TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC
BỘ MÔN MÁY VÀ THIẾT BỊ HÓA HỌC

ĐỒ ÁN HỌC PHẦN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC
TÊN ĐỀ TÀI:

Giáo viên hướng dẫn: Th.S NGUYỄN ĐỨC VINH
Sinh viên thực hiện:
1. PHÙNG MINH TÂN
2. TRẦN VĂN THƠI

Lớp: DHHO7

11046851
11040021
Khóa: 2013-2014

Tp. Hồ Chí Minh, ngày

tháng

năm 2014

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HỒ CHÍ MINH


KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC
BỘ MÔN MÁY VÀ THIẾT BỊ HÓA HỌC

ĐỒ ÁN HỌC PHẦN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

Giáo viên hướng dẫn: Th.S NGUYỄN ĐỨC VINH
Sinh viên thực hiện:
1.

PHÙNG MINH TÂN

11046851

2.

TRẦN VĂN THƠI

11040021

Lớp: DHHO7

Khóa: 2013-2014 

Tp. Hồ Chí Minh, ngày

2

tháng

năm 2014


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP


CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT

TP.HCM

NAM

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

Độc lập – Tự do - Hạnh phúc

----- // -----

----- // -----

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN
HỌ VÀ TÊN SINH VIÊN
1. PHÙNG MINH TÂN
2. TRẦN VĂN THƠI

MSSV
11046851
11040021

Lớp: DHHO7
1. Tên đồ án môn học:

2. Nhiệm vụ của đồ án:

3. Ngày giao đồ án: ngày … tháng …. năm 20…..
4. Ngày hoàn thành đồ án: ngày …. tháng ….. năm 20………

5. Họ tên giáo viên hướng dẫn: ThS. NGUYỄN ĐỨC VINH
Tp. Hồ Chí Minh, ngày …. tháng …..năm 20…
Trưởng bộ môn

Giáo viên hướng dẫn

ThS. Nguyễn Đức Vinh

3


LỜI CẢM ƠN

.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................

4


NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
Tp. Hồ Chí Minh, ngày

tháng

Giáo viên hướng dẫn


ThS. Nguyễn Đức Vinh

5

năm 2014


MỤC LỤC

6


MỤC LỤC BẢN BIỂU, SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ

7


PHẦN MỘT: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ KHÍ NÉN
I.Sự Phát Triển Của Kỹ Thuật Khí Nén
Ứng dụng khí nén có từ thời trước Công nguyên, tuy nhiên sự phát triển của
khoa học kỹ thuật thời đó không đồng bộ, nhất là kiến thức về cơ học, vật lý, vật
liệu … còn thiếu, cho nên phạm vi ứng dụng của khí nén còn rất hạn chế.
Mãi đến thế kỷ thứ 18,các thiết bị máy móc sử dụng năng lượng khí nén lần
lượt được phát minh.Với sự phát triển mạnh mẽ của năng lượng điện,vai trò sử
dụng năng lượng của khí nén giảm dần.Tuy nhiên,việc sử dụng năng lượng bằng
khí nén vẫn đóng vai trò cốt yếu ở những lĩnh vực mà sử dụng năng lượng bằng khí
nén vẫn đóng vai trò cốt yếu ở những lĩnh vực mà sử dụng điện sẽ không an
toàn.Khí nén được sử dụng ở những dụng cụ nhỏ nhưng truyền động với vận tốc lớn
hơn như;búa hơi, dụng cụ đập, tán đinh …nhất là các dụng cụ,đồ gá kẹp chặt trong

máy công cụ.
Sau chiến tranh thế giới thứ hai,việc ứng dụng năng lượng bằng khí nén(may
nen khi) trong kỹ thuật điều khiển phát triển khá mạnh mẽ.Những dụng cụ,thiết
bị,phần tử khí nén mới đực sáng chế và ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khác nhau.Sự
kết hợp khí nén với điện-điện tử sẽ quyết định cho sự phát triển của kỹ thuật điều
khiển trong tương lai.

