Roots Blowers: Princíp činnosti, aplikácie a faktory výberu

Rootsove dúchadlá sú objemové stroje, ktoré zachytávajú pevný objem plynu a nútia ho od nasávania k vypúšťaniu, pričom poskytujú takmer konštantný prietok bez ohľadu na zmeny tlaku. Vynikajú v aplikáciách vyžadujúcich bezolejový vzduch pri zvyčajne nižších tlakoch 1 bar (g) a prietoky od 0,5 až viac ako 1000 m³/min . Tento stabilný výkon z nich robí preferovaný zdroj vzduchu na prevzdušňovanie odpadových vôd, pneumatickú dopravu, okysličovanie akvakultúry a odsírenie spalín.

Princíp činnosti objemových dúchadiel

Vo vnútri skrine sa dve obežné kolesá s číslom osem otáčajú v opačných smeroch bez toho, aby sa navzájom dotýkali alebo sa dotýkali krytu. Keď každý lalok prechádza vstupom, vytvorí sa plynová kapsa a zachytí sa medzi lalokom, stenou plášťa a koncovými doskami. Rotácia prenáša toto vrecko nezmenený v objeme na výtlačnú stranu, kde náhle vystavenie vyššiemu tlaku v systéme spôsobí rýchlu kompresiu – často nazývanú izochorická alebo externá kompresia. Nedochádza k žiadnej vnútornej kompresii; dúchadlo jednoducho posúva plyn proti výtlačnému tlaku, čo obmedzuje termodynamickú účinnosť, ale zaručuje bezolejovú prevádzku a jednoduchú konštrukciu.

Tento pracovný princíp vysvetľuje dve kritické charakteristiky: prietok je úmerný rýchlosti a výtlačný tlak je určený odporom systému po prúde. Rootsovo dúchadlo dodá svoj menovitý objem aj proti čiastočne uzavretému ventilu, ale absorbovaný výkon stúpa takmer lineárne s rozdielom tlaku. Pretlakovanie môže rýchlo preťažiť hnací motor, preto je poistný ventil povinným bezpečnostným prvkom.

Konfigurácie obežného kolesa Bi-Lobe a Tri-Lobe

Profil obežného kolesa priamo ovplyvňuje pulzáciu, hluk a objemovú účinnosť. Vytvárajú sa dvojlalokové rotory dva výbojové impulzy na otáčku , čo spôsobuje charakteristické nízkofrekvenčné zvlnenie tlaku. Generujú trojlalokové rotory tri menšie impulzy na otáčku , výrazne vyhladzuje prietok a znižuje hluk. Nižšie uvedená tabuľka porovnáva typické hodnoty.

V praxi dominujú v nových inštaláciách dúchadlá s tromi lopatkami, pretože spĺňajú prísnejšie predpisy pre hluk na pracovisku a znižujú únavu spôsobenú vibráciami na pripojenom potrubí. Dvojlalokové konštrukcie zostávajú ekonomickou voľbou pre veľké nízkotlakové aplikácie, kde tlmič dokáže primerane tlmiť pulzácie, ako je prevzdušňovanie rybníkov na vzdialených akvakultúrnych farmách.

Hranice výkonu a úvahy o účinnosti

Roots dúchadlá nie sú vysokotlakové stroje. Praktický maximálny jednostupňový nárast tlaku je okolo 1,0 bar (g) , a dvojstupňové jednotky môžu dosiahnuť približne 1,5 bar (g) . Za týmito limitmi nadmerne narastá vnútorný únik cez medzery a teploty na výstupe môžu prekročiť 140 °C riskujete tepelnú rozťažnosť, ktorá môže spôsobiť kontakt rotora.

Adiabatická účinnosť sa zvyčajne pohybuje od 55 % až 65 % pri najlepšom bode účinnosti, nižšej ako pri skrutkových kompresoroch. Je to priamy dôsledok externej kompresie: energia použitá na vytlačenie konštantného objemu plynu proti vyššiemu tlaku nie je úplne rekuperovaná. Plošina účinnosti je však veľmi plochá v širokom rozsahu prietoku a celkové náklady na vlastníctvo často uprednostňujú Rootsove dúchadlá, kde tlaky zostávajú nižšie. 0,8 bar (g) a procesné požiadavky 8 000 prevádzkových hodín ročne pri stabilných podmienkach.

