Sự khác biệt giữa thủy lực và khí nén là gì? Ứng dụng từng loại trong thực tế

Hệ thống khí nén và thủy lực có nhiều điểm giống nhau. Cả thủy lực và khí nén đều là ứng dụng của các dòng năng lượng chất lưu (một chất có thể chịu sự biến dạng liên tục khi chịu tác dụng áp suất), chúng đều sử dụng một máy bơm như một thiết bị truyền động, được điểu khiển bởi các van và sử dụng chất lưu qua ống hơi khí nén, ống thủy lực để truyền năng lượng cơ học. Sự khác biệt lớn nhất giữa khí nén và thủy lực là cách sử dụng và ứng dụng của nó. Khí nén sử dụng các loại khí dễ nén như không khí và các loại khí tinh khiết khác, trong khi thủy lực sử dụng chất lỏng như dầu thủy lực, dầu khoáng, ethylene glycol, nước hoặc chất lỏng chịu lửa ở nhiệt độ cao. Không loại hệ thống nào phổ biến hơn loại kia bởi vì các ứng dụng của chúng là riêng biệt. Bài viết này tập trung vào sự khác nhau giữa thủy lực và khí nén sẽ giúp bạn đưa ra lựa chọn tốt hơn cho hệ thống cũng như mục đích ứng dụng của mình. 

Hệ thống khí nén

Pneumatics (khí nén) là gì?

Khí nén là một nhánh của kỹ thuật sử dụng khí có áp suất hoặc không khí để tác động đến chuyển động cơ học dựa trên nguyên lý hoạt động của động lực học và áp suất. Lĩnh vực khí nén đã thay đổi từ các thiết bị cầm tay nhỏ sang các máy lớn phục vụ các chức năng khác nhau. Hệ thống khí nén thường được cung cấp năng lượng bằng khí nén bao gồm các bộ phận được kết nối với nhau: máy nén khí, bình chứa khí, ống hơi khí nén (thường là ống hơi khí nén PU, ống hơi cao su, ống PVC,...), bình tiêu chuẩn và khí nén. Khí nén được cung cấp bởi máy nén và truyền qua một loạt các ống hơi. Lưu lượng khí được điều chỉnh bởi van điện từ bằng tay hoặc tự động và xi lanh dùng để chuyển năng lượng do khí nén cung cấp thành năng lượng cơ học.

Hầu hết các ứng dụng khí nén công nghiệp sử dụng áp suất khoảng 80 đến 100 pound/inch vuông (550 đến 690 kPa). Khí nén được lưu trữ trong các bình thu trước khi được truyền đi để sử dụng. Khả năng nén khí của máy nén bị giới hạn bởi tỷ số nén.

Một số ứng dụng của khí nén

Hệ thống khí nén thường được sử dụng trong xây dựng, chế tạo người máy, sản xuất và phân phối thực phẩm, vận chuyển vật liệu, ứng dụng y tế (nha khoa), dược phẩm và công nghệ sinh học, khai thác mỏ, nhà máy, trong các tòa nhà và công cụ trong nhà máy. Hệ thống khí nén chủ yếu được sử dụng cho các ứng dụng giảm sốc vì khí có thể nén được và cho phép thiết bị ít bị va đập hơn.

Hình ảnh ống hơi dẫn khí nén

Các ứng dụng của hệ thống khí nén bao gồm:

• Máy nén khí
• Máy bơm chân không
• Động cơ và xe chạy bằng khí nén
• Phanh hơi được sử dụng bởi xe buýt, xe tải và xe lửa
• Súng bắn đinh
• Dây chuyền sản xuất và lắp ráp
• Động cơ khí nén, lốp xe và các dụng cụ

Ưu nhược điểm của khí nén

Chí phỉ rẻ: Hệ thống khí nén được ưu tiên lựa chọn hơn hệ thống thủy lực vì chi phí thấp hơn, tính linh hoạt và mức độ an toàn cao hơn. Hệ thống khí nén phù hợp nhất cho các ứng dụng yêu cầu độ sạch vì chúng cung cấp một môi trường rất sạch cho các ngành công nghiệp như công nghệ sinh học, nha khoa, dược phẩm và nhà cung cấp thực phẩm. Hệ thống khí nén dễ lắp đặt và di động, đáng tin cậy và có chi phí lắp đặt ban đầu thấp vì chúng hoạt động trên các thành phần áp suất tương đối thấp và rẻ tiền giúp giảm chi phí vận hành.

Không cần lưu trữ không khí đầu vào: Không cần bình chứa để lưu trữ không khí vì nó được hút từ bầu khí quyển xung quanh và được lọc (tùy chọn). Không khí hoặc khí được sử dụng trong hệ thống khí nén thường được làm khô và không có hơi ẩm để không gây ra các vấn đề cho các bộ phận bên trong.

Tốc độ truyền động và độ linh hoạt cao, không gây ô nhiễm: Chuyển động của xi lanh trong hệ thống khí nén rất nhanh. Khí nén chuyển động nhanh và có thể chảy qua các đường ống rất dễ dàng và nhanh chóng với ít lực cản. Hệ thống khí nén có rất nhiều loại với kích thước rất nhỏ. Hệ thống khí nén sạch và không gây ô nhiễm do không có bất kỳ khí thải nào được thải vào khí quyển. Hệ thống khí nén hoạt động nhanh nhạy và hiệu quả hơn vì nếu hệ thống cần thay đổi hướng, thì việc thiết kế và điều khiển đơn giản sẽ cho phép người vận hành cập nhật hệ thống nhanh chóng mà không ảnh hưởng đến môi trường.

An toàn: Đây là một lợi thế quan trọng của việc lựa chọn hệ thống khí nén. Vì hệ thống khí nén chạy bằng khí nén nên rất ít khả năng xảy ra cháy nổ so với khi sử dụng dầu thủy lực nén. Phí bảo trì rẻ hơn vì ít cần thay thế bộ lọc.

Lực truyền động yếu: Điều cần thiết là xác định lượng lực cần thiết cho ứng dụng của bạn vì hệ thống khí nén tạo ra độ lớn của lực yếu hơn so với hệ thống thủy lực. Điều này có nghĩa là hệ thống khí nén không cung cấp lực tiềm năng như hệ thống thủy lực, do đó chúng không nên được sử dụng cho các ứng dụng yêu cầu nâng hoặc di chuyển tải nặng. Về chi phí năng lượng, hệ thống khí nén có giá cao hơn thủy lực vì lượng năng lượng bị thất thoát do nhiệt sinh ra trong khi nén không khí. Một mối quan tâm đáng kể khác về hệ thống khí nén là tiếng ồn. Nếu sử dụng hệ thống khí nén, những người làm việc có nguy cơ bị lãng tai.

 Hydraulics (Thủy lực) là gì?

Hệ thống thủy lực

Thủy lực là hệ thống sử dụng chất lỏng có áp suất để tạo ra, điều khiển và truyền tải điện năng. Nguyên lý hoạt động của thủy lực là lĩnh vực khoa học và công nghệ ứng dụng liên quan đến các tính chất cơ học và sử dụng chất lỏng. Hệ thống thủy lực yêu cầu một máy bơm và cũng giống như hệ thống khí nén, sử dụng van để điều khiển lực và vận tốc của các bộ phận trong hệ thống. Các ứng dụng thủy lực trong công nghiệp sử dụng áp lực 1000 đến 5000 PSI hoặc hơn 10000 PSI cho các ứng dụng chuyên dụng. Từ hydraulics có nguồn gốc từ tiếng Hy Lạp hydor - nước và aulos - đường ống. Hệ thống thủy lực bao gồm: chất lỏng thủy lực (thường là dầu,…), xi lanh, piston, máy bơm và van điều khiển hướng của dòng chảy.

Không giống như hệ thống khí nén, Hệ thống thủy lực thường lớn và phức tạp hơn. Hệ thống yêu cầu nhiều không gian hơn vì cần có thùng chứa để chứa chất lỏng chảy qua hệ thống. Vì kích thước của hệ thống lớn hơn, nên nó đòi hỏi nhiều áp lực hơn, đó là lý do Thủy lực đắt hơn hệ thống Khí nén. Do kích thước tổng thể lớn hơn và dầu (hay là các chất lỏng thủy lực) không nén được, các hệ thống thủy lực có thể nâng và di chuyển các vật có tải trọng lớn hơn (xi lanh, piston, đẩy các chất lỏng để tạo ra lực). Hệ thống thủy lực hoạt động chậm hơn và cần nhiều năng lượng hơn để di chuyển qua các đường ống. Trong quá trình thiết kế và lập kế hoạch, nếu nhà máy có nhiều hệ thống thủy lực, lý tưởng nhất là nên có một bộ nguồn trung tâm để giảm mức độ tiếng ồn.

