Thủy lực và điều khiển khí nén
Nhằm trang bị cho người học nền kiến thức tốt nhất để tiếp cận nhanh chóng với các thiết bị của hệ thống điều khiển khí nén - thủy lực trong thực tế, tài liệu biên soạn được tổng hợp từ những kiến thức cơ bản của các lĩnh vực liên quan với các nội dung giúp người học có thể tính toán, thiết kế, lắp đặt và điều khiển được một hệ thống truyền dẫn khí nén và thủy lực theo các yêu cầu khác nhau.
BOÄ GIAÙO DUÏC & ÑAØO TAÏO
TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC KYÕ THUAÄT COÂNG NGHEÄ TP.HCM
ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC
TH.S LEÂ VAÊN TIEÁN DUÕNG
ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Muïc luïc
MUÏC LUÏC
Lôøi môû ñaàu 1
Muïc luïc 2
PHAÀN I : ÑAÏI CÖÔNG VEÀ ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC
CHÖÔNG 1 - CÔ SÔÛ LYÙ THUYEÁT
1.1. Sô löôïc veà heä thoáng ñieàu khieån khí neùn vaø thuûy löïc 6
1.2. Öu vaø nhöôïc ñieåm cuûa heä thoáng ñieàu khieån baèng khí neùn & thuûy löïc 8
1.2.1. Heä thoáng khí neùn
1.2.2. Heä thoáng thuûy löïc
1.3. Phaïm vi öùng duïng cuûa ñieàu khieån khí neùn & thuûy löïc trong coâng nghieäp 9
1.3.1. ÖÙng duïng cuûa heä thoáng khí neùn
1.3.2. ÖÙng duïng cuûa heä thoáng thuûy löïc
1.4. Ñôn vò ño cuûa caùc ñaïi löôïng cô baûn 12
1.4.1. AÙp suaát
1.4.2. Löïc
1.4.3. Coâng
1.4.4. Coâng suaát
1.4.5. Ñoä nhôùt ñoäng
CHÖÔNG 2 - CUNG CAÁP VAØ XÖÛ LYÙ NGUOÀN NAÊNG LÖÔÏNG
2.1. Khí neùn 16
2.1.1. Saûn xuaát khí neùn
2.1.2. Phaân phoái khí neùn
2.1.3. Xöû lyù nguoàn khí neùn
2.2. Thuûy löïc (daàu eùp) 23
2.2.1. Cung caáp naêng löôïng daàu
2.2.2. Xöû lyù nguoàn daàu
PHAÀN II: CAÙC THAØNH PHAÀN CUÛA HEÄ THOÁNG ÑIEÀU KHIEÅN
KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC
CHÖÔNG 3 - PHAÀN TÖÛ ÑÖA TÍN HIEÄU VAØ XÖÛ LYÙ TÍN HIEÄU ÑIEÀU KHIEÅN
3.1. Caùc phaàn töû ñöa tín hieäu 32
3.1.1. Tín hieäu khoâng ñieän
3.1.2. Tín hieäu ñieän
3.2. Caùc phaàn töû xöû lyù tín hieäu ñieàu khieån 39
3.2.1. Phaàn töû YES
3.2.2. Phaàn töû NOT
3.2.3. Phaàn töû AND
3.2.4. Phaàn töû OR
3.2.5. Phaàn töû NAND
3.2.6. Phaàn töû NOR
3.2.7. Phaàn töû Nhôù Flip-Flop
CHÖÔNG 4 - CAÙC PHAÀN TÖÛ CHAÁP HAØNH
4.1. Ñoäng cô (motor) 46
3
ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Muïc luïc
4.1.1. Ñoäng cô baùnh raêng
4.1.2. Ñoäng cô truïc vít
4.1.3. Ñoäng cô caùnh gaït
4.1.4. Ñoäng cô pít toâng höôùng kính
4.1.5. Ñoäng cô pít toâng höôùng truïc
4.2. Xy lanh (Cylinder) 49
4.2.1. Xy lanh taùc ñoäng ñôn
4.2.2. Xy lanh taùc ñoäng keùp
4.2.3. Xy lanh maøng
4.2.4. Xy lanh quay
CHÖÔNG 5 - CAÙC PHAÀN TÖÛ ÑIEÀU CHÆNH VAØ ÑIEÀU KHIEÅN
5.1. Khaùi nieäm 58
5.2. Caùc phaàn töû ñieàu chænh 59
5.2.1. Van an toaøn vaø van traøn
5.2.2. Van caûn
5.2.3. Van giaûm aùp
5.2.4. Van tieát löu
5.2.5. Van chaân khoâng
5.2.6. Van ñieàu chænh thôøi gian
5.3. Caùc phaàn töû ñieàu khieån 62
5.3.1. Van moät chieàu
5.3.2. Van ñaûo chieàu
5.3.3. Caùc van tuyeán tính 69
CHÖÔNG 6 - TÍNH TOAÙN TRUYEÀN ÑOÄNG HEÄ THOÁNG KHÍ NEÙN VAØ THUÛY LÖÏC
6.1. Toån thaát trong heä thoáng ñieàu khieån khí neùn & thuûy löïc
6.1.1. Toån thaát trong heä thoáng khí neùn 78
6.1.2. Toån thaát trong heä thoáng thuûy löïc 82
6.2. Cô sôû tính toaùn truyeàn ñoäng heä thoáng
6.3. Tính toaùn moät soá maïch ñieån hình 90
PHAÀN III: PHAÂN TÍCH VAØ THIEÁT KEÁ
