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

1. Tên đề tài.
KHẢO SÁT VÀ THIẾT KẾ MÁY NÉN KHÍ TRỤC VÍT
2. 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 [m
3
/ph] 0,75 [m
3
/ph] 0,55 [m
3
/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 [
o
C] 20 [
o
C] 20 [
o
C]
Nhiệt độ cửa đẩy (chọn sơ
bộ)
200 [
o
C] 200 [
o
C] 200 [
o
C]

3. Nội dung các phần thuyết minh tính toán:
1. Ý nghĩa kinh tế, kỹ thuật của máy nén khí trục vít.
2. Giới thiệu về các loại máy nén khí kiểu rotor.
2.1Máy thổi khí kiểu roots.
2.2Máy nén rotor cánh gạt.
2.3Máy nén khí trục vít.
3. Khảo sát máy nén khí trục vít.
3.1Sơ đồ kết cấu máy nén khí trục vít.
3.2Phân loại máy nén khí trục vít.
3.3Kết cấu và phân loại biên dạng răng vít.
3.4Kết cấu vỏ máy nén khí trục vít.
3.5Dạng cửa hút và cửa đẩy máy nén khí trục vít.
3.6Kết cấu ổ trục máy nén khí trục vít.
3.7Kết cấu vòng làm kín máy nén khí trục vít.
3.8Các đường đặc tính của máy nén khí trục vít.
3.9So sánh tính kinh tế kỹ thuật của máy nén khí trục vít với các
loại máy nén khí khác.
3.10 Phạm vi sử dụng máy nén khí trục vít.
4. Cơ sở lý thuyết để tính toán và thiết kế máy nén khí trục vít.
4.1Tính chất của không khí.
4.2Các thông số hình học của trục vít.
4.3Sự hình thành biên dạng của Rotor máy nén trục vít.
4.4Tối ưu hóa quá trình thiết kế.
4.5Lực tác dụng lên trục vít.
4.6Đặc tính của máy nén khí trục vít.
4.7Phân tích nhiệt của máy nén khí trục vít.
4.8Phun dầu và sự trao đổi nhiệt.
4.9Lưu lượng và sự rò rỉ.
5. Tính toán thiết kế máy nén khí trục vít.
5.1Tính kích thước cơ bản của máy nén khí trục vít.

5.2Tính toán và chọn biên dạng răng trục vít.
5.3Xác định số vòng quay cần thiết.
5.4Xác định công suất cần thiết.
5.5Xác định nhiệt độ cửa thải.
5.6Xác định nhiệt lượng tỏa ra và lưu lượng dầu cần thiết phun vào
để trao đổi nhiệt.
5.7Chọn các khe hở giữa và tính lưu lượng rò rỉ qua các khe hở của
máy nén khí trục vít.
5.8Tính chọn động cơ điện.
6. Tính bền các chi tiết của máy nén khí trục vít.
6.1Xác định kích thước trục để lắp ổ lăn trên trục vít chủ động.
6.2Tính bền trục vít.
7. Hướng dẫn sử dụng.
7.1Vận hành máy nén khí trục vít.
7.2Bảo trì máy nén khí trục vít.
4. Các bản vẽ.
1. Bản vẽ lắp máy nén khí trục vít.
2. Bản vẽ biên dạng răng trục vít.
3. Đồ thị và đường đặc tính của máy nén khí trục vít.
4. Đồ thị quá trình nén thực tế của máy nén khí trục vít.
5. Lực tác dụng lên trục vít và biểu đồ nội lực.
6. Bản vẽ chế tạo trục vít chủ động.
7. Bản vẽ khai triển biên dạng trục vít chủ động.
8. Bản vẽ chế tạo trục vít bị động.
9. Bản vẽ khai triển biên dạng trục vít bị động.
10.Bản vẽ động cơ điện Yb2-132S2-2.
11.Sơ đồ tách dầu ra khỏi không khí.
12.Bản vẽ bố trí chung động cơ và máy nén.
5. Cán bộ hướng dẫn:
TS. Huỳnh Văn Hoàng.