II. Khả Năng Ứng Dụng Của Khí Nén
1.Trong lĩnh vực điều khiển
Những năm 50 và 60 của thế kỷ 20 là giai đoạn kỹ thuật tự động hóa phát
triển mạnh mẽ.Kỹ thuật điều khiển bằng khí nén được phát triển rộng rãi và đa dạng
trong nhiều lĩnh vực khác nhau.Chỉ riêng ở Cộng Hòa Liên bang Đức đã có 60 hãng
chuyên sản xuất phát triển rộng rãi và đa dạng trong nhiều lĩnh vực khác nhau.Chỉ
riêng ở Cộng Hòa Liên bang Đức đã có 60 hãng chuyên sản xuất các phần tử điều
khiển bằng khí nén

8


Hệ thống điều khiển bằng khí nén (máy nén khí ) được sử dụng ở những lĩnh
vực mà ở đó hay xảy ra những vụ nổ nguy hiểm như các thiết bị phun sơn,các loại
đồ gá kẹp,các chi tiết nhựa,chất dẻo hoặc các lĩnh vực sản xuất thiết bị điện tử,vì
điều kiện vệ sinh môi trường rất tốt và an toàn cao.Ngoài ra,hệ thống điều khiển
bằng khí nén còn được sử dụng trong các dây truyền tự động,trong các thiết bị vận
chuyển và kiểm tra của các thiết bị lò hơi,thiết bị mạ điện,đóng gói,bao bì và trong
công nghiệp hóa chất.

2.Trong lĩnh vực truyền động
Các dụng cụ,thiết bị máy va đập: Các thiết bị,máy móc trong lĩnh vực như
khai thác như: khai thác đá,khai thác than,trong các công trình xây dựng như: xây

dựng hầm mỏ,đường hầm.
Truyền động quay: Truyền động động cơ quay với công suất lớn bằng khí
nén giá thành rất cao.Nếu so sánh giá thành tiêu thụ điện của một động cơ quay
bằng năng lượng khí nén và một động cơ điện có cùng công suất,thì giá thành tiêu
thụ điện của một động cơ quay bằng năng lượng khí nén cao hơn 10 đến 15 lần so
với động cơ điện.Nhưng ngược lại thể tích và trọng lượng nhở hơn 30% so với động
cơ điện có cùng công suất.
Những dụng cụ vặn vít,máy khoan,công suất khoảng 3,5 Kw,máy mài,công
suất khoảng 2,5 Kw cũng như máy mài với công suất nhỏ,nhưng số vòng quay
khoảng 100.000 vòng/phút thì khả năng sử dụng truyền động bằng khí nén là phù
hợp.
Truyền động thẳng: Vận dụng truyền động thẳng bằng áp suất khí nén cho
truyền động thẳng trong các dụng cụ,đồ gá kẹp chi tiết,trong các thiết bị đóng
gói,trong các loại máy gia công gỗ,thiết bị làm lạnh cũng như trong hệ thống phanh
hãm của ô tô.

III.Những Đặc Trưng Của Khí Nén
 Về số lượng: có sẵn ở khắp nơi nên có thể sử dụng với số lượng vô hạn.

9


 Về vận chuyển: khí nén có thể vận chuyển dễ dàng trong các đường
ống,với một khoảng cách nhất định.Các đường ống dẫn về không cần
thiết vì khí nén sau khi sử dụng sẽ được thoát ra ngoài môi trường sau khi
thực hiện xong công tác.
 Về lưu trữ: máy nén khí không nhất thiết phải hoạt động liên tục.Khí nén
có thể được lưu trữ trong các bình chứa để cung cấp khi cần thiết.
 Về nhiệt độ: khí nén ít thay đổi theo nhiệt độ.
 Về phòng chống cháy nổ: không một nguy cơ nào gây cháy bởi khí

nén,nên không mất chi phí cho việc phòng cháy.Không khí nén thường
hoạt động với áp suất khoảng 6 Bar nên việc phòng nổ không quá phức
tạp.
 Về tính vệ sinh: khí nén được sử dụng trong các thiết bị đều được lọc các
bụi bẩn,tạp chất hay nước nên thường sạch,không một nguy cơ nào về
mặt vệ sinh.Tính chất này rất quang trọng trong các ngành công nghiệp
đặc biệt như: thực phẩm,vải sợi,lâm sản và thuộc da.
 Về cấu tạo thiết bị: đơn giản nên rẻ hơn các thiết bị khác.
 Về vận tốc: khí nén là một dòng chảy có lưu tốc lớn cho phép đạt được
tốc độ cao (vận tốc làm việc trong các xy lanh thường từ 1-2m/s).
 Về tính điều chỉnh: vận tốc và áp lực của những thiết bị công tác bằng khí
nén được điều chỉnh một cách vô cấp.
 Về sự quá tải: các công cụ và các thiết bị khí nén đảm nhận tải trọng cho
đến khi chúng dừng hoàn toàn cho nên sẽ không xẩy ra quá tải.

IV.Ưu Nhược Điểm Của Hệ Thống Truyền Động Bằng Khí Nén
1.Ưu điểm:
 Do khả năng chịu nén (đàn hồi) lớn của không khí,cho nên có thể trích
chứa dễ dàng.Như vậy,có khả năng ứng dụng để thành lập một trạm trích
chứa khí nén (trạm máy nén khí trung tâm).

10


 Có khả năng truyền năng lượng xa,bởi vì độ nhớt động học của khí nén
nhỏ,và tổn thất áp suất trên đường ống nhỏ..
 Đường ống khí nén thải ra không cần thiết.
 Chi phí thấp để thiết lập một hệ thống truyền động bằng khí nén,bởi vì
phần lớn trong các xí nghiệp hệ thống đường ống dẫn khí nén đã có sẵn.
 Hệ thống phòng ngừa áp suất giới hạn được đảm bảo.


2.Nhược điểm:
 Lực truyền tải thấp.
 Khi tải trọng trong hệ thống thay đổi thì vận tốc cũng thay đổi.Bởi vì khả
năng đàn hồi của khí nén lớn,cho nên không thể thực hiện
được những chuyển động thẳng hoặc quay đều
 Dòng khí nén thoát ra ở đường dẫn khí gây ra tiếng ồn.
Hiện nay,trong lĩnh vực điều khiển,người ta thường kết hợp hệ thống điều
khiển bằng khí nén với điện hoặc điện tử.Cho nên rất khó xác định một cách chính
xác,rõ ràng ưu điển của từng hệ thống điều khiển.
Tuy nhiên,có thể so sánh một số khía cạnh,đặc tính của truyền động bằng
khí nén đối với truyền động bằng cơ,bằng điện.

11


PHẦN HAI: MÁY NÉN KHÍ
Máy nén khí là dụng cụ dùng để nâng áp suất một chất khí với một lưu lượng
nào đó nên một áp suất nhất định để phục vụ cuộc sống sinh hoạt và sản xuất của
con người.

A. PHÂN LOẠI MÁY NÉN KHÍ
Có nhiều cách để phân loại máy nén khí tùy thuộc vào đặc điểm và tính chất
và nguyên lý hoạt động ta có thể phân ra:

I. Dựa vào cấu tạo
 Được phân làm 3 loại:
 Máy nén khí kiểu Piston
 Máy nén khí kiểu Rôto
 Máy nén khí kiểu Ly tâm


II. Dựa vào phương pháp dẫn động
 Được phân làm 3 loại:
 Máy nén khí được dẫn động bằng động cơ đốt trong (động cơ hoạt động
bằng khí, động cơ xăng, động cơ diezel…).
 Máy nén khí được dẫn động bằng động cơ điện (động cơ 1 pha hoặc 3
pha, động cơ điện áp thấp, động cơ địên áp cao..).
 Máy nén khí được dẫn động bằng tuabin (tuabin khí hoặc tuabin hơi).

III. Dựa theo cấp số nén
 Được phân làm 2 loại:
 Máy nén khí một cấp: khí được nạp và nén một lần rồi đem ra sử dụng.
 Máy nén khí nhiều cấp: khí được nạp và nén nhiều lần rồi mới đem ra sử
dụng. Muốn có áp suất khí nén lớn thì càng phải có nhiều cấp nén.
12


IV. Dựa theo nguyên tắc nén khí
 Được chia ra làm 2 loại:
 Máy nén khí hoạt động theo nguyên tắc giảm thể tích chứa: với loại máy
nén khí này, khí được lấy từ khộng gian có áp suất nhỏ đưa vào một
không gian kín (không gian công tác) sau đó được nén và tăng áp suất do
giảm thể tích (máy nén khí kiểu piston và kiểu rôto).
 Máy nén khí hoạt động theo nguyên tắc biến đổi động năng: với loại máy
nén khí này, khí được truyền với vận tốc lớn và được nén nhờ sự biến đổi
động năng của dòng khì chuyển động thành công nén (máy nén khí Ly
tâm).

B. MÁY NÉN KHÍ LY TÂM
I. Cấu Tạo Của Máy Nén Khí Ly Tâm

Nguyên lý hoạt động của máy nén ly tâm là nó dựa vào khả năng thay đổi
dạng năng lượng của của vật chất. Cụ thể ở máy nén khí ly tâm là biến đổi từ động
năng sang thế năng (áp suất) của các phần tử khí.

1. Vỏ máy
Vỏ máy nén có hai kiểu cấu tạo:
 Vỏ tháo ngang:

Hình B.I.1.1: Cấu tạo của vỏ tháo ngang

13


 Đối với vỏ tháo ngang, khi mở máy phía trên ta có thể thấy được các bộ phận bên
trong.
 Vỏ tháo dọc:

Hình B.I.1.2: Cấu tạo của vỏ tháo dọc
 Đối với máy nén có vỏ tháo dọc, sau khi mở nắp, các bộ phận bên trong máy nén
phải được kéo ra ngoài thì mới quan sát cẩn thận được.
So sánh với loại vỏ dọc thì loai vỏ tháo ngang được sử dụng phổ biến hơn
do dễ sửa chữa các bộ phận bên trong. Tuy nhiên loại vỏ tháo ngang có nhực điểm
là vùng có khả năng rò rỉ rộng. nó sẽ không phù hợp để nén các loại khí nhẹ, khí
nguy hiểm ở áp cao.

2. Cánh quạt và trục.
Là một bộ phận của máy nén khí ly tâm dùng để tăng vận tốc của khí. Có ba
loại cánh quạt là: cánh hở, cánh nửa hở và cánh kín được minh hoạ như hình vẽ
dưới đây:


Hình B.I.2.1: Các loại cánh quạt
14


 Loại cánh hở thường được sử dụng cho máy nén ly tâm chỉ có một cấp.
 Loại cánh nửa hở được sử dụng cho dòng lớn, thường sử dụng cho máy
nén đơn cấp hay cấp đầu tiên của máy nén nhiều cấp.
 Loại cánh kín được sử dụng chủ yếu trong máy nén nhiều cấp.
 Trong máy nén khí ly tâm dòng khí ít được kiểm soát nhất là trong loại
máy dùng cánh hở. Trong loại cánh kín, khí được hút vào lỗ hút và đi ra
lỗ ngoài của vành cánh quạt. Do vậy dòng khí phần lớn được kiểm soát.
 Cánh quạt được liên kết cứng với trục nhờ mối ghép then.

Hình B.I.2.2: Liên kết cánh quạt nhờ mối ghép then

3. Màng ngăn
Đó là một tấm kim loại đặt kề sát với cánh quạt, nó đóng vai trò dẫn đường
cho khí đi từ miệng đẩy của cấp nén này vào miệng hút của cấp nén tiếp theo.
Thông thường màng ngăn được chế tạo bằng gang hoặc bằng kim loại cứng, nó
được gắn với vỏ và không quay theo trục của máy nén.

15


Hình B.I.3.1: Màng ngăn
Thông thường màng ngăn được chế tạo bằng gang hoặc bằng kim loại cứng,
được gắn với vỏ và không quay theo trục của máy nén.

Hình B.I.3.2: Chi tiết của màng ngăn
Màng ngăn có thể có thể phải được làm nguội. Nó đóng vai trò làm nguội khí

khi nén.
16


Hình B.I.3.3: Làm mát màng ngăn
Bên trong của màng có đường ống hút và đẩy thông với nhau, nhờ đó mà
nước làm mát có thể lưu thông qua để làm mát. Khi đó nhiệt độ của màng sẽ giảm.

4. Cánh dẫn hướng
Cánh dẫn hướng có thể cố định hoặc có khả năng di chuyển, thông thường
được đặt ở phía trước lỗ hút của một cánh quạt khác để có tác dụng dẫn dòng khí đi
vào lỗ hút của cánh quạt.

17


Hình B.I.4.1: Cánh dẫn hướng trong máy nén khí ly tâm
Cánh dẫn hướng trong máy nén ly tâm nhiều cấp được đặt ở cuối đường hồi
của màng ngăn.
Khí sau khi dời khỏi cánh quạt sẽ đi vào vùng khuyếch tán và được dẫn hồi
trở lại nhờ cánh dẫn hướng vào cánh quạt tiếp theo.
Đường vào cánh dẫn hướng có thể thay đổi được.

18


Hình B.I.4.2: Đường dẫn khí vào cánh quạt

Hình B.I.4.3: Góc của các dòng khí chuyển động trong cánh quạt
Với cánh có khả năng điều chỉnh, góc của dòng khí vào cánh quạt có thể

được thay đổi hay điều khiển được. Góc đó ảnh hưởng đến đặc điểm làm việc của
cánh quạt. Công suất của máy nén vì vậy cũng có thể điều chỉnh được bằng sự điều
chỉnh cánh dẫn hướng. Ở một số máy nén khí, cánh dẫn hướng được thiết kế để tự
động điều chỉnh công suất giữ cho máy làm việc trong phạm vi công suất của nó.

