Nén khí là quá trình tiêu thụ năng lượng bên ngoài để làm cho khí đạt được thế năng áp suất. Máy nén là thiết bị tạo ra khí nén. Do đó, hiệu suất cơ bản của bộ phận nén khí của máy nén khí trục vít không thể tách rời khỏi bốn khía cạnh này: áp suất, lưu lượng, công suất và công suất riêng.
Nguyên lý hoạt động cơ bản của bộ phận nén khí trục vít – áp suất
Thu được năng lượng tiềm năng áp suất của khí nén là chức năng cơ bản nhất của máy nén khí, và máy nén khí trục vít cũng không ngoại lệ. Động cơ chính của máy nén khí trục vít tăng áp suất khí bằng cách tiêu thụ năng lượng bên ngoài. Áp suất càng cao, năng lượng tiêu thụ càng nhiều, và yêu cầu đối với động cơ chính càng cao. Thông thường, chúng ta chia máy nén khí thành bốn loại theo áp suất đầu ra:
Áp suất thấp: 0,2~1,0 MPa
Áp suất trung bình: 1,0~10MPa
Áp suất cao: 10~100MPa
Áp suất cực cao: trên 100MPa
Máy nén khí trục vít thường có áp suất đầu ra từ 0,2 đến 4,0 MPa, điều này có nghĩa là hiệu suất, tính khả thi và tính kinh tế của chúng tốt nhất trong phạm vi này. Điều này được xác định bởi cấu trúc và chế độ hoạt động của bộ phận nén khí, và đây cũng là phân khúc áp suất có nhu cầu thị trường cao nhất.
Áp suất khí nén do máy nén khí cung cấp chủ yếu được đo bằng tỉ số áp suất, là tỷ lệ giữa áp suất đầu ra Pd và áp suất hút Ps. Tỉ số càng cao thì áp suất đầu ra càng cao.
ε=Pd/Ps Công thức (6)
Đối với động cơ chính của máy nén khí trục vít, có tỷ số áp suất bên trong và tỷ số áp suất bên ngoài.
Tỷ số áp suất bên trong: tỷ số giữa áp suất trong thể tích giữa các răng của động cơ chính và áp suất hút, được xác định bởi vị trí và hình dạng của các cửa hút và cửa xả;
Tỷ số áp suất ngoài: tỷ số giữa áp suất trong ống xả và áp suất hút. Áp suất hút và áp suất xả cần thiết cho các điều kiện vận hành hoặc lưu lượng quy trình.
Khi tỉ số áp suất bên trong bằng tỉ số áp suất bên ngoài, động cơ chính sẽ tiêu thụ nhiều năng lượng hơn; khi tỉ số áp suất bên trong bằng tỉ số áp suất bên ngoài, động cơ chính hoạt động ở trạng thái tốt nhất.
Đối với động cơ chính của máy nén khí trục vít, khi động cơ chính, nhiệt độ môi trường, áp suất hút, tốc độ động cơ chính và các yếu tố khác giống nhau, thì áp suất đầu ra càng cao thì công suất tiêu thụ càng cao.
Nguyên lý hoạt động cơ bản của đầu nén khí trục vít – lưu lượng khí
Lưu lượng thường bao gồm lưu lượng khối lượng và lưu lượng thể tích. Trong các thông số kỹ thuật và tiêu chuẩn công nghiệp của hệ thống máy nén khí, chúng ta thường sử dụng lưu lượng thể tích làm phương pháp đo lưu lượng, ở nước ta còn gọi là lưu lượng khí thải hoặc lưu lượng định mức: dưới áp suất khí thải yêu cầu, thể tích khí do máy nén khí thải ra trên một đơn vị thời gian được quy đổi về trạng thái hút, tức là giá trị thể tích của áp suất hút tại ống hút giai đoạn đầu cùng với nhiệt độ và độ ẩm hút. Đơn vị là m³/phút. Lưu lượng thể tích được chia thành lưu lượng thể tích thực tế và lưu lượng thể tích tiêu chuẩn.
Thông thường, các mẫu, lựa chọn và bảng tên máy móc sử dụng lưu lượng thể tích tiêu chuẩn. Do ngành công nghiệp, khu vực và mục đích sử dụng, lưu lượng thể tích tiêu chuẩn trong thị trường khí nén có hai định nghĩa khác nhau tùy thuộc vào sự khác biệt về trạng thái tiêu chuẩn (nhiệt độ, áp suất và thành phần):
Điều kiện tiêu chuẩn là áp suất P=101,325KPa; nhiệt độ tiêu chuẩn T=0℃; độ ẩm tương đối là 0%. Thông thường, nó được bắt gặp trong ngành khí công nghiệp, công nghiệp hóa chất hoặc các tài liệu đấu thầu, được gọi là “bình phương tiêu chuẩn”, thường có ký hiệu công thức “VN” và đơn vị là Nm3/min.
