Máy nén khí hoạt động như thế nào?

Máy nén khí hoặc còn gọi là máy bơm hơi là thiết bị đa năng và quan trọng của bất kỳ nhà máy, phân xưởng nào. Chúng có mặt tại hầu hết ngành nghề, các lĩnh vực như sản xuất khai khoáng, vui chơi giải trí, y tế, hoạt động sản xuất hiện nay. Thiết bị này đã trở nên nhỏ hơn và ít cồng kềnh hơn, khiến chúng có thể áp dụng trong nhiều tình huống công việc khác nhau.

Ưu điểm chính của máy nén khí là chúng mạnh hơn nhiều so với các công cụ thông thường. Đi cùng nó là việc bảo dưỡng duy nhất là bạn chỉ cần tra một chút dầu để máy hoạt động luôn hiệu quả. Tuy nhiên, không phải người sử dụng nào cũng có thể biết cách sử dụng máy nén khí theo quy trình.

Tính linh hoạt của chúng không chỉ dừng lại ở ở việc dành cho máy khoan hoặc máy chà nhám. Chúng có thể được sử dụng cho bất cứ việc gì, từ bơm hơi lốp xe cho tới thông tắc bồn rửa mặt tại nhà hoặc có thể cung cấp khí nén cho cả một dây chuyền lớn trong nhà máy…

Bạn muốn dùng máy đúng kỹ thuật để có thể đảm bảo an toàn, cũng như là các thiết bị ít xảy ra hỏng hóc và sự cố không mong muốn. Hãy cùng chúng tôi tìm hiểu về máy nén khí hoạt động như thế nào trong bài viết dưới đây nhé!

Cách hoạt động của máy nén khí

Máy nén khí hoạt động bằng cách ép không khí vào bình chứa và tạo áp suất cho nó. Dựa trên nguyên lý thay đổi thể tích hoặc động năng của khí, nhằm tăng áp suất khí lên mức mong muốn. Hãy tưởng tượng bạn đang nén một bóng. Khi bạn bóp chặt bóng lại, không khí bên trong sẽ bị nén lại và bóng trở nên cứng hơn.

Có nhiều loại máy nén khí khác nhau với các cấu trúc và nguyên lý hoạt động riêng biệt, nhưng nguyên tắc cơ bản vẫn là nén khí từ môi trường xung quanh để tạo ra áp suất cao hơn để sử dụng cho các mục đích khác nhau.

Quá trình hoạt động của máy nén khí thường gồm các bước sau:

1. Hút khí: Máy nén khí hút khí từ môi trường xung quanh thông qua một hệ thống van và ống hút.
2. Nén khí: Khí được hút vào máy nén sau đó được nén lại bằng cách sử dụng một hoặc nhiều bộ phận nén như piston, vít xoắn, hoặc bánh răng. Trong quá trình này, áp suất của khí tăng lên.
3. Xả khí: Khi đạt áp suất mong muốn, khí nén được đẩy ra khỏi buồng nén qua van xả.
4. Lưu trữ: Khí nén được lưu trữ trong bình chứa hoặc hệ thống bình chứa để sử dụng sau này.
5. Phân phối: Khí nén được đưa từ bình chứa qua hệ thống ống dẫn đến các thiết bị sử dụng khí như máy móc, công cụ, hệ thống sử dụng khí nén, và nhiều ứng dụng khác.

Máy nén khí có thể hoạt động bằng cách sử dụng điện, dầu diesel hoặc động cơ khí nén.

Sự khác biệt của các loại máy nén khí không quá nhiều: tất cả đều tập trung vào cách một máy nén khí xử lý sự dịch chuyển của không khí.

Nguyên lý hoạt động của từng loại máy nén khí

Có hai phương pháp để có thể nén không khí:

• Nguyên lý nén động năng và thay đổi thể tích. Mỗi nguyên lý có một số danh mục phụ mà chúng tôi đề cập bên dưới. Các kết quả tương đối giống nhau, nhưng các quá trình để nén được khí của chúng là khác nhau.

Dưới đây là cách hoạt động của nguyên lý nén động năng và thay đổi thể tích:

Nguyên lý thay đổi thể tích (Positive Displacement)

Nguyên lý thay đổi thể tích trong máy nén khí là nguyên lý cơ bản mà các máy nén khí sử dụng để nén khí. Áp suất của không khí tăng lên khi thể tích của nó giảm đi và ngược lại. Trong máy nén khí, nguyên lý này được áp dụng bằng cách sử dụng một buồng chứa khí (còn gọi là đầu nén) có thể thay đổi thể tích.

