Chọn bộ điều áp khí nén: lưu lượng, sụt áp và FAT/SAT

Khi lựa chọn bộ điều áp khí nén, chỉ cần khớp đường kính cổng kết nối và áp suất cài đặt là chưa đủ để ngăn chặn hiện tượng sụt áp vào thời điểm các xi lanh hoạt động đồng thời. Bài viết này dành cho các kỹ sư phụ trách lắp đặt hoặc cải tạo máy tự động tại các nhà máy ở Thái Lan, giúp bạn so sánh áp suất cấp, áp suất cài đặt, lưu lượng cực đại, chức năng xả, loại tích hợp lọc, loại chính xác và cách chuyển các yếu tố này thành tiêu chuẩn đặt hàng cũng như kiểm tra nghiệm thu. Các giá trị ví dụ trong bài chỉ nhằm minh họa quy trình tính toán, không phải giá trị đảm bảo của bất kỳ nhà sản xuất nào.

Kết luận khi lựa chọn bộ điều áp khí nén: Đảm bảo áp suất cần thiết tại đầu tải

Bộ điều áp là linh kiện điều tiết khí nén đầu vào, giữ áp suất phía hạ lưu gần với giá trị cài đặt. Tuy nhiên, nó không phải là thiết bị tạo ra một giá trị cố định vô điều kiện. Nếu áp suất phía thượng lưu không đủ, áp suất cài đặt sẽ không được duy trì; khi lưu lượng tăng, áp suất phía hạ lưu sẽ giảm do tổn thất qua thân bộ điều áp, bộ lọc, đường ống, khớp nối và van. Do đó, tiêu chí lựa chọn không phải là “đồng hồ áp suất hiển thị đúng giá trị cài đặt khi tĩnh”, mà là “áp suất tại đầu vào của cơ cấu chấp hành không được thấp hơn mức cần thiết trong điều kiện hoạt động khắt khe nhất”.

Có sáu giá trị cần xác nhận ban đầu: ① phạm vi đo thực tế của áp suất cấp, ② phạm vi áp suất mà tải cần, ③ lưu lượng thông thường và lưu lượng cực đại, ④ sụt áp cho phép khi hoạt động, ⑤ chất lượng khí và môi trường, ⑥ yêu cầu về dừng máy và xả áp suất dư. Không được nhầm lẫn giữa áp suất cấp tối đa và áp suất cấp thông thường, và phải đảm bảo đáp ứng cả ở điều kiện áp suất thấp nhất. Nếu thiết bị có chức năng an toàn, cần đánh giá rủi ro cho toàn bộ mạch khí nén. ISO 4414 quy định các nguyên tắc chung và yêu cầu an toàn cho hệ thống khí nén và các thành phần, nhưng không đảm bảo sự phù hợp của từng máy chỉ bằng bộ điều áp. Tổng quan về ISO 4414.

Khi đặt hàng, hãy sử dụng bảng này làm mục nhập trong RFP; tại FAT, kiểm tra theo điều kiện mô phỏng tại nhà máy; tại SAT, đối chiếu cùng hạng mục với nguồn khí và chu trình thực tế tại hiện trường. Việc cố định điều kiện và phương pháp kiểm tra cùng lúc sẽ giảm thiểu tình trạng “không đủ lực như mong đợi” sau khi lắp đặt, hơn là chỉ chọn model dựa trên thông số định mức.

Phân biệt áp suất cấp và áp suất cài đặt: Đo áp suất nào?

Áp suất cấp là áp suất tại đầu vào bộ điều áp, còn áp suất cài đặt là giá trị mục tiêu ở phía thứ cấp. Áp suất tại đầu tải là giá trị đo tại đầu vào của thiết bị thực hiện công việc như xi lanh, kẹp, v.v. Khi đường ống dài và số lượng thiết bị hoạt động đồng thời tăng, chênh lệch giữa đầu ra bộ điều áp và đầu tải càng không thể bỏ qua. Nếu ghi lại áp suất tại ba điểm: phía sơ cấp, phía thứ cấp và đầu tải, sẽ dễ dàng phân biệt giữa thiếu nguồn cấp, lựa chọn thiết bị không phù hợp và tổn thất đường ống.

Ví dụ, trong một thiết kế, một cơ cấu kẹp cần áp suất đầu tải tối thiểu 0,50 MPa khi hoạt động, và dự kiến tổn thất tối đa 0,05 MPa qua đường ống và van sau bộ điều áp, thì phía thứ cấp cần duy trì ít nhất 0,55 MPa trong quá trình hoạt động. Giá trị 0,05 MPa này được xác định bằng đo thực tế hoặc ước tính thiết kế, không phải giá trị khuyến nghị cho mọi thiết bị. Ngoài ra, cần tính đến sụt áp do lưu lượng qua chính bộ điều áp và xác nhận trên đường cong lưu lượng của nhà sản xuất rằng vẫn duy trì được 0,55 MPa phía thứ cấp ngay cả khi áp suất đầu vào ở mức thấp nhất. Việc chỉ cài đặt 0,55 MPa khi tĩnh là chưa đủ.

