Giáo trình Điều khiển điện khí nén (Nghề: Điện công nghiệp - Trình độ: Trung cấp/Cao đẳng) - Trường Cao đẳng nghề Cần Thơ

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:109

Thêm vào BST

Báo xấu

20
lượt xem 8
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình "Điều khiển điện khí nén (Nghề: Điện công nghiệp - Trình độ: Trung cấp/Cao đẳng)" được biên soạn nhằm giúp người học trình bày, nhận dạng và nguyên lý hoạt động của những thiết bị khí nén, điện khí nén, phân tích được sơ đồ một số hệ thống điều khiển khí nén, biết cách cài đặt và sử dụng phần mềm chuyên dụng về điện khí nén.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Điều khiển điện khí nén (Nghề: Điện công nghiệp - Trình độ: Trung cấp/Cao đẳng) - Trường Cao đẳng nghề Cần Thơ

TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo. Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm. 1
LỜI GIỚI THIỆU Cùng với sự phát triển không ngừng của lĩnh vực tự động hóa, ngày nay các thiết bị công nghệ tiên tiến với các hệ thống điều khiển bằng khí nén đang được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực công nghiệp như phương tiện vận chuyển, máy dập, máy xây dựng, máy ép phun, máy y khoa, các dây chuyền chế biến thực phẩm… do những thiết bị này làm việc linh hoạt, đảm bảo chính xác, công suất lớn với kích thước nhỏ gọn và lắp đặt dễ dàng ở những không gian chật hẹp so với các thiết bị truyền động và điều khiển bằng cơ khí hay điện. Khi biên soạn giáo trình này, chúng tôi dựa trên chương trình đào tạo mô đun Điều khiển điện khí nén dành cho hệ Trung cấp và Cao đẳng do trường Cao đẳng nghề Cần Thơ ban hành theo Quyết định của Hiệu trưởng trường Cao đẳng nghề Cần Thơ. Chúng tôi đã xem xét, cân nhắc đến đặc điểm riêng biệt của nghề điện công nghiệp và thời gian đào tạo. Mô đun Điều khiển điện khí nén không những được dạy cho học viên cách sử dụng tất cả các dụng cụ, thiết bị đã miêu tả mà còn tạo cho học viên năng lực vận dụng kiến thức vào việc phân tích, xác định các sai, lỗi của các thiết bị và hệ thống điều khiển khí nén. Mô đun Điều khiển điện khí nén cần sử dụng các kiến thức của môn học Kỹ thuật điện và được học trước các mô đun chuyên môn, như mô đun Máy điện, Cung cấp điện, Kỹ thuật xung số. Chúng tôi xin chân thành cám ơn Ban Giám hiệu Trường Cao đẳng nghề Cần Thơ và các cá nhân, các đồng nghiệp đã góp nhiều công sức để nội dung giáo trình được hoàn thành một cách tốt nhất. Mặc dù chúng tôi đã rất cố gắng khi biên soạn, nhưng chắc chắn cuốn giáo trình cũng khó tránh khỏi sai sót. Chúng tôi rất mong nhận được những ý kiến đóng góp từ các thầy cô giáo, đồng nghiệp và bạn đọc để giáo trình được hoàn thiện hơn trong lần tái bản sau. Mọi đóng góp xin gửi về khoa Điện, trường Cao đẳng nghề Cần Thơ, số 57 đường Cách Mạng Tháng Tám, phường An Thới, quận Bình Thủy, thành phố Cần Thơ. Cần Thơ, ngày 15 tháng 12 năm 2021 Tham gia biên soạn 1. Chủ biên: Phạm Bỉnh Tiến 2. Nguyễn Ngọc Đăng Khoa 2
MỤC LỤC LỜI GIỚI THIỆU .................................................................................................. 2 Bài 1: Máy nén khí và thiết bị xử lý khí nén ............................................. 7 1. Máy nén khí. ............................................................................................. 7 1.1. Nguyên tắc hoạt động và phân loại máy nén khí ............................... 7 1.2. Máy nén khí kiểu pittông. .................................................................. 8 1.3. Máy nén khí kiểu cánh gạt. ................................................................ 8 1.4. Máy nén khí kiểu trục vit. ................................................................ 10 1.5. Máy nén khí kiểu Root. .................................................................... 10 1.6. Máy nén khí kiểu ly tâm (tuabin). .................................................... 