Đồ án Khảo sát và thiết kế máy nén khí trục vít

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG ------------------------ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề Tài: KHẢO SÁT VÀ THIẾT KẾ MÁY NÉN KHÍ TRỤC VÍT Đà Nẵng 2009 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG ------------------------ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề Tài: KHẢO SÁT VÀ THIẾT KẾ MÁY NÉN KHÍ TRỤC VÍT Sinh viên thực hiên: Phan Hoàng Vũ Lớp: 04C4B Giáo viên hướng dẫn: TS. Huỳnh Văn Hoàng Giáo viên duyệt: Đà Nẵng 2009 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG BỘ MÔN THỦY KHÍ VÀ MÁY THỦY KHÍ NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: Phan Hoàng Vũ Lớp: 04C4B Ngành: Cơ khí động lực Khóa: 2004÷2009 Giáo viên hướng dẫn: TS. Huỳnh Văn Hoàng Tên đề tài. KHẢO SÁT VÀ THIẾT KẾ MÁY NÉN KHÍ TRỤC VÍT Các số liệu ban đầu Tên gọi  Chế độ 1  Chế độ 2  Chế độ 3   Áp suất làm việc  7,5 [bar]  10 [bar]  13 [bar]   Lưu lượng  0,9 [m3/ph]  0,75 [m3/ph]  0,55 [m3/ph]   Áp suất tối đa  8 [bar]  11 [bar]  15 [bar]   Áp suất cửa nạp  1,013 [bar]  1,013 [bar]  1,013 [bar]   Nhiệt độ cửa nạp  20 [oC]  20 [oC]  20 [oC]   Nhiệt độ cửa đẩy (chọn sơ bộ)  200 [oC]  200 [oC]  200 [oC]   Nội dung các phần thuyết minh tính toán: Ý nghĩa kinh tế, kỹ thuật của máy nén khí trục vít. Giới thiệu về các loại máy nén khí kiểu rotor. Máy thổi khí kiểu roots. Máy nén rotor cánh gạt. Máy nén khí trục vít. Khảo sát máy nén khí trục vít. Sơ đồ kết cấu máy nén khí trục vít. Phân loại máy nén khí trục vít. Kết cấu và phân loại biên dạng răng vít. Kết cấu vỏ máy nén khí trục vít. Dạng cửa hút và cửa đẩy máy nén khí trục vít. Kết cấu ổ trục máy nén khí trục vít. Kết cấu vòng làm kín máy nén khí trục vít. Các đường đặc tính của máy nén khí trục vít. So sánh tính kinh tế kỹ thuật của máy nén khí trục vít với các loại máy nén khí khác. Phạm vi sử dụng máy nén khí trục vít. Cơ sở lý thuyết để tính toán và thiết kế máy nén khí trục vít. Tính chất của không khí. Các thông số hình học của trục vít. Sự hình thành biên dạng của Rotor máy nén trục vít. Tối ưu hóa quá trình thiết kế. Lực tác dụng lên trục vít. Đặc tính của máy nén khí trục vít. Phân tích nhiệt của máy nén khí trục vít. Phun dầu và sự trao đổi nhiệt. Lưu lượng và sự rò rỉ. Tính toán thiết kế máy nén khí trục vít. Tính kích thước cơ bản của máy nén khí trục vít. Tính toán và chọn biên dạng răng trục vít. Xác định số vòng quay cần thiết. Xác định công suất cần thiết. Xác định nhiệt độ cửa thải. Xác định nhiệt lượng tỏa ra và lưu lượng dầu cần thiết phun vào để trao đổi nhiệt. Chọn các khe hở giữa và tính lưu lượng rò rỉ qua các khe hở của máy nén khí trục vít. Tính chọn động cơ điện. Tính bền các chi tiết của máy nén khí trục vít. Xác định kích thước trục để lắp ổ lăn trên trục vít chủ động. Tính bền trục vít. Hướng dẫn