Cộng tiêu thụ khí của tối đa 6 nhóm xi lanh + thiết bị khác, thêm rò rỉ và dự phòng → lưu lượng máy nén (FAD), công suất ước tính và thể tích bình chứa.
Giải thích chi tiết
- Bài toán dùng để làm gì
- Hình dung đơn giản
- Kiến thức nền cần có
- Các đại lượng và lấy số liệu ở đâu
- Xây dựng công thức từng bước
- Lời giải mẫu từng bước
- Áp dụng thực tế và lưu ý
Bài toán dùng để làm gì
Khi xưởng thêm trạm robot hàn có nhiều đồ gá kẹp khí, câu hỏi là máy nén hiện tại có đủ không, hay phải mua máy mới cỡ bao nhiêu kW và bình chứa bao nhiêu lít. Bài toán cộng lượng khí của các nhóm xi lanh và thiết bị khác, thêm rò rỉ, dự phòng, ra lưu lượng máy nén (FAD), công suất và thể tích bình.
Hình dung đơn giản
Hãy tưởng tượng
Hãy coi máy nén là cái máy bơm nước lên bể, các xi lanh là các vòi đang dùng nước. Phải cộng lượng nước tất cả các vòi dùng trong một phút, cộng thêm phần rò rỉ ở các khớp, rồi chọn máy bơm lớn hơn chút. Bình chứa như cái bể: giúp máy không phải bật tắt liên tục.
Kiến thức nền cần có
Đọc lại các mục sau ở Chương 0 nếu chưa nắm chắc: 0.2 đơn vị · 0.12 công suất · 0.15 áp suất và lưu lượng
Các đại lượng và lấy số liệu ở đâu
| Ký hiệu | Ý nghĩa | Đơn vị | Lấy số liệu ở đâu |
|---|---|---|---|
| p | Áp suất làm việc của mạng khí | bar | Thường 6–7 bar |
| Dᵢ, dᵢ, sᵢ | Đường kính piston, cần, hành trình của nhóm xi lanh i | mm | Bản vẽ, hoặc kết quả TB01 |
| nᵢ, qᵢ | Số chu kỳ đi–về mỗi phút; số xi lanh giống nhau trong nhóm | – | Nhịp sản xuất của trạm |
| tᵢ | Kiểu xi lanh: Kép (khí cấp cả hai chiều) hay Đơn (lò xo hồi) | – | Mã catalogue |
| Qo | Thiết bị khác: súng thổi bụi, động cơ khí, kẹp hút… | NL/ph | Catalogue thiết bị; súng thổi phi 2 khoảng 100–200 NL/ph |
| ks, lk, res | Hệ số đồng thời, tỉ lệ rò rỉ, dự phòng mở rộng | – | Rò rỉ: hệ tốt 5–10 %, cũ 20–30 %; dự phòng 20 % |
| sp | Công suất riêng của máy nén | kW/(m³/ph) | Catalogue Atlas Copco, Kaeser, Hitachi: máy trục vít 7 bar ≈ 6–7 |
| pU − pL, fm | Chênh áp giữa lúc máy chạy tải và nghỉ; số lần tải tối đa mỗi phút | bar, lần/ph | Cài đặt máy nén; Atlas Copco: 1 chu kỳ/30 s |
| T1, T0 | Nhiệt độ khí vào máy nén và trong bình | °C | Nhiệt độ phòng máy |
Xây dựng công thức từng bước
Công thức tổng quát không “từ trên trời rơi xuống”: nó được ghép từ những công thức con đơn giản. Đi lần lượt từng bước:
Bước 1. Tiêu thụ khí từng nhóm xi lanh
Mỗi chu kỳ xi lanh kép lấp đầy buồng đáy (A1) và buồng cần (A2); đổi ra khí tự do bằng tỉ số áp suất tuyệt đối, nhân số chu kỳ và số xi lanh:
