Hãy cùng tìm hiểu một số kiến thức kỹ thuật và các lưu ý về động cơ chính của máy nén khí
Yếu tố vít là bộ phận quan trọng nhất trong bất kỳ máy nén khí loại vít nào.
Đây là phần của máy, nơi quá trình nén thực sự xảy ra.
Đây là trái tim của máy nén khí vít quay.
Thông thường, yếu tố vít của máy nén khí cũng được gọi là air-end.
Chúng là các máy nén dòng chảy (thể tích) không thay đổi với áp suất thay đổi. Điều này có nghĩa là tại một tốc độ nhất định (rpm), chúng luôn cung cấp cùng một lượng khí (ví dụ tính bằng lít mỗi giây), nhưng có thể làm việc ở các áp suất khác nhau.
Tại sao chúng lại phổ biến như vậy? Vì đây là một quá trình liên tục (không giống như máy nén khí piston) chúng cung cấp một dòng khí ổn định, không có độ rung, bảo trì tối thiểu và tuổi thọ cao nhất.
Chúng có thể hoạt động 24/7, 365 ngày trong năm. Tuổi thọ bình thường của một yếu tố vít khoảng 40.000 giờ hoạt động, trước khi cần đại tu hoàn toàn.
YẾU TỐ VÍT QUAY
Hãy để tôi giải thích cách mà một yếu tố vít quay được cấu tạo. Xem hình ảnh ví dụ về một yếu tố vít không dầu.
Yếu tố máy nén khí (loại không dầu).
Ảnh: Air end máy nén khí
Dĩ nhiên, chúng ta thấy hai rotor (rotor nam ở dưới, rotor nữ ở trên) và vỏ (phần màu xám).
Như chúng ta thấy, các rotor có các loại vòng bi khác nhau ở cả hai bên để chúng hoạt động trơn tru trong nhiều năm mà không cần bảo trì.
Thông thường có hai cặp vòng bi ở hai bên; vòng bi cho tải trọng hướng tâm (tải trọng do sự quay của các rotor) và vòng bi trục.
Vì "đẩy" của vít dồn sang một bên (bên áp suất cao), các rotor muốn di chuyển về phía đối diện. Các vòng bi trục sẽ chịu tải này.
Chúng ta cũng thấy rằng rotor nam có một trục nhô ra với một bánh răng trên đó. Đây là bánh răng truyền động.
Đôi khi nó là một ròng rọc. Hai rotor cũng được kết nối với nhau bởi các bánh răng (ở bên trái trong hình ảnh) đây là các bánh răng đồng bộ.
Yếu tố này được làm mát bằng nước, vì mục đích này, có các túi làm mát bằng nước trong vỏ yếu tố. Các bánh răng được bôi trơn bằng dầu, như được chỉ ra bởi các bộ phận màu vàng/nâu. Các yếu tố vít bôi dầu không có điều này, vì chúng được làm mát bởi dầu được bơm vào.
Có một lớp niêm phong giữa các khoang dầu và khoang khí nén, để ngăn không cho dầu làm ô nhiễm khí nén (đặc biệt đối với các yếu tố máy nén khí không dầu).
Vỏ có thể tháo rời để bảo trì.
YẾU TỐ VÍT NHƯ THẾ NÀO
Air-end có rất nhiều kích cỡ khác nhau, nhưng tất cả chúng đều có hình dạng cơ bản giống nhau.
Dưới đây là một số hình ảnh về các yếu tố máy nén khí.
Yếu tố máy nén khí. Cái này là của một máy nén mới, vì bạn có thể thấy nó vẫn sạch sẽ và bóng loáng.
Yếu tố máy nén khí trên máy nén tốc độ biến thiên. Đây là những gì máy nén thường trông như thế này: bẩn!
CÁCH HOẠT ĐỘNG
Nó hoạt động như thế nào? Bên trong yếu tố máy nén khí có hai vít (gọi là "rotor") quay theo hướng ngược lại.
