiệt và có sự dao động về áp suất, khi đó khí sẽ được đưa qua bộ làm mát để hạ nhiệt độ. Khí nén sẽ được tiếp tục dẫn qua bình chứa khí để lưu trữ và làm ổn định sự dao động của áp suất khí nén cho các giai đoạn sau. 

Các thiết bị trong nhóm sản xuất

1. Máy nén khí

Máy nén khí là thiết bị đầu tiên trong hệ thống khí nén, có chức năng hút không khí ngoài môi trường sau đó nén lại thành khí nén có áp suất cao để sử dụng. Có nhiều loại máy nén khí khác nhau nhưng có 2 loại thông dụng là máy nén khí piston (pít tông) và máy nén khí trục vít.  

Máy nén khí piston và máy nén khí trục vít

Máy nén khí kiểu piston là loại máy nén khí biến chuyển động quay của động cơ thành chuyển động tịnh tiến của piston. Piston hút không khí vào xy lanh thông qua van hút, nén nó lại sau đó xả khí ra thông qua van một chiều. Loại máy nén khí này thường được sử dụng trong hệ thống yêu cầu áp suất khí khoảng 3 đến 7 bar.  

Máy nén khí trục vít hoạt động theo nguyên lý thay đổi thể tích, chuyển động quay với tốc độ lớn từ động cơ giúp 2 trục vít quay song song và ngược chiều nhau, làm cho thể tích khe hở của trục vít và buồng nén nhỏ dần từ đó tạo ra khí nén. Loại máy nén khí này thường được sử dụng trong hệ thống yêu cầu áp suất lên đến 10 bar.  

Khi so sánh hai loại máy nén khí này, máy nén khí trục vít sản sinh lưu lượng ổn định hơn, hoạt động tạo ít tiếng ồn hơn nhưng chi phí đầu tư ban đầu cao hơn máy nén khí piston. Vì vậy máy nén khí trục vít thường được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp, còn máy nén khí piston thường được sử dụng nhiều trong dân dụng. 

2. Bộ làm mát 

Sau khi khí được nén ra sẽ sinh nhiệt và có sự dao động về áp suất, khi đó khí sẽ được đưa qua bộ làm mát để hạ nhiệt độ khí đang nóng xuống khoảng 40°C.  

Bộ làm mát có chức năng làm mát khí nén nóng từ 80-100°C hoặc hơn xuống tầm 40°C trước khi sử dụng. 40°C là nhiệt độ lý tưởng, trong thực tế sẽ phụ thuộc vào nhiệt độ đầu vào và cho ra nhiệt độ đầu ra tương ứng. Hơi nước ngưng tụ trong quá trình làm mát sẽ được xả ra ngoài qua bộ xả tự động.  

Bộ làm mát có 2 loại: Bộ làm mát bằng khí dòng HAA và bộ làm mát bằng nước dòng HAW 

Bộ làm mát bằng khí: Khí đang nóng được dẫn qua đường ống chính và phân phối qua các đường ống nhỏ đồng thời. Quạt làm mát sẽ thổi không khí bên ngoài môi trường xuyên qua các đường ống nhỏ và các lá thép tản nhiệt làm hạ nhiệt độ khí nén nóng xuống khoảng 40°C. Trong quá trình hạ nhiệt độ khí nén nóng, một lượng nước ngưng tụ sẽ được xả ra ngoài thông qua bộ xả tự động. 

Lưu ý khi sử dụng bộ làm mát bằng khí: 

• Nên đặt bộ làm mát bằng khí ở nơi thoáng mát, cần thông gió tốt. Đặt cách tường hoặc cách các máy khác ít nhất khoảng 20cm
• Nếu sử dụng bộ làm mát bằng khí ở môi trường có nhiều bụi, cần lắp bộ lọc chống bụi ở môi trường có nhiều bụi
• Đối với đường ống làm mát cần được làm sạch định kỳ và kiểm tra bộ xả tự động mỗi ngày một lần 

Bộ làm mát bằng nước: Khí nén nóng đi vào cổng input (cổng vào) sẽ tiếp xúc gián tiếp với nước làm mát bên trong đường ống dẫn nước bằng kim loại, làm hạ nhiệt độ khí nén nóng xuống. Nước làm mát sẽ được tuần hoàn làm mát nhờ tháp tản nhiệt. Phần nước ngưng tụ sẽ được xả ra ngoài thông qua bộ xả tự động. 