Nén khí do thay đổi thể tích:

• Cấu tạo: Máy nén khí sử dụng buồng nén với thể tích thay đổi được, thường gặp ở các loại máy nén piston, trục vít.
• Nguyên lý hoạt động:
  • Hút khí: Buồng nén mở rộng thể tích, tạo áp suất thấp, hút khí bên ngoài vào.
  • Nén khí: Buồng nén thu hẹp thể tích, làm giảm thể tích khí, tăng áp suất khí.
  • Xả khí: Khi đạt áp suất mong muốn, khí nén được đẩy ra khỏi buồng nén qua van xả.

Nén khí thay đổi thể tích là một thuật ngữ mô tả các máy nén khí khác nhau được cung cấp năng lượng thông qua chuyển dịch khí tích cực. Mặc dù các hệ thống bên trong giữa các máy khác nhau, nhưng phương pháp cung cấp năng lượng là như nhau.

• Thiết bị bơm xe đạp là hình thức đơn giản nhất của nén thay đổi thể tích. Không khí được hút vào một xi lanh và được nén bởi pít-tông chuyển động.

• Tỷ lệ áp suất là mối quan hệ giữa áp suất tuyệt đối tại đầu vào và đầu ra. Theo đó, một máy hút không khí ở áp suất khí quyển (1 bar (a) và nén nó thành 7 bar áp suất quá áp sẽ hoạt động với tỷ lệ áp suất là (7 + 1) / 1 = 8).

Chúng được phân loại theo áp suất làm việc cụ thể như sau:

• Máy nén khí áp suất thấp : ≤15bar
• Máy nén khí áp suất cao : ≥ 15bar
• Máy nén khí áp suất rất cao : ≥300 bar

Các loại máy nén khí sử dụng nguyên lý thay đổi thể tích

1. Máy nén khí trục vít

Máy nén khí trục vít có hai “trục vít” bên trong quay ngược chiều nhau, nguyên lý hoạt động của nó là giữ và nén không khí giữa chúng. Hai vít này cũng tạo ra chuyển động liên tục khi chúng quay xung quanh.

Đây là một loại máy nén khí phổ biến và là một trong những loại dễ bảo quản nhất. Các động cơ thường có kích thước công nghiệp và tuyệt vời để sử dụng liên tục.

Công suất của chúng có loại có thể lên tới 300hp, phù hợp với những môi trường làm việc cần lượng khí nén lớn và liên tục.

2. Loại máy nén khí piston

Nguyên lý hoạt động của máy nén khí piston khá đơn giản:

1. Hút khí: Trong giai đoạn này, piston di chuyển xuống, tạo ra một áp suất âm trong buồng chứa. Do áp suất này, khí bên ngoài sẽ được hút vào buồng chứa thông qua một van hút (inlet valve).
2. Nén khí: Khi piston di chuyển lên, không khí trong buồng chứa sẽ bị nén lại. Áp suất trong buồng chứa tăng lên khiến van hút đóng và van xả (outlet valve) mở ra, cho phép khí được đẩy ra ngoài.
3. Xả khí: Sau khi áp suất đủ cao, van xả sẽ đóng lại và piston sẽ bắt đầu di chuyển xuống lại, làm giảm áp suất trong buồng chứa và thu hút khí mới từ môi trường bên ngoài. Quá trình này lặp lại liên tục.

Ưu điểm của máy nén khí piston bao gồm dễ sử dụng, dễ bảo trì và chi phí ban đầu thấp. Tuy nhiên, chúng có thể gây ra tiếng ồn và rung động, và không phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu áp suất cao và liên tục.

Công suất của chúng thường từ 1.5 hp cho tới 25hp, áp suất làm việc thường từ 8 bar đến 12.5 bar.

Máy nén khí piston thông dụng và được sử dụng nhiều nhất ở Việt Nam là dòng máy nén khí dây đai, ta có thể dễ dàng gặp chúng ở những tiệm sửa xe, phun sơn, cơ khí vừa và nhỏ .v.v.

Video mô tả về nguyên lý hoạt động của máy nén khí piston chi tiết:

Xem kỹ hơn về đầu máy nén khí piston trong video dưới đây:

3. Rotary Vane

Rotary Vane cũng giống như máy nén trục vít, nhưng thay vì trục vít, cánh gạt được gắn trên một cánh quạt và quay bên trong khoang. 