Máy nén khí vít quay là một máy nén "đẩy dương". Điều này đơn giản có nghĩa là không khí được nén lại bởi một lực bên ngoài (giống như các máy nén piston và cuộn, cũng là các máy nén đẩy dương).
Không khí bị kẹt giữa các rotor
Trong trường hợp của máy nén khí vít quay, không khí bị kẹt giữa hai rotor. Các rotor có thiết kế đặc biệt để đạt hiệu quả và hiệu suất tối ưu.
Một rotor được gọi là rotor "nam", rotor còn lại được gọi là rotor "nữ".
Như có thể thấy trong hình ảnh: không khí bị hút vào từ một bên (lạnh, áp suất thấp), bị kẹt giữa các rotor, và được xả ra từ bên kia (nóng, áp suất cao).
Quá trình nén này yêu cầu công suất, thường được cung cấp bởi một động cơ điện lớn.
CÁC LOẠI YẾU TỐ MÁY NÉN KHÍ VÍT
Có hai loại cơ bản của máy nén khí vít: bôi dầu và không bôi dầu.
Máy nén khí vít bôi dầu là loại phổ biến nhất, vì chúng là loại rẻ hơn trong hai loại này.
Máy nén khí vít không bôi dầu chỉ được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu khí nén phải hoàn toàn không có dầu (thường dùng trong các nhà máy chế biến thực phẩm, nhà máy hóa chất, v.v.).
Tôi sẽ giải thích sau tại sao loại không bôi dầu lại đắt hơn.
CÁC ROTOR / VÍT XOẮN
Các rotor có hình dạng của một "vít xoắn". Đúng, nó trông giống như một chiếc vít. Có một rotor nam và một rotor nữ.
Rotor vít xoắn nam và nữ.
Rotor nam là "dày", có các cánh. Rotor nữ là "mỏng" và có các rãnh hoặc "rãnh xoắn".
Không khí bị kẹt giữa rotor nam và rotor nữ và được vận chuyển đến phía xả của yếu tố trong các "khoang khí", các khoang không khí bị kẹt giữa các rotor.
Thông thường, rotor nam có 4 cánh, trong khi rotor nữ có 6 rãnh. Nhưng điều này không phải là cố định.
Các nhà sản xuất luôn tìm cách cải tiến thiết kế vít. Họ tìm kiếm một thiết kế mang lại hiệu suất tốt nhất. Nói cách khác: làm sao để bơm được nhiều không khí nhất với ít công suất nhất có thể.
Thiết kế chính xác và quy trình chế tạo vít là một trong những bí mật được giữ kín nhất của bất kỳ nhà sản xuất máy nén khí nào. Đây là khu vực "cấm" trong nhà máy, không được phép chụp ảnh.
TRỤC LÁI VÀ BÁNH RĂNG ĐỒNG BỘ
Rotor nữ được truyền động bởi các bánh răng trên trục của rotor nam. Khi rotor nam quay 1 vòng, rotor nữ quay chính xác 1,5 vòng. Chúng được đồng bộ hóa. Các bánh răng truyền động cho rotor nữ gọi là bánh răng đồng bộ.
Rotor nam được truyền động bởi động cơ điện hoặc đôi khi là động cơ diesel (đây là trường hợp của máy nén khí di động). Chúng quay với tốc độ từ 1000 đến 6000 vòng/phút.
TỶ LỆ ÁP SUẤT
Vì quá trình nén, không khí bị nóng lên. Không khí nóng cũng sẽ làm nóng các rotor và vỏ kim loại của yếu tố máy nén khí.
Đây là một vấn đề, vì kim loại nóng sẽ nở ra, trở nên lớn hơn. Khi nó nở quá nhiều, hai rotor sẽ chạm vào nhau và/hoặc vào vỏ… điều này thường dẫn đến việc yếu tố vít bị hỏng hoàn toàn (rất tốn kém!).
Vì lý do này, chúng ta không thể tạo ra áp suất cao không giới hạn theo cách này; đơn giản là nó sẽ quá nóng.