sử dụng. Vận hành máy nén khí trục vít. Bảo trì máy nén khí trục vít. Các bản vẽ. Bản vẽ lắp máy nén khí trục vít. Bản vẽ biên dạng răng trục vít. Đồ thị và đường đặc tính của máy nén khí trục vít. Đồ thị quá trình nén thực tế của máy nén khí trục vít. Lực tác dụng lên trục vít và biểu đồ nội lực. Bản vẽ chế tạo trục vít chủ động. Bản vẽ khai triển biên dạng trục vít chủ động. Bản vẽ chế tạo trục vít bị động. Bản vẽ khai triển biên dạng trục vít bị động. Bản vẽ động cơ điện Yb2-132S2-2. Sơ đồ tách dầu ra khỏi không khí. Bản vẽ bố trí chung động cơ và máy nén. Cán bộ hướng dẫn: TS. Huỳnh Văn Hoàng. Ngày giao nhiệm vụ : 23/2/2009. Ngày hoàn thành nhiệm vụ :25/5/2009. Thông qua bộ môn Ngày___tháng___năm 2009 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN TỔ TRƯỞNG BỘ MÔN (Ký, ghi rỏ họ tên) (Ký, ghi rỏ họ tên) Kết quả đánh giá: Sinh viên đã hoàn thành và nộp toàn ………………… bộ bản báo cáo cho bộ môn. Ngày….tháng….năm 2009. Ngày….tháng….năm 2009. CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG (Ký, ghi rỏ họ tên) MỤC LỤC Lời mở đầu Các ký hiệu viết tắt 1. Ý nghĩa kinh tế, kỹ thuật của máy nén khí trục vít Trang 14 2. Giới thiệu về các loại máy nén khí kiểu rotor Trang 15 2.1 Máy thổi khí kiểu Roots Trang 15 2.2 Máy nén rotor cánh gạt Trang 16 2.3 Máy nén khí trục vít Trang 17 3. Khảo sát máy nén khí trục vít Trang 18 3.1 Sơ đồ kết cấu máy nén khí trục vít Trang 18 3.2 Phân loại máy nén khí trục vít Trang 22 3.3 Kết cấu và phân loại biên dạng răng vít Trang 24 3.4 Kết cấu vỏ máy nén khí trục vít Trang 31 3.5 Dạng cửa hút và cửa đẩy máy nén khí trục vít Trang 32 3.6 Kết cấu ổ trục máy nén khí trục vít Trang 35 3.7 Kết cấu vòng làm kín máy nén khí trục vít Trang 38 3.8 Các đường đặc tính của máy nén khí trục vít Trang 40 3.9 So sánh tính kinh tế kỹ thuật của máy nén khí trục vít với các loại máy nén khí khác Trang 43 3.10 Phạm vi sử dụng máy nén khí trục vít Trang 44 4. Cơ sở lý thuyết để tính toán và thiết kế máy nén khí trục vít Trang 46 4.1 Tính chất của không khí Trang 46 4.2 Các thông số hình học của trục vít Trang 47 4.3 Sự hình thành biên dạng của Rotor máy nén trục vít Trang 48 4.4 Tối ưu hóa quá trình thiết kế Trang 53 4.5 Lực tác dụng lên trục vít Trang 56 4.6 Đặc tính của máy nén khí trục vít Trang 62 4.7 Phân tích nhiệt của máy nén khí trục vít Trang 62 4.8 Phun dầu và sự trao đổi nhiệt Trang 64 4.9 Lưu lượng và sự rò rỉ Trang 68 5. Tính toán thiết kế máy nén khí trục vít và tính chọn động cơ Trang 71 5.1 Tính toán kích thước cơ bản của trục vít Trang 71 5.2 Tính toán và chọn biên dạng răng trục vít Trang 81 5.3 Xác định số vòng quay cần thiết Trang 83 5.4 Xác định công suất cần thiết Trang 84 5.5 Xác định nhiệt độ cửa thải Trang 86 5.6 Xác định nhiệt lượng tỏa ra và lưu lượng dầu cần thiết phun vào để trao đổi nhiệt Trang 87 5.7 Chọn các khe hở