Máy nén khí 2 cấp: Đặc điểm, cấu tạo, nguyên lý hoạt động

Với thiết kế thông minh, máy nén khí 2 cấp vừa giải quyết được vấn đề tăng nhiệt khi vận hành, vừa giúp tối ưu quá trình tạo áp. Thiết bị làm việc rất hiệu quả, ít rủi ro, có tính ứng dụng cao trong môi trường công nghiệp.

1. Tìm hiểu khái niệm máy nén khí 2 cấp là gì?

Máy nén khí 2 cấp là thiết bị thực hiện 2 chu kỳ nén khí liên tiếp để tối ưu hiệu quả tăng áp khi vận hành. Vậy nên, áp lực khí nén sinh ra từ dòng máy này luôn cao hơn hẳn máy nén khí 1 cấp.

Quy trình nén khí của máy đi qua 2 giai đoạn cơ bản:

• Giai đoạn 1 (cấp thấp): Không khí hút vào buồng chứa và nén lại với áp suất trung gian (2-4 bar).
• Giai đoạn 2 (cấp cao): Khí nén ở giai đoạn 1 được làm mát, sau đó sẽ được nén lần 2 với mức áp suất cao hơn hẳn (10-30 bar, tùy model).

Máy nén hơi 2 cấp thường hoạt động với công suất 3-30HP, áp lực làm việc trung bình từ 8-12 bar nhưng áp lực tối đa có thể lên tới 15-30 bar. Lưu lượng khí dao động từ 0,4-2m3, dung tích biến thiên trong khoảng 100-500l.

Trong cấu tạo máy có 2 điểm đặc biệt, đó là luôn tích hợp tối thiểu 2 xi lanh (thường là 3) và có thêm bộ làm mát khí nén (ở khâu trung gian).

2. Máy nén khí 2 cấp và 1 cấp - Sự khác biệt nằm ở đâu?

Dựa vào bảng so sánh dưới đây, bạn có thể phân biệt tốt máy nén hơi 2 cấp và 1 cấp. Ngoài ra, còn có được góc nhìn toàn diện về ưu/nhược điểm của 2 lựa chọn này:

3. Hiểu rõ từng cấu tạo của máy nén khí 2 cấp

Ngay sau đây, mời bạn cùng khám phá chi tiết cấu tạo máy bơm khí nén 2 cấp - dòng thiết bị tạo áp bán chạy nhất hiện nay:

• Motor: Là bộ phận dùng điện (từ nguồn cấp) để tạo lực cơ học, kích hoạt hệ thống tạo áp ở khu vực đầu nén. Thường được làm bằng hợp kim (khung) và đồng nguyên chất (phần lõi), chuyển hóa điện với hiệu suất cao nhưng chạy êm ái, ít nóng máy.
• Cụm đầu nén: Chứa 2 hoặc 3 piston, tiếp nhận lực từ động cơ để hút và nén khí. Tại bộ phận này, nguyên liệu sẽ được nén 2 lần để tạo ra thành phẩm có áp lực cao.
• Bộ làm mát trung gian: Nằm ngay khu vực đầu nén, có thiết kế dạng dàn tản nhiệt hoặc ống dẫn xoắn. Giữ vai trò chính là hạ nhiệt cho khí nén sau khi trải qua giai đoạn nén sơ cấp. Mục đích là để bảo vệ piston cấp 2, phòng ngừa tình trạng bục nổ do quá nhiệt.
• Bình chứa khí: Là bộ phận có kích thước lớn nhất trong thiết kế của máy nén hơi 2 cấp. Dung tích dao động từ 50 - 1000l, thường setup bên dưới cụm đầu nén và động cơ, liên kết với đầu nén bằng van 1 chiều. Nhiệm vụ chính là chứa hơi cao áp đã ở trạng thái ổn định để dùng dần, giúp giảm tải cho đầu nén.
• Van hút khí: Nằm ở gần cụm đầu nén, đóng mở linh động để đưa khí vào và hỗ trợ quá trình tạo áp.
• Hệ thống lọc: Bao gồm lọc gió (setup gần van hút khí), lọc dầu và lọc tách nước. Lọc gió sẽ giữ lại bụi bẩn, tạp chất; lọc dầu giúp loại bỏ hơi dầu lẫn trong khí nén; lọc tách nước làm hạ độ ẩm của khí đầu ra. Từ đó, chuẩn hóa chất lượng khí nén và tăng cường hiệu quả bảo vệ máy móc.
• Van an toàn: Bố trí ở đầu ra của máy, nối liền với đường dẫn khí cao áp tới nơi tiêu thụ. Có thể xả khí để chỉnh áp trong trường hợp áp lực tăng quá mức.
• Cảm biến, rơ le và công tắc áp suất: Bộ 3 này có khả năng đo lường sự thay đổi của áp suất khí nén. Sau đó, truyền tín hiệu tới trung tâm điều khiển và tự ngắt máy trong tình huống nguy hiểm hoặc khi đạt áp suất cài đặt.

