Máy nén khí đã trở thành sản phẩm chủ lực của công nghệ xử lý nước hiện đại, mang đến một thiết kế đơn giản về mặt cơ học, độ tin cậy và hiệu quả năng lượng tốt. Phù hợp lý tưởng để sản xuất một lượng lớn khí nén ở áp suất tương đối thấp, họ dựa vào các vòng bi có thể quay với tốc độ cao với sức cản tối thiểu và trong thời gian dài. Ngày nay, thị trường bị chi phối bởi hai công nghệ đối thủ: vòng bi máy bay và vòng bi từ tính hoạt động.
Rôto ở trung tâm của máy nén khí được cung cấp bởi động cơ điện tốc độ cao, thường không có bánh răng trung gian. Khi hoạt động, cụm động cơ và rôto quay với tốc độ lên tới 50.000 vòng / phút và có thể hoạt động liên tục trong thời gian dài giữa các lần đại tu. Những điều kiện đó đòi hỏi một loại ổ trục đặc biệt, và hai phương pháp thường được sử dụng trong các thiết kế máy nén khí hiện đại.
Vòng bi Airfoil
Vòng bi Airfoil là một loại ổ trục khí, với thiết kế sử dụng áp suất trong màng khí để giữ các bề mặt chuyển động và đứng yên, cho phép ma sát thấp, quay tốc độ cao. Áp suất cần thiết cho hoạt động của ổ trục khí có thể được cung cấp bên ngoài hoặc được tạo ra bên trong bằng cách quay vòng bi. Vòng bi Airfoil sử dụng cách tiếp cận sau và như vậy, chúng là một loại vòng bi khí động.
Vòng bi Airfoil được NASA phát triển vào những năm 1960 và 1970, đặc biệt dành cho các ứng dụng máy nghiền. Trong thiết kế cánh máy bay, không gian giữa trục quay và vỏ cố định chứa hai lá mỏng, được làm bằng kim loại phủ một vật liệu ma sát thấp như PTFE (Polytetrafluoroetylen). Các lá bên ngoài, được gọi là lá cản, được gấp nếp và có thể uốn cong để phù hợp với chuyển động hoặc sai lệch trong ổ trục. Các lá bên trong, được gọi là lá trên cùng, có dạng hình trụ và có hình dạng để quấn chặt quanh trục, hoặc tạp chí. Khi trục quay, không khí được hút giữa nó và lá trên cùng, tạo ra một khe hẹp cho phép quay với ma sát tối thiểu.
Vòng bi từ tính
Vòng bi từ tính hỗ trợ trục quay sử dụng bay từ. Hầu hết các thiết kế ổ trục từ tính sử dụng nam châm được bố trí xung quanh vỏ ổ trục và trục chứa vật liệu sắt từ. Các nam châm thu hút trục và, khi các lực tác dụng lên trục được cân bằng, nó được giữ cách xa vỏ, cho phép quay ma sát thấp.
Thiết kế này sử dụng nam châm điện được cung cấp bởi một hệ thống điều khiển điện tử có thể điều chỉnh các lực mà chúng tạo ra. Các cảm biến trong vỏ liên tục theo dõi vị trí của trục và hệ thống điều khiển làm thay đổi công suất được cung cấp cho nam châm để giữ cho trục ở vị trí tối ưu.
Đơn giản so với linh hoạt
Vòng bi Airfoil và vòng bi từ tính là giải pháp khả thi cho các ứng dụng tốc độ cao. Cả hai đều cung cấp ma sát thấp, và hoạt động mà không cần bôi trơn, làm cho chúng về cơ bản không cần bảo trì. Các thiết kế được hưởng lợi từ nhiều năm tinh chế và kinh nghiệm trong các ứng dụng đòi hỏi khắt khe.
Tuy nhiên, hai thiết kế có điểm mạnh và điểm yếu khác nhau, và những khác biệt đó có thể có ý nghĩa quan trọng đối với việc lựa chọn công nghệ ổ trục phù hợp nhất cho một ứng dụng nhất định.
Vòng bi Airfoil hoạt động mà không cần hệ thống điều khiển hoặc cung cấp điện bên ngoài. Điều đó giúp giảm chi phí của họ, một thế mạnh chính của thiết kế, đặc biệt là khi được sử dụng trong các máy nhỏ hơn. Tuy nhiên, khi một ổ trục không khí khởi động, các bộ phận của nó tiếp xúc với nhau cho đến khi trục quay đủ nhanh để thiết lập màng điều áp. Thông thường, một ổ trục không khí không làm mất đi cho đến khi đạt được tốc độ trục 5000 vòng / phút. Theo thời gian, nhiều lần khởi động và dừng lại dẫn đến hao mòn bề mặt của lá, cuối cùng sẽ cần phải được thay thế.
