Máy nén khí không dầu: Từ nguyên lý đến lựa chọn và ứng dụng

Máy nén khí không dầu là gì ?

Máy nén khí không dầu là thiết bị công nghiệp được thiết kế để tạo ra khí nén không chứa dầu. Điều này có nghĩa là khí nén được tạo ra hoàn toàn sạch và không chứa tạp chất dầu, rất phù hợp cho các ứng dụng đòi hỏi độ tinh khiết cao như trong ngành thực phẩm, dược phẩm, y tế…

Sự khác biệt cơ bản giữa máy nén khí không dầu và máy nén khí có dầu nằm ở quá trình tạo ra khí nén.

Sự khác biệt cơ bản giữa máy nén khí không dầu và máy nén khí có dầu nằm ở cách chúng tạo ra khí nén. Máy nén khí có dầu sử dụng dầu bôi trơn trong quá trình nén để làm kín, làm mát và giảm ma sát, nhưng điều này dẫn đến khí nén đầu ra vẫn còn một lượng nhỏ dầu lẫn vào, thường dưới 3 microgam mỗi mét khối.

Trong khi đó, máy nén khí không dầu hoàn toàn cách ly dầu khỏi quá trình nén, tạo ra khí nén sạch, không chứa dầu. Mặc dù cả hai loại máy đều sử dụng các công nghệ nén như trục vít, piston, hay ly tâm, nhưng sự khác biệt cốt lõi là liệu dầu có tham gia vào quá trình nén hay không, từ đó quyết định chất lượng khí nén đầu ra.

Những hiểu lầm phổ biến về máy nén khí không dầu

Với hơn 13 năm kinh nghiệm trong lĩnh vực máy nén khí, tôi, Huy – Trưởng phòng kỹ thuật tại Công ty Khí nén Á Châu, đã chứng kiến sự phát triển vượt bậc của công nghệ máy nén khí không dầu. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều hiểu lầm tồn tại xung quanh công nghệ này. Trước khi đi sâu vào các khía cạnh kỹ thuật, tôi muốn cùng bạn làm rõ những thông tin chưa chính xác phổ biến, giúp bạn có cái nhìn toàn diện và chính xác nhất về máy nén khí không dầu.

1. Máy nén khí không dầu hoàn toàn không sử dụng dầu bôi trơn

Một trong những hiểu lầm phổ biến nhất về máy nén khí không dầu là chúng không sử dụng bất kỳ loại dầu bôi trơn nào. Điều này chỉ đúng trong phạm vi hẹp máy nén không dầu mini.

Thực tế, thuật ngữ “oil free” ở đây chỉ đề cập đến việc không có dầu lẫn vào khí nén đầu ra. Điều này có nghĩa là những chi tiết khác của máy nén khí như vòng bi, bánh răng, cơ cấu chuyển động vẫn cần được bôi trơn bằng dầu hoặc sẽ được thay thế bằng mỡ, màng feron.. Tức máy nén oil free công nghiệp vẫn sử dụng dầu bôi trơn.

Để đạt được khí nén sạch, các nhà sản xuất đã không ngừng sáng tạo và áp dụng nhiều giải pháp kỹ thuật đa dạng. Từ việc lựa chọn vật liệu chịu mài mòn cao như ceramic, composite cho đến việc ứng dụng các lớp phủ đặc biệt như Teflon, mỗi nhà sản xuất đều có những cách tiếp cận riêng để giảm ma sát và ngăn ngừa sự nhiễm dầu vào khí nén. Tuy nhiên, việc sử dụng dầu bôi trơn hay mỡ hoàn toàn phụ thuộc vào công nghệ nén và yêu cầu của từng ứng dụng.

Đối với máy nén công suất nhỏ, ưu tiên hàng đầu là kích thước gọn nhẹ và chi phí vận hành thấp, do đó, các nhà sản xuất thường tập trung vào việc giảm thiểu các bộ phận cơ khí và hạn chế tối đa việc sử dụng dầu bôi trơn. Điều này dẫn đến việc hy sinh một phần hiệu suất nén.

Ngược lại, với máy nén khí không dầu công nghiệp, hiệu suất và độ bền là những yếu tố hàng đầu. Để đảm bảo máy hoạt động ổn định và kéo dài tuổi thọ, các nhà sản xuất thường lựa chọn bôi trơn vòng bi và cơ cấu truyền động bằng dầu. Tuy nhiên, để ngăn chặn dầu xâm nhập vào khoang nén, các lớp phớt chắn dầu và phớt chắn khí được sử dụng một cách hiệu quả.

Ngoài ra để bù đắp khả năng làm kín và giải nhiệt cho đầu nén các nhà sản xuất đã thiết kế quá trình nén chia thành 02 hoặc nhiều hơn số cấp nén, giảm nhiệt độ khí nén đầu vào. Hay gia công trục vít với độ chính xác cao hơn, phun phủ, mạ lớp vật liệu tăng cường làm kín khe khở với loại công nghệ nén thể tích như Screw và Piston.

Ví dụ hãng Hitachi chế tạo máy nén Bebicon oil free đã sử dụng Rider rings (bạc dẫn hướng) bằng vật liệu không cần chất bôi trơn thay cho séc măng thông thường. Bạc trục khuỷu bôi trơn dầu được thay thế bằng vòng bi.

Để ngăn dầu bôi trơn xâm nhập vào khoang nén, phần lớn máy nén trục vít không dầu công nghiệp sử dụng hệ thống phớt cách ly.

2. Hiệu suất máy nén khí không dầu thấp hơn máy nén khí có dầu

Quan niệm cho rằng máy nén khí không dầu luôn có hiệu suất thấp hơn máy nén khí có dầu là một hiểu lầm phổ biến. Thực tế, hiệu suất của một máy nén khí phụ thuộc vào nhiều yếu tố phức tạp, bao gồm công nghệ sản xuất, thiết kế, điều kiện vận hành và đặc biệt là sự phù hợp với ứng dụng.

Trong những năm gần đây, công nghệ máy nén khí không dầu đã có những bước tiến vượt bậc. Nhiều dòng máy nén khí không dầu hiện đại, đặc biệt là các loại sử dụng công nghệ nén lý tâm hoặc làm kín bằng nước, đã đạt được hiệu suất tương đương, thậm chí vượt trội so với các máy nén khí có dầu truyền thống.

Ví dụ điển hình máy nén khí không dầu công nghệ nén lý tâm thường có hiệu suất nén cao hơn đáng kể so với các loại máy nén thể tích như piston hoặc trục vít xoắn, bao gồm cả loại có dầu. Điều này là do nguyên lý hoạt động của máy nén lý tâm giúp tối ưu hóa quá trình nén, giảm thiểu tổn thất năng lượng.

Tương tự, máy nén khí không dầu sử dụng nước làm kín cũng đạt được hiệu suất nén rất cao. Nước không chỉ giúp làm kín mà còn có tác dụng làm mát hiệu quả, giúp máy hoạt động ổn định và bền bỉ hơn.

3. Máy nén khí không dầu là biểu tượng của công nghệ tân tiến, hiện đại hơn

Nhiều nhà sản xuất thường quảng cáo các công nghệ như phun phủ hay mạ trên trục vít để giải quyết vấn đề bôi trơn và làm kín trong máy nén khí không dầu, khiến nhiều người lầm tưởng rằng đây là công nghệ mới nhất và tiên tiến nhất. Tuy nhiên, trong thực tế, đối với các công nghệ nén thể tích phổ biến như piston và trục vít, việc loại bỏ hoàn toàn dầu bôi trơn vẫn còn là một thách thức lớn. Các lớp phủ bảo vệ thường có hạn chế về độ bền và có thể bị bong tróc sau một thời gian sử dụng, dẫn đến hiệu suất máy nén giảm sút.

4. Máy nén khí không dầu tiết kiệm hơn

Một quan niệm sai lầm phổ biến khác là máy nén khí không dầu luôn tiết kiệm chi phí vận hành. Trên thực tế, chi phí ban đầu để đầu tư vào một máy nén khí không dầu thường cao hơn đáng kể so với máy nén khí có dầu. Bên cạnh đó, chi phí bảo trì và thay thế linh kiện của máy nén khí không dầu cũng cao hơn.

Ví dụ, trục vít trong các máy nén khí có dầu có thể hoạt động ổn định 80.000 ~ 100.000 giờ với chi phí bảo trì thấp. Chỉ cần thay thế vòng bi, phớt, kít overhour máy vẫn có thể đạt được hiệu suất gần như ban đầu. Ngược lại, đầu nén của máy nén khí không dầu thường có tuổi thọ ngắn hơn, khoảng 35.000 đến 60.000 giờ. Khi bị hao mòn, việc sửa chữa thường rất khó khăn và tốn kém, và phương án thay thế đầu nén mới thường là lựa chọn tối ưu.

Do đó, mặc dù máy nén khí không dầu mang lại nhiều lợi ích về chất lượng khí nén, nhưng chi phí đầu tư và vận hành lâu dài cần được cân nhắc kỹ lưỡng trước khi đưa ra quyết định lựa chọn.

Phân loại máy nén khí không dầu

Khí Nén Á Châu, chuyên về các thiết bị máy công nghiệp, chúng tôi tập trung vào các công nghệ nén phổ biến trong ngành công nghiệp. Chúng tôi đưa 02 cách phân loại mang tính chất phổ quát nhất.

Phân loại theo công nghệ nén

Có nhiều phương pháp để phân loại máy nén khí không dầu, nhưng cách phân loại theo công nghệ nén là phương pháp khoa học và được hầu hết các nhà sản xuất đồng thuận.

Máy nén khí piston không dầu:
Nguyên lý hoạt động đơn giản.
Ưu điểm: Giá thành hợp lý, cấu tạo đơn giản.
Nhược điểm: Hiệu suất thấp, độ ồn lớn, thường dùng cho công suất nhỏ.

Máy nén khí scroll không dầu:
Nguyên lý hoạt động dựa trên hai đĩa xoắn ốc.
Ưu điểm: Độ rung động thấp, hiệu suất tốt.
Nhược điểm: Giá thành cao hơn piston, hay lỗi nhiệt cao, hay kẹt, dính đĩa nén.

Máy nén khí trục vít khô không dầu:
Nguyên lý hoạt động dựa trên hai trục vít ăn khớp.
Ưu điểm: Hiệu suất cao, độ bền cao, ít rung động.
Nhược điểm: Giá thành cao.

Máy nén khí trục vít nước không dầu:
Nguyên lý hoạt động kết hợp trục vít và nước làm kín.
Ưu điểm: Hiệu suất cao, độ bền trung bình, ít rung động, nhiệt độ mát.
Nhược điểm: Độ bền trung bình, gặp các sự cố về nước nhưu oxy hóa trục nhanh, xâm thực, ăn mòn trục….

Máy nén khí turbo không dầu:
Nguyên lý hoạt động dựa trên lực ly tâm.
Ưu điểm: Hiệu suất rất cao, lưu lượng khí lớn.
Nhược điểm: Giá thành cao, cấu tạo phức tạp.

Các loại công nghệ nén khác: Nén màng, đối lưu… Xem thêm tại >> 07 công nghệ nén cốt lõi của mọi ngành công nghiệp

Phân loại theo mục đích sử dụng

Sự khác biệt giữa máy nén khí không dầu mini (dân dụng) và máy nén khí không dầu công nghiệp chủ yếu nằm ở ưu tiên thiết kế.

Máy nén khí không dầu mini:

Với mục tiêu gọn nhẹ và tiết kiệm chi phí, các nhà sản xuất thường tối giản hóa cấu trúc máy, hạn chế sử dụng dầu bôi trơn. Điều này giúp giảm chi phí sản xuất và vận hành nhưng đồng thời cũng làm giảm hiệu suất nén. Máy piston oil free, máy nén cuộn, máy nén màng dùng cho phòng khám răng, phun sơn nhỏ, vẽ tranh…

Máy nén khí không dầu công nghiệp:

Đối với máy nén công nghiệp, hiệu suất và độ bền được đặt lên hàng đầu. Để đảm bảo hoạt động ổn định và tuổi thọ cao, các nhà sản xuất thường sử dụng dầu bôi trơn cho vòng bi và cơ cấu truyền động. Tuy nhiên, để đảm bảo khí nén đầu ra sạch, các lớp phớt chắn dầu và phớt chắn khí được thiết kế đặc biệt. Ngoài ra, các kỹ thuật như chia nhiều cấp nén, gia công trục vít chính xác và sử dụng lớp phủ đặc biệt giúp cải thiện hiệu suất làm kín và tản nhiệt, đảm bảo chất lượng khí nén đầu ra.

Trong khi đó máy nén không dầu công nghiệp thường mặc định là máy trục vít khô, turbo..

Cách lựa chọn máy nén khí không dầu phù hợp

Chất lượng khí nén bạn cần. Theo tiêu chuẩn ISO ?

