Como equipo típico de transporte volumétrico de gas, las características de funcionamiento del soplante Roots se derivan de su estructura de diseño única (que consta de dos rotores de tres o dos álabes que giran sincrónicamente en sentido opuesto dentro del cilindro). A continuación se ofrece un análisis detallado de sus características operativas desde las dimensiones del principio de funcionamiento, los parámetros de rendimiento, la estabilidad operativa, los requisitos de mantenimiento y los escenarios de aplicación típicos:
1、 Características de funcionamiento del núcleo
- Transmisión forzada de gas con caudal constante
Principio: Se forma un pequeño espacio (normalmente de 0,1-0,5 mm) entre el rotor y el cilindro, y entre los rotores. El gas es empujado a la fuerza desde el orificio de admisión al de escape por los dientes del rotor. El caudal sólo está relacionado con la velocidad y las dimensiones geométricas, y es independiente de la presión de salida.
Rendimiento:
Cuando la velocidad es constante y la resistencia del sistema es estable, el caudal apenas varía con la presión (cuando la presión fluctúa ± 10%, el caudal fluctúa menos de ± 1%).
Adecuado para situaciones que requieren un suministro constante de gas, como la aireación del tratamiento de aguas residuales y el transporte neumático.
Comparación: El caudal de un ventilador centrífugo disminuye al aumentar la presión (la curva de presión de volumen de aire muestra una tendencia decreciente), mientras que la curva de presión de caudal de un ventilador Roots es una línea recta horizontal. - Diseño de compresión externa, relación de presión limitada
Principio: La compresión de gas se basa en el retorno de gas a alta presión desde el orificio de escape a los dientes del rotor, formando una "compresión de contrapresión", en lugar de que el rotor realice directamente trabajo sobre el gas.
Rendimiento:
Baja relación de presión de una etapa: normalmente ≤ 1,7 (presión de salida ≤ 1,5 veces la presión de entrada), con un máximo de sólo 2,1.
Dificultad en la conexión en serie de varias etapas: Se requiere un sellado preciso entre las etapas, de lo contrario las fugas de gas provocarán una caída repentina de la eficiencia (la relación de presión real de varias etapas suele ser inferior a 3,5).
Comparación: Los compresores de tornillo están diseñados para la compresión interna, con una relación de presión de una sola etapa de hasta 3-5; Compresor centrífugo relación de presión de una sola etapa>2, conexión en serie de varias etapas puede llegar a más de 50. - Sin proceso de compresión interna, alta temperatura de escape
Principio: El gas no se comprime en la ranura del rotor y sólo es comprimido instantáneamente por el gas a alta presión en el orificio de escape, lo que provoca una compresión adiabática y un aumento de la temperatura.
Rendimiento:
La temperatura de escape suele ser entre 50 y 80 ℃ superior a la de admisión (por ejemplo, cuando la temperatura de admisión es de 20 ℃, la de escape puede alcanzar los 70-100 ℃).
Si la temperatura de admisión es demasiado alta (>40 ℃) o la presión fluctúa mucho, la temperatura de escape puede superar los 150 ℃, acelerando la oxidación del aceite lubricante.
Medidas de respuesta: Debe configurarse un sistema de refrigeración (por ejemplo, refrigerado por aire o por agua) o seleccionarse un aceite lubricante resistente a altas temperaturas. - Estanqueidad, diseño con o sin microaceite
Principio: El rotor y el cilindro se basan en una pequeña separación para lograr la estanqueidad, por lo que necesitan aceite lubricante para reducir el desgaste y formar una película de aceite de estanqueidad.
Rendimiento:
Micro lubricación por aceite: El aceite lubricante se descarga con gas (con un contenido de aceite de aproximadamente 3-10 mg/m ³), y se requiere un dispositivo de separación de aceite posterior.
Diseño sin aceite: utilizando materiales autolubricantes (como anillos de carbono, cerámica) o funcionamiento en seco, pero con un coste elevado y una vida útil corta.
Comparación: Los compresores de tornillo consiguen un rendimiento exento de aceite mediante el sellado de la película de aceite (lo que requiere un control preciso del circuito de aceite), mientras que los ventiladores centrífugos no necesitan que el aceite lubricante entre en contacto con el gas.
