Nguyên lý hoạt động và cấu tạo máy nén khí ly tâm

Từ lâu, máy nén khí đã trở thành thiết bị không thể thiếu trong nhiều ngành nghề, đặc biệt là công nghiệp nặng. Bạn đã bao giờ tự hỏi về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các loại máy nén này chưa? Ngoài các dòng máy nén khí trục vít và máy nén khí piston, máy nén khí ly tâm là một trong ba loại máy nén phổ biến nhất hiện nay. Được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp, máy nén khí ly tâm đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp khí nén ổn định và hiệu quả. Hãy cùng Khí Nén Việt Á khám phá tổng quan về máy nén khí ly tâm.

Máy nén ly tâm là gì?

Máy thổi khí là một loại máy nén khí ly tâm, được sử dụng để tạo ra luồng khí áp suất cao, phục vụ cho nhiều ứng dụng công nghiệp. Máy thổi khí công nghiệp hoạt động bằng cách sử dụng một bộ phận ly tâm để nén không khí, từ đó tăng cường áp suất.

Cấu tạo của máy nén khí ly tâm

Máy nén khí ly tâm gồm nhiều bộ phận quan trọng như: vỏ máy nén, trục máy ly tâm, bánh công tác, cánh định hướng. Ngoài ra, còn có các chi tiết như cửa hút, cửa xả, vỏ trong, vách ngăn, ổ đỡ, ổ chặn, bộ làm kín đầu trục, roto, bánh guồng và vòng làm kín. Dưới đây là các bộ phận chính và vai trò của chúng:

1. Vỏ máy

Vỏ máy nén khí ly tâm có cấu tạo phức tạp nhất và nặng nhất, đóng vai trò là giá đỡ cho các bộ phận khác. Bên trong vỏ máy có ổ trục để nâng đỡ trục, áo nước để dẫn nước làm mát, cùng các khoang dẫn khí. Vỏ máy thường được chế tạo thành hai nửa để dễ tháo lắp, hoặc cũng có thể làm liền khối. Chất liệu vỏ máy thường là gang xám hoặc gang hợp kim.

2. Trục máy nén ly tâm

Trục máy nén ly tâm là bộ phận để lắp bánh công tác, nhận truyền động từ động cơ, và quay với tốc độ cao để thực hiện quá trình nén khí. Trục máy được đặt trên ổ đỡ trong vỏ máy và thường làm bằng thép hợp kim để đảm bảo độ bền và hiệu quả khi vận hành.

3. Bánh công tác

Bánh công tác được lắp trên trục máy, có nhiệm vụ biến đổi động năng của khí để tiến hành nén khí. Bánh này có các cánh cong và thường chia làm 3 loại: hở, nửa hở và kín, tùy vào ứng dụng và thiết kế của máy.

4. Cánh định hướng (hay còn gọi là cánh tĩnh – diffuser)

Cánh định hướng là tấm kim loại được đặt gần bánh công tác, đóng vai trò hướng dẫn luồng khí từ cửa xả của một cấp nén đến cửa nạp của cấp nén kế tiếp. Bộ phận này thường được làm từ gang hoặc thép hợp kim và gắn cố định với vỏ máy, không quay theo trục. Những bộ phận này tạo nên cấu trúc vững chắc, đảm bảo hiệu suất hoạt động của máy nén khí ly tâm, phục vụ tốt cho nhiều ứng dụng công nghiệp.

5. Bộ phận làm kín (vòng bít)

a. Vòng đệm kín khuất khúc (làm kín kiểu răng lược – labyrinth seal)

Vì cánh định hướng không quay theo trục máy, nên giữa chúng cần có một khe hở. Để ngăn khí nén lọt ngược qua khe này về cửa nạp, vòng đệm kín khuất khúc được sử dụng. Vòng này có hình dạng răng cưa, các răng không chạm vào trục, tránh làm hư hỏng trục. Vòng được làm từ kim loại mềm, giữa các răng hình thành không gian, khi khí nén lọt vào không gian này, chúng sẽ đổi hướng và chậm lại, nhờ đó hạn chế được sự rò rỉ khí nén.

