Nguyên lý hoạt động của máy nén khí trục vít quay

Máy nén khí trục vít được thiết kế để tạo ra lưu lượng khí ổn định, lý tưởng cho nhiều ứng dụng công nghiệp. Các ứng dụng phổ biến bao gồm: xưởng cơ khí nhỏ, sản xuất thực phẩm & đồ uống, sản xuất ô tô, dược phẩm, v.v.

Máy nén khí trục vít quay là lựa chọn lý tưởng cho các doanh nghiệp trong lĩnh vực công nghiệp và thương mại nhờ độ bền, hiệu quả và khả năng tiết kiệm năng lượng. Dù bạn cần máy nén khí dẫn động trực tiếp hay bằng dây đai, tốc độ cố định hay thay đổi, công suất và lưu lượng khí (CFM) thấp hay cao, Gardner Denver đều có đầy đủ mẫu mã để bạn lựa chọn.

Hãy truy cập trang Sản phẩm để khám phá toàn bộ dòng sản phẩm máy nén khí trục vít quay và tìm hiểu thêm về những ưu điểm giúp công nghệ của chúng tôi đáp ứng tốt nhất nhu cầu ứng dụng của bạn.

Máy nén khí trục vít quay hoạt động như thế nào?

Máy nén khí trục vít quay phun dầu là một loại máy công nghiệp đa năng, chuyển đổi năng lượng thành khí nén một cách hiệu quả thông qua chuyển động quay liên tục. Thường được biết đến với tên gọi máy nén trục vít đôi (hình 1), loại máy nén này bao gồm hai rôto, mỗi rôto có một tập hợp các thùy xoắn ốc gắn vào một trục.

Một rôto được gọi là rôto đực và rôto còn lại là rôto cái. Số lượng thùy trên rôto đực và số lượng rãnh trên rôto cái sẽ khác nhau tùy thuộc vào nhà sản xuất máy nén khí.

Tuy nhiên, rôto cái sẽ luôn có nhiều rãnh (khía) hơn so với số thùy trên rôto đực để đạt hiệu quả tốt hơn. Thùy trên rôto đực hoạt động như một piston liên tục lăn xuống rãnh trên rôto cái, còn rãnh trên rôto cái hoạt động như một xi-lanh giữ không khí và liên tục làm giảm thể tích.

Loại máy nén trục vít đôi này có thể hoạt động không cần dầu hoặc có phun dầu. Trong trường hợp máy nén được bôi trơn bằng dầu, dầu sẽ được phun vào.

Dầu thực hiện bốn chức năng quan trọng:

• Làm mát
• Bôi trơn
• Làm kín
• Giảm tiếng ồn

Mục đích của máy nén là chuyển đổi công suất quay của trục thành công suất đầu ra hữu ích, tức là lưu lượng khí. Khi nén khí, nhiệt lượng sinh ra được giữ lại trong buồng nén; đây là quá trình nén đoạn nhiệt. Nếu nhiệt được thêm vào hoặc lấy đi trong quá trình nén, đó được gọi là quá trình nén đẳng nhiệt.

Máy nén trục vít phun dầu có quá trình nén gần như đẳng nhiệt vì nhiệt lượng sinh ra trong quá trình nén gần như được dầu tiêu tán hoàn toàn.

Nhiệt độ của dầu được bơm vào buồng nén thường được kiểm soát trong khoảng 60 – 700°C. Nhiệt độ xả phải duy trì trên điểm sương áp suất để tránh sự ngưng tụ hơi ẩm có thể lẫn vào dầu.

Van điều nhiệt kiểm soát lượng dầu được tuần hoàn đến bộ làm mát dầu hoặc đến đường ống phụ để duy trì nhiệt độ mong muốn trong dải nhiệt độ môi trường rộng.

Hỗn hợp khí nén và dầu rời khỏi đầu nén khí và được dẫn đến bộ tách dầu, nơi phần lớn dầu được loại bỏ khỏi khí nén bằng cách thay đổi hướng và vận tốc. Sau đó, các bộ lọc kết tụ được sử dụng để loại bỏ lượng dầu còn lại, dẫn đến lượng dầu lẫn trong dầu rất thấp (thường là 2 – 5 ppm).