Tỷ lệ áp suất tối đa mà một yếu tố vít có thể tạo ra gọi là tỷ lệ áp suất. Đó là áp suất đầu ra tối đa chia cho áp suất đầu vào.
Đối với loại bôi dầu, tỷ lệ áp suất thường tối đa là 13. Đối với loại không bôi dầu, tỷ lệ nén này tối đa khoảng 3,5. Chúng ta sẽ thấy lý do sau.
Thêm về máy nén khí vít không bôi dầu và bôi dầu trong các đoạn tiếp theo.
GIỚI HẠN THIẾT KẾ TRONG VIỆC TẠO RA YẾU TỐ VÍT TỐT NHẤT
Yếu tố vít quay là một ví dụ về một bộ phận được thiết kế kỹ lưỡng, với hàng nghìn giờ nghiên cứu. Có rất nhiều yếu tố cần xem xét khi thiết kế yếu tố vít tốt nhất.
Như đã nói trước đó, máy nén khí vít không bôi dầu sử dụng hai giai đoạn, với một bộ làm mát giữa để đạt được áp suất cuối cùng mong muốn. Nhưng tại sao lại khó khăn đến vậy, trong thời đại thiết kế hỗ trợ máy tính, máy CNC điều khiển robot và các mô hình toán học phức tạp, để tạo ra một máy nén khí không dầu chỉ có một giai đoạn?
Vấn đề là nhiều yếu tố ảnh hưởng lẫn nhau.
Tỷ lệ áp suất cao hơn có nghĩa là nhiều khí bị rò rỉ bên trong (ở áp suất cao hơn, nhiều khí chảy qua cùng một khe hở). Sự rò rỉ này làm giảm hiệu suất tổng thể của yếu tố.
Vì hiệu suất thấp hơn, các rotor sẽ phải quay với tốc độ cao hơn. Điều này tạo ra các vấn đề bổ sung với độ rung và tuổi thọ của các rotor và vòng bi.
Tỷ lệ nén cao sẽ dẫn đến nhiệt độ xả cao hơn. Thép có thói quen xấu là nở ra khi nó nóng lên. Nhiệt độ cao sẽ dẫn đến sự giãn nở nhiệt của các rotor.
Tất cả điều này làm tăng vấn đề trong việc làm cho khe hở càng nhỏ càng tốt (quá nhỏ và các rotor sẽ chạm vào nhau khi nóng lên!).
KHÔNG DẦU SO VỚI CÓ DẦU
Sự khác biệt giữa yếu tố vít không dầu và có dầu là gì? Và tại sao yếu tố không dầu lại đắt hơn so với yếu tố có dầu?
Dầu bôi vào có nhiều chức năng; một trong những chức năng đó là bịt kín các khe hở giữa rotor nam và rotor nữ và giữa các rotor và vỏ.
Khe hở cho phép không khí nén chảy ngược lại "sai hướng". Điều này làm giảm hiệu suất và hiệu quả của air-end.
Vì các máy nén khí không dầu không có dầu, khe hở giữa các rotor và vỏ phải nhỏ hơn rất nhiều so với các yếu tố vít có dầu. Vì lý do này, giá của một air-end không dầu cao hơn rất nhiều.
Khe hở tối đa cần thiết phụ thuộc vào đường kính rotor và khoảng 1 phần nghìn của đường kính, tối đa. Vì vậy, nếu đường kính của rotor là 200 mm, khe hở chỉ là 0,2 mm, rất nhỏ đối với một hình dạng phức tạp như vậy.
Thêm vào đó, các yếu tố không dầu yêu cầu các túi và kênh bổ sung để làm mát bằng nước. Các yếu tố loại có dầu được làm mát bằng dầu bôi vào và không cần nước làm mát bổ sung.
Bằng cách hiểu kiến thức về hiệu suất của máy nén khí air-end như trên, chúng ta biết cách máy nén khí hoạt động hiệu quả, và cũng học cách bảo trì hợp lý, phải không?
