Các công tắc áp suất đơn và hiệu công tắc áp suất thuộc vào các dụng cụ có đặc tính rơ le hay dụng cụ điều chỉnh hai vị trí.
Các công tắc áp suất đơn và hiệu công tắc áp suất thuộc vào các dụng cụ có đặc tính rơ le hay dụng cụ điều chỉnh hai vị trí.
Công tắc áp suất là dụng cụ chuyển đổi các tín hiệu áp suất hoặc hiệu áp suất thành ra sự đóng ngắt (ON/OFF) của mạch điện. Phụ thuộc vào số lượng các phần tử cảm biến nhận tín hiệu có thể phân ra công tắc áp suất đơn hoặc kép.
Công tắc áp suất đơn chủ yếu dùng để bảo vệ máy nén khỏi áp suất quá cao phía đầu đẩy máy nén hoặc quá thấp ở phía đầu hút máy nén.
Hiệu áp suất khống chế sự thay đổi hiệu áp suất Δp. Trong kỹ thuật lạnh hiệu công tắc áp làm nhiệm vụ bảo vệ hiệu áp suất dầu bôi trơn và áp suất trong khoang cacte máy nén Δp = poil – p0 không tụt xuống dưới mức quy định, do đó thường được gọi là công tắc áp suất hiệu áp dầu.
Theo môi chất công tác có thể phân ra công tắc áp suất amoniac hoặc công tắc áp suất freon. Bộ phận cảm biến của công tắc áp suất amoniac được chế tạo từ thép carbon hay thép không gỉ đế tránh sự ăn mòn của amoniac vì amoniac ăn mòn đồng và các hợp kim của đồng. Các bộ phận cảm biến của rơ le freon có thể làm bằng thép carbon, thép không gỉ hoặc đồng và các hợp kim đồng.
Theo kết cấu vỏ rơ le có thể chia ra công tắc áp suất loại thường, kín hơi, kín khí chống phun té và chống nổ … Sau đây chúng ta tìm hiểu một số công tắc áp suất thường dùng.
1. Công tắc áp suất đơn
Ngoài sự phân loại như trên, công tắc áp suất đơn được phân ra công tắc áp suất thấp và công tắc áp suất cao.
a. Công tắc áp suất thấp
công tắc áp suất thấp là loại công tắc hoạt động ở áp suất bay hơi và ngắt mạch điện của máy nén khi áp suất giảm xuống quá mức cho phép để bảo vệ máy nén và đôi khi để điều chỉnh năng suất lạnh. Hình 1 giới thiệu nguyên lý cấu tạo và hoạt động của công tắc áp suất thấp kiểu KP1, 1A, 2 của Danfoss.
Hình 1. Nguyên tắc cấu tạo và hoạt động của công tắc áp suất thấp
a) Nguyên tắc cấu tạo;
b) Tiếp điểm ON - OFF (LP)
c) Tiếp điểm ON - OFF (HP)
1. Vít đặt áp suất thấp LP; 2. Vít đặt vi sai LP; 3. tay đòn chính; 7. Lò xo chính; 8. Lò xo vi sai; 9. Hộp xếp dãn nở; 10. Đầu nối áp suất thấp; 12. Tiếp điểm; 13. Vít đấu dây điện; 14. Vít nối đất; 15. Lối đưa dây điện vào; 16. Cơ cấu lật để đóng mở tiếp điểm dứt khoát; 18. tấm khóa; 19. Tay đòn; 23. Vấu đỡ; 30. Nút reset; Đối với công tắc áp suất cao 5. Vít đặt áp suất cao HP; 11. Đầu nối áp suất cao.
Bằng cách vặn vít 1 và vít 2 ta có thể đặt được áp suất thấp ngắt và dóng của công tắc áp suất. Ví dụ khi đặt áp suất thấp đóng mạch là 2 bar và vi sai là 0.4 bar thì áp suất giảm đến 1.6 bar sẽ ngắt mạch (OFF) và khi áp suất trong hệ thống tăng đến 2.0 bar công tắc áp suất sẽ nối mạch cho máy nén hoạt động trở lại (ON). Ở đây mạch 1-4 là ON và 1-2 là OFF.
