Hồ sơ áp suất khí nén của hộ tiêu thụ

Hồ sơ áp suất khí nén của hộ tiêu thụ
Người kỹ sư hệ thống máy nén khí cần khảo sát các hộ tiêu thụ khí nén khác nhau và xác định áp suất nhỏ nhất tối ưu thực tế để cung cấp máy nén khí một cách phù hợp cho nhu cầu sử dụng khí nén. Thông thường, áp suất nhận biết được thường cao hơn khá nhiều so với áp suất cần thiết cho việc vận hành thích hợp các chức năng của nhu cầu sử dụng khí nén.
Có 2 vị trí vật lý thường được gọi dưới tên là điểm tiêu thụ khí nén. Điểm thứ nhất là đầu cấp kết nối tới các máy móc hay thiết bị hay quá trình, điểm thứ 2 là các thiết bị tiêu thụ khí nén như xy lanh khí nén, bộ truyền động, hay kết nối quá trình. Các thiết bị sử dụng khí nén này là nơi xảy ra sự biến đổi năng lượng của khí nén thành các dạng năng lượng hữu ích. 2 vị trí này được gọi với tên là điểm kết nối cấp cho hộ tiêu
may nen khi thụ và thiết bị sử dụng khí nén.
Áp suất nhận biết và áp suất yêu cầu thực tế
Áp suất cấp cho điểm tiêu thụ khí nén thường bị coi là quá thấp cho việc vận hành phù hợp các thiết bị khí nén. Người kỹ sư hệ thống khí nén phải kiểm tra và xác nhận các giả thiết về áp suất khí nén yêu cầu tại điểm tiêu thụ khí nén.
Người ta thường được giả thiết rằng áp suất cung cấp cho các thiết bị sử dụng khí nén như xy lanh, dụng cụ khí nén, bộ truyền động, … bằng với áp suất tại điểm kết nối vào thiết bị hay quá trình. Trong thực tế, ở giữa điểm kết nối thiết bị và thiết bị sử dụng khí nén còn có các van điều khiển, đường ống, van tiết lưu điều khiển tốc độ và các thiết bị khác được thiết kế bởi OEM (nhà sản xuất thiết bị hay quá trình). Có thể tồn tại một độ sụt áp khá lớn khi khí nén đi qua các thiết bị này. Do đó, áp suất cuối của khí nén tại thiết bị khí nén phải được đo và xác định áp suất yêu cầu thực tế của thiết bị.
Ví dụ:
Trong một đợt kiểm toán hệ thống máy nén khí, vấn đề được quan tâm là việc vận hành không đáng tin cậy của một xy lanh khí nén được dùng để nâng các sản phẩm tại một vị trí trong quá trình sản xuất. Người kỹ sư quá trình và người vận hành thiết bị cho rằng ― Nếu như áp suất hệ thống nhỏ hơn 85 psig thì đường khí nén số 550 sẽ không thể vận hành được‖. Để xác định hiệu quả, một đầu sensor áp suất được gắn trực tiếp tại xy lanh khí nén dùng để nâng sản phẩm này. Đồ thị dưới đây chỉ ra sự biến đổi của áp suất trong một chu kỳ của quá trình sản xuất.

