Máy nén turbo đã trở thành chỗ dựa chính cho công nghệ xử lý nước hiện đại, mang đến thiết kế cơ học đơn giản, độ tin cậy và hiệu quả sử dụng năng lượng tốt. Lý tưởng để sản xuất khối lượng lớn khí nén ở áp suất tương đối thấp, chúng dựa vào ôt trục có thể quay ở tốc độ cao với lực cản tối thiểu trong thời gian dài. Ngày nay, thị trường máy thổi khí đang phổ biến hai công nghệ: ổ đỡ trục lá khí và ổ đỡ từ tính chủ động.

                   Máy thổi khí Turbo của Sulzer

Ổ đỡ lá khí

ổ đỡ  lá khí là một loại ổ trục khí, có thiết kế sử dụng áp suất trong màng khí để giữ bề mặt ngoài của phần động và phần tĩnh nằm cách nhau, cho phép quay với tốc độ cao, ma sát thấp. Áp suất cần thiết cho hoạt động của ổ trục khí có thể được cung cấp từ bên ngoài hoặc được tạo ra bên trong bằng chuyển động quay của ổ trục. Ổ đỡ lá khí sử dụng phương pháp thứ hai và do đó chúng là một loại ổ trục khí động.

Ổ đỡ lá khí được NASA phát triển vào những năm 1960 và 1970, đặc biệt dành cho các ứng dụng máy động cơ tuabin. Trong thiết kế lá khí, khoảng trống giữa trục quay và vỏ cố định chứa hai lá mỏng, được làm bằng kim loại phủ vật liệu ma sát thấp như PTFE (Polytetrafluoroethylene). Lá bên ngoài, được gọi là lá chống va đập, được gấp nếp và có thể uốn cong để điều chỉnh chuyển động hoặc độ lệch trong ổ trục. Lá bên trong, được gọi là lá trên cùng, có hình trụ và có kiểu dáng dễ dàng để quấn chặt quanh trục hoặc ngõng trục. Khi trục quay, không khí được hút vào giữa nó và lá trên cùng, tạo ra một khe hẹp cho phép quay với ma sát tối thiểu.

          
 
    

                  Ổ đỡ  lá khí mang lại giải pháp tiết kiệm chi phí

Đơn giản và linh hoạt

Ổ đỡ lá khí và Ổ đỡ từ tính là giải pháp khả thi cho các ứng dụng tốc độ cao. Cả hai đều có độ ma sát thấp và hoạt động mà không cần bôi trơn, khiến chúng về cơ bản không cần bảo trì. Các thiết kế được hưởng lợi từ nhiều năm sàng lọc và kinh nghiệm trong các ứng dụng đòi hỏi khắt khe.

Tuy nhiên, hai thiết kế này 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 lá khí hoạt động mà không cần nguồn điện bên ngoài hoặc hệ thống điều khiển. Điều đó giúp giảm giá thành, một điểm mạnh lớn của thiết kế, đặc biệt khi được sử dụng trong các máy nhỏ hơn. Tuy nhiên, khi ổ trục khí khởi động, các bộ phận của nó sẽ tiếp xúc với nhau cho đến khi trục quay đủ nhanh để hình thành màng điều áp. Thông thường, ổ trục khí không “tách ra” cho đến khi đạt được tốc độ trục 5.000 vòng/phút. Theo thời gian, việc khởi động và dừng nhiều lần sẽ dẫn đến bề mặt của lá nhôm bị mòn và cuối cùng sẽ cần phải thay thế.

Để giảm tối thiểu chu kỳ dừng-khởi động, máy thổi khí đôi khi được để ở chế độ không tải, cách này 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 ổ trục khí có thể là một hạn chế đáng kể.

Ổ đỡ lá khí cũng dễ bị hư hỏng nếu vật chất dạng hạt xâm nhập vào ổ trục và bị mắc kẹt giữa trục và lá khí. Để giảm thiểu rủi ro này, hầu hết các thiết kế đều yêu cầu lọc nghiêm ngặt đối với không khí đi vào. Vòng bi từ tính chủ động khắc phục được nhiều hạn chế này. Hệ thống hỗ trợ từ tính hoạt động khi trục đứng yên nên hoạt động dừng-khởi động không ảnh hưởng đến tuổi thọ máy và không cần chạy không tải.

Giới hạn kích thước

Những hạn chế khác của ổ đỡ  khí phát sinh trên các máy lớn hơn. Thiết kế lá khí có khả năng chịu tải tổng thể tương đối thấp, đặc biệt là theo hướng dọc trục nên các máy nén tăng áp mang không khí lớn thường áp dụng thiết kế cánh quạt kép, làm giảm hiệu suất chung của máy. Ổ đỡ khí lớn cũng có thể dễ bị quá nhiệt do lực nén của màng khí làm tăng nhiệt độ của nó. Do đó, các máy có công suất 150 kW trở lên thường yêu cầu hệ thống làm mát bằng chất lỏng riêng biệt.

Ổ đỡ 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 đặc tính giảm chấn tốt, giúp chúng thích ứng với các lực nhất thời được tạo ra bởi sự tăng điện đột ngột hoặc các sự cố ở nơi khác trong máy.

Những điểm mới trong điều khiển

Điểm yếu lớn nhất được nhận thấy của hệ thống ổ trục từ tính xuất phát từ sự phức tạp của chúng. Ổ đỡ từ tính chủ động yêu cầu thiết bị điện tử điều khiển phức tạp và nguồn năng lượng liên tục. Điều này có nghĩa là ổ đỡ từ tính có chi phí ban đầu cao hơn ổ đỡ lá khí, nhưng thiết kế máy này lại có nhiều ý nghĩa.

Máy nén turbo sử dụng hệ thống ổ trục từ tính thường kết hợp nguồn điện dự phòng, tụ điện hoặc pin, có thể cung cấp đủ năng lượng để dừng máy một cách an toàn trong trường hợp mất nguồn điện bên ngoài. Để bảo vệ máy trong trường hợp xảy ra sự cố lớn, các thiết kế ổ trục từ như ổ trục được sử dụng trên dòng máy nén turbo HST của Sulzer kết hợp với các ổ trục cơ học hỗ trợ nằm cách trục vài trăm micro mét . Trong trường hợp rất khó xảy ra là hệ thống ổ trục từ bị hỏng, các bộ phận hỗ trợ này sẽ “bắt” trục, cho phép máy dừng lại an toàn.

Trong khi các hệ thống điều khiển cần thiết cho vòng bi từ tính rất phức tạp thì sự phát triển trong lĩnh vực điện tử đã cải thiện đáng kể độ tin cậy và giảm giá thành của chúng 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, chắc chắn với độ tin cậy cao.

Kết nối tương lai

Là một lợi ích nữa trong thế giới Công nghiệp 4.0, hệ thống ổ trục từ tính cung cấp khả năng giám sát tình trạng “tích hợp” cho máy nén. Hệ thống điều khiển liên tục thu thập dữ liệu về vị trí chính xác của trục, cho phép phát hiện và phân tích độ rung, độ lệch và các dấu hiệu cảnh báo sớm khác về các vấn đề tiềm ẩn.

Sulzer đã sử dụng ổ đỡ từ tính trong dòng sản phẩm máy nén tăng áp HST của mình trong gần 25 năm. Những máy HST đầu tiên được lắp 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 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 vào công nghệ và giúp hiệu suất, độ tin cậy liên tục được cải thiện.

WorldPumps.vn - Công ty TNHH Tiên Phong Xanh