Điều kiện tiêu chuẩn là áp suất P = 101,325 kPa; nhiệt độ tiêu chuẩn T = 20℃; độ ẩm tương đối là 0%. Điều kiện này thường được sử dụng trong các tiêu chuẩn của ngành công nghiệp khí nén và được gọi là “điều kiện làm việc tiêu chuẩn”. Ký hiệu thường là “V” và đơn vị là m³/phút.
Thông thường, lưu lượng thể tích tiêu chuẩn được sử dụng trong ngành công nghiệp máy nén khí của chúng ta là lưu lượng thể tích thứ hai. Việc chuyển đổi lưu lượng thể tích giữa hai trạng thái có thể được tính bằng công thức:
V(m3/phút)=1.0732VN(Nm3/phút) Công thức (7)
Đối với động cơ chính của máy nén khí trục vít, trong cùng điều kiện khác, khoảng cách tâm rôto càng lớn thì lưu lượng khí càng lớn; tốc độ động cơ chính càng cao thì lưu lượng khí càng lớn.
Lưu lượng thể tích V = thể tích nén động cơ chính qv × tốc độ đầu n Công thức (8)
qv=CΨqv0Z1n=CΨCn1nλD3 Công thức (9)
Trong đó, Z1 là số răng của rôto đực; n là tốc độ quay của rôto đực; λ là tỷ lệ kích thước của rôto; D là đường kính ngoài của rôto đực.
Do đó, vì lý do kinh tế, chúng ta thường giảm số lượng loại động cơ chính và có thể điều chỉnh lưu lượng khí thải của máy nén khí bằng cách xác định tốc độ động cơ chính để đáp ứng nhu cầu thị trường.
Tuy nhiên, tốc độ quay của động cơ chính máy nén khí trục vít không thể cao vô hạn, thường nằm trong khoảng từ 800 đến 10.000 vòng/phút. Do đó, nhà sản xuất động cơ chính máy nén khí trục vít phát triển các động cơ chính với các dải lưu lượng khác nhau để đáp ứng yêu cầu lưu lượng của máy nén khí trục vít.
Công suất riêng và tính toán của đầu nén khí trục vít
Công suất trục tiêu thụ bởi lưu lượng thể tích trên đơn vị thời gian khi đầu nén khí hoạt động. Đơn vị của công suất riêng là: kW/(m3/min).
Công thức tính toán như sau:
Đầu khí SER = Đầu khí Pd/qv Công thức (10)
Pd đầu nén khí – công suất trục đầu nén khí;
qv – lưu lượng thể tích đầu nén khí trên mỗi đơn vị thời gian
Giá trị công suất riêng của nó là:
Đầu không khí SER = 117/23,1 = 5,065 (kW/(m3/phút))
Giá trị công suất riêng của bộ phận nén khí trục vít càng nhỏ thì mức tiêu thụ năng lượng càng thấp và hiệu suất của bộ phận nén khí càng tốt. Trong điều kiện lưu lượng không đổi, áp suất đầu ra càng cao thì công suất trục của bộ phận nén khí càng lớn, do đó giá trị công suất riêng càng lớn.
Mỗi máy nén khí trục vít đều có một giá trị công suất riêng tối ưu, liên quan đến tốc độ của động cơ chính. Khi tốc độ động cơ chính quá thấp, rò rỉ tăng, thể tích khí giảm, và giá trị công suất riêng tăng; khi tốc độ động cơ chính quá cao, ma sát tăng, công suất trục tăng, và giá trị công suất riêng cũng tăng. Nhưng phải có một tốc độ tối ưu giúp giá trị công suất riêng thấp nhất. Vì vậy, không nhất thiết đúng khi nói rằng động cơ chính càng lớn thì càng tiết kiệm năng lượng.
Khi thiết kế máy nén trục vít và máy nén biến tần, chúng ta phải đảm bảo chất lượng đồng thời xem xét đến tính kinh tế, tiêu chuẩn hóa và tính mô đun của động cơ chính. Do đó, chúng ta sẽ sử dụng đường cong giá trị công suất riêng của động cơ chính để thiết kế và phát triển máy nén trục vít với các áp suất và lưu lượng khác nhau.
Thời gian đăng bài: 17/07/2024