11 2. Thiết bị xử lý khí nén. ........................................................................... 12 2.1. Yêu cầu về khí nén. .......................................................................... 12 2.2. Các phương pháp xử lý khí nén. ...................................................... 12 2.3. Bộ lọc khí ......................................................................................... 15 3. Thực hành ................................................................................................ 17 Bài 2: Thiết bị phân phối và cơ cấu chấp hành ...................................... 20 1. Thiết bị phân phối khí nén. ..................................................................... 21 1.1. Bình trích chứa. ................................................................................ 21 1.2. Mạng đường ống. ............................................................................. 22 2. Cơ cấu chấp hành. .................................................................................. 23 2.1. Xy lanh. ........................................................................................... 24 2.2. Động cơ khí nén .............................................................................. 26 3. Thực hành ................................................................................................ 30 Bài 3: Các phần tử trong hệ thống điều khiển khí nén, điện-khí nén ... 32 1. Khái niệm. ............................................................................................... 33 2.Các loại van trong hệ thống điều khiển khí nén ....................................... 33 2.1. Van đảo chiều................................................................................... 33 2.2. Van chắn. ......................................................................................... 40 2.3. Van tiết lưu....................................................................................... 40 2.4. Van áp suất. ...................................................................................... 41 2.5. Van điều chỉnh thời gian. ................................................................. 43 2.6. Van chân không. .............................................................................. 44 2.7. Van logic .......................................................................................... 44 3
3. Các phần tử điện ...................................................................................... 45 3.1. Van đảo chiều điều khiển bằng nam châm điện............................... 46 3.2. Công tắc ........................................................................................... 48 3.3. Nút ấn ............................................................................................... 48 3.4. Rơ le ................................................................................................. 48 3.5. Cảm biến .......................................................................................... 50 3.6. Công tắc hành trình .......................................................................... 53 3.7. Phần tử khuếch đại ........................................................................... 55 3.8. Phẩn tử chuyển đổi tín hiệu.............................................................. 56 4. Thực hành ................................................................................................ 58 Bài 4: Lắp đặt các mạch điều khiển điện-khí nén .................................. 62 1. Lắp đặt mạch điều khiển cơ bản của các loại xylanh .............................. 63 1.1. Mạch điều khiển cơ bản của xylanh đơn bằng khí nén .................... 63 1.2. Mạch điều khiển cơ bản của xylanh đơn bằng điện - khí nén .......... 