4. Máy nén khí 2 cấp hoạt động ra sao?

Máy nén khí 2 cấp hoạt động dựa trên nguyên lý biến đổi năng lượng, nén khí tạo áp theo nhiều chu kỳ để gia tăng áp suất của nguyên liệu đầu vào.

Cụ thể, khi máy được cấp năng lượng nguồn và khởi động, motor sẽ tiếp nhận điện và biến đổi chúng thành lực cơ học.

Lực cơ học này được truyền động tới cụm đầu nén, làm chuyển động piston sơ cấp (dịch chuyển xuống), hút gió vào buồng nén sơ cấp.

Tại buồng nén, piston dịch chuyển theo chiều ngược lại (đi lên) làm thu hẹp dần thể tích buồng nén, kích hoạt quá trình nén, tạo áp đến mức trung gian (2-4 bar).

Tiếp theo, khí nén sinh ra sẽ được chuyển qua bộ làm mát để hạ nhiệt từ 160 độ C xuống mức 40-50 độ C.

Sau đó, khí nén được đưa sang piston thứ 2 để bước vào giai đoạn nén thứ cấp.

Tại đây, piston cũng đi xuống để hút khí vào và đi lên để nén khí. Quá trình tạo áp diễn ra mạnh mẽ hơn, có thể cho thành phẩm có áp lực lên tới 30 bar.

Khi khí nén có áp suất chạm nến giá trị lý tưởng, van 1 chiều (van xả) sẽ mở để đưa thành phẩm tới bình chứa khí nén.

5. Vì sao máy nén khí 2 cấp là lựa chọn #1 trong môi trường áp suất cao?

5.1. Tăng hiệu suất nén vượt trội so với dòng máy 1 cấp

Hiệu suất nén khí vượt trội là ưu điểm lớn nhất của dòng máy nén hơi 2 cấp.

Quá trình tạo áp được phân chia rõ ràng thành 2 giai đoạn. Khí chuyển đổi trạng thái từ áp suất nhỏ tới trung bình, từ trung bình tới cao.

Điều này giúp máy tăng áp cao hơn, ổn định hơn. Ngoài ra, còn xử lý tốt lượng nhiệt dư thừa, tránh gây hại cho linh kiện liên quan.

Thực tế, so với máy nén khí 1 cấp cùng công suất, máy nén hơi 2 cấp có hiệu suất nén cao hơn 20-30%.

5.2. Đáp ứng tốt các ứng dụng cần áp suất cao

Nhờ khả năng tạo áp siêu nhanh, siêu VIP, máy bơm khí nén 2 cấp đã trở thành lựa chọn ưu tiên trong các công việc cần đến luồng khí áp lực cao.

Máy nén hơi 2 cấp có thể cho khí đầu ra có áp suất cao gấp 3-4 lần máy nén khí 1 cấp (25 - 30 bar và 7 - 8 bar).

Thiết bị phù hợp với những thiết bị, máy móc vận hành bằng khí áp cao như:

• Máy cắt plasma, máy laser công nghiệp;
• Máy ép khuôn đúc nhôm/nhựa kỹ thuật;
• Dây chuyền đóng chai các loại khí công nghiệp (O2, N2, CO2,...);
• Thiết bị thổi cát, phun sơn, đánh bóng, tháo lắp bu lông, khoan, tiện,...

5.3. Hạn chế sinh nhiệt, bảo vệ tối ưu cho hệ thống máy móc

Nhiệt sinh ra trong hoạt động máy có thể dẫn đến nhiều hệ quả lớn:

• Tăng nhiệt linh kiện và động cơ, khiến máy vận hành với hiệu suất thấp hơn hẳn (giảm 15-30% hiệu quả chuyển đổi năng lượng, sinh công cơ học).
• Khiến máy rơi vào trạng thái quá nhiệt, có thể gây tắt máy giữa chừng.
• Gây biến tính dầu bôi trơn, khiến thành phần này bị bất hoạt chức năng, dễ tạo cặn và cháy dầu.
• Làm giảm tuổi thọ của các bộ phận máy, dễ gây cháy hỏng, chập điện.

Với khả năng xử lý nhiệt dư thừa bằng bộ làm mát trung gian, máy nén hơi 2 cấp giúp bạn ngăn chặn tốt những rủi ro kể trên.

Sau khi đi qua bộ làm mát trung gian, khí nén sơ cấp sẽ hạ nhiệt nhanh, trở về trạng thái an toàn trước khi nén hơi lần 2.

5.4. Giảm áp lực cho từng cấp nén, kéo dài tuổi thọ thiết bị

Với máy nén khí cao áp, nếu tăng áp theo đường thẳng (không đi qua “trạm” trung gian) thì cụm đầu nén sẽ phải chịu áp lực cực lớn. Dễ gây quá tải động cơ, nứt hỏng hoặc mài mòn piston.

Trong khí đó, với máy nén khí 2 cấp thì quá trình tạo áp sẽ chia thành 2 giai đoạn. Mỗi giai đoạn sẽ chịu 1 phần áp lực trong tiến trình nén khí. Nhờ vậy, đem đến 3 tác dụng lớn:

• Giảm tải cho hệ thống piston, trục khuỷu, bạc đạn,....
• Giảm thiểu ma sát, nứt hỏng, mài mòn cho các bộ phận chuyển động
• Gia tăng độ bền của thiết bị, giúp tăng tuổi thọ máy lên 1,5-2 lần so với máy nén hơi 1 cấp.

5.5. Tối ưu chi phí vận hành nhờ tiết kiệm năng lượng

Khi sử dụng máy nén hơi 2 cấp, bạn sẽ thấy đây là giải pháp siêu tiết kiệm năng lượng, giúp cắt giảm 30-32% phí hoạt động. Cụ thể như sau:

• Máy nén khí siêu nhanh, tạo áp tốt nhưng vận hành với công suất trung bình, không cao hơn máy nén hơi 1 cấp.
• Thiết bị làm việc với hiệu suất cao, sử dụng toàn bộ nguồn lực sinh ra để tạo áp. Không gây lãng phí qua con đường tỏa nhiệt.
• Nhờ bộ làm mát trung gian, những tổn thất do nhiệt sẽ được khống chế xuống mức thấp nhất. Thiết bị vận hành ổn định hơn, ít phát sinh lỗi vặt và lỗi nghiêm trọng.

5.6. Vận hành trơn tru, bền bỉ trong môi trường làm việc bất lợi

Khi làm việc trong môi trường bất lợi, các thiết bị tạo áp thường dễ gặp phải các vấn đề kỹ thuật, nhanh hư hỏng.