Tay dòn chỉnh 3 mang cơ cấu lật 16 và tiếp điểm 2 được dẫn tới đáy của hộp xếp 9. Tay đòn nối cơ cấu lật 16 tới lò xo phụ chỉ có thể xoay quanh một chốt cố định ở khoang giữa tay đòn. Vì thế tiếp điểm chỉ có 2 vị trí cân bằng. Hộp xếp chỉ có thể dịch chuyển khi áp suất vượt qua giá trị ON và OFF. Vị trí của cơ cấu lật tác động lên cơ cấu này với 2 lực, lực thứ nhất là từ hộp xếp trừ đi lực của lò xo chính, và lực thứ hai là lực kéo của lò xo vi sai.
Trên hình 1 tiếp điểm đang ở vị trí ON (1-4). Khi tiếp điểm chuyển sang (1-2) là vị trí OFF. Bây giờ áp suất trong hộp xếp giảm, hầu như không có chi tiết nào trong công tắc áp suất chuyển động. Chỉ khi nào áp suất trong hộp xếp giảm xuống dưới mức cho phép, hộp xếp co lại, tay đòn 3 bị kéo xuống dưới đủ mức làm cho cơ cấu lật 16 đột ngột thay đổi vị trí, tiếp điểm 1 đột ngột rời 4 bật xuống 2 (OFF), máy nén lạnh ngưng chạy.
Khi áp suất tăng lên và vượt giá trị cho phép, nhờ cơ cấu lật, tay đòn 3 lại đột ngột thay đổi vị trí tiếp điểm 1 sang 4 (ON).
Nói chung, hệ thống tiếp điểm phải làm việc với tốc độ cao, cũng như có áp lực đóng tiếp điểm động lên tiếp điểm tĩnh. Điều này cần thiết để tránh tạo các tia lửa điện hoặc hồ quang xuất hiện khi mở tiếp điểm. Hồ quang phát ra sẽ làm cháy hoặc làm nóng chảy và dính tiếp điểm, làm cho tuổi thọ công tắc áp suất giảm và công tắc áp suất làm việc trục trặc. Hồ quang chính là nguyên nhân cơ bản làm hỏng hệ thống tiếp điểm của rơ le.
Thời gian khi tiếp điểm động gặp tiếp điểm tĩnh đến lúc kết thúc quá trình đóng mạch được gọi là thời gian đóng mạch. Thời gian đóng mạch của các công tắc áp suất thường nhỏ hơn một phần vạn giây. Cấu trúc đóng mạch đảm bảo tải lớn đồng thời tuổi thọ cao của các tiếp điểm công tắc áp suất.
Hình 2 giới thiệu cấu tạo của công tắc áp suất kiểu KP1 cũng như hình dáng bên ngoài của công tắc áp suất.
Hình 2. Cấu tạo và hình dáng bên ngoài công tắc áp suất
a) Cấu tạo của công tắc áp suất thấp
b) Hình dáng bên ngoài của công tắc áp suất
b. Công tắc áp suất cao
Công tắc áp suất cao loại công tắc áp suất hoạt động ở áp suát ngưng tụ của môi chất lạnh và ngắt mạch điện khi áp suât vượt mức cho phép để bảo vệ máy nén.
Công tắc áp suất cao hoạt động ở áp suất ngưng tụ và ngắt mạch điện của máy nén cũng như các thiết bị có liên quan. Nguyên tắc cấu tạo của công tắc áp suất cao cũng tương tự như công tắc áp suất thấp (hình 1) nhưng các tiếp điểm được bố trí ngược lại. Khi áp suất đầu đẩy máy nén tăng vượt quá giá trị áp suất cho phép (giá trị cài đặt trên công tắc áp suất), công tắc áp suất mở tiếp điểm ngắt mạch điện cung cấp cho máy nén để bảo vệ. Khi áp suất giảm xuống dưới giá trị áp suất cài đặt trừ đi vi sai thì công tắc áp suất cao lại tự động đóng mạch cho máy nén hoạt động trở lại.