Một số ứng dụng của hệ thống thủy lực

Do nguy cơ rò rỉ dầu thủy lực tiềm ẩn từ các van, vòng đệm hoặc ống thủy lực bị lỗi - các ứng dụng thủy lực không áp dụng cho bất kỳ thứ gì liên quan đến ăn uống và sức khỏe  - chẳng hạn như các ứng dụng thực phẩm và y tế. Chúng được sử dụng trong nhiều ứng dụng máy hàng ngày:

• Thang máy
• Máy công cụ: máy ép thủy lực, phễu, xi lanh
• Tua bin, máy đào
• Máy ép thủy lực để rèn các bộ phận kim loại
• Cánh đập trên máy bay
• Hệ thống phanh thủy lực trên ô tô
• Nâng ô tô bằng thang máy thủy lực

Ưu điểm của Thủy lực

Hệ thống thủy lực có khả năng chuyển tải nặng hơn và cung cấp lực lớn hơn do các chất lỏng được sử dụng không thể nén được. Hệ thống thủy lực có thể thực hiện nhiều mục đích cùng một lúc, bao gồm bôi trơn, làm mát và truyền lực. Máy thủy lực hoạt động ở áp suất cao hơn (1500 đến 2500 PSI), tạo ra lực lớn hơn từ các bộ truyền động quy mô nhỏ. Để sử dụng hiệu quả một hệ thống thủy lực, điều cần thiết là phải chọn các bộ phận có kích thước thích hợp với dòng chảy.

Hệ thống thủy lực là hệ thống lớn hơn và phức tạp hơn. Chất lỏng, chẳng hạn như dầu thủy lực là loại dầu nhớt và cần nhiều năng lượng hơn để di chuyển. Cũng cần có một bể chứa để chứa dầu mà từ đó hệ thống có thể hút dầu khi dầugiảm đi trong quá trình hoạt động. Chi phí ban đầu cao hơn so với hệ thống Khí nén vì nó yêu cầu nguồn điện cần được kết hợp vào máy.

Hình ảnh Ống thủy lực 

Bất kỳ rò rỉ nào trong hệ thống thủy lực đều có thể gây ra các vấn đề nghiêm trọng. Hệ thống này không thể được sử dụng cho các ứng dụng thực phẩm do có nhiều nguy cơ rò rỉ dầu thủy lực do van hoặc ống dẫn bị hỏng. Quy trình sửa chữa hệ thống ống thủy lực cần phù hợp, phòng ngừa và bảo trì thường xuyên, đồng thời có sẵn vật liệu phù hợp để giảm thiểu rò rỉ tiềm ẩn và để khắc phục nhanh chóng mọi vấn đề cần được thực hiện tại mỗi địa điểm. Tóm lại, hệ thống khí nén phù hợp nhất khi thực hiện các nhiệm vụ cơ khí và kỹ thuật với quy mô nhỏ, trong khi hệ thống thủy lực là phù hợp hơn cho các ứng dụng yêu cầu lực lớn hơn để nâng trọng tải lớn hơn.

Kết luận

Nói chung, nguyên tắc chung là sử dụng các hệ thống thủy lực chủ yếu cho các ứng dụng nâng hạng nặng như thang máy, máy ép thủy lực và cánh tay đòn trong các thiết bị nặng và cánh lật cho máy bay vì các loại hệ thống này hoạt động ở áp suất lớn hơn (1500 đến 2500 psi), tạo ra lực nhiều hơn từ các thiết bị truyền động quy mô nhỏ. 
Khi cần di chuyển hoặc sản xuất các sản phẩm, đặc biệt là thực phẩm hoặc dược phẩm, nên sử dụng hệ thống khí nén vì không có khả năng bị nhiễm bẩn do vỡ đường ống hoặc rò rỉ dầu như thủy lực.

Các sản phẩm liên quan

Ống hơi khí nén PU

Ống hơi dẫn khí nén cao áp Osina

Ống hàn hơi đôi Masuka

Công ty TNHH Vạn Đạt là đơn vị chuyên xuất nhập khẩu có hơn 20 năm kinh nghiệm trên thị trường, đi tiên phong trong 1 số lĩnh vực sản xuất và phân phối mang thương hiệu Masuka, Osina,...