Blower Một Tầng, Hai Tầng Và Roots: Khác Nhau Về Q–p Và Phạm Vi Ứng Dụng

Một hệ thống cần tăng áp suất cấp khí chưa chắc phải chuyển từ máy thổi khí con sò một tầng sang hai tầng hoặc thay bằng máy thổi khí Roots. Ba lựa chọn này khác nhau về nguyên lý hoạt động, cách tạo chênh áp và sự thay đổi lưu lượng khi trở lực của hệ thống tăng lên.

Điểm cần phân biệt là blower một tầng và hai tầng thuộc công nghệ Side Channel Blower, còn Roots Blower sử dụng nguyên lý dịch chuyển thể tích. Vì vậy, không nên xem đây là ba cấp công suất tăng dần từ nhỏ đến lớn.

Sự khác biệt quan trọng nằm ở quan hệ giữa lưu lượng Q và chênh áp Δp. Hiểu đặc tính này giúp xác định khi nào một cấu hình vẫn đáp ứng được hệ thống và khi nào cần xem xét công nghệ khác.

Một tầng, hai tầng và Roots khác nhau từ nguyên lý nào?

Máy thổi khí con sò (Side Channel Blower) sử dụng bánh công tác quay trong một kênh khí bên để truyền năng lượng cho không khí. Tùy thiết kế, khí có thể được tăng áp qua một hoặc nhiều cấp làm việc.

Blower một tầng (Single-stage) đưa dòng khí qua một cấp tăng áp trước khi xả. Lưu lượng và chênh áp mà máy đạt được phụ thuộc vào đường đặc tính của model tại điều kiện vận hành cụ thể.

Blower hai tầng (Two-stage) đưa khí qua tầng tăng áp thứ nhất rồi tiếp tục qua tầng thứ hai. Cấu hình nối tiếp có thể đáp ứng mức chênh áp cao hơn, nhưng không có nghĩa lưu lượng luôn lớn hơn loại một tầng.

Cần phân biệt số tầng tăng áp với số bánh công tác. Một thiết bị có hai bánh công tác vẫn có thể được thiết kế để làm việc song song nhằm tăng khả năng vận chuyển khí, thay vì đưa dòng khí qua hai cấp tăng áp nối tiếp.

Roots Blower sử dụng một nguyên lý khác: hai rotor có các thùy quay ngược chiều, vận chuyển các khoang khí từ cửa hút sang cửa đẩy. Đây là công nghệ dịch chuyển thể tích (Positive Displacement), không sử dụng kênh khí bên như Side Channel Blower.

Ở kiểu Roots truyền thống, khí không được tăng áp chủ yếu bằng quá trình nén nội bộ trong khoang rotor. Áp suất phía đẩy hình thành khi khí được đưa tới cửa xả và gặp áp suất cản của hệ thống.

Bảng trên thể hiện nguyên lý và xu hướng vận hành, không phải bảng xếp hạng hiệu suất hay giới hạn áp suất áp dụng cho mọi model.

Nếu cần hiểu chi tiết cách bánh công tác truyền năng lượng cho không khí trong kênh bên, nguyên lý Side Channel Blower trong hệ thống thổi/hút khí là nội dung nền tảng trước khi đi sâu vào cấu hình tăng áp.

So sánh nguyên lý máy thổi khí Side Channel một tầng, hai tầng và Roots Blower

Khác biệt đường cong Q–p khi trở lực tăng

Quan hệ giữa lưu lượng Q và chênh áp Δp là một trong những điểm khác biệt quan trọng khi so sánh các công nghệ máy thổi khí.

Với Side Channel Blower, khi chênh áp mà hệ thống yêu cầu tăng lên, lưu lượng thường giảm theo đường đặc tính của máy. Điều này xảy ra ở cả loại một tầng và hai tầng, dù phạm vi làm việc của hai cấu hình có thể khác nhau.

Cấu hình hai tầng có thể tạo được mức chênh áp mà một model một tầng không đáp ứng được. Tuy nhiên, tại chênh áp đó máy còn cung cấp bao nhiêu lưu lượng vẫn phải được xác định trên đường cong của chính model hai tầng.

Không thể lấy đường cong của một máy một tầng rồi nhân đôi áp suất để suy ra đường cong của máy hai tầng.

Với Roots Blower, các rotor dịch chuyển những khoang khí có thể tích gắn với hình học máy. Ở một tốc độ quay cố định, lưu lượng lý thuyết chủ yếu phụ thuộc vào thể tích dịch chuyển và tốc độ.

