Hệ thống khí nén được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp nhờ tính linh hoạt và hiệu suất cao. Để đảm bảo vận hành ổn định, hệ thống này bao gồm nhiều thành phần quan trọng, mỗi bộ phận đóng vai trò riêng trong việc cung cấp và xử lý khí nén. Vậy một hệ thống khí nén gồm những thành phần cơ bản nào? Hãy cùng tìm hiểu.
Hệ thống khí nén là gì?
Định nghĩa
Hệ thống khí nén là một tập hợp các thiết bị và linh kiện được sử dụng để tạo ra, lưu trữ, vận chuyển và sử dụng khí nén (thường là không khí) để thực hiện các công việc cơ học hoặc điều khiển tự động hóa trong các ngành công nghiệp.
Vai trò của hệ thống khí nén trong công nghiệp
Hệ thống khí nén cung cấp nguồn khí nén sạch, đáp ứng nhu cầu vận hành máy móc và dây chuyền sản xuất trong nhiều ngành công nghiệp như thực phẩm, nhựa, bao bì, in ấn và dệt may. Trên thực tế, hơn 80% nhà máy sản xuất đều sử dụng hệ thống khí nén để đảm bảo hoạt động hiệu quả và liên tục.
Ưu điểm & Nhược điểm của hệ thống khí nén
Ưu điểm của hệ thống khí nén
- Tiết kiệm năng lượng: Hiệu quả hơn so với các hệ thống sử dụng điện hoặc thủy lực.
- Dễ vận hành & bảo trì: Cấu trúc đơn giản, dễ sửa chữa, giảm chi phí bảo dưỡng.
- Độ tin cậy cao: Hoạt động ổn định, ít hỏng hóc.
- Điều khiển linh hoạt: Dễ dàng điều chỉnh tốc độ và áp suất bằng van và đồng hồ đo.
- Giảm rung & tiếng ồn: So với hệ thống cơ khí truyền thống.
- Phản hồi nhanh: Đáp ứng tức thì với lực tác động mạnh, phù hợp cho các dây chuyền sản xuất tốc độ cao.
Nhược điểm của hệ thống khí nén
- Tiếng ồn lớn: Có thể ảnh hưởng đến môi trường và sức khỏe.
- Chi phí đầu tư cao: Hệ thống ban đầu tốn kém.
- Cần xử lý nước và dầu tích tụ: Phải loại bỏ nước và dầu để đảm bảo hiệu suất.
- Rủi ro hư hỏng: Nếu áp suất không ổn định, dễ gây lỗi thiết bị.
- Chiếm diện tích lớn: Do cần nhiều thiết bị hỗ trợ như máy nén, bình chứa, hệ thống lọc.
2. Các thành phần cơ bản của hệ thống khí nén công nghiệp
1. Máy nén khí
- Chức năng: Tạo ra khí nén để cung cấp cho toàn bộ hệ thống, đóng vai trò quan trọng trong hoạt động của hệ thống khí nén công nghiệp.
- Các loại máy nén khí phổ biến:
- Máy nén khí piston: Sử dụng chuyển động của piston để nén khí, phù hợp với các ứng dụng nhỏ và vừa, giá thành rẻ nhưng hiệu suất không cao.
- Máy nén khí trục vít: Hoạt động liên tục, ổn định, có hiệu suất cao, tiếng ồn thấp, thích hợp với nhà xưởng và ngành công nghiệp lớn.
- Máy nén khí ly tâm: Sử dụng lực ly tâm để nén khí, thường dùng trong công nghiệp nặng và những ứng dụng yêu cầu lưu lượng khí lớn.
- Máy nén khí kiểu Root: Dùng cánh quạt để tạo ra khí nén, phù hợp với các ứng dụng cần lưu lượng khí ổn định nhưng áp suất thấp.
- So sánh các loại máy nén khí:
- Máy nén khí trục vít: Được sử dụng phổ biến nhờ khả năng tạo khí liên tục, hiệu suất cao, độ bền tốt.
- Máy nén khí piston: Chi phí đầu tư ban đầu thấp, phù hợp với quy mô nhỏ.
- Máy nén khí ly tâm: Công suất lớn, phù hợp với hệ thống yêu cầu lưu lượng khí lớn và áp suất cao.
- Lưu ý khi lựa chọn máy nén khí:
- Xác định nhu cầu sử dụng để chọn máy có dầu hay không dầu.
- Máy nén khí trục vít thường được ưu tiên trong sản xuất vì độ bền cao, hiệu suất ổn định và tiếng ồn thấp.