Yếu tố quyết định khi chọn máy nén khí không dầu chính là chất lượng khí nén mà dây chuyền sản xuất của bạn yêu cầu. Tiêu chuẩn ISO 8573-1:2010 từ Class 0 đến Class 9 được sử dụng để đánh giá chất lượng khí nén. Tuy nhiên, nhiều người thường hiểu nhầm rằng để đạt được chất lượng khí nén cao nhất (Class 0) thì bắt buộc phải sử dụng máy nén khí không dầu. Điều này không hoàn toàn chính xác.

Theo tiêu chuẩn ISO 8573-1, Class 0 chỉ yêu cầu hàm lượng dầu trong khí nén nhỏ hơn 0.01mg/m³, tức là một lượng rất nhỏ. Ngay cả với máy nén khí không dầu, khí nén tạo ra vẫn có thể chứa một lượng dầu nhất định do hút hơi dầu từ môi trường. Do đó, việc đạt được tiêu chuẩn Class 0 không chỉ phụ thuộc vào loại máy nén mà còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác như hệ thống lọc, môi trường làm việc, và cách bảo dưỡng máy nén

Công nghệ nén không dầu nào cho bạn ?

Với sự đa dạng của các công nghệ nén không dầu hiện nay, việc lựa chọn một sản phẩm phù hợp có thể khiến bạn băn khoăn. Từ máy nén piston truyền thống đến các dòng máy nén trục vít hiện đại, mỗi loại đều sở hữu những ưu và nhược điểm riêng, đáp ứng các nhu cầu sử dụng khác nhau. Việc chạy theo công nghệ mới nhất hoặc chỉ quan tâm đến giá thành rẻ có thể dẫn đến những quyết định sai lầm, gây lãng phí về chi phí và hiệu suất

Do đó, việc lựa chọn loại máy nén khí phù hợp phụ thuộc rất lớn vào nhu cầu cụ thể của từng ứng dụng. Việc hiểu rõ các ưu nhược điểm của từng loại máy nén sẽ giúp doanh nghiệp đưa ra quyết định chính xác và hiệu quả nhất. Căn cứ để lựa chọn công nghệ nén không dầu nào là tốt nhất nên dựa theo nhu cầu sử dụng. Mỗi công nghệ có ưu điểm khác nhau không có công nghệ vượt trội hoàn toàn.

Tóm lại:

Công nghệ nén không dầu Piston, scroll: Đáp ứng yêu cầu nhỏ gọn, đơn giản, giá rẻ. Nhưng hiệu suất thấp.

Công nghệ nén trục vít khô: Lưu lượng lớn, độ bền cao, hiệu suất cao hơn piston giá thành đắt (Dùng phổ biến)

Công nghệ trục vít làm kín nước: Lưu lượng lớn, hiệu suất cao hơn trục vít khô không dầu, độ bền trung bình nhưng giá thành mềm hơn máy trục vít khô

Công nghệ không dầu ly tâm: Chỉ phù hợp với nhà máy dùng khí nén siêu lớn do giá thành cao và công nghệ chế tạo vận hành cao.

Nguyên lý cấu tạo của máy nén khí không dầu

Mỗi loại máy nén khí không dầu đều có những đặc điểm riêng về cấu tạo và nguyên lý hoạt động. Á châu có chuyên mục Nguyên lý cấu tạo cùng video 3D trực quan bạn xem chi tiết chi tiết tại chuyên mục nguyên lý cấu tạo. Trong bài viết này tôi sẽ tổng hợp đặc điểm cấu tạo và nguyên lý chính.

Cấu tạo máy nén khí piston không dầu

Nguyên lý: Máy nén piston hoạt động dựa trên nguyên tắc thay đổi thể tích. Khi piston di chuyển từ điểm chết trên xuống điểm chết dưới trong xi lanh, thể tích buồng nén giảm, áp suất tăng. Khi piston di chuyển lên, van xả mở và khí nén được đẩy ra ngoài.

Máy nén cuộn không dầu (Scroll)

Nguyên lý: Hai cuộn dây có hình dạng đặc biệt quay ngược chiều nhau. Khi các rãnh của cuộn dây khớp với nhau, thể tích buồng nén giảm, làm tăng áp suất khí. Khi các rãnh tách ra, khí nén được đẩy ra ngoài.

Máy nén trục vít nước:

 

Nguyên lý: Hai trục vít có răng nghiêng quay ngược chiều nhau, tạo ra các buồng kín. Khí được hút vào các buồng này và bị nén khi các buồng giảm thể tích. Nước được bơm vào để làm kín và làm mát.

