Hệ thống khí nén là gì?

Hệ thống khí nén cung cấp một phương pháp sạch, hiệu quả và có thể kiểm soát để truyền năng lượng cho các nhu cầu công nghiệp và thương mại khác nhau. Vậy hệ thống khí nén là gì? Chúng có cấu tạo và ứng dụng ra sao? Mời các bạn cùng chúng tôi đi tìm câu trả lời cho những câu hỏi trên ở những bài viết dưới đây nhé!

Giới thiệu về hệ thống khí nén

Hệ thống khí nén là một mạng lưới các thiết bị thu giữ và phân phối năng lượng khí nén để vận hành máy móc và thiết bị phục vụ cho nhu cầu sản xuất hay hoạt động đời sống của con người. Hệ thống này bao gồm bộ phận như máy nén khí,  bộ phận lọc khí, bộ phận điều áp, bộ phận chứa khí, bộ phận điều khiển và bộ phận sử dụng khí nén.

Hệ thống khí nén có nhiều ưu điểm vượt trội như tiết kiệm năng lượng, vận hành dễ dàng với độ tin cậy cao, thiện ích trong việc điều khiển tốc độ và áp suất, giảm thiểu độ rung và tiếng ồn trong quá trình vận hành…Hệ thống này đang được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp như sản xuất máy móc, sản xuất ô tô, sản xuất điện tử, sản xuất thực phẩm và đồ uống, xử lý nước thải…

Xem thêm: Khí nén là gì?

Cấu tạo hệ thống khí nén

Các thiết bị cấu tạo nên hệ thống khí nén rất đa dạng, mỗi thiết bị sẽ đảm nhận nhiệm vụ và chức năng riêng. Cụ thể như:

Máy nén khí

Đây là thành phần quan trọng nhất của hệ thống khí nén. Chúng lấy không khí từ môi trường xung quanh, nén nó ở mức áp suất cao hơn sau đó cung cấp cho toàn bộ hệ thống.

Máy nén khí có nhiều loại như máy nén khí ly tâm, máy nén khí trục vít, máy nén khí piston… Tùy vào nhu cầu về áp suất và tốc độ dòng chảy mà chúng ta có thể lựa chọn loại máy nén phù hợp.

Xem thêm: Máy nén khí nén gì?

Bình tích áp

Bình tích áp hay còn gọi là bình tích khí, đây là thiết bị được sử dụng để tích trữ khí nén mà máy nén khí tạo ra. Khí nén được chứa trong bình này là khí nén thô nên chứa nhiều tạp chất. Bình tích khí này sẽ giúp làm ngưng tụ một phần các tạp chất. Để làm sạch hoàn toàn khí nén còn phải trải qua nhiều công đoạn làm sạch phía sau.

Ngoài chức năng lưu trữ  khí nén, bình tích áp còn giúp ổn định sự dao động của áp suất khí nén. Vì vậy khi chọn bình chứa bạn nên chọn loại bình có thể tích gấp 6 đến 10 lần thể tích máy nén khí sinh ra trong 1 giây. Điều này sẽ giúp đảm bảo áp suất đầu ra được ổn định.

Bình chứa thường được chế tạo từ chất liệu nhôm hay thép và thường được trang bị thêm van an toàn, đồng hồ áp suất hay van xả. Chúng có nhiều loại như bình chứa áp suất thấp, bình chứa áp suất cao…

Xem thêm: Bình chứa khí khí nén là gì?

Máy sấy khô

Là thiết bị có tác dụng làm khô và tách hơi nước trong khí nén. Bộ phận này giúp khí nén được khô và sạch hơn trước khi đưa vào sử dụng.

Không khí ban đầu lấy từ khí quyển có chứa hơi nước, bên cạnh đó quá trình nén khí, máy nén hoạt động sẽ làm tăng nhiệt độ của không khí nên khí nén sẽ có nhiệt độ và độ ẩm cao. Khi khí nén nguội hơi nước sẽ ngưng tụ thành nước ngưng trong bình chứa. Máy sấy khí sẽ giúp làm khô và loại bỏ hơi nước này để ngăn ngừa ngưng tụ làm hư hỏng các thiết bị.

Giai đoạn này xử lý tùy theo nhu cầu sử dụng khí nén, tuy nhiên có 2 loại máy sấy khí được sử dụng phổ biến nhất là máy sấy khí làm lạnh và máy sấy khí hấp thụ.

