Bài giảng Công nghệ khí nén – thủy lực ứng dụng

 trong bơm). 
 + Khi sử dụng hai bơm dầu dùng chung cho một hệ thống. 
 80 
 Hình 4.14. Van bi một chiều 
 * Van một chiều điều khiển được hướng chặn 
 - Nguyên lý hoạt động 
 Khi dầu chảy từ A qua B, van thực hiện theo nguyên lý của van một 
chiều. Nhưng khi dầu chảy từ B qua A, thì phải có tín hiệu điều khiển bên 
ngoài tác động vào cửa X. 
 Hình 4.15. Van bi một chiều điều khiển được hướng chặn 
 a- chiều A qua B như van một chiều; 
 b- chiều B qua A có dòng chảy, khi có tín hiệu X; c. ký hiệu 
 81 
 Hình 4.16. Van tác động khóa lẫn 
 a- Dòng chảy từ A1 qua B1 hoặc từ A2 qua B2 ( như van một chiều); 
 b- Từ B2 về A2 thì phải có tín hiệu điều khiển A1; c- Ký hiệu 
 Kết cấu của van tác động khoá lẫn, thực ra là lắp hai van một chiều 
điều khiển được hướng chặn. Khi dòng chảy từ A1 qua B1 hoặc từ A2 qua B2 
theo nguyên lý của van một chiều. Nhưng khi dầu chảy từ B2 về A2 thì phải 
có tín hiệu điều khiển A1 hoặc khi dầu chảy từ B1 về A1 thì phải có tín hiệu 
điều khiển A2. 
 2.2. Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của mạch điều khiển thủy lực 
 Hình 4.17. Hệ thống điều khiển bằng thủy lực 
 Hệ thống điều khiển bằng thủy lực được mô tả qua sơ đồ hình 3.1, gồm các 
cụm và phần tử chính, có chức năng sau: 
 - Cơ cấu tạo năng lượng: bơm dầu, bộ lọc (...) 
 82 
 - Phần tử nhận tín hiệu: các loại nút ấn (...) 
 - Phần tử xử lý: van áp suất, van điều khiển từ xa (...) 
 - Phần tử điều khiển: van đảo chiều (...) 
 - Cơ cấu chấp hành: xilanh, động cơ dầu. 
 b. Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều bằng thủy lực 
 Cấu trúc hệ thống điều khiển bằng thủy lực được thể hiện ở sơ đồ hình 3.2 
 Hình 4.19. Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển bằng thủy lực 
 2.2.1. Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của mạch thủy lực chuyển 
động quay 
 a. Sơ đồ hệ thống 
 Hệ thủy lực thực hiện chuyển động quay được phân tích như sau: 
Mômen xoắn tác động lên trục động cơ dầu bao gồm: 
 + Mômen do quán tính Ma = J. [Nm] (J - mômen quán tính khối lượng 
trên phụ tải[Nms2];  - gia tốc góc của trục quay phụ tải [rad/s2].) 
 + Mômen do ma sát của các phần tử chuyển động của phụ tải MD [Nm]. 
 + Mômen do tải trọng ngoài ML [Nm]. 
 + Mômen xoắn tổng cộng Mx sẽ là: 
 Mx = Ma+ MD + ML [Nm] 
 83 
 a b c 
 Hình 4.20. Sơ đồ mạch thủy lực chuyển động quay 
 Q1,Q2 – Lưu lượng đầu vào và đầu ra của động cơ thủy lực 
 b. Nguyên lý hoạt động 
 Khi van đảo chiều ở trạng thái a, dầu từ bơm vào cữa bên trái của 
động cơ thủy lực đồng thời cữa bên phải thông với đường tháo. Do đó động cơ 
sẽ tạo ra mô men quay. 
 Khi van đảo chiều ở trạng thái b, sẽ đóng kín cả hai đường dầu đến hai 
cữa, động cơ thủy lực sẽ đứng yên ở vị trí trung gian. Lúc này dầu từ bơm sẽ đi 
qua van tràn về lại thùng chứa. 
 Khi van đảo chiều ở trạng thái c, dầu từ bơm vào cữa bên phải của động 
cơ thủy lực đồng thời cữa bên trái thông với đường tháo. Do đó động cơ sẽ tạo 
ra mô men quay theo chiều ngược lại. 
