Hệ thống khí nén, theo nghĩa hẹp, bao gồm thiết bị nguồn khí, thiết bị lọc nguồn khí và các đường ống liên quan. Theo nghĩa rộng, các thành phần phụ trợ khí nén, bộ truyền động khí nén, các thành phần điều khiển khí nén, các thành phần chân không, v.v., đều thuộc loại hệ thống khí nén. Thông thường, thiết bị của một trạm nén khí là một hệ thống khí nén theo nghĩa hẹp. Hình dưới đây cho thấy sơ đồ lưu trình điển hình của một hệ thống khí nén:
Thiết bị nguồn khí (máy nén khí) hút không khí từ môi trường, nén không khí ở trạng thái tự nhiên thành khí nén có áp suất cao hơn, và loại bỏ hơi ẩm, dầu mỡ cùng các tạp chất khác trong khí nén thông qua thiết bị lọc.
Không khí trong tự nhiên bao gồm hỗn hợp nhiều loại khí khác nhau (O₂, N₂, CO₂…v.v.), và hơi nước là một trong số đó. Không khí có chứa một lượng hơi nước nhất định được gọi là không khí ẩm, và không khí không chứa hơi nước được gọi là không khí khô. Không khí xung quanh chúng ta là không khí ẩm, vì vậy môi trường làm việc của máy nén khí đương nhiên là không khí ẩm.
Mặc dù hàm lượng hơi nước trong không khí ẩm tương đối nhỏ, nhưng hàm lượng này lại ảnh hưởng lớn đến các tính chất vật lý của không khí ẩm. Trong hệ thống lọc khí nén, việc làm khô khí nén là một trong những nội dung chính.
Dưới những điều kiện nhiệt độ và áp suất nhất định, hàm lượng hơi nước trong không khí ẩm (tức là mật độ hơi nước) bị giới hạn. Ở một nhiệt độ nhất định, khi lượng hơi nước chứa trong không khí đạt đến hàm lượng tối đa có thể, không khí ẩm lúc này được gọi là không khí bão hòa. Không khí ẩm chưa đạt đến hàm lượng hơi nước tối đa có thể được gọi là không khí chưa bão hòa.
Tại thời điểm không khí chưa bão hòa trở thành không khí bão hòa, các giọt nước lỏng sẽ ngưng tụ trong không khí ẩm, hiện tượng này được gọi là “ngưng tụ”. Ngưng tụ là hiện tượng phổ biến. Ví dụ, độ ẩm không khí cao vào mùa hè, dễ hình thành các giọt nước trên bề mặt đường ống nước. Vào buổi sáng mùa đông, các giọt nước sẽ xuất hiện trên cửa kính nhà dân. Tất cả những hiện tượng này đều được hình thành do sự làm lạnh của không khí ẩm dưới áp suất không đổi.
Như đã đề cập ở trên, nhiệt độ mà tại đó không khí chưa bão hòa đạt đến trạng thái bão hòa được gọi là điểm sương khi áp suất riêng phần của hơi nước được giữ không đổi (tức là hàm lượng nước tuyệt đối được giữ không đổi). Khi nhiệt độ giảm xuống đến nhiệt độ điểm sương, sẽ xảy ra hiện tượng “ngưng tụ”.
Điểm sương của không khí ẩm không chỉ liên quan đến nhiệt độ mà còn liên quan đến lượng hơi nước trong không khí ẩm. Điểm sương cao khi hàm lượng nước cao, và điểm sương thấp khi hàm lượng nước thấp.
Nhiệt độ điểm sương có ứng dụng quan trọng trong kỹ thuật máy nén khí. Ví dụ, khi nhiệt độ đầu ra của máy nén khí quá thấp, hỗn hợp dầu-khí sẽ ngưng tụ do nhiệt độ thấp trong thùng chứa dầu-khí, điều này sẽ làm cho dầu bôi trơn chứa nước và ảnh hưởng đến hiệu quả bôi trơn. Do đó, nhiệt độ đầu ra của máy nén khí phải được thiết kế không thấp hơn nhiệt độ điểm sương dưới áp suất riêng phần tương ứng.
Điểm sương khí quyển là nhiệt độ điểm sương dưới áp suất khí quyển. Tương tự, điểm sương áp suất đề cập đến nhiệt độ điểm sương của không khí dưới áp suất.
Mối quan hệ tương ứng giữa điểm sương áp suất và điểm sương áp suất bình thường có liên quan đến tỷ số nén. Ở cùng một điểm sương áp suất, tỷ số nén càng lớn thì điểm sương áp suất bình thường tương ứng càng thấp.
Khí nén thoát ra từ máy nén khí bị bẩn. Các chất gây ô nhiễm chính bao gồm: nước (các giọt nước lỏng, sương mù và hơi nước dạng khí), sương dầu bôi trơn còn sót lại (các giọt dầu dạng sương mù và hơi dầu), các tạp chất rắn (bùn gỉ, bột kim loại, vụn cao su, các hạt nhựa đường và vật liệu lọc, bột mịn của vật liệu làm kín, v.v.), các tạp chất hóa học có hại và các tạp chất khác.