Lưu ý khi sử dụng bộ làm mát bằng nước: 

• Nhà máy phải tự trang bị thêm tháp tản nhiệt. 
• Đảm bảo nước làm mát phải sạch và đủ mức nước theo yêu cầu 
• Kiểm tra bộ xả tự động mỗi ngày 1 lần 

3. Bình chứa khí

Khí nén sẽ được tiếp tục dẫn qua bình chứa khí để lưu trữ và làm ổn định sự dao động của áp suất khí nén 

Công dụng của bình chứa khí: ngoài chức năng lưu trữ khí nén, bình chứa khí còn giúp làm ổn định sự dao động của áp suất khí nén. Bạn nên chọn bình chứa khí có thể tích gấp từ 6 –10 lần thể tích máy nén khí sinh ra trong 1 giây, điều này sẽ giúp đảm bảo áp suất đầu ra được ổn định. Đồng thời cần trang bị thêm van an toàn, đồng hồ đo áp và bộ xả tự động. 

Bình chứa khí có 2 loại: Dòng AT dung tích lớn (100 – 3000 L) thường được sử dụng để chứa khí cho toàn nhà máy, và dòng VBTA có dung tích nhỏ (5 – 38 L) thường dùng để chứa khí sử dụng cho 1 line máy hoặc 1 máy. Loại bình chứa khí này có thêm phần đế phía trên để kết hợp sử dụng bộ tăng áp. 

Bình chứa khí có 2 loại: dòng AT và dòng VBAT

Bộ xả tự động có chức năng tự động xả nước theo cơ chế phao, là thiết bị luôn có mặt trong máy nén khí, bộ làm mát, bình chứa khí và một số thiết bị hay vị trí nhất định trong nhà máy. Sử dụng bộ xả tự động là một trông những giải pháp thoát nước cho hệ thống khí nén. 

II. Nhóm làm sạch 

Nhóm làm sạch trong hệ thống khí nén gồm có các bộ lọc và máy sấy khí, trong đó các bộ lọc với ba cấp độ chính: lọc thô - lọc tinh - lọc siêu tinh với chức năng loại bỏ bụi bẩn, tạp chất, nước và rỉ sét đường ống ra khỏi hệ thống khí nén. Máy sấy khí đóng vai trò chủ đạo loại bỏ hơi nước ra khỏi khí nén.

Ba vị trí của nhóm làm sạch trong hệ thống khí nén như sau: Bộ lọc thô đặt trước máy sấy khí, sau máy sấy khí là bộ lọc tinh và bộ lọc siêu tinh. 

Tại sao cần phải làm sạch khí nén trước khi sử dụng? Khí nén nếu không được làm sạch sẽ có rất nhiều chất bẩn và tạp chất: 

• Do khí nén được hút từ nguồn không khí bên ngoài nên sẽ có bụi bẩn, tạp chất và hơi ẩm
• Có dầu khi khí nén đi qua máy nén khí
• Đường ống dẫn truyền khí nén phần đầu thường là kim loại, có thể tồn tại rỉ sét.

Như vậy để có khí nén sạch phục vụ cho các thiết bị, chu trình phía sau thì cần có hệ thống làm sạch khí nén, bao gồm bộ lọc với nhiều cấp độ khác nhau và máy sấy khí. 

Tiêu chuẩn đối với khí nén được xác định dựa trên tiêu chuẩn ISO 8573-1:2010  

1. Bộ lọc tổng

Khi đi qua các cấp độ lọc, khí nén sẽ được lọc sạch bụi bẩn, tạp chất, nước và dầu. 

Các bộ lọc nói chung có chức năng lọc bỏ phần lớn bụi bẩn, tạp chất, nước và dầu ra khỏi hệ thống khí nén, giúp tăng hiệu quả hoạt động của máy sấy khí, kéo dài tuổi thọ và ngăn ngừa sự cố cho các thiết bị trong hệ thống khí nén. Các cấp độ lọc bao gồm lọc thô, lọc tinh và lọc siêu tinh. Trong đó lọc thô không lọc dầu.  

Quá trình lọc khí nén

Bộ lọc khí có nguyên lý hoạt động đơn giản: khí nén đi vào cổng Input (cổng vào) sẽ đi vào trong lòng lõi lọc. Phần bụi bẩn, tạp chất rắn sẽ bám trên thành lõi lọc được giữ lại ở đó với số lượng tuỳ theo các cấp độ lọc. Nước và dầu sẽ được tích tụ ở dưới đáy bộ lọc và được xả ra ngoài định kỳ nhờ bộ xả tự động.  

