Cấu tạo và sơ đồ nguyên lý máy nén khí trục vít, tài liệu chuẩn

Hiểu được sơ đồ nguyên lý máy nén khí trục vít là yếu tố quan trọng giúp doanh nghiệp vận hành, bảo trì thiết bị hiệu quả và kéo dài tuổi thọ máy. Bài viết này sẽ phân tích chi tiết về cấu tạo, nguyên lý hoạt động của máy nén khí trục vít thông qua sơ đồ nguyên lý, giúp bạn nắm bắt toàn diện về thiết bị công nghiệp quan trọng này.

Giới thiệu về máy nén khí trục vít

Trước khi tìm hiểu sơ đồ nguyên lý máy nén khí trục vít bạn cần hiểu rõ về thiết bị, khả năng ứng dụng của máy để đánh giá độ phù hợp với nhu cầu sử dụng thực tế.

Định nghĩa máy nén khí trục vít là gì?

Máy nén khí trục vít là loại máy nén khí sử dụng hai trục vít xoắn ốc (rotor) chạy song song và ăn khớp với nhau để nén không khí. Đây là thiết bị nén khí có quá trình nén liên tục, không gián đoạn, cho hiệu suất nén cao và ổn định. Khác với máy nén khí piston hoạt động theo chu kỳ, máy trục vít hoạt động liên tục và ít rung động hơn.

Nguyên lý cơ bản của máy dựa trên sự giảm dần thể tích các khoang chứa khí được tạo ra giữa hai trục vít, từ đó làm tăng áp suất không khí theo quy luật nhiệt động học.

Ứng dụng thực tế trong các ngành công nghiệp

Máy nén khí trục vít được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp nhờ khả năng cung cấp khí nén chất lượng cao, ổn định:

• Ngành sản xuất và chế tạo: Cung cấp khí nén cho các hệ thống điều khiển khí nén, máy móc, dây chuyền sản xuất tự động.
• Ngành dệt may: Vận hành các máy dệt, máy in, và các thiết bị cắt vải tự động.
• Ngành thực phẩm và đồ uống: Đóng gói, sản xuất và vận chuyển nguyên liệu.
• Ngành y tế và dược phẩm: Cung cấp khí nén sạch cho các quy trình y tế và sản xuất thuốc.
• Ngành khai thác khoáng sản: Vận hành các thiết bị khoan, đào và nghiền.
• Ngành điện tử: Làm sạch linh kiện và vận hành các thiết bị lắp ráp chính xác.

Những máy nén khí trục vít hiện đại ngày càng được cải tiến về hiệu suất năng lượng, độ ồn thấp và tuổi thọ cao, đáp ứng được yêu cầu khắt khe của các quy trình sản xuất hiện đại.

Sơ đồ nguyên lý máy nén khí trục vít

Sơ đồ nguyên lý máy nén khí trục vít thường bao gồm các thành phần chính được bố trí theo trình tự hoạt động của quá trình nén khí. Nhìn vào sơ đồ, chúng ta có thể thấy rõ:

1. Khu vực hút khí: Bao gồm bộ lọc đầu vào và van điều tiết.
2. Buồng nén: Chứa hai trục vít xoắn ốc (rotor) ăn khớp với nhau.
3. Hệ thống bôi trơn: Với bơm dầu, bộ tách dầu và bộ làm mát dầu.
4. Hệ thống làm mát khí: Bao gồm bộ trao đổi nhiệt.
5. Khu vực đầu ra: Bộ tách khí-dầu, van một chiều và đường ống ra.

Trong sơ đồ, các mũi tên thường được sử dụng để chỉ hướng di chuyển của khí, dầu và chất làm mát. Các thành phần điện và điều khiển thường được thể hiện ở phần riêng của sơ đồ.

Cấu tạo máy nén khí trục vít theo sơ đồ nguyên lý

Thiết kế máy nén khí trục vít tương đối phức tạp cho khả năng nén khí nhanh, ổn định với lưu lượng khí nén lớn. Cụ thể các bộ chính của máy gồm:

Hai trục vít xoắn(roto đực, rôto cái)

Trục vít xoắn là bộ phận cốt lõi của máy nén khí trục vít, bao gồm:

• Rôto đực (male rotor): Thường có 4-6 răng lồi, được thiết kế để truyền công suất và thường kết nối trực tiếp với động cơ.
• Rôto cái (female rotor): Có 6-8 rãnh lõm, được thiết kế để ăn khớp hoàn hảo với roto đực.