Khi chênh áp tăng, lưu lượng thực tế của Roots có thể giảm do rò lọt nội bộ, nhiệt độ và các điều kiện vận hành. Tuy nhiên, trong phạm vi cho phép, lưu lượng thường ít nhạy với thay đổi chênh áp hơn so với Side Channel Blower.

Điều này không có nghĩa Roots luôn giữ nguyên lưu lượng hoặc có thể chịu bất kỳ mức áp suất nào. Chênh áp tăng còn ảnh hưởng đến công suất yêu cầu, nhiệt độ và giới hạn tải của thiết bị.

Ví dụ, nếu hệ thống yêu cầu 150 m³/h tại 200 mbar, thông số cần tìm là lưu lượng mà từng model cung cấp được tại đúng mức 200 mbar.

Không nên so sánh chỉ bằng Qmax hoặc chênh áp cực đại. Đây có thể là hai giới hạn được công bố trong những điều kiện khác nhau, không phải một điểm làm việc đồng thời.

Các đường đặc tính cũng phải được đối chiếu theo đúng chế độ thổi hoặc hút, tần số, tốc độ và điều kiện tham chiếu của nhà sản xuất.

Khi có nhiều đường biểu diễn trên cùng một đồ thị, cách đọc đường cong Q–p máy thổi khí giúp xác định đúng cặp lưu lượng–chênh áp, tránh nhầm giữa điểm cực đại và điểm làm việc.

Đường đặc tính lưu lượng và chênh áp Q–p của máy thổi khí con sò

Khi nào nên cân nhắc từng loại máy thổi khí?

Việc lựa chọn công nghệ nên bắt đầu từ lưu lượng cần thiết, chênh áp tại điểm làm việc và chế độ sử dụng của hệ thống. Số tầng tăng áp hoặc tên công nghệ chỉ giúp xác định nhóm thiết bị cần xem xét.

Side Channel Blower một tầng là lựa chọn đáng cân nhắc khi lưu lượng và chênh áp yêu cầu nằm trong đường đặc tính cho phép của model. Thiết bị có thể phục vụ các hệ thống sục khí Jacuzzi, cấp khí hoặc hút/thổi công nghiệp phù hợp.

Side Channel Blower hai tầng nên được xem xét khi yêu cầu chênh áp cao hơn khả năng đáp ứng của một model một tầng tại lưu lượng cần thiết. Tuy nhiên, không phải cứ áp suất cao hơn là bắt buộc chọn hai tầng.

Roots Blower phù hợp để đánh giá trong những hệ thống cần vận chuyển khí với lưu lượng tương đối ổn định khi chênh áp thay đổi, tùy quy mô và điều kiện vận hành. Một số ứng dụng gồm xử lý nước thải, sục khí công nghiệp và vận chuyển vật liệu bằng khí.

Dù vậy, không thể xác định công nghệ chỉ bằng ngành ứng dụng. Một hệ xử lý nước thải không mặc định phải sử dụng Roots, cũng như một hệ sục khí nhỏ không mặc định chỉ phù hợp với máy con sò một tầng.

Nếu muốn chuyển từ Side Channel sang Roots, không nên chỉ so sánh công suất kW hoặc đường kính đầu nối. Hai công nghệ có đặc điểm khác nhau về lưu lượng, tải vận hành, nhiệt độ, tiếng ồn, cấu hình phụ kiện và yêu cầu bảo vệ.

Ngược lại, một máy hai tầng không mặc nhiên là phương án tối ưu khi máy một tầng đã đáp ứng đầy đủ lưu lượng và chênh áp.

Sau khi xác định công nghệ phù hợp, lựa chọn máy thổi khí con sò theo Q–p, đường cong và số tầng cánh giúp đi từ yêu cầu của hệ thống đến kiểm tra khả năng làm việc của model cụ thể.

Với những ứng dụng phù hợp Side Channel Blower, danh mục sản phẩm máy thổi khí con sò là nơi có thể tiếp tục tham khảo các dòng thiết bị và thông số sản phẩm.

Điều quan trọng nhất là lựa chọn công nghệ dựa trên điểm làm việc thực tế và giới hạn vận hành, thay vì quyết định từ số tầng, Qmax hoặc một chỉ số áp suất riêng lẻ.

Nguồn kỹ thuật tham khảo

• REXCHIP — Side Channel Blower Product Catalogue.

• Busch Vacuum Solutions — Air Blowers.

• Atlas Copco — DB Series Side Channel Blowers.

• Atlas Copco — Roots Blowers.