Nguyên lý hoạt động của bộ lọc khí nén

Khi khí đầu ra bị sụt áp so với khí đầu vào ở một mức độ quy định thì phần chỉ thị màu sẽ bị đẩy lên làm cho người vận hành máy dễ dàng phát hiện thời điểm thay lõi lọc. 

Thời điểm cần thay thế lõi lọc

Như vậy khi nào cần thay lõi lọc của bộ lọc khí? Có hai trường hợp cần thay lõi lọc của bộ lọc khí: 

• Lõi lọc đã sử dụng đến 02 năm thì nên thay lõi lọc một lần.  
• Bộ lọc khí sau khi dùng một thời gian có khí sụt áp đầu ra (áp suất đầu ra bị giảm so với áp suất đầu vào) lên đến 0.1 MPa.  

Tuy nhiên thời gian hoạt động của mỗi nhà máy là khác nhau nên tuỳ thuộc vào điều kiện bảo trì của nhà máy để linh hoạt lựa chọn thời điểm bảo hành cho bộ lọc khí cho phù hợp với nhà máy của mình. Ngoài ra bộ lọc khí của SMC còn có phần chỉ thị màu giúp dễ dàng nhận biết thời điểm cần thay thế lõi lọc. Khi phần chỉ thị màu chuyển đỏ là thời điểm cần thay thế lõi lọc. 

Cách thay thế lõi lọc: 

• Dùng khoá lục giác để tháo 4 ốc phía trên nắp bộ lọc 
• Xoay thân bộ lọc để tách rời thân và nắp bộ lọc 
• Lấy lõi bộ lọc cũ ra và thay thế bằng lõi mới 
• Lắp lại theo quy trình ngược lại với quy trình tháo bộ lọc.  

2. Máy sấy khí 

Máy sấy khí là thiết bị loại bỏ nước và hơi nước ra khỏi hệ thống khí nén. Máy sấy khí giúp nâng cao chất lượng nguồn khí từ đó đáp ứng yêu cầu vận hành của máy móc thiết bị, góp phần đảm bảo năng suất sản xuất của nhà máy. 

Tuỳ thuộc vào hệ thống, môi trường và sản phẩm khác nhau mà chọn máy sấy khí có nguyên lý và công suất khác nhau phù hợp với nhu cầu sử dụng. Hiện tại trên thị trường chúng tôi phân phối ba dòng sản phẩm máy sấy khí của SMC làm việc ổn định và tin cậy: máy sấy khí dạng làm lạnh, máy sấy khí dạng màng và máy sấy khí dạng hấp thụ, có lưu lượng và điểm đọng sương khác nhau. 

Các loại máy sấy khí

Máy sấy khí dạng làm lạnh có nguyên lí sử dụng hệ thống tuần hoàn kín làm lạnh nguồn khí nén để hơi ngước ngưng tụ thành nước và xả ra ngoài thông qua bộ xả tự động. Loại máy sấy khí này có dải lưu lượng khí làm khô lớn và điểm sương ở mức 3-10°C, chỉ tiêu thụ điện và gần như không tiêu hao khí nén trong quá trình sấy. Máy sấy khí dạng làm lạnh có lưu lượng lớn thường đặt trong phòng máy nén khí để xử lý đầu nguồn.  

Máy sấy khí dạng hấp thụ có nguyên lý sử dụng vật liệu hút ẩm để loại bỏ hơi nước ra khỏi nguồn khí nén. Loại máy sấy khí này có lưu lượng đầu ra dưới 800 lít/ phút, điểm sương thấp từ -30°C đến -50°C. 

Máy sấy khí dạng màng thông qua lớp màng đặc biệt chứa các sợi rỗng bên trong để làm khô khí nén nhờ sự chênh lệch áp suất giữa hơi ẩm bên trong và bên ngoài màng. Loại máy sấy khí này có lưu lượng lớn nhất là 1000 lít/phút, điểm sương rất thấp từ -15°C đến -60°C. 

Máy sấy khí dạng hấp thụ và máy sấy khí dạng màng có điểm sương âm nên có khả năng làm khô khí rất cao nên thường được sử dụng cho các ứng dụng yêu cầu chất lượng khí cao như trong các lĩnh vực thực phẩm, dược phẩm, phòng sạch mà cụ thể là dùng cho các loại máy công cụ, máy đo, máy chế biến thực phẩm, máy đóng gói, thiết bị sản xuất linh kiện bán dẫn và trong ứng dụng sơn tĩnh điện. 

III. Nhóm dẫn truyền 

Nhóm dẫn truyền bao gồm đường ống và bộ xả tự động.