Bộ làm mát khí sau nén

Ngoài làm mát dầu, bộ làm mát khí sau nén còn được sử dụng để làm mát khí xả ra và loại bỏ hơi ẩm dư thừa.

Trong hầu hết các ứng dụng, bộ làm mát kiểu tản nhiệt (hình 4) được sử dụng để thu hồi nhiệt từ quá trình nén và sử dụng lượng nhiệt đó để sưởi ấm cơ sở. Bộ trao đổi nhiệt làm mát bằng nước cũng có trên hầu hết các máy nén trục vít.

Tất cả các máy nén khí đều có hiệu suất dưới 100%. Cách tốt nhất để đánh giá hiệu quả của quá trình nén là xem xét hiệu suất đẳng entropy. Hiệu suất đẳng entropy của quá trình nén là tỷ lệ giữa công đẳng entropy lý tưởng và công thực tế:

n_c = Công đẳng entropy của máy nén (ws)

Công thực tế của máy nén (wa)

Khi ta tăng áp suất không khí, nhiệt độ tăng lên và do đó entropy của chất lỏng cũng tăng lên. Entropy là thước đo sự mất năng lượng. Một máy nén trên thực tế cần nhiều công hơn để tăng áp suất không khí lên cùng áp suất đầu ra so với một máy nén trên lý thuyết.

Nhưng hiệu suất nén không phải là toàn bộ câu chuyện. Máy nén phụ thuộc vào hiệu suất của đầu nén khí và buồng nén, nhưng tổng mức tiêu thụ năng lượng của  máy cũng phụ thuộc vào một số tổn thất và hiệu suất của các thành phần cấu tạo nên hệ thống. (Xem Hình 5)

Trên thực tế, ta cần có một thước đo để so sánh hiệu suất của các máy nén khác nhau.

Do đó, người ta sử dụng năng lượng riêng, bằng với công cần thiết để nén một lượng không khí nhất định (mét khối) trong một khoảng thời gian nhất định (phút) đến một áp suất nhất định (barg). Năng lượng riêng này được đo bằng kW.

Năng lượng riêng = năng lượng/thể tích đơn vị

= kW trên m³/phút

Năng lượng riêng và hiệu suất của cụm máy nén phụ thuộc vào hiệu suất của tất cả các thành phần cũng như độ giảm áp suất của toàn hệ thống. Có thể đo độ giảm áp suất tại van nạp và hộp hút, bộ lọc không khí, đường ống và bộ tách dầu.

• Hiệu quả: Cung cấp nguồn khí nén liên tục và ổn định, yếu tố rất cần thiết cho các ứng dụng yêu cầu lưu lượng khí ổn định. Thiết kế của loại máy này giúp giảm thiểu sự dao động áp suất, dẫn đến hiệu quả được cải thiện và giảm tiêu thụ năng lượng.

• Vận hành liên tục: Máy nén khí trục vít có thể hoạt động liên tục mà không cần khởi động và dừng thường xuyên, từ đó có thể kéo dài tuổi thọ của máy nén và cải thiện độ tin cậy tổng thể của hệ thống.

• Khả năng thích ứng: Máy nén khí trục vít có thể hoạt động trong cả điều kiện áp suất cao và thấp, ngay cả ở những khu vực mà các nguồn năng lượng khác bị hạn chế về mặt an toàn.

• Dễ bảo trì: Số lượng bộ phận chuyển động và tiếp xúc tối thiểu giúp việc bảo trì máy nén trở nên dễ dàng, giảm hao mòn, kéo dài khoảng thời gian bảo dưỡng và đơn giản hóa công tác kiểm tra và sửa chữa định kỳ.

• Độ ồn thấp: Các máy nén này thường hoạt động êm hơn so với máy nén kiểu piston, do đó phù hợp với môi trường mà tiếng ồn là một vấn đề cần quan tâm, chẳng hạn như môi trường làm việc trong nhà.