Những thành phần cơ bản của hệ thống khí nén công nghiệp

Hệ thống khí nén được dùng rất phổ biến trong công nghiệp nhờ tính an toàn, ổn định và dễ điều khiển. Nhưng để hệ thống hoạt động hiệu quả, điều quan trọng là phải hiểu từng thiết bị trong đó làm gì, và chúng được lắp nối với nhau thế nào để tạo ra dòng khí nén sạch, đủ áp và luôn sẵn sàng cho sản xuất. Bài viết này sẽ giúp bạn nắm rõ “Những thành phần cơ bản của hệ thống khí nén công nghiệp”.

Hệ thống khí nén là gì?

1.1. Khái niệm hệ thống khí nén

Hệ thống khí nén là tập hợp các thiết bị dùng để nén, xử lý, lưu trữ và phân phối không khí dưới áp suất cao nhằm phục vụ sản xuất công nghiệp. Không khí sau khi được hút từ môi trường sẽ được nén đến mức áp suất yêu cầu, rồi qua các bước xử lý như tách ẩm, lọc bụi, lọc dầu và lưu trữ trong bình tích. Khí nén sau đó được dẫn đến thiết bị sử dụng như van, xy lanh, bộ truyền động để vận hành máy móc hoặc thực hiện thao tác tự động.

Tùy theo mục đích sử dụng, hệ thống khí nén có thể được thiết kế theo nhiều cấu hình khác nhau, nhưng luôn tuân theo nguyên tắc nén – xử lý – phân phối – sử dụng khí.

Hệ thống khí nén đóng vai chuyển đổi không khí thành năng lượng phục vụ vận hành công nghiệp.

1.2. Ứng dụng và vai trò của hệ thống khí nén trong công nghiệp

Hệ thống khí nén được sử dụng rộng rãi trong hầu hết các ngành sản xuất công nghiệp nhờ khả năng cung cấp nguồn năng lượng sạch, ổn định và dễ điều khiển. Khí nén thường được dùng để vận hành máy móc, cấp lực cho xy lanh, đóng mở van, vận hành thiết bị tự động và các thao tác như thổi bụi, làm sạch bề mặt, xịt khô sản phẩm.

Trong các ngành như cơ khí chế tạo, thực phẩm, dược phẩm, dệt may, bao bì, điện tử, khí nén đóng vai trò trung tâm trong quá trình tự động hóa. Các ứng dụng cụ thể bao gồm: 

• Hệ thống đóng gói tự động
• Robot lắp ráp và thao tác
• Máy ép, máy dập, máy cắt
• Máy chiết rót sản phẩm lỏng
• Máy thổi chai PET trong ngành đồ uống
• Thiết bị điều khiển khí trong dây chuyền sản xuất

Ngoài khả năng truyền động, hệ thống khí nén còn đóng vai trò kiểm soát và bảo vệ: giúp duy trì áp suất ổn định trong dây chuyền, ngắt mạch nhanh khi có sự cố, điều chỉnh lưu lượng khí hoặc lực ép chính xác theo yêu cầu sản xuất.

Hệ thống khí nén không chỉ là nguồn năng lượng phụ trợ mà còn là yếu tố cốt lõi trong tự động hóa và nâng cao hiệu suất sản xuất.

Xem thêm: Ứng dụng của máy nén khí trong ngành công nghiệp hiện nay

1.3. Ưu và nhược điểm của hệ thống khí nén

Hệ thống khí nén được ưa chuộng trong công nghiệp không chỉ nhờ tính linh hoạt mà còn vì nhiều ưu điểm vượt trội về vận hành, bảo trì và an toàn. Dưới đây là các ưu và nhược điểm của một hệ thống khí nén.

Ưu điểm:

• Vận hành đơn giản, bảo trì dễ dàng: Hệ thống khí nén có cấu tạo không phức tạp,  bộ phận ít mài mòn nên việc bảo trì định kỳ nhanh chóng, ít gián đoạn sản xuất.
• An toàn cao: Khí nén không gây cháy nổ và không dẫn điện, phù hợp với môi trường làm việc khắt khe như thực phẩm, dược phẩm, hoặc nơi có nguy cơ cháy.
• Dễ kiểm soát: Áp suất và lưu lượng khí có thể điều chỉnh nhanh bằng van, bộ điều áp hoặc cảm biến, phù hợp với các hệ thống tự động hóa tốc độ cao.
• Tiếng ồn và rung thấp: Nếu thiết kế hợp lý, khí nén cho phép thiết bị hoạt động ổn định, giảm tiếng ồn hơn so với các hệ thống truyền động cơ khí.

