Đồ án Khảo sát máy nén khí Piston tại phòng thí nghiệm máy nén

Nội dung text: Đồ án Khảo sát máy nén khí Piston tại phòng thí nghiệm máy nén

1. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: KHẢO SÁT MÁY NÉN KH Í PISTON TẠI PHÒNG THÍ NGHIỆM MÁY NÉN Đà Nẵng – 2010 NHIỆM VỤ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1.Tên đề tài: KHẢO SÁT MÁY NÉN KHÍ PISTON TẠI PHÒNG THÍ NGHIỆM MÁY NÉN. 2.Các số liệu ban đầu: Các số liệu lấy từ mô hình máy nén piston FUSHENG TA80 tại phòng thí nghiệm máy nén. 3.Nội dung các phần thuyết minh: - Mục đích - ý nghĩa của đề tài.
2. - Đặc điểm máy nén khí và thiết bị xử lý khí nén. - Khảo sát máy nén khí piston TA80 tại phòng thí nghiệm máy nén. - Tính toán các thông số kỹ thuật của máy nén FUSHENG TA80. + Các quá trình cơ bản của máy nén. + Lưu lượng của máy nén TA80. + Công và công suất lý thuyết của máy nén TA80. + Tỷ số nén cho phép. + Tính toán làm mát. + Tính lực tác dụng lên piston và xylanh. - Cách lắp đặt, vận hành, tháo lắp và sửa chữa máy nén khí TA80. - Sự cố thường gặp của máy nén khí TA80 và cách phòng tránh. 4. Các bản vẽ. Bản vẽ 1: Đồ thị các quá trình làm việc của máy nén khí (A3) Bản vẽ 2: Van tiết lưu. (A3) Bản vẽ 3: Van điều chỉnh áp suất (A3) Bản vẽ 4: Van an toàn. (A3) Bản vẽ 5: Piston. (A3) Bản vẽ 6: Thanh truyền. (A3)
3. MỤC LỤC Lời nói đầu 6 1. Mục đích ý nghĩa của đề tài. 7 1.1. Mục đích, ý nghĩa. 7 1.2. Khả năng ứng dụng. 7 2. Đặc điểm máy nén khí và thiết bị xử lý khí nén. 10 2.1. Giới thiệu phòng thí nghiệm máy nén. 11 2.2. Tổng quan về máy nén khí. 11 2.2.1. Ưu nhược điểm của hệ thống truyền động bằng khí nén. 11 2.2.2. Cơ sở tính toán khí nén. 12 2.2.3. Phạm vi ứng dụng của máy nén trong công nghiệp. . Error! Bookmark not defined. 2.2.4. Nguyên lý hoạt động chung và phân loại máy nén. Error! Bookmark not defined. 2.2.5. Các thiết bị xử lý. Error! Bookmark not defined. 2.2.6. Các thiết bị phân phối . Error! Bookmark not defined. 2.2.7. Các thiết bị trong hệ thống điều khiển bằng khí nén. Error! Bookmark not defined. 3. Khảo sát máy nén khí piston T80 tại phòng thí nghiệm máy nén.Error! Bookmark not defined. 3.1. Giới thiệu chung. Error! Bookmark not defined. 3.1.1. Phạm vi sử dụng của máy nén khí piston FUSHENG TA80.Error! Bookmark not defined. 3.1.2. Nguyên lý làm việc của máy nén khí piston FUSHENG TA80.Error! Bookmark not defined. 3.1.3. Thông số kỹ thuật của máy nén FUSHENG TA80. Error! Bookmark not defined. 3.2. Các chi tiết thuộc máy nén TA80. Error! Bookmark not defined.
4. 3.2.1. Thân máy. Error! Bookmark not defined. 3.2.2. Trục khuỷu. Error! Bookmark not defined. 3.2.3. Thanh truyền. Error! Bookmark not defined. 3.2.4. Xylanh. Error! Bookmark not defined. 3.2.5. Van nạp và van xả (van khí). Error! Bookmark not defined. 3.2.6. Hệ thống làm mát. Error! Bookmark not defined. 3.2.7. Hệ thống bôi trơn. Error! Bookmark not defined. 3.2.8. Hệ thống điều chỉnh lưu lượng. Error! Bookmark not defined. 3.2.9. Hệ thống điều chỉnh áp suất . Error! Bookmark not defined. 4. Tính toán các thông số kỹ thuật của máy nén TA80.Error! Bookmark not defined. 4.1. Các quá trình cơ bản của máy nén TA80. Error! Bookmark not defined. 4.1.1. Quá trình lý thuyết. Error! Bookmark not defined. 4.1.2. Quá trình thực. Error! Bookmark not defined. 4.2. Lưu lượng của máy nén TA80. Error! Bookmark not defined. 4.3. Công và công suất lý thuyết của máy nén TA80.Error! Bookmark not defined. 4.4. Tỷ số nén cho phép. Error! Bookmark not defined. 4.5. Tính toán làm mát cho máy nén piston TA80. Error! Bookmark not defined. 4.5.1. Lưu lượng của không khí làm mát. Error! Bookmark not defined. 4.5.2. Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của thiết bị làm mát. Error! Bookmark not defined. 4.6. Tính lực tác dụng lên piston và xylanh: Error! Bookmark not defined. 5. Cách lắp đặt, vận hành, tháo lắp và sửa chữa máy nén khí TA80.Error! Bookmark not defined. 5.1. Cách lắp đặt. Error! Bookmark not defined. 5.1.1. Công tác chuẩn bị trước khi lắp đặt. Error! Bookmark not defined. 5.1.2. Lắp đặt thân máy. Error! Bookmark not defined. 5.1.3. Lắp đặt động cơ Error! Bookmark not defined. 5.1.4. Lắp đặt thanh truyền vào piston . Error! Bookmark not defined. 5.1.5. Lắp đặt thanh truyền vào trục khuỷu. Error! Bookmark not defined.
5. 5.1.6. Lắp đặt ống nối trung gian và xylanh. Error! Bookmark not defined. 5.1.7. Giá trị sai số cơ cấu khi lắp đặt (mm). Error! Bookmark not defined. 5.1.8. Chú ý khi lắp đặt thiết bị thuộc máy nén khí và đường ống.Error! Bookmark not defined. 5.2. Vận hành máy nén TA80. Error! Bookmark not defined. 5.2.1. Vận hành không tải. Error! Bookmark not defined. 5.2.2. Thổi sạch máy nén khí, máy phụ trợ và hệ thống đường ống dẫn khí.Error! Bookmark not defined. 5.2.3.Chạy thử có tải . Error! Bookmark not defined. 5.2.4. Dừng máy nén khí. Error! Bookmark not defined. 5.2.5. Duy tu máy nén khí khi vận hành. Error! Bookmark not defined. 5.3. Tháo và lắp máy nén khí. Error! Bookmark not defined. 5.3.1. Những điều cần biết khi tháo. Error! Bookmark not defined. 5.3.2. Trình tự tháo. Error! Bookmark not defined. 5.3.3. Những chú ý khi lắp ghép. Error! Bookmark not defined. 5.4. Sửa chữa các chi tiết chủ yếu của máy nén khí.Error! Bookmark not defined. 5.4.1. Sửa chữa khối xylanh. Error! Bookmark not defined. 5.4.2. Sửa chữa piston. Error! Bookmark not defined. 5.4.3. Thay xécmăng. Error! Bookmark not defined. 5.4.4. Sửa chữa thanh truyền. Error! Bookmark not defined. 5.4.5. Sửa chữa trục khuỷu. Error! Bookmark not defined. 6. Sự cố thường gặp của máy nén khí TA80 và cách phòng tránh.Error! Bookmark not defined. 6.1. Các bề mặt làm việc bị đốt nóng. Error! Bookmark not defined. 6.2. Yêu cầu an toàn khi sử dụng máy nén. Error! Bookmark not defined. Tài liệu tham khảo Error! Bookmark not defined.
6. Lời nói đầu Nước ta là một nước đang phát triển, cùng với sự phát triển nền kinh tế thị trường đang hòa nhập với nền kinh tế thế giới, ngành công nghiệp đang thay đổi một cách nhanh chóng và là một trong những ngành chủ đạo trong mục tiêu đưa đất nước trở thành một nước công nghiệp hoá hiện đại hoá trong tương lai. Công nghệ khí nén được sử dụng rộng rãi trong tất cả các ngành của nền kinh tế quốc dân: luyện kim; hoá chất; cơ khí; xây dựng; giao thông vận tải v.v. Để đáp ứng khí nén cho tất cả các ngành kinh tế thì ngành chế tạo máy nén khí ra đời và phát triển rất nhanh. Do đó khảo sát máy nén khí piston TA80 tại phòng thí nghiệm máy nén chính là đề tài mà em chọn làm đồ án tốt nghiệp đại học.
7. Em xin cảm ơn nhà trường cùng khoa Cơ Khí Giao Thông đã tạo điều kiện tốt nhất trong quá trình học tập của em, em xin cảm ơn sự hướng dẫn nhiệt tình và chu đáo của cô giáo Phạm Thị Kim Loan và sự giúp đỡ của các thầy cô trong khoa Cơ Khí Giao Thông trong quá trình làm đồ án tốt nghiêp. Trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp, ngoài việc vận dụng kiến thức đã học ở nhà trường, kiến thức trong quá trình thực tập tốt nghiệp và các tài liệu liên quan chắc chắn trong đồ án còn nhiều thiếu sót em mong được sự góp ý và giúp đỡ thêm của quý thầy cô. Đà Nẵng, ngày tháng .năm 2010 Sinh viên thực hiện Hồ Mạnh Cường 1. Mục đích ý nghĩa của đề tài. 1.1. Mục đích, ý nghĩa. Khảo sát máy nén khí nhằm mục đích tính toán kiểm nghiệm lại các thông số của máy nén, tìm hiểu nguyên lý làm việc, kết cấu của máy, cách vận hành lắp đặt, bảo quản và xử lý sự cố của máy nén. Ngoài ra còn tiếp cận với các ứng dụng và công nghệ sử dụng khí nén. Hiện nay đất nước đang phát triển mạnh mẽ, đang từng bước chuyển mình và tương lai sẽ trở thành một nước công nghiệp phát triển. Do vậy ngành công nghiệp là ngành chủ đạo cho một nước phát triển. Để phục vụ cho phát triển công nghiệp thì các
8. ngành phụ trợ cũng phát triển không ngừng. Sản xuất máy nén khí là một trong số các ngành phụ trợ đó. Máy nén khí được dùng rất phổ biến trong các nhà máy xí nghiệp, trong những ngành công nghiệp nhẹ cũng như công nghiệp nặng. Máy nén khí đang khảo sát là máy nén FUSHENG TA80, là loại máy nén khí kiểu piston được đặt tại phòng thí nghiệm máy nén. Khảo sát máy nén giúp cho em là một sinh viên ngành động lực biết nhìn nhận đánh giá và củng cố lại những kiến thức đã học. Tạo cho em một cách nhìn tổng quát về một vấn đề liên quan trực tiếp đến kiến thức mà mình được trang bị. 1.2. Khả năng ứng dụng. Không khí nén là một dạng năng lượng quan trọng được sử dụng rộng rãi trong tất cả các ngành của nền kinh tế quốc dân: luyện kim, hoá chất, cơ khí xây dựng, giao thông vận tải, nông nghiệp Hệ thống điều khiển bằng khí nén được sử dụng trong lĩnh vực điều khiển như trong các thiết bị phun sơn, các đồ gá kẹp các chi tiết nhựa và nhất là sử dụng cho lĩnh vực sản xuất các thiết bị điện tử, lắp ráp các chi tiết máy bằng đai ốc. Ngoài ra hệ thống điều khiển bằng khí nén được sử dụng trong các dây chuyền sản xuất tự động, trong các thiết bị vận chuyển và kiểm tra các thiết bị của lò hơi, thiết bị mạ điện, đóng gói bao bì và trong công nghiệp hoá chất. Trong các lĩnh vực mà con người không trực tiếp điều khiển do không an toàn thì người ta có thể bố trí bằng hệ thống điều khiển bằng khí nén để thay thế con người.
9. Hình 1-1 Máy gắp sản phẩm bằng khí nén Hình 1-2 Hệ thống nâng bảo dưỡng xe Trong hệ thống truyền động, hệ thống khí nén sử dụng trong: a, Các thiết bị máy va đập, các thiết bị máy móc sử dụng trong lĩnh vực khai thác như: khai thác đá, khai thác than. Trong các công trình xây dựng như: xây dựng hầm mỏ, đường hầm b, Hệ thống khí nén có thể được phân loại tùy theo cách truyền động.
10. +Truyền động thẳng: Vận dụng truyền động bằng áp suất khí nén cho chuyển động thẳng trong các dụng cụ đồ gá kẹp, thiết bị đóng gói. Trong các loại máy gia công gỗ, hệ thống phanh hãm của ô tô . +Truyền động quay: Truyền động quay sử dụng năng lượng bằng khí nén ít được sử dụng vì tốn kém hơn rất nhiều so với các dạng năng lượng khác nếu cùng công suất. Nếu so sánh giá thành tiêu thụ điện của một động cơ quay bằng năng lượng khí nén và một động cơ điện có cùng công suất thì giá thành tiêu thụ điện của một động cơ quay bằng năng lượng khí nén cao hơn 10 đến 15 lần so với động cơ điện. Tuy nhiên động cơ quay bằng năng lượng khí nén lại có thể tích và trọng lượng nhỏ hơn 30% so với động cơ điện có cùng công suất. Ngày nay ứng dụng của khí nén rất rộng rãi trong nhiều ngành nghề khác nhau, ta có sơ đồ ứng dụng hệ thống khí sau : 2 3 1 VI 4 I IV VII II VIII 5 III 6 IX 4 6 7 X V Hình 1-3 Sơ đồ ứng dụng hệ thống khí I- Máy nén khí piston; II- Máy nén khí trục vít;III- Máy nén khí ly tâm IV- Máy sấy khô không khí (dạng trao đổi nhiệt); V- Máy sấy khô không khí (dạng dùng tác nhân hấp thụ); VI- Ứng dụng trong các ngành: kiến trúc; vệ sinh; công nghiệp; gia công thép; gia công công trình; ép áp lực. VII- Ứng dụng trong các ngành: thiết bị hơi; CN dân dụng; điều kiển; VIII- Ứng dụng trong các ngành: sơn tĩnh điện; công nghiệp chính xác; dụng cụ chính xác; điện, lắp ráp Ứ d á àh ô hiệ h hẩ ôhiệ
11. 2. Đặc điểm máy nén khí và thiết bị xử lý khí nén. 2.1. Giới thiệu phòng thí nghiệm máy nén. Phòng thí nghiệm máy nén thuộc khoa Cơ Khí Giao Thông, Trường ĐHBK Đà Nẵng, được xây dựng vào năm 2008 với sự đầu tư của công ty FUSHENG. Phòng thí nghiệm máy nén nằm trong khu vực xưởng cơ khí và các phòng thí nghiệm khác của khoa Cơ Khí Giao Thông. Với sự đầu tư khá chu đáo của công ty FUSHENG, hiện nay tại phòng thí nghiệm máy nén có giàn trang thiết bị với đầy đủ các trang thiết bị cơ bản phục vụ cho đào tạo, nghiên cứu Các trang thiết bị hiện có tại phòng thí nghiệm : -Máy nén khí piston. -Máy nén khí trục vít. -Hệ thống thí nghiệm truyền động thuỷ lực. -Các mô hình thiết bị cắt bổ chi tiết bên trong máy Mục đích chính của phòng thí nghiệm : nhằm giúp sinh viên nắm vững phương pháp, hiểu rõ thêm về lý thuyết, hướng dẫn cho sinh viên sử dụng các thiết bị mô phỏng, nâng cao kiến thức, đồng thời giúp sinh viên tiếp cận sát hơn với thực tế . 2.2. Tổng quan về máy nén khí.
12. 2.2.1. Ưu nhược điểm của hệ thống truyền động bằng khí nén. * Ưu điểm: − Không khí nén có tính đàn hồi, trong suốt, không độc hại, khó bén lửa, không bị lắng đọng, và không khí có vô tận trong thiên nhiên. − Khả năng quá tải lớn của động cơ khí. − Độ tin cậy khá cao, ít trục trặc kỹ thuật. − Tuổi thọ lớn. − Tính đồng nhất năng lượng giữa các cơ cấu chấp hành và các phần tử chức năng báo hiệu , kiểm tra, điều khiển nên làm việc trong môi trường dễ nổ, và đảm bảo môi trường sạch vệ sinh. − Do trọng lượng của các phần tử trong hệ thống điều khiển bằng khí nén nhỏ, hơn nữa khả năng giãn nở của áp suất khí lớn, nên truyền động có thể đạt được vận tốc rất cao. − Do khả năng chịu nén (đàn hồi) lớn của không khí cho nên có thể trích chứa khí nén một cách thuận lợi. Như vậy có khả năng ứng dụng để thành lập một trạm trích chứa khí nén. − Có khả năng truyền tải năng lượng đi xa, bởi vì độ nhớt động học của khí nén nhỏ và tổn thất áp suất trên đường ống ít. − Chi phí thấp để thiêt lập một hệ thống truyền động bằng khí nén, bởi vì phần lớn trong các xí nghiệp các hệ thống đường dẫn khí nén đã có sẵn. − Hệ thống phòng ngừa quá áp suất giới hạn được đảm bảo. * Nhược điểm: − Thời gian đáp ứng chậm so với điện tử. − Khả năng lập trình kém vì cồng kềnh so với điện tử, chỉ điều khiển theo chương trình có sẵn. Khả năng điều khiển phức tạp kém. − Hệ thống truyền động bằng khí nén có lực truyền tải trọng thấp.