Chi tiết hơn, máy nén khí cánh gạt là loại máy nén khí sử dụng nguyên lý quay bánh xe lệch (rotary vane) để nén khí. Trong máy nén này, có một hoặc nhiều cánh quạt (vane) được gắn vào rotor (trục quay) và quay trong một nguyên tắc tương tự như một cánh quạt trong một động cơ. Khi rotor quay, các cánh quạt di chuyển ra và vào trong một buồng chứa khí, tạo ra áp suất và nén khí.

Máy nén khí loại này thường được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp và thương mại với nhu cầu khí nén trung bình đến cao. Chúng thường có hiệu suất cao, ít tiếng ồn và độ bền cao, làm cho chúng trở thành lựa chọn phổ biến trong các hệ thống khí nén.

Giá thành của chúng khá cao nên chúng không phổ biến bằng máy nén khí piston.

Nguyên lý động năng (Dynamic Displacement)

Trong máy nén khí động năng, sự tăng áp diễn ra trong khi khí lưu thông. Khí lưu thông sẽ tăng tốc lên tốc độ cao bằng các cánh nén trên bánh nén. Vận tốc của khí sau đó được chuyển thành áp suất tĩnh khi nó buộc phải giảm tốc khi giãn nở trong bộ khuếch tán.

So với máy nén thay đổi thể tích, máy nén động năng có đặc tính là một thay đổi nhỏ trong áp suất làm việc dẫn đến thay đổi lớn về lưu lượng.

Mỗi tốc độ cánh nén có giới hạn lưu lượng trên và dưới. Giới hạn trên có nghĩa là tốc độ dòng khí đạt đến tốc độ âm thanh. Giới hạn dưới có nghĩa là áp suất ngược trở nên lớn hơn áp suất tích tụ của máy nén, nghĩa là khí chảy ngược bên trong máy nén. Điều này lần lượt dẫn đến rung động, tiếng ồn và nguy cơ phá hỏng cơ học.

Cụ thể về nén khí do thay đổi động năng:

• Cấu tạo: Máy nén khí sử dụng cánh quạt hoặc bánh xe ly tâm để tăng tốc độ khí, thường gặp ở máy nén ly tâm.
• Hoạt động:
  • Tăng tốc: Khí được hút vào và quay với tốc độ cao bởi cánh quạt hoặc bánh xe ly tâm.
  • Chuyển đổi năng lượng: Tốc độ cao của khí được chuyển đổi thành áp suất cao khi đi qua bộ khuếch tán.
  • Xả khí: Khí nén được đẩy ra khỏi máy qua van xả.

Các loại máy nén khí hoạt động theo nguyên lý động năng

Máy nén khí động năng chủ yếu được thiết kế cho các dự án lớn, chẳng hạn như tại các nhà máy hóa chất hoặc nhà sản xuất thép, vì vậy, không chắc bạn sẽ có thể tìm thấy một chiếc ở thợ cơ khí địa phương của mình.

Tùy thuộc vào hướng chính của dòng khí được sử dụng, các máy nén này có hai loại thay đổi thể tích riêng biệt: hướng trục và ly tâm.

1. Máy nén hướng trục

Máy nén hướng trục sử dụng một loạt cánh tuabin để tạo ra không khí, buộc nó đi qua một khu vực nhỏ. Mặc dù tương tự như các loại máy nén có cánh khác, máy nén hướng trục hoạt động với các cánh đứng tĩnh làm dòng khí chậm lại, tăng áp suất.

Những loại máy nén khí này không phổ biến lắm và có chức năng hạn chế. Chúng được sử dụng chủ yếu trong động cơ máy bay và trong các nhà máy tách khí lớn.

2. Máy nén ly tâm

Máy nén ly tâm, hoặc hướng tâm, hoạt động bằng cách đưa không khí vào trung tâm thông qua một bánh công tác quay, sau đó được đẩy về phía trước thông qua lực ly tâm hoặc hướng ra ngoài. Bằng cách làm chậm luồng không khí qua bộ khuếch tán, nhiều động năng hơn được tạo ra.

Động cơ điện tốc độ cao thường được sử dụng cho các loại máy nén này. Một trong những cách sử dụng phổ biến hơn của máy nén ly tâm là thông qua hệ thống HVAC.

Tổng kết

Chắc bạn cũng đã có hiểu biết khái quát về: “Máy nén khí hoạt động như thế nào?” sau khi xem bài viết của chúng tôi.

Hãy xem qua các loại máy nén khí do chúng tôi cung cấp: >>> Máy nén khí Pegasus VN

Đây là các dòng máy nén khí của thương hiệu Pegasus được đảm bảo về công suất và hiệu quả về chi phí cho tất cả các nhu cầu của bạn.

Nhà cung cấp máy nén khí hàng đầu!