Tuy nhiên, do yêu cầu về an toàn người ta chia công tắc áp suất cao làm 3 loại:
- Công tắc áp suất cao thường là loại vừa giới thiệu trên. Ngoài ra còn có 2 loại an toàn cao hơn, không đóng mạch cho máy nén làm việc trở lại như sau:
- Công tắc áp suất cao có giới hạn áp suất, đặc điểm là có nút reset bằng tay trên vỏ máy. Khi đã ngắt (OFF) công tắc áp suất không tự động đóng mạch lại được mà phải có tác động ấn nút reset của người vận hành máy.
- Công tắc áp suất cao có giới hạn áp suất an toàn, đặc điểm là có tay đòn reset nằm trong vỏ máy. Khi ngắt mạch điện máy nén (OFF), công tắc áp suất không tự động đóng mạch lại được mà người vận hành máy phải kiểm tra nguyên nhân tăng áp suất, mở nắp công tắc áp suất và dùng dụng cụ để đưa tay đồn reset trở lại vị trí ban đầu.
Do nhiệm vụ bảo vệ an toàn như vậy nên thường người ta bố trí đèn báo khi công tắc áp suất tác động OFF (tiếp điểm (1-4). Công tắc áp suất cao KP5 của Danfoss là loại một hộp xếp hay hộp xếp đơn. Kiểu KP7W, 7B, 7C, 7S là loại hộp xếp kép với nhiều tính năng ưu việt hơn.
Hình 3 giới thiệu một loại công tắc áp suất cao KP7W, 7B, 7C, 7S và KP17W, 17B, 17C của Danfoss. Khác biệt cơ bản với loại trên KP1 là KP7W có hộp xếp kép: hộp xếp ngoài và hộp xếp điều chỉnh. Các dụng cụ được thử nghiệm và phê chuẩn theo TUV (hiệp hội an toàn kỹ thuật của CHLB Đức) tương ứng với DIN 32733. Các chữ cái tương ứng:
Hình 3. Cấu tạo công tắc áp suất cao kiểu KP 7W của Danfoss
1. Vít đặt áp suất; 2. Vít đặt vi sai áp suất; 3. Tay đòn chính; 15. Lối cáp vào; 18. Tấm khóa; 25. Tay đòn reset trong; 30. Nút nhấn reset ngoài.
W – Công tắc áp suất thường.
B – công tắc giới hạn áp suất (với nút reset ngoài)
C – Công tắc áp suất giới hạn an toàn (với tay đòn reset trong).
Các yêu cầu chung DIN đối với các dụng cụ được phê chuẩn:
1. Các dụng cụ phải được trang bị hộp xếp kép. Khi áp suất trong hệ thống vượt khỏi giá trị đặt, dụng cụ phải tự động ngắt dừng hệ thống.
2. Các dụng cụ mang ký hiệu W hoặc AW đóng lại mạch tự động khi áp suất giảm xuống dưới áp suất đặt trừ vi sai.
3. Các dụng cụ mang ký hiệu B hoặc AB có thể đóng mạch lại bằng tay với nút ấn reset ngoài khi áp suất giảm xuống 4 bar dưới áp suất đặt.
4. Các dụng cụ mang ký hiệu S hoặc AS có thể đóng mạch lại bằng tay với cần reset trong khi áp suất giảm xuống 4 bar dưới áp suất đặt.
Hệ thống hộp xếp kép có thể tránh được tổn thất môi chất nạp trong hệ thống lạnh ngay cả khi hộp xếp bị vỡ hỏng.