64 1.3. Mạch điều khiển cơ bản của xylanh kép bằng khí nén .................... 65 1.4. Mạch điều khiển cơ bản của xylanh kép bằng điện-khí nén ............ 66 2. Lắp đặt mạch điều khiển tốc độ cho xylanh ............................................ 67 3. Lắp đặt mạch điều khiển Logic ............................................................... 70 4. Lắp đặt mạch điều khiển xylanh tự động ................................................ 71 4.1. Lắp đặt mạch điều khiển xylanh tự động bằng khí nén ................... 71 4.2. Lắp đặt mạch điều khiển xylanh tự động bằng điện - khí nén ......... 72 5. Lắp đặt các mạch điều khiển xylanh theo tuần tự ................................... 74 5.1. Mạch tuần tự A+B+A-B- điều khiển bằng khí nén .......................... 74 5.2. Mạch tuần tự A+B+B-A- điều khiển bằng khí nén .......................... 75 5.3. Mạch tuần tự A+B+B-A- điều khiển bằng điện-khí nén ................. 76 5.4. Mạch tuần tự A+B+C+A-B-C- điều khiển bằng khí nén ................. 78 Bài 5: Sử dụng phần mềm mô phỏng điều khiển điện khí nén ............. 80 1. Giới thiệu ................................................................................................. 81 2. Cài đặt phần mềm .................................................................................... 82 3. Hướng dẫn sử dụng ................................................................................. 89 4. Thực hành .............................................................................................. 100 PHỤ LỤC ................................................................................................. 106 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................... 109 4
GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN Tên mô đun: ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN KHÍ NÉN Mã mô đun: MĐ23 Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của mô đun - Vị trí: Mô đun này học sau các môn học: An toàn lao động; Vật liệu điện; Đo lường điện; Mạch điện, Máy điện, Trang bị điện 1..... - Tính chất: Là một mô đun chuyên môn nghề bắt buộc. - Ý nghĩa và vai trò của mô đun: Giúp sinh viên có kiến thức cơ bản về hệ thống khí nén; thiết kế, lắp đặt, vận hành hệ thống khí nén đúng yêu cầu kỹ thuật và an toàn., có thể ứng dụng vào thực tế sản xuất. Mục tiêu của mô đun - Kiến thức: Trình bày, nhận dạng và nguyên lý hoạt động của những thiết bị khí nén, điện khí nén, phân tích được sơ đồ một số hệ thống điều khiển khí nén, biết cách cài đặt và sử dụng phần mềm chuyên dụng về điện khí nén. - Kỹ năng: Lựa chọn, đo - kiểm tra chức năng, lắp ráp, hiệu chỉnh được các phần tử khí nén, điện khí nén trong sơ đồ hệ thống khí nén. Lắp đặt và vận hành đúng quy trình kỹ thuật, thiết kế các mạch điện điều khiển bằng phần mềm chuyên dụng về điện khí nén. - Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Thực hiện đúng các quy tắc an toàn trong vận hành, bảo dưỡng các thiết bị của hệ thống truyền động khí nén. Rèn luyện tính cẩn thận, chính xác, chủ động, sáng tạo và khoa học, nghiêm túc trong học tập và trong công việc. 5
Bài 1: MÁY NÉN KHÍ VÀ THIẾT BỊ XỬ LÝ KHÍ NÉN Mã bài: MĐ23-01 Giới thiệu Máy nén khí là thiết bị quan trọng nhất đối với hệ thống khí nén (nó được coi như trái tim của hệ thống), bởi vì máy nén khí trực tiếp sản sinh ra khí nén để cung cấp tới các thiết bị và các vị trí có nhu cầu sử dụng khí nén. Ứng dụng của máy nén khí được sử dụng trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau như: ngành khai thác khoáng sản, các ngành công nghiệp nặng, ngành y tế. Cho đến ngày nay máy nén khí được phổ biến khá rộng rãi không những trong sản xuất mà còn được sử dụng trong sinh hoạt hàng ngày bởi tiện ích thiết thực mà nó mang lại trong hoạt động hàng ngày của chúng