2、 Características de los parámetros de rendimiento - Caudal
Valor típico: 0,5-500 m ³/min (modelos pequeños a grandes).
Limitación: Cuando el caudal es ultrabajo (<0,5 m ³/min), las dimensiones geométricas del rotor son demasiado pequeñas, lo que dificulta el proceso y reduce la eficiencia. - Rango de presión
Valor típico: 9,8-196 kPa (presión manométrica, es decir, 0,1-2,0 bar).
Límite: La presión máxima de salida de una sola etapa es de unos 200 kPa, superando la cual es necesario conectar varias etapas en serie (pero en aplicaciones prácticas, la relación de presión de varias etapas suele ser inferior a 3,5). - Características de eficiencia
Rendimiento máximo: unos 65-75% (inferior a los 75-85% de los compresores de tornillo y a los 80-90% de los compresores centrífugos).
Curva de eficiencia: La eficiencia es relativamente alta cerca de las condiciones nominales de funcionamiento, pero disminuye significativamente cuando se desvía del punto de diseño (como cambios de caudal o presión>± 20%). - Velocidad
Valor típico: 300-3000 rpm (los modelos pequeños de alta velocidad pueden alcanzar hasta 5000 rpm).
Limitaciones: A bajas velocidades (<50% velocidad nominal), el reflujo de gas puede causar una caída repentina de la eficiencia; A altas velocidades, la fuerza de inercia del rotor aumenta, y la vibración y el ruido se intensifican.
3、 Características de la estabilidad operativa - Gran resistencia a las fluctuaciones de carga
Rendimiento: Cuando se produce un cambio repentino en la resistencia del sistema (como el bloqueo de una tubería o el cierre de una válvula), el soplante Roots puede evitar la parada inmediata funcionando bajo sobrecarga a corto plazo (permitiendo una sobrepresión a corto plazo de 10-20%).
Comparación: Los ventiladores centrífugos son propensos a las sobretensiones (fluctuaciones rápidas del caudal) durante los cambios bruscos de carga y requieren sistemas de control antisobretensiones. - Sensible a las condiciones de admisión
Polvo: Cuando el contenido de polvo de admisión es superior a 50 mg/m ³, el polvo desgastará el rotor y el cilindro, acortando su vida útil.
Humedad: Los gases de alta humedad pueden provocar la emulsificación del aceite lubricante, por lo que es necesario configurar un separador de agua y gas.
Corrosividad: Cuando contenga gases corrosivos (como Cl ₂, H ₂ S), deben seleccionarse materiales resistentes a la corrosión (como acero inoxidable, aleación Hastelloy). - Vibraciones y ruido
Vibraciones: Un mal equilibrio dinámico del rotor o una holgura desigual pueden causar vibraciones, por lo que es necesario calibrar periódicamente el equilibrio dinámico.
Ruido: El nivel de ruido típico es de 85-95 dB (A), principalmente por el engranaje del rotor y el reflujo de gas, lo que requiere la instalación de silenciadores y cubiertas insonorizadas.
4、 Características de mantenimiento y vida útil - Ciclo de mantenimiento
Sustitución del aceite lubricante: Cada 2000-5000 horas (dependiendo de las condiciones de funcionamiento), es necesario comprobar la calidad del aceite (índice de acidez, viscosidad).
Sustitución de los cojinetes: Cada 10000-20000 horas (rodamientos), los rodamientos deslizantes tienen una vida útil más larga pero requieren un mantenimiento más preciso.
Ajuste de la separación: Compruebe la separación del rotor cada 5000-10000 horas. Si el desgaste supera el límite, es necesario devolver el rotor a la fábrica para su reparación o sustitución. - Vida útil típica
Vida útil de toda la máquina: 10-15 años (con un buen mantenimiento), pero la vida útil de los componentes clave, como rotores y cojinetes, suele ser de 5-8 años.
Factores que afectan a la esperanza de vida:
Temperatura de funcionamiento (50% de reducción de la vida útil por cada 10 ℃ de aumento);
Cuando la concentración de polvo supera los 100 mg/m³, la vida útil se reduce a la mitad;
Calidad del aceite lubricante (un aceite de mala calidad provoca un desgaste acelerado).