Theo những yêu cầu của TUV, nếu hộp xếp bị vỡ hỏng thì máy nén của hệ thống lạnh bị ngắt và máy nén chỉ làm việc trở lại khi công tắc áp suất đã được thay mới. Nếu hộp xếp ngoài bị vỡ sẽ làm cho áp suất ngắt (OFF) giảm xuống 3 bar so với giá trị đặt. Đó chính là chức năng bảo vệ hệ thống lạnh khi bị tổn thất môi chất khi hộp xếp bị vỡ hỏng.
2. Công tắc áp suất kép
Công tắc áp suất kép gồm công tắc áp suất cao và công tắc áp suất thấp được tổ hợp chung lại trong một vỏ thực hiện chức năng của cả hai công tắc áp suất, ngắt điện cho máy nén lạnh khi áp suất cao vượt quá mức cho phép và khi áp suất thấp hạ xuống dưới mức cho phép.
Việc đóng điện lại cho máy nén khi áp suất cao giảm xuống và áp suất thấp tăng lên trong phạm vi an toàn cũng được thực hiện tư động, bằng tay với nút nhấn reset ngoài hoặc bằng tay với tay đòn reset phía trong vỏ như đã mô tả ở trên.
Công tắc áp suất kép được sản xuất cho cả môi chất freon và amoniac. Sơ đồ nguyên lý cấu tạo và làm việc của chúng là giống nhau. Kết cấu của công tắc áp suất amoniac đảm bảo độ bền vững chống ăn mòn và làm việc an toàn trong các phòng dễ gây nổ.
Hình 3 giới thiệu cấu tạo của công tắc áp suất kép kiểu KP15 của danfoss.
1. Vít đặt áp suất thấp (LP); 2. Ví t đặt vi sai Δp (LP); 3. tay đòn chính; 5. Vít đặt áp suất cao (HP); 7. Lò xo chính; 8. Lò xo vi sai; 9. Hộp xếp dãn nở; 10. đầu nối áp suất thấp; 11. Đầu nối áp suất cao; 12. Tiếp điểm; 13. Vít đấu dây điện; 14. Vít nối đất; 15. Lối luồn dây điện; 16. Cơ cấu lật để đóng mở tiếp điểm nhanh và dứt khoát; 18. Tấm khóa; 19. tay đòn; 30. Nút reset.
Lưu ý khi lắp đặt công tắc áp suất: các loại công tắc áp suất cần lưu ý ống nối từ ống hút hoặc ống đẩy vào công tắc áp suất nên ở vịt rí phía trên ống để ngăn dầu lọt vào hộp xếp, vì nếu để dầu lọt vào hộp xếp lâu ngày có thể hộp xếp bị bó không hoạt động được một cách hoàn hảo, hơn nữa cũng đảm bảo cho các tiếp điểm làm việc bình thường.
Lưu ý khi đặt công tắc áp suất:
- Công tắc áp suất thấp reset tự động LP: đặt áp suất thấp ON trên thang áp suất thấp LP (thang CUT – IN). Mỗi vòng quay của vít tương ứng 0,7 bar. Đặt vi sai (LP – differential) trên thang DIFF. Mỗi vòng xoay của vít tương ứng khoảng 0,15 bar.
Áp suất ngắn mạch bằng áp suất đóng mạch trừ đi áp suất vi sai. Áp suất ngắn mạch phải lớn hơn áp suất chân không tuyệt đối (-1 bar).
Nếu ở áp suất thấp mà máy nén không ngắt thì cẩn kiểm tra lại giá trị vi sai đã đặt, vi sai đặt có thể quá cao.
- Công tắc áp suất cao với reset tự động HP: đặt áp suất ngắt CUT – OUT hoặc OFF trên thang HP. Mỗi vòng vít tương ứng khoảng 2.3 bar. Đặt vi sai diffrential trên thang DIFF. Mỗi vòng xoay của vít vi sai tương ứng khoảng 0,3 bar.