Hai trục vít này được chế tạo với độ chính xác cực cao, dung sai chỉ trong khoảng vài micromet (μm), giúp tạo ra buồng kín để nén khí hiệu quả. Việc thiết kế hình dạng răng của trục vít đòi hỏi công nghệ chế tạo tiên tiến và ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất máy nén.

Bộ lọc khí đầu vào

Bộ lọc khí đầu vào đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng khí nén:

• Loại bỏ bụi, tạp chất và hạt rắn trước khi không khí vào buồng nén.
• Bảo vệ các bộ phận bên trong khỏi hao mòn và thiệt hại.
• Thường sử dụng vật liệu lọc nhiều lớp với hiệu suất lọc cao.
• Được thiết kế để tạo ra trở lực nhỏ nhất nhằm đảm bảo lưu lượng khí đầu vào.

Trong sơ đồ nguyên lý máy nén khí trục vít, bộ lọc khí thường được bố trí ở vị trí đầu tiên của quá trình nén.

Hệ thống bôi trơn (dầu hoặc không dầu)

Hệ thống bôi trơn trong máy nén khí trục vít thực hiện ba chức năng chính:

1. Bôi trơn các bộ phận chuyển động: Giảm ma sát và mài mòn giữa các bề mặt kim loại.
2. Làm mát: Hấp thụ nhiệt sinh ra trong quá trình nén.
3. Bịt kín: Tạo lớp màng dầu giữa các bề mặt roto và vỏ máy để ngăn rò rỉ khí

Đối với máy nén khí trục vít không dầu, các rôto được phủ lớp coating đặc biệt và sử dụng công nghệ tiên tiến để đảm bảo khe hở tối thiểu mà không cần dầu bôi trơn.

Hệ thống làm mát

Quá trình nén khí tạo ra nhiệt đáng kể, vì vậy hệ thống làm mát là thành phần thiết yếu:

• Bộ làm mát khí: Giảm nhiệt độ khí nén trước khi đưa ra ngoài.
• Bộ làm mát dầu: Giảm nhiệt độ dầu bôi trơn trước khi quay trở lại chu trình.
• Quạt làm mát: Cung cấp luồng không khí để tản nhiệt.
• Bộ điều nhiệt: Điều chỉnh nhiệt độ hệ thống trong giới hạn tối ưu.

Hệ thống làm mát có thể sử dụng không khí hoặc nước làm môi chất làm mát, tùy thuộc vào thiết kế và ứng dụng cụ thể của máy.

Đường dẫn khí nén đầu ra

Sau khi được nén, khí nén sẽ di chuyển qua:

• Bộ tách dầu-khí: Loại bỏ dầu ra khỏi khí nén.
• Van một chiều: Ngăn khí nén đã ra khỏi máy quay trở lại.
• Bộ lọc đầu ra: Lọc sạch thêm khí nén trước khi sử dụng.
• Bộ làm khô khí: Loại bỏ hơi nước trong khí nén (tùy chọn).

Đường dẫn khí đầu ra được thiết kế để giảm thiểu trở lực, đảm bảo chất lượng khí nén và tối ưu hóa hiệu suất hệ thống.

Hệ thống điều khiển

Hệ thống điều khiển là “bộ não” của máy nén khí trục vít, thực hiện:

• Giám sát và điều chỉnh áp suất khí nén đầu ra.
• Điều khiển chu kỳ tải/không tải hoặc tốc độ động cơ (với máy biến tần).
• Bảo vệ máy khỏi các điều kiện làm việc bất thường.
• Tối ưu hóa hiệu suất năng lượng.
• Theo dõi lịch bảo trì và đưa ra cảnh báo khi cần.

Các máy nén khí hiện đại thường trang bị hệ thống điều khiển thông minh với màn hình cảm ứng và khả năng kết nối từ xa.

Nguyên lý hoạt động của máy nén khí trục vít

Sơ đồ nguyên lý máy nén khí trục vít hoạt động qua 3 giai đoạn chính là hút – nén – xả khí. Mỗi giai đoạn các bộ phận của máy sẽ hoạt động theo cách khác nhau. Cụ thể:

Các giai đoạn nén khí theo sơ đồ nguyên lý

Giai đoạn hút khí vào qua cửa nạp và bộ lọc khí

Quá trình nén khí bắt đầu khi không khí môi trường được hút vào máy:

1. Không khí đi qua bộ lọc đầu vào để loại bỏ bụi bẩn và tạp chất.
2. Van điều tiết đầu vào kiểm soát lượng khí vào buồng nén.
3. Khi hai trục vít quay, không gian giữa các răng vít và vỏ máy tạo thành các khoang hút.
4. Những khoang này mở ra tại cửa nạp, cho phép không khí lấp đầy các khoang

Trong giai đoạn này, khí vào có áp suất gần với áp suất khí quyển và nhiệt độ môi trường.