CHÖÔNG 7 - PHÖÔNG PHAÙP THIEÁT KEÁ MAÏCH ÑIEÀU KHIEÅN 94
7.1. Lyù thuyeát ñaïi soá boole 96
7.2. Phaân loaïi phöông phaùp ñieàu khieån 100
7.3. Phöông phaùp thieát keá maïch ñieàu khieån 103
7.3.1. Bieåu dieån chöùc naêng cuûa quaù trình ñieàu khieån 103
7.3.1.1. Bieåu ñoà traïng thaùi
7.3.1.2. Sô ñoà chöùc naêng
7.3.1.3. Löu ñoà tieán trình
7.3.2. Vieát phöông trình ñieàu khieån 108
7.3.3. Veõ sô ñoà maïch ñieàu khieån 109
7.4. Ñieàu khieån baènh laäp trình 111
Taøi lieäu tham khaûo 118
4
ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Lôøi noùi ñaàu
LÔØI NOÙI ÑAÀU
Cuøng söï phaùt trieån khoâng ngöøng cuûa lónh vöïc töï ñoäng
hoùa, ngaøy nay caùc thieát bò truyeàn daãn, ñieàu khieån khí neùn –
thuûy löïc söû duïng trong maùy moùc trôû neân roäng raõi ôû haàu heát
caùc lónh vöïc coâng nghieäp nhö maùy coâng cuï CNC, phöông tieän
vaän chuyeån, maùy daäp, maùy xaây döïng, maùy eùp phun, maùy bay,
taøu thuûy, maùy y khoa, daây chuyeàn cheá bieán thöïc phaåm,… do
nhöõng thieát bò naøy laøm vieäc linh hoaït, ñieàu khieån toái öu, ñaûm
baûo chính xaùc , coâng suaát lôùn vôùi kích thöôùc nhoû goïn vaø laép
ñaët deã daøng ôû nhöõng khoâng gian chaät heïp so vôùi caùc thieát bò
truyeàn ñoäng vaø ñieàu khieån baèng cô khí hay ñieän.
Nhaèm trang bò cho baïn ñoïc neàn kieán thöùc toát nhaát ñeå tieáp
caän nhanh choùng vôùi caùc thieát bò cuûa heä thoáng ñieàu khieån khí
neùn – thuûy löïc trong thöïc teá. Baèng nhöõng kinh nghieäm taùc giaû
ñuùc keát ñöôïc cuûa nhieàu naêm laøm vieäc thöïc tieãn treân caùc maùy,
coâng ngheä ñieàu khieån soá hieän ñaïi goùp phaàn vaøo ñaøo taïo
nguoàn nhaân löïc, taùc giaû ñaõ bieân soaïn ra cuoán saùch naøy.
Cuoán saùch “Ñieàu khieån khí neùn & thuûy löïc” ñöôïc taùc giaû
toång hôïp töø nhöõng kieán thöùc cô baûn cuûa caùc lónh vöïc lieân
quan. Hy voïng qua noäi dung cuûa cuoán saùch naøy baïn ñoïc coù
theå tính toaùn, thieát keá, laép ñaët vaø ñieàu khieån ñöôïc moät heä
thoáng truyeàn daãn khí neùn & thuûy löïc theo caùc yeâu caàu khaùc
nhau.
Trong quaù trình bieân soaïn cuoán saùch naøy, khoâng theå
traùnh khoûi nhöõng thieáu soùt. Raát mong söï ñoùng goùp cuûa caùc
ñoäc giaû gaàn xa.
Tp.HCM, ngaøy 17 thaùng 10 naêm 2004
Taùc giaû
1
ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 1 – Ñaïi cöông veà ñieàu khieån Khí neùn & Thuûy löïc
PHAÀN I
ÑAÏI CÖÔNG VEÀ ÑIEÀU KHIEÅN
KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC
CHÖÔNG 1
CÔ SÔÛ LYÙ THUYEÁT
Sô löôïc veà heä thoáng ñieàu khieån khí
neùn & thuûy löïc
Heä thoáng ñieàu khieån
Tín hieäu ñieàu khieån
Ñieàu khieån voøng hôû
Ñieàu khieån voøng kín
Öu vaø nhöôïc ñieåm cuûa heä thoáng
ñieàu khieån thuûy löïc & khí neùn
Phaïm vi öùng duïng
Coâng thöùc vaø ñôn vò ño cô baûn
Baøi taäp
5
ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 1 – Ñaïi cöông veà ñieàu khieån Khí neùn & Thuûy löïc
1.1. SÔ LÖÔÏC VEÀ HEÄ THOÁNG ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN VAØ THUÛY LÖÏC
1.1.1. Heä thoáng ñieàu khieån
Heä thoáng ñieàu khieån khí neùn & thuûy löïc bao goàm caùc phaàn töû ñieàu khieån vaø cô caáu
chaáp haønh ñöôïc noái keát vôùi nhau thaønh heä thoáng hoaøn chænh ñeå thöïc hieän nhöõng nhieäm vuï
theo yeâu caàu ñaët ra. Heä thoáng ñöôïc moâ taû nhö hình 1-1.
