Máy nén khí kiểu Root là gì: Cấu tạo, Nguyên lý, Ứng dụng

Tuy sở hữu kết cấu đơn giản, tạo áp ở mức thấp nhưng máy nén khí kiểu root lại có tính ứng dụng cao. Thiết bị thường được dùng để xử lý nước thải, vận chuyển vật liệu trong đường ống hoặc sục khí cho các đầm nuôi thủy hải sản.

1. Máy nén khí kiểu Roots là gì?

Máy nén khí kiểu root là không nén khí ngay trong khoang chứa mà sử dụng chuyển động quay của rotor để tăng áp cho luồng khí ở khu vực đầu ra.

Thiết bị sử dụng bộ rotor hình số 8 quay theo chiều ngược nhau để đưa không khí từ khu vực đầu vào sang khu vực đầu ra.

Dòng máy này được đặt theo tên của người sáng chế ra ra sản phẩm - Francis Marion Roots. Máy được giới thiệu lần đầu tiên vào năm 1860 và được cấp bằng sáng chế ngay sau đó.

So với mẫu máy nguyên thủy cách đây gần 170 năm, máy nén khí root hiện đại có nhiều chi tiết cải tiến với hiệu suất hoạt động cao hơn hẳn. Đặc biệt là có thể sử dụng cho nhiều ngành nghề/lĩnh vực khác nhau, từ công nghiệp, nông nghiệp, dịch vụ cho tới môi trường dân dụng.

2. Cấu tạo chi tiết các bộ phận của máy nén khí root

Để hiểu rõ hơn về thiết kế và cách thức làm việc của máy bơm khí nén root, mời bạn tìm hiểu qua cấu tạo chi tiết của sản phẩm:

• Vỏ máy: Làm bằng hợp kim thép thông thường, thép dẻo hoặc gang. Đây là nơi tạo ra khoang làm việc (nơi khí đi qua), giúp định vị các tấm chắn 2 đầu, hỗ trợ kết nối đường dẫn khí vào với đường dẫn khí ra. Ngoài ra còn có nhiệm vụ bảo vệ cho các rotor bên trong.
• Rotor (cánh guồng): Setup theo bộ 2, 3 hoặc 4 chiếc. Thường được làm từ thép chịu lực hoặc gang dẻo, gia công với độ chính xác cao. Đây là chi tiết quyết định hiệu suất hút và đẩy khí của máy, hỗ trợ tích cực vào quá trình tăng áp ở đầu ra.
• Vòng bi: Bao gồm vòng bi chịu tải ngang và dọc, có thể là vòng bi côn hoặc vòng bi dạng con lăn, thường được bôi trơn bằng dầu nhớt. Nhiệm vụ chính của vòng bi là hỗ trợ quá trình chuyển động của rotor máy.
• Bánh răng: Làm bằng hợp kim siêu cứng, có vai trò kết nối các rotor với nhau, đảm bảo cánh guồng luôn hoạt động đồng pha, ăn khớp nhưng không tiếp xúc trực tiếp.
• Gioăng phớt: Được setup ở những khu vực giáp ranh, khe kẽ với nhiệm vụ chính là tạo môi trường kín khít tuyệt đối, ngăn chặn nguy cơ rò khí ra bên ngoài.
• Động cơ: Là bộ phận thu nhận và biến đổi năng lượng từ nguồn cấp thành lực quay của trục rotor. Chi tiết này được phân hóa thành 2 phần rõ rệt là lõi đồng và khung hợp kim, kết cấu cứng cáp, chạy bền nhưng ít tăng nhiệt.
• Khớp nối truyền động: Làm nhiệm vụ dẫn năng lượng cơ học từ động cơ sang cánh guồng. Ngoài ra còn giúp giảm độ sai lệch trục nhỏ và kiểm soát độ rung ồn của máy khi vận hành.
• Dây đai truyền động: Vai trò tương tự như khớp nối, giúp truyền năng lượng từ motor sang rotor, giảm thiểu rung ồn khi làm việc với cường độ cao.
• Hộp số: Theo dõi, giám sát và điều chỉnh hoạt động của motor nhằm tối ưu hiệu suất tạo khí nén, giảm phí điện và ngăn chặn mọi rủi ro phát sinh.
• Phụ kiện khác: bao gồm bộ lọc, ống giảm ồn, van xả an toàn. Vai trò chính là làm sạch không khí, kiểm soát độ ồn phát ra và phòng tránh tình trạng quá áp, quá tải.