Giai đoạn nén khí trong khoang giữa hai trục vít

Đây là giai đoạn chính của quá trình nén khí:

1. Khi hai trục vít quay, các khoang chứa khí bị đóng kín và tách khỏi cửa nạp.
2. Thể tích của các khoang giảm dần theo hướng chuyển động từ đầu vào đến đầu ra.
3. Không khí bị nén lại, áp suất và nhiệt độ tăng lên.
4. Dầu bôi trơn (trong máy nén có dầu) được phun vào buồng nén để làm mát, bôi trơn và bịt kín.

Thiết kế đặc biệt của các trục vít tạo ra quá trình nén liên tục, không gián đoạn như trong máy nén piston. Tỷ số nén và hiệu suất của máy phụ thuộc vào thiết kế hình học của trục vít và độ chính xác trong chế tạo.

Giai đoạn xả khí ra ngoài tới thiết bị sử dụng

Sau khi được nén đến áp suất mong muốn:

1. Khí nén kết hợp với dầu đi vào bình tách dầu.
2. Dầu được tách ra và quay trở lại hệ thống bôi trơn.
3. Khí nén đi qua bộ lọc tách dầu mịn để loại bỏ hoàn toàn dầu còn sót.
4. Van một chiều ngăn dòng khí quay trở lại khi máy dừng
5. Tùy vào nhu cầu sử dụng, khí nén có thể đi qua thêm bộ làm mát sau và bộ làm khô khí.
6. Khí nén đạt chất lượng yêu cầu được đưa đến thiết bị sử dụng hoặc bình chứa khí.

Nhiệt độ và áp suất của khí nén đầu ra được kiểm soát chặt chẽ để đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật của hệ thống sử dụng.

Hệ thống điều khiển tự động duy trì áp suất

Hệ thống điều khiển tự động đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo hoạt động ổn định của máy nén khí:

• Cảm biến áp suất liên tục theo dõi áp suất khí nén đầu ra.
• Khi áp suất đạt đến giá trị cài đặt trên, hệ thống sẽ:

• Chuyển máy sang chế độ không tải (với điều khiển tải/không tải).
• Giảm tốc độ động cơ (với điều khiển biến tần).
• Đóng van đầu vào (với điều khiển bằng van).
• Khi áp suất giảm xuống dưới giá trị cài đặt dưới, máy trở lại chế độ tải đầy đủ.
• Hệ thống bảo vệ sẽ dừng máy khi phát hiện các điều kiện bất thường (quá nhiệt, quá áp, thiếu dầu).

Ưu và nhược điểm khi lựa chọn máy nén khí trục vít

Sơ đồ nguyên lý máy nén khí trục vít phức tạp tuy nhiên lại có khả năng cung cấp khí nén với lưu lượng lớn, ổn định, đáp ứng đa dạng nhu cầu sử dụng trong đa dạng các hoạt động từ quy mô nhỏ tới chuyên nghiệp:

Ưu điểm nổi bật

Hiệu suất vượt trội, áp suất ổn định

Máy nén khí trục vít cung cấp nhiều ưu điểm về hiệu suất và độ ổn định nhờ thiết kế sơ đồ nguyên lý tối ưu:

• Hiệu suất năng lượng cao: Tiêu thụ ít điện năng hơn so với các loại máy nén khí khác để tạo ra cùng lượng khí nén, nhờ quá trình nén liên tục và thiết kế trục vít chính xác.
• Áp suất ổn định: Duy trì áp suất đầu ra ổn định từ 8 – 12bar với biên độ dao động nhỏ, đảm bảo hoạt động liên tục của các thiết bị sử dụng khí nén.
• Tỷ lệ nén cao: Có thể đạt tỷ lệ nén lên đến 13:1 trong một cấp nén, giảm nhu cầu sử dụng nhiều cấp nén.
• Lưu lượng khí đều đặn: Cung cấp dòng khí liên tục, không ngắt quãng như máy nén piston.