ta. Các nhà máy công nghiệp sử dụng hệ thống khí nén trong rất nhiều hoạt động sản xuất. Hệ thống khí nén bao gồm bộ phận cung cấp - gồm các máy nén và phần xử lý không khí, và bộ phận tiêu thụ - gồm hệ thống lưu trữ, phân phối và các thiết bị sử dụng cuối cùng. Quản lý tốt bộ phận cung cấp sẽ đảm bảo có khí nén sạch, khô và ổn định ở áp suất thích hợp với chi phí thấp và đáng tin cậy. Quản lý tốt bộ phận tiêu thụ sẽ giúp giảm thiểu lãng phí và sử dụng khí nén một cách hợp lý. Để cải thiện và duy trì hoạt động của hệ thống khí nén ở hiệu suất cao nhất cần quan tâm đến cả hai bộ phận cung và tiêu thụ của hệ thống cũng như cách thức kết hợp giữa hai bộ phận này. Mục tiêu - Giải thích được nguyên lý hoạt động và ứng dụng của các loại máy nén khí. - Vận hành, bảo dưỡng thành thạo máy nén khí piston không dầu. - Phân tích chính xác các phương pháp và quá trình xử lý khí nén. - Rèn luyện tính tỉ mỉ, chính xác; chủ động, sáng tạo, nghiêm túc trong học tập và trong công việc. Nội dung chính 1. Máy nén khí 1.1. Nguyên tắc hoạt động và phân loại máy nén khí 1.2. Máy nén khí kiểu pittông 1.3. Máy nén khí kiểu cánh gạt 1.4. Máy nén khí kiểu trục vis 1.5. Máy nén khí kiểu Root 1.6. Máy nén khí kiểu tua bin ly tâm 2. Thiết bị xử lý khí nén 2.1. Yêu cầu về khí nén 2.2. Các phương pháp xử lý khí nén 2.3. Bộ lọc khí 3. Thực hành 6
1. Máy nén khí Áp suất được tạo ra từ máy nén, ở đó năng lượng cơ học của động cơ điện hoặc của động cơ đốt trong được chuyển đổi thành năng lượng khí nén và nhiệt năng. 1.1. Nguyên tắc hoạt động và phân loại máy nén khí a) Nguyên tắc hoạt động - 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. Các lọai máy nén khí hoạt động theo nguyên lý này như kiểu pit - tông, 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 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 như máy nén khí kiểu ly tâm. b) Phân loại - Theo áp suất + Máy nén khí áp suất thấp p  15 bar. + Máy nén khí áp suất cao p  15 bar. + Máy nén khí áp suất rất cao p  300 bar. - Theo nguyên lý hoạt động + Máy nén khí theo nguyên lý thay đổi thể tích: 7
Máy nén khí kiểu pít - tông, máy nén khí kiểu cánh gạt, máy nén khí kiểu root, máy nén khí kiểu trục vít. + Máy nén khí tua - bin: Máy nén khí kiểu ly tâm và máy nén khí theo chiều trục. 1.2. Máy nén khí kiểu pít - tông Máy nén khí kiểu pít - tông một cấp có thể hút được lưu lượng đến 10 m3/phút và áp suất nén từ 6 đến 10 bar. Máy nén khí kiểu pít - tông hai cấp có thể nén đến áp suất 15 bar. Loại máy nén khí kiểu pít - tông một cấp và hai cấp thích hợp cho hệ thống điều khiển bằng khí nén trong công nghiệp. Máy nén khí kiểu pít - tông được phân loại theo cấp số nén, loại truyền động và phương thức làm nguội khí nén. Ngoài ra người ta còn phân loại theo vị trí của pít - tông. * Ưu điểm : Cứng vững, hiệu suất cao, kết cấu, vận hành đơn giản * Khuyết điểm : Tạo ra khí nén theo xung, thường có dầu, ồn. Khoâg khí n Khí neù n Chu kyø t huù Chu kyø n vaø y neù ñaå Hình 1.1: Nguyên lý hoạt động của máy nén khí kiểu xylanh 1 cấp 1.3. Máy nén khí kiểu cánh gạt a) Nguyên lý hoạt động Không khí được hút vào buồng hút (trên biểu đồ p - V tương ứng đoạn d - a). Nhờ rôto và stato đặt lệch nhau một khoảng lệch tâm e, nên khi rôto quay theo chiều sang phải, thì không khí sẽ vào buồng nén (trên biểu đồ p - V tương ứng đoạn a - b). Sau đó khí nén sẽ vào buồng đẩy (trên biểu đồ p - V tương ứng đoạn b - c). Lưu lượng tính theo công thức sau: n1 Qv = q0  (2.1) 60 8
