[Cẩm nang] Máy nén khí ly tâm: cấu tạo, nguyên lý và ứng dụng

Khác với các loại máy nén khí khác, máy nén khí ly tâm hoạt động dựa trên nguyên lý ly tâm. Nhờ vào tốc độ quay cao của bánh công tác, máy có khả năng nén khí và tạo ra áp suất lớn, phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu lưu lượng khí lớn và liên tục. Cùng maynenkhi247.com tìm hiểu chi tiết về cấu tạo, nguyên lý và ứng dụng của loại máy này qua bài viết sau đây.

1.Máy nén khí ly tâm là gì?

Máy nén khí ly tâm là một thiết bị cơ khí được sử dụng để nén và tăng áp suất. Thay vì sử dụng piston hay một hệ thống cuộn dây, máy nén khí ly tâm sử dụng nguyên lý cơ học ly tâm để nén. Loại máy này thường được sử dụng trong các hệ thống công nghiệp,  yêu cầu hiệu suất cao và lưu lượng khí lớn như trong ngành sản xuất dầu khí, hóa chất, và các ngành công nghiệp nặng khác.

2.Cấu tạo chung của máy nén khí ly tâm

Máy nén khí ly tâm được thiết kế phức tạp với nhiều thành phần hoạt động cùng nhau để nén và tạo ra áp suất khí cần thiết. Cấu tạo chính của máy nén khí ly tâm gồm các bộ phận sau:

1. Vỏ máy

Vỏ máy là lớp ngoài bảo vệ toàn bộ các bộ phận bên trong của máy nén khí ly tâm. Vỏ máy thường được làm từ thép hợp kim hoặc gang đúc để đảm bảo độ bền cao và khả năng chịu được áp lực lớn từ khí nén bên trong. Vỏ máy hiện nay được thiết kế theo hai dạng là liền khối và dạng 2 nửa (thuận tiện tháo/lắp nhanh chóng). Ngoài khả năng bảo vệ, vỏ máy còn giúp định hình luồng khí, đảm bảo rằng khí nén được dẫn đi đúng hướng và không bị rò rỉ.

2. Trục máy nén ly tâm

Trục máy nén là bộ phận quan trọng giúp kết nối và truyền động từ động cơ đến bánh công tác. Trục thường được làm từ thép không gỉ hoặc thép hợp kim cao cấp để đảm bảo độ bền và khả năng chịu tải. Thiết kế trục yêu cầu độ chính xác cao để đảm bảo hoạt động ổn định và tránh rung động, vì bất kỳ sai lệch nào trong việc cân bằng có thể gây hư hại cho máy nén.

3. Bánh công tác (Impeller)

Bánh công tác (Impeller) đóng vai trò quan trọng trong việc tăng áp suất khí, được lắp trên trục máy và quay với tốc độ cao. Nhiệm vụ của nó là biến đổi động năng thành áp suất, đồng thời thực hiện quá trình nén khí. Có ba loại bánh công tác phổ biến: kín, nửa hở và hở, mỗi loại đều được thiết kế với các cánh quạt để tăng tốc luồng khí từ trung tâm ra ngoài. Nhờ lực ly tâm, khí được nén và đẩy ra với áp suất cao, giúp cải thiện hiệu quả nén khí trong hệ thống.

[1] 

Cấu tạo bên trong của máy nén khí ly tâm.

4. Cánh định hướng (Vách ngăn hay Cánh tĩnh – Diffuser)

Cánh định hướng thường làm từ gang hoặc thép hợp kim, có vai trò dẫn hướng dòng khí từ cửa xả của một cấp nén sang cửa nạp của cấp nén tiếp theo. Cánh tĩnh gắn cố định vào vỏ máy và không quay theo trục, giúp duy trì luồng khí ổn định trong quá trình nén. Khi khí di chuyển từ bánh công tác qua cánh tĩnh, tốc độ khí giảm dần, và năng lượng động học của nó được chuyển hóa thành năng lượng áp suất. Quá trình này giúp gia tăng áp suất khí mà không gây tăng nhiệt độ quá cao.

