chơng I:
tổng quan về máy nén
1.1 kháI niệm chung
Khí nén có nhiều công dụng :là nguyên liệu sản xuất (trong công nghiệp
hoá học),là tác nhân mang năng lợng (khuấy trộn tạo phản ứng),là tác nhân
mang tín hiệu điều khiển (trong kĩ thuật tự động bằng khí nén ),là nguồn
động lực ,cấp hơI khí cho kích,tua bin
Nguồn cấp khí nén là máy nén khí. Máy nén là máy để nén khí với cơ
số tăng áp > 1,15 và có làm lạnh nhân tạo ở nơi xảy ra quá trình nén khí.
Công dụng của máy nén khí là nén khí và di chuyển khí nén đến nơi tiêu thụ
theo hệ thống ống dẫn.
1.1.1 Phân loại máy nén khí [1]
a. Theo nguyên lí làm việc , gồm có :
+ Máy nén thể tích : Trong máy này áp khí tăng do nén cỡng bức nhờ
giảm thể tích dãn cách không gian làm việc , loại này có máy nén pittong,
máy nén rôtor (cánh trợt , bánh răng )
+ Máy nén động học : Trong máy này áp khí tăng do đợc cấp động
năng cỡng bức nhờ có cơ cấu làm việc , loại này có máy nén li tâm, máy nén
hớng trục.
b. Theo áp suất có :
+ Máy nén áp suất cao
+ Máy nén áp suất trung bình
+ Máy nén áp suất thấp
+ M áy nén chân không
c. Theo năng suất
+ Loại lớn
+ Loại vừa
1
+ Loại nhỏ
d. Theo cách làm mát
+ Làm lạnh theo quá trình nén

0-30000
6000-300000
6000-900000
Rất lớn
1.1.2 Các thông số cơ bản của máy nén [1]
Một máy nén có 3 thông số cơ bản sau :
+ Tỉ số nén ( ) là tỉ số giữa áp khí ra và áp suất khí vào của máy nén
2
=
)(
)(
Vao
Ra
P
P
(1-1)
+ Năng suất của máy nén (Q) : là khối lợng (kg/s) hay thể tích ( m
3
/h)
khí mà máy nén cung cấp trong một đơn vị thời gian.
+ Công suất của máy nén (N) : là công suất tiêu hao để nén và truyền
khí.
Ngoài ra máy nén còn có các thông số về hiệu suất máy nén, về khí
nén (nhiệt độ, áp suất khí vào ra, lí tính và hoá tính của khí với các thông số
khí đặc trng).
1.1.3 Đặc tính của máy nén [1]
a)Máy nén pittông:là loại máy nén thể tích .Tuỳ theo áp suất làm việc chia
ra:máy hút chân không ,máy nén áp suất thấp (<10 at),áp suất trung bình
(10-100 at)và áp suất cao (>100 at).
Hình 1-1:Sơ đồ của máy nén pittong và đồ thị chu trình

nén
=-

3
2
pdV
dấu (-) là do thể tích giảm khi nén
-Công đẩy khí (dơng) biểu thị bởi diện tích 3-4-0-3

-3
W
đẩy
=p
r
V
2
Do đó W
ch.t
=-p
v
V
1
-

3
2
pdV
+p
r
V

2
Vdp
(1-2)
Công nén 1kg khí là


===
3
2
3
2
.
.
vdpdp
M
V
M
W
W
tch
tch
,






kg
J


==
à
[J/kg] (1-4)
trong đó :R-hằng số khí (lí tởng),R=8,31.10
3
J/kmol.
0
K

à
-trọng lợng phân tử khí
-chu trình đoạn nhiệt:
pv
k
=const















[J/kg] (1-5)
Trong đó :k-chỉ số đoạn nhiệt khí (lí tởng),là tỉ số giữa nhiệt dung đẳng áp và
đẳng tích của khí.