1. Đường ống 

Hệ thống đường ống có 3 loại: đường ống bằng kim loại, đường ống cao su và đường ống bằng nhựa.

• Đường ống bằng kim loại ở đầu nguồn trên line chính thường kết nối các thiết bị trong phòng máy nén khí với nhau. 
• Đường ống cao su kết nối giữa line chính và line nhánh 
• Đường ống bằng nhựa kết nối các thiết bị trên line nhánh với nhau. 

Hai dạng hệ thống đường ống trong nhà máy

Có 2 dạng hệ thống đường ống trong nhà máy là hệ thống đường ống dạng thẳng và hệ thống đường ống dạng vòng. So với dạng thẳng thì hệ thống đường ống dạng vòng ổn áp hơn nhưng có chi phí đầu tư ban đầu cao hơn. 

Theo khuyến cáo trong việc lắp đặt hệ thống đường ống phân phối khí trong nhà máy có 3 lưu ý sau: 

• Cứ 100m đường ống nên lắp xuyên 1m, mục đích để cho nước dễ thoát ra ngoài. 
• Cuối line nên lắp bộ xả tự động để tự động xả nước 
• Từ line chính kéo ra line nhánh nên lắp đường ống dạng cổ ngỗng để chống nước văng ngược vào thiết bị 

2. Bộ xả tự động

Các bộ xả tự động được lắp cuối mỗi dây chuyền có sử dụng khí nén trong nhà máy. Bộ xả tự động thuộc nhóm dẫn truyền có 3 loại: 

• Loại phao: đơn giản, dễ vận hành với lượng thoát nước thấp, tầm 100-400cm³/chu kỳ 
• Loại điện: có lượng thoát nước >400cm³/chu kỳ.
• Loại hẹn giờ: điều khiển hẹn giờ bằng cụm từ có chu kỳ thoát nước từ trung bình đến cao, khi sử dụng loại này có thể cài đặt chu kỳ xả trong khoảng thời gian từ 0.5 – 45 phút và thời gian xả nước một chu kỳ có thể điều chỉnh trong khoảng từ 0.5-10 giây 

Đây là vị trí các bộ xả tự động trong hệ thống khí nén tại nhà máy, trong đó bộ xả tự động loại phao có lượng xả nước thấp dòng AD thường nằm ở cuối line hoặc sau các bộ lọc. Bộ xả tự động loại phao dòng ADH và loại điện dòng ADM có lượng xả nước trung bình, cùng với loại xả tự động hẹn giờ có lượng xả nước từ trung bình đến cao thường được lắp sau máy nén khí, bình chứa khí, máy sấy khí và các bộ lọc đầu nguồn. 

IV. Nhóm tiêu thụ 

Nhóm tiêu thụ gồm có ba bộ phận: Bộ F.R.L, thiết bị điều khiển là van và cơ cấu chấp hành là xy lanh khí nén 

1. Bộ F.R.L

Bộ F.R.L là sự kết hợp của 3 thiết bị: bộ lọc (lọc sạch bụi bẩn, tạp chất, rỉ sét đường ống, lọc nước và dầu), bộ điều áp (điều chỉnh áp suất phù hợp với yêu cầu sử dụng và giúp ổn định áp suất dầu ra) và bộ tra dầu (tra dầu bôi trơn cho thiết bị phía sau).

Bộ F.R.L có chức năng loại bỏ bụi bẩn, tạp chất, nước và điều chỉnh áp suất đầu ra ổn định, tra dầu cho các thiết bị khí nén phía sau hoạt động trơn tru. Sau khi khí nén được xử lý, nó có thể được sử dụng bởi các máy móc, van, cơ cấu chấp hành,.. phía sau. Tuỳ thuộc vào loại hình sản xuất mà mỗi nhà máy có thể chọn lựa để sử dụng các loại khác nhau. 

• Bộ F.R.L kết hợp 3 bộ: bộ lọc, bộ điều áp và bộ tra dầu (AC) 
• Bộ F.R.L có bộ lọc tích hợp với bộ điều áp, cùng với bộ tra dầu giúp tiết kiệm không gian lắp đặt (AC_A)
• Những ứng dụng yêu cầu chất lượng khí cao hơn thì ngoài bộ lọc nhánh thô còn sử dụng thêm bộ lọc tinh (AC_C, AC_D)
• Đối với những nhà máy thuộc lĩnh vực thực phẩm, dược phẩm hay phòng sạch yêu cầu không sử dụng dầu thì chỉ cần sử dụng bộ lọc và bộ điều áp, hoặc sử dụng phiên bản tích hợp giữa bộ lọc và bộ điều áp (AC_B)   

Chúng ta cùng tìm hiểu từng thiết bị trong bộ F.R.L: 

Bộ lọc nhánh: Bộ lọc nhánh có chức năng loại bỏ hơi nước, nước ra khỏi hệ thống, lọc bụi bẩn tạp chất và các chất ô nhiễm không khí khác, lọc các chất rỉ sét từ đường ống ra khỏi khí nén với cấp lọc là 5µm.