Naêng löôïng ñieàu khieån
Tín hieäu Xöû lyù thoâng tin, Cô caáu chaáp haønh ( bieán
ñaàu vaøo ñieàu khieån naêng löôïng -> cô naêng)
Phaûn hoài
Hình 1.1 Heä thoáng ñieàu khieån khí neùn & thuûy löïc
- Tín hieäu ñaàu vaøo: nuùt nhaán, coâng taéc; coâng taéc haønh trình; caûm bieán.
- Phaàn xöû lyù thoâng tin: xöû lyù tín hieäu nhaän vaøo theo moät quy taéc logic xaùc ñònh, laøm thay
ñoåi traïng thaùi cuûa phaàn töû ñieàu khieån: van logic And, Or, Not, Yes, Flip-Flop, rôle…
- Phaàn töû ñieàu khieån: ñieàu khieån doøng naêng löôïng ( löu löôïng, aùp suaát) theo yeâu caàu, thay
ñoåi traïng thaùi cuûa cô caáu chaáp haønh: van chænh aùp, van ñaûo chieàu, van tieát löu, ly hôïp…
- Cô caáu chaáp haønh: thay ñoåi traïng thaùi cuûa ñoái töôïng ñieàu khieån, laø ñaïi löôïng ra cuûa maïch
ñieàu khieån: xy lanh khí-daàu, ñoäng cô khí neùn-daàu.
- Naêng löôïng ñieàu khieån: bao goàm phaàn thoâng tin vaø coâng suaát.
Phaàn thoâng tin:
-ñieän töû
- ñieän cô
- khí
- daàu
- quang hoïc
- sinh hoïc
Phaàn coâng suaát:
- Ñieän: coâng suaát nhoû, ñieàu khieån hoaït ñoäng deã, nhanh.
- Khí: coâng suaát vöøa, quaùn tính, toác ñoä cao.
- Thuûy: coâng suaát lôùn, quaùn tính ít - deã oån ñònh, toác ñoä thaáp.
1.1.2. Caùc loaïi tín hieäu ñieàu khieån
Trong ñieàu khieån khí neùn vaø thuyû löïc noùi chuùng ta söû duïng hai loaïi tín hieäu:
+ töông töï (hình 1.2.a)
6
ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 1 – Ñaïi cöông veà ñieàu khieån Khí neùn & Thuûy löïc
+ rôøi raïc (soá) (hình 1.2.b).
S(signal)
S(signal)
1
0
t (time) t (time)
Hình 1.2.a Hình 1.2.b
1.1.3. Ñieàu khieån voøng hôû
Heä thoáng ñieàu khieån voøng hôû laø khoâng coù söï so saùnh giöõa tín hieäu ñaàu ra vôùi tín
hieäu ñaàu vaøo, giaù trò thöïc thu ñöôïc vaø giaù trò caàn ñaït khoâng ñöôïc ñieàu chænh, xöû lyù. Hình
1.3 moâ taû heä thoáng ñieàu khieån toác ñoä ñoäng cô thuûy löïc.
Giaù trò ñaët Löu löôïng Löu löôïng Toác ñoä
Van ñieàu Ñoäng cô
khieån tæ leä thuûy löïc
- Thay ñoåi taûi troïng
- Thay ñoåi löu löôïng bôm
- Thay ñoåi aùp suaát heä
- Thay ñoåi t0 daàu
Hình 1.3 Heä thoáng ñieàu khieån hôû toác ñoä ñoäng cô thuûy löïc
1.1.4. Ñieàu khieån voøng kín (hoài tieáp)
Heä thoáng maø tín hieäu ñaàu ra ñöôïc phaûn hoài ñeå so saùnh vôùi tín hieäu ñaàu vaøo. Ñoä
cheânh leäch cuûa 2 tín hieäu vaøo ra ñöôïc thoâng baùo cho thieát bò ñieàu khieån, ñeå thieát bò naøy taïo
ra tín hieäu ñieàu khieån taùc duïng leân ñoái töôïng ñieàu khieån sao cho giaù trò thöïc luoân ñaït ñöôïc
nhö mong muoán. Hình 1.4 minh hoïa heä thoáng ñieàu khieån vò trí cuûa chuyeån ñoäng caàn pít
toâng xy lanh thuûy löïc.
Boä ñieàu
khieån tæ leä
Tín hieäu
ñieàu khieån Vò trí
Giaù trò ñaët + (u) Van ñieàu Löu löôïng Xy lanh
kp thuûy löïc
khieån tæ leä
Phaàn töû - Khueách
so saùnh ñaïi tæ leä
Ño löôøng vi trí
Hình 1.4 Heä thoáng ñieàu khieån kín vi trí pít toâng thuûy löïc
7
ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 1 – Ñaïi cöông veà ñieàu khieån Khí neùn & Thuûy löïc
1.2. ÖU VAØ NHÖÔÏC ÑIEÅM CUÛA HEÄ THOÁNG ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY
LÖÏC
1.2.1. Khí neùn
a) Öu ñieåm
− Tính ñoàng nhaát naêng löôïng giöõa phaàn I vaø P ( ñieàu khieån vaø chaáp haønh) neân baûo
döôõng, söûa chöõa, toå chöùc kyõ thuaät ñôn giaûn, thuaän tieän.