giữa và tính lưu lượng rò rỉ qua các khe hở của máy nén khí trục vít Trang 91 5.8 Tính chọn động cơ điện Trang 97 6. Tính bền các chi tiết của máy nén khí trục vít Trang 102 6.1 Xác định kích thước trục để lắp ổ lăn trên trục vít chủ động Trang 102 6.2 Tính bền trục vít Trang 111 7. Hướng dẫn sử dụng Trang 118 7.1. Vận hành máy nén khí trục vít Trang 118 7.2 Bảo trì máy nén khí trục vít Trang 120 8. Kết luận Trang 120 Tài liệu tham khảo Trang 121 LỜI MỞ ĐẦU Với sự phát triển của xã hội hiện nay, thì nhu cầu về các máy móc thiết bị phục vụ trong lĩnh vực công nghiệp rất cao, bên cạnh đó các nhà sử dụng các thiết bị công nghiệp ngày càng đòi hỏi khá khắc khe về yêu cầu của thiết bị, như: Giá thành thấp hiệu suất làm việc cao, một trong những điểm mạnh để cạnh tranh giữa các nhà sản xuất thiết bị là giá thành, chất lượng, và dịch vụ,…. Đối với nước ta hiện nay, mục tiêu phấn đấu đến năm 2020 là tiến lên một nước công nghiệp, để phục cho mục tiêu đó, các nhà sử dụng các thiết bị công nghiệp có nhu cầu rất cao, bên cạnh đó các thiết bị nhập khẩu có giá thành rất cao, vì vậy đòi hỏi các nhà sản xuất các thiết bị trong nước phải nổ lực hết mình để nội địa hóa các thiết bị công nghiệp, góp phần vào mục tiêu công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước. Đối với sinh viên của các trường kỹ thuật sắp tốt nghiệp, để hoàn thành nhiệm vụ tốt nghiệp,và trở thành một cán bộ kỹ thuật trong các lĩnh vực thiết kế chế tạo, thì mỗi sinh viên phải thực hiện tốt một đề tài tốt nghiệp, với sự tò mò ham học hỏi em đã chọn cho mình đề tài tốt nghiệp là “KHẢO SÁT VÀ THIẾT KẾ MÁY NÉN KHÍ TRỤC VÍT” em mong rằng quá đó em sẽ có nhiều kinh nghiệm hơn trong công tác thiết kế chế tạo các thiết bị công nghiệp. Đề tài này còn rất mới, các tài liệu do các tác giả trong nước viết về đề tài này còn rất hạn chế, vì vậy em phải tự tìm các tài liệu ở nước ngoài, và các tài liệu trên internet. Trong thời gian làm đề tài tốt nghiệp em được sự hướng dẫn của quý thầy cô trong khoa, đặc biệt là thầy giáo Huỳnh Văn Hoàng đã tận tình chỉ bảo em để em có thể hoàn thành tốt đề tài của mình, qua đề tài này em có thể đúc kết lại kiến thức mà em đã học trong khoảng thời gian năm năm tại trường, bên cạnh những kiến thức cơ bản đó là tiền đề để em tự đi sâu vào nghiên cứu trong các lĩnh vực kỹ thuật. Mặc dù đã có rất nhiều cố gắng để hoàn thành tốt đề tài của mình, do trình độ còn có hạn và thời gian thực hiên không dài nên không thể tránh khỏi những sai sót, kính mong các quý thầy cô tận tình có ý kiến để em có thể hoàn thiện hơn sau khi ra trường. Em xin chân thành cảm ơn! Đà Nẵng, ngày 20 tháng 5 năm 2009 Sinh Viên Thực Hiện Phan Hoàng Vũ CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT dq Nhiệt lượng cung cấp. du Nội năng. dl Công sinh ra. Cp Nhiệt dung riêng đẵng áp. Cv Nhiệt dung riêng đẵng