Máy nén khí được sử dụng trong sản xuất, năng lượng mới, dược phẩm, xây dựng và nhiều ngành công nghiệp khác. Họ vận hành các công cụ khí nén trên dây chuyền sản xuất, di chuyển khí đốt trong các nhà máy năng lượng mới và thậm chí bơm căng lốp xe. Hầu hết mọi người sử dụng chúng hàng ngày mà không nghĩ đến những gì diễn ra bên trong.
Bài viết này giải thích cách máy nén khí biến không khí thông thường thành khí áp suất cao - nói một cách dễ hiểu, từng bước một.
Máy nén khí thực sự làm gì
Công việc của máy nén khí rất đơn giản: nó lấy không khí thông thường, nén và lưu trữ dưới dạng khí áp suất cao có thể thực hiện công.
Một cách hữu ích để hình dung nó là một cái bơm xe đạp. Khi bạn đẩy tay cầm xuống, không gian bên trong máy bơm co lại, không khí bị nén, áp suất tăng lên và không khí tràn vào lốp. Máy nén khí về cơ bản là một phiên bản tự động, lớn hơn nhiều của máy bơm đó - hiệu quả hơn nhiều, có khả năng chịu áp suất cao hơn nhiều và có thể cung cấp nguồn khí áp suất cao ổn định mà không cần dừng lại.
Áp suất khí quyển bình thường là khoảng 0,1 MPa. Một máy nén khí có thể nâng áp suất đó lên 0,7–1,6 MPa hoặc cao hơn. Khí áp suất cao sau đó được phân phối qua đường ống đến thiết bị, dẫn động máy móc và hoàn thành nhiệm vụ sản xuất.
Chu trình nén hoạt động như thế nào: bốn giai đoạn
Giai đoạn 1 - Lượng vào: hít thở không khí trong lành
Khi máy nén khởi động, xi lanh bên trong (hoặc rôto trục vít hoặc cánh quạt, tùy theo loại) sẽ giãn ra. Thể tích bên trong tăng lên, áp suất giảm xuống và hình thành vùng áp suất âm.
Van nạp sau đó sẽ tự động mở ra. Không khí xung quanh - được lọc để loại bỏ bụi và tạp chất - được hút vào máy nén. Điều này hoàn thành giai đoạn tiếp nhận.
Tại sao quá trình lọc lại quan trọng: tạp chất xâm nhập vào thiết bị sẽ làm hao mòn các bộ phận và làm giảm độ tinh khiết của không khí. Điều này đặc biệt quan trọng đối với máy nén không dầu dùng trong các nhà máy dược phẩm và điện tử, nơi yêu cầu lọc khắt khe hơn nhiều.
Giai đoạn 2 - Nén: nén không khí để tăng áp suất
Đây là bước cốt lõi. Sau khi nạp vào, xi lanh (hoặc cánh quạt trục vít) co lại. Không gian bên trong co lại mạnh và không khí bị mắc kẹt bị nén cưỡng bức.
Nguyên lý vật lý rất đơn giản: thể tích càng nhỏ thì áp suất càng cao. Trong quá trình nén, áp suất tăng nhanh và nhiệt độ tăng theo - cùng lý do khiến máy bơm tay nóng lên khi bạn bơm nhanh.
Các loại máy nén khác nhau nén theo những cách hơi khác nhau. Máy nén trục vít sử dụng hai rôto ăn khớp nhau; máy nén piston sử dụng piston chuyển động tịnh tiến. Nhưng nguyên tắc thì giống hệt nhau: giảm âm lượng, tăng áp suất.
Giai đoạn 3 - Xả: giải phóng khí áp suất cao
Khi không khí đạt đến áp suất định sẵn (0,8 MPa thường gặp ở các nhà máy), van xả sẽ tự động mở và khí nén di chuyển vào bình thu khí.
Bể thu thực hiện ba công việc:
1. Nó lưu trữ khí áp suất cao, do đó máy nén không phải khởi động và dừng liên tục.
2. Nó làm cho khí nguội đi - khí nén rất nóng và bình chứa cho phép một phần nhiệt tiêu tan một cách tự nhiên.
3. Nó giải quyết độ ẩm. Nước ngưng tụ khi không khí bị nén và bể chứa sẽ thu thập nó, bảo vệ thiết bị hạ nguồn khỏi bị hư hại do nước.
Giai đoạn 4 - Làm mát: hạ nhiệt độ xuống, sau đó lặp lại chu trình
Quá trình nén tạo ra rất nhiều nhiệt - nhiệt độ xả có thể vượt quá 100°C. Nếu không được làm mát thích hợp, tuổi thọ của máy nén sẽ giảm và chất lượng của khí áp suất cao bị ảnh hưởng (khí nóng nở ra, gây ra áp suất không ổn định).
Vì vậy, khí thải và các bộ phận bên trong được làm mát bằng hệ thống làm mát bằng không khí hoặc làm mát bằng nước trở về nhiệt độ phòng. Một phần khí đi thẳng vào thiết bị; phần còn lại quay trở lại đầu vào máy nén cho chu kỳ nạp → nén → xả → làm mát tiếp theo.
Chu trình này diễn ra liên tục, đó là cách máy nén khí cung cấp nguồn khí áp suất cao ổn định hàng ngày.