− Khoâng yeâu caàu cao ñaëc tính kyõ thuaät cuûa nguoàn naêng löôïng: 3 – 8 bar.
− Khaû naêng quaù taûi lôùn cuûa ñoäng cô khí
− Ñoä tin caäy khaù cao ít truïc traëc kyõ thuaät
− Tuoåi thoï lôùn
− Tính ñoàng nhaát naêng löôïng giöõa caùc cô caáu chaáp haønh vaø caùc phaàn töû chöùc naêng baùo
hieäu, kieåm tra, ñieàu khieån neân laøm vieäc trong moâi tröôøng deã noå, vaø baûo ñaûm moâi
tröôøng saïch veä sinh.
− Coù khaû naêng truyeàn taûi naêng löôïng xa, bôûi vì ñoä nhôùt ñoäng hoïc khí neùn nhoû vaø toån thaát
aùp suaát treân ñöôøng daãn ít.
− Do troïng löôïng cuûa caùc phaàn töû trong heä thoáng ñieàu khieån baèng khí neùn nhoû, hôn
nöõakhaû naêng giaõn nôû cuûa aùp suaát khí lôùn, neàn truyeàn ñoäng coù theå ñaït ñöôïc vaän toác raát
cao.
b) Nhöôïc ñieåm
− Thôøi gian ñaùp öùng chaäm so vôùi ñieän töû
− Khaû naêng laäp trình keùm vì coàng keành so vôùi ñieän töû , chæ ñieàu khieån theo chöông trình
coù saün. Khaû naêng ñieàu khieån phöùc taïp keùm.
− Khaû naêng tích hôïp heä ñieàu khieån phöùc taïp vaø coàng keành.
− Löïc truyeàn taûi troïng thaáp.
− Doøng khí neùn thoaùt ra ôû ñöôøng daãn gaây tieáng oàn
− Khoâng ñieàu khieån ñöôïc quaù trình trung gian giöõa 2 ngöôõng.
1.2.2. Thuûy löïc
a) Öu ñieåm
- Truyeàn ñoäng ñöôïc coâng suaát cao vaø löïc lôùn nhôø caùc cô caáu töông ñoái ñôn giaûn, hoaït ñoäng
vôùi ñoä tin caäy cao, ñoøi hoûi ít veà chaêm soùc, baûo döôõng.
- Ñieàu chænh ñöôïc vaän toác laøm vieäc tinh vaø khoâng caáp nhôø caùc thieát bò ñieàu khieån kyõ thuaät
soá hoùa, deã thöïc hieän töï ñoäng hoùa theo ñieàu kieän laøm vieäc hoaëc chöông trình ñaõ cho saün.
- Keát caáu nhoû goïn, noái keát giöõa caùc thieát vôùi nhau deã daøng baèng vieäc ñoåi choã caùc moái noái
oáng.
- Deã bieán ñoåi chuyeån ñoäng quay cuûa ñoäng cô thaønh chuyeån ñoäng tònh tieán cuûa cô caáu chaáp
haønh.
- Coù khaû naêng giaûm khoái löôïng vaø kích thöôùc nhôø choïn aùp suaát thuûy löïc cao.
- Nhôø quaùn tính nhoû cuûa bôm vaø ñoäng cô thuûy löïc, nhôø tính chòu neùn cuûa daàu neân coù theå söû
duïng vaän toác cao maø khoâng sôï bò va ñaäp maïnh nhö trong tröôøng hôïp cô khí hay ñieän.
- Deã theo doõi vaø quan saùt baèng aùp keá, ngay caû nhöõng heä maïch phöùc taïp.
- Töï ñoäng hoùa ñôn giaûn duøng caùc phaàn töû tieâu chuaån hoùa.
- Deã ñeà phoøng quaù taûi nhôø van an toaøn.
8
ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 1 – Ñaïi cöông veà ñieàu khieån Khí neùn & Thuûy löïc
b) Nhöôïc ñieåm
- Maát maùt trong ñöôøng oáng daãn vaø roø ræ beân trong caùc phaàn töû, laøm giaûm hieäu suaát vaø
phaïm vi öùng duïng.
- Khoù giöõ ñöôïc vaän toác khoâng ñoåi khi phuï taûi thay ñoåi do tính neùn ñöôïc cuûa daàu vaø tính
ñaøn hoài cuûa ñöôøng oáng daãn.
- Nhieät ñoä vaø ñoä nhôùt thay ñoåi laøm aûnh höôûng ñeán ñoä chính xaùc ñieàu khieån.
- Khaû naêng laäp trình vaø tích hôïp heä thoáng keùm neân khoù khaên khi thay ñoåi chöông trình laøm
vieäc.
- Khi môùi khôûi ñoäng, nhieät ñoä cuûa heä thoáng chöa oån ñònh, vaän toác laøm vieäc thay ñoåi do ñoä
nhôùt cuûa chaát loûng thay ñoåi.
