TỔNG QUAN VỀ MÁY NÉN KHÍ: KHÁI NIỆM, PHÂN LOẠI, NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ THƯƠNG HIỆU PHỔ BIẾN

I. Khái niệm về máy nén khí

Máy nén khí (tiếng Anh: Air Compressor) là thiết bị quan trọng trong hệ thống cung cấp khí, có chức năng chuyển hóa năng lượng cơ học của động cơ (thường là động cơ điện) thành năng lượng khí nén. Đây là thiết bị tạo ra áp suất khí, dùng để nén khí và cung cấp khí nén cho các hệ thống công nghiệp và ứng dụng khác trong quá trình hoạt động.

Máy nén khí thuộc loại máy động lực, có khả năng giảm thể tích khí và đồng thời tăng áp suất khí trong suốt quá trình hoạt động. Năng lượng động học từ khí nén có thể được sử dụng cho động lực cơ khí hoặc các mục đích khác tùy theo yêu cầu.

II. Phân loại máy nén khí

1. Phân loại theo cấu tạo:

Máy nén khí thể tích: Giảm thể tích khí, đồng thời tăng áp suất khí.

• Máy nén khí piston: Thể tích làm việc thay đổi theo chu kỳ, nhưng vị trí không gian không thay đổi.
• Máy nén khí quay: Thể tích làm việc thay đổi theo chu kỳ, và vị trí không gian thay đổi.

Máy nén khí động lực: Tăng tốc độ phân tử khí, từ đó chuyển hóa động năng của phân tử khí thành năng lượng áp suất khí.

• Máy nén khí ly tâm: Là loại máy nén khí tốc độ cao, có một hoặc nhiều bánh quay để làm tăng tốc độ khí, giúp khí chuyển động theo phương bán kính.

2. Phân loại theo áp suất khí nén:

• Quạt gió: 0.01 – 0.1 MPa
• Áp suất thấp: 0.2 – 1.0 MPa
• Áp suất trung bình: 1 – 10 MPa
• Áp suất cao: 10 – 100 MPa
• Áp suất siêu cao: > 100 MPa

3. Phân loại theo lưu lượng khí nén:

• Máy nén khí siêu nhỏ: < 1m³/phút
• Máy nén khí nhỏ: 1 – 10m³/phút
• Máy nén khí trung bình: 10 – 100m³/phút
• Máy nén khí lớn: > 100m³/phút

4. Phân loại theo phương thức làm mát:

• Làm mát bằng không khí: Sử dụng không khí làm chất làm mát, với quạt tự động làm mát không khí trong hệ thống.
• Làm mát bằng nước: Sử dụng nước làm chất làm mát, kèm theo hệ thống tháp làm mát hoặc hệ thống tuần hoàn nước.

5. Phân loại theo phương pháp bôi trơn:

• Bôi trơn có dầu: Máy nén khí phun dầu hoặc máy nén khí ít dầu.
• Bôi trơn không dầu: Bôi trơn bằng nước, Kiểu trục vít khô, Piston không dầu, Ly tâm không dầu