13. − Khi tải trọng trong hệ thống thay đổi, thì vận tốc truyền cũng thay đổi bởi vì khả năng đàn hồi của khí nén lớn cho nên không thực hiện nhưng chuyển động thẳng hoặc quay đều. − Dòng khí nén thoát ra ở đường dẫn ra gây nên tiếng ồn, làm ảnh hưởng dến sức khỏe con người. − Hiện nay trong lĩnh vực điều khiển người ta thường kết hợp hệ thống điều khiển bằng khí nén với cơ hoặc điện, điện tử. 2.2.2. Cơ sở tính toán khí nén. 2.2.2.1. Thành phần hoá học của khí nén. Nguyên tắc hoạt động của các thiết bị khí nén là không khí trong khí quyển được hút vào và nén trong máy nén khí. Sau đó khí nén từ máy nén khí được đưa vào hệ thống khí nén. Không khí là loại khí hỗn hợp bao gồm những thành phần chính sau: Bảng 2-1 Các thông số thống kê Loại khí N2 O2 Ar CO2 H2 Thể tích % 78,08 20,95 0,93 0,03 0,01 Khối lượng% 75,51 23,01 1,286 0,04 0,001 Ngoài những thành phần trên, trong không khí còn có hơi nước, bụi chính những thành phần đó gây ra cho các thiết bị khí nén sự ăn mòn, sự gỉ, phải cần có biện pháp hay thiết bị để loại trừ hoặc giới hạn mức thấp nhất những thành phần trong hệ thống. 2.2.2.2. Độ ẩm không khí. Khí quyển là hỗn hợp của không khí và hơi nước. Theo định luật Dalton, áp suất toàn phần của khí hỗn hợp là tổng của các áp suất riêng phần. Khi nước được dẫn vào một không gian kín có chứa không khí, nước sẽ bốc hơi cho đến chừng nào hơi nước đạt được áp suất bão hoà Pw′ , áp suất P của khí hỗn hợp không gian kín đó, theo Dalton l à : P=Pkk+ Pw′ (2.1) Trong đó :
14. P áp suất toàn phần (khí hỗn hợp: hơi nước và không khí ) Pkk áp suất riêng phần (áp suất của không khí khô) Pw′ áp suất riêng phần (áp suất của hơi nước bão hoà) Lượng nước bốc hơi cần thiết ( X w′ )để đạt được áp suất bảo hoà ( Pw′ ) chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ không khí và lượng không khí, chứ không phụ thuộc váo áp suất của không khí. Lượng hơi nước chứa nhiều nhất (tính bằng g) trong 1 kg không khí gọi là lượng ẩm bảo hoà X ′ [g/kg]. Độ ẩm tương đối không khí được biểu thị dưới dạng % của tỷ số lượng ẩm tuyệt đối và lượng ẩm bảo hoà. X Độ ẩm tương đối ϕ = ⋅100% (2.2) X ′ Trong bảng 2-1 cho ta biết được lượng hơi nước chứa nhiều nhất (lượng ẩm bảo hoà) trong 1kg không khí ở những nhiệt độ khác nhau. Điểm hoá sương là điểm mà tại đó lượng hơi nước trong không khí đạt được bảo hoà. Nhiệt độ hoá sương là nhiệt độ cần thiết để lượng hơi nước trong không khí đạt được bảo hoà. Khi nhiệt độ làm lạnh nhỏ hơn nhiệt độ điểm hoá sương, thì quá trình ngưng tụ sẽ được thực hiện. Áp suất điểm hoá sương là áp suất tại điểm hoá sương. Bảng 2-2 Bảng các thông số chọn. Nhiệt -10 0 5 10 20 30 50 70 90 100 độ [ o c] Lượng 1,62 3,82 5,47 7,7 14,88 27,55 87,52 152,7 409,1 409, ẩm bảo 21 hoà [g/kg]
15. 2.2.2.3. Phương trình trạng thái: Chúng ta đã biết trạng thái tĩnh của chất khí được đặc trưng bởi áp suất, trọng lượng riêng (hay khối lượng riêng) và nhiệt độ - gọi là các thông số trạng thái. Sự thay đổi trọng lượng riêng của chất khí lý tưởng khi áp suất hay nhiệt độ thay đổi được biểu diễn bởi phương trình trạng thái Klaperôn- Menđêleep: p γ = ρ.g = (2.3) RT Trong đó: γ - trọng lượng riêng của chất khí ; ρ - khối lượng riêng; g- gia tốc trọng trường, g= 9,81 m/s2 p- áp suất ; T- nhiệt độ tuyệt đối; R- hằng số chất khí Như vậy, trọng lượng riêng là hàm số của áp suất và nhiệt độ. Tuỳ theo tính chất chuyển động của dòng khí ta sẽ được các mối liên hệ khác nhau đơn giản hơn giữa các thông số của chúng, nghĩa là mối liên hệ đó phụ thuộc vào các quá trình chuyển động. Trong kỹ thuật thường gặp các quá trình sau đây: - Quá trình đẳng áp: áp suất không đổi (p= const) - Quá trình đẳng nhiệt : T= const. Lúc đó phương trình trạng thái có dạng: p = RT = cosnt = C hay p = Cγ . γ - Quá trình đoạn nhiệt: chất khí trong quá trình chuyển động không trao đổi nhiệt với môi trường xung quanh. Ta có biểu thức: p = const =C, hay p=Cγ k , (2.4) γ k C Trong đó: k = P - chỉ số đoạn nhiệt, đối với không khí k= 1,4. CV CP - nhiệt dung đẳng áp.
16. CV - nhiệt dung đẳng tích. Từ các phương trình trên suy ra các biểu thức sau đây cho hai mặt cắt của dòng chảy: 1 1 k k −1 ρ1 ⎛ p1 ⎞ ⎛ T1 ⎞ = ⎜ ⎟ = ⎜ ⎟ (2.5a) ρ 2 ⎝ p2 ⎠ ⎝ T2 ⎠ k k k k −1 p1 ⎛ γ 1 ⎞ ⎛ ρ1 ⎞ ⎛ T1 ⎞ = ⎜ ⎟ = ⎜ ⎟ = ⎜ ⎟ (2.5b) p2 ⎝ γ 2 ⎠ ⎝ ρ 2 ⎠ ⎝ T2 ⎠ - Quá trình đa biến: Sự liên hệ giữa áp suất và trọng lượng riêng có dạng: p = const =C hay p= Cγ n γ n Trong đó: n - chỉ số của quá trình. n = 1: quá trình đẳng nhiệt. n = k: quá trình đoạn nhiệt. 2.2.2.4. Phương trình dòng chảy. +Phương trình liên tục Phương trình liên tục cho chất khí viết dưới dạng tổng quát : ∂ρ → + div(ρu) =0 ∂t Phương trình liên tục của chất khí chuyển động một chiều (theo trục x chẳng hạn) sẽ có dạng: ∂ρ ∂u ∂ρ + ρ x + u = 0 ∂t ∂x x ∂x Từ đó ta suy ra phương trình liên tục cho dòng nguyên tố chất khí chuyển động dừng (như trong ống), gọi là phương trình lưu lượng trọng lượng: lưu lượng trọng lượng trong mọi mặt cắt dọc theo ống dòng không đổi: G=γQ = γvω =const (2.6) Hay là γ1v1ω1 = γ 2v2ω2
17. Trong đó : G- lưu lượng trọng lượng. Q- lưu lượng thể tích. γ - trọng lượng riêng của chất khí. v- vận tốc của chất khí. ω - tiết diện của mặt cắt 1 2 d1 d2 v1 v2 2 1 Hình 2-1. Dòng chảy liên tục +Phương trình Bernulli cho dòng nguyên tố chất khí lý tưởng Phương trình Bernulli cho dòng nguyên tố chất khí lý tưởng chuyển động dùng cho hai mặt cắt có dạng: 2 2 n p1 v1 n p2 v2 Z1 + ⋅ + = Z 2 + ⋅ + , (2.7) n −1 γ 1 2g n −1 γ 2 2g 2 n p v Hay là Z + ⋅ + = const n −1 γ 2g Vì chất khí có trọng lượng riêng nhỏ nên trong các phương trình Bernulli thường bỏ qua đại lượng z. 2.2.2.5. Lưu lượng khí nén qua khe hở. Để tính toán các thiết bị điều khiển bằng khí nén một cách dễ dàng, ta giả thiết như sau : - Quá trình thực hiện trong hệ thống xảy ra chậm, như vậy thời gian trao đổi nhiệt được thực hiện. Quá trình xảy ra là quá trình đẳng nhiệt.
18. - Quá trình thực hiện trong hệ thống xẩy ra nhanh, như vậy thời gian trao đổi nhiệt không được thực hiện. Quá trình xảy ra là quá trình đoạn nhiệt. Lưu lượng khối lượng khí q qua khe hở được tính như sau: qm = α ⋅ε ⋅ω ⋅ 2⋅ ρ ⋅ Δp [kg/s] (2.8) hoặc 2⋅ Δp q = α ⋅ε ⋅ω ⋅ [m3/s] (2.9) v ρ Trong đó : α : hệ số lưu lượng. ε : hệ số giãn nở. ω : Diện tích mặt cắt của khe hở . π ⋅ d 2 ω = [m2] ; 4 2 Δp = (p1-p2) Áp suất trước và sau khe hở [N/m ]. ρ : Khối lượng riêng của không khí [kg/m3]. Hệ số lưu lượng α phụ thuộc vào dạng hình học của khe hở như bướm tiết diện vòi phun hay ống mao dẫn (hệ số co rút μ ) và hệ số vận tốc ϕ : α = μ ⋅ϕ (2.10) 2.2.2.6. Tổn thất áp suất trong hệ thống điều khiển bằng khí nén. Tính toán chính xác tổn thất áp suất trong hệ thống điều khiển bằng khí nén là một vấn đề rất phức tạp. Ta chỉ xét tổn thất áp suất của hệ bao gồm: - Tổn thất áp suất trong ống dẫn thẳng ( ΔpR ) - Tổn thất áp suất trong tiết diện thay đổi ( ΔpΕ )
19. - Tổn thất áp suất trong các loại van ( ΔpV ) a. Tổn thất áp suất trong ống dẫn thẳng ( ΔpR ) Tổn thất áp suất trong ống dẫn thẳng được tính như sau : l ⋅ ρ ⋅ w2 Δp = λ ⋅ [N/m2] (2.11) R 2 ⋅ d Trong đó: l [m] : Chiều dài ống dẫn . 3 ρn =1,2 [kg/m ] Khối lượng riêng của không khí ở trạng thái tiêu chuẩn . pa 3 ρ = ρn ⋅ [kg/m ] Khối lượng riêng của không khí. pn 5 2 pn =1.013.10 [N/m ] Áp suất trong trạng thái tiêu chuẩn. v [m/s] : Vận tốc của dòng chảy (v = qv /ω ). d [m] : Đường kính ống dẫn. 64 λ = :Hệ số ma sát ống, có giá trị cho ống trơn và dòng chảy tầng (Re 〈2320 ) Re −6 2 ν n = 13,28 ⋅10 [m /s] : Độ nhớt động học ở trạng thái tiêu chuẩn . b. Tổn thất áp suất trong tiết diện thay đổi ( ΔpE ) Trong hệ thống ống dẫn, ngoài ống dẫn thẳng còn có ống dẫn có tiết diện thay đổi, dòng khí phân nhánh hoặc hợp thành, hướng dòng thay đổi Tổn thất áp suất trong những tiết diện đó được tính như sau: ρ Δp =ξ ⋅ ⋅ w2 (2.12) Ε 2 Trong đó: ξ Hệ số cản, phụ thuộc vào loại tiết diện ống dẫn, số Reynold c : Tổn thất áp suất trong các loại van ( ΔpV )
20. Tổn thất áp suất trong các loại van ΔpV (trong các loại van đảo chiều ,van áp suất, van tiết lưu ) tính theo: p Δp = ξ ⋅ ⋅ w2 [N/m2] (2.13) v v 2
21. Trong công nghiệp các phần tử khí nén, hệ số cản ξv là đại lượng đặc trưng cho các van. Thay vì hệ số cản ξ , một số nhà chế tạo dùng một đại lượng, gọi là hệ số lưu lượng kv, là đại lượng được xác định bằng thực nghiệm. Hệ số lưu lượng kv là lưu lượng chảy của nước chảy của nước [m3/h] qua van ở nhiệt độ T =278-303 [k], với áp suất ban 5 2 đầu là p1=6.10 (N/m ) và có giá trị: q ρ k = v ⋅ [m3/h] (2.14) v 31,6 Δp Trong đó : 3 qv [m /h] : Lưu lượng khí nén . ρ [kg/m3] : Khối lượng riêng của không khí . Δp [N/m2] : Tổn thất áp suất qua van. d : Tổn thất áp suất tính theo chiều dài ống tương đương . Do tổn thất áp suất trong ống dẫn thẳng, trong ống dẫn có tiết diện thay đổi hoặc p trong các loại van đều phụ thuộc vào hệ số ⋅v2 , cho nên có thể tính tổn thất áp suất 2 thông qua đại lượng chiều dài ống dẫn tương đương . d d l Hình 2-2.Chiều dài tương đương l ' Từ đó, chiều dài ống dẫn tương đương : ξ l′ = ⋅ d (2.15) λ Như vậy tổn thất áp suất của hệ thống ống dẫn là:
22. l + l′ ρ Δp = λ ⋅ ∑ ∑ ⋅ ⋅v2 (2.16) ht d 2 2.2.3. Phạm vi ứng dụng của máy nén trong công nghiệp. Máy nén đã xuất hiện từ lâu, ngay từ thời cổ đã có các loại máy thổi khí dung trong sản xuất đồng và sắt, kể cả máy thổi khí chạy bằng sức nước. Tới thế kỷ 18 máy nén piston xuất hiện và nửa đầu thế kỷ 19 các loại quạt ly tâm, hướng trục cũng đã ra đời cùng với sự xuất hiện của truyền động hơi nước và điện. Những năm gần đây công nghiệp chế tạo máy nén đã đạt được những thành tựu lớn: sản xuất ra những máy nén piston có năng suất hàng 10000 m3/h và áp suất tới hàng nghìn at, những máy nén ly tâm và máy nén trục vít có năng suất và áp suất cao cũng đã ra đời. Khuynh hướng phát triển của máy nén là giảm nhẹ khối lượng; tăng hiệu suất, tăng độ vững chắc khi làm việc, tự động hoá việc điều chỉnh năng suất và đảm bảo an toàn. Máy nén hiện đại có số vòng quay lớn, nối trực tiếp với động cơ. Trục khuỷu của máy thường là roto của động cơ. Máy được trang bị bộ phận điều chỉnh năng suất nhiều cấp hoặc vô cấp, đồng thời được trang bị các bộ phận bảo vệ, đảm bảo dừng máy khi không có dầu, không có nước làm nguội và khi nhiệt độ nén quá cao. 2.2.4. Nguyên lý hoạt động chung và phân loại máy nén. Nhiệm vụ của máy nén là tăng áp suất cho một chất khí nào đó và cấp đủ lưu lượng cho quá trình công nghệ khác; tạo ra sự tuần hoàn của lưu thể trong chu trình (máy lạnh) hoặc duy trì áp suất chân không (cô chân không, sấy thăng hoa) cho thiết bị khác, trong trường hợp này máy nén gọi là bơm chân không. a. Nguyên tắc hoạt động. -Nguyên lý thay đổi thể tích (máy nén khí kiểu piston, bánh răng, cánh gạt, trục vít ): không khí được dẫn vào buồng chứa, tại đây bộ phận làm việc (piston trong xylanh hoặc roto trong stato) sẽ chuyển động làm thể tích buồng làm việc giảm đi, nén không khí trong buồng chứa, áp suất buồng chứa sẽ tăng lên.