Hệ thống khí nén mang lại sự an toàn và linh hoạt, đặc biệt thích hợp với môi trường sản xuất hiện đại.

Nhược điểm:

• Chi phí đầu tư cao: Hệ thống cần nhiều thiết bị phụ trợ như máy sấy, bình chứa, lọc, đường ống nên tốn kém hơn lúc ban đầu.
• Tổn thất áp suất: Thiết kế đường ống không hợp lý có thể gây sụt áp, làm giảm hiệu quả sử dụng khí ở điểm cuối.
•  Phát sinh nước và dầu: Hơi ẩm và dầu từ quá trình nén cần được xử lý kỹ để tránh gây hư hỏng thiết bị đầu cuối.

Khí nén không phù hợp nếu không được thiết kế và xử lý tạp chất đúng cách từ đầu.

1.4. Nguyên lý hoạt động của hệ thống khí nén

Nguyên lý hoạt động của hệ thống khí nén dựa trên quá trình thu khí từ môi trường, nén đến áp suất làm việc yêu cầu, xử lý và phân phối khí đến các thiết bị sử dụng.

Quy trình cơ bản diễn ra như sau:

1. Hút khí từ môi trường: Máy nén khí thu không khí xung quanh vào buồng nén thông qua bộ lọc gió. Không khí đầu vào cần sạch, không lẫn bụi hoặc hơi ẩm quá mức để tránh ảnh hưởng đến các thiết bị xử lý phía sau.
2. Nén khí: Không khí được nén đến áp suất làm việc thông qua cụm đầu nén – có thể là piston, trục vít hoặc cánh gạt. Quá trình này sinh nhiệt, làm tăng nhiệt độ và mật độ khí, tạo ra khí nén áp suất cao.
3. Xử lý khí: Khí sau nén chứa nhiều tạp chất như dầu, nước và bụi mịn. Trước khi sử dụng, khí phải qua bộ lọc, máy sấy để đảm bảo độ khô và sạch đạt yêu cầu. Đây là bước bắt buộc để bảo vệ thiết bị sử dụng khí ở đầu ra.
4. Lưu trữ khí nén: Khí đã qua xử lý được đưa vào bình tích áp nhằm ổn định áp suất hệ thống, bù áp khi tải tăng đột ngột, đồng thời giảm tần suất khởi động máy nén khí.
5. Phân phối đến điểm sử dụng: Khí nén được dẫn qua hệ thống đường ống đến các thiết bị đầu cuối như xy lanh, van điều khiển, máy đóng gói, máy cắt hoặc hệ thống tự động hóa. Tại đây, khí nén được chuyển thành lực cơ học để thực hiện các thao tác cần thiết.

Toàn bộ hệ thống hoạt động theo nguyên tắc kín, liên tục và có khả năng điều chỉnh áp suất/lưu lượng linh hoạt tùy ứng dụng.

Một hệ thống khí nén vận hành hiệu quả đòi hỏi sự đồng bộ giữa các thiết bị nén, xử lý và phân phối khí.

Xem thêm: Khí nén là gì? Cách tạo ra khí nén trong công nghiệp

Những thành phần cơ bản trong hệ thống khí nén công nghiệp

Để hệ thống khí nén vận hành ổn định và đáp ứng được các yêu cầu sản xuất, cần có sự kết hợp của nhiều thiết bị với chức năng riêng biệt. Từ khâu tạo khí, xử lý, lưu trữ đến phân phối và sử dụng đều phải được thiết kế đồng bộ. Dưới đây là các thành phần chính cấu thành nên một hệ thống khí nén công nghiệp hoàn chỉnh.

2.1. Máy nén khí

Máy nén khí là thiết bị trung tâm trong hệ thống, có nhiệm vụ nén không khí từ áp suất khí quyển lên áp suất cao, phục vụ cho các thiết bị sử dụng khí phía sau. Đây là điểm khởi đầu của toàn bộ chu trình khí nén.