Hlavné priemyselné aplikácie

• Čistenie odpadových vôd: privádzanie vzduchu do prevzdušňovacích nádrží. Typický 10 000 m³/deň obecný závod využíva dve 75 kW dodávanie dúchadiel 2 500 m³/h každý v 0,5 bar (g) do jemnobublinových difúzorov.
• Pneumatická doprava: preprava cementu, múky alebo plastových peliet v systémoch so zriedenou fázou, ktoré vyžadujú nepretržitý vzduch bez oleja pri 0,4 – 0,8 bar (g) .
• Akvakultúra: okysličenie rybníkov s krevetami a obehových dráh rýb, často s trojlaločnými jednotkami 24/7 pri nízkom tlaku.
• Odsírenie spalín: poskytovanie oxidačného vzduchu na premenu siričitanu na sadru v mokrých práčkach, čo je náročné prostredie, ktoré ťaží z jednoduchej a robustnej konštrukcie dúchadla.
• Vákuová služba: keď je vstup pripojený k uzavretému systému, ten istý stroj funguje ako suché vákuové čerpadlo a dosahuje hrubé úrovne vákua až do 200 mbar (abs) .

Kritériá výberu pre balík Roots Blower

Výber správneho dúchadla vyžaduje prispôsobenie krivky systému a vyhodnotenie podmienok na mieste. Zvážte tieto faktory v poradí:

1. Požadovaný objemový prietok pri skutočných podmienkach na vstupe, nie štandardných podmienkach. Vo vyšších nadmorských výškach môže byť potrebné fyzicky väčšie dúchadlo na kompenzáciu nižšej hustoty vzduchu.
2. Maximálny povolený výtlačný tlak. Ak procesný tlak prekročí 1,0 bar (g) mala by sa posúdiť dvojstupňová jednotka alebo alternatívna technológia.
3. Zloženie plynu a kontaminanty. Rootsove dúchadlá zvládajú vzduch, bioplyn a inertné plyny, ale korozívne zložky vyžadujú vnútorné časti z nehrdzavejúcej ocele alebo špeciálne nátery.
4. Obmedzenia hluku. Tri-lalokové pakety s tlmičmi na vstupe/výstupe a akustickými krytmi sa môžu stretnúť 70 dB(A) na jeden meter, čo je rozhodujúce pre vnútorné alebo mestské inštalácie.
5. Pracovný cyklus a teplota okolia. Nepretržitá prevádzka pri vysokej okolitej teplote môže vyžadovať externé chladiče oleja alebo vodou chladené kryty, aby sa teplota na výtlaku udržala pod úrovňou 120 °C .
6. Celkové náklady na vlastníctvo. Jednoduchá konštrukcia dúchadla udržuje nízke náklady na náhradné diely a údržbu, ale zvyčajne dominuje spotreba energie za obdobie 10 rokov; preto by sa mala starostlivo kontrolovať účinnosť v aktuálnom prevádzkovom bode, nielen v bode najlepšej účinnosti.

Postupy údržby, ktoré predlžujú životnosť

Roots dúchadlá sú cenené pre ich minimálnu údržbu, no niekoľko cielených činností zabraňuje neplánovaným prestojom. Ozubené kolesá a ložiská sú mazané rozstrekovaním alebo tukom; výmena oleja každý 2 000 prevádzkových hodín alebo podla rozboru oleja je standard. Vzduchové filtre sa musia kontrolovať mesačne v prašnom prostredí – upchaté filtre zvyšujú pokles tlaku, znižujú prietok a zvyšujú zaťaženie motora. Labyrintové alebo okrajové tesnenia, ktoré oddeľujú olejovú komoru od kompresnej komory, sú opotrebované; keď sa počas štvrťročných kontrol zistí netesnosť tesnenia, mali by sa okamžite vymeniť, aby sa zabránilo kontaminácii procesného vzduchu olejom.

Vôle rotora sú z výroby nastavené s toleranciami chodu za studena 0,1–0,5 mm v závislosti od veľkosti rotora. Tieto by sa nikdy nemali upravovať v teréne bez pokynov výrobcu. Namiesto toho sledovanie teploty výboja a počúvanie akéhokoľvek rytmického zvuku kontaktu poskytuje včasné varovanie pred opotrebovaním ložísk alebo nadmerným tepelným nárastom. Pri správnej starostlivosti Rootsov ventilátor bežne dosahuje 40 000 – 60 000 prevádzkových hodín medzi generálnymi opravami.