23. -Nguyên lý động năng (máy nén cánh dẫn kiểu: ly tâm, hướng trục): không khí được dẫn vào buồng chứa, ở đó áp suất được tạo ra bằng một động năng của bánh dẫn. Nguyên tắc hoạt động này tạo ra lưu lượng và công suất rất lớn. b. Phân loại. - Theo nguyên lý làm việc: Máy nén thể tích, Máy nén cánh dẫn. Hình 2-3. Máy nén khí piston giải nhiệt bằng gió
24. Hình 2-4. Máy nén khí piston bố trí kiểu chữ v - Theo áp suất : o Máy nén áp suất thấp p ≤ 15 bar o Máy nén áp suất cao p ≥ 15 bar o Máy nén áp suất rất cao p ≥ 300 bar - Theo số cấp: Máy nén một cấp và máy nén nhiều cấp - Theo loại khí: Máy nén không khí và máy nén các loại khí khác. 2.2.5. Các thiết bị xử lý. 2.2.5.1. Yêu cầu về khí nén. Khí nén được tạo ra từ những máy nén khí chứa đựng nhiều chất bẩn, độ bẩn có thể ở những mức độ khác nhau. Chất bẩn bao gồm bụi, độ ẩm của không khí được hút vào, những phần tử chất cặn bã của dầu bôi trơn và truyền động cơ khí. Hơn nữa trong quá trình nén, nhiệt độ khí nén tăng lên, có thể gây nên quá trình oxi hoá một số phần tử được kể trên. Khí nén bao gồm chất bẩn đó được tải đi trong những ống dẫn khí, sẽ gây nên sự ăn mòn, gỉ trong ống và trong các phần tử của hệ thống điều khiển. Như vậy khí
25. nén được sử dụng trong kỹ thuật phải xử lý. Mức độ xử lý khí nén tuỳ thuộc vào phương pháp xử lý, từ đó xác định chất lượng của khí nén tương ứng cho từng trường hợp cụ thể. Khí nén được tải từ máy nén khí gồm những chất bẩn thô: những hạt bụi, chất cặn bã từ dầu bôi trơn và truyền động cơ khí, phần lớn các chất bẩn này được xử lý trong thiết bị, gọi là thiết bị làm lạnh tạm thời, sau khi khí nén được đẩy ra từ máy nén khí. Sau đó khí nén được dẫn vào bình làm hơi nước ngưng tụ, lượng hơi nước phần lớn sẽ được ngưng tụ ở đây. Giai đoạn xử lý này gọi là giai đoạn xử lý thô. Nếu như thiết bị để thực hiện xử lý khí nén giai đoạn này tốt, hiện đại, thì khí nén có thể được sử dụng, ví dụ như những dụng cụ dung khí nén cầm tay, hoặc sử dụng trong các thiết bị đơn giản khác . Tuy nhiên sử dụng khí nén trong hệ thống và một số thiết bị khác đòi hỏi chất lượng của khí nén cao hơn. Để đánh giá chất lượng của khí nén người ta thường phân ra thành 5 loại, trong đó có tiêu chuẩn về độ lớn của chất bẩn, áp suất hoá sương, lượng dầu trong khí nén được xác định. Cách phân loại này nhằm định hướng cho những nhà máy, xí nghiệp chọn đúng chất lượng khí nén tương ứng với thiết bị sử dụng. 2.2.5.2. Các phương pháp xử lý khí nén. Giai âoan xæí lyï khê neïn Loüc thä Sáúy khä Loüc tinh cuûm baío Laìm laûnh Taïch næåïc Ngæng tuû Háúp thuû Bäü loüc dæåîng Loüc cháút báøn Bäü loüc Loüc buûi Sáúy khä bàòng Háúp thuû khä bàòng Âiãöu chènh cháút laìm laûnh cháút laìm laûnh aïp suáút Bäü tra dáöu Hình 2-5 Các phương pháp xử lý khí nén
26. Hệ thống xử lý khí nén được phân ra thành 3 giai đoạn được mô tả như hình vẽ: - Lọc thô Làm mát tạm thời khí nén từ máy nén khí ra, để tách chất bẩn, bụi. Sau đó khí nén được vào bình ngưng tụ để tách nước. Giai đoạn lọc thô là giai đoạn cần thiết nhất cho vấn đề xử lý khí nén. -Phương pháp sấy khô: Giai đoạn này xử lý tuỳ theo chất lượng yêu cầu của khí nén -Lọc tinh : Xử lý khí nén trong giai đoạn này, trước khi đưa vào sử dụng. Giai đoạn này rất cần thiết cho hệ thống điều khiển . a. Bình ngưng tụ - Làm lạnh bằng không khí hoặc bằng nước. Khí nén sau khi ra khỏi máy nén khí sẽ được dẫn vào bình ngưng tụ. Tại đây không khí sẽ được làm lạnh và phần lớn lượng hơi nước chứa trong không khí sẽ được ngưng tụ và tách ra. 1 7 2 6 3 4 5 Hình 2-6 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của bình ngưng tụ làm lạnh bằng nước. 1- Van an toàn; 2-Hệ thống ống dẫn nước làm lạnh; 3- Nước làm lạnh đi ra;4- Khí nén được dẫn vào từ máy nén khí; 5- Bộ phận tách nước chứa trong khí nén; 6- Nước làm lạnh được dẫn vào; 7- Khí nén được làm sạch.
27. Làm lạnh bằng không khí, nhiệt độ khí nén sẽ đạt được trong khoảng từ +30oc đến +350c. Làm lạnh bằng nước (ví dụ nước làm lạnh có nhiệt độ là +10oc) thì nhiệt độ trong bình ngưng tụ sẽ đạt được là +20oc. b. Thiết bị sấy khô bằng chất làm lạnh. Nguyên lý hoạt động của phương pháp sấy khô bằng chất làm lạnh ( thể hiện trên hình vẽ): khí nén từ máy nén khí sẽ qua bộ phận trao đổi nhiệt khí – khí (1). Tại đây dòng khí nén vào sẽ được làm lạnh sơ bộ bằng dòng khí nén đã được sấy khô và xử lý từ bộ phận ngưng tụ đi lên. Sau khi được làm lạnh sơ bộ, dòng khí nén vào bộ phận trao đổi nhiệt khí - chất làm lạnh (2). Quá trình làm lạnh sẽ được làm lạnh bằng cách, dòng khí nén sẽ được đổi chiều trong những ống dẫn nằm trong thiết bị này. Nhiệt độ hóa sương tại đây là +2oc. Như vậy lượng hơi nước trong dòng khí nén vào sẽ được tạo thành từng giọt nhỏ một. Lượng hơi nước sẽ được ngưng tụ trong bộ phận kết tủa (3). Ngoài lượng hơi nước được ngưng tụ tại đây còn có các chất bẩn, dầu bôi trơn cũng đã được tách ra. Dầu, nước, chất bẩn sau khi được tách khỏi dòng khí nén sẽ được đưa ra ngoài qua van thoát nước ngưng tụ tự động (4). Dòng khí nén được làm sạch và còn lạnh sẽ được đưa đến bộ phận trao đổi nhiệt (1), để nhiệt độ khoảng từ 6oCđến 8oC, trước khi đưa vào sử dụng. Chu kỳ hoạt động của chất làm lạnh được thực hiện bằng máy nén để phát chất làm lạnh (5). Sau khi chất làm lạnh được nén qua máy nén nhiệt độ được tăng lên bình ngưng tụ (6) sẽ có tác dụng làm nguội chất làm lạnh đó bằng quạt gió. Van điều chỉnh lưu lượng (8) và rơle điều chỉnh nhiệt độ (7) có nhiệm vụ điều chỉnh dòng lưu lượng chất làm lạnh hoạt động trong khi có tải, không tải và hơi quá nhiệt. 1 8 2 7
28. Hình 2-7.Nguyên tắc hoạt động của thiết bị sấy khô bằng chất làm lạnh. 1-Bộ phận trao đổi nhiệt khí – khí; 2- Bộ phận trao đổi nhiệt khí - chất làm lạnh; 3-Bộ phận kết tủa; 4-Van thoát nước ngưng t ụ tự động; 5-Máy nén để phát chất làm lạnh; 6-Bình ngưng tụ; 7-Rơle điều chỉnh nhiệt độ; 8-Van điều chỉnh lưu lượng chất làm lạnh c. Thiết bị sấy khô bằng hấp thụ. Quá trình sấy khô bằng hấp thụ có thể là quá trình vật lý hay quá trình hoá học. - Quá trình vật lý: chất sấy khô hay còn gọi là chất hao nước sẽ hấp thụ lượng hơi nước ở trong không khí ẩm và gồm hai bình sấy khô, trong khi đó bình sấy khô thứ nhất chứa chất sấy khô và thực hiện quá trình sấy khô, trong khi đó bình sấy khô thứ hai sẽ được tái tạo lại khả năng hấp thụ của chất sấy khô (chất háo nước ) mà đã dung lần trước đó. Chất sấy khô được thường được chọn như: Silicagel SiO2, nhiệt độ điểm sương - 50oC, nhiệt độ tái tạo t=120oC – 180oC.
29. Quaï trçnh sáúy khä Khê neïn âæåüc sáúy khä Khê neïn tæì maïy neïn khê Cháút sáúy khä (cháút haïo næåïc) Khê noïng Khê noïng baío hoaì Hình 2-8. Nguyên lý làm việc của thiết bị sấy khô bằng hấp thụ. -Quá trình hoá học : Thiết bị gồm 1 bình chứa, trong đó chứa chất hấp thụ, chất hấp thụ bằng quá trình hoá học thường là NaCl. Không khí ẩm sẽ được đưa vào từ cửa 1, sau khi đi qua chất hấp thụ 2, ví dụ NaCl, lưọng hơi nước trong không khí sẽ kết hợp với chất hấp thụ và tạo thành những giọt nước lắng xuống phần dưới của đáy bình chứa. Từ đó phần nước ngưng tụ sẽ được dẫn ra ngoài bằng van 5. Phần không khí được sấy khô sẽ theo cửa 4 vào hệ thống điều khiển.
30. 3 4 2 1 5 Hình 2-9. Nguyên lý hấp thụ bằng phản ứng hoá học 1-Cửa khí vào ; 2 -Chất hấp thụ ; 3- Nắp bình chứa; 4-Cửa khí ra; 5- Van xả nước d. Bộ lọc. Ở trên đã trình bày một số phương pháp xử lý khí nén trong công nghiệp. Tuy nhiên trong một số lĩnh vực như: những dụng cụ cầm tay sử dụng truyền động khí nén hoặc một số hệ thống điều khiển đơn giản thì không nhất thiết sử dụng trình tự như vậy. Đối với những hệ thống như thế, nhất thiết phải dùng bộ lọc. Bộ lọc gồm 3 phần tử: van lọc, van điều chỉnh áp suất, van tra dầu. -Van lọc. Van lọc có nhiệm vụ tách các thành phần chất bẩn và hơi nước ra khỏi khí nén. Có 2 nguyên lý thực hiện: chuyển động xoáy của dòng khí nén trong van lọc và phần tử lọc xốp làm bằng các chất như: vải dây kim loại, giấy thấm ướt, kim loại thêu kết hay là vật liệu tổng hợp. -Van điều chỉnh áp suất. Van điều chỉnh áp suất có công dụng giữ áp suất được điều chỉnh không đổi, mặc dù có sự thay đổi bất thường của tải trong làm việc ở phía đường ra hoặc sự dao động của áp suất ở đường vào van. - Van tra dầu.
31. Van tra dầu dùng để giảm lực ma sát, sự ăn mòn và sự gỉ của các phần tử trong hệ thống điều khiển. 2.2.6. Các thiết bị phân phối . 2.2.6.1. Yêu cầu. Hệ thống thiết bị phân phối khí nén có nhiệm vụ chuyển không khí nén từ máy nén khí đến khâu cuối cùng để sử dụng, ví dụ như động cơ khí nén, máy ép dùng không khí nén, máy nâng dùng không khí nén Truyền tải không khí nén được thực hiện bằng hệ thống ống dẫn khí nén, cần phân biệt ở đây mạng đường ống được lắp ráp cố định (như trong nhà máy) và mạng đường ống lắp ráp trong từng thiết bị, trong từng máy. Yêu cầu đối với hệ thống thiết bị phân phối khí nén là đảm bảo áp suất p, lưu lượng Q, và chất lượng của khí nén cho nơi tiêu thụ, cụ thể là các thiết bị máy móc, ngoài tiêu chuẩn chọn hợp lý máy nén khí, tiêu chuẩn chọn đúng thông số của hệ thống ống dẫn (đường kính ống vật liệu ống ); cách lắp đặt hệ thống ống dẫn bảo hành hệ thống thiết bị phân phối khí nén cũng đóng vai trò quan trọng về phương diện kinh tế cũng như về yêu cầu kỹ thuật cho hệ thống điều khiển bằng khí nén. Yêu cầu về tổn thất áp suất đối với hệ thống thiết bị phân phối khí nén (từ bình trích chứa cho đến nơi tiêu thụ ) không vượt quá 1,0 bar. Bçnh trêch Bçnh trêch chæïa Thiãút bë loüc chæïa chênh trung gian Maïy neïn khê Bçnh trêch chæïa cho thiãút bë, maïy Bçnh ngæng tuû håi næåïc Van xaí næåïc Hình 2-10.Hệ thống thiết bị phân phối khí nén 2.2.6.2. Bình trích chứa khí nén.
32. Bình trích chứa khí nén có nhiệm vụ là cân bằng áp suất khí nén từ máy nén khí chuyển đến, trích chứa, ngưng tụ và tách nước. Kích thước bình trích chứa phụ thuộc vào công suất của máy nén khí và công suất của các thiết bị máy móc sử dụng, ngoài ra còn phụ thuộc vào phương pháp sử dụng khí nén, ví dụ sử dụng khí nén liên tục hay gián đoạn. Bình trích chứa khí nén nên lắp ráp trong không gian thoáng, để thực hiện được nhiệm vụ của nó. Âæåìng khê neïn ra Âäöng häö âo aïp suáút (aïp kãú) Âæåìng khê neïn vaìo a b Hình 2-11. Các loại bình trích chứa khí nén Bình trích chứa có thể lắp ráp theo những vị trí khác nhau. Đường ống nối khí nén ra thường nằm ở vị trí cao nhất của bình trích chứa. 2.2.6.3. Mạng đường ống dẫn khí nén. - Mạng đường ống lắp cố định Thông số cơ bản cho mạng đường ống lắp cố định là ngoài lưu lượng khí nén còn có cả vận tốc dòng chảy, tổn thất áp suất trong ống dẫn khí nén, áp suất yêu cầu, chiều dài ống dẫn và các phụ tùng nối ống . + Lưu lượng: phụ thuộc vào vận tốc dòng chảy, vận tốc dòng chảy càng lớn, tổn thất áp suất trong ống dẫn càng lớn.
