Máy nén khí trục vít là loại máy nén khí dịch chuyển dương, đạt được mục đích nén khí thông qua việc giảm dần thể tích làm việc.
Thể tích làm việc của máy nén khí trục vít được tạo thành từ một cặp rãnh răng của các rôto được đặt song song và ăn khớp với nhau cùng với vỏ máy chứa cặp rôto đó. Khi máy hoạt động, các răng của hai rôto xen vào khe của nhau, và khi rôto quay, các răng xen vào khe của rôto kia di chuyển về phía đầu xả, khiến thể tích được bao bởi các răng còn lại giảm dần và áp suất tăng dần cho đến khi đạt giá trị yêu cầu. Khi đạt áp suất cần thiết, cạnh răng kết nối với cửa xả để thực hiện quá trình xả khí.
Sau khi một rãnh răng được chèn bởi một răng ăn khớp, hai không gian được hình thành và tách biệt bởi răng đó. Rãnh răng gần đầu hút là thể tích hút, và rãnh gần đầu xả là thể tích khí nén. Trong quá trình hoạt động của máy nén, các răng của rôto đối diện xen vào khe răng di chuyển đến đầu xả, khiến thể tích hút mở rộng liên tục, còn thể tích khí nén giảm dần, nhờ đó hoàn thành quá trình hút và nén trong từng rãnh răng. Khi áp suất khí nén trong rãnh răng đạt đến áp suất xả yêu cầu, rãnh răng sẽ được nối thông với cửa xả, bắt đầu quá trình xả. Sự thay đổi thể tích hút và thể tích nén do các rãnh răng chia tách được lặp lại, giúp máy nén có thể hút, nén và xả liên tục.
Nguyên lý làm việc và cấu tạo của máy nén trục vít:
1. Quá trình hút khí:
Cửa hút khí phía đầu hút của máy nén trục vít phải được mở ra. Khi cặp rôto chính và phụ quay, không gian rãnh răng được chuyển đến đầu hút, và lượng khí hút vào phụ thuộc vào việc mở van điều tiết. Khi không khí được hút đầy vào rãnh răng trong quá trình xả, thể tích khí lớn. Không khí được hút vào, chảy dọc theo trục chính và được thải ra. Khi quá trình xả kết thúc, rãnh răng ở trạng thái chân không. Khi đạt đến cửa hút, các phân tử không khí bắt đầu đi vào rãnh răng của rôto phụ bên trong vỏ máy. Khi không khí lấp đầy toàn bộ rãnh răng, đầu hút của rôto tách khỏi vỏ máy.
Khi cửa hút đóng lại, không khí giữa các rãnh răng bị giữ kín.
2. Quá trình làm kín và truyền tải:
Khi quá trình hút của rôto chính và phụ kết thúc, các đỉnh răng của chúng được bịt kín với vỏ máy. Lúc này, không khí bị khóa trong các rãnh răng và không thể thoát ra ngoài, gọi là [quá trình đóng kín]. Hai rôto tiếp tục quay, và các đỉnh răng cùng rãnh răng khớp nhau ở đầu hút, bề mặt khớp dần di chuyển về phía đầu xả.
3. Quá trình nén và phun dầu:
Trong quá trình truyền tải, bề mặt ăn khớp dần di chuyển về đầu xả, nghĩa là thể tích rãnh răng giữa bề mặt ăn khớp và cửa xả giảm dần, khí trong rãnh răng bị nén lại và áp suất tăng lên — đây là [quá trình nén]. Đồng thời với quá trình nén, dầu bôi trơn được phun vào buồng nén và trộn với không khí trong buồng do sự chênh lệch áp suất.
4. Quá trình xả khí:
Khi bề mặt ăn khớp của rôto trong máy nén trục vít quay đến vị trí nối với cửa xả của vỏ máy (lúc này áp suất khí nén cao), khí nén bắt đầu được thải ra cho đến khi bề mặt ăn khớp của đỉnh răng và rãnh răng di chuyển đến bề mặt đầu xả. Lúc này, thể tích rãnh răng giữa hai rôto và cửa xả bằng không, hoàn thành [quá trình xả]. Đồng thời, khi chiều dài rãnh răng giữa bề mặt ăn khớp và cửa hút đạt đến độ dài nhất định, quá trình hút lại bắt đầu.