Tuy nhiên, loại này không thể ngăn chặn hoàn toàn sự rò rỉ nên chỉ dùng trong các hệ thống có áp suất thấp. Một số máy nén khí còn sử dụng vòng này để làm kín giữa trục máy và vỏ máy, hạn chế khí lọt ra bên ngoài. Đối với máy nén khí độc hại, cần có rãnh để thu gom khí rò rỉ, dẫn tới nơi an toàn.

b. Vòng bịt kín kiểu tiếp xúc cơ học (bộ phận làm kín cơ khí – Mechanical Seal)

Vòng bịt này gồm hai phần chính: vòng tĩnh và vòng động. Vòng động được gắn chặt với trục máy và quay theo trục, trong khi vòng tĩnh giữ cố định. Mặt tiếp xúc giữa hai vòng ngăn không cho khí nén rò rỉ ra ngoài. Một số loại cần sử dụng dầu mỡ bôi trơn mặt tiếp xúc để giảm ma sát.

Vòng này thường được lắp ở đầu trục máy nén với vỏ, ngăn chặn khí nén lọt ra ngoài, thường sử dụng cho máy nén khí có áp suất lên đến 7 at.

c. Đệm màng lỏng (oil seal)

Đệm màng lỏng được sử dụng để làm kín các máy nén khí áp suất cao. Bộ phận chính bao gồm ống lót trong và ống lót ngoài, không quay theo trục và có khe hở với trục. Khi trục quay, dầu sẽ đi vào khe này để ngăn không cho khí nén lọt ra ngoài.

Loại đệm này có khả năng ngăn khí nén tốt nhất, nhưng đòi hỏi hệ thống dầu cao áp liên tục, dầu phải cực kỳ sạch. Sau khi sử dụng, dầu bẩn cần được thu hồi, làm sạch và làm nguội. Nếu áp suất dầu giảm, chứng tỏ hiệu quả làm kín đã giảm, có thể do mài mòn.

6. Ngăn cân bằng

Trong máy nén khí ly tâm nhiều cấp, áp suất tác động lên trục không đồng đều, với áp suất cao tạo ra lực tác động lớn hơn. Điều này làm trục có xu hướng dịch chuyển về phía cửa nạp, gây mài mòn và va đập các chi tiết liên quan. Ngăn cân bằng được thiết kế để giảm thiểu tình trạng này. Bộ phận này gắn liền với trục, có hai phần: phần chịu áp suất khí xả nằm phía cửa nạp và phần chịu áp suất khí nạp nằm phía cửa xả, nhờ đó giúp lực tác dụng lên trục trở nên cân bằng hơn.

Nguyên lý hoạt động của máy nén khí ly tâm

Máy nén khí ly tâm hoạt động dựa trên nguyên lý chuyển đổi động năng thành áp suất. Quá trình này được thực hiện qua các bước sau:

• Khí nén được hút vào máy qua van hút: Khí nén được đưa vào máy qua van hút, van này có thể điều khiển bằng cơ khí hoặc điện để đóng mở. Sau khi van hút mở, khí nén sẽ được đưa vào guồng động của máy.
• Khí nén được tăng tốc bởi guồng động: Khi guồng động quay, khí nén sẽ được hút vào tâm của guồng. Dưới tác dụng của lực ly tâm, khí nén bị đẩy ra ngoài thông qua các cánh hướng tâm của guồng động, làm tăng tốc độ của dòng khí.
• Khí nén đi qua vòng khuếch tán: Sau khi thoát khỏi guồng động, khí nén sẽ đi qua vòng khuếch tán. Tại đây, tốc độ của khí nén sẽ giảm lại, nhưng áp suất sẽ tăng lên, quá trình này giúp nén khí đạt áp suất cao hơn.
• Khí nén được xả ra ngoài: Cuối cùng, khí nén có áp suất cao sẽ được xả ra ngoài qua van xả. Van xả cũng được điều khiển bằng cơ khí hoặc điện, đảm bảo quá trình xả khí diễn ra liên tục và ổn định.

Nguyên lý hoạt động này giúp máy nén khí ly tâm cung cấp dòng khí nén ổn định và mạnh mẽ, thích hợp cho nhiều ứng dụng công nghiệp.