Để giảm thiểu số lượng chu kỳ dừng khởi động, máy nén khí mang đôi khi vẫn chạy ở chế độ không tải, một thực tế làm tăng mức tiêu thụ năng lượng đáng kể trong suốt vòng đời của máy. Đối với các ứng dụng yêu cầu cung cấp không khí không liên tục, đặc tính này của vòng bi không khí có thể là một hạn chế đáng kể.
Vòng bi không khí cũng nhạy cảm với thiệt hại nếu vật chất hạt đi vào ổ trục và bị kẹt giữa trục và lá. Để giảm rủi ro này, hầu hết các thiết kế không khí yêu cầu lọc nghiêm ngặt trên không khí đến. Vòng bi từ hoạt động khắc phục nhiều hạn chế. Hệ thống hỗ trợ từ hoạt động khi trục đứng yên, do đó hoạt động dừng khởi động không ảnh hưởng đến tuổi thọ của máy và không cần chạy không tải.
Giới hạn kích thước
Những hạn chế khác của vòng bi không khí phát sinh trên các máy lớn hơn. Thiết kế cánh quạt có khả năng chịu tải tổng thể tương đối thấp, đặc biệt là theo hướng dọc trục, do đó, máy nén khí chịu lực lớn thường áp dụng thiết kế cánh quạt kép, làm giảm hiệu suất tổng thể của máy. Vòng bi không khí lớn cũng có thể dễ bị quá nóng, vì nén màng khí làm tăng nhiệt độ của nó. Do đó, các máy có công suất 150 kW trở lên thường yêu cầu một hệ thống làm mát bằng chất lỏng riêng.
Vòng bi, bạc đạn từ tính có thể chịu được lực cao hơn, cho phép sử dụng chúng trên các máy lớn mà không cần làm mát thêm. Chúng cũng có các đặc tính giảm xóc tốt, giúp chúng thích ứng với các lực thoáng qua được tạo ra bởi sự gia tăng sức mạnh hoặc các vấn đề ở nơi khác trong máy.
Đổi mới trong kiểm soát
Điểm yếu lớn nhất của hệ thống ổ trục từ tính đến từ sự phức tạp của chúng. Vòng bi từ tính hoạt động đòi hỏi thiết bị điện tử điều khiển tinh vi và một nguồn năng lượng liên tục. Điều này có nghĩa là vòng bi từ có xu hướng có chi phí trả trước cao hơn vòng bi không khí và cái sau có ý nghĩa đối với thiết kế máy.
Máy nén khí sử dụng hệ thống ổ trục từ tính thường kết hợp với nguồn điện dự phòng, cả tụ điện hoặc pin, có thể cung cấp đủ năng lượng để dừng máy an toàn trong trường hợp mất điện bên ngoài. Để tiếp tục bảo vệ máy trong trường hợp xảy ra sự cố lớn, các thiết kế ổ trục từ tính như được sử dụng trên phạm vi máy nén khí HST của Sulzer kết hợp với vòng bi cơ dự phòng cách xa trục vài mm. Trong trường hợp rất khó xảy ra là hệ thống ổ trục từ tính bị hỏng, các bộ phận dự phòng này bắt được trục trục, cho phép máy dừng an toàn.
Trong khi các hệ thống điều khiển cần thiết cho vòng bi từ tính rất tinh vi, sự phát triển trong thiết bị điện tử đã cải thiện đáng kể độ tin cậy và giảm chi phí trong những năm gần đây. Các cảm biến cảm ứng được sử dụng để phát hiện vị trí trục là các bộ phận đơn giản, mạnh mẽ với độ tin cậy cao.
Một tương lai kết nối
Là một lợi ích hơn nữa trong thế giới Công nghiệp 4.0, các hệ thống ổ trục từ tính cung cấp khả năng giám sát tình trạng tích hợp trên máy tính cho máy nén khí. Hệ thống điều khiển liên tục thu thập dữ liệu về vị trí chính xác của trục, cho phép rung, điều chỉnh sai và các dấu hiệu cảnh báo sớm khác về các vấn đề tiềm ẩn được phát hiện và phân tích.
Sulzer đã sử dụng vòng bi từ tính trong phạm vi máy nén khí HST của mình trong gần 25 năm. Các máy HST đầu tiên được cài đặt vào năm 1996 và chúng vẫn đang hoạt động. Vòng bi và hệ thống điều khiển được sử dụng trong các đơn vị đó đã được phát triển nội bộ, và công ty tiếp tục phát triển thiết kế vòng bi và hệ thống điều khiển của riêng mình cho đến ngày nay. Kinh nghiệm này đã mang lại niềm tin lớn cho công nghệ và giúp hiệu suất và độ tin cậy liên tục được cải thiện.
0 nhận xét: