Roots Blowers: toimintaperiaate, sovellukset ja valintatekijät

Roots puhaltimet ovat syrjäytyskoneita, jotka vangitsevat kiinteän määrän kaasua ja pakottavat sen imupaikasta poistoon ja tuottavat lähes tasaisen virtauksen paineen vaihteluista riippumatta. Ne ovat erinomaiset sovelluksissa, joissa vaaditaan öljytöntä ilmaa tyypillisesti alle paineilla 1 baari (g) ja virtausnopeudet alkaen 0,5 - yli 1 000 m³/min . Tämä vakaa teho tekee niistä ensisijaisen ilmanlähteen jäteveden ilmastukseen, pneumaattiseen kuljetukseen, vesiviljelyn hapetukseen ja savukaasujen rikinpoistoon.

Positiivisten puhaltimien toimintaperiaate

Kotelon sisällä kaksi kahdeksasta juoksupyörää pyörivät vastakkaisiin suuntiin koskettamatta toisiaan tai koteloa. Kun jokainen keila ohittaa sisääntulon, muodostuu kaasutasku, joka jää loukkuun keilan, kotelon seinämän ja päätylevyjen väliin. Pyöriminen kuljettaa tämän taskun tilavuudeltaan muuttumattomana poistopuolelle, jossa äkillinen altistuminen korkeammalle järjestelmän paineelle aiheuttaa nopean puristuksen, jota kutsutaan usein isokoriseksi tai ulkoiseksi puristukseksi. Sisäistä pakkausta ei tapahdu; puhallin yksinkertaisesti siirtää kaasua poistopainetta vastaan, mikä rajoittaa termodynaamista tehokkuutta, mutta takaa öljyttömän toiminnan ja yksinkertaisen rakenteen.

Tämä toimintaperiaate selittää kaksi kriittistä ominaisuutta: virtaus on verrannollinen nopeuteen ja poistopaineen määrää alavirran järjestelmän vastus. Roots-puhallin antaa nimellistilavuutensa myös osittain suljettua venttiiliä vasten, mutta absorboitunut teho nousee lähes lineaarisesti paine-eron myötä. Ylipaineistus voi nopeasti ylikuormittaa käyttömoottoria, joten paineenalennusventtiili on pakollinen turvakomponentti.

Bi-Lobe- ja Tri-Lobe-siipipyöräkokoonpanot

Juoksupyörän profiili vaikuttaa suoraan pulsaatioon, meluon ja volyymitehokkuuteen. Kaksilohkoiset roottorit luovat kaksi purkauspulssia per kierros aiheuttaen tyypillisen matalataajuisen paineen aaltoilun. Kolmilohkoiset roottorit tuottavat kolme pienempää pulssia per kierros , tasoittaa merkittävästi virtausta ja vähentää melua. Alla olevassa taulukossa verrataan tyypillisiä arvoja.

Käytännössä kolmilohkopuhaltimet hallitsevat uusia asennuksia, koska ne täyttävät tiukemmat työpaikan melumääräykset ja vähentävät tärinän aiheuttamaa väsymystä liitetyissä kanavissa. Kaksilohkomallit ovat edelleen taloudellinen valinta suuriin, matalapaineisiin sovelluksiin, joissa äänenvaimennin voi riittävästi vaimentaa pulsaatiota, kuten lammen ilmastusta etäisillä vesiviljelytiloilla.

Suorituskyvyn rajat ja tehokkuusnäkökohdat

Roots-puhaltimet eivät ole korkeapainekoneita. Käytännön suurin yksivaiheinen paineen nousu on noin 1,0 bar (g) , ja kaksivaiheiset yksiköt voivat ulottua noin 1,5 baaria (g) . Näiden rajojen ulkopuolella sisäinen vuoto välysrakojen yli kasvaa liikaa ja poistolämpötilat voivat ylittää 140 °C , vaarana on lämpölaajeneminen, joka voi aiheuttaa roottorin kosketuksen.

Adiabaattinen tehokkuus vaihtelee tyypillisesti 55 % - 65 % parhaalla hyötysuhteella, alhaisempi kuin ruuvikompressorit. Tämä on suora seuraus ulkoisesta puristamisesta: energiaa, jota käytetään pakottamaan vakiotilavuus kaasua korkeampaa painetta vastaan, ei saada täysin talteen. Hyötytasanne on kuitenkin erittäin tasainen laajalla virtausalueella, ja kokonaisomistuskustannukset suosivat usein Roots-puhaltimia, joissa paineet jäävät alle. 0,8 bar (g) ja prosessi vaatii 8000 käyttötuntia vuodessa vakaissa olosuhteissa.