Trong công nghiệp, phổ biến nhất là máy nén khí trục vít nhờ khả năng vận hành ổn định, hiệu suất cao và đáp ứng tốt nhu cầu sử dụng liên tục. Ngoài ra còn có các loại máy nén khí piston hoặc ly tâm, nhưng thường chỉ dùng trong các ứng dụng đặc thù.

Khi lựa chọn máy nén khí, cần cân nhắc lưu lượng, áp suất làm việc, chất lượng khí yêu cầu và mức độ tiêu thụ điện. Máy nén khí có dầu phù hợp cho các ứng dụng phổ thông, còn dòng không dầu dành cho các ngành cần khí sạch tuyệt đối.

Máy nén khí quyết định chất lượng và hiệu suất toàn hệ thống, nên cần lựa chọn đúng loại và đúng công suất.

Xem thêm: Máy nén khí trục vít là gì? Chọn loại nào là tốt nhất?

2.2. Bình chứa khí nén

Bình chứa khí nén (bình tích áp) là thiết bị trung gian giúp ổn định áp suất, tích trữ khí và giảm tải cho máy nén trong các giai đoạn tải biến đổi. Đây là thành phần không thể thiếu trong hầu hết các hệ thống khí nén công nghiệp.

Bình còn hỗ trợ tách nước sơ cấp nhờ làm giảm tốc độ dòng khí, tạo điều kiện cho hơi ẩm ngưng tụ trước khi qua hệ thống lọc và máy sấy khí. Việc lựa chọn dung tích bình phù hợp là yếu tố then chốt để hệ thống vận hành ổn định và tiết kiệm điện năng.

Công thức tính dung tích bình khí nén:

V (lít) = Công suất máy nén khí (HP) × 40

Ví dụ: Một máy nén khí công suất 50 HP (tương đương 37 kW) nên dùng bình chứa có thể tích:
V = 50 × 40 = 2.000 lít (tức 2 m³)

Bình chứa khí cần trang bị van an toàn, van xả đáy, đồng hồ áp suất và nên được kiểm định định kỳ để đảm bảo vận hành an toàn.

Lựa chọn đúng thể tích bình chứa giúp ổn định hệ thống, giảm tần suất đóng/mở máy và kéo dài tuổi thọ thiết bị.

Xem thêm: Bình chứa khí nén: Nguyên lý lưu trữ, cấu tạo chịu áp lực và ứng dụng

2.3. Máy sấy khí

Máy sấy khí có nhiệm vụ loại bỏ hơi nước còn tồn tại trong khí nén sau quá trình nén và làm mát. Nếu không được xử lý, hơi ẩm sẽ ngưng tụ thành nước trong đường ống, gây rỉ sét, tắc lọc và hư hỏng thiết bị sử dụng khí ở đầu cuối.

Tùy theo yêu cầu chất lượng khí, hệ thống khí nén có thể sử dụng máy sấy khí làm lạnh hoặc máy sấy khí hấp thụ:

• Máy sấy khí làm lạnh: Hoạt động dựa trên nguyên lý trao đổi nhiệt, giảm nhiệt độ khí xuống điểm sương, từ đó tách được nước ngưng. Phù hợp cho hầu hết ứng dụng phổ thông trong công nghiệp.
• Máy sấy khí hấp thụ: Sử dụng vật liệu hút ẩm như hạt silica gel hoặc alumina để loại bỏ hơi nước đến mức rất thấp. Phù hợp với ngành yêu cầu khí siêu khô như thực phẩm, dược phẩm, điện tử.

Lưu ý khi chọn máy sấy khí:

Lưu lượng máy sấy khí nên lớn hơn 20–30% lưu lượng của máy nén khí, để đảm bảo xử lý được toàn bộ khí trong điều kiện tải cao hoặc nhiệt độ môi trường tăng.

Máy sấy khí giúp bảo vệ thiết bị phía sau khỏi nước ngưng, nâng cao độ bền hệ thống và duy trì chất lượng khí nén đầu ra ổn định.

Xem thêm: Máy sấy khí là gì? Tại sao nó quan trọng trong hệ thống khí nén?

2.4. Bộ lọc khí

Bộ lọc khí có chức năng loại bỏ tạp chất trong khí nén như bụi, dầu, nước ngưng và các hạt vi mô khác. Đây là thiết bị bắt buộc để bảo vệ các máy móc sử dụng khí và đảm bảo chất lượng khí đầu ra đạt tiêu chuẩn theo từng ứng dụng cụ thể.

Trong một hệ thống khí nén, bộ lọc thường được lắp theo nhiều cấp độ để xử lý khí theo mức độ sạch khác nhau:

• Lọc sơ cấp: Giữ lại bụi lớn, giọt dầu và nước ngưng – thường lắp ngay sau bình tích áp.
• Lọc tinh: Loại bỏ các hạt mịn và hơi dầu còn sót lại sau lọc thô.
• Lọc siêu tinh: Dùng cho hệ thống yêu cầu khí cực sạch, loại bỏ cả hơi dầu bay hơi và hạt rất nhỏ.
• Lọc khử mùi: Hấp thụ mùi dầu bằng vật liệu than hoạt tính – thường dùng trong thực phẩm, y tế hoặc sản phẩm nhạy mùi.

Lưu ý khi sử dụng bộ lọc:

• Lõi lọc có tuổi thọ giới hạn, nên thay định kỳ từ 1–2 năm tùy tải vận hành.
• Giám sát chênh áp trước và sau lọc để phát hiện lõi tắc và tránh tổn hao áp suất hệ thống.

Bộ lọc khí là tuyến bảo vệ quan trọng giúp khí nén đạt chất lượng yêu cầu và ngăn ngừa hỏng hóc cho thiết bị sử dụng khí.

2.5. Đường ống dẫn khí và phụ kiện

Hệ thống đường ống dẫn khí có nhiệm vụ vận chuyển khí nén từ máy nén đến các điểm sử dụng. Dù không phải thiết bị chủ động, nhưng thiết kế và lắp đặt đường ống ảnh hưởng trực tiếp đến áp suất, lưu lượng và tổn thất năng lượng toàn hệ thống.

Các loại vật liệu ống phổ biến:

• Ống thép đen hoặc mạ kẽm: Bền, chịu áp cao, phù hợp nhà máy lớn – nhưng nặng và khó lắp đặt.
• Ống nhôm chuyên dụng cho khí nén: Nhẹ, dễ lắp, không rỉ, hệ số ma sát thấp – đang được ưa chuộng trong nhà xưởng hiện đại.
• Ống nhựa (PU, PA, PE): Chỉ dùng cho các nhánh rẽ nhỏ hoặc thiết bị cục bộ do giới hạn áp suất.

Lưu ý khi lắp đặt:

• Đường ống chính nên có độ nghiêng tối thiểu 1% để thoát nước ngưng dễ dàng.
• Tránh lắp ống chạy ngang dưới sàn để hạn chế đọng nước và khó bảo trì.
• Tại các nhánh rẽ, nên dùng ống cổ ngỗng để hạn chế hơi nước đi theo khí.
• Bố trí bẫy xả nước tự động tại các điểm thấp hoặc cuối đường ống.

Đường ống dẫn khí cần được thiết kế đúng kỹ thuật để giảm tổn thất áp suất và tránh tình trạng tích nước gây ăn mòn thiết bị.

Xem thêm: Hướng dẫn lắp đặt máy nén khí chi tiết: Nhanh chóng, đúng kỹ thuật

2.6. Bộ xả nước tự động

Bộ xả nước tự động là thiết bị có nhiệm vụ loại bỏ nước ngưng tụ trong bình tích áp, máy sấy khí, bộ lọc và hệ thống đường ống. Nếu không xả kịp thời, nước sẽ tích tụ và gây rỉ sét, tắc nghẽn, giảm tuổi thọ thiết bị và ảnh hưởng đến chất lượng khí nén đầu ra.

Tùy từng vị trí lắp đặt và yêu cầu hệ thống, có thể sử dụng các loại xả nước khác nhau:

• Loại xả nước bằng phao: Xả nước tự động khi đạt mức nhất định, không cần điện – thường dùng cho bình tích áp.
• Loại điện tử (cảm biến mực nước): Phản hồi chính xác theo lượng nước tích tụ – phù hợp cho hệ thống lớn, cần kiểm soát tốt.
• Loại hẹn giờ: Xả nước định kỳ theo thời gian cài đặt – phù hợp với máy nén khí nhỏ hoặc không yêu cầu cao về độ chính xác.