Qᵢ = (A1 + A2)·s·(p + 1,013)/1,013·n·q
Bước 2. Tổng tiêu thụ
Cộng các nhóm và thiết bị khác, nhân hệ số đồng thời:
Qt = (ΣQᵢ + Qo)·ks
Bước 3. Lưu lượng máy nén cần (FAD)
Thêm phần rò rỉ và dự phòng cho tương lai:
FAD = Qt·(1 + lk)·(1 + res)
Bước 4. Công suất và cỡ động cơ
Nhân với công suất riêng, rồi làm tròn lên cỡ động cơ chuẩn IEC:
Pc = FAD·sp → Pstd
Bước 5. Thể tích bình chứa
Bình phải đủ lớn để máy nén không đóng ngắt quá số lần cho phép (công thức Atlas Copco cho máy chạy tải/không tải):
V = 0,25·qC·p1·T0 / (fmax·(pU − pL)·T1)
Lời giải mẫu từng bước (số liệu mẫu của công cụ tính ở đầu trang)
Bước A – Số liệu đầu vào (ô vàng của công cụ tính). Đây là bộ số ví dụ có sẵn; khi làm thật bạn thay bằng số của mình:
| TT | Đại lượng | Ký hiệu | Giá trị | Đơn vị | Ghi chú / nguồn |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | Áp suất làm việc | p | 6 | bar | |
| 2 | Đường kính piston | D1 | 50 | mm | |
| 3 | Đường kính cần | d1 | 20 | mm | |
| 4 | Hành trình | s1 | 200 | mm | |
| 5 | Số chu kỳ / phút | n1 | 10 | ||
| 6 | Số xi lanh giống nhau | q1 | 2 | ||
| 7 | Loại | t1 | Kép | Đơn = chỉ cấp khí 1 chiều | |
| 9 | Đường kính piston | D2 | 32 | mm | |
| 10 | Đường kính cần | d2 | 12 | mm | |
| 11 | Hành trình | s2 | 100 | mm | |
| 12 | Số chu kỳ / phút | n2 | 20 | ||
| 13 | Số xi lanh giống nhau | q2 | 4 | ||
| 14 | Loại | t2 | Kép | Đơn = chỉ cấp khí 1 chiều | |
| 16 | Đường kính piston | D3 | 25 | mm | |
| 17 | Đường kính cần | d3 | 10 | mm | |
| 18 | Hành trình | s3 | 50 | mm | |
| 19 | Số chu kỳ / phút | n3 | 30 | ||
| 20 | Số xi lanh giống nhau | q3 | 2 | ||
| 21 | Loại | t3 | Đơn | Đơn = chỉ cấp khí 1 chiều | |
| 23 | Đường kính piston | D4 | 0 | mm | |
| 24 | Đường kính cần | d4 | 0 | mm | |
| 25 | Hành trình | s4 | 0 | mm | |
| 26 | Số chu kỳ / phút | n4 | 0 | ||
| 27 | Số xi lanh giống nhau | q4 | 0 | ||
| 28 | Loại | t4 | Kép | Đơn = chỉ cấp khí 1 chiều | |
| 30 | Đường kính piston | D5 | 0 | mm | |
| 31 | Đường kính cần | d5 | 0 | mm | |
| 32 | Hành trình | s5 | 0 | mm | |
| 33 | Số chu kỳ / phút | n5 | 0 | ||
| 34 | Số xi lanh giống nhau | q5 | 0 | ||
| 35 | Loại | t5 | Kép | Đơn = chỉ cấp khí 1 chiều | |
| 37 | Đường kính piston | D6 | 0 | mm | |
| 38 | Đường kính cần | d6 | 0 | mm | |
| 39 | Hành trình | s6 | 0 | mm | |
| 40 | Số chu kỳ / phút | n6 | 0 | ||
| 41 | Số xi lanh giống nhau | q6 | 0 | ||
| 42 | Loại | t6 | Kép | Đơn = chỉ cấp khí 1 chiều | |
