Cơ sở lý thuyết về Máy Nén Khí và hệ thống Khí Nén

1.1.SỰ PHÁT TRIỂN CỦA KỸ THUẬT MÁY NÉN KHÍ

Ứng dụngmáy nén khícó từ thời trước Công nguyên,tuy nhiên sự phát triển của khoa học kỹ thuật thời đó không đồng bộ,nhất là kiến thức về cơ học,vật lý,vật liệu … còn thiếu,cho nên phạm vi ứng dụng của khí nén còn rất hạn chế.

Mãi đến thế kỷ thứ 18,các thiết bị máy móc sử dụng năng lượng khí nén lần lượt được phát minh.Với sự phát triển mạnh mẽ của năng lượng điện,vai trò sử dụng năng lượng của khí nén giảm dần.Tuy nhiên,việc sử dụng năng lượng bằng khí nén vẫn đóng vai trò cốt yếu ở những lĩnh vực mà sử dụng năng lượng bằng khí nén vẫn đóng vai trò cốt yếu ở những lĩnh vực mà sử dụng điện sẽ không an toàn.Khí nén được sử dụng ở những dụng cụ nhỏ nhưng truyền động với vận tốc lớn hơn như;búa hơi,dụng cụ đập,tán đinh … nhất là các dụng cụ,đồ gá kẹp chặt trong máy công cụ.

Sau chiến tranh thế giới thứ hai,việc ứng dụng năng lượng bằng khí nén(máy nén khí) trong kỹ thuật điều khiển phát triển khá mạnh mẽ.Những dụng cụ,thiết bị,phần tử khí nén mới đực sáng chế và ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khác nhau.Sự kết hợp khí nén với điện-điện tử sẽ quyết định cho sự phát triển của kỹ thuật điều khiển trong tương lai.

1.2. KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA KHÍ NÉN

1.2.1.Trong lĩnh vực điều khiển

Những năm 50 và 60 của thế kỷ 20 là giai đoạn kỹ thuật tự động hóa phát triển mạnh mẽ.Kỹ thuật điều khiển bằng khí nén được phát triển rộng rãi và đa dạng trong nhiều lĩnh vực khác nhau.Chỉ riêng ở Cộng Hòa Liên bang Đức đã có 60 hãng chuyên sản xuất các phần tử điều khiển bằng khí nén

Hệ thống điều khiển bằng khí nén (máy nén khí ) được sử dụng ở những lĩnh vực mà ở đó hay xảy ra những vụ nổ nguy hiểm như các thiết bị phun sơn,các loại đồ gá kẹp,các chi tiết nhựa,chất dẻo hoặc các lĩnh vực sản xuất thiết bị điện tử,vì điều kiện vệ sinh môi trường rất tốt và an toàn cao.Ngoài ra,hệ thống điều khiển bằng khí nén còn được sử dụng trong các dây truyền tự động,trong các thiết bị vận chuyển và kiểm tra của các thiết bị lò hơi,thiết bị mạ điện,đóng gói,bao bì và trong công nghiệp hóa chất.

1.2.2.Trong lĩnh vực truyền động

– Các dụng cụ,thiết bị máy va đập:

Các thiết bị,máy móc trong lĩnh vực như khai thác như: khai thác đá,khai thác than,trong các công trình xây dựng như: xây dựng hầm mỏ,đường hầm.

– Truyền động quay:

Truyền động động cơ quay với công suất lớn bằng khí nén giá thành rất cao.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.Nhưng ngược lại thể tích và trọng lượng nhở hơn 30% so với động cơ điện có cùng công suất.

Những dụng cụ vặn vít,máy khoan,công suất khoảng 3,5 Kw,máy mài,công suất khoảng 2,5 Kw cũng như máy mài với công suất nhỏ,nhưng số vòng quay khoảng 100.000 vòng/phút thì khả năng sử dụng truyền động bằng khí nén là phù hợp.