3. Cơ chế hoạt động của máy nén khí dạng root

Máy nén khí dạng root hoạt động dựa trên nguyên lý chuyển đổi năng lượng, tạo khí nén dựa trên sự chênh lệch áp suất giữa 2 đầu khí ra - vào. Cụ thể như sau:

Khi máy khởi động, motor sẽ tiếp nhận, chuyển điện thành lực quay rồi truyền động tới rotor.

Khi rotor máy quay ngược chiều sẽ tạo ra sự chênh lệch áp suất giữa cửa khí vào và cửa khí ra. Khe giữa 2 rotor, giữa rotor và vỏ ngoài càng nhỏ thì sự chênh lệch áp càng lớn, lực hút/đẩy khí của máy càng mạnh.

Vậy nên, khí sẽ di chuyển từ đầu vào sang đầu ra, tăng áp dần qua cửa xả.

Trong quá trình vận hành, các rotor không va chạm trực tiếp mà tạo ra sự đồng pha thông qua bánh răng. Rotor cũng không tiếp xúc gần với vỏ ngoài, đảm bảo chừa ra khe hở để đưa khí di chuyển theo 1 chiều duy nhất.

4. Phân loại chi tiết các dòng máy thổi khí kiểu roots trên thị trường

4.1. Theo cấu tạo cánh guồng

Dựa vào cấu tạo của cánh guồng, máy bơm khí nén kiểu root được phân chia thành 2 loại cơ bản:

• Cánh guồng thẳng: Có thiết kế dạng trụ tròn, thành đúc dày, chiều dài cánh nằm trên 1 đường thẳng.
• Cánh guồng xoắn: Có thiết kế uốn cong và hơi xoắn nhẹ, lệch với trục thẳng khoảng 10 - 15 độ.

Ngoài cách phân loại trên, dựa vào số lượng cánh guồng, người ta còn chia máy thành các dạng sau:

• Loại 2 cánh: Trên trục chỉ gắn 2 cánh, thiết kế đơn giản, cho lưu lượng khí lớn.
• Loại 3 cánh: Mỗi trục có 3 cánh nằm cách đều nhau (góc 120 độ), cho dòng khí ra ổn định, giảm rung chấn tốt.
• Loại 4 cánh: Trên trục đính 4 cánh, cho dòng khí lưu thông liên tục, kiểm soát xung áp cực hiệu quả, duy trì áp suất đầu ra ổn định.

4.2. Theo dạng truyền động

Khi phân loại máy bơm khí nén kiểu root theo dạng truyền động, bạn sẽ bắt gặp những dòng máy sau:

• Truyền động trực tiếp: Thiết bị sử dụng khớp nối mềm để liên kết trực tiếp động cơ với trục rotor. Ưu điểm nổi trội là phom gọn, làm việc với hiệu suất VIP, ít hao hụt năng lượng. Hạn chế là khó chỉnh tốc và cần căn chỉnh với độ chính xác cao.
• Truyền động gián tiếp: Sử dụng dây đai và bánh đà để truyền lực cho cánh guồng. Ưu điểm dễ nhận thấy là chi phí rẻ, chỉnh tốc dễ dàng. Tuy nhiên, dòng máy này cần bảo dưỡng thường xuyên do dây đai dễ bị ăn mòn.

4.3. Theo vị trí đầu hút - đầu xả

Khi phân loại theo vị trí đầu hút/xả, máy nén hơi kiểu root được phân hóa thành 2 dòng cơ bản:

• Kiểu ngang: Trục máy và cổng hút - xả được setup theo phương ngang (song song với mặt đất). Kiểu máy này có tính phổ biến cao vì tiện dụng, bảo dưỡng và lắp đặt dễ dàng.
• Kiểu đứng: Trục đặt thẳng đứng (vuông góc với mặt đất). Vậy nên cửa hút và xả được setup theo chiều trên - dưới. Dòng máy này thường dùng cho những không gian lắp đặt hạn chế hoặc khi có yêu cầu đặc biệt về hướng dòng khí ra vào.