tích. k Lũy thừa đoạn nhiệt. v Thể tích. T Nhiệt độ tuyệt đối Kelvin. t Nhiệt độ Celsius p Áp suất . R Hằng số khí. π Tỉ số nén. q Lưu lượng riêng. D Đường kính trục vít. L Chiều dài trục vít. c Hệ số đặc trưng của biên dạng răng. (( Tỉ số kích thước trục vít. i Tỉ số truyền. dw Đường kính vòng chia. C Khoảng cách giữa hai trục vít. r1w Bán kính vòng chia trục chủ động. r2w Bán kính vòng chia trục chủ động. ( Góc nghiêng của răng vít. h1 Bước xoắn trục vít chủ động. h2 Bước xoắn trục vít bị động. ( Góc xoắn. r Chiều cao răng. R Bán kính trục vít. Qlt Lưu lượng lý thuyết. n Số vòng quay. Q1 Lưu lượng khí nạp. p1 Áp suất khí nạp. Nk Công suất đoạn nhiệt. (k Hiệu suất đoạn nhiệt. Ns Công suất tại trục vít chủ động. (t Hiệu suất làm tăng nhiệt độ. tc Nhiệt độ tại cửa thải. V1 Thể tích khí nạp. Sm Diện tích mặt cắt trục vít chủ động. Sfm Diện tích mặt cắt trục vít bị động. M1 Khối lượng khí nạp. (1 Khối lượng riêng khí nạp. nm Số đầu mối răng vít trên trục vít chủ động. nmax Tốc độ quay cực đại của trục vít chủ động. m1 Khối lượng khí nạp trong một đơn vị thời gian. Q Nhiệt lượng trao đổi. i Enthapy. F Diện tích truyền nhiệt. Q( Tổn thất nhiệt ra môi trường xung quanh. Cp1 Nhiệt dung riêng của không khí nạp đẵng áp. C2 Nhiệt dung riêng của dầu. m2 Khối lượng dầu phun trong một đơn vị thời gian. ( Tỉ lệ giữa khí nạp và lượng dầu phun vào. (2 Khối lượng riêng của dầu. Q2t Lưu lượng thể tích dầu phun vào. π0 Tỉ số áp suất dầu phun và khí nạp. po2 Áp suất dầu phun nhỏ nhất trong khoang máy nén. ((p Độ chênh lệch áp suất rò rỉ. c Vận tốc âm thanh. M*T Hệ số Mach giới hạn đẵng nhiệt. v*T Vận tốc giới hạn đẵng nhiệt.
Hệ số tổn thất. A Diện tích khe hỡ. m Lưu lượng rò rỉ trong một đơn vị thời gian. Nđc Công suất động cơ. ( Hiệu suất tổn thất tổng cộng trong bô truyền. N1 Công suất lớn nhất của động cơ điện. n1 Số vòng quay lớn nhất của động cơ điện. D1 Đường kính bánh đai chủ động. D2 Đường kính bánh đai bị động. ( Hệ số trượt. Lmin Chiều dài tối thiểu của đai. ((1 Góc ôm của bánh chủ động. ((2 Góc ôm của bánh bị động. [(p]o Ứng suất có ích cho phép. Ct Hệ số xét đến ảnh hưởng của chế độ tải trọng. C( Hệ số xét đến ảnh hưởng của góc ôm. Cv Hệ số xét đến ảnh hưởng của vận tốc. Z Số dây đai. B Chiều rộng của bánh đai. t Bước của rảnh đai. S Khoảng cách từ mép ngoài bánh đai đến rảnh thứ nhất. h0 Khoảng cách từ đỉnh bánh đai đến tâm của dây đai. Dn1 Đường kính ngoài của bánh đai chủ động. Dn2 Đường kính ngoài của bánh đai bị động. S0 Lực căng ban đầu của dây đai. (o Ứng suất ban đầu. F Diện tích của một đai. R Lực căng dây đai tác dụng lên trục vít chủ động. Nmax Tải trọng áp suất lớn nhất. Ft Lực tiếp tuyến. Fa Lực dọc trục. Fr Lực hướng kính. Chỉ số p là do áp suất gây ra. Chỉ số 1 trục chủ động. Chỉ số 2 Trục bị động. M1x Mô men xoắn tác trên trục vít chủ động. (n Góc ăn khớp. d