| 44 | Thiết bị khác (súng thổi, động cơ khí…) | Qo | 100 | NL/ph | Tra catalogue thiết bị |
| 45 | Hệ số đồng thời | ks | 1 | ≤ 1 khi không phải mọi thiết bị chạy cùng lúc | |
| 46 | Tỉ lệ rò rỉ | lk | 10 % | Hệ thống tốt 5–10 %; cũ 20–30 % | |
| 47 | Dự phòng mở rộng | res | 20 % | ||
| 50 | Công suất riêng máy nén | sp | 6,5 | kW/(m³/ph) | Máy trục vít 7 bar ≈ 6–7 (catalogue) |
| 53 | Chênh áp tải – không tải pU − pL | dp | 1 | bar | |
| 54 | Số chu kỳ tải tối đa | fm | 2 | lần/ph | Atlas Copco: 1 chu kỳ / 30 s |
| 55 | Nhiệt độ khí vào máy nén | T1 | 35 | °C | |
| 56 | Nhiệt độ khí trong bình | T0 | 35 | °C |
Bước B – Tính lần lượt (web tự tính, bạn có thể bấm tay để kiểm tra lại). Dòng xanh lá là kết quả chính:
| TT | Đại lượng | Ký hiệu | Kết quả | Đơn vị | Công thức / cách tính |
|---|---|---|---|---|---|
| 8 | Tiêu thụ nhóm | Q1 | 100 | NL/ph | (A1 + A2)·s·(p+1,013)/1,013·n·số lượng |
| 15 | Tiêu thụ nhóm | Q2 | 82,82 | NL/ph | (A1 + A2)·s·(p+1,013)/1,013·n·số lượng |
| 22 | Tiêu thụ nhóm | Q3 | 10,19 | NL/ph | (A1 + A2)·s·(p+1,013)/1,013·n·số lượng |
| 29 | Tiêu thụ nhóm | Q4 | 0 | NL/ph | (A1 + A2)·s·(p+1,013)/1,013·n·số lượng |
| 36 | Tiêu thụ nhóm | Q5 | 0 | NL/ph | (A1 + A2)·s·(p+1,013)/1,013·n·số lượng |
| 43 | Tiêu thụ nhóm | Q6 | 0 | NL/ph | (A1 + A2)·s·(p+1,013)/1,013·n·số lượng |
| 48 | Tổng tiêu thụ | Qt | 293,1 | NL/ph | |
| 49 | LƯU LƯỢNG MÁY NÉN CẦN (FAD) | FAD | 0,387 | m³/ph | FAD = Q·(1 + rò rỉ)·(1 + dự phòng) |
| 51 | Công suất máy nén ước tính | Pc | 2,51 | kW | |
| 52 | Cỡ động cơ chuẩn | Pstd | 3 | kW | |
| 57 | THỂ TÍCH BÌNH CHỨA | V | 48,98 | L | V = 0,25·qC·p1·T0/(fmax·(pU − pL)·T1), qC [L/s], p1 = 1,013 bar |
Bước C – Kết luận ví dụ
Kết quả chính: LƯU LƯỢNG MÁY NÉN CẦN (FAD) = 0,387 m³/ph; Công suất máy nén ước tính = 2,51 kW; THỂ TÍCH BÌNH CHỨA = 48,98 L.
Nếu đổi số liệu ở ô vàng, mọi kết quả tự tính lại. Ô nào báo KHÔNG ĐẠT thì xem mục Áp dụng thực tế bên dưới để biết cần sửa gì.
Áp dụng thực tế và lưu ý
- Chọn máy nén có FAD trong catalogue (đo theo ISO 1217) ≥ kết quả. Chú ý FAD giảm khi đặt áp suất cao hơn.
- Rò rỉ là ‘kẻ trộm’ lớn nhất: xưởng cũ có thể mất 20–30 % khí. Kiểm tra rò rỉ vào cuối tuần (tắt hết máy, xem áp suất tụt) trước khi quyết định mua máy mới.
- Bình chứa lớn hơn kết quả không có hại; nên chọn cỡ chuẩn lớn hơn (ví dụ 49 L → bình 100 L) và thêm bình phụ gần trạm dùng khí đột biến.
- Lỗi hay gặp: tính xi lanh đơn như xi lanh kép; quên súng thổi khí (thường là thiết bị ‘ngốn’ khí nhất xưởng).