Khớp nối thủy lực Fluid coupling và những điều cần biết

Khớp nối thủy lực (hay còn gọi là Khớp nối ly hợp dầu – Fluid Coupling/Hydrodynamic Coupling) là một thiết bị truyền động thủy động lực học, được thiết kế để truyền công suất quay (mô-men xoắn) từ trục dẫn động (thường là động cơ điện) sang trục bị dẫn (máy công tác) thông qua động năng của chất lỏng, thường là dầu thủy lực.

Đây là một giải pháp kinh tế và kỹ thuật tối ưu trong các ngành công nghiệp nặng như xi măng, nhiệt điện, khai khoáng, luyện thép, và băng tải, nơi mà yêu cầu khởi động tải nặng và bảo vệ hệ thống là cực kỳ quan trọng.

CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ VÀ KHẢ NĂNG ĐIỀU CHỈNH

Cấu tạo cơ bản

Khớp nối thủy lực có cấu tạo đơn giản nhưng hiệu quả, bao gồm ba thành phần chính được đặt trong một vỏ bọc kín:

• Bánh Bơm (Impeller/Pump Rotor): Gắn vào trục dẫn động (trục motor). Khi motor quay, bánh bơm quay theo và hoạt động như một bơm ly tâm.
• Bánh Tuabin (Runner/Turbine Rotor): Là bánh công tác thứ hai, gắn vào trục bị dẫn (trục máy công tác). Bánh tuabin nhận năng lượng từ dòng dầu và truyền mô-men xoắn đi.
• Vỏ Khớp Nối và Dầu Thủy Lực: Vỏ ngoài kín chứa chất lỏng truyền động (dầu thủy lực chuyên dụng). Dầu là môi chất truyền năng lượng.

Nguyên lý hoạt động

Nguyên lý hoạt động của khớp nối thủy lực dựa trên sự chuyển đổi liên tục giữa năng lượng cơ học và năng lượng động học của chất lỏng (dầu):

1. Khi motor quay, Bánh Bơm quay theo, tạo ra lực ly tâm mạnh.
2. Lực ly tâm này đẩy dầu thủy lực ra ngoài và hướng về phía Bánh Tuabin. Dầu lúc này mang động năng lớn.
3. Dòng dầu va đập vào các cánh của Bánh Tuabin, tạo ra lực đẩy làm Bánh Tuabin quay theo, kéo theo máy công tác.
4. Độ Trượt (Slip): Luôn tồn tại sự chênh lệch tốc độ (độ trượt) giữa Bánh Bơm và Bánh Tuabin (thường 2% – 5% khi vận hành định mức). Độ trượt này là cần thiết để tạo ra dòng dầu chuyển động và truyền tải mô-men.

Khớp nối thủy lực thực hiện việc truyền mô-men xoắn mà không có sự kết nối cơ khí trực tiếp (Non-contact torque transmission), mang lại sự “mềm mại” và linh hoạt cho hệ thống truyền động.

Khả năng Điều chỉnh và Kiểm soát Tốc độ

Điều chỉnh Mô-men xoắn và Tốc độ Khởi động:

Đối với khớp nối thủy lực loại có mức dầu cố định (Constant Fill), khả năng truyền mô-men xoắn được xác định trực tiếp bởi lượng dầu chứa trong buồng khớp nối. Bằng cách tăng hoặc giảm lượng dầu (trong phạm vi cho phép của nhà sản xuất), người vận hành có thể điều chỉnh mô-men xoắn khởi động và mô-men xoắn tối đa được truyền tải.

Kéo dài Thời gian Khởi động (Delay Chamber):

Trong các ứng dụng cần khởi động cực kỳ êm ái hoặc cần khởi động nhiều motor theo chuỗi (như trên băng tải dài), nhiều khớp nối được trang bị thêm một buồng phụ làm chậm (Delay Chamber). Cơ chế này hoạt động như sau:

• Khi motor khởi động, dầu thủy lực không vào thẳng buồng làm việc mà phải chảy qua buồng phụ này trước.
• Quá trình chảy chậm giúp tăng thời gian để dầu lấp đầy buồng làm việc(tăng thời gian trượt ban đầu).
• Kết quả là thời gian khởi động của máy công tác được kéo dài hơn(tăng gia tốc mềm), giảm thiểu căng thẳng lên băng tải hoặc xích tải.

LỢI ÍCH VƯỢT TRỘI KHI KHỞI ĐỘNG TẢI NẶNG (Giải Pháp Hàng Đầu)

Khớp nối thủy lực là lựa chọn hàng đầu, vượt trội so với các loại khớp nối cứng hoặc khớp nối đàn hồi thông thường, đặc biệt cho các thiết bị có quán tính lớn hoặc yêu cầu khởi động dưới tải nặng (như băng tải dài, quạt gió lớn, và máy nghiền).