Lưu ý khi sử dụng:

• Nên kiểm tra định kỳ xem xả có bị kẹt, rò rỉ hay không.
• Xả nước cần được dẫn ra ngoài bằng đường riêng, tránh ảnh hưởng đến khu vực sản xuất.

Xả nước tự động là thiết bị nhỏ nhưng đóng vai trò lớn trong việc duy trì độ khô và an toàn cho toàn bộ hệ thống khí nén.

2.7. Bộ F.R.L (lọc – điều áp – tra dầu)

Bộ F.R.L là cụm thiết bị lắp ở đầu vào của các thiết bị sử dụng khí nén như xy lanh, van, súng khí, có chức năng điều chỉnh và xử lý khí tại chỗ. Ba chức năng chính bao gồm: lọc khí, điều chỉnh áp suất và cấp dầu bôi trơn cho thiết bị.

Cấu tạo bộ F.R.L gồm ba phần:

• Bộ lọc khí (Filter): Loại bỏ bụi, nước ngưng còn sót lại trong khí nén trước khi vào thiết bị.
• Bộ điều áp (Regulator): Giữ áp suất ổn định tại điểm sử dụng, tránh áp suất quá cao gây hư thiết bị.
• Bộ tra dầu (Lubricator): Phun một lượng nhỏ dầu bôi trơn vào dòng khí để bôi trơn van, xy lanh, tăng tuổi thọ và giảm ma sát.

Bộ F.R.L thường được lắp đặt ngay trước thiết bị đầu cuối, đặc biệt quan trọng trong các hệ thống khí nén có chuyển động cơ khí liên tục.

Lưu ý khi sử dụng:

• Chọn lưu lượng phù hợp với thiết bị đầu cuối.
• Cần điều chỉnh lượng dầu bôi trơn vừa đủ, tránh gây bám bụi hoặc tắc van.

Bộ F.R.L giúp duy trì độ sạch, ổn định áp suất và kéo dài tuổi thọ cho thiết bị sử dụng khí nén.

2.8. Van điều khiển khí nén

Van điều khiển là thiết bị dùng để đóng, mở hoặc chuyển hướng dòng khí trong hệ thống. Tùy vào yêu cầu vận hành, van có thể điều khiển bằng tay, khí nén, điện từ hoặc cơ cấu cơ khí.

Các loại van phổ biến trong hệ thống khí nén gồm:

• Van 2/2 (2 cửa – 2 vị trí): Đóng/mở đơn giản, thường dùng để cấp/ngắt khí.
• Van 3/2: Chuyển đổi giữa cấp khí và xả khí – thường dùng điều khiển xy lanh đơn.
• Van 5/2 hoặc 5/3: Điều khiển chuyển động hai chiều cho xy lanh kép, cho phép dừng tại vị trí giữa hoặc giữ áp suất hai đầu.
• Van điều hướng (van đảo chiều): Dẫn hướng khí đến vị trí cần điều khiển, đóng vai trò quan trọng trong hệ thống tự động hóa.

Cách điều khiển van:

• Kích bằng tay hoặc chân: Đơn giản, dùng cho thao tác thủ công.
• Kích bằng khí nén hoặc điện: Dùng trong hệ thống tự động, điều khiển từ xa hoặc qua PLC.

Lưu ý khi chọn van:

• Phải phù hợp với áp suất, lưu lượng và mục đích sử dụng.
• Cần kết hợp với bộ lọc khí và tra dầu để đảm bảo độ bền.

Van điều khiển là trung tâm của các chuyển động trong hệ thống khí nén, quyết định độ chính xác và linh hoạt của toàn bộ quá trình điều khiển.

2.9. Xy lanh khí nén

Xy lanh khí nén là thiết bị chuyển đổi năng lượng khí nén thành chuyển động cơ học, thường dùng để đẩy, kéo, kẹp, xoay hoặc di chuyển vật trong các hệ thống tự động hóa công nghiệp.