33. + Vận tốc dòng chảy: Vận tốc dòng chảy nằm trong khoảng 6 – 10 m/s.Vận tốc dòng chảy khi qua các phụ tùng nối ống sẽ tăng lên, hay vận tốc dòng chảy sẽ tăng lên nhất thời khi dây chuyền máy móc đang vận hành. + Tổn thất áp suất: yêu cầu tổn thất áp suất trong ống dẫn chính là 0,1 bar. Tuy nhiên trong thực tế thì sai số cho phép tính đến bằng 5% áp suất yêu cầu. Nếu trong ống dẫn chính có lắp thêm các phụ tùng ống nối, các van thì tổn thất áp suất của hệ thống tăng lên. Lắp ráp đường ống dẫn khí nén thường nghiêng góc 1o-2o so với mặt phẳng nằm ngang. Vị trí thấp nhất của hệ thống ống dẫn so với mặt phẳng ngang thì lắp ráp bình ngưng tụ nước, để nước trong ống dẫn sẽ được chứa ở đó . +Cách lắp ráp mạng đường ống: mạng đướng ống lắp ráp cố định ở trong nhà máy thường được lắp theo kiểu dẫn vòng. Hình 2-12. Hệ thống lắp ráp mạng đường ống theo kiểu vòng tròn 1-Máy nén khí; 2-Thiết bị sấy khô; 3-Bình trích chứa; 4-Mạng đường ống lắp kiểu vòng - Mạng đường ống lắp ráp di động
34. Mạng đường ống lắp ráp di động (mạng đường ống trong dây chuyền, trong thiết bị, trong các máy) đa dạng hơn mạng lắp ráp cố định. Ngoài những đường ống bằng kim loại có thành ống mỏng, như ống dẫn bằng đồng, người ta còn sử dụng các ống dẫn khác bằng nhựa, vật liệu tổng hợp, các ống dẫn bằng cao su, các ống nối mềm bằng vật liệu tổng hợp. Đường kính ống dẫn được chọn phải tương đương với đường kính các mối nối của các phần tử điều khiển. Các mối ghép thường được lắp ráp bằng ren ngoài ra còn sử dụng các mối nối cắm với các đầu kẹp. Tuỳ theo áp suất yêu cầu của khí nén cho từng loại máy mà chọn những loại ống dẫn có những tiêu chuẩn kỹ thuật khác nhau. 2.2.7. Các thiết bị trong hệ thống điều khiển bằng khí nén. 2.2.7.1. Van điều khiển. -Van điều khiển có nhiệm vụ điều khiển dòng năng lượng bằng cách đóng, mở hay chuyển đổi vị trí, để điều khiển chuyển động của dòng khí. -Nguyên lý hoạt động của van điều khiển Nguyên lý hoạt động của van điều khiển được thể hiện trên (hình vẽ) : khi chưa có tín hiệu tác động vào cửa (6), thì cửa (5) bị chặn và cửa (2) nối với cửa (3). Khi có tín hiệu tác động vào cửa (6), ví dụ tác động bằng khí nén thì nòng van sẽ dịch chuyển về phía bên phải, cửa (5) nối với cửa (7) và cửa (4) bị chặn. trường hợp tín hiệu tác động cửa (6) mất đi, dưới tác động của lực lò xo nòng van trở về vị trí ban đầu. 1 7 2 6 3 5 4 Hình 2-13. Nguyên lý hoạt động của van điều khiển 1-Thân van; 2-Piston điều khiển; 3-Lò xo; 4-Lỗ xã khí;
35. 5-Cửa vào; 6-Nơi nhận tín hiệu; 7-Cửa ra 2.2.7.2. Van tiết lưu. - Van tiết lưu có nhiệm vụ điều chỉnh lưu lượng dòng chảy, tức là điều chỉnh vận tốc hoặc thời gian chạy của cơ cấu chấp hành. Ngoài ra van tiết lưu cũng có nhiệm vụ điều chỉnh thời gian chuyển đổi vị trí của van đảo chiều. -Nguyên lý làm việc của van tiết lưu là lưu lượng dòng chảy qua van phụ thuộc vào sự thay đổi của tiết diện. 2 1 4 3 Hình 2-14 Sơ đồ nguyên lý làm việc van tiết lưu. 1- Nút van ;2-phần ren điều chỉnh độ lớn của lỗ tiết lưu; 3-đường dẫn khí vào; 4-đường thoát khí ra 2.2.7.3. Van áp suất. - Van an toàn : van an toàn có nhiệm vụ giữ áp suất lớn nhất mà hệ thống có thể tải. Khi áp suất lớn hơn áp suất cho phép của hệ thống thì dòng áp suất khí nén sẽ thắng lực lò xo và như vậy khí nén sẽ theo cửa ra của van ra ngoài. 1 3 2 4 5
36. Hình 2-15. Van an toàn. 1-Nút van; 2-Thân van; 3-Lò xo; 4-Giảm chấn; 5-Cửa ra; 6-Cửa vào - Van điều chỉnh áp suất : van điều chỉnh áp suất (van giảm áp) có công dụng giữ áp suất được điều chỉnh không đổi, mặc dù có sự thay đổi bất thường của tải trong làm việc ở phía đường ra hoặc sự dao động của áp suất ở đường vào van. Nguyên tắc hoạt động của van điều chỉnh áp suất (hình 2.18). Khi điều chỉnh trục vít tức là điều chỉnh vị trí của đĩa van, trong trường hợp áp suất ở cửa ra tăng lên so với áp suất được điều chỉnh, khí nén sẽ qua lỗ thông tác động lên màng, vị trí kim van thay đổi, khí nén qua lỗ xả khí ra ngoài. Cho đến chừng nào áp suất ở đường ra giảm xuống bằng áp suất được điều chỉnh ban đầu, thì vị trí kim van sẽ trở về vị trí ban đầu. 1 2 11 10 3 9 8 4 7 5 6
37. Hình 2-16. Van điều chỉnh áp suất 1- Đĩa van; 2- Đường khí nén vào; 3- Kim van; 4-lò xo; 5-Trục vít điều chỉnh lực lò xo; 6- Đai ốc khoá; 7- Bi lắp trung gian; 8- Cửa xã khí; 9-Màng van; 10-Lỗ thông khí; 11-Đường khí nén ra 3. Khảo sát máy nén khí piston TA80 tại phòng thí nghiệm máy nén. 3.1. Giới thiệu chung. 3.1.1. Phạm vi sử dụng của máy nén khí piston FUSHENG TA80. Máy nén khí piston TA80 là loại máy nén khí hiện đại, do công ty FUSHENG sản xuất. Máy được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp cũng như trong sản xuất, sửa chữa phục vụ đời sống hằng ngày, thường được sử dụng trong lắp ráp tự động và trong cả những việc không chuyển động liên tục, có thể để cố định hoặc di chuyển. Mục đích chính của máy nén piston TA80 là cung cấp khí nén cho các thiết bị làm sạch chi tiết máy, các thiết bị máy không thể làm sạch bằng tay và nước được, dùng cung cấp khí nén cho các máy tự động, dây chuyền tự động, máy phun, máy sơn .Máy nén TA80 gồm 3 piston, được bố trí cách nhau 60 độ. Là loại máy được làm mát bằng gió. Máy nén khí TA80 là loại máy nén piston duy nhất tại phòng thí nghiệm máy nén, sơ đồ bố trí máy tại phòng thí nghiệm như hình: Maïy neïn piston Maïy neïn TA80 truûc vêt Mä hç h
38. Hình 3-1. Sơ đồ bố trí máy nén khí TA80 trong phòng thí nghiệm máy nén. 3.1.2. Nguyên lý làm việc của máy nén khí piston FUSHENG TA80. Máy nén khí TA80 được vận hành bởi một động cơ điện. Khi động cơ điện làm việc, mômen quay của động cơ tạo ra sẽ thông qua bộ truyền động bằng dây đai truyền mômen quay đến trục khuỷu dẫn động trục khuỷu của máy nén quay. Khi trục khuỷu quay thì thanh truyền liên kết với trục khuỷu sẽ chuyển động song phẳng, chuyển động này của thanh truyền truyền động cho piston thông qua đầu nhỏ thanh truyền và chốt piston dẫn động piston chuyển động tịnh tiến, khứ hồi và tuần hoàn. Máy nén này có ba piston. Khi máy nén đã hoạt động người vận hành sẽ điều chỉnh lưu lượng của không khí vào máy nén, không khí trước khi vào máy nén được đi qua bộ phận lọc thô để lọc bụi bẩn. - Quá trình hút của máy nén Piston từ điểm chết trên bắt đầu chuyển động tịnh tiến xuống dưới. Áp suất bên trong xylanh bắt đầu hạ xuống tại van hút bắt đầu xuất hiện sự chênh áp giữa trong và ngoài xylanh. Khi áp lực này lớn hơn lực đàn hồi của lò xo ở van hút và làm cho van hút mở, không khí sẽ đi vào xylanh qua van hút thực hiện quá trình hút khí. Khi piston bắt đầu đi xuống đến điểm chết dưới thì lúc này áp lực tại van hút sẽ không đáng kể do sự chênh áp giữa trong và ngoài xylanh rất nhỏ, và áp lực tác dụng lên van hút nhỏ hơn lực
39. đàn hồi của lò xo, van hút đóng lại kết thúc quá trình hút khí (van hút là van một chiều khi không có lực hút thì nó luôn được đóng kín nhờ lực đẩy của lò xo) - Quá trình nén và đẩy khí
40. Piston bắt đầu chuyển động tịnh tiến từ điểm chết dưới đi lên, khí trong xylanh bắt đầu bị nén lại, áp lực khí nén bắt đầu tăng lên. Khi áp lực này vượt quá áp lực khí khu vực van thoát khí và lực ép lò xo van thoát khí thì van thoát khí mở ra, khí ép trong xylanh sẽ thoát ra. Khi piston lên đến điểm chết trên thì việc thoát khí sẽ kết thúc, van thoát khí với áp lực lò xo lớn hơn áp lực khí nén bên trong xylanh sẽ đóng lại. Kết thúc quá trình nén khí. Hình 3-2. Kết cấu bên trong đầu máy nén piston TA80 1-Ống giải nhiệt; 2-Van hút; 3-Nắp xi lanh; 4-Piston; 5-Trục khuỷu; 6-Xecmăng; 7-Tay biên; 8-Bạc đạn ;9-Lọc khí;10-Bộ ngắt tự động;
41. 11-Puly đầu máy; 12-Hộp trục khuỷu 3.1.3. Thông số kỹ thuật của máy nén FUSHENG TA80. - Loại máy nén : TA 80 - Chất liệu nén : Không khí - Số đầu nén: 3 - Lưu lượng : 767 [lít/phút]. - Dung tích bình chứa : 155 [lít] - Áp lực hút khí : Thường áp - Áp lực làm việc: 7 [kg/cm2G]. - Áp lực lớn nhất của bình chứa: 10 [kg/cm2G]. - Tốc độ đầu nén : 850 - Hành trình piston : 0,06 [m] - Đường kính xylanh : 0,08 [m] - Nhiệt độ dầu bôi trơn trong thân máy : ≤ 500C - Trọng lượng chính của máy nén : 180 [kg] 3.2. Các chi tiết thuộc máy nén TA80. 3.2.1. Thân máy. Thân máy là giá đỡ các bộ phận khác của máy, là sự liên kết tương đồng giữa xi lanh và ống nối trung gian. Do vậy thân máy phải có độ ổn định lớn, đủ nặng và bền. Trong không gian của thân máy đủ để bố trí trục khuỷu chuyển động quay tròn và chứa dầu bôi trơn. Hai thành bên có các cửa có nắp đậy, kích thước đủ lớn để có thể tháo, lắp các bộ phận bên trong. Trên mặt vách có kính thăm dầu và lỗ đổ dầu. Kết cấu thân máy có dạng hình hộp kiểu nằm được cấu thành bởi bề mặt thân máy, nắp ổ đỡ trục trước và sau, trước thân máy có lắp kết cấu quay xe và bộ đo vị trí dầu, đầu dẫn dầu bôi trơn. Vật liệu chế tạo thân máy là gang xám, thân máy được đúc sẵn. 3.2.2.Trục khuỷu.
42. Trục khuỷu là bộ phận nhận chuyển động quay tròn từ động cơ, rồi cung với tay biên tạo ra chuyển động tịnh tiến của piston. Trục khuỷu chịu chuyển động uốn và xoắn. Trong máy nén khí này thì trục khuỷu có số khuỷu là 3. Bên trong trục khuỷu được khoan tạo đường dẫn dầu bôi trơn cho thanh truyền, ổ đỡ, hộp đệm kín, ổ đỡ trục khuỷu là ổ lăn. Trên má khuỷu có gắn bộ phận cân bằng động, nhằm đảm bảo và nâng cao chất lượng tính chuyển động quay cân bằng cho trục khuỷu. Các yêu cầu kỹ thuật của trục khuỷu : - Độ đảo của bề mặt ngõng trục so với đường tâm trục tương ứng không quá 0,5 sai số cho phép ghi trên bản vẽ. - Độ không song song của đường tâm ngõng trục lắp biên với đường trục chính không quá 0,02 (mm) trên 100 (mm) chiều dài. - Độ đảo đường tâm ngõng trục phía lắp với động cơ không vượt quá 0,03 mm. - Độ bóng bề mặt các ngõng trục lắp biên, ổ đỡ phải đạt cấp 9, các ngõng trục để lắp hộp đệm, lắp bánh răng, ro to động cơ có độ bóng bề mặt cấp 7. - Các phần không lắp ráp của trục chỉ cần đúng kích thước và tiện sạch . 3.2.3. Thanh truyền. 213 3 14 1 R21 R8,5 74 2 53 Hình 3-3 Thanh truyền 1- Đầu nhỏ thanh truyền ; 2- Đầu to thanh truyền ; 3- Bulông đầu to thanh truyền
43. Bộ phận thanh truyền kết nối trục khuỷu và piston. Thanh truyền có nhiệm vụ truyền chuyển động quay từ trục khuỷu thành chuyển động tịnh tiến của piston, trong thân thanh truyền có lỗ dầu thông suốt, đầu to thanh truyền liên kết với trục khuỷu, đầu nhỏ liên kết với piston thông qua chôt piston. Đầu to thanh truyền chia thành hai nửa và ghép bằng bu lông đai ốc kép, bên trong có lắp bạc hợp kim babit, khi lắp mới hay thay bạc biên thì dung căn thép lá dày 0,25 mm đệm giữa hai bích của biên. Các lá căn giúp ta chỉnh được khe hở cần thiết. Sau một thời gian làm việc bạc bị mòn thì bỏ bớt căn đi để điều chỉnh. 3.2.4. Xylanh. Xylanh có nhiệm vụ tạo ra không gian hút và nén khí. Cùng với xylanh, van khí và khoang làm việc với khí nén, do bề mặt xylanh, nắp xylanh và nắp van áp lực tạo thành. Van khí được lắp trên thân xylanh, các chi tiết cùng với xylanh và piston phải lắp đảm bảo độ đồng trục, đảm bảo chính xác điểm chết trên và điểm chết dưới. Xylanh làm việc với nhiệt độ và áp suất luôn thay đổi theo chu kỳ hút và nén. Vật liệu chế tạo xylanh là gang xám đúc và gia công nguội. Độ cứng của xylanh khoảng 170- 240 HB. Bề mặt làm việc có độ cứng khoảng 320-380 HB được tôi bằng điện cao tần. Xylanh của máy nén được sử dụng nguyên liệu nhôm đúc chống gỉ, giải nhiệt tốt. Độ bền cao. 80 3 90
44. Hình 3-4. Piston. 3.2.5. Van nạp và van xả (van khí). a bc Hình 3-5 Các chi tiết của van nạp, van xã a-Các lá van; b-Bệ van; c-Bộ phận hạn chế hành trình nâng. Van khí có nhiệm vụ đóng mở để cho dòng khí vào và ra khỏi xylanh. Đây là bộ phận quan trọng nhất của máy nén. Nó ảnh hưởng rất lớn đến hệ số cấp của máy nén khí, cho nên yêu cầu van khí phải đóng mở thời điểm, khi đóng phải kín khi mở phải ít gây tổn thất trở lực, đảm bảo tuổi thọ cao, dễ chế tạo và không tạo ra không gian chết. Các bộ phận của van khí do bệ van, bộ hạn chế hành trình nâng, tấm van, lò xo và các bu lông liên kết cấu thành.Tấm van được lò xo ép kẹp phân bố đồng đều trên mặt kín bệ van, lợi dụng áp lực khí trong và ngoài van khí công tác sẽ tự động đóng mở. Trong quá trình làm việc các tấm van có thể gãy do đó các van khí thường bố trí sao cho dễ tháo lắp. 3.2.6. Hệ thống làm mát. Trong máy nén hệ thống làm mát rất quan trọng, nó đảm bảo dữ cho nhiệt độ khí nén và dầu bôi trơn được ổn định. Hệ thống làm mát của máy nén piston TA80 là hệ thống làm mát bằng gió. Gió được tạo ra bởi các cánh quạt trên puli máy nén. Khi máy nén làm việc, puli quay thổi gió qua làm mát các xylanh của máy nén. Do đó bề mặt bên ngoài của xylanh được cấu tạo đặc biệt với các đường gân tản nhiệt, giúp tản nhiệt nhanh
45. chóng. Khi máy nén làm việc với tải lớn thì số vòng quay của puli càng lớn, lượng gió làm mát càng lớn, giúp làm mát các xylanh của máy nén. 3.2.7. Hệ thống bôi trơn. Hệ thống bôi trơn của máy nén khí piston TA80 là kiểu bôi trơn tự nhiên. Dầu bôi trơn được chứa trong cacte. Khi máy làm việc, trục khuỷu quay, các khuỷu và đầu to thanh truyền quay ngập trong dầu, dầu vung té lên bôi trơn piston và thành xylanh, đường dầu trong trục khuỷu dùng bôi trơn cổ khuỷu, và các bộ phận ma sát khác ở các cơ cấu truyền động. Dầu bôi trơn được đổ vào đúng mức quy định. Duy trì mức dầu luôn nằm ở mức giới hạn trên và giới hạn dưới của kính thăm dầu. Máy nén khí TA80 sử dụng nhớt SAE 20 vào mùa đông, SAE 30 vào mùa hè. Sử dụng nhớt hợp lý thì tốc độ của máy sẽ đạt được như mong muốn, nằm trong tốc độ giới hạn. 3.2.8. Hệ thống điều chỉnh lưu lượng. Các máy nén đều gắn liền với hệ thống mà nó phục vụ. Khi máy nén dùng để tạo ra dòng khí có áp suất phục vụ cho nguồn tiêu thụ của công nghệ nào đó, thì áp suất hút của nó luôn là pa (áp suất khí quyển nơi đặt máy ), còn áp suất đẩy (áp suất cửa đẩy của cấp cao nhất ) luôn phụ thuộc vào nguồn tiêu thụ nhiều hay ít hơn năng suất của máy. Trong hệ thống lạnh thì lưu lượng của máy nén gắn liền với năng suất lạnh của hệ thống. Năng suất nhiệt của các thiết bị bay hơi lớn hay nhỏ hơn năng suất của máy nén sẽ dẫn tới áp suất hút của nó sẽ cao hay thấp. Như vậy hệ thống điều chỉnh lưu lượng của máy nén khí dùng để thay đổi lượng khí nén cho phù hợp với mức tiêu thụ của thiết bị, nhằm đáp ứng yêu cầu công nghệ sử dụng khí nén, sao cho năng suất, chất lượng tốt nhất, giá thành hạ, tuổi thọ máy được lâu dài an toàn. Việc điều chỉnh lưu lượng của máy nén có thể tiến hành thủ công hay tự động. Điều chỉnh thủ công thì đơn giản độ chính xác và an toàn kém. Điều chỉnh tự động thì chính xác an toàn cao nhưng giá thành cao. Các phương pháp điều chỉnh lưu lượng: - Điều chỉnh thông qua số vòng quay n của trục máy là tốt nhất, nhưng cần có được động cơ thay đổi được số vòng quay. đối với động cơ đốt trong, hay tuabin dùng kéo máy nén thì dễ dàng thay đổi số vòng quay hơn động cơ điện.