Tổn thất áp suất trên đường ống của hộ tiêu thụ
Người kỹ sư hệ thống máy nén khí sẽ thường xuyên tìm ra những đường ống và kết nối với hộ tiêu thụ, nơi gây ra những tổn thất áp suất không thu hồi được quá lớn. Điều này dẫn tới sự bất hợp lý của áp suất yêu cầu tại điểm kết nối với hộ tiêu thụ. Biện pháp khắc phục ở đây là điều chỉnh đường ống nối tới hộ tiêu thụ để đảm bảo cung cấp đủ lưu lượng không khí đỉnh cho hộ tiêu thụ với độ chênh áp suất động nhỏ nhất. Thiết kế của các máy móc và quá trình có thể gây ra một độ sụt áp lớn giữa đầu kết nối cung cấp khí nén và thiết bị sử dụng khí nén đầu cuối. Các thiết kế OEM nên được xem xét và sửa đổi cho phù hợp để đáp ứng được việc vận hành mà không cần yêu cầu áp suất khí nén quá cao tại điểm kết nối cung cấp khí nén cho hộ tiêu thụ đó.
Áp suất mục tiêu của điểm sử dụng
Người kỹ sư hệ thống máy nén khí phải xác lập được áp suất mục tiêu của điểm sử dụng của sơ đồ hồ sơ áp suất. Nên tránh việc xác lập áp suất mục tiêu quá cao cho điểm kết nối cung cấp khí nén cho các thiết bị sản xuất.
Những nội dung nghiên cứu chính – Áp suất điểm sử dụng
1) Xác định các điểm sử dụng yêu cầu áp suất khí nén cao.
2) Xác nhận những yêu cầu áp suất cao.
3) Loại bỏ các điểm của đường ống sử dụng kém gây tổn thất áp suất quá lớn.
4) Kiểm tra áp suất cung cấp chế độ động cho các thiết bị khí nén.
5) Xem xét lại thiết kế OEM để xác định tổn thất áp suất quá lớn trong máy nén khí.
6) Thiết lập một áp suất mục tiêu thích hợp cho điểm kết nối vào hộ tiêu thụ.

Ảnh hưởng của việc duy trì gradient áp suất ổn định
Một gradient áp suất cố định có thể tác động tới hệ thống khí nén như một lỗ rò lớn. Lỗ rò trong hệ thống khí nén về cơ bản sẽ nối thông hệ thống không khí nén với môi trường. Hãy tưởng tượng môi trường là một bình chứa vô cùng lớn. Dòng không khí đi từ nơi có áp suất cao đến nơi có áp suất thấp theo con đường mà trở lực là nhỏ nhất. Do đó, dòng không khí sẽ chuyển động ra khỏi hệ thống vào môi trường. Gradient áp suất bên trong thể tích của hệ thống không khí nén tác động gây ra những hiệu ứng tương tự đối với khí nén. Trong hệ thống khí nén, khí nén cũng chảy từ nơi có áp suất cao đến nơi có áp suất thấp hơn. Hệ thống được mô tả trong hình 4-6.6 có 2 bình chứa với áp suất khác nhau được nối với nhau qua 1 van đóng kín. Khi van mở ra, điều gì sẽ xảy ra đối với áp suất trong 2 bình? Áp suất sẽ bằng cân với áp suất cao để có áp suất thấp hơn, và áp suất thấp sẽ tăng thêm. Sự thay đổi của áp suất nhanh như thế nào sẽ phụ thuộc vào van mở rộng bao nhiêu hay trở lực của đường ống nối giữa 2 bình này là bao nhiêu.

Trong hình 4-6.7, van được thay thế bởi một ống tiết lưu và máy nén khí hoạt động ở chế độ có tải/không tải được lắp vào hệ thống. Khi máy nén khí có tải, đường ống tiết lưu sẽ tạo ra độ chênh áp suất hay gradient áp suất giữa 2 bình chứa. Khi máy nén khí ở chu kỳ không tải, điều gì sẽ xảy ra đối với áp suất trong 2 bình chứa?



Áp suất sẽ cân bằng, áp suất cao sẽ giảm đi còn áp suất thấp sẽ tăng lên. Làm thế nào điều khiển máy nén khí để đáp ứng việc giảm áp suất ở bình áp suất cao? máy nén khí sẽ chuyển sang chế độ có tải và năng lượng từ máy nén sẽ thiết lập lại gradient áp suất. Khi một gradient áp suất không đổi xuất hiện trong hệ thống khí nén, nó có thể yêu cầu một hay nhiều máy nén khí hoạt động theo chu kỳ (có tải/không tải) để duy trì gradient áp suất. Việc sử dụng công nén để bù cho đường ống kém hiệu quả là rất tốn kém.