 2.2.2. Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của mạch thủy lực chuyển 
động tịnh tiến 
 a. Sơ đồ hệ thống 
 Trong đó: 
 P - Áp suất của dầu thủy lực 
 Q- lưu lượng của dầu thủy lực đi qua ống 
 Ft- ngoại lực tác động lên cần đẩy 
 84 
 X – hành trình dịch chuyển của piston 
 D,d – đường kính của piston và cần đẩy 
 a b c 
 Hình 4.21. Sơ đồ mạch thủy lực chuyển động tịnh tiến 
 b. Nguyên lý hoạt động 
 Khi van đảo chiều ở trạng thái a, dầu từ bơm vào khoang trái của xy lanh 
lực đồng thời khoang phải của xy lanh thông với đường tháo. Do đó piston-cần 
đẩy tịnh tiến theo chiều từ trái qua phải. 
 Khi van đảo chiều ở trạng thái b, sẽ đóng kín cả hai đường dầu đến hai 
khoang của xy lanh lực nên piston-cần đẩy đứng yên ở vị trí trung gian. Lúc này 
dầu từ bơm sẽ đi qua van tràn về lại thùng chứa. 
 Khi van đảo chiều ở trạng thái c, dầu từ bơm vào khoang phải của xy lanh 
lực đồng thời khoang trái của xy lanh thông với đường tháo. Do đó piston-cần 
đẩy tịnh tiến theo chiều từ phải qua trái. 
 3. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy thủy lực 
 3.1. Máy nén khí loại rô to 
 3.2. Tuốc bin thủy lực 
 3.3. Nhận dạng cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các loại hệ thống truyền động 
bằng thủy lực 
 3 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY THỦY LỰC 
 85 
 3.1 Máy nén khí loại rô to 
 - Có hai loại máy nén khí kiểu roto thường được sử dụng: 
 + Máy nén khí kiểu cánh quay 
 + Máy nén khí kiểu trục vít 
 3.1.1. Máy nén khí kiểu cánh quay 
 Máy nén cánh quay là một máy thủy tĩnh có tỷ số nén xác định theo cấu trúc. 
Nhờ bố trí rô to lệch tâm mà thể tích giới hạn bởi cánh quay và stator được nén 
lại khi quay rô to. Kết cấu nhỏ gọn và chuyển động liên tục của rô to cho phép tần 
số quay cực đại đạt đến 3000 vM/ph. 
 Hình 4.22. Cấu tạo máy nén kiểu roto một cấp 
 1- Thân máy; 2- Nắp máy; 3- Mặt bích đầu trục; 4- Rô to; 5- Cánh quay 
 Trên hình 4.8 giới thiệu cấu tạo máy nén khí cánh quay một cấp, bao 
gồm: thân máy 1; nắp máy 2; mặt bích đầu trục 3; stator 4; rô to 5 và cánh 
quay 6. Khi rô to quay, dưới tác dụng của lực ly tâm các cánh quay văng ra 
theo các rãnh trên rô to tựa đầu mút ngoài vào stator. Quá trình hút và nén 
được thực hiện theo sự thay đổi thể tích giới hạn giữa các cánh quay và mặt 
tựa stator. 
 * Nguyên lý hoạt động 
 Cấu tạo máy nén khí kiểu cánh gạt một cấp (hình 4.23) bao gồm: thân 
máy (1), mặt bích thân máy, mặt bích trục, rôto (2) lắp trên trục. Trục và rôto 
 (2) lắp lệch tâm e so với bánh dẫn chuyển động. Khi rôto (2) quay tròn, 
dưới 
tác dụng của lực ly tâm các cánh gạt (3) chuyển động tự do trong các rãnh ở 
trên rôto (2) và đầu các cánh gạt (3) tựa vào bánh dẫn chuyển động. Thể tích 
 86 
giới hạn giữa các cánh gạt sẽ bị thay đổi. Như vậy quá trình hút và nén được 
thực hiện. 
 Hình 4.23. Cấu tạo máy nén khí kiểu cánh gạt. 
 Để làm mát khí nén, trên thân máy có các rãnh để dẫn nước vào làm mát. 
Bánh dẫn được bôi trơn và quay tròn trên thân máy để giảm bớt sự hao mòn khi 
đầu các cánh tựa vào. 