Áp suất cấp càng cao không phải lúc nào cũng tốt. Cần đồng thời tuân thủ áp suất sử dụng tối đa của linh kiện, ống, bình chứa, đồng hồ áp suất, van và phạm vi cho phép của tải. Tài liệu lựa chọn của Parker ghi rõ không được vượt quá áp suất định mức tối đa phía sơ cấp, không được nối khí bình ngoài phạm vi sử dụng, v.v. Hãy áp dụng các lưu ý trong tài liệu nhà sản xuất cho sản phẩm liên quan, đồng thời xác nhận môi chất thực tế và quy định thiết bị. Parker Engineering Data.

Lưu lượng và sụt áp: Không chỉ chọn theo đường kính cổng

Lưu lượng cần thiết không thể chỉ biểu thị bằng mức tiêu thụ khí trung bình. Khi nhiều xi lanh tiến đồng thời, khi máy hút chân không khởi động, khi mở khí thổi, sẽ xuất hiện các đỉnh lưu lượng ngắn. Nếu chỉ dựa vào lưu lượng ổn định mà không đủ áp suất phía thứ cấp vào thời điểm đỉnh, sẽ ảnh hưởng đến thời gian định vị, lực kẹp, độ tái lập kiểm tra. Ngược lại, nếu chỉ nhìn vào đỉnh ngắn mà chọn thiết bị quá lớn, sẽ gặp khó khăn trong điều chỉnh ở vùng lưu lượng thấp và tăng chi phí lắp đặt, bảo trì.

Khi so sánh “lưu lượng tiêu chuẩn” trong catalogue, cần đọc kỹ điều kiện đo: áp suất sơ cấp, áp suất thứ cấp, sụt áp cho phép, nhiệt độ và đơn vị lưu lượng. Nếu chỉ ghi L/phút mà không chú thích ANR hay điều kiện tiêu chuẩn, thì không thể so sánh trực tiếp. Tài liệu về bộ điều áp chính xác của Festo ghi rõ điều kiện đo cho giá trị lưu lượng danh định tiêu chuẩn. Không nên chỉ lấy số liệu để xếp hạng giữa các model. Tài liệu Festo LRP.

Parker hướng dẫn về bộ lọc điều áp như sau: xác định lưu lượng cực đại, xác định sụt áp cho phép ở lưu lượng định mức, chọn model trên đường cong lưu lượng sao cho đáp ứng cả hai điều kiện. Đọc đường cong theo từng điều kiện áp suất sơ cấp và thứ cấp, xác nhận điểm lựa chọn đáp ứng cả lưu lượng yêu cầu và sụt áp cho phép. Sơ đồ lựa chọn Parker.

Cách xác định lưu lượng cực đại

Với xi lanh, cần nắm được đường kính, hành trình, thời gian chu trình, thể tích một hoặc hai phía và số lượng hoạt động đồng thời. Với kẹp, thổi, máy hút chân không, cần cộng thêm thông số kỹ thuật của từng thiết bị và thời gian ON thực tế. Nếu chỉ quy đổi thể tích sang lưu lượng mỗi phút, các đỉnh ngắn sẽ bị làm phẳng, do đó cần xếp chồng các van mở đồng thời lên trục thời gian. Chỉ rõ khoảng thời gian nghiêm ngặt nhất theo từng đoạn vài giây, và ghi rõ lý do dự phòng. Không nên cố định tỷ lệ dự phòng theo %, mà nên tách riêng các yếu tố như biến động tiêu thụ, khả năng mở rộng trong tương lai, biến động áp suất cấp, bộ lọc bẩn để dễ dàng review.

Ví dụ, nếu xi lanh A và B cùng tiến trong 0,4 giây, cộng thêm khí thổi trùng 0,3 giây, thì tổng lưu lượng trong thời gian chồng lấn này sẽ được đặt lên đường cong lưu lượng của model dự kiến. Giá trị thời gian này chỉ là ví dụ minh họa. Nếu tổn thất do đường ống nhỏ là chủ yếu, thay bộ điều áp lớn hơn cũng không hiệu quả, nên ưu tiên cải thiện khớp nối, ống, van. Hãy phân tích nguyên nhân bằng sóng áp suất trước/sau bộ điều áp trước khi thay đổi.

Phân biệt Drop và Drift

Ở đây, “drop” là hiện tượng áp suất thứ cấp giảm khi lưu lượng tăng. Ghi lại chênh lệch giữa áp suất cài đặt khi tĩnh và áp suất khi hoạt động. Ngược lại, hiện tượng áp suất không tải thay đổi theo thời gian là do biến động nguồn cấp, nhiệt độ, đặc tính linh kiện, rò rỉ phía hạ lưu, v.v. Nếu chỉ nhìn đồng hồ áp suất bằng mắt, sẽ bỏ lỡ các đỉnh drop tức thời, nên nếu cần hãy dùng thiết bị đo có tốc độ đáp ứng đủ để ghi lại sóng áp suất. Trong log, cần ghi rõ vị trí cảm biến và điều kiện lấy mẫu.