Đường kính trục tại vị trí lắp ổ lăn. [(]x Ứng suất xoắn cho phép. db Đường kính trong ổ lăn. Bb Bề rộng ổ lăn. ds Đường kính trong đệm làm kín. Bs Bề rộng của đệm làm kín. Mu Mô mem uốn. Mtd Mô men tương đương. [(b] Ứng suất bền cho phép. Cor Tải trọng tĩnh. E Mô đun đàn hồi của vật liệu. y Khoảng cách từ thớ đang xét đến thớ trung hòa. ( Bán kính cong. J Mô men quán tính. Chỉ số x là đối với trục x. Chỉ số p là độc cực. G Mô đun chống xoắn. ( Ứng suất tiếp. q Lực phân bố trên một đơn vị chiều dài. Chỉ số m là trục vít chủ động. Chỉ số fm là trục vít bị động. 1. Ý nghĩa kinh tế, kỹ thuật của máy nén khí trục vít. Lịch sử của các ngành công nghiệp và kỹ thuật luôn gắn liền với lịch sử phát triển của máy nén khí. Máy nén khí đã xuất hiện ngay từ thời cổ đại đã có các loại máy thổi khí dùng trong các ngành sản xuất đồng và sắt, kể cả những máy thổi chạy bằng sức nước. Máy nén khí trục vít là loại máy kiểu thể tích, nó được sử dụng rất nhiều trong công nghiệp nén khí cũng như như làm lạnh ở các máy điều hòa không khí, chúng có nhiều ưu điểm, tiết kiệm không gian, thời gian làm việc dài. Sử dụng máy nén khí trục vít trong công nghiệp được thịnh hành kể từ khi nó thay thế máy nén khí chuyển động tịnh tiến với số lượng lớn sử dụng trong việc nén khí, máy nén làm lạnh, trong ngành công nghiệp thực phẩm, máy nén khí trục vít cho chất lượng khí nén sạch hơn so với các loại máy nén khí khác, ngoài ra máy nén khí trục vít còn có thể nén khí có chứa chất rắn nhỏ, đặc biệt hơn là trong kỹ thuật tăng áp trong công nghiệp ô tô. Ngày nay xu hướng toàn cầu hóa chung là sự chuyển đổi năng lượng và tái tạo năng lượng giảm chi phí trở nên một vấn đề rất quan trọng, ngay như là trong việc lắp ráp động cơ và ô tô, hơn thế nữa là việc giảm lượng phát thải khí xả và sự cải thiện mức tiêu thụ nhiên liệu và hiệu suất của động cơ đốt trọng, là nhiệm vụ và là vấn đề rất cấp bách của mổi quốc gia trên toàn cầu. Một giải pháp có giá trị hiệu lực trong vấn đề này là sự gia tăng công suất và cho những động cơ cỡ nhỏ có gắn thêm thiết bị tăng áp trục vít kép. Nói đầy đủ hơn, những cải thiện khác trong máy nén khí trục vít được ưa chuộng trong việc tăng hiệu suất của chúng, giảm mức năng lượng tiêu thụ, phát sinh tiếng ồn và giá thành chế tạo. 2. Giới thiệu về các loại máy nén khí kiểu rotor. 2.1 Máy thổi khí kiểu Roots. 2.1.1 Cấu tạo. Theo tài liệu [1] trang 83 ta có sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy thổi khí kiểu roots như sau:
Hình 2-1 Sơ đồ máy thổi Roots. Rotor hình số 8; b) Rotor hình sao. 1-4: Stator; 2-5: Rotor; 3-6: Trục quay. 2.1.2 Nguyên lý làm việc. Trên hình 2-1 là sơ đồ kết cấu của máy thổi khí kiểu Roots, bộ phận công tác chính của máy là hai rotor có đường tâm song song với nhau đặt trong vỏ (stator). Rotor của máy có thể coi như những bánh răng có hai hoặc ba răng, rotor có hai răng gọi là rotor số 8, rotor có ba răng gọi là rotor hình sao. Các rotor được dẫn động bởi động cơ chuyển động quay qua bộ truyền cơ khí. Giữa rotor và stator và giữa các rotor với nhau đều có các khe hở, nhờ vậy mà các rotor có thể quay với vận tốc lớn. Khi các rotor quay chúng bao lấy không khí từ cửa hút A rồi chuyển qua cửa đẩy B. Khi buồng C (khoảng không gian giữa rotor thành vỏ) vừa thông với cửa đẩy, áp suất trong buồng C tăng vọt từ áp suất hút ban đầu tới giá trị áp suất nén cuối. Như vây không khí hút vào bị nén trong buồng C có thể tích thực tế không thay đổi, quá trình nén không khí xảy ra đẳng tích. 2.1.3 Các đặc điểm khác. Có kết cấu đơn giản, có nhược điểm là piston nhanh bị mài mòn. Để khắc phục nhược điểm này, các piston thường được gắn thêm các thanh đệm bằng gỗ. Máy thổi khí kiểu roots có hiệu suất lưu lượng nhỏ, đặc biệt cột áp lớn hơn 2 mH2O. Khi cột áp lớn hơn 3mH2O, sử dụng các máy thổi khí kiểu roots sẽ không có lợi, vì khi đó hiệu suất lưu lượng sẽ giảm rất nhanh do rò rỉ không khí từ bọng đẩy về bọng hút của máy. 2.2 Máy nén rotor cánh gạt. 2.2.1 Cấu tạo. Theo tài liệu [1] trang 86 ta có sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy nén rotor cánh gạt như sau:
Hình 2-2 Nguyên lý cấu tạo và hoạt động của máy nén rotor cánh gạt. 1: Rotor; 2: Stator; 3: Khoang chứa chính; 4: Cánh; 5: Áo nước làm mát. 2.2.2 Nguyên lý làm việc. Máy nén rotor cánh gạt có kết cấu giống như bơm rotor cánh gạt, nó làm việc theo nguyên lý thể tích. Khi rotor 1 đặt lệch tâm so với rotor 2 một khoảng là e quay theo chiều kim đồng hồ thì các cánh 4 sẽ luôn tỳ cạnh ngoài vào thành trong của rotor 2 nhờ lực ly tâm. Dung tích khoang 3 chứa đầy khí vừa hoàn thành quá trình hút sẽ bắt đầu quá trình nén cho tới khi cánh phía trước tới cửa đẩy. 2.2.3 Các đặc điểm khác. Máy rotor cánh gạt có kết cấu đơn giản, nhỏ, gọn, lưu lượng tương đối đều, rotor có thể quay với vận tốc lớn, do vậy có thể nối trực tiếp với động cơ. Nhược điểm là hiệu suất không cao, chế tạo khó, nhạy cảm với bụi bẩn, vì vậy trước khi không khí được hút vào máy phải được lọc sạch. 2.3 Máy nén khí trục vít. 2.3.1 Cấu tạo. Theo tài liệu [1] trang 89 ta có sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy nén khí trục vít như sau:
Hình 2-3 Sơ đồ cấu tạo của máy nén khí trục vít. 1: Vỏ máy; 2: trục vít chủ động; 3: Trục vít bị động; 4: Ổ tỳ; 5-6: Ổ đở; 7-8: Cặp bánh răng lắp trên đầu trục vít; 9: Bộ làm kín; 10: Khoang dẫn chất lỏng làm mát tuần hoàn. 2.3.2 Nguyên lý làm việc. Trục vít quay, nhìn từ phía hút (hình 2-4a), phía cặp bánh răng nhả khớp, hốc giữa các răng khi tách xa nhau phát triển thành khoang lớn được thông với cửa hút và được làm đầy bởi không khí. Khi khoang đó được giãn ra hoàn toàn thì thể tích nó là lớn nhất nó tách khỏi cửa hút, đến đây quá trình hút kết thúc.