 3.1.2. Máy nén khí kiểu trục vít 
 Máy nén khí kiểu trục vít hoạt động theo nguyên lý thay đổi thể tích. Thể 
tích khoảng trống giữa các răng sẽ thay đổi khi trục vít quay. Như vậy sẽ tạo ra 
quá trình hút (thể tích khoảng trống tăng lên), quá trình nén (thể tích khoảng 
trống nhỏ lại) và cuối cùng là quá trình đẩy. 
 Máy nén khí kiểu trục vít gồm có hai trục: trục chính và trục phụ. Số răng 
(số đầu mối) của trục xác định thể tích làm việc (hút, nén). Số răng càng lớn, thể 
tích hút nén của một vòng quay sẽ giảm. Số răng (số đầu mối) của trục chính và 
trục phụ không bằng nhau sẽ cho hiệu suất tốt hơn. 
 Hình 4.24. Nguyên lý họat động máy nén khí kiểu trục vít 
 87 
 Hình 4.25. Sơ đồ hệ thống máy nén khí kiểu trục vít có hệ thống dầu bôi trơn 
 * Ưu điểm : khí nén không bị xung, sạch; tuổi thọ vít cao (15.000 đến 
 40.000 giờ); nhỏ gọn, chạy êm. 
 * Khuyết điểm : Giá thành cao, tỷ số nén bị hạn chế. 
 3.2 Tuốc bin thủy lực 
 Tuốc bin (Turbine) thủy lực là loại động cơ chạy bằng sức nước, nó nhận 
năng lượng dòng nước để quay và kéo rô to máy phát điện quay theo để tạo ra dòng 
điện. Tổ hợp tuốc bin thủy lực và máy phát điện gọi là "Tổ máy phát điện thủy 
lực". Ở phần này chúng ta chỉ nghiên cứu về tuốcbin thủy lực, thiết bị điều tốc và 
giới thiệu một số hệ thống thiết bị thủy lực có liên quan. 
 Hình 4.26. Tuốc bin thủy lực 
 Trục tuốc bin có hai đầu, đầu dưới có bích nối với vành trên của bánh xe 
công tác còn đầu trên cũng có bích nối với Rotor của máy phát điện. Stator của máy 
 88 
phát điện được tì lên khối bê tông lớn của nhà máy. 
 Toàn bộ phần quay của tổ máy phát điện thuỷ lực bao gồm bánh xe 
công tác, trục và Rotor của máy phát điện có một hệ thống ổ trục gồm: Ổ trục 
hướng và ổ trục chặn không cho chuyển vị theo phương thẳng đứng. Tải trọng 
đè lên ổ trục chặn (ở tổ máy trục đứng) gồm có trọng lượng phần quay của tổ 
máy và áp lực nước dọc trục tác dụng lên bánh xe công tác. Ổ trục chặn 
thường bố trí trên nắp tuốc bin còn ở các tổ máy nằm ngang tải trọng đó chỉ 
do áp lực nước. 
 Ta xét phân loại tuốc bin theo dạng năng lượng của dòng chảy qua bánh 
xe công tác. Năng lượng dòng chảy truyền qua bánh xe công tác tuốc bin bằng 
độ chênh lêch giữa hai thiết diện ở trên thượng lưu và hạ lưu. 
 Các tuốc bin hiện đại được chia thành hai dạng chính: tuốc bin đẩy 
(impulse) và Tuốc bin phản kích (reaction) 
 Trong tuốc bin đẩy, chỉ có động năng của dòng chảy tác dụng lên bánh 
xe công tác còn thế năng bằng không. Hiện tuốc bin này chỉ phát ra công suất 
nhờ động năng của dòng chảy, còn áp suất cửa ra và cửa vào của tuốc bin bằng 
áp suất khí trời. 
 Tuốc bin phản kích làm việc nhờ cả hai phần động năng và thế năng, 
mà chủ yếu là thế năng của dòng chảy. Trong tuốc bin này áp suất tại cửa 
lớn và cửa ra, trong bánh xe công tác dòng chảy biến đổi cả về thế năng và 
động năng. Trong đó vận tốc dòng chảy chảy qua tuốc bin tăng dần còn áp 
suất thì giảm dần. Máng dẫn của cánh hình cô nên gây ra độ chênh áp giữa 
mặt cánh từ đó tạo ra mô men quay. Tuốc bin phản kích dùng cho trạm có 
mức nước thấp còn Tuốc bin đẩy dùng cho trạm mức nước cao và lưu lượng 
nhỏ. 