Ưu và nhược điểm của máy nén khí ly tâm

Ưu điểm

Máy nén khí ly tâm sở hữu nhiều ưu điểm vượt trội, được đánh giá cao bởi người sử dụng. Một số tính năng nổi bật bao gồm:

• Công suất lớn: Máy nén khí ly tâm của Khí Nén Việt Á có khả năng hoạt động với công suất lên đến hàng nghìn kW và lưu lượng khí nén từ 50m³/phút trở lên, vượt trội so với các dòng máy nén khí thông thường.
• Hiệu suất hoạt động cao: Thiết bị đáp ứng nhu cầu khí nén lớn, giúp tăng hiệu quả công việc và đảm bảo quá trình sản xuất diễn ra liên tục, ổn định.
• Khả năng vận hành bền bỉ: Các phụ tùng của máy nén khí ly tâm được cấu tạo từ vật liệu cao cấp, lắp ráp tỉ mỉ, giúp thiết bị hoạt động ổn định, ít xảy ra hỏng hóc. Thời gian thay thế phụ kiện thường từ 2-4 năm, chi phí bảo dưỡng cũng không quá cao.

Nhược điểm

Dù có nhiều ưu điểm, máy nén khí ly tâm vẫn tồn tại một số nhược điểm cần lưu ý:

• Kích thước lớn: Máy nén khí ly tâm chiếm nhiều không gian lắp đặt, yêu cầu không gian rộng để hoạt động hiệu quả.
• Thiết kế cố định: Thiết bị này thường được lắp đặt tại một vị trí cố định, không phù hợp với các công việc cần di chuyển linh hoạt.
• Chi phí đầu tư ban đầu cao: Máy nén khí ly tâm có chi phí đầu tư ban đầu cao hơn so với các dòng máy nén khác, nhưng mang lại hiệu quả dài hạn.
• Sửa chữa phức tạp: Với cấu tạo phức tạp, việc sửa chữa máy nén khí ly tâm đòi hỏi kỹ thuật viên có kinh nghiệm để xử lý. Khí Nén Việt Á khuyên bạn nên bảo dưỡng định kỳ để đảm bảo thiết bị hoạt động ổn định.

Ứng dụng máy nén khí ly tâm

Máy nén khí ly tâm được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp nhờ hiệu suất cao và khả năng cung cấp khí nén lớn. Dưới đây là một số ứng dụng cụ thể:

Dùng trong các nhà máy công suất lớn

Máy nén khí ly tâm, vận hành theo nguyên lý động học, được thiết kế để xử lý lưu lượng khí nén vượt trội so với các dòng máy trục vít hay piston. Trong khi máy nén khí trục vít thường có công suất từ 15kW đến 220kW và lưu lượng tối đa đạt 42m³/phút, máy nén khí ly tâm lại có lưu lượng từ 50m³/phút trở lên, phù hợp cho các nhà máy công suất lớn.

Một số thương hiệu nổi tiếng như Fusheng hay Puma, cung cấp dòng máy có lưu lượng lên đến 350m³/phút và công suất có thể đạt hàng nghìn kW, đảm bảo hiệu quả vượt trội cho các doanh nghiệp.

Sử dụng trong ngành sản xuất thực phẩm và đồ uống

Ngành sản xuất thực phẩm, đồ uống luôn đòi hỏi nguồn không khí sạch để đảm bảo chất lượng sản phẩm. Máy nén khí ly tâm không dầu, với công nghệ tiên tiến, cung cấp không khí hoàn toàn sạch, giúp các doanh nghiệp yên tâm trong quá trình sản xuất. Đây là giải pháp tối ưu để đáp ứng yêu cầu về chất lượng và an toàn vệ sinh, đồng thời nâng cao lợi nhuận.

Ứng dụng trong các ngành công nghiệp nặng

Ngoài các lĩnh vực kể trên, máy nén khí ly tâm còn được ứng dụng trong các ngành công nghiệp nặng như khai khoáng, dầu khí, sửa chữa, và xây dựng. Hơn nữa, máy cũng được sử dụng trong hệ thống tạo tuyết nhân tạo, một ứng dụng chuyên biệt nhưng quan trọng.

Nếu bạn cần tìm hiểu thêm về máy nén khí ly tâm trong tự động hóa nhà máy, hãy liên hệ Khí Nén Việt Á. Chúng tôi cam kết mang đến sản phẩm chất lượng tốt nhất, giá thành hợp lý và dịch vụ giao hàng đúng tiến độ.