v
p
C
C
k =
với khí 1 nguyên tử,k=1,66 -1,67
khí 2 nguyên tử,k=1,40 -1,41
khí 3 nguyên tử,k=1,30 -1,33
-chu trình đa biến:

constpv
n
=














à
[J/kg] (1-6)
Trong đó: n-chỉ số đa biến
5
Hình 1-2:Đồ thị chu trình (lí thuyết)máy nén với các chỉ số
đa biến khác nhau
Khi giá trị n=1 hay n=k ,ta có quá trình đẳng nhiệt hay đoạn nhiệt.Với các
giá trị khác nhau của n,công và đồ thị chu trình cũng khác nhau.
Các máy nén đều thực hiện chu trình nén khí thực nên công thực cũng lớn
hơn công tính cho chu trình lí tởng.
Hình (1-3) cho đồ thị của một chu trình thực .Trong chu trình thực ,khi
pittong đổi chiều bắt đầu chu kì mới thì giai đoạn hút không xảy ra ngay mà
có giai đoạn giãn (da),đờng hút và đờng đẩy không thẳng (không đẳng áp)và
có đờng cực tiểu (đờng hút) và cực đại (đờng đẩy),các điểm bắt đầu và kết
thúc giai đoạn hút và đảy không nằm trên đờng áp suất trong ống hút và
đẩy
Có sự khác nhau gia chu trình thực và lí tởng là do:
-Xi lanh có một phần thể tích vô ích V
H
giữa pittong (ở vị trí chết cuối
quá trình đẩy) và xi lanh (gọi là khoảng hại V
H
) nên giai đoạn hút chỉ bắt
đầu khi áp suất khí nén còn lại trong V
H
giảm xuống bằng áp suất hút .Do
6
vậy,thể tích khí hút đợc (V
h
)bị giảm .Mặc dù thể tích xi lanh V

-Do có khí dò qua xu páp ,xéc măng ,nên đờng cong nén thoảI hơn và đ-
ờng cong giãn dốc hơn .Do đó chỉ số đa biến của đờng cong nén sẽ thấp hơn
và của đờng cong dãn sẽ cao hơn chỉ số đa biến khi không có rò khí.
Do trong máy nén có khoảng hại V
H
nên tỉ số nén
v
r
p
p
=

bị hạn chế .Tr-
ờng hợp cần tỉ số nén cao ,ngời ta dùng cách nén nhiều cấp,có làm lạnh đẳng
áp trung gian.
Tơng quan giữa số cấp phù hợp và tỉ số nén của các máy nén cho ở bảng
1-2:
Số cấp z 1 2 3 4 5 6 7
Tỉ số nén

7 5-30 13-150 35-400 150-1000 200-1100 450-1100
Các máy nén pittong có giảI năng suất từ vài m
3
/ph đến 100m
3
/ph, áp suất
ra từ vài át đến 300 at và công suất từ vài kw đến 2000 kw
b)Máy nén rotor :là loại máy nén thể tích .
Hình (1-4) biểu thị một loại rotor máy nén cánh trợt.Máy có vỏ hình trụ 4
và nắp 9 có nớc làm lạnh .Rotor 7 lắp vào trục 6 đặt lệch tâm trong vỏ .Rotor

Do kết cấu đơn giản ,kích thớc và khối lợng nhỏ ,nối trực tiếp đợc với
động cơ,khí nén ra liên tục ,đều ,không bị bẩn bởi dầu bôi trơn (nh ở máy
nén thể tích) nên máy nén li tâm ,mặc dù hiệu suất thấp ,vẫn đợc sử dụng
rộng rãi ở dải năng suất cao hơn 100m
3
/ph và áp suất nhỏ hơn 12at.
1.2 yêu cầu về trang bị điện cho máy nén [1]
Máy nén không đòi hỏi về thay đổi tốc độ,trừ trờng hợp đặc biệt.Do
vậy ,với máy nén có năng suất dới 10m
3
/ph thờng kéo bằng động cơ không
đồng bộ. Nếu lới điện khoẻ ,có thể mở máy trực tiếp với động cơ rotor ngắn
mạch.Nếu lới điện yếu thì dùng động cơ rotor dây quấn,mở máy gián tiếp
qua điện trở mở máy .Trong cả hai trờng hợp thì momen mở máy không nhỏ
hơn 0,4M
đm
và momen cực đại không quá 1,5M
đm
.
Máy nén có năng suất lớn hơn 20m
3
/ph thờng kéo bằng động cơ không
đồng bộ .Trờng hợp này cần momen mở máy không dới 0,4M
đm
và momen
khi kéo vào đồng bộ không dới 0,6M
đm
.Động cơ đồng bộ kéo máy nén
pittong thờng đóng trực tiếp vào lới.
Máy nén tua bin (turbocompressor)cũng dùng động cơ đồng bộ để truyền


td
à
-hiệu suất bộ truyền;truyền đai thì
td
à
=0,85
10
L
i
,L
a
-công nén đẳng nhiệt và đoạn nhiệt (kGm)
k-hệ số dự trữ,k=1,1
ữ
1,15
Cũng có thể chọn công suất động cơ theo công thức