Tuy nhiên, thiết bị tạo áp 2 cấp là 1 ngoại lệ, có thể vận hành tốt trong mọi điều kiện làm việc/

Thiết bị được chế tạo từ vật liệu tốt, có khả năng chịu áp, chịu nhiệt đỉnh. Kết cấu máy chắc chắn, cân bằng, mối ghép nối xử lý siêu khít.

Máy thường được dùng cho những khu vực có độ ẩm cao, nồng độ bụi lớn (trong thi công xây dựng, khai thác mỏ, sản xuất xi măng).

Thiết bị cũng có tính ứng dụng cao trong môi trường có nền nhiệt quá ngưỡng, làm việc với cường độ liên tục (tại nhà máy luyện kim, nhà máy nhiệt điện,...)

6. Máy nén khí 2 cấp được sử dụng như thế nào trong cuộc sống?

6.1. Dùng trong các thiết bị và công việc hằng ngày

Bạn có thể dùng máy bơm khí nén 2 cấp để thực hiện những công việc cơ bản sau:

• Vận hành các loại súng siết bu lông và các thiết bị tháo lắp thường gặp để hỗ trợ việc sửa chữa, nâng cấp đồ dùng trong nhà.
• Hỗ trợ việc bơm lốp, vệ sinh nội ngoại thất bằng hơi cao áp.
• Dùng để kích hoạt chức năng phun bọt tuyết của máy rửa xe gia đình, vận hành súng xì khô,....
• Giúp thổi bụi cho động cơ, máy tính, vệ sinh nhiều linh kiện điện tử, thiết bị quang học bằng khí sạch.

6.2. Ứng dụng mạnh mẽ trong lĩnh vực công nghiệp sản xuất

Máy nén hơi 2 cấp có tính ứng dụng cao trong lĩnh vực công nghiệp sản xuất. Dưới đây là những môi trường, những công việc phù hợp nhất với dòng thiết bị này:

• Nhà máy chế tạo: Vận hành hệ thống máy cắt, máy đột, máy đóng gói tự động bằng hơi nén áp lực cao.
• Cơ khí: Giúp điều khiển hoạt động của robot nén khí, xi lanh để vận hành dây chuyền sản xuất. Cấp hơi cao áp để kích hoạt các dụng cụ nén khí chuyên dụng.
• Đúc khuôn: Cung cấp khí nén chất lượng cao để hỗ trợ hoạt động của máy ép khuôn, giúp thành phẩm tạo ra có độ đồng đều cao.
• Sản xuất nhựa: Tham gia vào quá trình thổi nhựa, định hình thành phẩm thông qua việc làm mát. Vận hành băng tải và các hệ thống tự động hóa trong dây chuyền sản xuất.

6.3. Ứng dụng trong lĩnh vực hóa chất, điện tử với yêu cầu nghiêm ngặt

Hầu hết các nhà máy sản xuất hóa chất, linh kiện điện tử đều sử dụng máy nén hơi 2 cấp để hỗ trợ công việc. Cụ thể:

• Ngành hóa chất/sơn phủ: Tham gia vào hoạt động vận chuyển nguyên liệu dạng bột (hoặc hạt) đi qua hệ thống đường ống. Hỗ trợ quá trình phun sơn cao áp, đảm bảo cấp khí nén với áp lực đều tay, độ sạch đạt chuẩn.
• Ngành điện tử/bán dẫn: Cung cấp hơi nén khô, sạch, không dầu cho các thiết bị chế tạo vi mạch và thiết bị kiểm tra. Điều khiển/vận hành các thiết bị gắp - nhả linh kiện một cách nhanh nhạy

6.4. Đáp ứng tiêu chuẩn cao trong y tế và dược phẩm

Máy nén khí 2 cấp không dùng dầu thường được sử dụng trong môi trường y tế, sản xuất và kinh doanh dược phẩm. Theo đó, bạn có thể dùng hơi cao áp sinh ra từ máy vào những công việc sau:

• Vận hành máy gây mê, máy thở và các thiết bị đóng gói vô trùng.
• Cung cấp khí nén chất lượng cao cho phòng sạch, các trung tâm nghiên cứu, phòng thí nghiệm.
• Hỗ trợ việc vệ sinh dụng cụ y tế, nguyên liệu hoặc vỏ thuốc
• Điều khiển hệ thống CIP/SIP trong ngành dược phẩm, giúp tạo ra môi trường vô khuẩn tuyệt đối khi sản xuất/chế biến thuốc.

7. Tiêu chí lựa chọn máy nén khí 2 cấp phù hợp nhu cầu

7.1. Chọn công suất phù hợp với quy mô sử dụng

Công suất máy là thông số phản ánh trực tiếp năng lực làm việc, tốc độ và hiệu quả nén hơi, tạo áp của thiết bị.

Khi chọn máy, bạn cần dựa vào nhu cầu riêng, mục đích và quy mô sử dụng để chọn thiết bị tạo áp có công suất phù hợp.

• Nếu dùng trong gia đình hoặc cửa hàng nhỏ nên chọn máy có công suất 2-5HP.
• Nếu dùng trong sản xuất/kinh doanh dịch vụ với quy mô tầm trung nên ưu tiên thiết bị có công suất 7,5-15HP.
• Nếu dùng cho các nhà máy lớn, khu công nghiệp, bệnh viện,... bạn nên tham khảo máy có công suất từ 20HP trở lên.

Lưu ý: Công suất của động cơ không chỉ tỷ lệ thuận với áp suất, lưu lượng khí sinh ra mà còn có mối liên hệ mật thiết với mức tiêu thụ điện. Công suất máy nén khí 2 cấp càng cao thì thiết bị tiêu thụ lượng điện càng lớn và ngược lại.

7.2. Xác định đúng áp suất làm việc cần thiết

Hãy xem bạn cần dùng khí nén có áp suất bằng bao nhiêu, sử dụng vào công việc gì để lựa ra sản phẩm phù hợp nhất.

• Khi dùng để vận hành thiết bị cầm tay, hỗ trợ việc bơm hơi, sửa chữa nhẹ thì bạn nên chọn máy có áp lực làm việc 6 - 10 bar.
• Nếu sử dụng máy để điều khiển, kích hoạt các thiết bị cắt, ép, đúc, tiện,... thì chọn sản phẩm có áp lực khí nén từ 12 - 20 bar.
• Nếu cần dùng máy để hoàn thành những công việc nặng trong ngành đóng chai, chế tạo máy, sản xuất hóa chất,... thì bạn tìm đến những thiết bị sinh áp từ 20 bar trở lên.

7.3. Đảm bảo lưu lượng khí nén ổn định, đủ dùng

Lưu lượng cũng là thông số đặc biệt cho thấy khả năng đáp ứng nhu cầu của máy trong 1 thời điểm nhất định.

Kinh nghiệm cho thấy lưu lượng khí đầu ra của máy phải luôn cao hơn mức tiêu thụ thực tế.

Đầu tiên, cần tính tổng lượng khí nén cần sử dụng theo giờ (hoặc phút) trước. Sau đó cộng thêm khoảng 25-30% dự phòng để chọn ra dòng máy nén khí có lưu lượng phù hợp.

Ngoài chú ý đến số lượng, bạn còn cần quan tâm đến chất lượng và độ ổn định của khí nén đầu ra. Nếu được nên chọn dòng máy không dầu, setup hệ thống lọc chuyên nghiệp, cho thành phẩm với độ tinh khiết cao.

Để biết máy có vận hành ổn định hay không, bạn cần đọc feedback hoặc trải nghiệm thử. Ngoài ra, có thể đặt niềm tin vào những brand uy tín để mua được sản phẩm chất lượng.

