Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các loại máy nén khí

Máy nén khí dùng để tạo ra khí nén với áp suất thiết kế. Trong đó động cơ đốt trong đóng vai trò quan trọng, làm nhiệm vụ chuyển hóa năng lượng cơ học sang năng lượng khí nén và nhiệt năng.

Nguyên lý hoạt động của máy nén khí

–    Nguyên lý thay đổi thể tích: không khí được dẫn vào buồng chứa, ở đó thể tích của buồng chứa sẽ nhỏ lại. Như vậy theo định luật Boyle – Mariotte áp suất trong buồng chứa sẽ tăng lên. Máy nén khí hoạt động theo nguyên lý này, ví dụ như máy nén khí kiểu pittông, bánh răng, cánh gạt.

–   Nguyên lý động năng : không khí được dẫn vào buồng chứa, ở đó áp suất khí nén được tạo ra bằng động năng của bánh dẫn. Nguyên tắc hoạt động này tạo ra lưu lượng và công suất rất lớn. Máy nén khí hoạt động theo nguyên lý này, ví dụ như máy nén kiểu li tâm.

1.     Máy nén khí kiểu cánh gạt

Nguyên lý hoạt động của máy nén khí kiểu cánh gạt: không khí sẽ được hút vào buồng hút, trong biểu đồ p – V ứng đoạn d – a. Nhờ rôto và stato đặt lệch nhau một khoảng lệt tâm e, nên khi rôto quay chiều sang phải, thì không khí sẽ vào buồng nén, trong biểu đồ p–V tương ứng đoạn a–b. Sau đó khí nén sẽ vào buồng đẩy, trong biểu đồ tương ứng đoạn b–c.

2.   Máy nén khí kiểu piston

Máy nén khí piston là máy dùng động cơ đốt trong, trực tiếp là piston để tạo ra khí nén áp suất cao có thể lên đến 40 MPa hoặc có thể cao hơn nữa.

Máy nén khí kiểu piston một cấp có thể hút được lưu lượng khí là 10 m3/phút và  tạo ra áp suất khí nén được là 6 bar, cao nhất có thể lên đến 10 bar. Máy nén khí kiểu pittông hai cấp có thể nén đến áp suất 15 bar. Loại máy nén khí kiểu piston 3, 4 cấp có thể nén áp suất đến 250 bar.

Loại máy nén khí một cấp và hai cấp thích hợp cho hệ thống điều khiển bằng khí nén trong công nghiệp. Máy nén khí kiểu piston được phân loại theo số cấp nén, loại truyền động và phương thức làm nguội khi nén. Ngoài ra người ta cũng phân loại theo vị trí của piston.

Lưu lượng của máy nén piston:

Q = V.n.η 10-3 [lít / phút]

Trong đó:

V – Thể tích của khí nén tải đi trong một vòng quay [cm3 ]

n – Số vòng quay của động cơ máy nén [vòng / phút]

η – Hiệu suất nén [%]

3.   Máy nén khí kiểu trục vít :

Máy nén khí kiểu trục vít hoạt động theo nguyên lý thay đổi thể tích. Thể tích khoảng trống giữa các răng sẽ thay đổi, khi trục vít quay được một vòng.

Như vậy sẽ tạo ra quá trình hút (thể tích khảang trống tăng lên), quá trình nén (thể tích khoảng trống nhỏ lại) và cuối cùng là quá trình đẩy (hình 2.10)

Phần chính của máy nén khí kiểu trục vít gồm có 2 trục: trục chính và trục phụ (hình 2.11). Số răng (số đầu mối) của trục xác định thể tích làm việc (hút, nén), khi trục quay một vòng. Số răng càng lớn, thể tích hút, nén của một vòng quay sẽ nhỏ. Số răng (số đầu mối) của trục chính và trục phụ không bằng nhau sẽ cho hiệu suất tốt hơn. Trong hình 2.11 trục chính (2) có 4 đầu mối (4 răng), trục phụ (1) có 5 đầu mối (5 răng).

Máy nén khí phục vụ cho công nghệ thực phẩm, ví dụ công nghiệp chế biến thực phẩm, công nghiệp hóa chất, người ta thường sử dụng loại máy nén khí không có dầu bôi trơn. Đối với công nghiệp nặng, nhất là trong lĩnh vực điều khiển, thì người ta thường sử dụng máy nén khí có dầu bôi trơn, để tránh sự ăn mòn hệ thống ống dẫn và các phần tử điều khiển.

4.    Máy nén khí kiểu root

Máy nén khí kiểu root gồm có 2 hoặc 3 cánh quạt (pittông có dạng hình số 8), xem biểu diễn ở hình 2.16. Các pittông đó được quay đồng bộ bằng bộ truyền động ở ngoài thân máy và trong quá trình quay không tiếp xúc với nhau. Như vậy khả năng hút của máy phụ thuộc vào khe hở giữa 2 pittông, khe hở giữa phần quay và thân máy.

Máy nén khí kiểu root tạo ra áp suất không phải theo nguyên lý thay đổi thể tích, mà có thể gọi là sự nén từ dòng phía sau. Điều đó có nghĩa là, khi rôto quay được một vòng, thì vẫn chưa tạo áp suất trong buồng đẩy, cho đến khi rôto quay tiếp đến vòng thứ 2, thì dòng lưu lượng đó đẩy vào dòng lưu lượng ban đầu và cuối cùng mới vào buồng đẩy. Với nguyên tắc hoạt động này, dẫn đến tiếng ồn tăng lên.