4.4. Theo cấp độ bảo vệ

Dựa vào năng lực tự bảo vệ, máy bơm khí nén kiểu roots được phân loại thành các nhóm sau:

• Máy trần: Không có vỏ ngoài bảo vệ các linh kiện bên trong, thường được dùng trong môi trường chuẩn sạch, nồng độ bụi thấp. Máy có chi phí rẻ nhưng nhanh hỏng khi làm việc ngoài trời. Ngoài ra, thiết bị cũng phát ra âm thanh khá lớn.
• Máy có vỏ cách âm: Thân máy được bao bọc bằng lớp vỏ tiêu âm nên giúp giảm ồn hiệu quả (thấp hơn 15-22dB so với dòng máy trần). Thiết bị thường được dùng ở những khu vực có đông nhân công làm việc hoặc setup gần khu dân cư.
• Vỏ chống bụi/nước: Máy được bảo vệ bằng lớp vỏ đạt chuẩn IP55 - IP67, chống bụi nước tốt, dùng được trong môi trường khắc nghiệt và có thể setup ngoài trời.
• Vỏ chống nổ: Chuyên dùng cho những môi trường có khí/hóa chất dễ cháy. Thân máy có thiết kế đặc biệt: dùng vật liệu chống lửa, van chống lửa và không bôi trơn bằng dầu. Dòng máy này bắt buộc phải có chứng nhận an toàn chuẩn quốc tế khi lắp đặt.
• Máy có phụ kiện bảo vệ chuyên dụng: Bao gồm các chi tiết cơ bản như van an toàn, hệ thống giảm chấn, van chống tụt áp, lọc khí, cảm biến, rơ le. Giúp bảo vệ máy theo nhiều cấp, phòng chống mọi rủi ro phát sinh.

5. Ưu điểm & Nhược điểm chính máy nén khí kiểu root

Ưu điểm:

Máy nén hơi kiểu root được nhiều người review tốt, giới thiệu và đề xuất vì sở hữu những điểm mạnh sau:

• Thiết bị có kết cấu đơn giản, thiết kế dễ hiểu, bao gồm nhiều chi tiết trực quan nên tiện cho việc lắp đặt, tháo gỡ, vận hành, kiểm tra và sửa chữa.
• Máy cung ứng luồng khí nén sạch và ổn định, không có hiện tượng xung áp, không lẫn tạp chất gây hại.
• Năng lực tạo áp duy trì ở mức cao trong nhiều giờ liên tục, phù hợp với những lĩnh vực cần sử dụng khí nén với áp suất thấp.
• Chi phí đầu tư ban đầu phải chăng, có nhiều chủng loại để khách lựa theo nhu cầu. Vậy nên, có thể lọc hàng theo ngân sách và tiêu chuẩn riêng.
• Phom máy cực gọn, không có nhiều chi tiết vướng víu nên giúp tiết kiệm diện tích sử dụng và tạo thế thuận lợi cho quá trình di dời.

Nhược điểm:

Bên cạnh những ưu điểm lớn, bạn đọc cần nắm rõ một số hạn chế của máy bơm khí nén kiểu root, cụ thể như sau:

• Do quá trình tăng áp diễn ra ở ngay khu vực đầu ra nên dễ tạo rung ồn mạnh khi vận hành.
• Khe hở giữa các rotor càng hẹp thì máy càng tăng áp khỏe. Vậy nên, hiệu suất lưu lượng của máy thường rất thấp khi cột áp lớn. Không phù hợp với những lĩnh vực cần cung ứng khí nén áp lực cao.
• Hệ thống cánh guồng dễ bị mài mòn, cần được kiểm tra, bảo trì thường xuyên. Nếu hư mòn quá mức hoặc nứt hỏng, người sử dụng cần thay mới ngay.