1.3. PHAÏM VI ÖÙNG DUÏNG CUÛA ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC
1.3.1. Phaïm vi öùng duïng cuûa ñieàu khieån khí neùn
Heä thoáng ñieàu khieån khí neùn ñöôïc söû duïng roäng raõi ôû nhöõng lónh vöïc maø ôû ñoù vaán
ñeà nguy hieåm, hay xaûy ra caùc chaùy noå, nhö: caùc ñoà gaù keïp caùc chi tieát nhöïa, chaát deûo;
hoaëc ñöôïc söû duïng trong ngaønh cô khí nhö caáp phoâi gia coâng; hoaëc trong moâi tröôøng veä
sinh saïch nhö coâng ngheä saûn xuaát caùc thieát bò ñieän töû. Ngoaøi ra heä thoáng ñieàu khieån baèng
khí neùn ñöôïc söû duïng trong caùc daây chuyeàn saûn xuaát thöïc phaåm, nhö: röõa bao bì töï ñoäng,
chieát nöôùc voâ chai…; trong caùc thieát bò vaän chuyeån vaø kieåm tra cuûa caùc baêng taûi, thang maùy
coâng nghieäp, thieát bò loø hôi, ñoùng goùi, bao bì, in aán, phaân loaïi saûn phaåm vaø trong coâng
nghieäp hoùa chaát, y khoa vaø sinh hoïc.
1.3.2. Phaïm vi öùng duïng cuûa ñieàu khieån thuûy löïc
Heä thoáng ñieàu khieån thuûy löïc ñöôïc söû duïng trong lónh vöïc coâng nghieäp, nhö: maùy
eùp aùp löïc, maùy naâng chuyeån, maùy coâng cuï gia coâng kim loaïi, maùy daäp, maùy xuùc, tôøi keùo,…
Döôùi ñaây laø moät soá hình minh hoïa veà öùng duïng cuûa heä thoáng ñieàu khieån khí neùn vaø
thuûy löïc.
Heä thoáng naâng baûo döôõng xe
Taùy maùy gaép saûn phaåm baèng khí neùn
9
ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 1 – Ñaïi cöông veà ñieàu khieån Khí neùn & Thuûy löïc
Maùy caét thuûy löïc Khuoân taïo deø xe maùy
Gheùp caùc cô caáu khuoân
Maùy eùp thuûy löïc
Maùy caùn thuûy löïc
10
ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 1 – Ñaïi cöông veà ñieàu khieån Khí neùn & Thuûy löïc
Maùy eùp ñeá giaøy
Maùy chaán thuûy löïc
Maùy uoán oáng thuûy löïc
Ñoùng goùi saûn phaåm
Phaân loai saûn phaåm
11
ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 1 – Ñaïi cöông veà ñieàu khieån Khí neùn & Thuûy löïc
1.4. COÂNG THÖÙC VAØ ÑÔN VÒ ÑO CUÛA CAÙC ÑAÏI LÖÔÏNG CÔ BAÛN
1.4.1. Löïc
- Ñôn vò cuûa löïc laø Newton (N). 1 Newton laø löïc taùc ñoäng leân ñoái troïng coù khoái löôïng 1kg
vôùi gia toác 1 m/s2.
1 N = 1 kg.m/s2
1.4.2. Aùp suaát
- Ñôn vò cô baûn cuûa aùp suaát theo heä ño löôøng SI laø pascal.
- Pascal (Pa) laø aùp suaát phaân boá ñeàu leân beà maët coù dieän tích 1m2 vôùi löïc taùc ñoäng vuoâng
goùc leân beà maët ñoù laø 1 Newton (N).
1 Pascal = 1 N/m2 = 1kg m/s2/m2 = 1kg/ms2
- Ngoaøi ra coøn duøng ñôn vò bar:
1 bar = 105Pa = 1Kg/cm2 =1 at
- Moät soá nöôùc tö baûn coøn duøng ñôn vò psi ( pound (0.45336 kg) per square inch (6.4521
cm2)
Kí hieäu lbf/in2 (psi); 1 bar = 14,5 psi
- Aùp suaát coù theå tính theo coät aùp löu chaát
P = wh
Trong ñoù: w troïng löôïng rieâng löu chaát
h chieàu cao coät aùp
1.4.3. Löu löôïng
- Löu löôïng laø vaän toác doøng chaûy cuûa löu chaát qua moät tieát dieän doøng chaûy. Ñôn vò thöôøng
duøng laø l/min.
Q = v.A
Trong ñoù: Q löu löôïng cuûa doøng chaûy
A Tieát dieän cuûa doøng chaûy
v Vaän toác trung bình cuûa doøng chaûy
1.4.3. Coâng
- Ñôn vò cuûa coâng laø Joule (J). 1 Joule laø coâng sinh ra döôùi taùc ñoäng cuûa löïc 1 N ñeå vaät dòch
chuyeån quaõng ñöôøng 1 m.
1 J =1Nm
1 J = 1 m2kg/s2
- Coâng ñöôïc tính theo coâng thöùc:
Wk = F*L
Trong ñoù: F löïc taùc duïng vaøo vaät
L quaûng ñöôøng vaät ñi ñöôïc.
1.4.4. Coâng suaát
-Ñôn vò coâng suaát laø Watt
-1 Watt laø coâng suaát, trong thôøi gian 1 giaây sinh ra naêng löôïng 1 joule.
1 W = 1 Nm/s
1 W = 1 m2kg/s3
- Coâng suaát ñöôïc tính theo coâng thöùc:
12
ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 1 – Ñaïi cöông veà ñieàu khieån Khí neùn & Thuûy löïc
Q (l/min) * P (bar)
H= (kW)
600
1.4.5. Ñoä nhôùt
- Ñoä nhôùt ñoäng cuûa moät chaát laø coù ñoä nhôùt ñoäng löïc 1 Pa.s vaø khoái löôïng rieâng 1 kg/cm3.
η
v =
ρ
Trong ñoù:
η: ñoä nhôùt ñoäng löïc [Pa.s]
ρ: khoái löôïng rieâng [kg/m3]
v: ñoä nhôùt ñoäng [m2/s]
- Ngoaøi ra ta coøn söû duïng ñôn vò ñoä nhôùt ñoäng laø Stokes (St) hoaëc laø centiStokes (cSt).
Chuù yù: ñoä nhôùt ñoäng khoâng coù vai troø quan troïng trong heä thoáng ñieàu khieån khí neùn maø noù
raát quan troïng trong ñieàu khieån thuûy löïc.
13
ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 1 – Ñaïi cöông veà ñieàu khieån Khí neùn & Thuûy löïc
BAØI TAÄP CHÖÔNG 1
Baøi 1:
Loái vaøo cuûa bôm thuûy löïc laø caùch beà maët cuûa beå chöùa daàu laø 0.6m. Troïng löôïng
rieâng cuûa daàu 0.86 g/cm3. Xaùc ñònh aùp suaát tónh taïi loái vaøo cuûa bôm.
Baøi 2:
Tính toaùn ñöôøng kính trong cuûa oáng huùt vaø oáng ñaåy cuûa bôm coù löu löôïng laø 40
l/min laøm vieäc vôùi vaän toác lôùn nhaát ôû oáng huùt laø 1.2m/s vaø ôû oáng ñaåy laø 3.5m/s.
Baøi 3:
Moät bôm thuûy löïc coù thoâng soá löu löôïng 12l/min vaø aùp suaát laøm vieäc laø 200 bar.
1.Tính coâng suaát thuûy löïc bôm
2.Neáu hieäu suaát laøm vieäc cuûa bôm laø 60% thì coâng suaát cuûa ñoäng cô ñieän caàn thieát truyeàn
ñoäng bôm laø bao nhieâu.
14
ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 2 – Saûn xuaát & phaân phoái nguoàn naêng löôïng
CHÖÔNG 2
SAÛN XUAÁT VAØ PHAÂN PHOÁI
NGUOÀN NAÊNG LÖÔÏNG
Khí neùn
Saûn xuaát khí neùn
Phaân phoái khí neùn
Xöû lyù khí neùn
Thuûy löïc
Cung caáp naêng löôïng
Xöû lyù daàu
Baøi taäp
15
ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 2 – Saûn xuaát & phaân phoái nguoàn naêng löôïng
2.1. KHÍ NEÙN
2.1.1. Saûn xuaát khí neùn
Heä thoáng ñieàu khieån khí neùn hoaït ñoäng döïa vaøo nguoàn cung caáp khí neùn, nguoàn khí
naøy phaûi ñöôïc saûn xuaát thöôøng xuyeân vôùi löôïng theå tích ñaày ñuû vôùi moät aùp suaát nhaát ñònh
thích hôïp cho naêng löôïng heä thoáng.
2.1.1.1. Maùy neùn khí
Maùy neùn khí laø maùy coù nhieäm vuï thu huùt khoâng khí, hôi aåm, khí ñoát ôû moät aùp suaát
nhaát ñònh vaø taïo ra nguoàn löu chaát coù aùp suaát cao hôn.
2.1.1.2 Caùc loaïi maùy neùn khí
Maùy neùn khí ñöôïc phaân loaïi theo aùp suaát hoaëc theo nguyeân lyù hoaït ñoäng. Ñoái vôùi
nguyeân lyù hoaït ñoäng ta coù:
-Maùy neùn theo nguyeân lyù theå tích: maùy neùn pít toâng, maùy neùn caùnh gaït.
-Maùy neùn tuoác bin laø ñöôïc duøng cho coâng suaát raát lôùn vaø khoâng kinh teá khi söû duïng
löu löôïng döôùi möùc 600m3/phuùt. Vì theá noù khoâng mang laïi aùp suaát caàn thieát cho öùng duïng
ñieàu khieån khí neùn vaø hieám khi söû duïng.
2.1.1.2.1. Maùy neùn kieåu pít toâng (Reciprocating compressors)
Maùy neùn pít toâng (hình 2.1) laø maùy neùn phoå bieán nhaát vaø coù theå cung caáp naêng suaát
ñeán 500m3/phuùt. Maùy neùn 1 pít toâng coù theå neùn khí khoaûng 6 bar vaø ngoaïi leä coù theå ñeán 10
bar; maùy neùn kieåu pít toâng hai caáp coù theå neùn ñeán 15 bar; 3-4 caáp leân ñeán 250 bar.
