Giáo trình Ðiều khiển khí nén và thủy lực

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

Muïc luïc

1

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

1.2. Öu vaø nhöôïc ñieåm cuûa heä thoáng ñieàu khieån baèng khí neùn & thuûy löïc

1.2.1. Heä thoáng khí neùn

6

8

1.2.2. Heä thoáng thuûy löïc

1.3. Phaïm vi öùng duïng cuûa ñieàu khieån khí neùn & thuûy löïc trong coâng nghieäp

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

1.4.1. AÙp suaát

9

12

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

23

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)

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

3.1.1. Tín hieäu khoâng ñieän

32

39

3.1.2. Tín hieäu ñieän

3.2. Caùc phaàn töû xöû lyù tín hieäu ñieàu khieån

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)

4.2.1. Xy lanh taùc ñoäng ñôn

4.2.2. Xy lanh taùc ñoäng keùp

4.2.3. Xy lanh maøng

49

4.2.4. Xy lanh quay

CHÖÔNG 5 - CAÙC PHAÀN TÖÛ ÑIEÀU CHÆNH VAØ ÑIEÀU KHIEÅN

5.1. Khaùi nieäm

5.2. Caùc phaàn töû ñieàu chænh

58

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

69

5.3.1. Van moät chieàu

5.3.2. Van ñaûo chieàu

5.3.3. Caùc van tuyeán tính

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

6.1.2. Toån thaát trong heä thoáng thuûy löïc

6.2. Cô sôû tính toaùn truyeàn ñoäng heä thoáng

6.3. Tính toaùn moät soá maïch ñieån hình

PHAÀN III: PHAÂN TÍCH VAØ THIEÁT KEÁ

CHÖÔNG 7 - PHÖÔNG PHAÙP THIEÁT KEÁ MAÏCH ÑIEÀU KHIEÅN

7.1. Lyù thuyeát ñaïi soá boole

78

82

90

94

96

7.2. Phaân loaïi phöông phaùp ñieàu khieån

7.3. Phöông phaùp thieát keá maïch ñieàu khieån

7.3.1. Bieåu dieån chöùc naêng cuûa quaù trình ñieàu khieån

7.3.1.1. Bieåu ñoà traïng thaùi

100

103

7.3.1.2. Sô ñoà chöùc naêng

7.3.1.3. Löu ñoà tieán trình

7.3.2. Vieát phöông trình ñieàu khieån

7.3.3. Veõ sô ñoà maïch ñieàu khieån

7.4. Ñieàu khieån baènh laäp trình

Taøi lieäu tham khaûo

108

109

111

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

ñaàu vaøo

Xöû lyù thoâng tin,

ñieàu khieån

Cô caáu chaáp haønh ( bieán

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)

1

0

t (time)

Hình 1.2.b

Hình 1.2.a

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.

Toác ñoä

Löu löôïng

Giaù trò ñaët

Van ñieàu

Ñoäng cô

thuûy löïc

khieån tæ leä

-

Thay ñoåi taûi troïng

Thay ñoåi löu löôïng bôm

Thay ñoåi aùp suaát heä

Thay ñoåi t⁰daàu

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

(u)

Vò trí

+

Löu löôïng

Giaù trò ñaët

Xy lanh

thuûy löïc

Van ñieàu

k_p

khieån tæ leä

Phaàn töû

so saùnh

-

Khueách

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

Khuoân taïo deø xe maùy

Maùy caét thuûy löïc

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 1m²vôùi 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

h

troïng löôïng rieâng löu chaát

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

A

v

löu löôïng cuûa doøng chaûy

Tieát dieän cuûa doøng chaûy

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

3

rieâng cuûa daàu 0.86 g/cm . 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.

ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ ꢁ ꢂꢂꢂꢂꢂꢂ

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:

Q_v= V.n.η_v.10^-3

Trong ñoù:

[lít / phuùt]

(2.1)

V - Theå tích cuûa khí neùn taûi ñi trong moät voøng quay

n – Soá voøng quay cuûa ñoäng cô maùy neùn

[cm³];

[voøng / phuùt]

[%]

η_v– 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

Buoàng

huùt

Kí hieäu

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 []:

Q_v= (π.D – z.a).2.e.b.n.λ

[m³/phuùt]

(2.2)

Trong ñoù:

a - Chieàu daøy caùnh gaït

e – Ñoä leäch taâm

[m];

z – Soá caùnh gaït;

D – Ñöôøng kính stato

n – Soá voøng quay roâto

b – Chieàu roäng caùnh gaït

λ - Hieäu suaát

[m];

[voøng/phuùt];

[m].

(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

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

10

Van kieåu maøng

1,2

2,0

3,0 4,5

6

8

moûng

Van khoùa

6

3

10

5

15

7

25

10

30

15

50

20

60

25

Van môû moät phaàn

Van chaén

0,3

1,5

0,5

2,5

0,7

3,5

1

5

1,5

7

2

2,5

15

Noái vuoâng goùc

10

Ñoä cong R = d

0,3

0,5

0,6

1

1,5

2

2,5

Ñoä cong R = 2d

Oáng noái T

0,15 0,25 0,3 0,5 0,8

1

1,5

20

R

2

3

4

1

7

2

10

15

Noái oáng thu nhoû

0,5

0,7

2,5

3,5

4

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

32

1

2

3

40

50

4

5

60

10

15

70

80

20

25

100

30

35

125

150

40

50

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

AÙp suaát yeâu caàu (bar)

Toån thaát aùp suaát trong oáng daãn (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

Chieàu daøi oáng l = 200

[bar]

[m]

Löu löôïng

q_v= 10

[m³/phuùt]

[bar]

Toån thaát aùp suaát ∆p = 0,1

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