Teollisuuden ydinsovellukset

• Jäteveden käsittely: ilman syöttäminen ilmastusaltaisiin. Tyypillinen 10 000 m³/päivä kunnallinen laitos käyttää kahta 75 kW puhaltimet toimittavat 2500 m³/h kukin klo 0,5 bar (g) hienokuplahajottimiin.
• Pneumaattinen kuljetus: sementin, jauhon tai muovipellettien kuljettaminen laimeafaasijärjestelmissä, jotka vaativat jatkuvaa, öljytöntä ilmaa 0,4–0,8 bar(g) .
• Vesiviljely: hapettavat katkarapulammet ja kalaradat, joissa on usein kolmilohkoyksiköitä käynnissä 24/7 alhaisella paineella.
• Savukaasujen rikinpoisto: hapetusilman tuottaminen sulfiitin muuttamiseksi kipsiksi märkäpesureissa, vaativassa ympäristössä, joka hyötyy puhaltimen yksinkertaisesta ja vankasta rakenteesta.
• Tyhjiöpalvelu: kun imu on kytketty suljettuun järjestelmään, sama kone toimii kuivatyhjiöpumppuna ja saavuttaa karkeita alipainetasoja aina 200 mbar (abs) .

Roots-puhallinpaketin valintakriteerit

Oikean puhaltimen valinta edellyttää järjestelmäkäyrän sovittamista ja paikan olosuhteiden arviointia. Harkitse näitä tekijöitä järjestyksessä:

1. Vaadittu tilavuusvirtaus todellisissa sisääntuloolosuhteissa, ei vakioolosuhteissa. Suuremmilla korkeuksilla saatetaan tarvita fyysisesti suurempaa puhallinta kompensoimaan pienempää ilmantiheyttä.
2. Suurin sallittu purkauspaine. Jos prosessipaine ylittää 1,0 bar (g) , kaksivaiheinen yksikkö tai vaihtoehtoinen tekniikka on arvioitava.
3. Kaasun koostumus ja epäpuhtaudet. Roots-puhaltimet käsittelevät ilmaa, biokaasua ja inerttejä kaasuja, mutta syövyttävät aineosat vaativat ruostumattomasta teräksestä valmistettuja sisäosia tai erikoispinnoitteita.
4. Melurajoitukset. Tri-lobe-paketit, joissa on sisään- ja ulostuloäänenvaimentimet ja akustiset kotelot, voivat kohdata 70 dB(A) yksi metri, kriittinen sisä- tai kaupunkiasennuksissa.
5. Käyttösuhde ja ympäristön lämpötila. Jatkuva käyttö korkeassa ympäristön lämmössä saattaa vaatia ulkoisia öljynjäähdyttimiä tai vesijäähdytteisiä koteloita, jotta poistolämpötilat pysyvät alle 120 °C .
6. Omistuskustannukset yhteensä. Puhaltimen yksinkertainen rakenne pitää varaosat ja huoltokustannukset alhaisina, mutta energiankulutus 10 vuoden ajanjaksolla on yleensä hallitseva; siksi tehokkuus varsinaisessa toimintapisteessä, ei vain parhaan hyötysuhteen pisteessä, on tarkistettava huolellisesti.

Käyttöikää pidentävät huoltokäytännöt

Roots-puhaltimet arvostetaan niiden vähäisestä huollosta, mutta muutamalla kohdistetulla toimenpiteellä estetään suunnittelemattomat seisokit. Jakopyörät ja laakerit ovat roiskevoideltuja tai rasvapakkattuja; öljyjen vaihto joka 2000 käyttötuntia tai öljyanalyysin mukaan vakiona. Ilmansuodattimet on tarkastettava kuukausittain pölyisissä ympäristöissä – tukkeutuneet suodattimet lisäävät painehäviötä, vähentävät virtausta ja lisäävät moottorin kuormitusta. Labyrintti- tai huulitiivisteet, jotka erottavat öljykammion puristuskammiosta, ovat kuluvia esineitä; Kun tiivistevuoto havaitaan neljännesvuosittaisissa tarkastuksissa, ne on vaihdettava välittömästi prosessi-ilman öljysaastumisen välttämiseksi.

Roottorin välykset on asetettu tehtaalla kylmäkäyntitoleransseilla 0,1-0,5 mm , riippuen roottorin koosta. Näitä ei saa koskaan säätää kentällä ilman valmistajan ohjeita. Sen sijaan purkauslämpötilan suuntaaminen ja rytmisen kosketusäänen kuunteleminen varoittaa varhaisessa vaiheessa laakerien kulumisesta tai liiallisesta lämmön kasvusta. Asianmukaisella hoidolla Roots-puhallin saavuttaa rutiininomaisesti 40 000–60 000 käyttötuntia isojen remonttien välillä.