Dựa trên chuyển động, có thể phân chia xy lanh thành:

• Xy lanh tịnh tiến: Tạo chuyển động thẳng, một chiều hoặc hai chiều. Phổ biến nhất trong các ứng dụng nâng – hạ, đẩy – kéo.
• Xy lanh xoay: Tạo chuyển động quay góc, thường dùng trong cơ cấu kẹp, đảo chiều.
• Xy lanh kẹp: Thiết kế nhỏ gọn, lực kẹp mạnh, dùng trong các cơ cấu cố định chi tiết hoặc gá lắp sản phẩm.

Lựa chọn xy lanh cần dựa trên: lực tác động yêu cầu, hành trình, kiểu lắp đặt và môi trường làm việc. Ngoài ra, việc cấp khí ổn định, có lọc và bôi trơn đầy đủ là điều kiện tiên quyết để đảm bảo tuổi thọ và độ ổn định của xy lanh.

Xy lanh là thiết bị chấp hành cuối cùng, biến khí nén thành hành động cụ thể, giúp hệ thống tự động hóa thực hiện được các thao tác cơ học chính xác.

Các sơ đồ lắp đặt hệ thống khí nén theo tiêu chuẩn khí đầu ra

Sơ đồ hệ thống khí nén lắp đặt theo tiêu chuẩn thông thường

• Thứ tự: máy nén khí -> Bình chứa khí -> Bộ lọc sơ cấp -> Máy sấy khô ngưng tụ -> Lọc tinh
• Phù hợp: Sản xuất dệt sợi, may mặc, chế biến gỗ, lắp ráp linh kiện điện tử

Sơ đồ hệ thống khí nén lắp đặt theo tiêu chuẩn khí trong sạch

• Thứ tự: máy nén khí -> Bình chứa khí -> Bộ lọc sơ cấp -> Máy sấy khô ngưng tụ -> Bộ lọc sơ cấp -> Máy sấy khô hấp thụ -> Lọc tinh
• Phù hợp: Với các ngành sản xuất yêu cầu khí nén đạt chất lượng cao nhất: Sản xuất điện tử, in ấn

Sơ đồ hệ thống khí nén lắp đặt theo tiêu chuẩn DIN ISO 8573 CLASS 1

• Thứ tự: Máy nén khí -> Bình chứa khí -> Máy chuyển đổi -> Máy sấy khô ngưng tụ 
• Phù hợp: Với các ngành sản xuất yêu cầu khí nén có độ tinh khiết tối đa: Công nghiệp thực phẩm, dược phẩm, sản xuất điện tử

Sơ đồ hệ thống khí nén lắp đặt theo tiêu chuẩn thổi chai PET

• Thứ tự: Máy nén khí -> Bình chứa khí -> Bộ lọc sơ cấp -> Máy sấy khô ngưng tụ -> Lọc tinh -> Máy tăng áp -> Lọc tinh
• Phù hợp: Với các ngành sản xuất yêu cầu khí nén có độ sạch đảm bảo: Sản xuất bao bì nhựa, đặc biệt cho các ngành nước giải khát, thực phẩm, hóa mỹ phẩm, và dược phẩm

Qua 4 sơ đồ lắp đặt hệ thống nén khí trên, có thể thấy máy nén khí và bình chứa khí luôn cạnh nhau, nhằm đảm bảo ổn định áp suất và nhiệt độ trước và sau khi vào máy sấy khí. Từ đó, giúp cho máy nén và máy sấy hoạt động ổn định hơn, bền hơn.

Xem thêm: Top 4 sơ đồ hệ thống máy nén khí phổ biến hiện nay

Khi hiểu rõ vai trò của từng bộ phận và cách bố trí hợp lý, bạn sẽ dễ dàng tối ưu hệ thống khí nén cho nhà máy của mình. Một hệ thống đúng kỹ thuật sẽ giúp tiết kiệm điện, giảm hỏng hóc và duy trì khí nén ổn định cho toàn dây chuyền.

Liên hệ ngay cho chúng tôi:

CÔNG TY CỔ PHẦN HIỂN VINH JSC
Địa chỉ:
– Miền bắc: Lô 21 Khu Dân Cư Nguyễn Lương Bằng, Phương Việt Hòa, TP Hải Dương
– Miền Nam: 229 Đường Lê Văn Quới, Bình Trị Đông, Bình Tân, Hồ Chí Minh
Số điện thoại: 0973 132 318
Email: maynenkhiaccom@gmail.com
Trang web: maynenkhiaccom.com
Facebook: Máy nén khí ACcom