Loại relief và loại không relief: Phân biệt chức năng dừng/xả khí

Loại relief sẽ xả khí ra môi trường khi áp suất phía thứ cấp vượt quá giá trị cài đặt, tùy theo cấu tạo và điều kiện của từng dòng máy. Loại không relief thì không có đường xả này, hoặc có cấu tạo không xả khí ra ngoài trong quá trình điều áp thông thường. Trong phần mô tả cấu tạo của Parker, áp suất vượt mức phía thứ cấp của loại relief sẽ làm màng ngăn di chuyển và khí được xả ra qua lỗ thông khí (vent). Parker Engineering Data. Tài liệu AW của SMC cũng chỉ ra lựa chọn giữa loại relief và không relief. SMC AW Catalog.

Chức năng relief liên quan đến “điều chỉnh áp suất phía thứ cấp khi giảm áp suất cài đặt”, không đồng nghĩa với chức năng an toàn xả khí toàn bộ đường ống trong thời gian quy định khi dừng khẩn cấp. Nếu có dòng ngược, van một chiều, buồng chấp hành kín hoặc thể tích phía hạ lưu lớn, áp suất dư có thể vẫn còn. Khi dừng khẩn cấp, bảo trì, hoặc phục hồi sau mất điện, cần kiểm tra trên sơ đồ mạch xem còn áp suất dư ở đâu, và thiết kế riêng các van ngắt, van xả, điểm kiểm tra áp suất cần thiết. Cũng cần xác nhận xi lanh có di chuyển ngoài ý muốn khi dừng hay không. Việc thiết kế và kiểm tra an toàn được thực hiện theo từng thiết bị, dựa trên phạm vi áp dụng của ISO 4414. ISO 4414.

Ngoài ra, đối với các ứng dụng không muốn khí xả relief thoát ra môi trường làm việc, các môi trường đặc biệt, phòng sạch, hoặc nơi cần kiểm soát tiếng ồn, dầu, cần xác nhận đường xả khí và phạm vi áp dụng của nhà sản xuất. Tài liệu dòng AR của SMC phân biệt các điều kiện như môi chất, áp suất sử dụng tối đa, dải áp suất cài đặt, áp suất relief theo từng model. Không sử dụng giá trị của dòng này cho dòng khác. SMC AR Catalog.

Loại tích hợp lọc và loại đơn: Lựa chọn đồng thời chất lượng khí và bảo trì

Bộ lọc điều áp (filter regulator) là sản phẩm tích hợp quản lý hạt bụi, chất lỏng và giảm áp suất. Ưu điểm là tiết kiệm không gian và giảm số điểm nối ống, nhưng khi lõi lọc bị bẩn, tổn thất áp suất tại vị trí đó cũng thay đổi. Cần xác nhận cấp lọc cần thiết, xử lý nước ngưng, vật liệu bình chứa, hướng lắp đặt, không gian thay thế, vị trí van nguồn và đồng hồ áp suất trước/sau. Tài liệu AW của SMC phân chia rõ các thông số như đường kính cổng, dải cài đặt, đặc tính lọc, lượng nước ngưng, vật liệu bình chứa theo từng model, nên cần xác định đến tận ký hiệu cuối của mã sản phẩm, dù cùng tên AW. Tài liệu SMC AW.

Đặc biệt tại các nhà máy ở Thái Lan, không nên chỉ giả định trên giấy về sự chênh lệch nhiệt độ, độ ẩm ngày đêm hay tình trạng đường ống cấp khí, mà cần kiểm tra thực tế lượng nước ngưng và chất lượng khí cấp. Tuy nhiên, không thể kết luận chắc chắn về hiện tượng ngưng tụ chỉ dựa vào tên khu vực. Tình trạng thực tế phụ thuộc vào máy sấy, bộ lọc chính, độ dốc đường ống, và mục đích sử dụng ở điểm cuối. Đối với các yêu cầu chất lượng khí cao như đo lường chính xác, thực phẩm, linh kiện điện tử, cần tính ngược từ điều kiện của thiết bị sử dụng và yêu cầu khách hàng. Không nên nghĩ rằng chỉ cần lắp một bộ lọc tích hợp là đáp ứng mọi yêu cầu về độ sạch.

Khi chọn bộ lọc, ngoài trạng thái mới sạch, cần xác định giá trị chênh áp trước khi thay thế làm giá trị quản lý. Quyết định thay thế khi chênh áp đạt giá trị chỉ định, hoặc thay định kỳ, tùy theo phương pháp thực tế có thể thực hiện tại hiện trường, và sau bảo trì cần kiểm tra lại áp suất cài đặt và áp suất khi vận hành. Cần kiểm tra các lưu ý theo từng mã sản phẩm về hư hỏng bình trong suốt, tương thích với hóa chất, phương pháp xả nước ngưng. Không chỉ lắp vừa không gian, mà còn phải đảm bảo có đủ chỗ để tháo bình ra thực tế trên bản vẽ.

Điều kiện chọn loại chính xác: Tính ngược từ độ lặp lại cần thiết

Đối với các công đoạn mà thay đổi nhỏ áp suất thứ cấp ảnh hưởng đến chất lượng như lực ép nhỏ, áp suất phun, đồ gá đo, kiểm tra rò rỉ, bộ điều áp chính xác (precision regulator) là lựa chọn phù hợp. Không nên chọn chỉ vì có tên “chính xác” so với loại tiêu chuẩn, mà cần xác định các thông số như biến động áp suất cho phép, hysteresis, đáp ứng, lưu lượng, chất lượng khí cấp. Tài liệu LRP/LRPS của Festo chỉ ra hysteresis áp suất tối đa 0.02 bar và khả năng xả phía thứ cấp đối với dòng máy này. Đây là thông số của riêng dòng này, không phải giá trị đảm bảo cho tất cả các loại chính xác. Tài liệu Festo LRP/LRPS.

