Máy nén khí trục vít phát ra tiếng ồn lớn trong quá trình tăng giảm tần số; sau khi tần số ổn định, tiếng ồn lại nhỏ đi. Nguyên nhân là gì?

Lời mở đầu

Trong sản xuất công nghiệp, máy nén khí trục vít được sử dụng rộng rãi để cung cấp khí nén ổn định. Nhiều người vận hành nhận thấy rằng khi máy nén khí thực hiện điều chỉnh tần số lên xuống, tiếng ồn tăng lên rõ rệt; tuy nhiên, khi tần số đã ổn định, âm thanh lại giảm đáng kể. Hiện tượng này thường xuất phát từ sự thay đổi các đặc tính vật lý và điện từ của thiết bị trong quá trình điều chỉnh động.

Tiếng ồn điện từ và đặc tính của biến tần

Bộ phận truyền động cốt lõi của máy nén khí trục vít biến tần chính là động cơ biến tần. Trong quá trình tăng giảm tần số, biến tần phải thường xuyên điều chỉnh tần số và điện áp đầu ra. Khi đó, sóng điều chế độ rộng xung do biến tần phát ra sẽ tạo ra các hài lớn, làm cho lực điện từ bên trong động cơ thay đổi mạnh mẽ, từ đó gây ra tiếng ồn điện từ rõ rệt.

Khi tần số đạt đến giá trị cài đặt và ổn định, dạng sóng đầu ra của biến tần trở nên tương đối mịn, hàm lượng sóng hài giảm xuống, đồng thời tiếng ồn điện từ của động cơ cũng được giảm bớt. Đây là hiện tượng vật lý thường gặp trong quá trình điều chỉnh động học của thiết bị biến tần.

Cộng hưởng cơ học và tốc độ quay tới hạn

Rôto của đầu máy nén khí, rôto động cơ và các bộ phận truyền động đều có tần số riêng nhất định. Trong quá trình tăng giảm tần số, tốc độ quay của động cơ thay đổi liên tục. Khi tốc độ quay đi qua một số tốc độ tới hạn của thiết bị, tần số kích thích của các bộ phận quay sẽ trùng với tần số riêng của thiết bị, từ đó rất dễ gây ra hiện tượng cộng hưởng cơ học.

• Biểu hiện cộng hưởngTrong dải tốc độ quay nhất định, độ rung của thiết bị gia tăng, kèm theo tiếng gầm trầm rõ rệt hoặc tiếng ma sát kim loại.
• Thay đổi sau khi ổn địnhKhi tốc độ quay vượt qua dải tần số tới hạn và ổn định ở tần số mục tiêu, tần số kích thích sẽ lệch khỏi tần số riêng, hiện tượng cộng hưởng biến mất, đồng thời tiếng ồn cơ học cũng trở lại mức bình thường.

Sự dao động của luồng khí và tiếng ồn khí động học

Khi máy nén khí trục vít hoạt động ở chế độ tăng/giảm tần số, lưu lượng xả và áp suất hệ thống đều biến đổi theo thời gian. Những dao động mạnh mẽ của điều kiện vận hành như vậy sẽ khiến trạng thái dòng khí trong máy nén cũng như trong hệ thống đường ống trở nên vô cùng không ổn định.

Dòng chảy xoáy và dao độngTrong giai đoạn biến đổi tần số, tốc độ dòng khí và phân bố áp suất không đồng đều, dễ gây ra các xoáy mạnh và dao động dòng khí trong buồng nén, bộ tách dầu‑khí cũng như đường ống xả, từ đó tạo thành tiếng ồn khí động học khá lớn. Khi tần số ổn định, dòng khí trở lại trạng thái tầng chảy trơn hoặc rối ổn định, và tiếng ồn do dòng khí đương nhiên giảm đáng kể.

Đáp ứng động của hệ thống bôi trơn và làm mát

Trong quá trình tăng giảm tần số, sự thay đổi tốc độ quay của động cơ chính sẽ trực tiếp làm thay đổi tốc độ quay của bơm dầu bôi trơn và quạt làm mát. Những dao động ngắn hạn của áp suất dầu, sự biến đổi đột ngột của vận tốc dòng dầu trong đường ống, cũng như sự thay đổi tần số khi các cánh quạt làm mát cắt không khí, đều có thể tạo ra những tiếng ồn do chất lỏng và tiếng ồn cơ học bổ sung trong thời gian ngắn. Sau khi hệ thống đạt đến trạng thái cân bằng mới, các tiếng ồn phụ này sẽ dần biến mất.

Đề xuất tối ưu hóa và bảo trì thường xuyên

Để giảm tiếng ồn trong quá trình tăng/giảm tần số và kéo dài tuổi thọ của thiết bị, đề nghị áp dụng các biện pháp sau:

• Tối ưu hóa thông số biến tần: Thiết lập hợp lý thời gian gia tốc và giảm tốc của biến tần, tránh sự thay đổi tốc độ quay quá đột ngột, từ đó đảm bảo quá trình chuyển tiếp trong dải tốc độ tới hạn được diễn ra êm ái.
• Siết chặt và bôi trơn định kỳ: Định kỳ kiểm tra tình trạng siết chặt của bu lông móng, động cơ và các bộ phận liên kết của máy chính, bảo đảm đường dầu của hệ thống bôi trơn thông suốt, từ đó giảm thiểu rung động bất thường do ma sát cơ học gây ra.
• Kiểm tra giá đỡ đường ốngĐảm bảo các đường ống xả và đường ống làm mát được đỡ chắc chắn; khi cần thiết, bổ sung đệm giảm chấn để ngăn ngừa hiện tượng cộng hưởng thứ cấp của đường ống khi có dao động dòng khí.