Giải thích chi tiết: Tổng lưu lượng khí – chọn máy nén và bình chứa

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

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)

Hình TB03.2 – Sơ đồ hình thành công thức: số liệu → từng công thức con → kết luận

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

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).