Điều quan trọng là, ngay cả với loại chính xác, không thể bỏ qua điều kiện lưu lượng. Dù điều áp rất tốt ở lưu lượng nhỏ, nhưng không chắc có thể dùng trực tiếp cho đường ống chính cấp đồng thời cho nhiều xi lanh lớn. Cần tách riêng nhánh chỉ cấp cho tải cần độ chính xác, điều chỉnh sơ bộ phía trên bằng loại tiêu chuẩn, xem xét lại bình tích khí và đường ống, so sánh toàn mạch. Dải áp suất cho phép đầu ra, thời gian ổn định, độ dao động khi vận hành lặp lại cần gắn với tiêu chí đánh giá đạt/không đạt của công đoạn.

So sánh tài liệu các dòng phổ thông của SMC AR và dòng chính xác của Festo LRP cho thấy không thể quyết định ứng dụng chỉ dựa vào đường kính cổng hay dải cài đặt. Khi so sánh báo giá, cần yêu cầu đường cong đặc tính ở cùng điều kiện áp suất đầu vào, đầu ra, lưu lượng, và điều kiện bảo trì. Nếu catalog không có dữ liệu ở cùng điều kiện, nên hỏi nhà cung cấp về điều kiện thử nghiệm, không nên chỉ so sánh giá mà bỏ trống phần khác biệt.

Thiết kế mạch cho máy tự động: Phân chia vai trò giữa cảm biến, van, tải

Bộ điều áp điều chỉnh áp suất, van điện từ chuyển đổi dòng khí, cảm biến áp suất phát hiện trạng thái. Không thể thay thế vai trò cho nhau. Không thể xác nhận hoàn thành kẹp hoặc giữ phôi chỉ bằng vị trí núm chỉnh hoặc đồng hồ áp suất tại đầu ra điều áp. Nếu cần phát hiện, cần ghi rõ vị trí cảm biến, ngưỡng, độ trễ, hành động máy khi bất thường vào đặc tả điều khiển. Cách chọn cảm biến và thiết kế tín hiệu được trình bày ở bài viết khác, Lựa chọn van điện từ khí nén.

Cấu hình đặt một bộ điều áp lớn ở đường ống chính và cấu hình chia nhánh điều áp theo nhóm tải có sự khác biệt về chi phí, bảo trì, phạm vi ảnh hưởng khi có sự cố. Nếu gộp các tải có áp suất yêu cầu khác nhau về một mức cài đặt, sẽ phải vận hành các tải chỉ cần áp thấp ở áp cao. Ngược lại, nếu chia quá nhiều nhánh sẽ tăng số điểm cài đặt, dễ điều chỉnh nhầm và tăng gánh nặng kiểm tra. Cần lập bảng áp suất cần thiết, lưu lượng đồng thời, trình tự vận hành, trạng thái khi dừng cho từng công đoạn, và chỉ tách nhánh độc lập khi có lý do rõ ràng.

Ngay cả khi giám sát áp suất liên tục bằng IoT, không nên nhầm lẫn giữa thu thập dữ liệu và điều áp. Nếu ghi lại thời điểm áp suất giảm, cùng với chu kỳ, trạng thái ON của van điện từ, áp suất phía máy nén, trạng thái sử dụng thổi khí, sẽ khoanh vùng được nguyên nhân rò rỉ hoặc quá tải. Phương pháp theo dõi đồng thời lượng khí nén tiêu thụ và điện năng của thiết bị cũng được đề cập trong bài viết Thu thập dữ liệu khí nén. Bài viết này tập trung vào lựa chọn bộ điều áp ở đầu cuối và điều kiện nghiệm thu.

Các thông số cần ghi trong RFP: So sánh các phương án trong cùng điều kiện

Các giả định tính toán cần lưu lại trong bảng lựa chọn

Trong bảng lựa chọn, không chỉ ghi lại kết quả như “Áp suất thứ cấp cần thiết 0,55 MPa”, mà còn phải ghi rõ ai đã tính toán giá trị đó từ tải nào. Lực đẩy cần thiết của xi lanh phụ thuộc vào ma sát cơ cấu, tư thế, gia tốc, trọng lượng phôi và thời gian chu kỳ cho phép. Việc tăng áp suất đầu ra của bộ điều áp không phải lúc nào cũng giải quyết được vấn đề, thậm chí có thể vượt quá áp suất cho phép của thiết bị tải. Các giả định về đường kính xi lanh, đường kính ty, hiệu suất cơ khí, cách đặt hệ số dự phòng sử dụng trong tính toán lực đẩy cần được xác nhận với kỹ sư thiết kế cơ khí. Thử nghiệm lực ép và giữ bằng phôi thực tế, kết nối mục tiêu áp suất với yêu cầu chất lượng.