5. Vòng đệm trục

19


Vì màng ngăn không quay theo trục của máy nén nên giữ chúng phải có một
khoảng hở. Khí đi qua cánh quạt được tăng áp suất nên chúng có khả năng quay trở
lại trước miệng hút. Vòng đệm trục nhằm mục đích hạn chế khả năng đó.



a. Vòng đệm khuất khúc

 Minh hoạ hình vẽ dưới đây:

Hình B.I.5.1: Vòng đệm khuất khúc
Đó là bộ các vòng kim loại có hình răng bao quan trục. Các răng này không
chạm vào trục. Các vòng này thường là kim loại mềm để tránh hư hỏng trục trong
trường hợp bị cọ sát với trục. Giữa các răng cưa hình thành các không gian rối như
minh hoạ ở hình vẽ.

20


Hình B.I.5.2: Dòng chảy của khí giữa các răng cưa

Khi khí đi vào khoảng không rối này chúng sẽ đổi hướng và chậm lại, nhờ đó
hạn chế khí rò rỉ ra ngoài. Tuy nhiên, vòng đệm này không ngăng được hoàn toàn rò
rỉ vì vậy chúng chỉ có thể sử dụng ở những nơi áp suất thấp và chấp nhận một phần
khí rò rỉ, chẳng hạn như ở giữa các cấp nén.
Nếu dòng khí có vận tốc cao, một lượng khí không thay đổi trực tiếp trong
vòng làm kín mà đi thẳng qua đường dẫn giưã răng của vòng đệm khuất khúc và
trục.
Một kiểu kết cấu khác của vòng đệm khuất khúc là trên trục có răng.

Hình B.I.5.3: Vòng đệm khuất khúc trục có răng

21


Khí không thể chảy qua vòng đệm theo một đường thẳng. Cũng có nhiều
trường hợp vòng đệm khuất khúc được sử dụng thêm giữa vỏ máy và trục máy như
minh hoạ ở hình vẽ dưới đây:

Hình B.I.5.4:Vòng đệm khuất khúc sử dụng thêm giữ vỏ và trục máy
Một cách khác để khắc phục tình trạng trên là cả trục lẫn vòng đệm đều được
tạo răng ăn khớp nhau. Với kết cấu đó, khí dòng khí đi qua phải đổi hướng chuyển
động nhiều hơn do đó tốc độ sẽ giảm nhiều hơn và kết quả là hạn chế được rò rỉ
nhiều hơn. Nếu khí nén trong máy nén khí là khí độc hại, nguy hiểm thì cần có rãnh
để hứng khí rò rỉ, từ đó khí được dẫn tới một nơi an toàn.

22


Hình B.I.5.5: Rãnh hướng khí rò rỉ




b. Vòng đệm kín giới hạn

Hình B.I.5.6: Vòng đệm

23


Các vòng này được đặt phía bên trong cuả vòng bít, vòng bít này không tiếp
xúc với trục. Mặt trong của vòng đệm ngăn ngừa rò rỉ dọc theo trục, còn mặt tiếp
xúc theo phương thẳng đứng giữa vòng bít và vòng đệm ngăn ngừa rò rỉ phía ngoài
vòng đệm.

Hình B.I.5.7: Ngăn rò rỉ khí ở vòng đệm
Vòng làm kín cũng được sử dụng trong liên kết với vòng đệm khuất khúc để
giảm hơn nữa sự rò rỉ.



c. Vòng đệm kín tiếp xúc cơ học

Hình B.I.5.8: Vòng đệm kín

24


Các bộ phận chính của loại vòng đệm này là vòng tĩnh, vòng quay và vòng
carbon. Vòng quay được bắt chặt với trục máy còn vòng tĩnh thì không. Mặt tiếp
xúc giữa vòng carbon với vòng tĩnh và với vòng quay ngăn không cho khí rò rỉ.

Loại vòng đệm này phải sử dụng dầu bôi trơn. Ngoài tác dụng bôi trơn, dầu
còn đóng vai trò làm mát và tạo đệm kín giữa các khe hở do tiếp xúc cơ học. Áp
suất phải lớn hơn áp suất khí tại vùng đệm kín khoảng 40 psi.
Dầu sẽ hấp thụ phần khí đi qua vòng đệm kín sau đó quay trở lại hệ thống
dầu để làm sạch, làm nguội. Đệm kín tiếp xúc cơ học phù hợp với các máy nén có
áp suất đến 1000 psi.



d. Đệm màng lỏng

Để đệm kín những trường hợp áp suất lớn đến 5.000 psi thì đệm màng lỏng
được sử dụng.

25