Khoâng khí Khí neùn
Pít toâng
Kí hieäu
Chu kì huùt Chu kì neùn vaø ñaåy
Hình 2.1 Maùy neùn kieåu pít toâng
Löu löôïng cuûa maùy neùn pít toâng:
Qv = V.n.ηv .10-3 [lít / phuùt] (2.1)
Trong ñoù:
V - Theå tích cuûa khí neùn taûi ñi trong moät voøng quay [cm3];
n – Soá voøng quay cuûa ñoäng cô maùy neùn [voøng / phuùt]
ηv – Hieäu suaát neùn [%]
2.1.1.2.2. Maùy neùn kieåu caùnh quaït (Rotary compressors)
16
ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 2 – Saûn xuaát & phaân phoái nguoàn naêng löôïng
D
2e
a
Buoàng Kí hieäu
huùt Buoàng
ñaåy
Hình 2.2 Maùy neùn kieåu caùnh gaït
Nguyeân lyù hoaït ñoäng cuûa maùy neùn khí kieåu caùnh gaït moâ taû ôû hình 2.2: khoâng khí seõ
ñöôïc vaøo buoàng huùt. Nhôø roâto vaø stato ñaët leäch taâm, neân khi roâto quay chieàu sang phaûi, thì
khoâng khí vaøo buoàng neùn. Sau ñoù khí neùn seõ ñi ra buoàng ñaåy.
Löu löôïng cuûa maùy neùn caùnh gaït tính theo []:
Qv = (π.D – z.a).2.e.b.n.λ [m3/phuùt] (2.2)
Trong ñoù:
a - Chieàu daøy caùnh gaït [m];
e – Ñoä leäch taâm [m];
z – Soá caùnh gaït;
D – Ñöôøng kính stato [m];
n – Soá voøng quay roâto [voøng/phuùt];
b – Chieàu roäng caùnh gaït [m].
λ - Hieäu suaát (λ = 0,7 – 0,8);
2.1.2. Phaân phoái khí neùn
Heä thoáng phaân phoái khí neùn coù nhieäm vuï chuyeån khoâng khí neùn töø nôi saûn xuaát ñeán
nôi tieâu thuï, ñaûm baûo aùp suaát p vaø löu löôïng Q vaø chaát löôïng khí neùn cho caùc thieát bò laøm
vieäc, ví duï nhö van, ñoäng cô khí, xy lanh khí…
Truyeàn taûi khoâng khí neùn ñöôïc thöïc hieän baèng heä thoáng oáng daãn khí neùn, chuù yù ñoái
vôùi heä thoáng oáng daãn khí coù theå laø maïng ñöôøng oáng ñöôïc laép raùp coá ñònh (trong toaøn nhaø
maùy) vaø maïng ñöôøng oáng laép raùp trong töøng thieát bò, trong töøng maùy moâ taû ôû hình 2.3.
Ñoái vôùi heä thoáng phaân phoái khí neùn ngoaøi tieâu chuaån choïn maùy neùn khí hôïp lí, tieâu
chuaån choïn ñuùng caùc thoâng soá cuûa heä thoáng oáng daãn ( ñöôøng kính oáng, vaät lieäu oáng); caùch
17
ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 2 – Saûn xuaát & phaân phoái nguoàn naêng löôïng
laép ñaët heä thoáng oáng daãn, baûo haønh heä thoáng phaãn phoái cuõng ñoùng vai troø quan troïng veà
phöông dieän kinh teá cuõng nhö yeâu caàu kyõ thuaät cho heä thoáng ñieàu khieån khí neùn.
Air accumulator within
slope 1-2%
Service unit
pneumatic system
Air consumer
Air
receiver Air accumulator for
several consumers
Condensate trap
Compressor
Drain lock
Hình 2.3 Heä thoáng phaân phoái khí neùn
2.1.2.1. Bình nhaän vaø trích khí neùn
Bình trích chöùa khí neùn coù nhieäm vuï caân baèng aùp suaát khí neùn cuûa maùy neùn khí
chuyeån ñeán, trích chöùa, ngöng tuï vaø taùch nöôùc tröôùc khi chuyeån ñeán nôi tieâu thuï.
Kích thöôùc cuûa bình trích chöùa phuï thuoäc vaøo coâng suaát cuûa maùy neùn khí, coâng suaát
tieâu thuï cuûa caùc thieát bò söû duïng vaøphöông phaùp söû duïng khí neùn.
Bình trích chöùa khí neùn coù theå ñaët naèm ngang, naèm ñöùng. Ñöôøng oáng ra cuûa khí neùn
bao giôø cuõng naèm ôû vò trí cao nhaát cuûa bình trích chöùa (hình 2.4).
Ñöôøng khí neùn vaøo
Ñöôøng khí neùn ra
a. b.
Hình 2.4 Caùc loaïi bình trích chöùa
2.1.2.2. Ñöôøng oáng
Ñöôøng oáng daãn khí neùn coù ñöôøng kính trong vaøi milimet trôû leân. Chuùng ñöôïc laøm
baèng caùc vaät lieäu cao su, nhöïa hoaëc kim loaïi.
