Chế độ chạy không tải (Unload Running) của máy nén khí trục vít là gì?

Chế độ chạy không tải (Unload Running) của máy nén khí trục vít là gì?

Máy nén trục vít công nghiệp có trạng thái hoạt động gọi là “chạy không tải”.

Trong bài viết này, chúng ta sẽ khám phá xem đây là gì, tại sao nó lại cần thiết và một số ưu và nhược điểm của việc chạy dỡ tải.

Điều chỉnh áp suất

Để hiểu tại sao máy nén khí được thiết kế với chế độ hoạt động “không tải” này, trước tiên chúng ta phải biết máy nén khí điều chỉnh áp suất như thế nào.

Có nhiều cách khác nhau để kiểm soát áp lực và mỗi cách đều có ưu và nhược điểm riêng. 3 cách chính được sử dụng trong hệ thống khí nén công nghiệp điển hình là:

• kiểm soát tải/dỡ tải
• Điều khiển điều biến (liên tục)
• VSD (kiểm soát tốc độ)

Vì bài viết này nói về việc chạy không tải nên chúng tôi sẽ tập trung vào loại máy nén tải/không tải ở đây.

Máy nén tải/không tải có hai điểm đặt áp suất: điểm đặt trên và điểm đặt dưới. Máy nén điều chỉnh áp suất giữa hai điểm đặt này.

Khi đạt đến áp suất thấp hơn, máy nén bắt đầu ‘bơm khí’. Điểm đặt này được gọi là ‘điểm đặt tải’.

Để tránh sự gia tăng áp suất không kiểm soát được mãi mãi, máy nén có điểm đặt trên, được gọi là ‘điểm đặt không tải’ – nơi máy nén ngừng bơm không khí.

Do sử dụng không khí, áp suất sẽ giảm trở lại cho đến khi đạt đến điểm đặt thấp hơn và máy nén khởi động lại.

Ví dụ tải/dỡ tải. Trong quá trình dỡ tải, không có khí nén được tạo ra nên áp suất giảm xuống. Trong quá trình tải, khí nén được tạo ra và áp suất tăng lên. Vì vậy, máy nén điều chỉnh áp suất trong dải áp suất bằng cách khởi động và dừng giữa điểm đặt tải thấp hơn và điểm đặt không tải cao hơn.

Load vs unload vs stopped (vào tải, ra tải, dừng)

Máy nén trục vít quay phun dầu công nghiệp luôn có 1 trong 3 điều kiện sau:

• Đã vào tải (Loaded)
• Đã ra tải (Unloaded)
• Đã dừng (Stoped)

Như đã giải thích trước đó, khi đạt đến điểm đặt thấp hơn, máy nén sẽ chuyển sang chế độ ‘có tải’. Khi máy nén chạy ‘có tải’, nó thực sự đang nén không khí và bơm vào hệ thống.

Khi đạt đến điểm đặt trên, máy nén sẽ chuyển về chế độ ‘dỡ tải’.

Khi máy nén chạy ‘không tải’, nó vẫn chạy nhưng không nén bất kỳ không khí nào. Nó ở chế độ ‘chờ’ và lượng khí nén đầu ra là 0.

Load > Unload > Stop

Vì những lý do đã nêu ở trên, chúng tôi cố gắng giới hạn thời gian khởi động mỗi giờ và chúng tôi thực hiện điều này bằng cách sử dụng chu trình tải/không tải để điều chỉnh áp suất và chỉ dừng hoàn toàn máy nén sau một thời gian chạy không tải nhất định (có nghĩa là nhu cầu không khí rất thấp ở mức lúc đó)

Vì những lý do đã nêu ở trên, chúng tôi cố gắng giới hạn thời gian khởi động mỗi giờ và chúng tôi thực hiện điều này bằng cách sử dụng chu trình tải/không tải để điều chỉnh áp suất và chỉ dừng hoàn toàn máy nén sau một thời gian chạy không tải nhất định (có nghĩa là nhu cầu không khí rất thấp ở mức lúc đó)

Điều này thường trông giống như thế này:

Ví dụ Load/unload/stop. Máy nén sẽ chỉ dừng khi áp suất duy trì trên điểm đặt áp suất thấp hơn (điểm đặt tải) trong một khoảng thời gian đã đặt.### Tại sao không dừng lại?

Máy nén khí tải/không tải dừng lại – nhưng chỉ sau một thời gian chạy không tải.

Chu kỳ tải/dỡ tải trong hệ thống khí nén thông thường sẽ kéo dài từ 10 giây đến vài phút (hoặc lâu hơn), tùy thuộc vào nhiều yếu tố (công suất máy nén, nhu cầu không khí, kích thước bình chứa khí, điểm đặt áp suất).

Máy nén trục vít công nghiệp là loại máy lớn, thường bắt đầu ở công suất động cơ 5 kW, cho đến công suất lên tới 1000 kW trở lên.

Không giống như những máy nén piston nhỏ dễ thương đó, máy nén trục vít công nghiệp không thể khởi động và dừng mọi lúc để kiểm soát áp suất.

Việc khởi động và dừng thường gây ra các vấn đề sau:

1. Thời gian: để khởi động máy nén khí mất ít nhất 10 đến 20 giây. Thời gian này thường quá dài để có thể kiểm soát chính xác áp suất – vì áp suất sẽ giảm xuống dưới điểm đặt trong thời gian đó.

2. Quá tải động cơ – cần nhiều năng lượng để khởi động máy nén – nếu khởi động và dừng liên tục, động cơ điện và bộ điều khiển điện (công tắc tơ, dây cáp) sẽ quá nóng.

3. Vòng bi. Khởi động và dừng và điều tồi tệ nhất đối với ổ trục – vì không có màng áp suất dầu được hình thành nên kim loại tiếp xúc trực tiếp với kim loại trong thời gian này.

Vì những lý do này, có những giới hạn về số lần khởi động mà chúng tôi có thể thực hiện mỗi giờ.

Việc ra tải (unloading) được thực hiện như thế nào?

Làm thế nào để chúng ta ‘ra tải’ một máy nén khí? Chúng tôi làm điều đó bằng cách đóng cửa hút gió. Và điều này được thực hiện bởi .. van đầu vào. Còn được gọi là ‘unloading valve’.

Ví dụ về van đầu vào Van đầu vào nằm giữa bộ lọc khí đầu vào và bộ phận vít – nó được bắt vít trực tiếp vào bộ phận vít.

Khi van này mở, không khí có thể được hút vào và nén lại. Khi van này đóng, không khí không thể bị hút vào và đầu ra của máy nén giảm xuống 0 (thứ vào phải thoát ra – không có không khí vào thì không có đầu ra).

Van đầu vào thường được điều khiển bằng khí nén bằng van điện từ và điều khiển áp suất không khí.

Van điện từ điều khiển

Điều kiện ra tải (Unload)

Hãy xem điều gì xảy ra khi máy nén chạy không tải.

Van đầu vào đóng, không có không khí được hút vào và đầu ra của máy nén là 0.

Một chân không mạnh được tạo ra giữa van đầu vào đóng và ‘mặt hút’ của bộ phận trục vít.

Tuy nhiên, áp suất bên trong được giữ ở mức áp suất dỡ tải bên trong cần thiết tối thiểu. Áp suất này thường nằm trong khoảng từ 2,5 đến khoảng 3,5 bar.

Đây là áp suất bên trong máy nén khi nó chạy không tải với van đầu vào đóng.

Áp suất ra tải bên trong

Tại sao cần có áp suất dỡ tải bên trong này? Chúng ta không thể để nó về 0 trong khi dỡ tải, vì chúng ta thực sự không làm gì cả sao?

Áp lực bên trong này là cần thiết vì hai lý do:

1. Để giữ cho dầu tuần hoàn
2. Đối với không khí điều khiển

Lý do chính là sự lưu thông của dầu. Máy nén trục vít không có bơm dầu riêng. Dầu chảy xung quanh do chênh lệch áp suất bên trong giữa phía đầu vào và phía đầu ra của các bộ phận trục vít.

Trong quá trình dỡ hàng, chúng ta phải duy trì áp suất tối thiểu để duy trì dòng dầu này!

Áp suất bên trong này được duy trì như thế nào?

Có một lỗ nhỏ hoặc một lỗ nhỏ ở van đầu vào cho phép máy nén trục vít hút một ít không khí vào.

Không khí này được sử dụng để duy trì áp suất dỡ tải bên trong tối thiểu.

Để giữ cho áp suất dỡ tải bên trong này không đổi, cùng một lượng không khí được hút vào cũng sẽ được thổi ra. Với mục đích này, có một van xả/mở.

Sự cân bằng được tạo ra bởi không khí đi vào và xả ra, đồng thời áp suất ổn định xung quanh một giá trị – phụ thuộc vào việc hiệu chuẩn các lỗ này. Dòng khí nén nhỏ và liên tục này rất quan trọng để giữ cho dầu chảy xung quanh trong quá trình dỡ hàng.

