Dmuchawy Roots: łopatki, koła zębate synchronizujące i konserwacja omawiają rotacyjną dmuchawę wyporową typu Roots, w której dwa zazębione wirniki z łopatkami, utrzymywane w tej samej fazie przez parę kół zębatych synchronizujących, zamykają i przenoszą gaz z wlotu do wylotu bez wewnętrznej kompresji.
To sprawia, że maszyna jest prosta, solidna i sucha w torze gazowym (bez oleju), ale jednocześnie określa tryby awarii, które zespoły muszą monitorować: zwiększanie luzów, zużycie kół zębatych synchronizujących, zużycie łożysk i nieszczelności uszczelek.
Dmuchawa Roots ma dwa wirniki, każdy z dwoma lub trzema łopatkami, pracujące w ciasno dopasowanej obudowie. Łopatki nigdy nie stykają się ze sobą ani z obudową.
Zamiast tego precyzyjne koła zębate synchronizujące na wale napędowym i biernym utrzymują dwa wirniki dokładnie w tej samej fazie, tak aby ich profile przechodziły obok siebie z małą, kontrolowaną szczeliną. Ponieważ to koła zębate przenoszą obciążenie fazujące, gaz procesowy pozostaje czysty: brak oleju, brak pierścienia tłokowego i brak ślizgu wewnątrz komory roboczej.
Napędzany jest tylko jeden wał; koła zębate synchronizujące przekazują ruch i utrzymują zależność kątową drugiego wirnika. Szczeliny umożliwiające to są niewielkie, zwykle ułamkiem milimetra między końcówkami łopatek, między łopatkami i na czołach wirników. Gdy te szczeliny powiększają się wskutek zużycia, odkształceń termicznych lub tarcia, wydajność spada, a drgania rosną.
W przeciwieństwie do śrubowych czy tłokowych maszyn, dmuchawa Roots nie zmniejsza objętości zamkniętego gazu w trakcie jego przemieszczania. Każda kieszonka gazu między łopatką a obudową jest przenoszona przy ciśnieniu wlotowym aż do osiągnięcia otworu wylotowego. W tym momencie wyższe ciśnienie gazu w linii wylotowej cofa się do kieszonki i wyrównuje je.
Ciśnienie zatem wzrasta zewnętrznie, na wylocie, a nie wewnątrz maszyny. Maszyna jest efektywnie o stałej objętości: przepływ jest głównie determinowany przez prędkość obrotową, a różnica ciśnień, którą może utrzymać, jest ograniczona przez nieszczelności oraz parametry napędu i obudowy.
Typowe maszyny jednostopniowe pracują przy różnicy ciśnień do około 1 bara (100 kPa) i są także szeroko stosowane jako podbijacze próżni.
Przeciek (slip) to wewnętrzne cofanie gazu przez szczeliny robocze z wylotu do wlotu. Jest to różnica między teoretyczną objętością przetaczaną a rzeczywistym dostarczonym przepływem. Przeciek rośnie wraz z różnicą ciśnień, temperaturą gazu, a przede wszystkim wraz ze wzrostem szczelin.
Nowa dmuchawa z małymi szczelinami ma niewielki przeciek; w miarę zużywania się końcówek łopatek, poluzowywania uszczelnień lub powiększania się szczeliny w wyniku tarcia, przeciek rośnie, dostarczany przepływ spada w tym samym tempie, a maszyna pracuje na gorąco, ponieważ gaz jest mieszany zamiast przemieszczany.
Śledzenie dostarczanego przepływu względem prędkości i różnicy ciśnień jest najczystszym wczesnym wskaźnikiem, że szczeliny się zwiększają.
Ponieważ gaz jest dostarczany w oddzielnych kieszonkach i gwałtownie wyrównywany na wylocie, dmuchawa Roots wytwarza silne pulsacje ciśnienia z częstotliwością mijania łopatek i jej harmonicznymi. Jeśli nie są one tłumione, objawia się to jako hałas powietrzny oraz dynamiczne obciążenia na rurociąg wylotowy, które mogą powodować zmęczenie wsporników, spawów i połączeń elastycznych.
Tłumiki wylotowe absorpcyjne lub reaktywne, prawidłowy dobór średnic rurociągów oraz tłumiki pulsacji utrzymują zarówno hałas, jak i naprężenia rurociągów pod kontrolą. Wirniki trzyłopatkowe i skręcone (helikalne) profile łopatek zmniejszają pulsacje w porównaniu z prostymi, dwułopatkowymi konstrukcjami.
Koła zębate synchronizujące i łożyska wału potrzebują oleju, ale tor gazowy musi pozostać suchy. Osiąga się to przez umieszczenie kół zębatych i łożysk w wypełnionych olejem obudowach końcowych, oddzielonych od komory roboczej uszczelnieniami wału, zwykle kombinacją uszczelnień labiryntowych oraz wargowych lub pierścieniowych (tłokowych), często z odpowietrzaną przestrzenią buforową między nimi.