Bộ điều áp: Bộ điều áp có chức năng điều chỉnh và ổn định áp suất đầu ra phù hợp với yêu cầu của thiết bị, giảm thiểu sự dao động của áp suất ảnh hưởng đến vận hành của máy móc. 

Bộ tra dầu: giúp cung cấp dầu bôi trơn cho van, xylanh và các công cụ khí nén cầm tay khác. Hầu hết các thiết bị SMC mà Temas cung cấp đều đã được bôi trơn trước bằng mỡ chuyên dụng và không cần dầu bôi trơn nữa. 

2. Van điều khiển 

Van là thiết bị điều khiển trong hệ thống khí nén có tác dụng điều khiển xi lanh khí nén, ngoài ra còn một số chức năng khác như: dùng để đóng mở đường khí, xả khí dư và thổi khí. 

Van điều hướng là thiết bị nhận tín hiệu bên ngoài (bằng lực nhấn, khí nén hoặc điện từ) thường để giải phóng, dừng hoặc chuyển hướng khí nén chạy qua nó. Trong hệ thống khí nén, van thường được sử dụng để đóng mở đường khí dùng cho ứng dụng thổi khí hoặc dùng để điều khiển xylanh tuỳ vào từng ứng dụng khác nhau.  

Van điều hướng được phân loại theo kiểu tác động: 

• Kích bằng tay/chân: Loại van bên trong được tác động bằng cơ cấu như nút nhấn, bàn đạp hoặc núm vặn. Khi thôi tác động loại van sẽ quay về vị trí ban đầu bởi lò xo hồi vị trí. 
• Kích bằng cơ khí: loại van được tác động bởi một liên kết cơ học, một trục cam hoặc con lăn tiếp xúc với vật chuyển động 
• Kích bằng điện: Một cuộn nam châm điện tạo ra lực từ đẩy lõi van thay đổi trạng thái 
• Kích bằng khí nén: Van hoạt động bằng cách đưa tín hiệu khí nén vào hai đầu lõi van và tác động làm lõi van di chuyển. 

Ứng dụng của các loại van: 

• Van hai cổng: Van hai cổng dùng dể đóng mở đường khí hoặc thổi khí 
• Van ba cổng: Dùng để điều khiển xylanh 1 tác động hoặc đóng mở xả khí dư trong hệ thống khí nén 
• Van năm cổng: dùng để điều khiển xylanh 2 tác động 

3. Xylanh khí nén 

Xylanh khí nén là một cơ cấu chấp hành, chuyển đổi năng lượng của khí nén thành chuyển động cơ học. Chuyển động ở đây có thể là chuyển động tịnh tiến (kéo hoặc đẩy), chuyển động xoay (xoay trái hoặc phải), chuyển động kẹp tuỳ thuộc vào loại xy lanh. 

Một số loại xy lanh cơ bản: Xy lanh tịnh tiến, xy lanh xoay, xy lanh kẹp 

Các loại xy lanh

Các loại xy lanh khí nén có ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như công nghiệp ô tô, công nghiệp máy công cụ, công nghiệp gỗ, công nghiệp bán dẫn, đặc biệt rong các lĩnh vực vệ sinh an toàn như lắp ráp điện tử, chế biến thực phẩm - dược phẩm, phân loại đóng gói các sản phẩm thuộc dây chuyền sản xuất tự động. Ngoài ra xy lanh còn được ứng dụng trong các lĩnh vực khác như: xây dựng, giao thông, khai thác quặng, khoáng sản, hàng không, v.v... 

- Nguồn: SMC -

Như vậy, bạn đã cùng Temas tìm hiểu về hệ thống khí nén cơ bản trong nhà máy. Temas cung cấp các thiết bị khí nén, thiết bị nhà máy SMC. Hãy gửi cho chúng tôi yêu cầu của bạn thông qua email info@temas.vn hoặc hotline (+84) 24 3386 1691.  

Đọc thêm các bài viết khác về thiết bị công nghiệp tại đây 

Xem danh mục sản phẩm của chúng tôi