– Truyền động thẳng:

Vận dụng truyền động thẳng bằng áp suất khí nén cho truyền động thẳng trong các dụng cụ,đồ gá kẹp chi tiết,trong các thiết bị đóng gói,trong các loại máy gia công gỗ,thiết bị làm lạnh cũng như trong hệ thống phanh hãm của ô tô.

1.3.NHỮNG ĐẶC TRƯNG CỦA KHÍ NÉN

– Về số lượng: có sẵn ở khắp nơi nên có thể sử dụng với số lượng vô hạn.

– Về vận chuyển: khí nén có thể vận chuyển dễ dàng trong các đường ống,với một khoảng cách nhất định.Các đường ống dẫn về không cần thiết vì khí nén sau khi sử dụng sẽ được thoát ra ngoài môi trường sau khi thực hiện xong công tác.

– Về lưu trữ: máy nén khí không nhất thiết phải hoạt động liên tục.Khí nén có thể được lưu trữ trong các bình chứa để cung cấp khi cần thiết.

– Về nhiệt độ: khí nén ít thay đổi theo nhiệt độ.

– Về phòng chống cháy nổ: không một nguy cơ nào gây cháy bởi khí nén,nên không mất chi phí cho việc phòng cháy.Không khí nén thường hoạt động với áp suất khoảng 6 Bar nên việc phòng nổ không quá phức tạp.

– Về tính vệ sinh: khí nén được sử dụng trong các thiết bị đều được lọc các bụi bẩn,tạp chất hay nước nên thường sạch,không một nguy cơ nào về mặt vệ sinh.Tính chất này rất quang trọng trong các ngành công nghiệp đặc biệt như: thực phẩm,vải sợi,lâm sản và thuộc da.

– Về cấu tạo thiết bị: đơn giản nên rẻ hơn các thiết bị khác.

– Về vận tốc: khí nén là một dòng chảy có lưu tốc lớn cho phép đạt được tốc độ cao (vận tốc làm việc trong các xy lanh thường từ 1-2m/s).

– Về tính điều chỉnh: vận tốc và áp lực của những thiết bị công tác bằng khí nén được điều chỉnh một cách vô cấp.

– Về sự quá tải: các công cụ và các thiết bị khí nén đảm nhận tải trọng cho đến khi chúng dừng hoàn toàn cho nên sẽ không xẩy ra quá tải.

1.4.Ưu nhược điểm của hệ thống chuyển động bằng khí nén trong máy nén khí

1.4.1.Ưu điểm:

– Do khả năng chịu nén (đàn hồi) lớn của không khí,cho nên có thể trích chứa dễ dàng. Như vậy,có khả năng ứng dụng để thành lập một trạm trích chứa khí nén (trạm máy nén khí trung tâm).

– Có khả năng truyền năng lượng xa,bởi vì độ nhớt động học của khí nén nhỏ,và tổn thất áp suất trên đường ống nhỏ..

– Đường ống khí nén thải ra không cần thiết.

– Chi phí thấp để thiết lập một hệ thống truyền động bằng khí nén,bởi vì phần lớn trong các xí nghiệp hệ thống đường ống dẫn khí nén đã có sẵn..

– Hệ thống phòng ngừa áp suất giới hạn được đảm bảo.

1.4.2.Nhược điểm:

– Lực truyền tải thấp.

– Khi tải trọng trong hệ thống thay đổi thì vận tốc cũng thay đổi. Bởi vì khả năng đàn hồi của khí nén lớn,cho nên không thể thực hiện được những chuyển động thẳng hoặc quay đều..

– Dòng khí nén thoát ra ở đường dẫn khí trong may nen khi gây ra tiếng ồn.

Hiện nay,trong lĩnh vực điều khiển,người ta thường kết hợp hệ thống điều khiển bằng khí nén với điện hoặc điện tử. Cho nên rất khó xác định một cách chính xác,rõ ràng ưu điển của từng hệ thống điều khiển.

Tuy nhiên,có thể so sánh một số khía cạnh,đặc tính của truyền động bằng khí nén đối với truyền động bằng cơ,bằng điện.