Xem thêm: Máy nén khí trục vít là gì? Chọn loại nào là tốt nhất?
2. Bình chứa khí nén (Bình tích áp)
- Chức năng:
- Lưu trữ khí nén giúp hệ thống hoạt động ổn định.
- Hỗ trợ duy trì áp suất trong hệ thống.
- Giúp tách nước và giảm nhiệt độ của khí nén trước khi đưa vào sử dụng.
- Các loại bình chứa khí:
- Dòng AT: Bình có dung tích lớn, phù hợp với hệ thống công suất cao.
- Dòng VBTA: Bình có dung tích nhỏ, sử dụng cho các hệ thống khí nén quy mô nhỏ.
- Lưu ý khi lựa chọn bình chứa khí:
- Dung tích bình chứa nên gấp từ 6 đến 10 lần thể tích khí nén mà máy nén khí tạo ra trong một giây để đảm bảo hiệu suất hoạt động.
3. Máy sấy khí
- Chức năng: Loại bỏ hơi nước trong khí nén để đảm bảo khí nén khô ráo, tránh gây hư hỏng thiết bị sử dụng.
- Các loại máy sấy khí phổ biến:
- Máy sấy khí làm lạnh: Sử dụng nguyên lý làm lạnh để tách nước ra khỏi khí nén, giá thành hợp lý, phù hợp với nhu cầu thông thường.
- Máy sấy khí hấp thụ: Sử dụng vật liệu hút ẩm để loại bỏ hơi nước, đảm bảo khí nén khô gần như hoàn toàn, thích hợp cho các ngành yêu cầu khí sạch như thực phẩm, y tế.
- Máy sấy khí màng: Sử dụng màng lọc đặc biệt để tách hơi nước, ít được sử dụng do chi phí cao.
Xem thêm: Máy sấy khí là gì? Tại sao nó quan trọng trong hệ thống khí nén
4. Bộ lọc khí
- Chức năng: Loại bỏ bụi bẩn, tạp chất, dầu và nước ra khỏi khí nén để đảm bảo chất lượng khí sạch.
- Các cấp độ lọc:
- Lọc thô: Giữ lại các hạt bụi lớn.
- Lọc tinh: Loại bỏ các hạt nhỏ hơn và dầu trong khí nén.
- Lọc siêu tinh: Đạt độ sạch khí cao nhất, loại bỏ cả hơi dầu.
- Lọc khử mùi: Hấp thụ mùi dầu, đảm bảo khí sạch tuyệt đối.
- Lưu ý khi sử dụng:
- Lõi lọc cần được thay định kỳ khoảng 2 năm hoặc khi áp suất đầu ra giảm để đảm bảo hiệu suất lọc.
5. Đường ống dẫn khí và phụ kiện
- Chức năng: Dẫn khí nén từ máy nén đến các thiết bị sử dụng.
- Các loại đường ống:
- Ống kim loại: Độ bền cao, chịu được áp suất lớn.
- Ống cao su: Linh hoạt nhưng độ bền kém hơn.
- Ống nhựa: Nhẹ, dễ lắp đặt nhưng không chịu được áp suất cao.
- Lưu ý khi lắp đặt:
- Cứ mỗi 100m đường ống cần có độ nghiêng 1m để thoát nước dễ dàng.
- Lắp bộ xả tự động ở cuối đường ống để loại bỏ nước ngưng.
- Dùng ống cổ ngỗng ở các nhánh rẽ để tránh đọng nước.
6. Bộ xả nước tự động
- Chức năng: Tự động loại bỏ nước ngưng tụ trong hệ thống khí nén, giúp hệ thống hoạt động ổn định và tránh hư hỏng.
- Các loại bộ xả tự động:
- Loại phao: Xả nước khi đạt mức nhất định.
- Loại điện: Hoạt động theo cảm biến mức nước.
- Loại hẹn giờ: Xả nước theo khoảng thời gian cài đặt.
7. Bộ F.R.L (Bộ lọc, điều áp, tra dầu)
- Chức năng:
- Lọc khí để loại bỏ bụi bẩn.
- Điều chỉnh áp suất phù hợp với nhu cầu sử dụng.
- Tra dầu bôi trơn giúp thiết bị hoạt động trơn tru.
- Các thành phần:
- Bộ lọc: Loại bỏ bụi và hơi nước.
- Bộ điều áp: Duy trì áp suất ổn định.
- Bộ tra dầu: Cung cấp dầu bôi trơn cho thiết bị.
8. Van điều khiển
- Chức năng: Điều khiển dòng khí nén trong hệ thống.