 89 
 Hình 4.27. Các dạng tuốc bin thủy lực phổ biến 
 Tuốc bin xung lực: a) Pelton, b) Turgo, c) Cross - flow. 
 Tuốc bin phản lực: d) Francis ống mở (Open Plume Francis), e) Francis 
khung xoắn (Spiral - Case Francis). 
 3.2.1. Tuốc bin đẩy 
 Tuốc bin xung lực thông thường sử dụng trực tiếp vận tốc của dòng 
chảy để kéo runner và xả ra thành áp suất không khí. Dòng chảy chạm vào 
mỗi lưỡi quay của runner. Không có suction ở phía dưới turbin, và dòng nước 
sẽ chảy ra khỏi phía dưới của turbin sau khi chạm runner. Tuốc bin đẩy rất 
thích hợp với các mô hình ứng dụng cột nước cao-dòng chảy thấp (high head 
 - low flow). Có 2 loại turbin đẩy phổ biến là Pelton và Cross-flow 
 Pelton: một guồng quay pelton có một hoặc nhiều ống dẫn xả nước vào 
aearted space rồi chạm vào lưỡi quay cánh runner. Ống giảm lưu thường 
không cần lắp cho dạng turbin impulse vì runner cần được đặt trên mức tối đa 
của mực nước tailwater để cho phép turbin vận hành ở điều kiện áp suất khí 
quyển. 
 Cross-flow: Cross-flow tuốc bin cho phép nước chảy qua lưỡi quay hai 
lần. Lần thứ nhất là lúc nước chảy từ ngoài vào lưỡi quạt và lần thứ hai là khi 
nước chảy từ lưỡi quạt thoát ra ngoài. Một van dẫn đặt ở đầu vào turbin sẽ 
chuyển dòng chảy đến một phần giới hạn của runner. Cross flow turbin được 
 90 
thiết kế để thích ứng với dòng chảy lưu lượng lớn và áp suất thấp hơn so với 
turbin dạng Pelton. 
 3.2.2. Tuốc bin phản kích 
 Turbin phản lực tận dụng sự kết hợp của áp lực lẫn dòng chảy. Runner 
được đặt trực tiếp vào dòng chảy trên các cánh quạt thay vì để dòng nước 
chạm mỗi cánh quạt. Tuốc bin phản lực thường được sử dụng ở những địa 
điểm có mực nước thấp và lưu lượng cao hơn so với turbin xung lực. Có ba 
loại tuốc bin phản lực phổ biến: Chân vịt (propeller), Francis và Động lực 
(kinetic). 
 Turbin chân vịt thông thường có runner gồm ba đến sáu cánh quạt va chạm 
trực tiếp cùng lúc với dòng chảy. 
 Francis turbin có chín (hoặc hơn) van bơm cố định. Nước được dẫn vào 
ngay phía trên và xung quay runner và quay nó. 
 Tuốc bin động lực, hay còn gọi là tuốc bin dòng chảy tự do, sản xuất ra 
điện dựa vào động năng của dòng chảy thay vì thế năng của mức chênh lệch 
của nước. Hệ thống này có thể được vận hành ở các sông, các kênh rạch nhân 
tạo, nước triều hoặc các dòng chảy đại dương. Các hệ thống kinetic sử dụng 
dòng chảy tự nhiên của nguồn nước. Hệ thống này không đòi hỏi phải chuyển 
hướng dòng chảy thông qua các kênh đào nhân tạo, lòng sông hoặc ống dẫn, 
 dù rằng nó có thể ứng dụng ở các điều kiện như vậy. Các hệ thống động 
lực không đòi hỏi các công trình xây dựng qui mô lớn. 
 Cán quay của turbin điều khiển máy phát điện, hay nói cách khác, 
chuyển cơ năng thành điện năng. Có ba loại máy phát điện thường được sử 
dụng trong các nhà máy thủy điện. Đối với các nhà máy thủy điện công suất 
thấp, máy phát điện có thể ở dạng dòng cảm ứng (alternating-current 
 induction), đối với các nhà máy thủy điện công suất cao, dạng máy phát 
điện đồng thời thường được sử dụng. 
 Các hệ thống dẫn phát điện thông thường bao gồm các trạm biến thế 
(cao thế tại trạm phát-nguồn sản suất và hạ thế tại trạm thu-thị trường tiêu thụ 
điện). 
 3.3. Nhận dạng cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các loại hệ thống 
truyền động bằng thủy lực. 