Việc khởi động trực tiếp (Direct On Line – DOL) một tải nặng bằng khớp nối cứng sẽ tạo ra Mô-men xoắn xung (Shock Torque) lớn, nguy cơ gây hư hỏng thiết bị rất cao. Khớp nối thủy lực giải quyết triệt để vấn đề này:

CƠ CHẾ BẢO VỆ AN TOÀN QUÁ TẢI (FUSIBLE PLUG & THERMAL PLUG)

Khi quá tải kéo dài, năng lượng trượt (Slip) sẽ chuyển hóa thành nhiệt, làm nhiệt độ dầu tăng cao. Khớp nối thủy lực được trang bị cơ chế bảo vệ nhiệt độ để ngăn chặn hư hỏng thảm khốc:

Bảo vệ bằng Nút Nổ An toàn (Fusible Plug)

• Nguyên lý: Hoạt động như một van an toàn nhiệt. Khi nhiệt độ dầu đạt đến điểm kích hoạt (110°C, 140°C, 160°C…), lõi chì bên trong nút sẽ tan chảy.
• Cơ chế: Dầu thủy lực trong buồng khớp nối sẽ được xả hoàn toàn ra ngoài qua lỗ thoát. Khớp nối mất khả năng truyền mô-men xoắn và tự động ngắt kết nối tải khỏi motor.
• Ưu điểm: Độ tin cậy cao, cơ chế vật lý đơn giản.
• Nhược điểm: Gây tràn dầu và mất mát dầu, cần vệ sinh khu vực, thay thế Fusible Plug mới và nạp lại dầu, tốn thời gian dừng máy.
• Một số loại van điều nhiệt an toàn khớp nối thủy lực: M18x1,5, M24x1,5, M30x1,5, FUSIBLE PLUG 1/4 GAS 145°C RED, 1/2 GAS 145°C RED, 3/4 GAS 180 °C GREEN, TURBOSTART 1/2″ FUSIBLE PLUG, TRANSFLUID 1/4-140 DEG C FUSIBLE PLUG, TRANSFLUID 3/8 140 DEG C FUSIBLE PLUG, 140º C (284º F) Brass Fusible Plug 3/4″ -16 TPI UNF Thread Steam, M10, M16x1.5, M20x1.5

Bảo vệ bằng Thiết bị Nhiệt (Thermal Plug/Switch) – Giải pháp “Sạch sẽ”

• Cơ chế: Sử dụng cảm biến nhiệt (hoặc công tắc nhiệt) thay vì chì nóng chảy.
• Hoạt động: Khi nhiệt độ dầu đạt ngưỡng an toàn, cảm biến kích hoạt tín hiệu điện gửi về hệ thống điều khiển (PLC/Rơ-le). Hệ thống điều khiển sẽ ngắt nguồn điện của motor ngay lập tức.
• Lợi ích: Sạch sẽ hơn vì không gây tràn dầu. Chỉ cần xử lý nguyên nhân quá tải, sau đó khởi động lại, giảm đáng kể thời gian dừng máy và chi phí dọn dẹp/thay dầu.

ỨNG DỤNG VÀ THƯƠNG HIỆU NỔI TIẾNG

Ứng dụng tiêu biểu

Khớp nối thủy lực được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị cần gia tốc êm ái, điều kiện làm việc khắc nghiệt và bảo vệ quá tải, bao gồm:

• Truyền động cho Băng tải, Gàu tải, Xích tải (đặc biệt là băng tải dài trong khai khoáng).
• Máy nghiền (xi măng, bột giấy), Máy trộn, Máy ép con lăn.
• Quạt thông gió lớn, Bơm cấp nồi hơi, Máy nén cỡ lớn, Máy ly tâm.
• Dẫn động phụ cho máy móc cỡ lớn.

Các thương hiệu hàng đầu

Người mua nên tham khảo các nhà sản xuất có uy tín toàn cầu:

• Siemens Flender (Fludex couplings): Nổi tiếng về độ tin cậy.
• Voith fluid couplings: Hàng đầu về công nghệ thủy động lực học.
• Transfluid couplings: Giải pháp đa dạng cho công nghiệp và hàng hải.
• Westcar (Rotofluid couplings): Chuyên cho ứng dụng tải nặng.
• Khớp nối thủy lực YOX: Dòng khớp nối tiêu chuẩn phổ biến.