Thoâng soá cô baûn kích thöôùc oáng (ñöôøng kính beân trong) phuï thuoäc vaøo: vaän toác doøng
chaûy cho pheùp, toån thaát aùp suaát cho pheùp, aùp suaát laøm vieäc, chieàu daøi oáng, löu löôïng, heä soá
caûn trôû doøng chaûy vaø caùc phuï kieän noái oáng.
18
ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 2 – Saûn xuaát & phaân phoái nguoàn naêng löôïng
- Löu löôïng: phuï thuoäc vaøo vaän toác doøng chaûy (Q=v.F). Vaän toác doøng chaûy caøng lôùn, toån
thaát aùp suaát trong oáng caøng lôùn.
- Vaän toác doøng chaûy: vaän toác doøng chaûy cuûa khí neùn trong oáng daãn neân choïn laø töø 6 ÷ 10
m/s. Vaän toác cuûa doøng chaûy khi qua caùc choã löôïn cua cuûa oáng hoaëc noái oáng, van, nhöõng
nôi coù tieát dieän nhoû laïi seõ taêng leân, hay vaän toác doøng chaûy seõ taêng leân nhaát thôøi khi caùc
thieát bò hay maùy moùc ñang vaän haønh.
- Toån thaát aùp suaát: toát nhaát khoâng vöôït quaù 0.1 bar. Thöïc teá sai soá cho pheùp ñeán 5% aùp
suaát laøm vieäc. Nhö vaäy toån thaát aùp suaát laø 0.3 bar laø chaáp nhaän ñöôïc vôùi aùp suaát laøm
vieäc laø 6 bar.
- Heä soá caûn doøng chaûy: khi löu löôïng khí ñi qua caùc choã noái khôùp, van, khuùc cong seõ gaây
ra hieän töôïng caûn doøng chaûy. Baûng 1, bieåu thò caùc heä soá caûn töông ñöông chieàu daøi oáng
daãn l’ cuûa caùc phuï kieän noái.
Chieàu daøi oáng daãn töông ñöông l’ (m)
Phuï kieän noái Ñöôøng kính trong cuûa oáng daãn (mm)
25 40 50 80 100 125 150
Van kieåu maøng
1,2 2,0 3,0 4,5 6 8 10
moûng
Van khoùa
6 10 15 25 30 50 60
Van môû moät phaàn 3 5 7 10 15 20 25
Van chaén 0,3 0,5 0,7 1 1,5 2 2,5
Noái vuoâng goùc 1,5 2,5 3,5 5 7 10 15
Ñoä cong R = d 0,3 0,5 0,6 1 1,5 2 2,5
d
Ñoä cong R = 2d 0,15 0,25 0,3 0,5 0,8 1 1,5
R
Oáng noái T 2 3 4 7 10 15 20
Noái oáng thu nhoû 0,5 0,7 1 2 2,5 3,5 4
2d
d
Baûng 1 Giaù trò heä soá caûn ζ töông ñöông chieàu daøi oáng daãn l’
Trong thöïc teá ñeå xaùc ñònh caùc thoâng soá cô baûn cuûa maïng ñöôøng oáng ngöôøi ta döïa vaøo
bieåu ñoà ñöôïc cho trong hình 2.5 döôùi ñaây.
19
ÑIEÀU KHIEÅN KHÍ NEÙN & THUÛY LÖÏC Chöông 2 – Saûn xuaát & phaân phoái nguoàn naêng löôïng
Chieàu daøi cuûa oáng (mm)
1 2 3 4 5 6 10 20 50 60 100 200 500 600 1000 2000
25
1
32
40 2
3
Ñöôøng kính trong cuûa oáng (mm)
50
Löu löôïng khí neùn (lít / s)
4
5
60
70 10
80
15
100 20
25
30
35
125 40
50
150
100
0.001 0.002 0.005 0.01 0.02 0.05 0.1 0.2 0.5 1 2 3 5 7 10 15
Toån thaát aùp suaát trong oáng daãn (bar) AÙp suaát yeâu caàu (bar)
Hình 2.5 Bieåu ñoà söï phuï thuoäc cuûa caùc thoâng soá
Theo bieåu ñoà hình 2.5, caùc thoâng soá yeâu caàu nhö aùp suaát p, löu löôïng q, chieàu daøi
oáng, toå thaát aùp suaát ∆p vaø ñöôøng kính oáng coù moái lieân heä phuï thuoäc vôùi nhau.
Ví duï:
aùp suaát yeâu caàu p = 7 [bar]
Chieàu daøi oáng l = 200 [m]
Löu löôïng qv = 10 [m3/phuùt]
Toån thaát aùp suaát ∆p = 0,1 [bar]
Töø bieåu ñoà hình 2.5 ta xaùc ñònh ñöôïc moái quan heä giöõa caùc ñaïi löôïng treân baèng
ñöôøng neùt ñaäm vaø töø ñoù ta ñöôïc ñöôøng kính trong cuûa oáng daãn caàn choïn φ = 70 mm.
2.1.3. Xöû lyù khí neùn
20