6,81
Qz
kP =
[kW]
Trong đó:z-hệ số
Đại
áp suất cuối (là áp suất máy nén +1at) (at)
3 4 5 6 7 8 9 10
L
i
11.000 13.900 16.100 17.900 19.500 20.800 22.000 23000
L

điều hành tiếp điểm áp khí lấy từ bình chứa, thờng tiếp điểm áp khí đóng
mạch cho động cơ khi p 9-10 bar và ngắt mạch động cơ khi p 2-3 bar.
Đối với thiết bị trên 10KW ngời ta thờng dùng cơ cấu điện khí, khi áp
kế đạt giá trị cực đại, tiếp điểm áp kế mở ra và động cơ dừng. Bình thờng van
điện không hút và đờng xả khí đóng kín. Khi áp suất giảm tới giá trị cực tiểu,
tiếp điểm áp kế sẽ đóng lại do lực lò xo điều chỉnh áp suất. Động cơ mở máy
kéo máy nén . Van điện đợc cấp điện 5-6s để mở cửa xả, giảm tải cho động
cơ khi mở máy.
1.4 cấu trúc tổng quát của hệ thống khí nén sử dụng
máy nén piston
+Trục khuỷu
Nối các tay biên 2 nối với pit tông 3 chuyển dộng trong xi lanh 4.Các
khớp nối này phảI đợc bôi trơn bằng dầu nhờn .áp suất bôi trơn thông thờng
tạo ra bằng bơm độc lập.
+Các-te của máy nén đồng thời là bệ máy
-áp suất nớc làm mát
P
nớc vào
:đo áp suất (đo3)
Tín hiệu đo áp suất dùng để báo động áp suất nớc làm mát máy nén
12
-Đầu ra của nớc làm mát :đo nhiệt độ nớc làm mát (đo2) :báo trạng thái bình
thờng hoặc báo cao.
-Ap suất dầu bôi trơn (đo1) là thông số điều khiển máy nén quan trọng
nhất.Thông thờng nó đợc thiết kế đo ở các mức:
-Cho phép hoạt động
-Dừng máy nén
Đồng thời các tín hiệu này đợc đa đến để báo động
+Các đầu ra (cửa đẩy của pittong) thờng đợc nối bởi van một chiều. Trong
quá trình hoạt động cửa đẩy của máy nén có hai thông số cần đợc bảo vệ:

Việc tự động hoá hệ thống máy nén khí đợc chia thành các nhóm, tuỳ
theo nhiệm vụ và chức năng của các thiết bị nh sau :
1. Tự động kiểm tra, báo hiệu khi hệ thống gặp sự cố
2. Tự động điều chỉnh, duy trì mức khí nén cần thiết
3. Tự động bảo vệ hệ thống
4. Tự động điều khiển các chức năng liên quan.
Dựa trên các tiêu chí trên ta xây dựng một hệ thống máy nén khí gồm 3
máy nén với yêu cầu duy trì mức khí nén đủ cung cấp cho các hộ tiêu thụ
khi nhu cầu sử dụng có sự thay đổi liên tục hoặc không liên tục.
Dới đây là sơ đồ mạch động lực của hệ thống máy nén khí gồm 3
máy nén .Việc đo các thông số của các máy nén đợc đo bằng các đồng
hồ,cảm biến đặt trên máy nén và các đờng dẫn khí .Để phục vụ cho việc
14
giám sát các thông số đợc đo này đợc biến đổi thành tín hiệu đa đến các
thiết bị điều khiển logic khả trình nh PLC.
2.2 Sơ đồ hệ thống điều khiển khởi động động cơ lai trong hệ thống máy
nén gồm ba máy nén (động cơ khởi động sao/tam giác)
2.2.1 sơ đồ động lực
*Giới thiệu phần tử:
- AT1,AT2,AT3 :Aptomat
- M1,M2,M3 :động cơ lai máy nén
- K1,K2,K3,K4,K5,K6,K7,K8,K9 :tiếp điểm công-tắc-tơ sử dụng trong
khởi động động cơ lai máy nén
- K10,K11,K12 ,C1,C2,C3 :tiếp điểm công-tắc-tơ cấp nguồn cho đèn
báo
- Đ1 :đèn báo máy một đợc cấp nguồn
- Đ2 :đèn báo máy hai đợc cấp nguồn
- Đ3 :đèn báo máy ba đợc cấp nguồn
- Đ4 :đèn báo cần một máy hoạt động
- Đ5 :đèn báo cần hai máy hoạt động

Chức năng : Xác định số máy nén đang hoạt động trong trạm nén
Sơ đồ khối :
16
+ Tín hiệu vào của khối
a
1
, a
2
, a
3
: Lấy từ tiếp điểm phụ của contactor cấp nguồn cho các động
cơ
a
1
= 1 : Máy nén 1 đã đợc cấp nguồn hoạt động
a
1
= 0 : Máy nén 1 cha đợc cấp nguồn hoạt động
a
2
= 1 : Máy nén 2 đã đợc cấp nguồn hoạt động
a
2
= 0 : Máy nén 2 cha đợc cấp nguồn hoạt động
a
3
= 1 : Máy nén 3 đã đợc cấp nguồn hoạt động
a
3
= 0 : Máy nén 3 cha đợc cấp nguồn hoạt động

2
b
3
0 0 0 0 0 0
0 0 1 1 0 0
0 1 0 1 0 0
0 1 1 0 1 0
17
b
1
b
2
b
3
a
1
a
2
a
3
1 0 0 1 0 0
1 0 1 0 1 0
1 1 0 0 1 0
1 1 1 0 0 1
Hình 3.6 : Bảng sự thật
Từ bảng sự thật ta có các phơng trình trạng thái sau:
3213213211
. aaaaaaaaab
++=
(2-1)

hoạt động chơtí khi áp suất trong bình đạt mức Pmax thì dừng cả hai máy
còn lại
Sơ đồ khối :
+ Tín hiệu vào của khối
d
1
, d
2
, d
3
là ngỡng tác động quyết định số máy nén hoạt động
d
1
= 1: Tín hiệu tác động khi áp suất bình cao áp giảm còn 0,9P
đm
d
1
= 0: Không có tín hiệu tác động khi áp suất bình cao áp giảm còn
0,9P
đm
d
2
= 1: Tín hiệu tác động khi áp suất bình cao áp giảm còn 0,8 P
đm
d
2
= 0: Không có tín hiệu tác động khi áp suất bình cao áp giảm còn
0,8P
đm
19

2
, b
3
số lợng máy nén đang hoạt động là 1,2 và 3 máy
C
1
= 1: Tín hiệu trạm nén khí cần thiết là 1 máy nén
C
1
= 0: Tín hiệu trạm nén khí cần thiết số lợng khác 1 máy nén
C
2
= 1: Tín hiệu trạm nén khí cần thiét là 2 máy nén
C
2
= 0: Tín hiệu trạm nén khí cần thiết là khác 2 máy nén
C
3
= 1: Tín hiệu trạm nén khí cần thiết số lợng khác 3 máy
+ Phơng trình xác định số lợng máy nén cần thiết là 1 máy không kể
máy nén nào
- Nếu áp suất bình cao áp giảm còn 0,9 P
đm
, yêu cầu hoạt động là 1
máy nén thì phơng trình thuật toán chứa những thành phần sau:
b
1
d
1
(3-4)

máy nén nh sau:
33222 dbdbc +=
(3-8)
+ Phơng trình xác định, số lợng máy nén cần thiết là 3 máy không kể
máy nén nào
- Nếu trạm nén khí đang có hai máy nén hoạt động mà có hiện tợng áp
suất trong bình cao áp vẫn sụt giảm còn 0,7 P
đm
thì phơng trình thuật toán
chứa những thành thành phần sau:
b
3
d
3
(3-9)
Vậy phơng trình xác định số lợng máy nén cần thiết là 3 máy nh sau:
c
3
= b
3
d
3
(3-10)
3.2.3 Một số đầu vào
- Ap suất dầu bôi trơn máy nén 1: e1 >I0.1
- Ap suất dầu bôi trơn máy nén 2: e2 >I0.4
- Ap suất dầu bôi trơn máy nén 3: e3 >I0.7
- Nhiệt độ đầu đẩy máy nén 1 :f1 >I0.2
- Nhiệt độ đầu đẩy máy nén 2 :f2 >I0.5
- Nhiệt độ đầu đẩy máy nén 3 :f3 >I1.0