Cấu tạo máy nén khí trục vít khô (Oil free Screw compressor)

Sơ đồ cấu tạo tổng thể

Sơ đồ cấu tạo tên linh kiện tách rời 02 cụm

Nguyên lý: Giống như máy nén trục vít nước nhưng không sử dụng nước làm kín. Thay vào đó, bề mặt của các trục vít được xử lý đặc biệt để giảm ma sát và tạo ra lớp màng khí làm kín.

Cấu tạo máy nén khí ly tâm (Centrifugal Compressor)

Nguyên lý hoạt động:

Khí đi vào máy: Khí được hút vào máy nén qua cổng vào.
Bánh xe cánh quạt làm tăng tốc độ khí: Bánh xe cánh quạt quay với tốc độ cao, làm tăng tốc độ của khí theo chiều hướng tâm.
Ống khuếch tán tăng áp suất: Khí có tốc độ cao đi vào ống khuếch tán, tại đây tốc độ giảm dần và áp suất tăng lên.
Khí nén thoát ra: Khí nén được thu gom bởi vỏ ốc và đẩy ra ngoài qua cổng ra.

Xu hướng và tương lai của máy nén khí không dầu:

1. Mở rộng ứng dụng
Ngành công nghiệp thực phẩm và dược phẩm: Nhu cầu về khí nén sạch, không nhiễm dầu ngày càng tăng trong các ngành này.
Ngành công nghiệp điện tử: Máy nén khí không dầu được sử dụng rộng rãi trong quá trình sản xuất linh kiện điện tử, yêu cầu độ chính xác cao.
Ngành y tế: Khí nén sạch được sử dụng trong các thiết bị y tế và phòng thí nghiệm, đáp ứng các tiêu chuẩn khắt khe về độ sạch.

2. Tích hợp công nghệ và Mini hóa
Mini hóa và mô đun hóa:
Máy nén khí không dầu mini: Xu hướng mini hóa ngày càng được chú trọng, đáp ứng nhu cầu sử dụng linh hoạt trong không gian hạn chế.
Mô đun hóa: Thiết kế mô đun hóa giúp dễ dàng lắp đặt, bảo trì và nâng cấp máy nén.
Tích hợp công nghệ thông minh:
Kết nối IoT: Máy nén khí không dầu sẽ được kết nối với IoT, cho phép giám sát và điều khiển từ xa, tối ưu hóa quá trình vận hành.
Trí tuệ nhân tạo: Áp dụng trí tuệ nhân tạo để dự đoán và khắc phục sự cố, nâng cao hiệu quả sản xuất.

3. Hiệu suất và Độ tin cậy
Tăng cường hiệu suất năng lượng:
Tiết kiệm điện năng: Tối ưu hóa thiết kế và sử dụng vật liệu mới, áp dụng công nghệ điều khiển tiên tiến để cải thiện hiệu suất năng lượng.
Hồi nhiệt: Ứng dụng công nghệ hồi nhiệt để tận dụng nhiệt lượng tỏa ra, giảm tiêu thụ năng lượng.
Nâng cao độ tin cậy và tuổi thọ:
Vật liệu tiên tiến: Sử dụng các vật liệu bền, chịu mài mòn tốt để tăng tuổi thọ của các bộ phận máy.
Giám sát tình trạng: Áp dụng các cảm biến và hệ thống giám sát để phát hiện sớm các dấu hiệu hỏng hóc, giúp bảo trì máy nén hiệu quả hơn.

Bền vững: Tập trung vào các giải pháp thân thiện với môi trường, giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường.
Thông minh: Tích hợp các công nghệ thông minh để tối ưu hóa hiệu suất và giảm thiểu sự can thiệp của con người.
Đa dạng hóa: Phát triển các loại máy nén khí không dầu phục vụ cho nhiều ứng dụng khác nhau, đáp ứng nhu cầu đa dạng của thị trường.

Bảo trì bảo dưỡng máy không dầu

Đừng để sự cố máy nén khí làm gián đoạn sản xuất của bạn! Với dịch vụ bảo trì, bảo dưỡng chuyên nghiệp của Khí nén Á Châu, máy móc của bạn luôn hoạt động ổn định và hiệu quả. Liên hệ ngay để được tư vấn và báo giá chi tiết.