Cũng cần ghi lại đơn vị tính toán lưu lượng. Nếu coi lưu lượng khí tự do quy đổi về điều kiện tiêu chuẩn, lưu lượng thể tích thực trong ống, lưu lượng xả của máy nén khí, và “lưu lượng danh định” trong catalogue linh kiện là cùng một con số, thì việc lựa chọn phương án có thể bị đánh giá thấp hoặc cao quá mức. Trích dẫn trục tọa độ của đường cong trong catalogue, áp suất cấp, áp suất cài đặt, tiêu chuẩn đo lường, sau đó quy đổi đỉnh lưu lượng trên biểu đồ thời gian của nhà máy về cùng một tiêu chuẩn trước khi so sánh. Nếu lưu lại hệ số quy đổi trong tài liệu, việc tính toán lại khi thay đổi mã sản phẩm sau này cũng sẽ dễ dàng hơn.

Giá trị tối thiểu của nguồn cấp sơ cấp được xác định tại đầu vào thiết bị, không phải ở đồng hồ trong phòng máy nén khí. Điều quan trọng là còn lại bao nhiêu sau khi đi qua ống chính, nhánh, các thiết bị vận hành đồng thời, máy sấy hoặc bộ lọc chính. Ngày ghi lại áp suất không chỉ trong điều kiện vận hành bình thường mà còn bao gồm các điều kiện tiêu thụ khí nhiều theo loại sản phẩm sản xuất hoặc ca làm việc. Nếu ghi nhận đo đạc ngắn và không biết giới hạn dưới của nguồn cấp, cần nêu rõ sự không chắc chắn đó trong RFP và chuyển thành mục cần xác nhận lại trong SAT.

Các điều kiện dễ bị loại khi so sánh phương án

Dù cùng đường kính danh nghĩa kết nối ống, nhưng đường dẫn bên trong và đường cong lưu lượng không giống nhau. Vật liệu bầu lọc, có hay không xả nước tự động, vị trí lắp đồng hồ áp suất, núm điều chỉnh có khóa, chức năng chống dòng ngược cũng thay đổi theo mã sản phẩm chi tiết. Như tài liệu của SMC AW đã chỉ ra, chỉ tên series thì không thể xác định thông số kỹ thuật. Đối chiếu từng ký tự giữa mã sản phẩm trong báo giá và bản vẽ, ghi rõ điều kiện phê duyệt sản phẩm thay thế. Khi thay thế tại hiện trường dưới dạng “sản phẩm tương đương”, ít nhất cần xác nhận lại áp suất sơ cấp tối đa, dải cài đặt, đường cong lưu lượng, phương thức xả, môi chất, hướng lắp ống.

Công sức bảo trì cũng được đưa vào so sánh. Loại tích hợp bộ lọc có thể giảm số lượng ống, nhưng có thể gặp vấn đề về tiếp cận khi thay lõi lọc hoặc tồn kho phụ tùng thay thế. Nếu là loại đơn lẻ hoặc tách bộ lọc, có thể dễ dàng mở rộng cho các nhánh cần độ sạch khác nhau hoặc thay thế từng phần. Loại nào ưu việt hơn tùy thuộc vào bố trí thiết bị và hệ thống bảo trì. Đánh giá dựa trên phạm vi phải dừng khi thay thế, quy trình xả áp, chi phí vận hành bao gồm cả việc cài đặt lại sau khi khôi phục.

Nếu nhà cung cấp trả lời “áp suất ổn định”, cần phân biệt rõ là biến động do thay đổi áp suất đầu vào tĩnh, sụt áp khi thay đổi lưu lượng, hay hiện tượng trễ khi điều chỉnh lên xuống. Dù đều được gọi chung là “ổn định”, nhưng phương pháp kiểm tra khác nhau. Chỉ số ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng thiết bị mới cần được định lượng, tránh đầu tư vào thông số kỹ thuật quá cao không cần thiết. Nếu chia sẻ điều kiện đo, sẽ dễ dàng xác định nhánh nào chỉ cần loại tiêu chuẩn, nhánh nào cần loại chính xác cao.

Trong RFP, không chỉ chỉ định mã sản phẩm mà còn ghi rõ các giá trị đầu vào và tài liệu yêu cầu để nhà cung cấp trả lời trong cùng điều kiện. Đầu tiên, cung cấp sơ đồ mạch thiết bị, danh sách tải, giá trị tối thiểu/thông thường/tối đa của áp suất sơ cấp, áp suất thứ cấp cần thiết, biểu đồ thời gian các hoạt động đồng thời. Tiếp theo, ghi rõ yêu cầu về sụt áp cho phép, dải điều chỉnh, hành vi áp suất thứ cấp khi thay đổi áp suất sơ cấp/lưu lượng, có cần relief không, chất lượng khí, nhiệt độ, ren kết nối, hướng lắp đặt, đồng hồ đo, khóa, không gian bảo trì. Nếu nêu giá trị áp suất cụ thể, phải ghi rõ vị trí đo.