III. Nguyên lý hoạt động của máy nén khí

1. Máy nén khí kiểu piston

Khi piston di chuyển từ điểm chết trên xuống điểm chết dưới, thể tích bên trong xi lanh tăng lên, áp suất trong xi lanh giảm xuống. Khi áp suất trong xi lanh thấp hơn áp suất khí quyển bên ngoài, không khí từ bên ngoài sẽ dưới tác động của sự chênh lệch áp suất vượt qua lực căng của lò xo và đẩy van hút mở ra để đi vào xi lanh (lúc này van xả vẫn đóng). Khi piston di chuyển đến điểm chết dưới, xi lanh đã được nạp đầy không khí và áp suất bên trong lúc này bằng với áp suất khí quyển. Do áp suất trong và ngoài xi lanh đã cân bằng, lò xo sẽ đẩy van hút đóng lại. Như vậy là quá trình hút khí đã hoàn thành. Khi piston tiếp tục di chuyển từ điểm chết dưới lên điểm chết trên, cả van hút và van xả đều đóng. Lúc này, không khí bị giam bên trong xi lanh bắt đầu bị nén lại. Càng lên cao, thể tích trong xi lanh càng giảm và áp suất của không khí bị nén càng tăng. Đây là quá trình nén khí. Khi áp suất của không khí bị nén vượt qua tổng lực căng của lò xo van xả cộng với áp suất trong ống xả, van xả sẽ bị đẩy mở ra và khí nén sẽ được đẩy ra ngoài qua ống xả. Quá trình xả khí kéo dài cho đến khi piston lên đến điểm chết trên. Lúc này, phần lớn không khí trong xi lanh đã được thải ra, áp suất giảm mạnh, van xả sẽ đóng lại dưới tác dụng của lực lò xo. Đây là quá trình xả khí. Khi piston lại tiếp tục di chuyển từ điểm chết trên xuống điểm chết dưới, không khí tươi lại được hút vào xi lanh và chu kỳ hút khí mới lại bắt đầu. Máy nén khí kiểu piston cứ lặp đi lặp lại các chu trình hút khí – nén khí – xả khí một cách tuần hoàn như vậy để thực hiện chức năng nén khí. Lưu ý: Trong thị trường máy nén khí áp suất thấp hiện nay, máy nén khí kiểu piston đã dần bị máy nén khí kiểu trục vít thay thế, do đó, chúng ta chỉ cần hiểu rõ nguyên lý hoạt động của máy nén khí piston là đủ.

2. Máy nén khí kiểu trục vít

Máy nén khí kiểu trục vít được chia thành hai loại: máy nén khí trục vít đôi và máy nén khí trục vít đơn.

2.1) Nguyên lý hoạt động và giới thiệu về máy nén khí trục vít đôi:

Máy nén khí trục vít đôi gồm một cặp rôto ăn khớp với nhau (gồm rôto âm và rôto dương, còn gọi là trục vít). Hai trục vít này quay song song với nhau trong khoang xi lanh, tạo ra sự thay đổi thể tích một cách chu kỳ giữa các rãnh của trục vít. Không khí đi vào từ phía đầu hút, bị cuốn vào các khoang giữa răng vít và vỏ xi lanh và được đưa dọc theo trục vít về phía đầu xả. Trong quá trình đó, không khí liên tục được hút vào, nén lại và đẩy ra ngoài. Cửa hút và cửa xả của máy nén được bố trí ở hai đầu của cụm nén. Rôto âm và rôto dương được dẫn động quay bởi động cơ chính, đảm bảo quá trình hút – nén – xả khí diễn ra liên tục.

2.2) Nguyên lý hoạt động và giới thiệu về máy nén khí trục vít đơn:

Máy nén khí trục vít đơn có đặc điểm là chỉ sử dụng một trục vít. Tuy nhiên, thực tế nó lại có tới ba trục quay: một trục vít chính và hai bánh răng hành tinh đặt vuông góc với trục vít. Mặc dù được xếp vào cùng họ với máy nén trục vít đôi và có những ưu điểm tương tự, nhưng máy nén trục vít đơn vẫn chưa được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp do vướng phải một số khó khăn kỹ thuật chưa thể khắc phục:

• Nhiều bộ phận chuyển động: Máy nén trục vít đơn có ba trục quay, sự khác biệt lớn về độ cứng giữa trục vít và bánh răng hành tinh dễ gây biến dạng không đồng đều khi hoạt động, dẫn đến sai lệch về độ chính xác khi ăn khớp. Kết quả là hiệu suất thể tích thấp. Ngoài ra, trong các loại máy nén trục vít đơn đang có mặt trên thị trường hiện nay, bánh răng hành tinh chủ yếu làm bằng vật liệu phi kim loại, có khả năng chịu mài mòn kém. Khi máy vận hành ở tốc độ cao, mức độ mài mòn lớn sẽ gây rò rỉ nội bộ nhiều hơn, dẫn đến lưu lượng khí giảm đáng kể sau một thời gian ngắn (thường sau 3000–4000 giờ vận hành, lưu lượng giảm trung bình từ 5–10%). Việc biến dạng không đồng đều cũng làm giảm độ ổn định cơ học của toàn bộ máy, dẫn đến tỉ lệ hỏng hóc và bảo trì cao, làm hạn chế đáng kể khả năng ứng dụng của máy trong công nghiệp.
• Vật liệu bánh răng hành tinh cần được cải tiến: Bánh răng hành tinh là một trong những bộ phận lõi của máy nén khí trục vít đơn, có nhiệm vụ chính là làm kín. Nếu dùng thép làm vật liệu, do hệ số giãn nở lớn nên phải để khe hở lớn giữa bánh răng và trục vít, gây rò rỉ khí, hiệu suất thấp và dễ bị kẹt, dẫn đến hỏng hóc nghiêm trọng. Nếu dùng vật liệu tổng hợp để khắc phục điều này, thì lại gặp phải vấn đề như: độ bền thấp, khả năng chịu mài mòn kém. Khi máy hoạt động, dưới tác động của lực cắt và ma sát, vật liệu này nhanh chóng bị mòn, gây rò rỉ nội bộ, giảm hiệu suất, tăng tần suất bảo dưỡng và chi phí sửa chữa. Do đó, việc tìm ra một loại vật liệu có độ bền cao, ít giãn nở và chịu mài mòn tốt đang là một bài toán cần giải quyết. Tuy nhiên, với trình độ khoa học vật liệu hiện tại, vẫn chưa có lời giải triệt để trong thời gian ngắn.
• Hình dạng trục vít cần được tối ưu hóa: Do hai vấn đề nêu trên chưa có hướng giải quyết tốt, nên việc phát triển máy nén khí trục vít đơn vẫn bị hạn chế. Các viện nghiên cứu và nhà sản xuất lớn hiện nay chưa đầu tư nhiều vào việc cải tiến biên dạng trục vít, dẫn đến rất ít đột phá trong thiết kế. Tìm ra được hình dạng trục vít tối ưu là điều kiện tiên quyết để có thể đưa sản phẩm ra thị trường rộng rãi. Tuy nhiên, do tiềm năng thị trường hạn chế, các hãng lớn cũng không mặn mà đầu tư, nên khó có thể kỳ vọng sự cải thiện trong ngắn hạn.

Tóm lại, xét trên cả khía cạnh kỹ thuật lẫn thực tiễn ứng dụng, máy nén khí trục vít đôi hiện là công nghệ tiên tiến và đã được kiểm chứng về độ ổn định và hiệu quả vận hành.

2.3) Máy nén khí ly tâm

Máy nén khí ly tâm sử dụng bánh công tác có gắn các cánh dẫn quay quanh trục máy. Khi không khí đi vào bánh công tác, các cánh quạt quay sẽ truyền động năng cho dòng khí, làm tăng vận tốc và một phần áp suất của dòng khí. Sau đó khí sẽ đi vào bộ khuếch tán, nơi vận tốc giảm dần và động năng được chuyển hóa thành áp suất. Khí tiếp tục qua ống dẫn và thiết bị hồi lưu để đi vào cấp tiếp theo (nếu có), và quá trình nén sẽ tiếp tục cho đến khi đạt được áp suất yêu cầu.