6. Ngày giao nhiệm vụ : 23/2/2009.
7. 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.
C
p
Nhiệt dung riêng đẵng áp.
C
v
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.
λ Tỉ số kích thước trục vít.
i Tỉ số truyền.
d
w
Đường kính vòng chia.
C Khoảng cách giữa hai trục vít.

r
1w
Bán kính vòng chia trục chủ
động.
r
2w
Bán kính vòng chia trục chủ
động.
ψ Góc nghiêng của răng vít.
h
1
Bước xoắn trục vít chủ động.
h
2
Bước xoắn trục vít bị động.
ϕ Góc xoắn.
r Chiều cao răng.
R Bán kính trục vít.
Q
lt
Lưu lượng lý thuyết.
n Số vòng quay.
Q
1
Lưu lượng khí nạp.
p
1
Áp suất khí nạp.
N
k

Công suất đoạn nhiệt.
η
k
Hiệu suất đoạn nhiệt.
N
s
Công suất tại trục vít chủ động.
η
t
Hiệu suất làm tăng nhiệt độ.
t
c
Nhiệt độ tại cửa thải.
V
1
Thể tích khí nạp.
S
m
Diện tích mặt cắt trục vít chủ
động.
S
fm
Diện tích mặt cắt trục vít bị
động.
M
1
Khối lượng khí nạp.
ρ
1
Khối lượng riêng khí nạp.

n
m
Số đầu mối răng vít trên trục vít
chủ động.
n
max
Tốc độ quay cực đại của trục vít
chủ động.
m
1
Khối lượng khí nạp trong một
đơn vị thời gian.
Q Nhiệt lượng trao đổi.
i Enthapy.
F Diện tích truyền nhiệt.
Q
ξ
Tổn thất nhiệt ra môi trường
xung quanh.
C
p1
Nhiệt dung riêng của không khí
nạp đẵng áp.
C
2
Nhiệt dung riêng của dầu.
m
2
Khối lượng dầu phun trong một
đơn vị thời gian.

φ Tỉ lệ giữa khí nạp và lượng dầu
phun vào.
ρ
2
Khối lượng riêng của dầu.
Q
2t
Lưu lượng thể tích dầu phun
vào.
π
0
Tỉ số áp suất dầu phun và khí
nạp.
p
o2
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.
D
fL
*
Hệ số tổn thất.
A Diện tích khe hỡ.

m Lưu lượng rò rỉ trong một đơn vị
thời gian.
N
đc
Công suất động cơ.
η Hiệu suất tổn thất tổng cộng
trong bô truyền.
N
1
Công suất lớn nhất của động cơ
điện.
n
1
Số vòng quay lớn nhất của động
cơ điện.
D
1
Đường kính bánh đai chủ động.
D
2
Đường kính bánh đai bị động.
ξ Hệ số trượt.
L
min
Chiều dài tối thiểu của đai.
α
1
Góc ôm của bánh chủ động.
α
2

Góc ôm của bánh bị động.
[σ
p
]
o
Ứng suất có ích cho phép.
C
t
Hệ số xét đến ảnh hưởng của chế
độ tải trọng.
C
α
Hệ số xét đến ảnh hưởng của góc
ôm.
C
v
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.
h
0
Khoảng cách từ đỉnh bánh đai
đến tâm của dây đai.
D
n1
Đường kính ngoài của bánh đai

chủ động.
D
n2
Đường kính ngoài của bánh đai
bị động.
S
0
Lực căng ban đầu của dây đai.
σ
o
Ứng suất ban đầu.
F Diện tích của một đai.
R Lực căng dây đai tác dụng lên
trục vít chủ động.
N
max
Tải trọng áp suất lớn nhất.
F
t
Lực tiếp tuyến.
F
a
Lực dọc trục.
F
r
Lực hướng kính.
Chỉ số p là do áp suất gây ra.
Chỉ số 1 trục chủ động.
Chỉ số 2 Trục bị động.
M

1x
Mô men xoắn tác trên trục vít
chủ động.
α
n
Góc ăn khớp.
d Đường kính trục tại vị trí lắp ổ
lăn.
[τ]
x
Ứng suất xoắn cho phép.
d
b
Đường kính trong ổ lăn.
B
b
Bề rộng ổ lăn.
d
s
Đường kính trong đệm làm kín.
B
s
Bề rộng của đệm làm kín.
M
u
Mô mem uốn.
M
td
Mô men tương đương.
[σ