Các tài liệu yêu cầu nộp gồm: bảng cấu tạo mã sản phẩm, datasheet hiện hành của hãng, đường cong lưu lượng trong điều kiện yêu cầu, đặc tính áp suất, phụ tùng thay thế bộ lọc, bảo trì khuyến nghị, kích thước ngoài, hướng lắp ống, tương thích môi chất sử dụng, phụ tùng dự phòng và thời gian giao hàng. Nếu đường cong chỉ đo ở áp suất sơ cấp tiêu chuẩn, yêu cầu chứng minh khả năng đáp ứng ở giới hạn dưới nguồn cấp của công ty. Việc cung ứng phụ tùng thay thế và hỗ trợ kỹ thuật tại Thái Lan cũng là tiêu chí đánh giá vì ảnh hưởng trực tiếp đến thời gian dừng máy.

Ví dụ: Diễn đạt điều kiện nghiệm thu trong RFP

Ghi rõ: “Khi áp suất sơ cấp ở giới hạn dưới do thiết bị xác định, trong điều kiện hoạt động đồng thời tối đa quy định, áp suất tại đầu tải không được thấp hơn giới hạn dưới yêu cầu của thiết bị. Vị trí đo, độ chính xác của thiết bị đo và khoảng thời gian ghi nhận phải được hai bên thống nhất.” Giá trị đạt yêu cầu cụ thể sẽ được thiết lập cho từng thiết bị, bao gồm tải, yêu cầu an toàn, sai số đo lường. Thêm vào đó, ghi chú “thời gian ổn định sau khi thay đổi giá trị cài đặt”, “xử lý nước xả nếu có”, “phương pháp kiểm tra áp suất dư sau khi dừng máy”.

Tiếp theo, lập bảng so sánh báo giá. Bên cạnh cột giá, đặt cột tài liệu chứng minh trong cùng điều kiện và cột sai lệch. Các câu trả lời chỉ ghi “lưu lượng đủ”, “độ chính xác cao”, “an toàn” thì không thể đánh giá. Đánh giá các đề xuất thể hiện rõ bằng số liệu, đường cong, phương pháp thử nghiệm: tải nào, lưu lượng và áp suất đầu vào ra sao, áp suất thứ cấp sẽ như thế nào. Nếu thiếu dữ liệu ở giai đoạn RFP, sau khi đặt hàng sẽ dễ phát sinh tranh luận về thay đổi linh kiện.

Ví dụ cụ thể về đánh giá trước khi đặt hàng

Cuối cùng, chúng ta sẽ giả định một trường hợp đánh giá trước khi đặt hàng cho một mạch khí nén. Xi lanh kẹp và thổi khí của máy tự động được cấp từ cùng một nhánh, và trong quá trình giữ kẹp, thổi khí sẽ được mở. Người thiết kế sẽ kiểm tra áp suất đầu tải không chỉ khi kẹp bắt đầu di chuyển mà còn khi thổi khí trùng với quá trình giữ kẹp. Nếu áp suất giảm khi bắt đầu thổi khí và dư lực giữ bị giảm, ngoài đường cong lưu lượng của bộ điều áp, cần xem xét lại đường kính trong của ống nhánh, đặc tính lưu lượng của van, và điều kiện của đầu phun thổi khí. Chỉ lắp một đồng hồ đo áp suất ở đầu ra bộ điều áp thì không thể chứng minh được sự sụt áp ở đầu vào xi lanh.

Đối với nhà cung cấp, không chỉ yêu cầu dữ liệu ở áp suất cấp thông thường mà còn cả dữ liệu ở áp suất cấp tối thiểu quan sát được tại đầu vào thiết bị. Nếu đường cong trong catalogue không bao gồm điều kiện đó, hãy yêu cầu họ trình bày giả định khi nội suy và kế hoạch thử nghiệm. Ngay cả khi vượt qua thử nghiệm ban đầu, nếu khi bộ lọc gần đến thời điểm bảo trì mà dư lực biến mất, cần xác định giá trị quản lý chênh áp khi thay thế hoặc xem xét lại xử lý khí ở phía thượng nguồn. Nhờ đó, có thể phân biệt giữa biện pháp chỉ thay đổi một mã linh kiện và biện pháp bao gồm cả cấp khí và đường ống.

Ngay cả khi thêm loại chính xác vào danh sách ứng viên, trước tiên cần chứng minh rằng sự biến động lực giữ thực sự ảnh hưởng đến chất lượng. Dù giá trị hysteresis của loại chính xác nhỏ, nếu áp suất giảm ở lưu lượng đỉnh thì cũng không phù hợp với kẹp. Ngược lại, có thể phù hợp với nhánh khác dùng để điều khiển lực ép nhỏ với lượng khí ít. Không nên gộp hai mục đích sử dụng vào một linh kiện “hiệu suất cao” duy nhất, mà cần xác định chỉ số cần thiết cho từng tải.

Biên bản của đánh giá này cần lưu lại các ứng viên được chọn, ứng viên bị loại và lý do, căn cứ của áp suất sơ cấp, điểm đọc đường cong lưu lượng, điều kiện có thể tái hiện tại FAT, và điều kiện chuyển sang SAT. Cũng cần xác nhận xem nhân viên bảo trì phía Thái có thể mua được linh kiện thay thế hay không, và hướng dòng chảy trên bản vẽ có khớp với thực tế hay không. Để không phải lặp lại cùng một xem xét khi cải tạo sau vài năm, cần bàn giao không chỉ file tính toán mà cả điều kiện quan sát đã quyết định đạt hay không đạt.