Hệ thống lọc khí

Là thiết bị không thể thiếu của hệ thống khí nén. Chúng được sử dụng để lọc các chất cặn, nước và dầu của hệ thống khí nén. Bộ lọc bao gồm 3 cốc lọc là lọc thô, lọc tinh và lọc siêu tinh với 3 cấp tương đương:

• Cấp 1: Chặn được các chất tạp chất có kích thước từ 0,1 Micromet trở lên.
• Cấp 2: Chặn được các chất tạp chất có kích thước từ 0,01 Micromet trở lên.
• Cấp 3: Chặn được các tạp chất có kích thước từ 0,003 Micromet và khử mùi bằng việc sử dụng than hoạt tính.

Để sử dụng bộ lọc khí nén hiệu quả, người ta thường lắp thêm các cốc xả tự động ở dưới mỗi quả lọc nhằm thực hiện nhiệm vụ tự động xả nước khi nước bên trong cấp đầy.

Đường ống dẫn khí

Là bộ phận có nhiệm vụ chứa và truyền dẫn khí nén từ nguồn đến các thiết bị khác. Nó là cầu nối giữa máy nén khí, bình tích áp, với các xi lanh, van..

Ống dẫn khí được chia làm 2 loại là loại ống dẫn khí cứng được chế tạo từ các chất liệu kim loại như nhôm, đồng.. và ống dẫn khí mềm được chế tạo từ chất liệu PE, PU, PA…

Trên đây là những thành phần chính cấu tạo nên hệ thống khí nén, ngoài ra ở mỗi ứng dụng cụ thể sẽ có thêm những thiết bị cụ thể khác.

Các dạng chuyển động trong khí nén

Chuyển động thẳng

Chuyển động thẳng hay còn gọi là chuyển động tuyến tính. Đây là một trong những dạng truyền động được sử dụng phổ biến trong các hệ thống khí nén, tiêu biểu nhất là các xy lanh khí nén

Chuyển động thẳng là dạng chuyển động đơn giản, linh hoạt, dễ dàng điều khiển và sử dụng.

Chuyền động quay

Dạng chuyển động này thường có công suất không cao nhưng tốc độ truyền động của dạng truyền động này lại rất nhanh.

Ưu điểm của loại truyền động này nó gọn nhẹ, đơn giản và không cồng kềnh. Chuyền động quay khí nén cũng thuận tiện hơn so với các dạng chuyển động từ các nguồn năng lượng khác.

Cách tính công suất cho hệ thống khí nén

Trước khi tính công suất cho hệ thống khí nén cần lưu ý một số điểm như:

• Áp suất làm việc, đây là áp suất tối đa mà hệ thống khí nén cần đáp ứng để hoạt động. Áp suất làm việc được tính bằng Bar hay Psi.
• Lưu lượng khí nén, đây là số lượng khí cần được cung cấp bởi hệ thống trong 1 khoảng thời gian nhất định, chúng được tính bằng CFM (cubic feet per minute) hay m3/h (mét khối trên giờ). Đối với các hệ thống lớn công suất có thể được tính bằng kW hay hp (horsepower).
• Thời gian hoạt động, đây là thời gian mà hệ thống khí nén cần phải hoạt động để đáp ứng nhu cầu sử dụng khí nén.

Công thức tính công suất của hệ thống khí nén:

Công suất = Áp suất làm việc x Lưu lượng khí nén x Thời gian hoạt động

Ưu và nhược điểm của hệ thống khí nén

Ưu điểm

• Khí nén là một dạng năng lượng sạch nên không gây hại và ô nhiễm đến môi trường và người sử dụng.
• Khả năng đáp ứng nhanh nên phù hợp với những hệ thống tự động hóa cần độ chính xác cao và mang lại hiệu quả tối đa.
• Khả năng làm việc ổn định trong các môi trường công nghiệp khắc nghiệt.
• Sử dụng đa dạng, hệ thống khí nén có thể sử dụng cho nhiều ứng dụng khác nhau từ điều khiển máy móc đến cung năng lượng cho các thiết bị, công cụ…
• Hệ thống khí nén dễ dàng lắp đặt và di chuyển đi xa mà không gây tổn thất năng lượng và ít bị rò rỉ.
• Độ an toàn cao, không gây cháy nổ, hay điện giật như điện, khí gas…Qua đó giúp giảm thiểu rủi ro khi sử dụng.
• Dễ dàng bảo trì nhờ cấu trúc đơn giản nên giúp tiết kiệm chi phí và thời gian bảo trì.
• Tiết kiệm năng lượng hơn so với các hệ thống sử dụng điện.