46. - Điều chỉnh thông qua hệ số không gian vô ích bằng cách tăng hay giảm dung tích không gian vô ích. Cách điều chỉnh này áp dụng cho máy nén có một cụm xylanh và piston. Dùng piston có cơ cấu dịch chỉnh lắp ở đầu xylanh đối đỉnh với piston làm việc. Khi cần giảm lưu lượng của máy thì dich xa piston phụ để tăng không gian chết và ngược lại. Phương pháp này có thể giảm tối đa 50% lưu lượng và thường áp dụng cỡ vừa và cỡ lớn nhưng phương pháp này không kinh tế. - Điều chỉnh bằng cách dùng van và đường vòng để xả khí từ cửa đẩy về cửa hút của máy nén. Cách này đơn giản nhưng không kinh tế đồng thời làm tăng cao nhiệt độ khí nén. - Điều chỉnh bằng cách dùng van chặn giảm bớt khí hút về máy nén. - Điều chỉnh bằng cách kênh van hút làm cho các van hút của máy nén luôn ở trạng thái mở. Phương pháp này được ứng dụng rộng rãi trong các loại máy nén piston một cấp và nhiều cấp có các cụm pittông- xilanh. Cứ cụm piston- xylanh nào bị kênh lá van hút là năng suất của nó bằng không vì khí được hút vào xylanh bao nhiêu thì sẽ lại quay ra khỏi xylanh trở về khoang hút bấy nhiêu. Cách này khi muốn giảm bao nhiêu lưu lượng thì làm kênh bấy nhiêu cụm van hút. 3.2.9. Hệ thống điều chỉnh áp suất . Máy nén khí piston TA80 là loại máy nén có hệ thống điều chỉnh áp suất tự động điều khiển bằng rơle áp suất. Là sử dụng đóng ngắt tiếp điểm điện của rơ le áp suất để điều khiển tình trạng dừng và vận hành của máy nén khí. Khi áp lực trong hệ thống đạt đến áp lực cài đặt trên (7kg/cm2) tiếp điểm của rơle mở, máy ngừng hoạt động. Khi áp lực trong hệ thống giảm thấp hơn áp lực cài đặt dưới (5kg/cm2) thì tiếp điểm điện của rơle đóng lại, máy hoạt động có tải bình thường. 4. Tính toán các thông số kỹ thuật của máy nén TA80. 4.1. Các quá trình cơ bản của máy nén TA80. 4.1.1. Quá trình lý thuyết.
47. Máy nén piston làm việc theo nguyên lý nén cưỡng bức, với các quá trình tiến hành tuần tự như sau: hút, nén, đẩy khí. Toàn bộ các quá trình này được lặp lại trong mỗi vòng quay của trục máy nén và được gọi là chu trình lý thuyết của máy nén. p 3 2p2v2 v2 2 p 4 p 1p1v1 1 v dV p 4' 2' vl 1' v Hình 4-1 Đồ thị biểu diễn chu trình nén lý thuyết. Các quá trình lý thuyết của máy nén TA80 biểu diễn trên đồ thị P-V (hình 4-1): Đường 4-1 là đường hút khí khi áp suất không đổi; Đường 1-2 là nén khí từ Ph đến Pd; Đường 2-3 là đẩy khí khi áp suất không đổi. Quá trình hút và đẩy không phải là quá trình nhiệt động, vì trong quá trình này khí trong xylanh chỉ biến đổi về lượng chứ không biến đổi trạng thái. Ở chu trình lý thuyết, quá trình hút chỉ xảy ra trong cả khoảng chạy của piston. Ở thời điểm thay đổi hướng chạy (điểm 1), xupap hút đóng lại và quá trình nén bắt đầu. Quá trình này kéo dài đến khi áp suất trong xylanh đạt tới áp suất đẩy P2 , xylanh đẩy mở ra và quá trình đẩy khí ra khỏi xylanh bắt đầu. Khi piston thay đổi hướng chạy lần thứ 2 (điểm 3) thì xupap đẩy đóng lại và xupap hút bắt đầu mở ra. Chu trình lý thuyết chỉ đúng khi: trở lực của xupáp hút và đẩy bằng không, áp suất trong ống hút và đẩy không đổi, nhiệt độ khí trong giai đoạn hút và đẩy không đổi; cuối quá trình nén, tất cả khí trong xilanh phải được đẩy vào đường đẩy (thể tích không gian vô ích bằng 0); không có tổn hao khí trong qua khe xupáp và xécmăng. Các máy nén thực hiện được chu trình lý thuyết gọi là máy nén lý tưởng.
48. 4.1.2. Quá trình thực. Các máy nén thực tế đều thực hiện chu trình thực. Chu trình thực của máy nén thể hiện bằng đồ thị chỉ thị (hình 4-2). Đồ thị chỉ thị biểu diễn sự biến đổi áp suất khí trong xylanh theo khoảng rời của piston hay theo sự thay đổi của không gian làm việc. Các ký hiệu trên đồ thị: Vh ,VH , Vx - thể tích không gian có hại của xylanh, thể tích quét được của piston và thể tích xylanh. V’H - thể tích của khí được hút vào xylanh ở điều kiện áp suất Pa và nhiệt độ Ta VH - thể tích khí hút được ở điều kiện áp suất của khí trên đường hút P1 và nhiệt độ T1. V4 - khoảng không gian do khí giãn nở từ khoảng hại chiếm mất. a, c – các điểm ứng với lúc xupáp hút và đẩy đóng. b,d – các điểm ứng với lúc xupáp hút và đẩy mở. Đường ad - ứng với quá trình hút . Đường ab - ứng với quá trình nén Đường bc - ứng với quá trình đẩy Đường cd - ứng với quá trình giãn nở của khí . P M2 b C 2 3 c p 2 p 1 4 a 1 d 2 M
49. Hình 4-2 Đồ thị chỉ thị thực của máy nén TA80 Qua đồ thị (Hình.4-2) cho thấy chu trình thực của máy nén khác chu trình lý thuyết ở các điểm sau: khi piston đổi chiều, quá trình hút không xảy ra ngay mà còn có quá trình giãn, đường hút và đường đẩy là những đường cong. Có sự khác nhau như vậy giữa chu trình thực và lý thuyết của máy nén là: 1. Xylanh có khoảng hại Vh: vì có khoảng hại nên khi kết thúc quá trình đẩy không phải tất cả khí được đẩy khỏi xylanh , mà còn lại một phần khí trong khoảng hại, gồm phần thể tích giữa piston và xylanh, ở trong hộp xupap và các rãnh xupap. Do có khoảng hại, nên việc hút khí vào xilanh chỉ bắt đầu khi áp suất của khí còn lại trong khoảng hại giảm xuống bằng áp suất hút. Do sự có mặt của khoảng hại đã làm xuất hiện các đường cong giãn cd, làm giảm thể tích có ích của xylanh trong quá trình hút. 2. Xupáp hút và đẩy có trở lực nên quá trình hút và đẩy chỉ xảy ra khi áp suất khí trong xylanh thấp hơn áp suất khí trong đường hút và cao hơn áp suất khí trên đường đẩy. Trở lực xupáp biến đổi trong cả khoảng dời của piston vì vận tốc của khí biến đổi và giá trị lớn nhất của trở lực xuất hiện khi xupáp bắt đầu mở cho nên đường hút và đường đẩy luôn là đường cong. Còn có ảnh hưởng của sự rò rỉ khí, sự trao đổi nhiệt giữa khí và xylanh cùng piston làm cho sự khác nhau giữa chu trình thực và chu trình lý thuyết. 3. Áp suất trong ống hút và ống đẩy thay đổi (hoặc dao động) tuỳ theo vị trí của piston: sự thay đổi áp suất gây ra do chuyển động không ổn định của dòng khí. 4. Có sự trao đổi nhiệt giữa khí và xylanh cùng piston: do lần lượt bị đốt nóng và làm lạnh nên nhiệt độ của thành xylanh và piston có giá trị trung gian giữa nhiệt độ khí hút và khí đẩy.
50. 5. Có sự rò khí qua xupap, xecmăng và hộp đệm: nếu khí rò qua xupap hút, xecmăng, hộp đệm thì đường cong nén sẽ thoải hơn và đường cong dãn sẽ dốc hơn. Như vậy chỉ số đa biến biểu kiến của đường cong nén sẽ thấp hơn và của đường cong dãn sẽ cao hơn chỉ số đa biến thực khi không có sự rò khí. 4.2. Lưu lượng của máy nén TA80. Lưu lượng khối lượng quá trình hút của máy nén tại xylanh I được tính ở điều kiện 3 áp suất vào là áp suất khí trời và khối lượng riêng của không khí là ρ1 = 1,2 kg/m . Gh1lt = ρ1.Qh1lt (4.1) trong đó : Gh1lt [kg/s]- Lưu lượng khối lượng lý thuyết của quá trình hút 3 ρ1 - Khối lượng riêng của không khí ρ1 = 1,2 kg/m 3 Qh1lt [m /s]- lưu lượng thể tích lý thuyết của quá trình hút Qh1 được tính ở quá trình hút và bỏ qua tổn thất và bằng thể tích hút của xilanh I. FSn Q = (m3/s) (4.2) h1lt 60 Trong đó: F - Diện tích của piston (m2) π ⋅ d 2 3,1416 ⋅ (80 ⋅10−3 )2 F= = = 0,005 (m2) 4 4 S- Hành trình của piston (m) S = 60 . 10-3 (m) d- Đường kính của xylanh, d= 0,08 (m) n - Số vòng quay của trục trong một phút (vòng/phút) n = 850 (vòng/ phút) Thay các giá trị của các đại lượng trên vào phương trình (4.2) ta được. 0,005 ⋅ 60 ⋅10 −3 ⋅ 850 ⋅ Q = = 0,00425 (m3/s) h1lt 60 Hay :
51. 3 Qh1lt = 0,255 (m /phút) vậy ta có lưu lượng khối lượng quá trình hút của máy nén tại xylanh I: Gh1lt = 0,255.1,2 = 0,306 (kg/ phút) Glt = 0,306.3 = 0,918 (kg/phút) Máy nén piston TA80 là loại máy nén có 3 piston, kích thước các piston giống nhau nên lưu lượng được tính: 3 Qmn = Qh1lt .3 = 0,255.3 = 0,765 (m /phút) Gmn = Gh1lt .3 = 0,306.3 = 0,918 (kg/ phút) Kết luận: Giá trị tìm được phù hợp với số liệu nhà sản xuất đưa ra. Lưu lượng thực của máy nén khác với lưư lượng lý thuyết. Nguyên nhân sinh ra sự khác biệt đó là do có sự khác nhau giữa chu trình thực và chu trình lý thuyết. Năng suất thực được xác định theo công thức : 3 G1 = λ ⋅Qltlt (m /s) (4.3) Trong đó : λ - Hệ số lưu lượng (hay hệ số năng suất ) và λ〈 1. Hệ số này kể tới các nguyên nhân gây ra sự sai khác giữa năng suất thực, lý thuyết và được xác định theo công thức : V0 λ = = λh ⋅ λP ⋅ λt ⋅ λK = λd ⋅ λK (4.4) VH 3 Trong đó : VH - Thể tích làm việc của xy lanh (m ) Theo [3] thì các giá trị λ được cho như sau: λh - hệ số ảnh hưởng của khoảng không gian vô ích đến khả năng hút của máy nén λh = 0,7 ÷ 0,9 , chọn λh = 0,85 λk - hệ số kín, là tỷ số giữa thể tích khí được đẩy vào đường đẩy quy về điều kiện Vo hút Vo và thể tích hút Vht (λk = ).Thực nghiệm tìm được λk = 0,95 ÷ 0,98 , chọn Vht λk = 0,97
52. λt - hệ số ảnh hưởng của quá trình trao đổi nhiệt giữa hơi và thành xi lanh λ2 = 0,9 ÷ 0,95, chọn λ2 = 0,94 λ p - hệ số áp suất nói đến ảnh hưởng của áp suất của khí trong xylanh ở cuối quá trình hút.(Po 〈 P1) lúc này thể tích xylanh không sử dụng hết. Áp suất P1 đạt được khi khí bắt đầu nén. λ p = 0,95 ÷ 0,98 , chọn λ p = 0,97 Thay các hệ số vào (4.4) ta được : λ = 0,85.0,97.0,94.0,97 = 0,75 Thay các giá trị tìm được vào (4.3) ta có: 3 G1 = 0,75 ⋅ 0,765 = 0,575(m / phút). Vậy sau khi tính toán kiểm nghiệm, lưu lượng tìm được phù hợp với giá trị của nhà sản xuất đưa ra (catalog). 4.3. Công và công suất lý thuyết của máy nén TA80. Khi tính công nén lý thuyết của máy nén TA80. Ta xác định công nén của máy nén piston một cấp lý tưởng cho 1kg khối lượng không khí. p 3 2 p2v2 4 1p1v1 4 2 1 v Hình 4-3 Đồ thị chỉ thị lý tưởng của máy nén piston một cấp Công tiêu hao để thực hiện chu trình lý thuyết biễu diễn bằng diện tích 1-2-3-4 (hình 4-3) và bằng tổng công của các quá trình hút, đẩy, nén.
53. Công do khí sinh ra trong quá trình hút là công âm: Lh = P1 ⋅V1 3 Trong đó: V1 - thể tích hút trong một vòng quay (m ) Trên đồ thị công này biểu diễn bằng diện tích ( 4 -1-1′ - 4′ ). Công nén khí từ áp suất p1 = ph tới p2 = pd biểu diễn bằng diện tích 1− 2 − 2′ −1′. Cách tính công này như sau: Công ứng với chuyển dịch vô cùng nhỏ của piston trong khoảng nén là công dương (tiêu hao) và bằng – pdV (có dấu âm vì dV 〈 0) Như vậy công nén là : 2 L = − pdV n ∫ 1 Công trong quá trình đẩy biểu diễn bằng diện tích 2 − 3 − 4′ − 2′ và bằng : Ld = p2V2 . 3 Trong đó : V2 - thể tích đẩy trong một vòng quay (m ) Công của cả chu trình : 2 L = − p − pdV + p V 1 ∫ 2 2 1 Mặt khác : 2 p V − p V = d pV ; 2 2 1 2 ∫ () 1 2 2 2 Vậy: L = ∫ d()pV − ∫∫pdV = Vdp , (J). (4.9) 1 1 1 Công riêng để nén 1kg không khí sẽ là : L 2 Vdp 2 l = = ∫ = ∫ vdp , (J/kg) . (4.10) G 1 G 1 Trong đó: G- khối lượng khí đẩy ra trong một vòng quay, kg.
54. Đối với máy nén khí thì khi tính toán ta chỉ xét cho chu trình tổng quát nhất đó là chu trình đa biến. Xét chu trình đa biến với khí lý tưởng tức là chỉ số nén đa biến không đổi (n= const) thì được đặc trưng bởi công thức: n p1v1 = const (4.11) n n n hoặc p1v1 = p2v2 = pv từ đó rút ra : 1 ⎛ p ⎞ ⎜ 1 ⎟n v = v1⎜ ⎟ (4.12) ⎝ p ⎠ Mặt khác ta lại có: Phương trình trạng thái của khí lý tưởng có dạng : pv = RT (4.13) Trong đó : R- hằng số khí, J/kgok; v- thể tích riêng của khí, m3/kg; p- áp suất tuyệt đối T- nhiệt độ tuyệt đối, ok. Từ (4.11) và (4.13) ta có : n−1 ⎛ v ⎞ ⎜ 1 ⎟ T2 = T1⎜ ⎟ ⎝ v2 ⎠ Tương tự có : n−1 ⎛ v ⎞ T = T ⎜ 1 ⎟ 1⎜ ⎟ ⎝ v ⎠ Thay v1 và v2 theo p1 và p2 ta có :
55. n−1 n−1 ⎛ p ⎞ ⎛ p ⎞ ⎜ 2 ⎟ n ⎜ ⎟ n T2 = T1⎜ ⎟ ; T = T1⎜ ⎟ ⎝ p1 ⎠ ⎝ p1 ⎠ Thay v ở (4.8) vào (4.6) ta có: 1 1 ⎛ n−1 n−1 ⎞ 2 2 ⎜ ⎟ dp p n v n l = vdp = p n v = 1 1 ⎜ p n − p n ⎟ ∫ 1 1 ∫ 1 n −1 ⎜ 2 1 ⎟ 1 1 ⎜ ⎟ p n ⎝ ⎠ ⎡ n−1 ⎤ ⎡ n−1 ⎤ n ⎢⎛ p ⎞ ⎥ n ⎢⎛ p ⎞ ⎥ ⎢⎜ 2 ⎟ n ⎥ ⎢⎜ 2 ⎟ n ⎥ l = p1v1 ⎜ ⎟ −1 = R T1 ⎜ ⎟ −1 (J/kg). n −1 ⎢⎝ p1 ⎠ ⎥ n −1 ⎢⎝ p1 ⎠ ⎥ ⎣⎢ ⎦⎥ ⎣⎢ ⎦⎥ Vậy công khí nén G kg sẽ là. G lưu lượng khí đẩy ra trong một vòng quay. ⎡ n−1 ⎤ n ⎢⎛ p ⎞ ⎥ ⎢⎜ 2 ⎟ n ⎥ L = GR T1 ⎜ ⎟ −1 , (J) (4.14a) n −1 ⎢⎝ p1 ⎠ ⎥ ⎣⎢ ⎦⎥ Công nén riêng lý thuyết được tính theo: ⎡ n−1 ⎤ n ⎢⎛ p ⎞ ⎥ ⎢⎜ 2 ⎟ n ⎥ l = R T1 ⎜ ⎟ −1 , (J/kg) (4.14b) n −1 ⎢⎝ p1 ⎠ ⎥ ⎣⎢ ⎦⎥ ⎡ n−1 ⎤ n ⎢⎛ p ⎞ ⎥ ⎢⎜ 2 ⎟ n ⎥ hay l = p1v1 ⎜ ⎟ −1 (J/kg) n −1 ⎢⎝ p1 ⎠ ⎥ ⎣⎢ ⎦⎥ Công lý thuyết của máy nén TA80.