FAT và SAT: Quy định cả vị trí đo sau khi lắp đặt

Cách lưu lại hồ sơ nghiệm thu

Trong hồ sơ nghiệm thu, lưu lại ngày giờ đo, số máy, phôi, chu kỳ, áp suất cài đặt, áp suất cấp, vị trí đo, mã thiết bị đo, trạng thái hiệu chuẩn, dạng sóng áp suất, giá trị thấp nhất khi tải lớn nhất. Nếu chỉ ghi một dòng đạt/không đạt, sau này khi thay đổi mùa hoặc loại sản phẩm sẽ không thể so sánh. Vị trí đánh dấu trên núm điều chỉnh cũng chỉ là thông tin phụ, không được dùng làm bằng chứng thay thế áp suất. Ghi lại ai điều chỉnh, theo quy trình nào, để dễ tái lập sau bảo trì.

Nếu chỉ chọn thời điểm nguồn khí ổn định trong SAT để thử nghiệm, sẽ bỏ sót các điều kiện khắc nghiệt. Hỏi người phụ trách thiết bị về thời điểm nguồn cấp thay đổi như khi dây chuyền bên cạnh khởi động, sản phẩm sử dụng nhiều khí thổi, khởi động lại sau giờ nghỉ trưa. Nếu không thể tái hiện điều kiện đó, ghi lại là “điều kiện chưa thử nghiệm được”, xác định thời gian giám sát cần thiết và người phụ trách thử lại. Nếu dự kiến mở rộng trong tương lai, cũng cần tách riêng nghiệm thu hiện tại và xác nhận lại sau khi mở rộng.

Ngoài ra, không nên xác định nguyên nhân không đạt chỉ từ trước khi đo. Dù triệu chứng giống như thiếu công suất bộ điều áp, nhưng bẩn bộ lọc, sụt áp phía sơ cấp, bóp nghẹt ở khớp nối, thiếu lưu lượng van điện từ, rò rỉ xi lanh đều có thể gây trễ tương tự. Nếu ghi đồng thời áp suất sơ cấp, thứ cấp, đầu tải, tín hiệu van, thời gian thực tế vận hành, sẽ lần lượt xác định được vị trí sụt áp. Không chỉ lưu lại linh kiện đã thay, mà còn lưu lại dạng sóng cùng điều kiện trước và sau thay đổi để xác nhận hiệu quả.

Tiêu chuẩn vận hành sau nghiệm thu cũng là sản phẩm của SAT. Chuyển các thông số như dải áp suất cài đặt cho phép, ngưỡng báo động bất thường, điều kiện thay bộ lọc, chu kỳ kiểm tra nước xả, vị trí cách ly và kiểm tra áp suất dư khi dừng máy vào quy trình bảo trì. Nếu các bộ phận sản xuất, bảo trì, chất lượng cùng sử dụng điểm đo trên bản vẽ, sẽ tránh được việc mỗi người nói “áp suất bình thường” ở các vị trí khác nhau khi xảy ra sự cố. Không chỉ dựa vào mô tả chung trong sách hướng dẫn, mà cần bàn giao điều kiện đạt được đo thực tế trên thiết bị.

FAT (Factory Acceptance Test) là kiểm tra nghiệm thu tại bên sản xuất/lắp ráp, SAT (Site Acceptance Test) là kiểm tra tại nơi lắp đặt với nguồn cấp và tải thực tế. Những mục không thể tái hiện điều kiện tương đương trong FAT sẽ chuyển sang SAT để kiểm tra. Không nên cho rằng “đã đạt FAT thì không cần đo lưu lượng/áp suất tại hiện trường”. Đặc biệt, hệ thống ống dẫn trong nhà xưởng, sử dụng đồng thời với thiết bị lân cận, đường ống dài ở cuối chỉ có thể kiểm tra đầy đủ tại hiện trường.

Khi đọc đồng hồ áp suất, cần lưu ý sai số và độ trễ đáp ứng của thiết bị đo. Nếu đánh giá sụt áp tức thời trong SAT, sử dụng cảm biến áp suất có vị trí và đáp ứng phù hợp, ghi lại đồng thời dấu thời gian và tín hiệu van. Xác định các kịch bản đại diện bao gồm vận hành liên tục, khởi động nguội, dừng/khởi động lại, giảm áp suất sơ cấp. Các thông số ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm như lực kẹp, thời gian định vị cũng cần đo thực tế chứ không chỉ dựa vào áp suất.

Khi không đạt, trước tiên cần phân biệt là áp suất tại đầu ra bộ điều áp cũng thấp hay chỉ thấp ở đầu tải. Nếu là trường hợp đầu, kiểm tra nguồn cấp sơ cấp, đặc tính lưu lượng bộ điều áp, chênh áp bộ lọc. Nếu chỉ thấp ở đầu tải, kiểm tra ống dẫn, khớp nối, van, đường kính ống, rò rỉ tải. Nếu áp suất sơ cấp giảm theo chu kỳ, kiểm tra ảnh hưởng của hệ thống khí nén và tải khác ở phía thượng nguồn. Không vội kết luận thay linh kiện, tăng điểm đo và thử lại.

