Cấu tạo, nguyên lý vận hành của máy nén khí cánh gạt

Máy nén khí cánh gạt là gì?

Máy nén khí cánh gạt hay còn được gọi là máy nén cánh trượt, máy nén cánh quay, có tên tiếng Anh là Rotary Vane Compressor. Đây là một trong những loại máy nén dịch chuyển tích cực. Có nghĩa là chúng sử dụng nguyên tắc thay đổi thể tích để nén khí mà cụ thể là dùng lực ly tâm để thay đổi thể tích nén khí. Máy nén này được phát minh bởi Charles C. Barnes  và được cấp bằng sáng chế cho nó vào ngày 16 tháng 6 năm 1874.

Máy nén khí kiểu cánh gạt

Sở dĩ dòng máy nén khí  này có tên là máy nén cánh gạt vì chúng có một roto hình trụ được đặt lệch tâm trong khoang nén và có một khoang trống ở giữa. Không khí đi vào và thoát ra khỏi buồng nén thông qua các cổng vào và ra. Các cánh gạt có lò xo được lắp vào trục để tạo ra các khe hướng tâm. Mục đích của những lò xo này là đảm bảo liên tục tiếp xúc giữa cánh gạt và thành buồng nén. Khi roto quay, một số cánh gạt bị nén và một số cánh được kéo dài ra để tiến hành nén khí.

Cấu tạo của máy nén khí cánh gạt

Những model máy nén khí cánh gạt có cấu tạo gồm một số bộ phận cơ bản đó là:

Máy nén cánh gạt bao gồm một rôto hình trụ đặt lệch tâm trong buồng nén. Thành buồng nén này có các lỗ tiếp nhận và phân phối khí, còn được gọi là cổng đầu vào và đầu ra. Cổng vào của khoang nén lớn hơn so với cổng ra của khoang nén. 

Roto có một khoảng trống tròn ở trung tâm của nó. Khoảng trống tròn này quay lệch tâm so với vỏ. Roto này có một số rãnh hướng tâm trong đó. Mỗi rãnh hướng tâm có một cánh gạt được lắp lò xo. Những cánh gạt này được làm bằng thép hoặc vật liệu sợi tổng hợp. Nếu máy nén được bôi trơn bằng dầu, sẽ có một lớp dầu mỏng ở giữa cánh gạt và vỏ.

Cấu tạo của máy nén khí kiểu gạt

Khoảng trống tròn giữa các cánh gạt liền kề tạo thành các túi có thể tích giảm dần từ một cổng vào cố định đến một cổng xả cố định.

Số lượng cánh gạt càng lớn thì sự rò rỉ không khí càng nhỏ do chênh lệch áp suất nhỏ giữa các không gian lân cận xung quanh roto. Tỷ lệ áp suất cao yêu cầu số lượng cánh gạt lớn (20 - 30). 

Nguyên lý vận hành của máy nén khí cánh gạt

Những chiếc máy nén khí cánh gạt này vận hành dựa trên lực ly tâm để thay đổi thể tích. Cụ thể, rôto của máy nén cánh gạt quay ngược chiều kim đồng hồ. Khi roto quay tròn và nhanh tạo ra lực ly tâm khiến cho các cánh của roto chuyển động hướng ra ngoài về phía vỏ, cho đến khi chúng chạm vào thành vỏ của khoang nén.

Khi cánh gạt di chuyển đến vị trí mà khoảng cách giữa khoảng trống rôto và vỏ càng nhỏ thì lò xo trong cánh gạt sẽ nén lại để duy trì tiếp xúc với vỏ. Khi lò xo nén, không gian giữa hai cánh quạt liền kề cũng giảm đi.

Roto quay ngược chiều kim đồng hồ

Tương tự, khi cánh gạt đến vị trí mà khoảng cách giữa khoảng trống roto và vỏ càng lớn thì lò xo trong cánh gạt sẽ giãn ra để duy trì sự tiếp xúc với vỏ. Khi lò xo mở rộng, không gian giữa hai cánh quạt liền kề cũng tăng lên.

Khi cánh gạt di chuyển xuống, không gian giữa hai cánh gạt liền kề tăng lên cũng như không gian giữa khoảng trống roto và vỏ tăng lên, tạo ra chân không. Do đó khí được hút vào từ lỗ hút.

Gần đầu vào của máy nén cánh gạt, không gian giữa hai cánh gạt liền kề tăng lên do tăng khoảng cách giữa khoảng trống rôto và vỏ. Khi không gian tăng lên giữa hai cánh gạt liền kề, chân không được tạo ra gần đầu vào của máy nén cánh gạt. Do chân không, quá trình hút bắt đầu và khí được hút vào từ đầu vào của máy nén.

Sau đó, khi roto tiếp tục quay, quá trình nén khí bị cuốn vào bắt đầu do sự giảm không gian giữa các cánh quạt liền kề. Khi không gian giữa các cánh gạt giảm, thể tích của khí giảm và khí bị nén. Sau đó, khí áp suất cao được nén sẽ được xả ra khỏi đầu ra của máy nén cánh gạt.

Lực ly tâm làm thay đổi thể tích để nén khí

Gần một nửa sự gia tăng áp suất của khí được phát triển trong quá trình nén là nén thuận nghịch. Sự tăng áp suất còn lại xảy ra khi khí nén được xả ra khỏi đầu ra của máy nén.

>>> Xem thêm: Máy nén khí có bao nhiêu loại?