 91 
 3.3.1 Máy dập thủy lực điều khiển bằng tay 
 Hình 4.28. Máy dập điều khiển bằng tay 
 0.1- Bơm; 0.2- Van tràn; 0.3 - áp kế; 1.1- Van một chiều; 
 1.2- Van đảo chiều 3/2, điều khiển bằng tay gạt;1.0- Xy lanh 
 Khi có tín hiệu tác động bằng tay, xilanh A mang đầu dập đi xuống. Khi 
thả tay ra, xilanh lùi về. 
 3.3.2 Cơ cấu kẹp chặt chi tiết gia công 1 2 3 
 Khi tác động bằng tay, pittông mang hàm kẹp di động đi ra, kẹp chặt chi 
tiết. Khi gia công xong, gạt bằng tay cần điều khiển van đảo chiều, pittông lùi 
về, hàm kẹp mở ra. Để cho xilanh chuyển động đi tới kẹp chi tiết với vận tốc 
chậm, không va đập với chi tiết, ta sử dụng van tiết lưu một chiều. 
 Trên sơ đồ, van tiết lưu một chiều đặt ở trên đường ra và van tiết lưu đặt ở 
đường vào. 
 92 
 Hình 4.29. Cơ cấu kẹp chi tiết gia công 
 1.Xy lanh; 2. Chi tiết; 3. Hàm kẹp 
 Hình 4.30. Sơ đồ mạch thủy lực cơ cấu kẹp chặt chi tiết gia công 
 0.1 - Bơm; 0.2- Van tràn; 0.3- Áp kế; 1.1- Van đảo chiều 4/2, điều khiển 
bằng tay gạt;1.2- Van tiết lưu một chiều; 1.0- Xy lanh. 
 3.3.3 Máy khoan bàn 
 93 
 Hình 4.31. Máy khoan bàn 
 Hệ thống thủy lực điều khiển hai xy lanh. Xy lanh A mang đầu khoan đi 
xuống với vận tốc đều được điều chỉnh trong quá trình khoan, xilanh B làm nhiệm 
vụ kẹp chặt chi tiết trong quá trình khoan. 
 Khi khoan xong, xy lanh A mang đầu khoan lùi về, sau đó xy lanh B lùi về 
mở hàm kẹp, chi tiết được tháo ra. 
 Hình 4.32. Sơ đồ mạch thủy lực cơ cấu kẹp chặt chi tiết gia công 
 0.1- Bơm; 0.2- Van tràn;1.1- Van đảo chiều 4/2, điều khiển bằng tay gạt;1.2- 
Van giảm áp; 1.0- Xy lanh A; 1.3- Van một chiều;2.1- Van đảo chiều 4/3, điều khiển 
bằng tay gạt; 2.2- Bộ ổn tốc; 2.3- Van một chiều; 2.4- Van cản; 2.5- Van một 
 94 
chiều;2.6- Van tiết lưu; 2.0- Xy lanh B. 
 3.3.4. Cơ cấu rót tự động cho quy trình công nghệ đúc 
 §Ó chuyÓn ®éng cña xilanh, gÇu xóc ®i xuèng ®îc 
ªm, ta l¾p thªm mét van c¶n 1.2 vµo ®êng x¶ dÇu vÒ. 
 3.3.5. Cơ cấu nâng hạ chi tiết sơn trong lò sấy 
 95 
 §Ó cho chuyÓn ®éng cña xilanh ®i xuèng ®îc ªm vµ 
cã thÓ dõng l¹i vÞ trÝ bÊt k×, ta l¾p thªm van mét 
chiÒu ®iÒu khiÓn ®îc híng chÆn 1.2 vµo ®êng nÐn cña 
xilanh 
 CÂU HỎI ÔN TẬP 
 TÀI LIỆU THAM KHẢO 
 96 
 [1] - Giáo trình Công nghệ khí nén thủy lực - Bùi Hải Triều (chủ biên) - 
NXB GD 
 [2] - Giáo trình điều khiển thủy lực -khí nén - Phạm Xuân Tùy - NXB 
KHKT 
 [3] - Điều khiển khí nén - thủy lực - Lê Văn Tiến Dũng - Trường đại học kỹ 
thuật TP HCM 
 [4] - Hệ thống truyền động thủy khí - Trần Xuân Tùy - Trường đại học 
Đà Nẵng 
 97