Hình 2-4 Quá trình làm việc của máy nén. a: Hút; b: Nén; c: Kết thúc nội nén; d: Đẩy khí. Quá trình nén khí xảy ra khi vít vào ăn khớp với nhau (hình 2-4b) cho đến khi cặp buồng chung đó chưa nối với mép cửa sổ ống đẩy, vị trí đó được thể hiện trên (hình 2-4c). Tiếp tục quay trục vít, khi cặp buồng nén khí đã được nối với buồng đẩy, quá trình đẩy khí xảy ra (hình 2-4d). 2.3.3 Một số đặc điểm. Làm việc không có ma sát, tuổi thọ cao, làm việc êm, tiết kiệm năng lượng tiêu thụ, giá thành bảo trì thấp. Lưu lượng, cột áp ít bị dao động. Không sử dụng van hút và van đẩy. 2.3.4 Nhược điểm. Yêu cầu độ kín khít, và giá thành chế tạo cao. Tồn tại lực li tâm và lực dọc trục nên lực tác dụng trên các ổ lăn phức tạp. 3. Khảo sát máy nén khí trục vít. 3.1 Sơ đồ kết cấu máy nén khí trục vít (hình 2-3). Hình dạng của máy nén trục vít được phát minh vào năm 1878, biên dạng xoắn của máy nén trục vít được sử dụng cho tới ngày hôm nay được phát minh bởi Alf Lysholm, một kỹ sư trưởng của Svenska Rotor Maskiner AB (SRM). Nên máy nén được gọi là máy nén Lysholm. 3.1.1 Loại hai trục vít. Máy nén trục vít bao gồm những chi tiết cơ bản như (hình 2-3): Vỏ máy, rotor, ổ tì, ổ lăn, bộ làm kín, … Trong phần chính giữa rotor là các trục vít, đây là những chi tiết quan trọng và phức tạp nhất của máy nén khí trục vít. Truyền chuyển động quay cho các trục vít nhờ các bánh răng lắp trên các đầu trục của rotor. Các trục vít của máy nén trục vít hiện đại là các bánh răng trụ nghiêng modul lớn đối với các profile chuyên dùng. Dạng răng của mổi vít trên tiết diện vuông góc với trục quay (tiết diện mặt đầu) được xây dựng bởi những đường cong đặc biệt, tạo nên profile răng. Profile của trục vít được thiết kế sao cho khi cặp vít quay các mặt răng trượt với nhau, về lý thuyết không có khe hở. Để khống chế khe hở hai mặt đầu và giữa các vít, người ta lắp cặp truyền bánh răng trên đầu trục vít, nó loại trừ khả năng kẹt của các trục vít. Khống chế khe hở giữa trục vít và vỏ theo hướng kính và hướng trục bằng các ổ tì và ổ lăn trục. Điền đầy trong các khe hở đó là khí ép khô, không có chất lỏng bôi trơn. Những năm gần đây phổ biến các loại máy nén trục vít có pha chất lỏng bôi trơn vào khí làm việc. Ở đây những máy này các trục vít có thể tiếp xúc với nhau theo mặt cạnh profile răng, và khi đó không cần cặp bánh răng trên đầu trục. Nhưng chú ý rằng kết cấu của máy nén trục vít không cho phép các vít tiếp xúc với vỏ (stator) của máy. Trên (hình 2-3) chỉ ra các mặt cắt sơ đồ kết cấu của máy nén trục vít. Vỏ 1 gồm có các khoang tiện tròn với đường tâm song song để đặt rotor. Các mặt tiện tròn này cắt nhau tạo thành hình số 8 theo tiết diện ngang. Các khoang tiện này tạo thành không gian chung mà một đầu thông với cửa hút hay buông hút, còn đầu kia thông với ống đẩy hay buồng đẩy. Cửa hút và cửa đẩy bố trí theo hướng chéo nhau, ống hút và ống đẩy cũng bố trí như vậy.

  Hình 3-1 Dạng cửa hút. a) Đối với biên dạng răng tròn, đối xứng.b) Đối với biên dạng răng không đối xứng. c) Cửa hút có dạng chữ W. Cửa hút có dạng hai cung tròn tiếp xúc nhau (dạng chữ W như hình 3-1c) nó bố trí phía trên mặt đầu của vít, đôi khi nằm trên đoạn đầu của mặt cạnh vít. Cửa đẩy bố trí trên mặt đầu đối diện của vít. Vỏ máy nén có khoang 10 để dẫn chất lỏng làm mát tuần hoàn. Nếu áp suất nén không cao, vỏ chỉ cần tạo gân để tăng bề mặt trao đổi nhiệt với dòng khí bên ngoài. Đối với máy nén khí có dầu hay máy nén khí có chất lỏng làm mát phun vào khí làm việc thì một lượng nhiệt trong máy nén được cuốn theo chất lỏng này. Những