Trong đó:  [m]: Chiều dày cánh gạt. e[m]: Độ lệch tâm. Z: Số cánh gạt. b[m]: Chiều rộng cánh gạt. n(v/ph): Số vòng quay rôto. D[m]: Đường kính stato. : Hiệu suất. V a a 2e Buoàg huù n t e b b Buoàg ñaå n y d d c c p Hình 1.2: Nguyên lý hoạt động của máy nén khí kiểu cánh gạt. e R−r Độ lệch tâm tương đối:  = = R R b/ Cấu tạo máy nén khí kiểu cánh gạt một cấp Cấu tạo máy nén khí kiểu cánh gạt một cấp (hình 2.3) bao gồm: thân máy (1), mặt bích thân máy, mặt bích trục, rôto (2) lắp trên trục. Trục và rôto (2) lắp lệch tâm e so với bánh dẫn chuyển động. Khi rôto (2) quay tròn, dưới tác dụng của lực ly tâm các cánh gạt (3) chuyển động tự do trong các rãnh ở trên rôto (2) và đầu các cánh gạt (3) tựa vào bánh dẫn chuyển động. Thể tích giới hạn giữa các cánh gạt sẽ bị thay đổi. Như vậy quá trình hút và nén được thực hiện. Để làm mát khí nén, trên thân máy có các rãnh để dẫn nước vào làm mát. Bánh dẫn được bôi trơn và quay tròn trên thân máy để giảm bớt sự hao mòn khi đầu các cánh tựa vào. 1 3 2 Hình 1.3: Cấu tạo máy nén khí kiểu cánh gạt. * Ưu điểm : kết cấu gọn, máy chạy êm, khí nén không bị xung * Khuyết điểm : hiệu suất thấp, khí nén bị nhiễm dầu 9
1.4. 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. Như vậy sẽ tạo ra quá trình hút (thể tích khoảng trống tăng lên), quá trình nén (thể tích khoảng trống nhỏ lại) và cuối cùng là quá trình đẩy. Máy nén khí kiểu trục vít gồm có hai trục: trục chính và trục phụ. Số răng (số đầu mối) của trục xác định thể tích làm việc (hút, nén). Số răng càng lớn, thể tích hút nén của một vòng quay sẽ giảm. Số răng (số đầu mối) của trục chính và trục phụ không bằng nhau sẽ cho hiệu suất tốt hơn. Huù t Ñaå y Hình 1.4: Nguyên lý họat động máy nén khí kiểu trục vít * Ưu điểm : khí nén không bị xung, sạch; tuổi thọ vít cao (15.000 đến 40.000 giờ); nhỏ gọn, chạy êm. * Khuyết điểm : Giá thành cao, tỷ số nén bị hạn chế. Doøg khí neù n n Daà boâ trôn ñöôï laø nguoä u i c m i Hoã hôï daà n p u vaø neù khí n Rô - le nhieä t Daà bònung noùg u n Hình 1.5: Sơ đồ hệ thống máy nén khí kiểu trục vít có hệ thống dầu bôi trơn. 1.5. Máy nén khí kiểu Root Máy nén khí kiểu root gồm có hai hoặc ba cánh quạt (pít - tông có dạng hình số 8). Các pít - tông 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 hai pít - tông, 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 1 vòng 10
thì vẫn chưa tạo được 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 thứ 2, với nguyên tắc này tiếng ồn sẽ tăng lên. Buoàg huù n t R a b r Buoàg ñaå n y Hình 1.6: Nguyên lý hoạt động của máy nén khí kiểu root. * Ưu điểm : khí nén không bị xung, sạch, khí nén tạo ra ít bị xung và không bị nhiễm dầu, chạy êm. * Khuyết điểm : Giá thành cao, có độ mòn giữa các răng và rãnh, tỷ số nén bị hạn chế. 1.6 Máy nén khí kiểu tuabin ly tâm Máy nén khí ly tâm sử dụng đĩa xoay hình cánh quạt hoặc bánh đẩy để ép khí vào phần rìa của bánh đẩy làm tăng tốc độ của khí. Bộ phận khuếch tán của máy sẽ chuyển đổi năng lượng của tốc độ thành áp suất. Máy nén khí khí ly tâm thường sử dụng trong ngành công nghiệp nặng và trong môi trường làm việc liên tục. Chúng thường được lắp cố định. Công suất của chúng có thể từ hàng trăm đến hàng ngàn mã lực. Với hệ thống làm việc gồm nhiều máy nén khí ly tâm, chúng có thể tăng áp lực đầu ra hơn 10000 lbf/in² (69 MPa). Nhiều hệ thống làm tuyết nhân tạo sử dụng loại máy nén này. Chúng có thể sử dụng động cơ đốt trong, bộ nạp hoặc động cơ tua-bin. Máy nén khí ly tâm được sử dụng trong một động cơ tua-bin bằng gas nhỏ hoặc giống như là tầng nén khí cuối cùng của động cơ tua-bin gas cỡ trung bình. * Ưu điểm : khí nén có chất lượng tốt, các răng trên stato di động cho phép chỉnh được lưu lượng, tuổi tho cao và ít đòi hỏi bảo trì, hiệu suất cao. * Khuyết điểm : Kết cấu phức tạp, khó điều chỉnh, làm việc ở vận tốc cao do đó rất nhạy với mòn, khó điều chỉnh. 11