5. Bộ phận làm kín (Vòng bít)

Bộ phận làm kín giúp ngăn chặn khí nén thoát ra khỏi hệ thống và đảm bảo hiệu suất hoạt động của máy nén khí ly tâm.

a. Vòng đệm kín khuất khúc (Labyrinth Seal)

Do cánh định hướng không quay cùng trục máy, giữa chúng phải có một khe hở. Để ngăn chặn khí nén rò rỉ qua khe này trở lại cửa nạp, vòng đệm khuất khúc được sử dụng. Thiết kế của vòng có dạng răng cưa không chạm vào trục, làm từ kim loại mềm để tránh làm hư trục. Khi khí nén đi vào các không gian giữa các răng, hướng di chuyển của khí thay đổi và tốc độ giảm, hạn chế rò rỉ khí.

b. Vòng bịt kín kiểu tiếp xúc cơ học (Mechanical Seal

Vòng bịt này sử dụng các bề mặt tiếp xúc cơ học để tạo ra một lớp bảo vệ kín giữa trục và vỏ máy. Bộ phận chính của vòng bịt bao gồm vòng tĩnh và vòng động. Vòng động được lắp chặt với trục máy và quay theo trục và những mặt tiếp xúc giữa hai vòng này sẽ ngăn cho khí nén rò rỉ ra ngoài.

c. Đệm màng lỏng (Oil Seal)

Đệm màng lỏng có nhiệm vụ ngăn chặn sự rò rỉ dầu bôi trơn trong máy nén khí ly tâm, đảm bảo các bộ phận chuyển động được bôi trơn liên tục mà không làm rò dầu ra ngoài. Đối với những máy nén khí hoạt động ở áp suất cao, đệm màng lỏng được sử dụng để đảm bảo tính kín. Thiết kế của nó bao gồm ống lót trong và ngoài, không quay theo trục nhưng có một khe hở với trục. 

6. Ngăn cân bằng

Trong quá trình vận hành, áp suất không đều trên hai phía của trục, với áp suất cao thường tác động mạnh hơn, khiến trục có xu hướng dịch chuyển về phía cửa nạp. Sự dịch chuyển này có thể gây ra va đập, mài mòn, và làm hỏng các bộ phận liên quan. Ngăn cân bằng giúp điều chỉnh và phân bổ lại lực, ngăn chặn sự mất cân bằng này.

Ngăn cân bằng được gắn trực tiếp vào trục và chia làm hai phần: phần gần cửa nạp chịu tác động của áp suất từ khí xả, trong khi phần gần cửa xả chịu tác động của áp suất khí nạp. Cơ chế này giúp cân bằng lực tác động lên trục, giảm thiểu hiện tượng dịch chuyển. Nhờ có ngăn cân bằng, máy nén khí ly tâm có thể hoạt động tối đa công suất nhưng vẫn đảm bảo tuổi thọ máy.

Máy nén khí ly tâm được thiết kế với nhiều bộ phận phức tạp.

3.Nguyên lý làm việc của máy nén khí ly tâm

Nguyên lý làm việc của máy nén khí ly tâm có sự phức tạp hơn nhiều so với các loại máy nén như piston hay trục vít, do cơ chế nén khí dựa trên lực ly tâm và chuyển đổi động năng thành áp suất.

• Khi khí vào từ cửa hút, bánh công tác sẽ quay với tốc độ rất cao, tạo ra một lực ly tâm mạnh mẽ. Luồng khí được đẩy ra ngoài với tốc độ cao, và khi qua vách ngăn (diffuser), tốc độ của khí giảm lại, chuyển đổi thành áp suất cao.
• Khí vào từ đầu vào với áp suất thấp và được nén qua quá trình liên tục khi di chuyển qua các bánh công tác và cánh tĩnh. Đến khi khí ra khỏi máy nén, áp suất của nó đã được tăng lên đáng kể, sẵn sàng cho các ứng dụng khác nhau.
• Dòng khí trong máy nén khí ly tâm không di chuyển theo hướng thẳng mà theo hình dạng xoắn ốc do tác động của lực ly tâm. Quá trình này giúp biến đổi năng lượng cơ học thành năng lượng áp suất mà không cần tiêu thụ quá nhiều năng lượng.