7.4. Ưu tiên thương hiệu uy tín, có bảo hành và hậu mãi tốt

Thị trường Việt hiện có hơn 40 thương hiệu máy nén khí cao áp cùng “chia nhau” về thị phần.

Tuy nhiên những thương hiệu lâu năm và đáng tin cậy nhất phải kể đến Fusheng, Kobelco, Pegasus, Puma, Palada, Atlas Copco, Hitachi, Swan,....

Việc chọn máy ở những nhãn hàng uy tín sẽ đem đến 4 điểm lợi:

• Tiếp cận được máy chất lượng tốt: dùng bền, tạo áp nhanh, cho khí nén có chất lượng đảm bảo, vận hành an toàn.
• Giá cả hợp lý và được báo không khai, đảm bảo tính công bằng cao đối với mọi đối tượng khách hàng.
• Setup đủ linh kiện, phụ tùng thay thế nên khi cần có thể liên hệ giao hàng ngay.

8. Hướng dẫn bảo dưỡng máy nén khí 2 cấp đúng cách

8.1. Kiểm tra định kỳ các bộ phận và linh kiện quan trọng

Khi sử dụng máy nén hơi 2 cấp, bạn cần duy trì thói quen kiểm tra, thăm dò chức năng của các bộ phận máy định kỳ.

• Trước và sau khi sử dụng máy nên rà soát sơ bộ từng linh kiện nhỏ để đề phòng rủi ro (nếu có).
• Kiểm tra mỗi tuần/lần đối với cảm biến nhiệt, van an toàn và rơ le áp suất.
• Kiểm tra trạng thái của vòng bi, xéc măng, piston nếu máy có hiện tượng rung giật mạnh, phát ra âm thanh bất thường.
• Kiểm tra khẩn cấp đối với trường hợp phát sinh sự cố bất thường (kêu to, nóng máy nhanh, có mùi khét,...)

8.2. Thường xuyên vệ sinh và thay dầu bôi trơn đúng hạn

Việc vệ sinh máy cần được thực hiện thường xuyên để làm thông thoáng đường dẫn khí, tránh nhiễm bẩn/hư hỏng linh kiện và tối ưu chất lượng khí nén.

Bạn cần vệ sinh hệ thống lọc theo chu kỳ 200-300 giờ/lần. Vệ sinh khe hút gió, van xả hằng tuần; xả nước và vệ sinh bình chứa mỗi ngày.

Đừng quên kiểm tra, cấp bổ sung hoặc thay dầu đúng lịch. Với dầu khoáng, tần suất thay mới phù hợp là 500-800h/lần. Với dầu tổng hợp, bạn nên thay mới sau 1500-2000h hoạt động.

8.3. Đảm bảo hệ thống làm mát trung gian luôn hoạt động hiệu quả

Bộ làm mát trung gian là trung tâm điều hòa, giúp bảo vệ hệ thống nén khí thứ cấp trước rủi ro về nhiệt.

Vậy nên bạn cần chăm sóc chi tiết này thường xuyên, giữ cho hệ thống luôn sạch sẽ, thông thoáng.

Cách thực hiện rất đơn giản, bạn chỉ cần kiểm tra, vệ sinh quạt gió và thổi sạch bụi ở dàn làm mát.

Đừng quên kiểm tra nhiệt độ khí sau khi hạ nhiệt, nếu thấp hơn 50 độ C thì đạt chuẩn. Nếu cao hơn 70 độ C chứng tỏ bộ làm mát đang hoạt động kém hiệu quả, cần được bảo trì ngay.

Điện máy Đặng Gia vừa phân tích kỹ mọi thông tin liên quan đến máy nén khí 2 cấp. Từ cấu tạo, ứng dụng, ưu điểm cho tới cách chọn mua và bảo trì. Bạn hãy dùng cẩm nang này để sàng lọc và tìm ra thiết bị tạo áp phù hợp với nhu cầu nhé!