2.4) Máy nén khí kiểu xoắn ốc (scroll)

Máy nén khí kiểu xoắn ốc được cấu tạo bởi hai đĩa xoắn ốc, một đĩa động và một đĩa tĩnh, có biên dạng dựa trên phương trình hàm số kép. Đĩa tĩnh được cố định vào khung máy, đĩa động được truyền động bởi trục lệch tâm và được cơ cấu chống quay tự do giữ lại, chỉ cho phép quay theo quỹ đạo lệch tâm xung quanh tâm của đĩa tĩnh. Không khí đi vào từ phần rìa của đĩa tĩnh qua bộ lọc khí, sau đó bị kẹp trong các khoang hình lưỡi liềm giữa hai đĩa xoắn ốc. Trong quá trình chuyển động, khí được dồn nén dần dần về phía trung tâm và cuối cùng thoát ra ngoài qua lỗ trục ở giữa đĩa tĩnh. Toàn bộ quá trình hút khí – nén khí – xả khí diễn ra liên tục và đều đặn.

2.5) Máy nén khí kiểu cánh trượt (vane)

Máy nén khí kiểu cánh trượt có một trục rotor đặt lệch tâm trong một khoang hình trụ. Trên rotor này có từ 4 đến 6 cánh trượt có thể di chuyển theo hướng xuyên tâm. Dưới đáy các cánh trượt được gắn lò xo, giúp các cánh luôn áp sát vào thành khoang. Khi rotor quay, thể tích giữa các cánh trượt thay đổi, từ đó hút khí, nén khí và xả khí một cách liên tục. Cơ cấu này đơn giản, hiệu quả cao và độ ồn thấp, thích hợp với nhiều ứng dụng khí nén nhỏ và vừa.

IV. Giới thiệu về máy nén khí không dầu và có dầu

1. Giới thiệu về máy nén khí trục vít không dầu

   

2. Giới thiệu cấu tạo bên trong của trục vít máy nén khí không dầu

   

3. Sơ đồ cấu tạo máy nén khí trục vít không dầu

•  1- Cửa hút khí
•  2- Khoang tiêu âm
•  3- Bộ lọc khí
• 4- Trục vít nén thấp áp
• 5- Bộ làm mát trung gian
• 6– Thiết bị tách nước và ống xả
• 7- Trục vít nén cao áp
• 8- Thiết bị tiêu âm
• 9- Van một chiều
• 10- Bộ làm mát sau
• 11- Cửa ra khí nén
• 12- Van xả và thiết bị tiêu âm
• 13- Đường vào nước
• 14- Đường ra nước
• 15- Bộ làm mát dầu
• 16- Bộ lọc dầu
• 17- Van chuyển hướng dầu
• 18- Bơm dầu

4. Nguyên lý hoạt động của máy nén khí trục vít có dầu

   

   V. Các thông số quan trọng của máy nén khí

   1. Áp suất khí xả

Định nghĩa — Là áp suất của khí được xả ra cuối cùng từ máy nén. Đối với máy piston, áp suất này được đo tại bình chứa khí. Đối với máy nén trục vít, được đo tại bình chứa dầu-khí. Áp suất khí xả định mức — Là áp suất khí xả thiết kế theo điều kiện vận hành tiêu chuẩn, cũng chính là áp suất được ghi trên nhãn máy. Máy nén khí có thể hoạt động với bất kỳ áp suất nào thấp hơn áp suất định mức. Nếu cấu trúc máy cho phép chịu được lực và nhiệt độ khí xả tương ứng, thì cũng có thể hoạt động vượt quá áp suất định mức trong thời gian nhất định. Đơn vị thường dùng để đo áp suất khí xả: bar hoặc MPa

2. Lưu lượng thể tích (hay lưu lượng khí xả)

Định nghĩa – Là thể tích khí được cấp ra từ cấp nén cuối cùng của máy nén trong một đơn vị thời gian. Lưu lượng này được đo tại phía sau bộ làm mát sau, van một chiều và thiết bị tách nước, rồi quy đổi về điều kiện áp suất và nhiệt độ tại cửa hút của cấp nén đầu tiên (tức là trạng thái hút khí ban đầu). Công thức tính: Lưu lượng thể tích (lưu lượng khí xả) = Lượng khí hút vào – Lượng khí bị rò rỉ Đơn vị đo lưu lượng thể tích:

• m³/min (mét khối/phút)
• L/min (lít/phút)
• CFM (feet khối/phút)

Quy đổi đơn vị: 1 m³ = 1000 L = 35.315 CFM Tại Trung Quốc, đơn vị thường dùng là m³/min (mét khối/phút), còn gọi là lưu lượng tiêu chuẩn: Nm³/min Tại Trung Quốc, lưu lượng thể tích cũng thường được gọi là lưu lượng khí xả hoặc lưu lượng ghi trên nhãn máy.