máy nén như vậy vỏ máy không có cơ cấu làm mát chuyên dùng. Máy nén khí trục vít trong công nghiệp có hai vít (rotor). Một trong chúng là vít chủ động 2 (hình 2-3) nối với động cơ. Nó có răng rộng, cong lồi. Vít còn lại 3 – bị động – răng dạng cong lõm và mỏng hơn. Mô men xoắn từ động cơ truyền trực tiếp hoặc qua bộ truyền trung gian (trường hợp có hộp giảm tốc) với vít chủ động, cặp bánh răng gắn trên đầu trục vít cũng truyền một phần mô men này. Cặp bánh răng 7 và 8 lắp trên đầu các trục vít làm đồng bộ chuyển động các trục vít và không cho phép các trục vít tiếp xúc với nhau. Cặp bánh răng này gọi là cặp bánh răng liên kết. Thường bánh răng lớn trong chúng lắp trên trục bị động, có mặt đầu răng là tròn, làm mặt chuẩn khi lắp ghép trục vít. Trên trục rotor còn lắp các chi tiết khác ví dụ như vòng chắn đầu, gân ổ tì, các chi tiết làm kín, ống hút, … Ổ đỡ 5 và 6 (hình 2-3) có thể là ổ trượt hay ổ lăn. Lực hướng trục tác dụng lên rotor được truyền tới ổ tì 4, ổ này cũng có thể là ổ trượt hay ổ lăn. Cọ xát trực tiếp với trục là các bộ phận làm kín 9. Số vòng quay của máy nén trục vít được coi là số vòng quay của trục chủ động. Trong sơ đồ máy nén khí trục vít hai trục, các đường tâm trục đặt song song với nhau, mổi vít có bước xoắn không đổi, tiết diện ngang lý thuyết cũng không thay đổi. Do đó tiết diện mặt đầu của các vít là sự ăn khớp của hai bánh răng có biên dạng chuyên dùng, sử dụng quy luật ăn khớp của các đường cong tiếp xúc. Do đó bước xoắn không đổi và tiết diện ngang không đổi, mà mặt cắt ngang trục tại mổi điểm khác nhau trên suốt chiều dài tâm trục có kích thước và biên dạng thống nhất, chỉ khác nhau về góc quay tương đối. Điều đó đơn giản hóa về lý thuyết biên dạng hóa và tính toán răng vít. Sơ đồ vít kép 4/6 cho phép trục vít to và có độ dài bền vững tương đối đều khi đường kính ngoài của chúng như nhau. Xét về khe hở nhỏ nhất cần thiết giữa vít và vỏ, độ cứng của trục cần như thế nào để độ uốn không vượt quá 0,25 lần khe hở giữa vít và vỏ. 3.1.2 Loại ba trục vít trở lên.
Hình 3-2 Sơ đồ máy nén khí trục vít ba trục. a) Một trục chủ động, b) Hai trục chủ động. Chúng ta bắt đầu từ cái chung nhất có trong kết cấu máy nén khí trục vít, hình ảnh phổ biến nhất của máy nén khí trục vít là hai trục vít, hoặc có thể ba hay lớn hơn số trục vít. Trong sơ đồ máy nén khí trục vít nhiều trục, hiệu quả của trục vít trung gian (giữa) nhỏ vì khó đảm bảo sự điền đầy trong khoang, không những thế tăng độ phức tạp kết cấu và khó khăn công nghệ chế tạo. Máy nén khí trục vít nhiều trục ít sử dụng trong thực tế, máy nén loại ba trục vít thường dùng làm động cơ khí nén trục vít. Loại máy nhiều trục vít có thể khác nhau về sơ đồ phân bố trục vít, cửa hút, cửa đẩy. Song, về hình học và kết cấu của vít không phụ thuộc vào số trục vít. Tiếp theo chúng ta sẽ khảo sát kết cấu máy nén khí trục vít hai trục vít, đang sử dụng nhiều trong thực tế. 3.2 Phân loại máy nén khí trục vít. Theo tài liệu [1] trang 93 ta có thể phân loại máy nén khí trục vít như sau: Việc chế tạo máy nén khí trục vít với tốc độ cao và việc sử dụng rộng rãi chúng trong các lĩnh vực công nghiệp và vận tải làm cho kết cấu máy nén khí trục vít rất đa dạng. Hiện nay trong sản xuất máy nén khí trục vít có thể chia ra làm hai nhóm:
Hình 3-3 Kết cấu máy nén khí kiểu khô. Máy nén khí kiểu khô (hình 3-3): Cho các loại khí nén không bẩn, không dầu hay không có hạt mài mòn chi tiết. Trong khoang làm việc của máy nén khí trục vít loại này không có chất lỏng để bôi trơn và làm mát, sư làm mát loại máy này nhờ.