Nhược điểm

• Chi phí đầu tư ban đầu để thiết lập hệ thống khí nén khá cao.
• Chỉ phù hợp với các hệ thống vừa và nhỏ do công suất truyền động không quá lớn.
• Cần bảo dưỡng thường xuyên để đảm bảo hiệu quả và an toàn.
• Tiếng ồn khó chịu là một thách thức trong môi trường làm việc.

Ứng dụng của hệ thống khí nén trong đời sống

Hệ thống khí nén đang được sử dụng rộng rãi từ trong công nghiệp cho đến dân dụng bởi tính linh hoạt, độ bền cao, dễ sử dụng, tiết kiệm năng lượng và chi phí…Một số ứng dụng tiêu biểu của hệ thống khí  nén như:

Trong công nghiệp khai khoáng

Đây là ứng dụng phổ biến nhất của hệ thống khí nén. Khí nén cung cấp nguồn không khí ở các độ sâu khác nhau dưới lòng đất để người công nhân khai thác làm việc.

Đối với một số hầm mỏ đặc biệt không thể sử dụng được môi trường điện thì khí nén là nguồn năng lượng tuyệt vời giúp đảm bảo an toàn và giảm nguy cơ cháy nổ.

Trong ngành công nghiệp chế tạo

Hiện nay quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đang diễn ra mạnh mẽ thì ngành công nghiệp chế tạo máy đã và đang đóng vai trò quan trọng và then chốt.

Trong ngành công nghiệp này hệ thống khí nén được sử dụng trong quá trình chế tạo máy, sửa chữa hay các ngành chế tạo khác…Chúng được sử dụng nhiều bởi vì sạch, nhanh chóng và chính xác.

Trong ngành công nghiệp sản xuất và chế biến thực phẩm

Trong sản xuất thực phẩm khí nén được sử dụng trong các ứng dụng như xử lý sản phẩm, máy chiết thực phẩm, đóng chai, dao cắt khí, làm sạch, làm nguội thực phẩm…

Vì được sử dụng trong công nghiệp thực phẩm nên khí nén được sử dụng ở đây yêu cầu độ sạch tuyệt đối nhằm đảm bảo an toàn thực phẩm cũng như sức khỏe của người tiêu dùng.

Trong công nghiệp xây dựng

Trong xây dựng ngoài năng lượng điện thì khí nén cũng đóng vai trò rất quan trọng. Bởi nó giúp thay thế sức người, tiết kiệm thời gian, giảm nhân công làm việc qua đó tăng hiệu quả công việc, qua đó giúp doanh thu của doanh nghiệp tăng lên.

Trong xây dựng khí nén được sử dụng để xây dựng các khu dưới hầm, dưới lòng đất, hay sử dụng cho các thiết bị cầm tay như máy khoan, máy bắn vít, máy đục bê tông…

Trong các ngành Y tế

Trong sản xuất dược phẩm khí nén được sử dụng trong các công đoạn như sục khí, làm sạch, đóng gói sản phẩm…

Tại các bệnh viện hay trung tâm khám chữa bệnh khí nén được sử dụng tại các bình oxy, thiết bị thổi bụi, máy mài tại các phòng nha khoa…

Ngoài ra khí nén còn tạp môi trường sạch để nuôi cấy sinh vật phục vụ cho các hoạt động nghiên cứu.

Trong ngành vui chơi, giải trí

Khí nén được ứng dụng trong các lĩnh vực vui chơi giải trí như trong các thiết bị máy móc phục vụ ở các khu vui chơi, công viên, khu du lịch. Tại đây khí nén được sử dụng ở các khinh khí cầu, phao bơi, thuyền hơi, hệ thống phanh, hệ thống hạ tầng của tàu lượn, máy bay, đu quay…

Trong ngành van công nghiệp

Hệ thống khí nén là huyết mạch của nhiều hoạt động công nghiệp, đối với ngành van công nghiệp hệ thống này cũng đóng một vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh và tối ưu hóa tiện ích thiết yếu này.

Hệ thống khí nén cung cấp lực cần thiết để vận hành nhiều van đóng mở bằng khí nén. Áp suất không khí điều khiển các bộ truyền động khí nén, biến áp suất đó thành chuyển động cơ học để mở, đóng hoặc điều chỉnh vị trí của van. Điều này cho phép điều khiển tự động các van trong quy trình công nghiệp, nâng cao hiệu quả và an toàn.

