Đây là bộ phận của máy nơi diễn ra quá trình nén thực sự.

Đây là trái tim của máy nén khí trục vít.

Thông thường, phần tử trục vít của máy nén cũng được gọi là đầu khí.

Chúng là dòng chảy không đổi (thể tích) với máy nén áp suất thay đổi. Điều đó có nghĩa là ở một tốc độ nhất định (vòng/phút), chúng luôn cung cấp cùng một lượng không khí (ví dụ như lít/giây), nhưng có thể làm như vậy ở các áp suất khác nhau.

Tại sao chúng lại phổ biến như vậy? Vì đây là một quá trình liên tục (khác với máy nén piston chuyển động qua lại) nên chúng cung cấp luồng khí ổn định, không dao động, với độ rung và bảo trì tối thiểu và tuổi thọ tối đa.

Chúng có thể hoạt động 24/7, 365 ngày một năm. Tuổi thọ bình thường của một bộ phận trục vít là khoảng 40.000 giờ chạy, trước khi cần phải đại tu hoàn toàn.

Phần tử trục vít quay

Để tôi giải thích cách lắp ráp một bộ phận trục vít quay. Xem hình ảnh ví dụ về bộ phận trục vít không dầu này.

Phần tử máy nén (loại không dầu). Ảnh: Atlas Copco

Tất nhiên, chúng ta nhìn thấy hai rotor (rotor nam ở phía dưới, rotor nữ ở phía trên) và vỏ máy (phần màu xám).

Như chúng ta thấy, rotor có các loại ổ trục khác nhau ở cả hai mặt nên chúng có thể chạy trơn tru trong nhiều năm mà không cần bảo trì.

Thông thường có hai cặp vòng bi ở cả hai bên; vòng bi chịu tải hướng tâm (tải do rôto quay) và vòng bi hướng trục.

Vì trục vít ‘đẩy’ về một phía (phía áp suất cao) nên rôto muốn di chuyển theo hướng ngược lại. Vòng bi trục chịu tải này.

Chúng ta cũng có thể thấy rotor nam có một trục nhô ra với một bánh răng trên đó. Đây là bánh răng dẫn động.

Đôi khi đó là một ròng rọc. Hai rôto cũng được kết nối với nhau bằng các bánh răng (bên trái trong hình), đây là các bánh răng đồng bộ.

Phần tử được làm mát bằng nước, vì mục đích này, có các túi làm mát bằng nước trong vỏ phần tử (các bộ phận màu xanh lá cây). Các bánh răng được bôi trơn bằng dầu, như được chỉ ra bởi các bộ phận màu vàng/nâu. Các phần tử vít phun dầu không có điều này, vì chúng được làm mát bằng dầu phun.

Có một lớp đệm kín giữa các ngăn chứa dầu và khí nén để ngăn dầu làm nhiễm bẩn khí nén (đặc biệt đối với các bộ phận máy nén không dầu).

Vỏ máy có thể tháo rời để bảo trì.

Một phần tử vít trông như thế nào

Đầu khí có nhiều kích cỡ khác nhau, nhưng về cơ bản chúng đều có vẻ ngoài giống nhau.

Sau đây là một số hình ảnh về các bộ phận của máy nén khí.

Bộ phận máy nén khí. Bộ phận này nằm trên một máy nén hoàn toàn mới, vì vậy nó vẫn sạch và sáng bóng.

Bộ phận máy nén khí trên máy nén tốc độ thay đổi. Đây là hình ảnh thường thấy của máy nén: bẩn!

Bộ phận nén trên máy nén khí di động.

Làm thế nào nó hoạt động

Nó hoạt động như thế nào? Bên trong bộ phận nén có hai trục vít (gọi là ‘rôto’) quay theo hướng ngược nhau.

Máy nén trục vít quay là máy nén ‘dịch chuyển tích cực’. Điều đó có nghĩa là không khí bị nén lại với nhau bằng lực bên ngoài (giống như máy nén piston và máy nén xoắn ốc, cũng là máy nén dịch chuyển tích cực).

Không khí bị kẹt giữa các rotor

Trong trường hợp trục vít quay, không khí bị kẹt giữa hai rotor. Các rotor có thiết kế đặc biệt để đạt hiệu suất và hiệu quả tối ưu.

Một rotor được gọi là rotor “đực”, rotor còn lại được gọi là rotor “cái”.

Như có thể thấy trên hình ảnh: không khí bị hút vào một bên (lạnh, áp suất thấp), bị kẹt giữa các rotor và được xả ra ở phía bên kia (nóng, áp suất cao).

Quá trình nén này đòi hỏi năng lượng, thường được cung cấp bởi một động cơ điện lớn.

Các loại phần tử máy nén trục vít

Có hai loại máy nén trục vít cơ bản: loại có dầu và loại không dầu.

Máy nén trục vít phun dầu là loại phổ biến nhất vì chúng rẻ hơn trong hai loại.

Máy nén trục vít không dầu chỉ được sử dụng trong các ứng dụng đòi hỏi khí nén phải không có dầu 100% (thường là trong các nhà máy chế biến thực phẩm, nhà máy hóa chất, v.v.).

Tôi sẽ giải thích sau tại sao loại không chứa dầu lại đắt hơn.

Roto / vít xoắn ốc

Các rotor có hình dạng được gọi là “vít xoắn ốc”. Đúng vậy, trông giống như một con vít. Có một rotor đực và một rotor cái.

Roto trục vít xoắn đực và cái.

Rotor nam là loại ‘dày’, có các thùy. Rotor nữ là loại ‘mỏng’ và có các rãnh hoặc ‘rãnh’.