Áp suất đóng mạch bằng áp suất ngắt mạch trừ vi sai. Thí dụ đặt HP = 16 bar và đóng mạch cho máy nén hoạt động trở lại ở 12 bar.
Nên kiểm tra áp suất ON – OFF của công tắc áp suất cao và thấp bằng một áp kế chính xác.
- Công tắc áp suất với reset bằng tay:
Đặt áp suất ngắt OFF trên thang LP hoặc HP (phạm vi điều chỉnh)
Đối với công tắc áp suất thấp reset bằng tay: có thể reset (trả lại vị trí ban đầu) khi áp suất trong hệ thống bằng áp suất ngắt OFF cộng với vi sai.
Đối với công tắc áp suất cao có thể reset bằng tay nếu áp suất trong hệ thống bằng áp suất ngắt OFF trừ đi vi sai.
3. Công tắc hiệu áp suất dầu
Công tắc hiệu áp dầu sử dụng trong kỹ thuật lạnh chủ yếu để bảo vệ sự bôi trơn hoàn hảo của máy nén. Do áp suất trong khoang cacte máy nén luôn thay đổi do đó một áp suất dầu không đổi nào đó không thể đảm bảo an toàn cho việc bôi trơn máy nén, chính vì vậy hiệu áp suất (áp suất dầu trừ áp suất cacte hay áp suât p0) mới là đại lượng đánh giá chính xác chế độ bôi trơn yêu cầu của máy nén. Hiệu áp suất dầu cần thiết do nhà chế tạo máy nén quy định, thường Δp ≥ 0,7 bar. Khi hiệu áp dầu thấp hơn mức quy định, công tắc hiệu áp dầu ngắt mạch để bảo vệ máy nén.
Vì khi khởi động máy nén, hiệu áp dầu bằng 0 nên lúc này có bộ phận nối tắt qua công tắc áp suất, khoảng 45 giây sau khởi động, hiệu áp dầu được xác lập, bộ phận nối tắc sẽ ngắt mạch. Bộ nối tắt được điều khiển bằng rơ le thời gian.
Khi làm việc, công tắc hiệu áp suất dầu đóng mở chỉ phụ thuộc vào giá trị hiệu áp Δp = áp suất dầu từ bơm trừ đi áp suất hút hay áp suất cacte, mà hoàn toàn không phụ thuộc vào áp suất dầu cũng như áp suất cacte.
a. Thuật ngữ dùng trong công tắc hiệu áp suất dầu:
Hình 4. Cấu tạo công tắc áp suất dầu MP 55 của Danfoss
1. Đầu nối với áp suất phía hệ thống dầu bôi trơn
2. Đầu nối với áp suất hút hoặc cacte máy nén (LP)
3. Đĩa đặt hiệu áp;
4. Nút reset
5. Bộ phận thử nghiệm
- Phạm vi hiệu áp (diffrential range) hiệu áp bất kỳ giữa áp suất dầu và áp suất cacte nằm trong phạm vi hiệu áp của công tắc áp suất có thể tác đọng đóng mở công tắc áp suất gọi là phạm vi hiệu áp.
- Số đọc trên thang đo (scale reading) là hiệu áp giữa áp suất dầu và áp suất cacte đúng vào thời điểm tiếp điểm đóng mạch cho rơ le thời gian khi áp suất dầu giảm.
- Phạm vi hoạt động (operating range) là phạm vi áp suât thấp (nối với đầu nối LP) mà công tắc áp suất hoạt động được.
- Vi sai tiếp điểm (contact differential) là độ tăng áp suất vượt hiệu áp suất đặt (số đọc trên thang đo) cần thiết để ngắt dòng rơ le thời gian.
- Thời gian trễ ngắt (release time) là thời gian mà công tắc áp suất hiệu áp cho phép máy nén làm việc với áp suất dầu quá thấp giữa khoảng thời gian khởi động và làm việc.