Trong quá trình tải, cửa xả này bị đóng lại (điều này sẽ gây lãng phí khí nén và làm giảm hiệu suất chung của máy). Trong quá trình dỡ hàng, lỗ xả này được mở ra.

Van áp suất tối thiểu

Ở đầu ra của máy nén chúng ta có van áp suất tối thiểu. Van này thường chỉ mở trên 3,5 bar. Vì vậy, trong quá trình chạy dỡ tải, nó sẽ bị đóng.

Van áp suất tối thiểu.

Van này có hai chức năng khi chạy không tải

1. nó ngăn luồng khí nén quay trở lại từ hệ thống đường ống (áp suất trong hệ thống đường ống sẽ cao hơn, thường ở khoảng 7 bar).
2. nó ngăn áp suất bên trong ‘chảy ra ngoài’ khi không được kết nối với bất kỳ hệ thống nào (đầu ra dòng chảy tự do) hoặc khi áp suất trong hệ thống đường ống rất thấp.

(van áp suất tối thiểu có chức năng thứ ba khi chạy có tải: nó bảo vệ bộ tách dầu, nhưng sẽ nói thêm về chức năng đó trong một bài viết khác).

Tại sao áp suất ra tải thấp hơn?

Tất nhiên, chúng ta cũng có thể chỉ cần đóng cửa vào và làm cho hệ thống sao cho máy nén không chủ động bơm không khí, nhưng áp suất bên trong của máy nén không đổi ở áp suất đầu ra bình thường, khoảng 7 hoặc 8 bar.

Tại sao chúng ta giảm áp suất bên trong khi dỡ hàng?

Điều này được thực hiện để tiết kiệm năng lượng.

Sử dụng năng lượng

Áp suất đầu ra của máy nén khí càng cao thì mức sử dụng năng lượng càng cao. Điều này cũng đúng với áp suất dỡ tải bên trong.

Áp suất dỡ tải bên trong càng thấp thì mức sử dụng năng lượng dỡ tải càng thấp.

Thông thường, mức tiêu thụ điện khi không tải bằng khoảng 1/3 mức tiêu thụ điện khi đầy tải.

Việc sử dụng năng lượng dỡ tải tổng thể đóng một vai trò lớn trong việc xác định hiệu quả tổng thể của việc lắp đặt máy nén.

Áp suất không tải bên trong và mức sử dụng năng lượng không tải là cố định nhưng chúng ta có thể tập trung vào việc giảm thiểu *thời gian* máy nén chạy không tải.

Máy nén chạy không tải càng lâu thì càng lãng phí năng lượng.

Ví dụ về sử dụng năng lượng với thời gian tải/dỡ tải khác nhau.

kWh là tổng năng lượng sử dụng trong kỳ. Công suất dỡ tải trong ví dụ này là 25% công suất tải đầy. Có nhiều chiến lược chúng ta có thể sử dụng để giảm thiểu thời gian chạy dỡ tải. Ví dụ: điều chỉnh điểm đặt áp suất, tăng kích thước bộ thu khí, sử dụng bộ điều khiển trung tâm/bộ tuần tự hoặc thậm chí lắp đặt một máy nén khí nhỏ hơn!*

Có thể tiết kiệm năng lượng rất lớn (khoảng 10 đến 100 nghìn đô la Mỹ mỗi năm) chỉ bằng cách tối ưu hóa thời gian chạy không tải của máy nén khí.

Ví dụ về máy nén lý tưởng

Đối với một máy nén lý tưởng, công suất sử dụng có mối tương quan 1:1 với công suất máy nén. Đối với máy nén có tải/không tải, điều này không xảy ra: công suất thấp hơn 100% có nghĩa là tổn thất tăng (đường màu xanh lam so với đường màu xanh lá cây).

Để tìm hiểu thêm về điều này và các cách khác để tiết kiệm tiền mua khí nén. Nó sẽ dạy cho bạn mọi thứ bạn cần biết để tối ưu hóa hoàn toàn hệ thống khí nén của bạn – và tiết kiệm hàng chục nghìn đô la mỗi năm cho chi phí năng lượng.

Có nhiều cách khác để tiết kiệm tiền mua khí nén. Đại khái chúng có thể được phân loại thành

• Nhu cầu không khí thấp hơn
• Áp suất thấp hơn
• Sản xuất hiệu quả hơn

Hoạt động không tải được thảo luận trong bài viết này thuộc loại “sản xuất hiệu quả hơn” (mặc dù nhu cầu không khí thực tế liên quan đến công suất máy nén cũng đóng một vai trò quan trọng ở đây).