Đánh giá tại hiện trường về quá nhiệt bơm Roots thường bị quy về “công suất động cơ không đủ”, nhưng bơm Roots (bơm tăng áp cơ khí) có rôto và khoang bơm làm việc không tiếp xúc, không nén khí mà chỉ chuyển khí từ phía áp thấp sang phía áp cao; nguồn nhiệt là công do chênh áp tạo ra. Kiểm tra theo hướng này, bốn nguyên nhân bao trùm phần lớn trường hợp: chênh áp quá lớn, sai thời điểm khởi động, làm mát và tản nhiệt không đủ, bôi trơn và khe hở bất thường.
1. Chênh áp quá lớn: nhiệt do chênh áp tạo ra
Bơm Roots không có nén bên trong; áp suất phía xả cao hơn phía nạp. Chênh áp này do áp ngược mà bơm sơ cấp tạo ra quyết định; chênh áp càng lớn thì công sinh ra ở cùng tốc độ hút càng lớn. Ước tính theo nén đẳng nhiệt:
P = p₁ × S × ln(p₂ / p₁)
Ví dụ tính: LC2600 có áp suất đầu vào 10 mbar (1 kPa), tỷ số nén 4, tốc độ hút 2600 m³/h đổi thành 0.722 m³/s.
P = 1000 Pa × 0.722 m³/s × ln4 ≈ 1.0 kW.
Vẫn với LC2600 này, áp suất đầu vào 30 mbar (3 kPa), tỷ số nén 3:
P = 3000 × 0.722 × ln3 ≈ 2.4 kW.
Động cơ chỉ 7.5 kW, trong khi 2.4 kW đã nằm ở phần chênh áp; phần này không tạo tốc độ hút mà chỉ tạo nhiệt.
Chênh áp lớn lên do đâu? Phần lớn xuất phát từ bơm sơ cấp: tỷ số tốc độ hút của bơm Roots dòng LC được cấu hình 2~3 cho quy trình liên tục; vượt 4 là gần giới hạn trên. LC2600 (2600 m³/h) ghép với V0630B (630 m³/h) là 4.1 lần, chỉ nên hút gián đoạn. Dầu bơm sơ cấp bị nhũ hóa, lõi lọc khí đầu vào tắc, đường ống rò khí đều làm tốc độ hút thực tế của bơm sơ cấp giảm, kéo theo tỷ số nén tăng.
Còn một điểm dễ bị bỏ qua: lưu lượng khối lượng của khí ở đoạn áp thấp nhỏ. Tại 10 mbar, 2600 m³/h tương ứng lưu lượng khối lượng khoảng 0.0086 kg/s; để bản thân khí mang đi 1.0 kW nhiệt cần tăng nhiệt khoảng 116 K (ước tính theo c_p ≈ 1.005 kJ/(kg·K)). Khí không mang đi được nhiều nhiệt; phần lớn nhiệt được thân bơm và hệ thống làm mát mang đi, nên khi chênh áp vượt giới hạn, nhiệt độ sẽ phản ánh rõ.
2. Sai thời điểm khởi động: đưa bơm Roots vào chạy khi áp suất đầu vào chưa đạt
Bơm Roots không thể khởi động trực tiếp từ áp suất khí quyển. Nếu đưa vào vận hành khi đầu vào vẫn còn hàng trăm mbar, chênh áp tác động trực tiếp lên rôto, dòng điện và mức tăng nhiệt cùng tăng vọt. Cách làm thông thường là bơm sơ cấp hút hệ thống xuống 10~30 mbar trước, rồi mới khởi động bơm Roots; về điều khiển, dùng liên động áp suất đầu vào, chưa đạt áp suất thì không cho chạy. Cảm biến áp suất nên lắp ở phía nạp của bơm Roots, không lắp ở đầu ra bơm sơ cấp, nếu không sẽ đo áp ngược chứ không phải áp suất đầu vào.
3. Điều kiện làm mát và tản nhiệt không đạt yêu cầu
- Model làm mát bằng gió: cánh tản nhiệt bám bụi, phòng máy thông gió kém, nhiệt độ môi trường cao đều làm giảm khả năng tản nhiệt.
- Model làm mát bằng nước: lưu lượng nước không đủ, nhiệt độ nước vào cao, đường nước đóng cáu đều làm giảm hiệu suất trao đổi nhiệt. Đối chiếu lưu lượng và áp suất cho phép theo yêu cầu của tổ máy; nếu nhiệt độ nước ra liên tục cao thì kiểm tra đường nước trước.
- Thứ tự dừng máy: dừng bơm Roots trước, sau đó dừng bơm sơ cấp, để bơm sơ cấp hút khí còn lại trong khoang và mang nhiệt đi; nếu đảo thứ tự, nhiệt sẽ bị giữ lại trong khoang bơm.
4. Bôi trơn và khe hở bất thường
Các model dòng LC có lượng dầu khác nhau ở ba vị trí; khi thiếu dầu, bánh răng và vòng bi là những bộ phận nóng lên trước, sau đó nhiệt truyền sang khoang bơm:
| Model | Khoang phớt dầu | Hộp bánh răng | Khoang bánh răng |
|---|---|---|---|
| LC250 / LC500 | 0.125 L | 0.15 L | — |
| LC1200 | 0.125 L | 2.4 L | 1.25 L |
| LC2600 / LC4200 | 0.45 L | 6.5 L | 3.5 L |
Thiếu dầu hoặc dầu biến chất kết cốc sẽ khiến bôi trơn và tản nhiệt cùng suy giảm. Một trường hợp khác là khe hở bị thu hẹp: bụi và khí có thể ngưng tụ lọt vào khoang bơm rồi bám lên rôto và thành khoang, làm mất khe hở, gây ma sát phát nhiệt; kiểu quá nhiệt này thường kèm theo tiếng ồn và rung động tăng, cần dừng máy kiểm tra.
Trình tự kiểm tra tại hiện trường
- Ghi lại áp suất đầu vào và áp suất đầu xả, tính tỷ số nén thực tế và so với giá trị thiết kế;
- Kiểm tra bơm sơ cấp: tốc độ hút có giảm không, dầu có bị nhũ hóa không, lõi lọc có tắc không;
- Đo nhiệt độ: hộp bánh răng, vị trí vòng bi, cửa xả; tìm điểm nhiệt độ cao để xác định nguồn nhiệt;
- Với làm mát bằng nước, kiểm tra lưu lượng và nhiệt độ nước vào/ra; với làm mát bằng gió, kiểm tra cánh tản nhiệt và nhiệt độ phòng máy;
- Dừng máy kiểm tra mức dầu, chất lượng dầu; mở khoang xem có dị vật và dấu vết ma sát của rôto không.
Chỉ thay động cơ công suất lớn hơn không giải quyết vấn đề: khi tăng công suất động cơ, nhiệt do chênh áp vẫn còn, thậm chí còn che lấp việc tốc độ hút của bơm sơ cấp không đủ.