6. Ứng dụng phổ biến của máy nén khí root

Dưới đây là 5 ứng dụng thường gặp của máy bơm khí nén root khi sử dụng ngoài thực tiễn:

• Xử lý nước thải: giúp cung cấp oxy tinh khiết/áp lực cao cho các bể xử lý.
• Nuôi trồng thủy sản: Hỗ trợ việc sục khí giàu oxy cho các đầm nuôi tôm, cá, ba ba, ốc,....
• Vận chuyển khí nén: Giúp đẩy các vật liệu dạng khối di chuyển qua đường ống. Thường được sử dụng trong ngành xây dựng, công nghiệp chế tạo máy, khai khoáng,....
• Công nghiệp nhẹ: Sử dụng phối hợp cùng hệ thống máy sấy, máy hút công nghiệp để tối ưu hiệu quả làm việc của những thiết bị này:
• Sục khí: Được dùng để cấp khí oxy cho các bồn sục/bồn tắm nước nóng hoặc sục khí clo để hỗ trợ việc xử lý nước ở các bể bơi.

7. So sánh máy nén khí Root với các loại máy nén khác

Để dễ phân biệt máy nén khí root với các thiết bị tạo áp khác, mời bạn tham khảo qua bảng so sánh chi tiết ngay sau đây:

8. Hướng dẫn chọn mua & vận hành máy nén khí dạng root hiệu quả

Để tìm được sản phẩm phù hợp và khai thác tốt năng lực tạo áp của máy nén khí dạng root, bạn hãy làm theo hướng dẫn sau:

Cách chọn mua:

• Chọn theo nhu cầu thực tế: sử dụng vào công việc nào, tần suất ra sao, quy mô lớn hay bé, … Từ đó chọn máy có áp lực, lưu lượng, hiệu suất làm việc phù hợp.
• Nếu xử lý chất thải, bạn nên chọn máy tạo áp từ 0,3 - 0,8 bar, lưu lượng từ 50 - 50 nghìn m3/h. Nếu phục vụ việc vận chuyển khí/luyện kim thì chọn máy có lưu lưu lượng từ 10 nghìn m3/h trở lên. Nếu dùng trong phòng thí nghiệm, xưởng cơ khí nhỏ thì chỉ cần máy có lưu lượng bé hơn 500 m3/h.
• Mua máy nén hơi của những brand lớn, hoạt động lâu năm và có đơn vị phân phối chính thức tại Việt Nam. Đối chiếu hồ sơ sản phẩm, chính sách bảo hành và giá giữa nhiều điểm bán để chọn ra địa chỉ uy tín nhất.
• Luôn kiểm hàng kỹ khi giao dịch, ưu tiên nơi cho phép đổi hàng khi có phát sinh và có sẵn full linh kiện thay thế.

Cách lắp đặt và dùng máy:

• Bố trí thiết bị ở nơi có nền bê tông chắc chắn, sử dụng đệm cao su (hoặc lò xo giảm chấn) để giảm rung ở vùng chân máy.
• Setup thiết bị trong không gian thoáng nhưng tiêu âm tốt (có thể dùng thêm foam/bông thủy tinh hoặc ống tiêu âm nếu cần).
• Trang bị thêm quạt thông gió cưỡng bức, đảm bảo nhiệt độ môi trường lắp đặt không cao hơn 35 độ C.
• Vận hành máy đúng quy trình, đúng tải, chuẩn thao tác kỹ thuật.
• Không khởi động nếu máy gặp trục trặc, dừng máy ngay nếu phát hiện vấn đề bất thường.
• Sử dụng máy đúng mục đích, kết nối sản phẩm với thiết bị tiêu thụ phù hợp.
• Bảo trì định kỳ, đặc biệt là với hệ thống cánh guồng và động cơ. Vệ sinh máy tối thiểu 1 tuần 1 tuần, làm sạch kỹ hệ thống lọc gió và rotor.
• Nếu phát sinh hư hỏng cần gọi bên kỹ thuật để xử lý ngay, không đợi đến khi máy bất hoạt hoàn toàn mới đem đi sửa.

Điện máy Yên Phát vừa hướng dẫn bạn đọc cách lựa mua và sử dụng máy nén khí kiểu root chuẩn kỹ thuật. Bây giờ thì bạn đã sẵn sàng đồng hành cùng thiết bị tạo áp đặc biệt này rồi chứ?