2. Thiết bị xử lý khí nén 2.1. Yêu cầu về khí nén Khí nén được tạo ra từ những máy nén khí chứa đựng rất nhiều chất bẩn theo từng mức độ khác nhau. Chất bẩn bao gồm bụi, hơi nước trong không khí, những phần tử nhỏ, cặn bã của dầu bôi trơn và truyền động cơ khí. Khí nén khi mang chất bẩn tải đi trong những ống dẫn khí sẽ gây nên sự ăn mòn, rỉ sét trong ống và trong các phần tử của hệ thống điều khiển. Vì vậy, khí nén được sử dụng trong hệ thống khí nén phải được xử lý. Tùy thuộc vào phạm vi sử dụng mà xác định yêu cầu chất lượng của khí nén tương ứng cho từng trường hợp cụ thể. Các lọai bụi bẩn như hạt bụi, chất cặn bã của dầu bôi trơn và truyền động cơ khí được xử lý trong thiết bị gọi là thiết bị làm lạnh tạm thời, sau đó khí nén được dẫn đến bình ngưng tụ hơi nước. Giai đoạn này gọi là giai đoạn xử lý thô. Nếu thiết bị xử lý giai đoạn này tốt thì khí nén có thể được sử dụng cho những dụng cụ dùng khí nén cầm tay, những thiết bị đồ gá đơn giản. Khi sử dụng khí nén trong hệ thống điều khiển và một số thiết bị đặc biệt thì yêu cầu chất lượng khí nén cao hơn. Hệ thống xử lý khí nén được phân thành 3 giai đoạn : - Lọc thô: dùng bộ phận lọc bụi thô kết hợp với bình ngưng tụ để tách hơi nước. - Phương pháp sấy khô: dùng thiết bị sấy khô khí nén để lọai bỏ hầu hết lượng nước lẫn bên trong. Giai đoạn này xử lý tùy theo yêu cầu sử dụng của khí nén. - Lọc tinh : lọai bỏ tất cả các lọai tạp chất, kể cả kích thước rất nhỏ. Hình 1.7: Các giai đoạn xử lý khí nén 2.2. Các phương pháp xử lý khí nén Trong những lãnh vực đòi hỏi chất lượng khí nén cao, hệ thống xử lý khí nén được phân ra làm 3 giai đoạn: a) Lọc thô 12
Khí nén được làm mát tạm thời khi từ trong máy nén khí ra để tách chất bẩn. Sau đó khí nén được đưa vào bình ngưng tụ để tách hơi nước. Giai đoạn lọc thô là giai đoạn cần thiết nhất cho vấn đề xử lý khí nén. b) Phương pháp sấy khô - Bình ngưng tụ làm lạnh bằng không khí Khí nén được dẫn vào bình ngưng tụ. Tại đây khí nén sẽ được làm lạnh và phần lớn lượng hơi nước chứa trong không khí sẽ được ngưng tụ và tách ra. Làm lạnh bằng không khí, nhiệt độ khí nén trong bình ngưng tụ sẽ đạt được trong khoảng từ 300C đến 350C. Làm lạnh bằng nước (nước làm lạnh có nhiệt độ là 100C) thì nhiệt độ khí nén trong bình ngưng tụ sẽ đạt được là 200C. 1 7 Bình ngöng tuï: 1/.Van an toaø. n 2/. Heäthoág oág daã nöôù laø laï h. n n n c m n 2 3/. Ñöôøg nöôù laø laï h vaø n c m n o 6 4/. Khí neù sau khí ñöôï laø laï h. n c m n 3 5/. Taùh nöôù chöù trong khí neù. c c a n 6/. Nöôù laø laï h ñi ra. c m n 4 7/. Khí neù ñöôï daã vaø. n c n o 5 Hình 1.8: Nguyên lý hoạt động của bình ngưng tụ bằng nước. - Thiết bị sấy khô bằng chất làm lạnh Nguyên lý của phương pháp sấy khô bằng chất làm lạnh là: khí nén đi qua bộ phận trao đổi nhiệt khí – khí. 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 ngưng tụ đi lên. Sau khi được làm lạnh sơ bộ, dòng khí nén vào bộ phận trao đổi nhiệt khí – chất làm lạnh. Quá trình làm lạnh sẽ được thực hiện bằng cách cho dòng khí nén chuyển động đảo chiều trong những ống dẫn. Nhiệt độ hóa sương tại đây là 20C. Như vậy lượng hơi nước trong dòng khí nén vào sẽ được ngưng tụ. Dầu, nước, chất bẩn sau khi được tách ra 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 nâng nhiệt độ lên khoảng từ 6 0C đến 80C, 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 sẽ 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. 13
1 1/ Boäphaä trao ñoå nhieä Khí - khí n i t 2/. Boäphaä trao ñoå nhieä Khí - Chaá laø laï h n i t t m n 3/. Boäphaä keá tuû n t a 2 4/. Van thoaù nöôù ngöng tuï töï ñoäg t c n 8 5/. Maù neù cuû boäphaä laø laï h y n a n m n 7 6/. Bình ngöng tuï 7/. Rô le ñieà chæ nhieä ñoä u nh t 3 8/. Van ñieà chæ löu löôï g chaá laø laï h u nh n t m n 4 6 5 Hình 1.9: Sấy khô bằng chất làm lạnh. - Thiết bị sấy khô bằng hấp thụ * Quá trình vật lý Chất sấy khô hay gọi là chất háo nước sẽ hấp thụ lượng hơi nước ở trong không khí ẩm. Thiết bị gồm 2 bình. Bình thứ nhất chứa chất sấy khô và thực hiện quá trình hút ẩm. Bình thứ hai tái tạo lại khả năng hấp thụ của chất sấy khô. Chất sấy khô thường được sử dụng : silicagen