56. ⎡ n−1 ⎤ n ⎢⎛ p ⎞ ⎥ p v ⎢⎜ 2 ⎟ n −1⎥ lmn= 1 1 ⎜ ⎟ (J) (4.15) n −1 ⎢⎝ p1 ⎠ ⎥ ⎣⎢ ⎦⎥ 3 -v1- thể tích riêng của chất khí v1= 1/ ρ1 = 1/1,2 (với ρ1 = 1,2 kg/m ) -n - chỉ số nén đa biến chọn n= 1,2 5 2 -p1- áp suất khí quyển chọn p1 = 1at = 10 N/m 5 2 -p2- áp lực khí thải . p2=7.10 N/m Thay tất cả các giá trị trên vào phương trình (4.15) ta có công của máy nén TA80 sẽ là: ⎡ 0,2 ⎤ 1,2 5 1 1,2 5 lmn= .10 . ⎢7 −1⎥ = 2.10 (J/kg) 1,2 −1 1,2 ⎣⎢ ⎦⎥ Ta có công suất nén lý thuyết của máy nén TA80 là. Nlt = Glt.llt (kW) Trong đó: Glt - khối lượng hơi hút nén được trong đơn vị thời gian, kg/s; 0.918.2.105 Nlt = = 3060 (W) 60 Nlt = 3,06 (KW). Kết luận: Công suất lý thuyết tìm được phù hợp với giá trị mà nhà sản xuất đưa ra theo máy (catolog) 4.4. Tỷ số nén cho phép. Ta tính tỷ số nén trên phương diện lý thuyết với giả thiết công của máy nén sinh ra là nhỏ nhất. Đối với máy nén piston một cấp, việc tăng áp suất cuối quá trình nén p2 bị hạn chế vì lượng vào khí hút vào xylanh giảm (do ảnh hưởng của thể tích thừa), hơn nữa nhiệt độ cuối quá trình nén T2 cũng tăng và có hại cho sự làm việc của dầu bôi trơn, có
57. thể làm phân huỷ các khí bị nén. Đối với máy nén có lưu lượng lớn thì nén một cấp chỉ áp dụng với tỷ số nén nhỏ hơn 4. Còn lại máy nén piston một cấp thông thường lấy bằng 5 trong trường hợp làm mát tốt thì tỷ số nén nằm trong khoảng từ 6-8 Tỷ số nén của máy nén piston một cấp bị giới hạn bởi thể tích của khoảng trống có hại và nhiệt độ cho phép ở cuối quá trình nén. Xuất phát từ điều kiện Vs = 0 (không có quá trình hút không khí vào máy nén) hay ' λ 0 = 0 ta xác định được tỷ số nén cho phép [ε ] do tồn tại khoảng trống có hại. 1 ' n Ta có: λ 0 =1− m(ε −1) = 0. 1 Vậy []ε = (1+ )n . m Trong đó : Hệ số m (0,02 < m < 0,06); Chỉ số đa biến n (1 < n < 1,4); k = 1,4; Nếu lấy các giá trị tới hạn của m và n tức m=0,06 và n=1 ta sẽ có giới hạn cho phép [ε ] xác định bởi sự tồn tại của khoảng trống có hại bằng: 1 []ε = (1+ )1 =17,67 0,06 Ta thấy mặc dù với các giá trị tới hạn của m và n ta vẫn được giá trị [ε ] khá lớn. Tiếp theo ta xác định tỷ số nén cho phép giới hạn bởi nhiệt độ của không khí nén ở cuối quá trình nén. Trong máy nén để giảm ma sát và sự mài mòn các bề mặt làm việc, người ta dùng dầu bôi trơn dặc biệt, dầu này có hiệt độ bốc hơi t = (230-250)0C. Hơi dầu nhẹ trộn với không khí tạo thành hỗn hợp dễ cháy, nó là nguyên nhân gây ra nổ trong máy nén và trong bình chứa khí nén. Vì vậy nhiệt độ của khí nén ở cuối quá trình nén không được lớn quá nhiệt độ tới hạn 2500C. Nếu coi quá trình nén không khí là quá trình đoạn nhiệt (vì máy nén làm việc có thể gây tắc đường làm mát), thì nhiệt độ của không khí nén ở cuối quá trình nén được xác định :
58. k −1 ⎛ p ⎞ ⎜ 2 ⎟ k T2 = T1⎜ ⎟ (4.16) ⎝ p1 ⎠ 0 0 0 Nếu ta chọn nhiệt độ T2 = ( 250 + 273 ) K = 523 K và T1 = 20 + 273 = 293 K ta sẽ xác định được tỷ số nén cho phép bởi nhiệt độ của không khí nén ở cuối hành trình nén: k 1,4 PT22⎛⎞k−1 ⎛⎞523 1,4− 1 [ε ]= = ⎜⎟ =⎜⎟ = 7,6. PT11⎝⎠ ⎝⎠293 Như vậy tỷ số nén cho phép tìm được phù hợp với tỷ số nén của máy nén. Tỷ số nén cho phép của máy nén là [ε ] = 7. 4.5. Tính toán làm mát cho máy nén piston TA80. Máy nén piston TA80 là loại máy nén được làm mát bằng gió. Trong quá trình nén, không khí bị nóng lên, piston chuyển động trong xylanh sinh ra nhiệt, không khí bị nóng lên, truyền nhiệt cho xylanh và piston của máy nén. Do vậy xylanh của máy nén được làm mát bằng quạt gió lắp trên puly máy nén, khi đó bề mặt ngoài của xylanh có cấu tạo đặc biệt để tăng diện tích tiếp xúc với môi trường. Quá trình làm mát giúp máy nén hoat động ổn định hơn và nhiệt độ khí nén được hạ thấp, đảm bảo an toàn cho quá trình nén khí vào bình. Nhiệt lượng của 1 kg không khí tỏa ra môi trường xung quanh qua xylanh được xác định bằng công thức: qCTTnnk=−()21; (4.17) Trong đó: Cnk :nhiệt dung riêng đa biến của không khí nk− CC= nk vk n −1 Với n = 1,2; k = 1,4; Cvk là nhiệt dung riêng đẳng tích của không khí: 0 Cvk=0,7193(J/kg. K).
59. 1, 2− 1, 4 Vậy C ==−0,7193 0,7193 (J/kg.0K); nk 1, 2− 1 Mặt khác: Với tỷ số nén của máy nén khí piston TA80 (ε = 7) ta có thể tính được: Nhiệt độ của không khí khi đi ra khỏi xylanh của máy nén: k −1 1,4− 1 k 1,4 0 0 0 TT21==ε 293.7 = 510 ( K) ; T1 = 30 C = 303 K Vậy qn =−0,7193.(510 − 303) = -149(KJ/Kg); qn < 0 chứng tỏ phải làm mát xylanh trong quá trình nén; Vậy lượng nhiệt cần lấy đi sẽ là: Qlm = Cpk(T2kn-T1kn) (4.18) 0 0 0 0 Với T1kn= 35 C = 308 K ; T2kn= 237 C = 510 K ; 0 Cpk= 1,0061 (KJ/Kg. K), nhiệt dung riêng của không khí trong quá trình đẳng tích Qlm=1,0061. (510 - 308)= 203 (KJ/Kg).
60. Khảo sát máy nén khí piston tại phòng thí nghiệm máy nén 4.5.1. Lưu lượng của không khí làm mát. Khi tính lưu lượng của không khí làm mát thì ta chọn nhiệt độ ban đầu của 0 0 không khí vào làm mát là T1n = 35 C = 308 K.Và nhiệt độ của không khí ra sẽ là: 0 T2n = T1n+ (25-35) K 0 Hay T2n = 318-328 K 0 Chon T2n = 318 K 0 0 Nhiệt độ của khí nén đi vào bình chọn là Tv = 40 C = 313 K. o 0 Nhiệt độ của khí khi đi ra khỏi xylanh. Tr = 237 C= 510 K . Lúc này lưu lượng của nước làm mát Qlm được tính theo công thức sau: QCTTmnρ kk pk() r− v Qlm = [ kg/s] (4.19) CTkk()21 n− T n 3 Trong đo: ρkk =1,29 [kg/m ] - khối lượng riêng của khí . Qlm- lượng không khí làm mát [Kg/s]. 0 Cpk = 1,0061 [KJ/kg. K]- nhiệt dụng riêng đẳng áp của khí. 0 Ckk = 0,7088 [KJ/kg. K]- nhiệt dung riêng của không khí . 3 3 Qmn = 0,575 [m /ph] = 0,0096(m /s) lưu lượng thực của máy nén (được tính ở 4.2). Thay tất cả các giá trị trên vào (4.19) ta được lưu lượng không khí làm mát sẽ là : 0,0096.1,29.1,0061.(510− 313) Q ==0,35 [Kg/s]; lm 0,7088.(318− 308) 3 Hay Qlm = 977 [m /h]; 4.5.2. Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của thiết bị làm mát. Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt được xác định theo công thức : QCTTρ ()− F = mn kk pk r v [m2] (4.19) kTΔ 1
61. Khảo sát máy nén khí piston tại phòng thí nghiệm máy nén Trong đó : ΔT [oK]- hiệu số trao đổi nhiệt trung bình và được xác định: ()()TT−−− TT Δ=T rn21 vn [oK] TT− 2,3lg(rn2 ) TTvn− 1 (510−−− 318) (303 298) Δ=T =2,1 [0K] 510− 318 2,3lg( ) 303− 298 K - hệ số truyền nhiệt, k= 50-70 W/m2.độ. Ta có : 0,0096.1,29.1.0061.(510− 303) F ==0,025 [m2] 50.2,1 4.6. Tính lực tác dụng lên piston và xylanh: A ĐCT s B β ĐCN l ĐCT E C α r O ĐCN Hình 4-4 Sơ đồ chuyển động của các bộ phận máy Trên hình 4-4 biểu diễn sơ đồ chuyển động các bộ phận chính của máy nén piston. Độ dịch chuyển của piton, vận tốc, gia tốc của nó phụ thuộc vào goác quay r của tay quay và tỷ số độ dài tay quay r và thanh truyền l, thường tỷ số = 0,15 ÷ l 0,3 = µ. Ban đầu piston ở vị trí cao nhất (điểm A), khi tay quay quay một góc 1800 thì piston sẽ nằm ở vị trí thấp nhất , lúc này thanh truyền và tay quay nằm trên cùng 2
62. Khảo sát máy nén khí piston tại phòng thí nghiệm máy nén đường thẳng. Các điểm đặc biệt của đầu thanh truyền và tay quay được gọi là các điểm chết, có điểm chết trong và điểm chết ngoài. Điểm chết trong của tay quay,khi tay quay quay được một góc chuyển dời đến điểm đối diện với điểm E, điểm này gọi là điểm chết ngoài của tay quay. Tương tự đối với piston cũng có điểm chết trong và ngoài . a. Động học cơ cấu trục khuỷu thanh truyền. Khi tay quay quay được một góc α thì piston chuyển dời được một khoảng S: S = OA − BO = l + r − (l cos β + r cosα ) sin β r Từ trên sơ đồ ta có: = = μ sinα l Hay là: sinβ=μsinα ; Từ hệ thức lượng giác ta có: cosβ = 1− sin 2 β = 1− μ 2 sin 2 α ; Phân tích biểu thức thành chuỗi ta có: μ 2 sin 2 α μ 4 sin 4 α cosβ = 1− μ 2 sin 2 α =1− − 2 8 Bỏ qua các số hạng bậc cao (bậc 4 trở lên) và thay vào công thức tính S ta có: ⎛⎞μαsin2 Sr=+⎜⎟1cos −α (m) (4.20) ⎝⎠2 Vận tốc V và gia tốc j của piston xác định bằng cách lấy đạo hàm bậc một và hai của độ dịch chuyển S ta có: dS dS dα ⎛⎞μα d Vr==.sinsin2 =⎜⎟αα + dt dα dt⎝⎠2 dt dα Đại lượng chính là vận tốc góc ω của máy do đó: dt dα πn = ω = ; n - Số vòng quay làm việc của máy (v/ph); dt 30 ⎛⎞μ Từ đó ta nhận được: Vr=+ω ⎜⎟sinαα sin 2 ; (4.21) ⎝⎠2 3
63. Khảo sát máy nén khí piston tại phòng thí nghiệm máy nén Lấy đạo hàm phương trình trên theo thời gian t ta nhận được gia tốc j của piston: dc dC dα ⎛ μ ⎞ j = = . = rω 2 ⎜cosα ± cos2α ⎟ ; (4.22) dt dα dt ⎝ 2 ⎠ Trong đó số hạng thứ hai mang dấu (±), dấu (+) của biểu thức ứng với hành trình khi piston chuyển động về phía trục còn mang dấu (-) ứng với hướng ngược lại. Các phần động trong cơ cấu thanh truyền tay quay bao gồm trục khuỷu, tay quay, thanh truyền, piston hoặc nhóm piston. Khi làm việc các chi tiết chuyển động tịnh tiến và các chi tiết chuyển động quay là xuất hiện lực quán tính và lực ly tâm. Lực quán tính xuất hiện do các chuyển động tịnh tiến của các thành phần chuyển động tịnh tiến. Lực ly tâm của các khối lượng không cân bằng xuất hiện do trong máy có những phần không cân bằng theo hướng kính và khi tay quay quay xuất hiện lực ly tâm hướng theo bán kính tay quay. Vậy ta xét trong trường hợp tại: - Góc α = 300; r 27 - μ = = =0,169; l 160 Thay các giá trị vào các biểu thức ta có: Từ (4.20) ⎛⎞0,169sin2 30 S =+0,027.⎜⎟ 1 − cos30 =0,0042 (m) ⎝⎠2 Từ (4.21) 3,14.850⎛⎞ 0,169 V =+0,027⎜⎟ sin 30 sin 60 =1,38 (m/s) 30⎝⎠ 2 Từ (4.22) 2 ⎛⎞⎛3,14.850 0,169 ⎞ 2 j =+0,027⎜⎟⎜ cos30 cos60 ⎟=195 (m/s ) ⎝⎠⎝30 2 ⎠ b. Động lực học máy nén piston: lực tác dụng lên piston được tính theo công thức: PP=+p J (N) (4.23) 4
64. Khảo sát máy nén khí piston tại phòng thí nghiệm máy nén Lực do áp suất khí tác dụng được xác định theo công thức: Pp =−( ppF12) (N) ( 4.24) Lực quán tính tác dụng lên piston được xác định theo công thức: 22 J =+mrs ω () cosαμ cos α (N) (4.25) Trong đó: 5 2 p1 – áp suất khí thải : p1=7.10 (N/m ). 5 2 p2 – áp suất khí quyển : p2 = 10 (N/m ). F – diện tích bề mặt piston. r – bán kính tay quay. ω – vận tốc góc tay quay. ms: Là khối lượng của các phần chuyển động tịnh tiến. ms = m np + m1. m1 : Khối lượng tập trung tại đầu nhỏ thanh truyền. m1 Có thể xác định sơ bộ theo công thức kinh nghiệm sau đây: m1 = (0,275÷0,35)m tt ; chọn m1=0,3mtt=0,3.0,0948=0,02844(kg) mnp- khối lượng nhóm piston. mnp=0,1402(kg) ⇒ ms=0,1402+0,02844=0,16864(kg); (Các thông số được đo đạc trên máy) 5 ⇒ Pp =−()7 1 10 .0,005=3000 (N); 2 ⎛⎞3,14.850 2 ⇒ J =+0,16864.0,027.⎜⎟ (cosα 0,169 cos α ) = ⎝⎠30 =+36(cosα 0,169 cos2α ) ; Vậy P =+3000 36(cosα + 0,169 cos2α ) Từ đó ta vẽ được đồ thị P=f(α) ( với giá trị α=0÷3600); P 5
65. Khảo sát máy nén khí piston tại phòng thí nghiệm máy nén Hình 4-5 Đồ thị biểu diễn P=f(α) 5. Cách lắp đặt, vận hành, tháo lắp và sửa chữa máy nén khí TA80. 5.1. Cách lắp đặt. Máy nén khí làm việc với nguồn khí phải sạch, khô ráo và nhiệt độ thấp, do đó máy nén khí phải được lắp đặt cách xa khu có khói bụi, đầu vào khí của máy nén khí phải lắp đặt bộ lọc ẩm, đầu vào khí của máy nén khí có thể dựa vào đường ống dẫn đến phòng ngoài chỗ lắp máy. Chọn nơi khô ráo và sạch sẽ với nền xưởng vững chắc để đặt máy nén khí. Nhiệt độ môi trường xung quanh lớn nhất mà ở đó động cơ và máy nén có thể vận hành là 400 (1040 F), bởi vậy nó phải được đặt ở nơi đủ thông thoáng. Khi dùng dây cáp để dịch chuyển máy nén khí tránh tình trạng làm tổn hại bề mặt sơn phía ngoài của máy nén khí. Máy nén khí và mặt tường nhà xưởng phải có khoảng cách nhất định. Lắp đặt máy nén khí là một việc rất cần sự cẩn trọng và vô cùng quan trọng, yếu tố tốt hay xấu của chất lượng lắp đặt đều ảnh hưởng tới quá trình sử dụng và vận hành của máy nén khí. Do đó dưới sự hướng dẫn của các nhân viên có kinh nghiệm, các tài liệu lắp đặt kỹ thuật tiêu chuẩn, ghi chép các số liệu lắp đặt, khi lắp đặt nhất thiết phải dùng các công cụ chuyên dùng. 5.1.1. Công tác chuẩn bị trước khi lắp đặt. 6