3. Nhiệt độ khí xả

Định nghĩa – Là nhiệt độ của khí sau khi được nén tại từng cấp nén. Thông thường, nhiệt độ này được đo tại ống ra khí nén. Các đơn vị đo nhiệt độ:

• °C (độ C)
• °F (độ F)
• K (độ Kelvin – nhiệt độ tuyệt đối)

4. Điểm sương áp suất

Khi không khí được làm lạnh, nếu áp suất riêng phần của hơi nước trong không khí bằng với áp suất bão hòa, thì nhiệt độ tại thời điểm đó được gọi là nhiệt độ điểm sương – tức là lúc đó không khí đã đạt trạng thái bão hòa 100% hơi nước. Điểm sương áp suất là nhiệt độ điểm sương đo được khi khí nén ở áp suất làm việc. Điểm sương khí quyển là nhiệt độ khi hơi nước trong không khí bắt đầu ngưng tụ ở điều kiện áp suất khí quyển thông thường. Bất kỳ quá trình làm lạnh tiếp theo sau điểm sương sẽ khiến hơi nước trong khí bắt đầu ngưng tụ, tạo thành nước ngưng.

5. Hàm lượng dầu trong khí xả

Đơn vị đo: PPM（mg/m³） Chỉ số này biểu thị khối lượng dầu (bao gồm giọt dầu, hạt dầu lơ lửng và hơi dầu) có trong mỗi đơn vị thể tích khí nén, được quy đổi về điều kiện tiêu chuẩn:

• Áp suất tuyệt đối: 0.1 MPa
• Nhiệt độ: 20℃
• Độ ẩm tương đối: 65%

Thông thường, PPM được hiểu là tỷ lệ trọng lượng. Ví dụ: 1 PPM theo khối lượng = 1 phần triệu của 1 kg = 1 mg. Quy đổi tiêu chuẩn: 1 PPMw = 1.2 mg/m³  (Trong điều kiện P = 0.1MPa, t = 20℃, φ = 65%)

VI. Các thương hiệu máy nén khí phổ biến

1. Các thương hiệu quốc tế:

• Atlas Copco (Thụy Điển)
• Ingersoll-Rand (Mỹ)
• Compair/Demag (Đức)
• Sullair (Mỹ)
• Fusheng (Đài Loan)
• Kaeser (Đức)
• Quincy (Mỹ)
• Boge (Đức)
• ZSCREW (Nhật Bản)
• Kobelco (Nhật Bản)
• Hitachi (Nhật Bản)

2. Các thương hiệu trong nước (Trung Quốc):

• Bolite (Thượng Hải)
• Fuda (Liễu Châu)
• Unites (Thượng Hải)
• Weiken (Thượng Hải)
• Skerlo (Thượng Hải)
• Langchao (Thượng Hải)
• Risheng-Schneider (Thượng Hải)
• Dongfang (Thượng Hải)

—

NGHỊ TÍN GROUP

📍 Trụ sở chính: 8 Bis Quốc lộ 13, KP. Bình Hòa, Lái Thiêu, Thuận An, Bình Dương

📞 Hotline: 028 888 333 88

🏢 Chi nhánh miền Bắc: BT2-G1 Khu nhà ở Dự án Hoán Sơn, Tiên Du, Bắc Ninh

📞 Hotline: 0222 371 4188

🌐 Website: nghitin.vn

✉️ Email: sale@nghitin.vn