SiO2, nhiệt độ điểm sương –500C; tái tạo từ 1200C đến 1800C. Quaùtrình saá khoâ y Khí neù töø n Khí neù ñöôï saá khoâ n c y maù neù ra y n Chaá saá khoâ t y Quaùtrình taù taï i o Khí noùg baõ hoø n o a Khí noùg n Hình 1.10: Sấy khô bằng hấp thụ * Quá trình hóa học: Thiết bị gồm 1 bình chứa chất hấp thụ (thường dùng là NaCl). Không khí ẩm được đưa vào cửa (1) đi qua chất hấp thụ (2). Lượng hơi nước trong không khí kết hợp với chất hấp thụ tạo thành giọt nước lắng xuống đáy bình. Phần nước ngưng tụ được dẫn ra ngoài bằng van (5). Phần không khí khô sẽ theo cửa (4) vào hệ thống. 14
3 2 4 1 5 Hình 1.11: Sấy khô bằng hóa chất. 2.3. Bộ lọc khí Trong một số lĩnh vực, ví dụ: những dụng cụ cầm tay sử dụng truyền động khí nén, những thiết bị, đồ gá đơn giản hoặc một số hệ thống điều khiển đơn giản dùng khí nén… thì chỉ cần sử dụng một bộ lọc không khí. Bộ lọc không khí là một tổ hợp gồm 3 phần tử: van lọc, van điều chỉnh áp suất, van tra dầu. a) Van lọc Van lọc có nhiệm vụ tách các thành phần chất bẩn và hơi nước ra khỏi khí nén. Có hai nguyên lý thực hiện: - Chuyển động xoáy của dòng áp suất khí nén trong van lọc. - 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. Khí nén sẽ tạo chuyển động xoáy khi qua lá xoắn kim loại, sau đó qua phần tử lọc, tùy theo yêu cầu chất lượng của khí nén mà chọn loại phần tử lọc có những loại từ 5 m đến 70 m. Trong trường hợp yêu cầu chất lượng khí nén rất cao, vật liệu phần tử lọc được chọn là sợi thủy tinh có khả năng tách nước trong khí nén đến 99%. Những phần tử lọc như vậy thì dòng khí nén sẽ chuyển động từ trong ra ngoài. 15
Laùchaé kim loaï n i Kyùhieä u Phaà töûloï n c Van khoâg coù n cöû xaûnöôù a c Taá ngaê caùh m n c Van coùcöû xaû a Phaà chöù nöôù n a c nöôù baèg tay c n Phaà xaûnöôù n c Van loï coùcöû xaû c a nöôù töï ñoäg c n Hình 1.12: Nguyên lý làm việc của van lọc và ký hiệu. Khí chöa loï c Phaà töûloï n c Voûtöï a Lôù chaá xoá boï ngoaø p t p c i Khí chöa loï c Phaà töûloï n c Khí ñöôï loï c c Khí ñöôï loï c c Hình 1.13: Phần tử lọc b) Van điều chỉnh áp suất Van điều chỉnh áp suất có công dụng giữ cho áp suất không đổi ngay cả khi có sự thay đổi bất thường của tải trọng làm việc ở phía đường ra hoặc sự dao động của áp suất đường vào. Nguyên tắc hoạt động của van điều chỉnh áp suất khi điều chỉnh trục vít, tức là điều chỉnh vị trí của đĩa van, trong trường hợp áp suất của đường ra tăng lên so với áp suất được điều chỉnh, khí nén sẽ qua lỗ thông tác dụng lên màng, vị trí kim van thay đổi, khí nén qua lỗ xả khí ra ngoài. Đến khi áp suất ở đường ra giảm xuống bằng với áp suất được điều chỉnh, kim van trở về vị trí ban đầu. 16
Khí neù vaø n o Khí neù ra n Kim van Loãthoâg n Maøg n Kyùhieä u Loøxo Cöû xaûkhí a a/. b/. Truï vít ñieà c u chæ löï loø nh c xo b/. Van ñieà chæ aù suaá coùcöû xaûkhí u nh p t a Hình 1.14: Nguyên lý hoạt động của van điều chỉnh áp suất và ký hiệu. c) Van tra dầu Để giảm lực ma sát, sự ăn mòn và sự rỉ sét của các phần tử trong hệ thống điều khiển bằng khí nén, trong thiết bị lọc có thêm van tra dầu. Nguyên tắc tra dầu được thực hiện theo nguyên lý Ventury. d H D p Hình 1.15: Nguyên lý tra dầu Ventury Điều kiện để dầu có thể qua ống Ventury là độ sụt áp p phải lớn hơn áp suất cột dầu H. Phạm vi tra dầu phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó có lưu lượng của khí nén. 3. Thực hành 3.1. Các bước vận hành và bảo dưỡng định kỳ máy nén khí - Các bước thực hiện vận hành máy nén khí: + Bước 1: Kiểm tra nguồn điện. + Bước 2: Kiểm tra xung quanh máy, động cơ xem có vật gì mắc vào không; kiểm tra công tắc áp suất của máy nén khí phải ở vị trí OFF; van cấp khí phải ở vị trí đóng trước khi cấp điện cho máy. + Bước 3: Cấp điện cho máy nén khí, bật công tắc áp suất sang vị trí ON và quan sát đồng hồ áp suất. 17