b
] Ứng suất bền cho phép.
C
or
Tải trọng tĩnh.
E Mô đun đàn hồi của vật liệu.
y Khoảng cách từ thớ đang xét đến
thớ trung hòa.
ρ 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.
τ 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.
a) 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 mH
2
O. Khi
cột áp lớn hơn 3mH
2
O, 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
c)
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.
1- 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.
a. Thổi khí nén hoặc không khí qua vỏ máy.
b. Làm mát vỏ bằng nước hay dầu, làm mát trục vít bằng nước, dầu hay chất
lỏng khác.
Hình 3-4 Kết cấu máy nén khí kiểu ướt.
2- Máy nén kiểu ướt (hình 3-4): Làm việc có sự phun chất lỏng vào khoang
nén máy nén khí trục vít, tại đây khí và chất lỏng được trộn đều.
Phụ thuộc vào khối lượng và tính chất của chất lỏng phun vào, có thể chia loại
máy này thành hai loại:
a. Máy chỉ phun vào một lượng không lớn chất lỏng để làm mát và làm kín
máy nén khí trục vít.
b. Máy được phun vào một lượng đáng kể chất lỏng bôi trơn đồng thời làm
mát và làm kín máy nén khí, gọi là máy nén khí dầu.
3.3 Kết cấu và phân loại biên dạng răng vít.
3.3.1 Kết cấu biên dạng răng vít.
Theo tài liệu [1] trang 95 có những khái nhiệm kết cấu biên dạng răng vít như
sau:
Biên dạng răng vít cần như thế nào để cho đường ăn khớp của vít – đường tiếp
xúc của các vít khi chúng cọ sát với nhau – luôn liên tục từ điểm đầu (trên buồng
hút) đến điểm cuối (trên buồng đẩy).
Mổi biên dạng đều có tính năng kỹ thuật của nó. Như biên dạng răng thân khai,
thường sử dụng trong bộ truyền bánh răng lớn, không đảm bảo tính liên tục của
đường tiếp xúc, còn trong máy nén khí trục vít hiện tượng đứt quãng đường tiếp xúc
không cho phép, vì khi đó sẽ thông buồng hút với buồng đẩy.
Vì vậy, yêu cầu đầu tiên đối với biên dạng răng vít là đảm bảo tính liên tục của
đường tiếp xúc.

Yêu cầu thứ hai là đảm bảo độ kín hướng trục của các cặp khoang làm việc.
Thực hiện điều đó tức là thực hiện việc cách ly chắc chắn buồng nén với buồng có
áp suất thấp hơn nằm ở khoang kế tiếp. Yêu cầu thứ hai này thường không được
thực hiện hoàn toàn bởi giữa các cặp khoang kế tiếp có lỗ nối giữa chúng. Trường
hợp như vậy lỗ này không được phép lớn.
Trong máy nén khí trục vít người ta chỉ sử dụng một số loại biên dạng răng
đảm bảo được yêu cầu thứ nhất và mức độ nào đó đảm bảo yêu cầu thứ hai.
Các loại biên dạng răng mặt đầu trục vít thường sử dụng là:
1- Biên dạng Trokhoit là dạng gần giống với Epixicloid và Hypoxicloid. Nó
có thể gọi chung là Xicloid. Sử dụng biên dạng Xicloid cho một nữa biên dạng răng
tính theo đường trục đối xứng hướng kính. Nó có thể đảm bảo chặt chẽ về lý thuyết
yêu cầu thứ hai: Độ kín hướng trục.
2- Biên dạng tròn, tâm của vòng tròn biên dạng chạy trên vòng xoắn vít – Biên
dạng sao.
Biên dạng Elipse với trục lớn Elipse nằm theo phương hướng kính hoặc cũng
có thể theo hướng vuông góc với nó.
Phải hiểu rằng quy luật ăn khớp của các biên dạng tiếp xúc không cho phép
tiếp xúc với một biên dạng nào đó với một đoạn chân răng kia. Bởi vậy hiện nay
biên dạng răng của máy trục vít là tổng hợp của các biên dạng khác nhau thành một
biên dạng phù hợp, loại trừ biên dạng Xicloit.
Với chức năng đã nói ở trên, người ta xây dựng đoạn biên dạng thể hiện tính
chất ăn khớp của răng, hay rộng hơn tính chất của máy trục vít.
Để tăng cường cho tính chất này hay tính chất khác theo hướng mong muốn,
người ta làm răng vít có dạng không đối xứng theo trục hướng kính và sử dụng các
đoạn đường cong biên dạng khác nhau.