Độ ồn thấp, giảm rung chấn, vận hành bền bỉ

Nhờ thiết kế đặc biệt, máy nén khí trục vít có nhiều ưu điểm về môi trường làm việc và độ bền:

• Độ ồn thấp: Hoạt động êm hơn so với máy nén piston, thường chỉ từ 65-75 dB(A), giảm ô nhiễm tiếng ồn trong môi trường làm việc.
• Rung động tối thiểu: Thiết kế cân bằng động học tốt giúp giảm rung động, không cần móng đặc biệt và kéo dài tuổi thọ máy.
• Tuổi thọ cao: Các bộ phận chuyển động ít hơn, ma sát thấp hơn so với máy nén piston, giúp kéo dài thời gian sử dụng lên tới 10 năm.
• Chu kỳ làm việc 100%: Có thể vận hành liên tục 24/7 mà không cần thời gian nghỉ để làm mát như máy nén piston.

Thích hợp cho vận hành liên tục trong công nghiệp

Máy nén khí trục vít được thiết kế đặc biệt cho các ứng dụng công nghiệp đòi hỏi vận hành liên tục:

• Khả năng hoạt động 24/7: Thiết kế cho phép vận hành liên tục mà không giảm hiệu suất hay tuổi thọ.
• Tỷ lệ nhiệt độ/áp suất tối ưu: Hệ thống làm mát hiệu quả giúp duy trì nhiệt độ vận hành ổn định ngay cả khi hoạt động liên tục.
• Bảo trì đơn giản: Thiết kế module hóa cho phép bảo trì dễ dàng mà không cần dừng máy trong thời gian dài.
• Tương thích với nhiều ứng dụng: Đáp ứng được nhu cầu khí nén của nhiều quy trình công nghiệp khác nhau.

Những ưu điểm này làm cho máy nén khí trục vít trở thành lựa chọn phổ biến trong các nhà máy sản xuất, xưởng chế tạo và các cơ sở công nghiệp khác đòi hỏi nguồn khí nén liên tục và đáng tin cậy.

Nhược điểm cần lưu ý

Giá thành đầu tư cao

Mặc dù mang lại nhiều lợi ích, máy nén khí trục vít có một số nhược điểm về mặt tài chính:

• Chi phí đầu tư ban đầu cao: Thường cao hơn 20-40% so với máy nén piston cùng công suất do công nghệ chế tạo phức tạp.
• Thiết bị phụ trợ đắt đỏ: Yêu cầu các thiết bị phụ trợ chuyên dụng như bộ làm khô khí, bộ lọc dầu cao cấp.
• Chi phí linh kiện thay thế: Các phụ tùng thay thế thường có giá cao hơn và cần được nhập khẩu.
• Đòi hỏi kỹ thuật viên chuyên nghiệp: Chi phí nhân sự bảo trì cao hơn do yêu cầu kỹ thuật viên được đào tạo chuyên sâu.

Yêu cầu bảo trì định kỳ

Để duy trì hiệu suất tối ưu, máy nén khí trục vít đòi hỏi lịch bảo trì nghiêm ngặt:

• Thay dầu định kỳ: Cần thay dầu sau mỗi 2,000-4,000 giờ hoạt động, tùy thuộc vào loại dầu và điều kiện vận hành.
• Thay bộ lọc thường xuyên: Bộ lọc dầu, bộ lọc khí và bộ tách dầu cần được thay thế theo lịch cụ thể.
• Kiểm tra độ kín: Cần kiểm tra định kỳ các mối nối để phát hiện rò rỉ khí.
• Bảo trì chuyên sâu: Đòi hỏi bảo trì chuyên sâu bởi kỹ thuật viên có chuyên môn sau mỗi 10,000-15,000 giờ vận hành.

Máy nén khí trục vít là lựa chọn tối ưu cho các doanh nghiệp cần nguồn khí nén ổn định, hiệu suất cao và tiết kiệm chi phí vận hành. Với khả năng hoạt động liên tục và tuổi thọ bền bỉ, đây là giải pháp phù hợp cho nhiều ngành sản xuất. 

Trên đây là toàn bộ sơ đồ nguyên lý máy nén khí trục vít mà chúng tôi tổng hợp được. Nếu bạn đang tìm máy nén khí trục vít chính hãng, giá tốt, hãy ghé thăm maynenkhilucky.vn để được tư vấn chi tiết và hỗ trợ tận tâm