So sánh hệ thống khí nén và hệ thống thủy lực

Điểm tương đồng

• Cả hệ thống khí nén và thủy lực đều sử dụng chất lỏng để truyền công suất
• Chúng được sử dụng trong nhiều máy móc, thiết bị, công cụ với các nhiệm vụ chức năng khác nhau như nâng, đẩy, kéo..
• Cả 2 hệ thống đều cần 1 máy bơm hay máy nén để hoạt động và sử dụng van để điều khiển hoạt động.

Sự khác biệt

Tính năng	Hệ thống khí nén	Hệ thống thủy lực
Chất lỏng làm việc	Khí nén	Chất lỏng không nén được (dầu, nước, v.v.)
Chu trình	Hệ thống khí nén là một hệ thống vòng hở	Hệ thống thủy lực là một hệ thống khép kín
Lực và tốc độ	Tạo ra ít lực hơn nhưng mang lại tốc độ cao hơn do khả năng nén của không khí. Áp suất hoạt động (80-100 psi)	Có thể tạo ra lực cao hơn nhiều do tính chất không nén được của chất lỏng. Áp suất hoạt động (1.500 đến 2.500 psi)
Cấu tạo hệ thống	Hệ thống này ít cồng kềnh hơn so với hệ thống thủy lực.	Hệ thống cồng kềnh do áp suất cao
Chi phí & Bảo trì	Thường rẻ hơn để thiết lập và bảo trì. Không khí luôn có sẵn và rò rỉ ít nghiêm trọng hơn do khả năng nén.	Đắt hơn do cần có chất lỏng và linh kiện chuyên dụng. Rò rỉ có thể nghiêm trọng hơn vì chúng có thể dẫn đến mất áp suất và hỏng hệ thống.
Tính an toàn	An toàn hơn (nguy cơ cháy thấp hơn)	Nguy cơ hỏa hoạn tiềm ẩn
Độ sạch	Hệ thống khí nén sạch hơn khi chúng sử dụng không khí	Hệ thống thủy lực yêu cầu giữ chất lỏng sạch để tránh ô nhiễm.
Sự chính xác	Ít chính xác hơn (khả năng nén của không khí)	Chính xác hơn
Ứng dụng	Tốc độ và sự đơn giản của chúng làm cho hệ thống khí nén rất phù hợp cho các nhiệm vụ lặp đi lặp lại đòi hỏi phải truyền động nhanh, chẳng hạn như dây chuyền lắp ráp, cánh tay robot và hệ thống điều khiển máy móc tự động. Chúng cũng thường được sử dụng trong các ứng dụng quan tâm đến trọng lượng (ví dụ: mở và đóng cửa) hoặc yêu cầu môi trường sạch sẽ, không có tia lửa (ví dụ: chế biến thực phẩm).	Do khả năng chịu lực cao, hệ thống thủy lực rất lý tưởng cho các ứng dụng nâng hạng nặng như thiết bị xây dựng (máy xúc, cần cẩu), máy móc công nghiệp (máy ép, máy rèn) và phanh xe. Tuy nhiên không được sử dụng trong các ứng dụng liên quan đến thực phẩm, dược phẩm đồ uống vì nguy cơ rò rỉ dầu gây nguy hiểm đến vệ sinh an toàn.

Tóm lại, việc lựa chọn giữa hệ thống khí nén và thủy lực phụ thuộc vào nhu cầu ứng dụng cụ thể của bạn. Cụ thể như:

• Nếu ứng dụng của bạn cần áp lực cao và điều khiển chính xác thì chọn hệ thống thủy lực.
• Nếu ứng dụng cần chuyển động nhanh, vận hành sạch và tiết kiệm chi phí thì hệ thống khí nén là lựa chọn lý tưởng cho bạn.

Trên đây là những chia sẻ của Vannhapkhau.net về hệ thống khí nén. Khí nén là một dạng năng lượng sạch thân thiện với môi trường, nên hệ thống khí nén ngày càng được sử dụng rộng rãi từ trong công nghiệp, xây dựng cho đến dân dụng. Để hiểu rõ hơn về các thành phần của hệ thống khí nén hoặc có thắc mắc xin vui lòng liên hệ tới HOTLINE: 0969 103 458 để được chúng tôi hỗ trợ nhanh chóng nhất.

Cập nhật lúc 16:09 – 20/05/2024