- Các loại van phổ biến:
- Van hai cổng: Đóng/mở dòng khí.
- Van ba cổng: Chuyển đổi luồng khí.
- Van năm cổng: Điều khiển xi lanh khí nén hai chiều.
- Van điều hướng: Thay đổi hướng khí nén.
- Phân loại theo kiểu tác động:
- Kích bằng tay/chân: Dùng lực cơ học để mở van.
- Kích bằng cơ khí: Dùng đòn bẩy hoặc cơ cấu cơ khí để kích hoạt van.
- Kích bằng điện: Sử dụng điện để điều khiển van.
- Kích bằng khí nén: Dùng áp suất khí để mở/đóng van.
9. Xy lanh khí nén
- Chức năng: Chuyển đổi năng lượng khí nén thành chuyển động cơ học, giúp thực hiện các thao tác tự động trong hệ thống.
- Các loại xy lanh:
- Xy lanh tịnh tiến: Di chuyển theo đường thẳng, thường dùng trong các ứng dụng nâng hạ, đẩy kéo.
- Xy lanh xoay: Tạo chuyển động quay, dùng trong các cơ cấu kẹp hoặc đảo chiều.
- Xy lanh kẹp: Dùng để cố định hoặc giữ chặt vật trong hệ thống khí nén.
Các sơ đồ lắp đặt hệ thống khí nén:
Sơ đồ hệ thống khí nén lắp đặt theo tiêu chuẩn thông thường
- Thứ tự: máy nén khí -> Bình chứa khí -> Bộ lọc sơ cấp -> Máy sấy khô ngưng tụ -> Lọc tinh
- Phù hợp: Sản xuất dệt sợi, may mặc, chế biến gỗ, lắp ráp linh kiện điện tử
Sơ đồ hệ thống khí nén lắp đặt theo tiêu chuẩn khí trong sạch
- Thứ tự: máy nén khí -> Bình chứa khí -> Bộ lọc sơ cấp -> Máy sấy khô ngưng tụ -> Bộ lọc sơ cấp -> Máy sấy khô hấp thụ -> Lọc tinh
- Phù hợp: Với các ngành sản xuất yêu cầu khí nén đạt chất lượng cao nhất: Sản xuất điện tử, in ấn
Sơ đồ hệ thống khí nén lắp đặt theo tiêu chuẩn DIN ISO 8573 CLASS 1
- Thứ tự: Máy nén khí -> Bình chứa khí -> Máy chuyển đổi -> Máy sấy khô ngưng tụ
- Phù hợp: Với các ngành sản xuất yêu cầu khí nén có độ tinh khiết tối đa: Công nghiệp thực phẩm, dược phẩm, sản xuất điện tử
Sơ đồ hệ thống khí nén lắp đặt theo tiêu chuẩn thổi chai PET
- Thứ tự: Máy nén khí -> Bình chứa khí -> Bộ lọc sơ cấp -> Máy sấy khô ngưng tụ -> Lọc tinh -> Máy tăng áp -> Lọc tinh
- Phù hợp: Với các ngành sản xuất yêu cầu khí nén có độ sạch đảm bảo: Sản xuất bao bì nhựa, đặc biệt cho các ngành nước giải khát, thực phẩm, hóa mỹ phẩm, và dược phẩm
Qua 4 sơ đồ lắp đặt hệ thống nén khí trên, có thể thấy máy nén khí và bình chứa khí luôn cạnh nhau, nhằm đảm bảo ổn định áp suất và nhiệt độ trước và sau khi vào máy sấy khí. Từ đó, giúp cho máy nén và máy sấy hoạt động ổn định hơn, bền hơn.
Tại sao các doanh nghiệp lớn thường sử dụng hệ thống khí nén?
Các doanh nghiệp lớn sử dụng hệ thống khí nén nhờ hiệu quả sản xuất cao, tính linh hoạt và khả năng tiết kiệm chi phí, từ đó giúp tối ưu quy trình tạo lợi thế cạnh tranh lâu dài.
1. Hiệu Quả Sản Xuất Cao
- Tối ưu hóa quy trình: Ứng dụng trong nhiều công đoạn, giúp tự động hóa sản xuất, giảm nhân công, tăng năng suất.
- Cung cấp khí nén ổn định: Đáp ứng nhu cầu vận hành của nhiều thiết bị cùng lúc, phù hợp với quy mô sản xuất lớn.
2. Tính Linh Hoạt Cao
- Dễ dàng điều khiển: Hệ thống được kiểm soát bằng van và đồng hồ đo áp suất, giúp vận hành đơn giản.