Máy nén trục vít được chia thành: loại mở, loại bán kín và loại kín hoàn toàn.
1. Máy nén trục vít kín hoàn toàn:
Thân máy được làm bằng gang chất lượng cao, độ rỗ thấp, biến dạng nhiệt nhỏ; thân máy có cấu trúc hai lớp với kênh xả bên trong, độ bền cao và khả năng giảm tiếng ồn tốt; lực trong và ngoài cân bằng, không chịu rủi ro áp suất cao như loại mở hoặc bán kín; vỏ được làm bằng thép, có độ bền cao, hình thức đẹp và trọng lượng nhẹ. Với cấu trúc thẳng đứng, máy nén chiếm diện tích nhỏ, thuận tiện cho việc sắp xếp nhiều đầu trong máy làm lạnh; ổ trục dưới được ngâm trong bình dầu để bôi trơn; lực dọc trục của rôto giảm 50% so với loại bán kín và mở (chức năng cân bằng trục động cơ ở đầu xả); không có rủi ro về động cơ gắn ngang, độ tin cậy cao; tránh ảnh hưởng của rôto trục vít, van trượt và rôto động cơ đến độ chính xác, nâng cao độ tin cậy; quy trình lắp ráp tốt. Thiết kế trục vít thẳng đứng của bơm không dầu ngăn thiếu dầu khi máy chạy hoặc ngừng; ổ trục dưới được ngâm hoàn toàn trong dầu, còn ổ trục trên được cấp dầu bằng chênh lệch áp suất; hệ thống yêu cầu chênh lệch áp suất thấp. Trong trường hợp khẩn cấp, chức năng bảo vệ bôi trơn ổ trục có thể ngăn thiếu dầu, giúp khởi động thiết bị dễ dàng trong mùa chuyển tiếp.
Nhược điểm: làm mát bằng khí xả, động cơ đặt ở cửa xả dễ làm cháy cuộn dây; ngoài ra, khó phát hiện và khắc phục sự cố kịp thời.
2. Máy nén trục vít bán kín:
Động cơ được làm mát bằng phun chất lỏng, giúp nhiệt độ hoạt động thấp và tuổi thọ cao; máy nén loại mở dùng không khí làm mát động cơ, khiến nhiệt độ hoạt động cao hơn, ảnh hưởng đến tuổi thọ động cơ và môi trường phòng máy kém; nếu dùng khí xả làm mát động cơ, nhiệt độ động cơ cũng cao, tuổi thọ ngắn. Thông thường, bộ tách dầu ngoài có thể tích lớn nhưng hiệu suất cao; bộ tách dầu tích hợp nhỏ gọn hơn nhưng hiệu quả thấp hơn. Hiệu quả tách dầu thứ cấp có thể đạt 99.999%, đảm bảo bôi trơn tốt cho máy nén trong mọi điều kiện làm việc.
Tuy nhiên, máy nén trục vít bán kín kiểu pít-tông sử dụng truyền động bánh răng để tăng tốc, tốc độ cao (khoảng 12000 vòng/phút), mài mòn lớn và độ tin cậy thấp.
3. Máy nén trục vít loại mở:
Ưu điểm của loại mở:
1) Máy nén tách biệt với động cơ, giúp mở rộng phạm vi ứng dụng;
2) Cùng một máy nén có thể sử dụng với các loại môi chất lạnh khác nhau. Ngoài các môi chất lạnh halogen thông thường, có thể dùng amoniac bằng cách thay đổi vật liệu của một số bộ phận;
3) Có thể trang bị động cơ công suất khác nhau tùy theo môi chất lạnh và điều kiện vận hành.
Nhược điểm chính của loại mở:
(1) Phớt trục dễ rò rỉ, thường xuyên cần bảo dưỡng;
(2) Động cơ hoạt động tốc độ cao, tiếng ồn luồng khí lớn, máy nén tự thân cũng ồn, ảnh hưởng đến môi trường;
(3) Cần trang bị hệ thống dầu phức tạp như bộ tách dầu riêng và bộ làm mát dầu. Kích thước cồng kềnh, gây bất tiện trong sử dụng và bảo trì.