Odpowietrzenie pozwala, aby ewentualne przecieki uszczelnień wydostawały się do atmosfery, a nie do gazu ani oleju. Obecność oleju w gazie na wylocie zatem wskazuje na uszkodzone uszczelnienie wewnętrzne, przepełnioną miskę olejową lub zatkane odpowietrzenie. Regularna analiza oleju wykrywa metale zużycia z kół zębatych i łożysk zanim doprowadzą do awarii.
| Pozycja konserwacyjna | Typowy objaw | Działanie |
|---|---|---|
| Szczeliny między łopatkami i na końcach wirników | Spadający przepływ, rosnący przeciek, stukanie przy kontakcie | Mierzyć szczelinomierzami, skorygować podkładki, sprawdzić odkształcenia wirnika i obudowy |
| Luz kół zębatych synchronizujących | Stukanie przy małym obciążeniu, metale zużycia w oleju | Pomiary luzu, wymiana zużytych kół zębatych, ponowne wyregulowanie fazowania wirników |
| Łożyska wału | Rosnąca wibracja i temperatura łożysk | Monitorować prędkość drgań zgodnie z ISO 20816, wymienić po pojawieniu się pierwszych objawów uszkodzenia |
| Uszczelnienia wału i odpowietrzenie | Olej w gazie procesowym, wysokie zużycie oleju | Wymienić uszczelnienia, udrożnić odpowietrzenie buforowe, skorygować poziom oleju |
| Olej smarujący | Wysoka temperatura w misce olejowej, obecność metali zużycia | Analiza oleju, wymiana zgodnie z harmonogramem, weryfikacja gatunku i ilości |
| Tłumik wylotowy i rurociągi | Nadmierny hałas, drgania rurociągów, pęknięcia | Skontrolować materiał tłumiący, serwisować tłumik pulsacji, sprawdzić podparcia |
| Zawór bezpieczeństwa | Wyłączenia z powodu nadciśnienia, przeciążenie silnika | Przetestować nastawę i szczelność; nigdy nie dław wylotu poniżej nastawy zaworu bezpieczeństwa |
Dmuchawa Roots dobrze reaguje na proste, zdyscyplinowane monitorowanie: dostarczany przepływ względem prędkości i różnicy ciśnień dla kontroli szczelin i przecieku, drgania łożysk i temperatura dla stanu mechanicznego oraz analiza oleju dla kół zębatych.
Ogólne drgania najlepiej oceniać według pasm nasilenia drgań ISO 10816-3, podczas gdy analiza widmowa przy częstotliwości zazębienia ujawnia wczesne zużycie kół zębatych synchronizujących. W napędach pasowych lub sprzęgłowych złe wyosiowanie sprzęgła powoduje dodatkowe obciążenie wału i łożysk, które może być mylone z zużyciem dmuchawy, więc wyklucz to jako pierwsze.
Rejestrowanie tych trendów względem godzin pracy w CMMS zamienia rozproszone pomiary w wyraźny sygnał konserwacyjny. Zarezerwuj demo Fabrico , aby zobaczyć, jak odczyty i zlecenia pracy łączą się ze sobą.
Wirniki przenoszą gaz przy ciśnieniu wlotowym bez zmniejszania jego objętości. Kompresja zachodzi dopiero w momencie otwarcia każdej kieszonki na wylot i cofnięcia się wyższego ciśnienia z linii wylotowej w celu wyrównania. Ciśnienie zatem narasta w układzie dolnym, a nie wewnątrz maszyny.
Przeciek to cofanie się gazu przez szczeliny robocze. Rośnie, gdy końcówki łopatek się zużywają, uszczelnienia poluzowują lub tarcie powiększa szczelinę; zwiększa się też przy większej różnicy ciśnień i wyższej temperaturze gazu. Klasycznym objawem jest spadający przepływ przy niezmienionej prędkości obrotowej.
Olej powinien pozostawać w uszczelnionych obudowach kół zębatych i łożysk. Dostaje się do gazu tylko przez uszkodzone uszczelnienie wewnętrzne wału, przepełnioną miskę olejową lub zatkane odpowietrzenie buforowe. Znalezienie oleju na wylocie oznacza konieczność inspekcji uszczelnień i drożności odpowietrzenia.
Sprawdzaj luz podczas zaplanowanych przeglądów i zawsze, gdy analiza oleju wykazuje rosnące metale zużycia lub gdy dmuchawa zaczyna stukać przy małym obciążeniu. Nadmierny luz pozwala wirnikom przesuwać się w fazie i zwiększa ryzyko kontaktu łopatka-do-łopatki.
Zaloguj
Blog