66. Khảo sát máy nén khí piston tại phòng thí nghiệm máy nén Trước khi lắp đặt máy nén cần có những người hiểu rõ về máy nén để giám sát. Những người lắp đặt phải thành thạo các tài liệu kỹ thuật có liên quan đến máy nén, biết về sơ đồ thiết bị. Do đại bộ phận các linh kiện khi xuất xưởng đều đã được lắp đặt và thông qua gioăng dầu nên trước khi lắp khách hàng phải tiến hành vệ sinh và chú ý trong việc tháo rời các linh kiện đã dán mác, khi làm sạch và tách các linh kiện. Nền xưởng không được gồ ghề, rãnh trống, sự chênh lệnh về độ bằng phẳng và các thiếu sót khác không vượt quá yêu cầu cho phép. Phải kiểm tra xem máy nén có ảnh hưởng đến môi trường xung quanh như thế nào (tiếng ồn, độ rung ) 5.1.2. Lắp đặt thân máy. Máy nén piston TA80 là loại máy nhỏ, phục vụ sản xuất kinh doanh nhỏ nên máy được đặt trên 4 bánh xe. Nhằm mục đích di chuyển thuận tiện. Bình chứa khí nén được gắn các thanh nối với bánh xe. Đặt máy ở vị trí cân bằng, do máy tiép xúc với mạt đất bằng 4 bánh xe nên khi đặt máy phải chú ý, không để máy bị gập ghềnh, ảnh hưởng đến động cơ, trong khi máy hoạt động sẽ rung, làm hư hỏng các chi tiết khác của hệ thống. Cơ cấu thân máy phải ở trạng thái cân bằng. 5.1.3. Lắp đặt động cơ. Trước khi lắp động cơ điện, phải kiểm tra nguồn điện cung cấp như số pha, điện áp, tần số được thể hiện. Động cơ điện được đặt trên bình chứa, được gắn với bề mặt phẳng hàn trên bình chứa bằng bốn đai ốc. Cân chỉnh sao cho trục động cơ phải song song với trục của máy nén. Sau khi lắp đặt động cơ điện cần lắp dây đai nối giữa trục động cơ điện và trục máu nén. 90 âäü Âai V Thàóng haìng 7 Maïy neïn Motor
67. Khảo sát máy nén khí piston tại phòng thí nghiệm máy nén Hình 5.1. Sơ đồ bố trí dây đai. Sau đó kiểm tra độ căng đai. Dây đai nên được lắp sao khi ta dùng một lực (3-4,5) kg ở giữa dây đai thì đạt được độ võng vào khoảng 10-13 mm. 5.1.4. Lắp đặt thanh truyền vào piston . Trước khi lắp đặt phải làm sạch và tra dầu bôi trơn đầu nhỏ thanh truyền và chốt piston, kiểm tra khe hở miệng của xec măng đã đạt chưa. Lắp đặt chốt piston liên kết đầu nhỏ thanh truyền với piston. Dùng xeclip giữ cho chốt piston không bị dịch chuyển ra ngoài trong khi máy hoạt động. 5.1.5. Lắp đặt thanh truyền vào trục khuỷu. Trước khi lắp đặt thanh truyền cần kiểm tra bạc lót đầu to thanh truyền, đầu nhỏ và trục khuỷu, độ tiếp xúc phải đạt trên 70%. Làm sạch và tra dầu bôi trơn bề mặt trục khuỷu và bạc lót đầu to thanh truyền. Khi đã đặt đầu to thanh truyền vào đúng vị trí thì xiết chặt các bu lông thanh truyền, tránh hiện tượng bị bó kẹt. Lắp thanh truyền theo thứ tự từ ngoài vào trong. Sau đó kiểm tra khe hở giữa các đầu to thanh truyền trên trục khuỷu. 5.1.6. Lắp đặt ống nối trung gian và xylanh. Trước khi lắp cần kiểm tra các xylanh và ống nối trung gian, ngoài việc tránh những vết tỳ trên bề mặt thì các bu lông liên kết cần được xiết chặt và đối xứng. Làm sạch và và kiểm tra ống nối trung gian, xilanh. Các bu lông ống nối trung gian phải được liên kết chặt, tránh hiện tượng bị rò rĩ khí ở các khớp nối. trước khi lắp đặt xylanh cần cho dầu bôi trơn vào thành xylanh. Lắp đặt bệ đỡ xylanh, dùng dụng 8
68. Khảo sát máy nén khí piston tại phòng thí nghiệm máy nén cụ chuyên dùng kẹp chặt các xecmăng lại rồi đẩy piston vào xylanh, xiết chặt 4 bulông liên kết giữa xylanh và thân máy lại, đồng thời đạt được độ ngang của xi lanh khi ta đo được độ vuông góc. Khi lắp đặt cho phép sai số khi xilanh ở điểm chết trên là 0,05mm/m. 5.1.7. Giá trị sai số cơ cấu khi lắp đặt (mm). - Độ phẳng hướng dọc và hướng ngang thân máy không lớn hơn : 0,05/1000. - Độ đồng trục của trục chính động cơ và trục khuỷu máy nén khí không lớn hơn 0,02. 5.1.8. Chú ý khi lắp đặt thiết bị thuộc máy nén khí và đường ống. - Trước khi lắp đặt bộ phận áp lực phải đạt được tiêu chuẩn về chất lượng. Các đường ống thép ống khí khác phải có tiêu chuẩn vật liệu phù hợp đạt giấy chứng nhận về tiêu chuẩn. - Trước khi đặt vị trí của các bộ phận và đường ống, cần kiểm tra hướng đặt của máy, phải đối chiếu vị trí miệng ống và kích thước vị trí tương ứng, đặc biệt phải làm vệ sinh sạch. Sau khi đã hoàn tất việc nối ống, cắt, hàn nối, đường ống bên trong phải làm sạch, không cho phép rớt kim loại nóng chảy, tạp chất tàn dư hoặc các vật bẩn khác. - Khi lắp đặt đường ống, hàn nối, thử áp, làm sạch phải đảm bảo chất lượng căn cứ vào quy trình theo dõi an toàn, quy định chuyên ngành tiêu chuẩn và các điều kiện kỹ thuật để tiến hành. - Để có thể giảm bớt dao động của khí dẫn đến sự chấn động của các đường ống khi sử dụng thì khi thiết kế khung giá, cố gắng giảm bớt hướng đi lệch của đường ống, đường ống phải dùng giá cố định và áp lực kẹp ống, nhằm tránh xuất hiện chấn động mạnh và dịch chuyển vị trí. - Việc lắp đặt các loại van và van một chiều nên chú ý đường đi của khí trong đường ống, tránh không được lắp ngược. 5.2. Vận hành máy nén TA80. 5.2.1. Vận hành không tải. 9
69. Khảo sát máy nén khí piston tại phòng thí nghiệm máy nén - Tháo toàn bộ van thải và van hút khí ở các xylanh, dùng lưới lọc đậy các lỗ van lại. - Bấm nháy động cơ rồi dừng lại ngay, kiểm tra lại toàn bộ máy nén khí có tiếng kêu khác thường và sự cố gì không. - Cho động cơ chạy 5 phút, kiểm tra âm thanh, tình hình phát nhiệt và tình hình và tình hình làm việc của các bộ phận của máy nén khí, đặc biệt chú ý đến hệ thống bôi trơn làm việc có bình thường không và điều chỉnh lượng dầu thích hợp theo yêu cầu của máy này. Nếu có khiếm khuyết gì thì phải dừng máy ngay rồi kiểm tra, sau đó khởi động máy lần thứ ba cho máy chạy trong 30 phút, khởi động lần thứ tư cho chạy 2-4 giờ, máy chạy bình thường rồi mới cho chạy có tải, cần chú ý khoảng cách giữa các lần khởi động phải lớn hơn 20 phút mới đảm bảo. - Khi chạy có tải phải đo và ghi chép lại thời gian thời gian từ khi ngắt nguồn điện đến khi máy nén khí hoàn toàn dừng lại. Tuỳ thời gian vận hành vận hành kéo dài thì thời gian giãn cách cũng kéo dài. Nếu thời gian ngắn dưới 3 dây thì có thể biết là máy không bình thường cần kiểm tra tìm hiểu nguyên nhân và cách khắc phục . - Sau khi kết thúc vận hành không tải phải kiểm tra nhiệt độ tăng ở các vị trí có ma sát và độ chặt của các bu lông, đặc biệt là chống nới lỏng ở chốt piston với đầu nhỏ thanh truyền, thanh truyền với trục khuỷu . 5.2.2. Thổi sạch máy nén khí, máy phụ trợ và hệ thống đường ống dẫn khí. Sau khi chạy không tải thành công thì bắt đầu tiến hành thổi sạch hệ thống, thổi sạch bụi bẩn và các chất bẩn khác trong hệ thống đường ống và trong bình trích khí, những nơi mà khí nén không thổi sạch được thì dung nhân công làm sạch. Việc làm sạch ảnh hưởng rất lớn đến tuổi thọ của máy nén khí nên không được xem nhẹ và bỏ qua. - Đường ống khí vào xilanh , bộ lọc khí đi vào, bộ phận điều chỉnh lưư lượng đi vào phải dùng biện pháp thủ công làm sạch triệt để, đồng thời phải làm sạch các chất bám bên trong khoang van hút, lắp van hút thải khí, nối bộ phận điều chỉnh lưu lượng và đường ống thải khí tương ứng. - Việc thổi sạch phải tiến hành từng bước, khi thổi phải tháo hết các bộ phận như van tiết lưu các đồng hồ đo áp lực và van an toàn trên đường ống, bịt kín hết các điểm bị rò rỉ khí. Áp lực khí thổi xem tình hình để tăng dần từ 0,1-0,3 MPa. Thời gian thổi không hạn chế, thổi khi nào sạch thì thôi. 10
70. Khảo sát máy nén khí piston tại phòng thí nghiệm máy nén - Sau khi thổi sạch phải kiểm tra trong khoang hút, xả khí và trong xylanh còn bẩn không. Tháo bộ lọc khí đi vào và cụm chi tiết van hút, xả khí đem rửa sạch và lắp trở lại, khôi phục những điểm bị kẹt và lắp van đồng hồ tương ứng. 5.2.3.Chạy thử có tải . Chạy thử có tải là giai đoạn chạy thử quan trọng nhất, cũng là bước trọng yếu để kiểm tra toàn bộ tính năng của máy nén khí và xem tình trạng làm việc của tất cả các cơ cấu có thoả mãn yêu cầu của nhà thiết kế. - Quay vài vòng máy kiểm tra các vị trí bộ phận, các hệ thống và đồng hồ đo và làm cho chúng phù hợp với yêu cầu, mở hết tất cả van thoát khí ra. - Cho máy nén khí chạy không tải 20 phút, chờ cho máy chạy ổn định rồi từ từ đóng van thoát khí lại, làm cho máy nén khí từ từ đi vào trạng thái mang tải. - Theo quy trình sau đây cho máy vận hành nâng tải từng bước, mỗi lần vận hành nâng tải yêu cầu vận hành trên 1 giờ. Khi áp suất khí đạt được giá trị cuối cùng thì cho máy chạy liên tục 4 giờ. Máy nén khí trong quá trình vận hành phải sau khi không có các hiện tượng khác thường mới cho áp suất năng dần từng bước cho đến khi vận hành ổn định áp suất. - Bước nâng áp suất: lần thứ nhất, áp lực xả khí chưa kịp nâng lên đến 1/4 giá trị định mức, vận hành trong 1 giờ. Lần thứ hai, áp lực xả khí chưa nâng đến 1/2 giá trị định mức và vận hành trong một giờ. Lần thứ ba, áp lực xả khí chưa nâng đến 3/4 giá trị định mức và vận hành trong một giờ. Lần thứ thứ tư, áp lực xả khí chưa nâng đến giá trị định mức và vận hành trong bốn giờ. - Khi máy nén vận hành đầy tải thì tiến hành khảo sát hiệu chỉnh và nghiệm thu đúng đối với van an toàn. Áp lực khơi động của van nhà chế tạo đã cho sẵn. - Trong khi vận hành thử máy nén khí cần tiến hành đồng thời kiểm tra các mục sau và ghi chép lại : áp lực, nhiệt độ, tình trạng cấp dầu bôi trơn. Tình tạng tăng nhiệt độ làm kín các vị trí bộ phận, có tạp âm hay không, có tiếng gõ hay không, có tình trạng chấn động khác thường hay không, có tình trạng nới lỏng các mối liên kết hay không. Tình trạng làm việc của van vào và xả khí các xylanh. Nhiệt độ khí nén hút xả của máy nén khí, lượng xả khí của máy nén khí. Độ nhạy của các đồng hồ đo và trang bị khoá. Dòng điện của động cơ, áp suất và nhiệt độ tăng. 11
71. Khảo sát máy nén khí piston tại phòng thí nghiệm máy nén Công việc kiểm tra nói trên trong hai giờ khởi đầu thì mỗi 15 phút thì ghi một lần, sau đó cứ mỗi giờ ghi một lần. Phải chú ý tuỳ lúc tiến hành quan sát và kiểm tra, và kịp thời xử lý các vấn đề xẩy ra trong khi vận hành, khi có sự cố hoặc có vấn đề ở thân máy nén khí hoặc ở đường ống thì phải dừng máy ngay để khắc phục, không được tiến hành công tác sửa chữa trong khi máy đang vận hành. 5.2.4. Dừng máy nén khí. - Dừng máy bình thường : vì sản suất yêu cầu hoặc vì sự cố ngoài đến nói chung, cần dừng máy gọi là dừng máy bình thường. Các bước thao tác như sau: + Thông báo cho các nơi dung khí nén biết sẽ dừng máy. + Dừng vận hành động cơ chính.(Tắt công tắc điện) + Nếu máy nén khí dừng thời gian lâu, các mặt gia công phải bôi mỡ chống gỉ và định kỳ phải vần máy làm thay đổi các chi tiết tiếp xúc với nhau để tránh lâu ngày dầu mỡ kết cứng hoặc sinh gỉ, nếu có điều kiện thì thì dung khí Nitơ bịt kín xi lanh hơi để bảo vệ. - Dừng máy khẩn cấp : còn gọi là dừng máy mang phụ tải. Khi máy nén khí phát sinh sự cố lớn hoặc các bộ phận khác của hệ thống sản suất phát sinh sự cố cần phải dừng máy gọi là dừng máy khẩn cấp. Lúc này tổ máy đang ở trạng thái mang phụ tải, để tránh không cho khí nén cao áp đi vào bộ phận thấp áp để gây ra sự cố cần tuân thủ các thao tác sau đây: + Đóng động cơ lại, lập tức mở van thông bên hông làm cho hệ thống nhanh chóng tháo tải. + Cắt sự liên hệ của van cửa vào, ra liên hệ với hệ thống sản xuất, phải chú ý đầu tiên đóng van cửa ra, sau mới đóng van cửa vào. + Dừng máy khẩn cấp nhất định ngăn khí ở bộ phận cao áp tràn sang bộ phận thấp áp sinh ra sự cố vượt áp suất. + Tìm rõ nguyên nhân, xử lý kịp thời. Nếu thời gian dừng máy lâu thì yêu cầu giống như yêu cầu khi dừng máy bình thường. + Trong các trường hợp sau phải dừng máy khẩn cấp và tìm ra nguyên nhân để khắc phục: a. Áp lực dầu bôi trơn xuống thấp hoặc đột nhiên bị đứt đoạn, nhiệt độ dầu bôi trơn tăng lên cao quá. 12
72. Khảo sát máy nén khí piston tại phòng thí nghiệm máy nén b. Nhiệt độ khí xả hoặc áp suất xả khí các cấp vượt quá giá trị giới hạn cho phép. c. Dòng điện ở bảng điện biểu thị phụ tải của động cơ vượt quá giá trị bình thường. d. Máy nén khí hoặc động cơ có tiếng kêu không bình thường. e. Máy nén khí bị lọt khí hoặc lọt nước nghiêm trọng. 5.2.5. Duy tu máy nén khí khi vận hành. - Thường xuyên kiểm tra dầu bôi trơn trong bể dầu thân máy, phải ở trong mức quy định, thải chất bẩn trong bộ lọc khí. - Thường xuyên chú ý kiểm tra các trị số quy định trên đồng hồ áp lực, nhiệt độ phải phù hợp với giá trị quy định. - Chú ý lắng nghe âm thanh của máy nén khí trong khi làm việc có bình thường không, đồng thời kiểm tra nắp van hút, xả khí có hiện tượng nóng quá không. - Thỉnh thoảng kiểm tra nhiệt độ tăng của động cơ và chỉ số đọc của dòng điện. - Các loại thời kỳ kiểm tu, phải chú ý kiển tra tình trạng mài mòn của vòng dẫn hướng của pittông, vòng gioăng, có điều kiện thì ghi lại sự mài mòn theo thời gian, nắm vững tỉ lệ tổn hao mài mòn giữa lượng đơn vị tổn hao với thời gian. - Van an toàn máy nén khí và đồng hồ đo phải điều chỉnh mỗi năm một lần, nếu thấy có nghi vấn thì phải kịp thời kiểm tra ngay. - Để đảm bảo máy nén khí được vận hành bình thường và có tuổi thọ cao thì nhất thiết phải tiến hành định kỳ kiểm tra, sửa chữa, công tác kiển tu máy máy nén khí phải tiến hành từng bước theo đúng kế hoạch. 5.3. Tháo và lắp máy nén khí. 5.3.1. Những điều cần biết khi tháo. Có thể tháo toàn bộ hoặc từng bộ phận của máy nén khí. Nhưng nói chung khi đại tu máy nén khí thì cần phải tháo toàn bộ. duy tu bảo dưỡng bình thường hoặc khắc phục sự cố bình thường có thể chỉ tháo từng bộ phận, khi tháo cần chú ý những điểm sau : 13
73. Khảo sát máy nén khí piston tại phòng thí nghiệm máy nén - Căn cứ vào nội dung kiểm tra để xác định phạm vi tháo và để chọn sử dụng những công cụ thông thường và công cụ chuyên dùng cần thiết. - Các chi tiết sau khi tháo cần được giữ gìn cẩn thận, không được để va chạm làm chầy xước, phải rửa sạch sẽ và bôi mỡ chống gỉ, vít, bulông, và đai ốc sau khi tháo phải vặn lại vị trí để tránh thất lạc. - Khi tháo các chi tiết quan trọng phải chú ý vị trí lắp ghép ban đầu của nó, phân loại, sắp xếp để tránh sai sót phải lắp đi lắp lại. - Khi tháo các chi tiết cần chú ý dùng lực đều, nếu chặt quá thì kiểm tra nguyên nhân tránh dùng sức mạnh để tháo sẽ làm hỏng chi tiết. 5.3.2. Trình tự tháo. - Sau khi xác định hệ thống phải tuyệt đối không có khí nén mới tiến hành tháo. - Tháo ống hút xả khí, đồng hồ và các đường ống dẫn khí nén đến đồng hồ. - Tháo van khí các xylanh ra và rửa sạch. - Tháo hết dầu bôi trơn trong máy ra. - Nới lỏng bulông liên kết xylanh với thân máy, từ từ rút xylanh ra và giữ vững piston - Tháo bulông đầu to thanh truyền ra, lấy cả thanh truyền và piston ra. Chú ý đánh dấu thứ tự của các thanh truyền, piston và hướng của các thanh truyền. .(cần chú ý cụm bạc lót trục và vòng đệm phải đặt đúng vị trí ban đầu của nó và không được làm lẫn vòng đệm) - Tháo chốt piston để tách piston và thanh truyền ra. - Tháo nắp ổ trục và lấy trục khuỷu ra . 5.3.3. Những chú ý khi lắp ghép. - Lắp ghép có thể tiến hành theo tuần tự các bước ngược với quá trình tháo và tham khảo bản vẽ mặt cắt và bản vẽ lắp ghép để tiến hành lắp ghép. - Trước khi lắp phải rửa sạch tất cả các chi tiết, dùng khí nén để thổi sạch, hoặc dùng khăn sạch để lau chùi sạch sẽ, khi dùng xăng dầu để rửa sạch thì phải chờ cho bay hơi hết mới được lắp ghép. 14
74. Khảo sát máy nén khí piston tại phòng thí nghiệm máy nén - Khi lắp ghép phải kiểm tra khe hở lắp ghép của các chi tiết chính và điều chỉnh mối ghép sửa chữa đến giá trị quy định. - Tất cả các đệm lót, sự bịt kín cần đảm bảo tuyệt đối, không được sử dụng đệm lót bị hỏng hoặc khuyết tật. - Khi lắp cụm hoặc lắp cả máy không được làm thiếu sót một chi tiết nào và phải kiểm tra trong xylanh có vật lạ nào không. - Kiểm tra lại toàn bộ bằng cách vần máy để cho pittông dịch chuyển bên trong xylanh. 5.4. Sửa chữa các chi tiết chủ yếu của máy nén khí. 5.4.1. Sửa chữa khối xylanh. Khối xylanh thường được chế tạo bằng vật liệu gang đúc. Bên ngoài được thiết kế các gân tản nhiệt. Hư hỏng chủ yếu của nó là bề mặt làm việc của xilanh bị mài mòn, bị cào xước, khối xilanh bị nứt, các lỗ bắt bu lông bị mòn hoặc đứt ren Xylanh làm việc làm việc lâu ngày sẽ bị mài mòn không đều theo chiều dài xilanh gây nên độ côn và bị mài mòn không đều theo chiều hướng tâm gây nên độ ô van. Nếu xilanh mà có các dạng hư hỏng sau đây thì phải loại bỏ, thay thế bằng các xilanh tốt: - Có vết nứt trên bề mặt làm việc của xilanh - Các gân tản nhiệt bi gãy, mất Nhưng cho phép sử dụng tiếp các xilanh có các vết rỗ với đường kính nhỏ hơn 5 mm, sâu không quá 1mm, hoặc các xilanh có các đám rỗ nhỏ có tổng diện tích không quá 10cm2. Khi xylanh bị mài mòn quá mức cho phép, người ta sửa chữa chúng bằng cách khoét rộng xylanh và ép vào đó ống lót xylanh. Ống lót xylanh được khoét và mài bóng bề mặt trong đến kích thước sửa chữa. 5.4.2. Sửa chữa piston. Hư hỏng chủ yếu của piston là bị mài mòn bề mặt ngoài, giảm nhỏ đường kính, tăng bề rộng rãnh xecmăng, tăng đường kính lỗ ắc piston 15
75. Khảo sát máy nén khí piston tại phòng thí nghiệm máy nén Những piston có mức độ hư hỏng sau đây thì cần loại bỏ: - Có vết nứt, vỡ. - Khe hở khe hở giữa piston và xylanh lớn hơn 0,5mm. - Rãnh xécmăng bị mòn đến mức có khe hở quá 0,03-0,04 mm theo chiều cao, khi lắp với xécmăng tiêu chuẩn. Khi sửa chữa lớn người ta thay thế các piston cũ bằng các piston mới chế tạo theo các kích thước sửa chữa. Các piston này cần đảm bảo các yêu cầu sau đây: - Độ côn và độ ôvan của đường kính ngoài không quá 0,04 mm. - Độ bóng bề mặt ngoài không thấp hơn cấp 6 - Độ đảo rãnh vòng gioăng không quá 0,03 mm - Độ không vuông góc giữa đường tâm lỗ ắc piston và đường tâm piston không quá 0,03mm/ 200m. Khi khe hở giữa lỗ ắc và ắc pittông lớn quá mức cho phép, mà điều kiện kỹ thuật khác còn đảm bảo có thể sử dụng lại piston, thì người ta sử dụng bằng cách sau: - Khoét lỗ ắc pittông rộng ra - Ép bạc lót vào ắc piston, bạc lót có kích thước bẳng kích thước sửa chữa. Đồng thời sử dụng ắc piston tương ứng. 5.4.3. Thay xécmăng. Xécmăng là chi tiết chịu mài mòn nhiều nhất trong quá trình làm việc của máy nén này. Vì vậy cần thay thể chúng trong quá trình sửa chữa lớn và sửa chữa vừa. Xécmăng thường có các dạng hư hỏng sau : bị mài mòn, mất tính đàn hồi, nứt gãy. Hư hỏng xecmăng sẽ làm giảm rất lớn đến năng suất của máy nén. Vì vậy mỗi đời piston thường thay thế vài ba lần xécmăng . Thường người ta không sửa chữa xécmăng, mà chỉ thay thế chúng bằng xécmăng mới chế tạo. Các xécmăng máy nén khí cần đảm bảo các yêu cầu sau: - Mặt phẳng đáy xécmăng cong vênh không quá 0,03-0,04 mm. 16
76. Khảo sát máy nén khí piston tại phòng thí nghiệm máy nén - Mép ngoài xécmăng phải sắc, không có độ vát hoặc cong với bán kính cong quá 0,1 mm. 5.4.4. Sửa chữa thanh truyền. Trong quá trình làm việc thì thanh truyền thường có các dạng hư hỏng sau: bị cong , xoắn, đầu to bị biến dạng, mặt lắp ghép đầu to bị mòn, lỗ lắp bạc lót đầu nhỏ bị mòn. Thanh truyền bị cong, xoắn được nắn lại bằng cách đặt lên giá đỡ và tạo lực gây ra biến dạng ngược chiều. Mặt lắp ghép đầu to bị mòn có thể sửa chữa bằng phương pháp hàn đắp rồi gia công cơ khí. Khi hàn, thanh truyền thường bị biến dạng vì vậy phải hàn từng đợt, mỗi đợt không quá 1,5 mm, chờ nguội xong mới hàn tiếp đợt khác. Lỗ đầu nhỏ thanh truyền bị mòn, thường được sửa chữa bằng cách ép bạc lót mới có đường kính ngoài thích hợp với lỗ đầu nhỏ. Khi ép bạc lót vào đầu nhỏ cần chú ý kiểm tra: lỗ dẫn dầu bôi trơn trên bạc lót phải trung với lỗ dầu trên thanh truyền. 5.4.5. Sửa chữa trục khuỷu. Hư hỏng chủ yếu của trục khuỷu là mòn cổ trục chính, cổ khuỷu và cổ lắp buli, bánh đà bị cong, xoắn, hỏng rãnh then, hỏng ren đầu trục. Các cổ trục lắp với ổ lăn nếu bị mòn quá 0,05 mm thì được hàn đắp rồi mài mòn đạt được kích thước ban đầu. Các cổ trục hoặc cổ khuỷu tiếp xúc với bạc lót bị mòn thì người ta sữa chữa mài chúng đến kích thước sửa chữa rồi sử dụng bạc lót tương ứng. Để nắn trục khuỷu bị cong xoắn người ta dùng một thiết bị gá chuyên dùng và đặt trục khuỷu lên để nắn. Khi nắn trục khuỷu cần có các dụng cụ đo chính xác để kiểm tra mức độ cong xoắn. Trục khuỷu sau khi sửa chữa cần đảm bảo các yêu cầu sau: - Độ không song song giữa đường tâm cổ khuỷu và đường tâm cổ trục chính cho phép nhỏ hơn 0,02mm trên 100mm chiều dài. - Những vết xây xước trên bề mặt cổ trục có diện tích không quá 1-2 % diện tích cổ trục. 6. Sự cố thường gặp của máy nén khí TA80 và cách phòng tránh. 17
77. Khảo sát máy nén khí piston tại phòng thí nghiệm máy nén 6.1. Các bề mặt làm việc bị đốt nóng. -Nếu đốt nóng tất cả bề mặt đồng đều thì chính là do dầu bôi trơn cung cấp không đủ, dầu bôi trơn quá bẩn, áp lực dầu quá thấp.Chất lượng dầu không tốt, trong dầu có hàm lượng nước quá nhiều thì phải căn cứ vào kết quả kiểm tra để áp dụng các biện pháp tương ứng để khắc phục. Nếu chỉ một phần bề mặt bị đốt nóng thì do lắp ghép không đúng. - Máy nén khí phát ra âm thanh lạ: * Âm thanh lạ ví dụ như: âm thanh phát ra từ kim loại, căn cứ vào giác quan của người thao tác và âm thanh từ mặt ống để phán đoán vị trí và lập tức cho máy dừng hoạt động và cho kiểm tra các nguyên nhân sau: * Tấm kim loại rất cứng bị rơi xuống giữa pittông và nắp xilanh phát ra âm thanh ( có thể làm đứt tấm van lò xo, khi kiểm tra phát hiện những vật thể lạ rơi trong xi lanh ) * Sau khi bạc lót đầu to thanh truyền bị mài mòn thì khe hở sẽ lớn hoặc bu lông đầu to thanh truyền bị rơ lỏng . * Van khí nới lỏng * Khe hở điểm chết không đạt, pittông va chạm với nắp xilanh. * Nắp ép van khí không ép chặt van hút khí và thoát khí hoạt động không bình thường. * Độ đàn hồi của lò xo không đủ hoặc là lò xo đã mất tác dụng cần điều chỉnh hoặc thay lò xo mới. * Đế van bị ăn mòn hoặc cạnh van bị cong vênh thì cần mài nhẵn hoặc thay thế. * Lò xo hoặc đế van đứt đoạn hoặc bị ép chặt làm cho van đóng không khít * Khí hút không sạch làm ảnh hưởng đến việc đóng mở của cạnh van . - Xec măng bị mòn * Do khí hút vào không sạch bụi đặc biệt là khí hút vào mang hơi nước * Xec măng có chất lượng không tốt, độ chịu mòn kém * Khe hở điểm mở của xec măng quá nhỏ, hoặc khe hở hướng kính giữa xi lanh và xec măng quá nhỏ dẫn đến bị kẹt chặt. 18
78. Khảo sát máy nén khí piston tại phòng thí nghiệm máy nén * Lưu lượng, dung tích không đủ, tiêu hao công suất vượt quá giới hạn quy định * Hoạt động của van khí không bình thường * Khí hút vào bị rò rỉ quá nhiều. - Phân phối áp suất theo các cấp không đúng do xupap đóng không kín, lắp ghép xupap không đúng, xupap bị gãy. 6.2. Yêu cầu an toàn khi sử dụng máy nén. Khi sử dụng máy nén khí cần chú ý đảm bảo các yêu cầu an toàn sau: - Sử dụng nắp che đai để che kín hoàn toàn dây đai và có thể đặt hường về bức tường, khoảng cách tối thiểu thuận lợi cho việc bảo dưỡng là 0.6 m. - Ngắt công tắc điện khi không làm việc để tránh máy khởi động ngoài mong muốn. - Xả hết áp lực khí nén trong hệ thống trước khi bảo trì sửa chữa để đảm bảo an toàn. - Khi lắp điện không được bỏ qua rơle bảo vệ dòng quá tải của động cơ. - Không được thay đổi việc lắp đặt làm ảnh hưởng đến hoạt động của van an toàn. Bên cạnh đó cần lưu ý một số vấn đề bất thường hay xảy ra và cách khắc phục BẢNG XỬ LÝ CÁC VẤN ĐỀ BẤT THƯỜNG HIỆN TƯỢNG NGUYÊN NHÂN BIỆN PHÁP Chiều quay Cách đấu dây động cơ không Đấu lại dây cho đúng không đúng đúng 1. Thiếu dầu bôi trơn 1. Bổ sung dầu bôi trơn Ổ quay nóng 2. Dầu bôi trơn dơ bẩn 2. Thay dầu 3. Trục khuỷu lắp sai 3. Tháo ra và lắp lại 1. Sử dụng dầu bôi trơn có độ 1. Sử dụng dầu có độ nhớt Vòng quay nhớt cao nhẹ hơn chậm 2. Sụt áp 2. Liên hệ công ty điện 19
79. Khảo sát máy nén khí piston tại phòng thí nghiệm máy nén hoặc 3. Cực than bị mòn lắp máy biến áp 3. Thay cực than Chuyển về công ty hoặc nơi Máy rung động Trục khuỷu bị cong chuyên sửa trục khuỷu 1. Van lắp lỏng 1. Siết lại đai ốc và bulông 2. Piston chạm nắp xylanh 2. Đặt thêm đệm lót vào Tiếng ồn bất đầu bình thường 3. Ổ quay bị lỏng xylanh 3. Sửa chữa hoặc thay mới 1. Lá van mòn 1. Sửa chữa hoặc thay lá 2. Lò xo van yếu van 3. Lá van bị bẩn 2. Thay lò xo 4. Rò rỉ van an toàn 3. Tháo và vệ sinh lá van Áp suất không 4. Sửa chữa hoặc thay thế thể tăng cao 5. Rò rỉ từ các lỗ bulông hoặc tăng tới 6. Bề mặt tiếp xúc lá van 5. Siết chặt bulông đai ốc một mức nào không phẳng 6. Tháo và làm sạc bề mặt đó không thể 7. Rò rỉ từ xecmăng piston tăng được nữa 8. Đệm kín không đạt (đệm 7. Thay xecmăng mới quá dày) 8. Thay đệm mới 9. Rò rỉ các van xả 9. Thay mới Đồng hồ đo áp không chính Đồng hồ đo áp bị hỏng Thay mới đồng hồ xác 1. Xecmăng piston bị mòn 1. Thay mới Dầu bôi trơn 2. Piston bị mòn 2. Thay mới tiêu hao nhiều 3. Xylanh bị mòn 3. Thay mới 20
80. Khảo sát máy nén khí piston tại phòng thí nghiệm máy nén 1. Áp suất sử dụng quá cao 1. Giảm bớt áp suất sử dụng 2. Độ căng dây đai không 2. Đìều chỉnh lại độ căng Dây đai bị phù hợp trượt 3. Dây đai mòn 3. Thay mới 1. Áp suất sử dụng vượt quá 1. Giảm áp suất sử dụng áp suất thiết kế, dẫn đến quá tải cho động cơ điện Nhiệt độ động 2. Piston bị cháy 2. Sửa chữa đầu nén cơ điện quá cao 3. Ổ quay bị cháy 3. Sửa chữa hoặc thay thế 4. Sụt áp 4. Liên hệ nhà máy điện hoặc lắp máy biến thế 1. Cúp điện 1. Liên hệ nhà máy điện Không hoạt 2. Dây điện bị đứt 2. Thay dây điện động 3. Động cơ điện bị hỏng 3. Liên hệ nhà máy cung cấp moto 1. Cầu chì quá nhỏ 1. Thay cầu chì lớn 2. Đấu dây sai 2. Đấu lại dây Cầu chì dễ đứt 3. Động cơ điện quá tải 3. Giảm tải động cơ điện 4. Trục khuỷu của máy nén 4. Tháo và sửa chữa trục quá chặt khuỷu 21