Đặc điểm của máy nén khí cánh gạt

Về đặc điểm của dòng máy nén khí cánh trượt này chúng ta có thể phân chia thành ưu điểm và nhược điểm cụ thể như sau:

Ưu điểm máy nén khí cánh gạt

Dòng máy nén khí này tương tự như máy nén khí trục vít khi cho khả năng vận hành liên tục mà không có khoảng “thời gian chết”. Có nghĩa là máy không cần khoảng nghỉ trong quá trình vận hành để tránh gia nhiệt. Từ đó cho khả năng hiệu suất nén khí cao, tối ưu nhất.

Máy được sản xuất trên dây chuyền tiên tiến, hiện đại, sử dụng những vật liệu tốt nhất do đó mà độ bền bỉ cao, tuổi thọ lâu dài, ít hỏng hóc. Máy không có nhiều bộ phận chuyển động, chỉ có cánh quạt và roto, cho nên độ ăn mòn thấp. Hơn thế nữa, máy nén khí cánh gạt còn rất dễ bảo trì.

Những model máy nén không khí kiểu cánh gạt còn có thiết kế nhỏ gọn cho khả năng cất giữ cũng như vận chuyển dễ dàng.

Bên cạnh đó, những model máy nén khí kiểu gạt còn được đánh giá là dòng máy nén khí có lượng tiêu thụ điện năng thấp hơn so với những dòng máy nén khí nén trục vít và piston. Chính vì vậy, máy nén cánh gạt được xem là giải pháp tối ưu cho các khu công nghiệp công suất lớn.

Hình ảnh thực tế của buồng nén máy kiểu gạt

Lượng dầu cần thiết cho quá trình bôi trơn của máy cũng không lớn. Người dùng vì vậy mà có thể tiết kiệm được chi phí cho dầu nhớt.

Với những tiến bộ trong công nghệ máy nén này hoạt động rất hiệu quả với dòng chảy ít xung hơn và do đó ít tiếng ồn hơn. 

Hạn chế của máy nén khí kiểu cánh gạt

Bên cạnh những ưu điểm nổi bật như vừa kể ở trên thì những model này còn mang một số hạn chế như sau:

Hạn chế lớn nhất của dòng máy bơm hơi này chính là máy bị kiểm soát tốc độ. Có nghĩa là tốc độ của máy bị giới hạn ở mức khoảng 3000 vòng/phút và không thể cao hơn. Vì máy nén cánh quay dựa vào lực ly tâm để hoạt động, chúng gặp bất lợi vì tốc độ quay. Tốc độ tối đa của máy nén cánh gạt bị giới hạn ở mức xấp xỉ một phần ba so với tốc độ của máy nén trục vít. Chính ở tốc độ tối đa này, công nghệ máy nén cánh quay có nhiều khả năng bị mài mòn và sau đó bị hỏng.

Máy nén cánh quay cũng gặp khó khăn ở tốc độ thấp vì các cánh gạt sẽ không đóng kín hoàn toàn trên vỏ stato, cho phép rò rỉ xảy ra giữa các không gian nén và do đó, giảm hiệu suất.

Khoảng ở tốc độ 500 vòng/phút trở xuống sẽ thiếu lực để cánh gạt ép vào vỏ stato, điều này dẫn đến máy nén chạy không tải và cuối cùng sẽ dừng lại.

Ứng dụng của máy nén khí cánh gạt

Là một trong những loại máy nén khí lâu đời nhất, máy nén cánh gạt có rất nhiều ứng dụng. Cụ thể là:

Thiết bị ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp

• Trong nông nghiệp: Chúng cung cấp một lượng lớn khí nén liên tục cho các ứng dụng như vận hành thiết bị nông nghiệp, sản phẩm trồng trọt hoặc vận chuyển vật liệu.
• Ngành sửa chữa ô tô: thiết bị cung cấp khí nén để hàn, cắt, bơm lốp, vận hành khí cụ và thậm chí vận hành rô bốt vận hành bằng không khí.
• Giặt là: máy nén cánh quay được sử dụng để giúp cung cấp lượng khí nén rất chính xác để quần áo được làm sạch một cách chính xác trong giặt khô.
• Năng lượng: máy nén cánh quay được sử dụng để cung cấp khí nén cho các giàn khoan trong thăm dò năng lượng và vận hành tuabin. Chúng cũng có thể được sử dụng để thu hồi hơi và chuyển khí cũng như tẩy rửa và làm sạch thiết bị.
• Ngành công nghiệp thực phẩm và nước giải khát: Một số ứng dụng bao gồm xử lý sản phẩm, vận hành dao không khí để cắt và bóc sản phẩm, hút chân không trong quá trình đóng gói, bơm chiết dung dịch trong chai lọ  và thậm chí các công việc tinh vi như làm đầy bánh ngọt, bánh ngọt,...
• Y tế: Các loại máy nén cánh gạt này cũng hữu ích trong các ứng dụng dược phẩm, y tế và nha khoa. Ví dụ, máy nén cánh quay có thể được sử dụng để cung cấp khí nén để sấy khô nhanh trong ngành dược phẩm. Chúng có thể được sử dụng cho các công cụ và thiết bị điều khiển bằng không khí như thiết bị thở và tay khoan, máy nội nha được sử dụng để khoan, cắt hoặc đánh bóng răng.

Trên đây là tổng hợp những đặc điểm khái lược nhất về dòng máy nén khí cánh gạt. Chúng phù hợp cho các hoạt động công nghiệp quy mô lớn. Quý vị có thể tham khảo thêm nhiều dòng máy nén khí khác như của Palada, Kumisai, Puma, Fusheng, Wing, Pegasus,... liên hệ ngay hotline 0912 370 282 để được tư vấn chi tiết.