Không khí bị kẹt giữa rotor đực và rotor cái và được vận chuyển đến phía xả của bộ phận này trong các ‘túi khí’, các túi khí bị kẹt giữa các rotor.

Hầu hết, rotor nam có 4 thùy, trong khi rotor nữ có 6 rãnh. Nhưng điều này không phải là bất di bất dịch.

Các nhà sản xuất luôn tìm cách cải thiện thiết kế vít. Họ tìm kiếm một thiết kế mang lại hiệu quả tốt nhất. Nói cách khác: làm thế nào để bơm nhiều nhất với công suất ít nhất có thể.

Thiết kế và sản xuất chính xác của trục 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 không được phép vào/không được chụp ảnh của nhà máy.

Trục truyền động và bánh răng đồng bộ

Rotor cái được dẫn động bởi các bánh răng ra khỏi trục của rotor đực. Khi rotor đực quay 1 vòng, rotor cái quay đúng 1,5 vòng. Chúng được đồng bộ hóa. Các bánh răng dẫn động rotor cái được gọi là bánh răng đồng bộ hóa.

Rotor nam được dẫn động bằng động cơ điện hoặc đôi khi là động cơ diesel (giống như máy nén khí di động ). Chúng chạy ở bất kỳ tốc độ nào trong khoảng từ 1000 đến 6000 vòng/phút.

Tỷ lệ áp suất

Do nén, không khí nóng lên. Không khí nóng cũng sẽ làm nóng rotor và vỏ kim loại của bộ phận máy nén.

Đây là một vấn đề, vì kim loại nóng sẽ giãn nở, nó sẽ to hơn. Khi giãn nở quá nhiều, hai rotor sẽ chạm vào nhau và/hoặc vỏ máy… điều này thường dẫn đến hỏng hoàn toàn một bộ phận vít (tốn kém!).

Vì lý do này, chúng ta không thể tạo ra áp suất cao không giới hạn theo cách này; nó sẽ trở nên quá nóng.

Áp suất tối đa mà một phần tử vít có thể tạo ra được gọi là tỷ số áp suất. Đó là áp suất đầu ra tối đa chia cho áp suất đầu vào.

Đối với loại phun dầu, tỷ số nén thường tối đa là 13. Đối với loại không dầu, tỷ số nén này tối đa là khoảng 3,5. Chúng ta sẽ xem lý do sau.

Thông tin chi tiết về máy nén trục vít có dầu và không dầu sẽ được đề cập ở các đoạn sau.

Giới hạn thiết kế trong việc tạo ra phần tử vít tốt nhất

Phần tử trục vít quay là một ví dụ về một bộ phận được thiết kế kỹ lưỡng, với hàng ngàn giờ nghiên cứu. Có nhiều biến số cần cân nhắc khi thiết kế phần tử trục vít tốt nhất.

Như đã nói ở trên, máy nén trục vít không dầu sử dụng hai giai đoạn, với bộ làm mát trung gian để đạt được áp suất cuối mong muốn. Nhưng tại sao lại khó đến vậy, trong thời đại thiết kế hỗ trợ máy tính, máy CNC điều khiển bằng rô-bốt và các mô hình toán học phức tạp, để tạo ra máy nén khí không dầu một giai đoạn?

Vấn đề là có nhiều yếu tố ảnh hưởng lẫn nhau.

Tỷ lệ áp suất cao hơn có nghĩa là rò rỉ không khí bên trong nhiều hơn (ở áp suất cao hơn, nhiều không khí chảy qua cùng một khe hở). Độ rò rỉ cao hơn này làm giảm hiệu suất tổng thể của bộ phận.

Do hiệu suất thấp hơn, rotor sẽ cần chạy ở tốc độ cao hơn. Điều này gây ra thêm vấn đề về độ rung và tuổi thọ của rotor và ổ trục.

Tỷ số nén cao sẽ dẫn đến nhiệt độ khí thải cao hơn. Thép có thói quen xấu là giãn nở khi trời nóng hơn. Nhiệt độ cao dẫn đến sự giãn nở nhiệt cao của rôto.

Tất cả những điều này làm tăng thêm vấn đề về việc làm sao để khoảng hở càng nhỏ càng tốt (quá nhỏ thì các rotor sẽ chạm vào nhau khi khởi động!).

Không dầu so với có dầu

Sự khác biệt giữa các bộ phận trục vít quay không dầu và có dầu là gì? Và tại sao bộ phận không dầu lại đắt hơn so với bộ phận có dầu?

Dầu được phun có một số chức năng; một trong những chức năng đó là bịt kín mọi khe hở và khoảng hở giữa rôto đực và cái và giữa rôto và vỏ.

Các khe hở và khoảng hở cho phép khí nén chảy ngược lại ‘theo hướng sai’. Điều này làm giảm hiệu quả và hiệu suất của đầu khí.

Vì máy nén loại không dầu không có dầu nên khoảng hở giữa rotor và vỏ máy phải nhỏ hơn nhiều so với các bộ phận trục vít loại phun dầu. Vì lý do này mà giá của đầu nén không dầu cao hơn nhiều.

Khoảng hở tối đa cần thiết phụ thuộc vào đường kính rotor và khoảng 1000 đường kính, tối đa. Vì vậy, nếu đường kính rotor là 200 mm, khoảng hở sẽ chỉ là 0,2 mm, khá nhỏ đối với hình dạng phức tạp như vậy.

Bên cạnh đó, các bộ phận không dầu cần thêm túi và kênh để làm mát nước. Bộ phận loại phun dầu được làm mát bằng dầu phun và không cần thêm nước làm mát