Dầu bôi trơn bị xuống cấp sẽ làm hư hỏng cao su, nhựa và vật liệu làm kín, gây ra sự cố cho van và làm ô nhiễm sản phẩm. Độ ẩm và bụi sẽ làm cho các bộ phận kim loại và đường ống bị gỉ và ăn mòn, khiến các bộ phận chuyển động bị kẹt hoặc mòn, gây ra sự cố cho các bộ phận khí nén hoặc rò rỉ khí. Độ ẩm và bụi cũng sẽ làm tắc các lỗ tiết lưu hoặc lưới lọc. Sau khi băng khiến đường ống bị đóng băng hoặc nứt.
Do chất lượng không khí kém, độ tin cậy và tuổi thọ của hệ thống khí nén bị giảm đáng kể, và tổn thất phát sinh thường vượt xa chi phí đầu tư và bảo trì thiết bị xử lý nguồn khí, vì vậy việc lựa chọn hệ thống xử lý nguồn khí chính xác là vô cùng cần thiết.
Nguồn ẩm chính trong khí nén là gì?
Nguồn ẩm chính trong khí nén là hơi nước được máy nén khí hút vào cùng với không khí. Sau khi không khí ẩm đi vào máy nén khí, một lượng lớn hơi nước sẽ được ép thành nước lỏng trong quá trình nén, điều này sẽ làm giảm đáng kể độ ẩm tương đối của khí nén ở đầu ra của máy nén khí.
Ví dụ, khi áp suất hệ thống là 0,7 MPa và độ ẩm tương đối của không khí hút vào là 80%, mặc dù khí nén đầu ra từ máy nén khí đã bão hòa dưới áp suất, nhưng nếu chuyển đổi về trạng thái áp suất khí quyển trước khi nén, độ ẩm tương đối của nó chỉ còn 6~10%. Điều đó có nghĩa là hàm lượng hơi ẩm trong khí nén đã giảm đáng kể. Tuy nhiên, khi nhiệt độ giảm dần trong đường ống dẫn khí và thiết bị khí, một lượng lớn nước lỏng sẽ tiếp tục ngưng tụ trong khí nén.
Nguyên nhân nào gây ra hiện tượng dầu lẫn trong khí nén?
Dầu bôi trơn của máy nén khí, hơi dầu và các giọt dầu lơ lửng trong không khí xung quanh, cùng với dầu bôi trơn của các bộ phận khí nén trong hệ thống là những nguồn gây ô nhiễm dầu chính trong khí nén.
Ngoại trừ máy nén khí ly tâm và màng ngăn, hầu hết các máy nén khí đang sử dụng hiện nay (bao gồm cả các loại máy nén khí bôi trơn không dầu) đều sẽ thải ra ít nhiều dầu bẩn (giọt dầu, sương dầu, hơi dầu và phân hạch carbon) vào đường ống dẫn khí.
Nhiệt độ cao trong buồng nén của máy nén khí sẽ khiến khoảng 5%~6% dầu bị bay hơi, phân hủy và oxy hóa, lắng đọng trên thành trong của ống máy nén khí dưới dạng màng carbon và vecni, phần nhẹ hơn sẽ lơ lửng dưới dạng hơi nước và các hạt vi mô được đưa vào hệ thống bởi khí nén.
Tóm lại, đối với các hệ thống không cần chất bôi trơn trong quá trình hoạt động, tất cả các loại dầu và chất bôi trơn lẫn trong khí nén được sử dụng đều có thể được coi là vật liệu bị nhiễm dầu. Đối với các hệ thống cần thêm chất bôi trơn trong quá trình hoạt động, tất cả sơn chống gỉ và dầu máy nén có trong khí nén đều được coi là tạp chất gây ô nhiễm dầu.
Các tạp chất rắn xâm nhập vào khí nén bằng cách nào?
Các nguồn chính gây ra tạp chất rắn trong khí nén là:
① Không khí xung quanh chứa nhiều tạp chất với kích thước hạt khác nhau. Ngay cả khi cửa hút của máy nén khí được trang bị bộ lọc khí, thông thường các tạp chất dạng "aerosol" có kích thước dưới 5 μm vẫn có thể xâm nhập vào máy nén khí cùng với không khí hút vào, lẫn với dầu và nước trong ống xả trong quá trình nén.
②Khi máy nén khí hoạt động, ma sát và va chạm giữa các bộ phận, sự lão hóa và bong tróc của các vòng đệm, cùng với sự cacbon hóa và phân rã của dầu bôi trơn ở nhiệt độ cao sẽ khiến các hạt rắn như hạt kim loại, bụi cao su và các chất cacbon phân rã bị đưa vào đường ống dẫn khí.
Thời gian đăng bài: 18/04/2023