- Phù hợp nhiều ứng dụng: Từ xịt rửa, thổi khí đến vận hành máy móc, robot tự động trong sản xuất công nghiệp.
3. Tiết Kiệm Chi Phí Vận Hành
- Tiêu hao ít năng lượng: Giảm chi phí điện so với hệ thống dùng động cơ điện trực tiếp.
- Bảo trì đơn giản: Thiết kế ít bộ phận mài mòn, giảm chi phí bảo dưỡng, kéo dài tuổi thọ thiết bị.
Cách Tối Ưu Hóa Hệ Thống Khí Nén
Để đảm bảo hệ thống khí nén hoạt động hiệu quả, ổn định và tiết kiệm chi phí, doanh nghiệp cần chú trọng đến việc lựa chọn thiết bị, thiết kế lắp đặt, bảo trì bảo dưỡng và vận hành đúng cách.
1. Lựa Chọn Thiết Bị Phù Hợp
- Xác định nhu cầu thực tế: Chọn thiết bị dựa trên yêu cầu sản xuất, áp suất, lưu lượng khí và điều kiện vận hành.
- Ưu tiên hiệu suất cao: Lựa chọn máy nén khí và phụ kiện có công nghệ tiết kiệm năng lượng, giúp giảm chi phí vận hành.
- Tính toán thiết bị phù hợp:
- Lưu lượng máy sấy khí = (120 – 130)% lưu lượng máy nén khí trục vít.
- Dung tích bình chứa khí nén = 40 x Công suất máy nén (kW).
- Lưu lượng bộ lọc khí nén = (120 – 130)% lưu lượng máy nén khí trục vít.
2. Thiết Kế và Lắp Đặt Hệ Thống Hợp Lý
- Hạn chế rò rỉ khí: Sử dụng đường ống chất lượng cao, thiết kế tối ưu để giảm tổn thất áp suất.
- Bố trí khoa học: Sắp xếp thiết bị hợp lý, dễ dàng tiếp cận để bảo trì và vận hành thuận tiện.
3. Bảo Trì, Bảo Dưỡng Định Kỳ
- Kiểm tra và vệ sinh thường xuyên: Định kỳ kiểm tra các bộ phận quan trọng như bộ lọc, máy sấy khí, bình chứa để đảm bảo hiệu suất.
- Thay thế linh kiện kịp thời: Các bộ phận hao mòn như gioăng, van, bộ lọc cần được thay thế đúng hạn để tránh hỏng hóc đột ngột.
4. Vận Hành Đúng Cách
- Đào tạo nhân viên: Hướng dẫn kỹ thuật vận hành, an toàn lao động và cách phát hiện sự cố.
- Giám sát và ghi chép thông số: Theo dõi áp suất, lưu lượng khí và hiệu suất hoạt động để kịp thời điều chỉnh khi cần.
Tiêu Chuẩn và Lưu Ý Khi Lắp Đặt
1. Vị Trí Lắp Đặt
- Không gian thoáng, an toàn: Đảm bảo diện tích đủ rộng, thông gió tốt, tránh ánh nắng trực tiếp và hóa chất ăn mòn.
- Cố định chắc chắn: Sử dụng giá đỡ phù hợp để đảm bảo độ ổn định cho máy nén khí.
2. Hệ Thống Điện
- Nguồn điện độc lập: Sử dụng nguồn điện riêng, ổn định để tránh ảnh hưởng đến các thiết bị khác.
- Trang bị bảo vệ: Lắp đặt CB, cầu chì, tiếp đất để đảm bảo an toàn vận hành.
3. Hệ Thống Đường Ống
- Thiết kế hợp lý: Đường ống có độ dốc phù hợp, tích hợp van xả nước để loại bỏ hơi ẩm.
- Tránh lắp dưới sàn: Hạn chế nguy cơ đọng nước và khó khăn trong bảo trì.
4. Tiêu Chuẩn Khí Nén
- Đảm bảo chất lượng khí: Tuân thủ tiêu chuẩn ISO 8573-1:2010 về độ sạch khí nén.
- Xử lý dầu trong nước thải: Lắp đặt bộ lọc tách dầu để bảo vệ môi trường và tuân thủ quy định an toàn.
Mỗi bộ phận trong hệ thống khí nén đều góp phần đảm bảo nguồn khí ổn định, tiết kiệm năng lượng và kéo dài tuổi thọ thiết bị. Việc hiểu rõ từng thành phần giúp doanh nghiệp vận hành hiệu quả, giảm chi phí bảo trì và tối ưu hóa sản xuất.