4. Ưu điểm của máy nén khí ly tâm

Máy nén khí ly tâm cung cấp nguồn khí nén lớn và liên tục, mang lại nhiều ưu điểm vượt trội như:

• Hiệu suất cao: Máy nén khí ly tâm hoạt động hiệu quả với khả năng tạo ra lưu lượng lớn, phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu lượng khí nén lớn liên tục, chẳng hạn như trong ngành dầu khí, hóa chất, và năng lượng.
• Tiết kiệm chi phí vận hành: Được chế tạo từ những vật liệu chống va đập tốt, máy có độ bền cao và ít gặp các sự cố kỹ thuật. Nhờ đó, người sử dụng sẽ tiết kiệm được chi phí sửa chữa phát sinh trong quá trình vận hành.
• Hoạt động ổn định: Máy nén khí ly tâm duy trì được áp suất ổn định trong quá trình vận hành liên tục, giúp đảm bảo tính ổn định cho hệ thống khí nén, đặc biệt hữu ích trong các ứng dụng đòi hỏi độ chính xác cao.
• Tiết kiệm năng lượng: Với cơ chế chuyển đổi năng lượng linh hoạt trong quá trình nén khí, máy nén khí ly tâm tiêu thụ ít năng lượng hơn so với nhiều loại máy nén khác.

Máy nén khí ly tâm chuyển đổi động năng thành áp suất.

5. Ứng dụng của máy nén khí ly tâm trong công nghiệp

Máy nén khí ly tâm thường được sử dụng trong các ngành công nghiệp nặng và trong các môi trường đòi hỏi máy hoạt động liên tục, với công suất có thể lên tới hàng trăm hoặc thậm chí hàng ngàn mã lực.

• Ngành dầu khí: Sử dụng trong các hệ thống vận chuyển khí tự nhiên và nén khí trong quá trình khai thác dầu.
• Ngành hóa chất: Dùng để nén khí cho các quá trình hóa học như sản xuất phân bón và hóa chất công nghiệp.
• Ngành điện lực: Ứng dụng trong các hệ thống cung cấp khí cho tuabin phát điện.
• Ngành sản xuất thực phẩm và đồ uống: Được sử dụng trong các hệ thống nén khí trong quy trình sản xuất và đóng gói.

6. Tại sao nên lựa chọn máy nén khí ly tâm?

Máy nén khí ly tâm có thể giải quyết bài toán kinh tế cho các nhà máy, xí nghiệp có nhu cầu nén khí lớn và liên tục. Máy nén khí ly tâm được thiết kế để chuyển đổi năng lượng từ động cơ thành áp suất khí nén, góp phần giảm hao phí năng lượng. Đồng thời, hạn chế lượng khí thải CO2 thải ra ngoài môi trường, doanh nghiệp không còn phải đau đầu về chi phí xử lý chất thải.

Máy nén khí ly tâm được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực quan trọng.

Với khả năng cung cấp khí nén liên tục, máy nén khí ly tâm đặc biệt phù hợp cho các hệ thống tự động hóa trong sản xuất lớn, yêu cầu khối lượng khí nén đều đặn và không bị gián đoạn. Các dòng máy nén ly tâm hiện đại thường được tích hợp hệ thống điều khiển tự động, có thể theo dõi và điều chỉnh các thông số vận hành, tối ưu hóa trong quá trình sản xuất.

Việc đầu tư máy nén khí ly tâm vào quy trình sản xuất là bước đi chiến lược giúp doanh nghiệp nâng cao hiệu quả kinh doanh. Nếu cần thêm thông tin về máy nén khí ly tâm, hãy liên hệ ngay với maynenkhi247.com để được tư vấn miễn phí. Chúng tôi cam kết cung cấp các giải pháp toàn diện cho hệ thống máy nén khí công nghiệp, phục vụ tốt nhất nhu cầu của khách hàng!