+ Bước 4: Kết nối với ống dẫn khí và các thiết bị sử dụng khí nén tùy theo mục đích sử dụng; Mở van cấp khí và sử dụng. + Bước 5: Khi không sử dụng máy nén nữa thì bật công tác áp suất về vị trí OFF. Lưu ý: khoảng trống để đặt máy nén khí mỗi mặt tối thiểu là 15cm. - Các bước bảo dưỡng định kỳ máy nén khí: + Bước 1: Ngắt nguồn điện để đảm bảo an toàn trước khi bảo dưỡng. + Bước 2: Tháo bộ lọc thô ở đầu hút khí để vệ sinh (vệ sinh bằng khí, không dùng nước để rửa), sau đó lắp lại. + Bước 3: Xả hết khí trong bình về 0 Mpa, sau đó tháo ốc xả cặn ở đáy bình chứa khí nén để nước thoát ra ngoài rồi vặn ốc trở lại với lực vừa phải (bước này không được làm ngược lại để đảm bảo an toàn). + Bước 4: Tra dầu các bộ phận chuyển động của động cơ máy nén để đảm bảo động cơ hoạt động tối ưu nhất. + Bước 5: Vệ sinh toàn bộ máy nén, để vào đúng nơi quy định. 3.2. Sinh viên thực hiện việc vận hành và bảo trì định kỳ máy nén khí Thực hiện trình tự theo các bước của 2 công việc nêu trên và điền kết quả vào bảng sau: BƯỚC 1 BƯỚC 2 BƯỚC 3 BƯỚC 4 BƯỚC 5 Vận hành Bảo dưỡng Sinh viên đánh dấu “X” vào các bước mình đã thực hiện. Công việc được đánh là là “Đạt” khi tất cả các bước ở mỗi công việc được đánh dấu. 18
* Những nội dung cần chú ý trong bài: - Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy nén khí, các loại van lọc khí. - Các bước vận hành và bảo dưỡng máy nén khí. * Bài tập mở rộng và nâng cao Bài 1: Tìm hình ảnh, video và trình bày về cấu tạo hoạt động của 4 loại máy nén khí đã học. Bài 2: Thu thập hình ảnh 5 máy nén khí khác nhau trong trường (có thể ở các khoa khác trong trường) và đọc và trình bày thông số kỹ thuật của từng loại. Bài 3: Hoạt động nhóm chuẩn bị cho buổi học tiếp theo : Tìm bảng ký hiệu đầy đủ các phần tử của hệ thống khí nén (Gợi ý: Tìm hình ảnh hoặc tập tin có định dạng *.pdf, *.doc với từ khóa “ Pneumatic Symbol”) - Sinh viên thực hiện thảo luận nhóm, kết hợp kỹ năng tìm kiếm tài liệu tham khảo từ giáo trình và internet để viết báo cáo, thuyết trình mở rộng nội dung đã học theo hướng dẫn của giáo viên. * Yêu cầu đánh giá kết quả học tập bài 1 - Nội dung: + Về kiến thức: Trình bày được cấu tạo, nguyên lý hoạt động của các loại máy nén khí và van lọc khí. + Về kỹ năng: Sử dụng thành thạo máy nén khí xylanh. + Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Tỉ mỉ, cẩn thận, an toàn, chính xác, ngăn nắp trong công việc. - Phương pháp: + Về kiến thức: Được đánh giá bằng hình thức kiểm tra viết, trắc nghiệm, vấn đáp, báo cáo. + Về kỹ năng: Đánh giá kỹ năng thực hành vận hành và bảo dưỡng định kỳ máy nén khí xylanh. + Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Quan sát sinh viên trong quá trình học tập để đánh giá. 19
Bài 2: THIẾT BỊ PHÂN PHỐI VÀ CƠ CẤU CHẤP HÀNH Mã bài: MĐ23-02 Giới thiệu Một hệ thống khí nén bao gồm các thiết bị phân phối và cơ cấu chấp hành. Hệ thống phân phối là một hệ thống tạo ra năng lượng từ khí thiên nhiên và tích trữ năng lượng đó để sử dụng khi cần thiết. Cụ thể năng lượng được nén lại và đưa vào dạng bình chứa để sau đó bổ sung cho những hoạt động về sau. Thiết bị lưu trữ thường thấy là bình tích khí, máy nén khí và được đưa đến cơ cấu chấp hành bởi các đường ống dẫn khí. Cơ cấu chấp hành có nhiệm vụ biến đổi năng lượng khí nén thành năng lượng cơ học và có thể thực hiện chuyển động thẳng (xilanh) hoặc chuyển động quay (động cơ khí nén). Mục tiêu - Nhận biết và giải thích đúng hình dạng, cấu tạo và nguyên lý hoạt động; lắp đặt và vận hành đúng yêu cầu kỹ thuật các loại thiết bị phân phối khí nén. - Nhận biết và giải thích đúng hình dạng, cấu tạo và nguyên lý hoạt động; lắp đặt và vận hành đúng yêu cầu kỹ thuật các loại cơ cấu chấp hành thường gặp trong thực tế. Nội dung chính 1. Thiết bị phân phối khí nén 1.1. Bình trích chứa 1.2. Mạng đường ống 2. Cơ cấu chấp hành 2.1. Xy lanh 2.2. Động cơ khí nén 3. Thực hành 20