Menu Đóng

Hai nguyên lý nén khí cơ bản

Có hai nguyên lý chung để nén không khí (hoặc khí): nén do thay đổi thể tích và nén động năng. Ví dụ, nguyên lý đầu tiên bao gồm máy nén khí pittông (piston) , máy nén khí lò so xoắn (máy nén khí con sò) và các loại khác của máy nén khi dạng rotor quay ( trục vít , bánh răng , dạng lá (vane) ). Trong nguyên lý nén khí do thay đổi thể tích, không khí được hút vào một hoặc nhiều buồng nén, sau đó được đóng lại từ đầu vào. Dần dần thể tích mỗi buồng nén giảm dần và khí được nén bên trong. Khi áp suất đạt đến tỉ lệ áp suất danh định, một cổng hay còn gọi là van sẽ được mở ra và khí đi ra theo đường ra do có sự giảm liên tục thể tích buồng khí nén.

Trong quá trình nén động năng, không khí được hút giữa các cánh quạt trên một cụm nén ( impeller) quay nhanh và tăng tốc lên tốc độ cao. Khí sau đó được thải qua bộ khuếch tán ( Diffuser), trong đó động năng được chuyển thành áp suất tĩnh. Phần lớn hầu hết các máy nén khí động năng là là máy nén khí turbo với kiểu tạo lưu lượng hướng trục hoặc hướng tâm .

Máy nén khí thay đổi thể tích tích cực

Thiết bị bơm xe đạp là hình thức đơn giản nhất của nén thay đổi thể tích, theo đó không khí được hút vào một xi lanh và được nén bởi pít-tông chuyển động. Máy nén khí piston có cùng nguyên lý hoạt động và sử dụng một piston có chuyển động tiến và lùi được thực hiện bằng một thanh nối và trục khuỷu quay. Nếu chỉ có một bên của piston được sử dụng để nén thì đây được gọi là máy nén đơn. Nếu cả trên và dưới của piston được sử dụng, máy nén sẽ hoạt động kép.

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).

Công thức nén của máy nén khí thay đổi thể tích

Hai công thức dưới đây minh họa (tương ứng) mối quan hệ áp suất – thể tích cho máy nén lý thuyết và sơ đồ máy nén thực tế hơn cho máy nén piston. Thể tích hành trình là thể tích xylanh mà pít-tông di chuyển trong giai đoạn hút. Thể tích giải phóng là thể tích ngay bên dưới các van đầu vào và đầu ra và phía trên pít-tông, phải duy trì ở điểm trên cùng của pít-tông vì các lý do cơ học.

Sự khác biệt giữa thể tích hành trình và thể tích hút là do sự giãn nở của lượng khí còn lại trong thể tích trễ trước khi việc hút có thể bắt đầu. Sự khác biệt giữa sơ đồ p/V lý thuyết và sơ đồ thực tế là do thiết kế thực tế của máy nén, ví dụ: một máy nén khí piston. Các van không bao giờ được kín hoàn toàn và luôn có một mức độ rò rỉ giữa màng piston và vỏ xi lanh. Ngoài ra, các van không thể mở và đóng hoàn toàn mà không có độ trễ tối thiểu, dẫn đến sụt áp khi khí chảy qua các van này. Khí cũng được làm nóng khi nén trong xi lanh do kết quả của thiết kế này.

Nguyên lý hoạt động của máy nén khí động năng

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. Tùy thuộc vào hướng chính của dòng khí được sử dụng, các máy nén này được gọi là máy nén hướng tâm hoặc trục. 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.

Nén khí trong các cấp nén

Về lý thuyết, không khí hoặc khí có thể được nén đẳng hướng (ở hướng không đổi) hoặc đẳng nhiệt (ở nhiệt độ không đổi). Cả hai quá trình có thể đảo ngược về mặt lý thuyết. Nếu khí nén có thể được sử dụng ngay lập tức ở nhiệt độ cuối cùng sau khi nén, quá trình nén đẳng hướng sẽ có những lợi thế nhất định. Trong thực tế, không khí hoặc khí hiếm khi được sử dụng trực tiếp sau khi nén và thường được làm mát đến nhiệt độ môi trường trước khi sử dụng. Do đó, quá trình nén đẳng nhiệt được ưa dùng hơn, vì nó đòi hỏi ít năng lượng hơn. Một cách tiếp cận thực tế, phổ biến để thực hiện quá trình nén đẳng nhiệt này bao gồm làm mát khí trong quá trình nén. Ở áp suất làm việc hiệu quả là 7 bar, về mặt lý thuyết, nén đẳng hướng đòi hỏi năng lượng cao hơn 37% so với nén đẳng nhiệt.

Một phương pháp thực tế để giảm nhiệt của khí là chia nén khí thành nhiều cấp. Khí được làm mát sau mỗi cấp trước khi được nén thêm đến áp suất cuối cùng. Điều này cũng làm tăng hiệu quả năng lượng, với kết quả tốt nhất đạt được khi mỗi cấp nén có cùng tỷ lệ áp suất. Bằng cách tăng số cấp nén, toàn bộ quá trình sẽ tiếp cận nén đẳng nhiệt. Tuy nhiên, để giảm chi phí đầu tư thì số lượng cấp nén mà một thiết kế thực tế có thể sử dụng cho từng ứng dụng cụ thể .

Sự khác biệt giữa máy nén khí turbo mà máy nén khí thay đổi thể tích tích cực

Ở tốc độ quay không đổi, biểu đồ áp suất/lưu lượng cho máy nén khí turbo khác biệt đáng kể so với biểu đồ tương đương đối với máy nén thay đổi thể tích. Máy nén khí turbo là một máy có lưu lượng khí và đặc tính áp suất thay đổi. Mặt khác, máy nén thay đổi thể tích là một máy có lưu lượng khí gần như không đổi khi áp suất thay đổi. Một máy nén thay đổi thể tích có áp suất cao hơn ngay cả ở tốc độ thấp. Máy nén khí Turbo được thiết kế cho lưu lượng khí lớn.

Công ty CP IBB Corporation

Add: C40-3FL Homyland Riverside, 403 Nguyễn Duy Trinh, P. Bình Trưng Đông, TP. Thủ Đức, HCM, VN.

— Hotline: 08 489 12881 –  Email: ibbvnltd@gmail.com – Website: www.ibb.com.vn

Contact Me on Zalo