Câu hỏi thường gặp

Có thể thay thế bộ điều áp khí nén nếu cùng cỡ đường kính không?

Khả năng thay thế không chỉ quyết định bởi đường kính. Cần so sánh áp suất đầu vào tối đa, dải cài đặt, đường cong lưu lượng, phương thức xả áp (relief), môi chất, nhiệt độ, tiêu chuẩn ren kết nối, vật liệu đồng hồ đo và bầu lọc, kích thước lắp đặt. Nếu là mạch liên quan đến an toàn chức năng hoặc xả khí khi dừng máy, cần đánh giá rủi ro và thử nghiệm lại sau khi thay đổi. Việc chỉ sao chép giá trị cài đặt phía thứ cấp của mẫu cũ sang mẫu mới không đảm bảo được áp suất động.

Nếu là loại tích hợp lọc thì có cần thêm bộ lọc khí nữa không?

Tùy thuộc vào chất lượng không khí yêu cầu và trạng thái nguồn cấp. Cần đối chiếu khả năng lọc hạt, dung tích xả nước, tổn thất áp suất của bộ lọc điều áp với các điều kiện về độ ẩm, dầu, hạt bụi mà thiết bị tải yêu cầu. Nếu phía đường ống chính cần xử lý sấy khô hoặc loại bỏ dầu, chỉ dùng loại tích hợp ở cuối không đủ. Điều kiện nghiệm thu FAT/SAT cũng cần bao gồm chênh áp trước và sau khi bảo trì hoặc thay thế bộ lọc.

Nếu là loại relief thì khi dừng khẩn cấp có hết áp suất dư không?

Không hết. Relief là chức năng điều áp phía thứ cấp khi vượt quá áp suất cài đặt. Việc ngắt, xả khí khi dừng, kiểm tra áp suất dư phía trước van một chiều hoặc trong buồng xy lanh là vấn đề thiết kế riêng. Hãy đánh giá toàn bộ mạch và thực tế thiết bị để đảm bảo không còn chuyển động nguy hiểm.

Nếu là bộ điều áp chính xác thì có ngăn được sụt áp không?

Ngay cả loại chính xác cũng có giới hạn lưu lượng và điều kiện đo. Nếu vượt quá lưu lượng cho phép hoặc áp suất đầu vào không đủ, không thể duy trì áp suất thứ cấp cần thiết. Hãy định nghĩa riêng biệt độ tái lập cần thiết cho chất lượng và lưu lượng đỉnh, kiểm tra cả đường cong của nhà sản xuất và thử nghiệm thực tế.

Khi FAT/SAT tại nhà máy Thái Lan nên ưu tiên điều gì?

Ưu tiên các yếu tố: thời điểm áp suất cấp thấp, công đoạn có số thiết bị hoạt động đồng thời lớn nhất, trạng thái bộ lọc trước bảo trì, chiều dài ống tại hiện trường, kiểm tra áp suất dư sau khi dừng máy. Không quyết định giá trị chỉ dựa vào địa điểm Thái Lan, mà phản ánh số liệu đo thực tế của nhà máy đó vào tiền đề RFP. Vị trí đo và tiêu chuẩn đạt nên được kỹ sư thiết bị phía Nhật và Thái cùng ghi chú trên bản vẽ để giảm khác biệt diễn giải sau khi bàn giao.

Tổng kết

Bộ điều áp khí nén cần được lựa chọn dựa trên áp suất cấp tối thiểu và lưu lượng đỉnh, lấy áp suất tại đầu tải làm tiêu chí. So sánh loại tiêu chuẩn, loại tích hợp lọc, loại chính xác, phương thức relief theo từng ứng dụng, và thiết kế chức năng an toàn khi dừng máy như một mạch riêng biệt. Khi lập RFP, hãy thống nhất điều kiện đo và tài liệu của nhà sản xuất; khi FAT thì kiểm tra mô phỏng, khi SAT thì đo thực tế tại hiện trường về áp suất, hoạt động và khả năng bảo trì, để có thể ra quyết định đặt hàng không chỉ dựa vào giá và đường kính.

Từ giai đoạn muốn rà soát tình trạng sụt áp của mạch khí nén hiện hữu hoặc lựa chọn linh kiện cho dây chuyền mới tại nhà máy tự động hóa ở Thái Lan, hãy liên hệ với TOMAS TECH. Nếu có danh sách tải, sơ đồ mạch, ghi nhận áp suất cấp, chúng tôi sẽ cùng bạn cụ thể hóa các điểm kiểm tra cho RFP và FAT/SAT.

Thông tin tham khảo

• Parker, Air Preparation Products Engineering Data: filter/regulator selection and flow charts
• SMC, Regulator Series AR and regulator with backflow function
• SMC, Filter Regulator Series AW
• Festo, Precision pressure regulator LRP/LRPS datasheet
• Festo, Precision pressure regulator LRP product data
• ISO, ISO 4414:2010 overview

Tình trạng thông số kỹ thuật và tiêu chuẩn sản phẩm dựa trên tài liệu công khai tại thời điểm tham khảo. Khi áp dụng, hãy xác nhận tài liệu mới nhất của mã sản phẩm liên quan và yêu cầu áp dụng cho thiết bị.