I. Tổng quan về quạt thổi rôto không tiếp xúc kiểu Roots
Chương này cung cấp cái nhìn tổng quan về quạt thổi rôto không tiếp xúc kiểu Roots, bao gồm lịch sử phát triển, ứng dụng và tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước. Quạt thổi rôto không tiếp xúc được phát minh từ thế kỷ 19 và đã trải qua nhiều cải tiến để ứng dụng trong các lĩnh vực công nghiệp, an ninh quốc phòng và đời sống dân sinh. Các nghiên cứu tập trung vào cải tiến biên dạng rôto, tối ưu lưu lượng và áp suất, cũng như nâng cao hiệu suất thủy lực. Trong nước, các nghiên cứu chủ yếu tập trung vào giải mã công nghệ và khảo sát đặc tính thông qua mô phỏng.
1.1. Lịch sử phát triển
Quạt thổi rôto không tiếp xúc được phát minh bởi George Johnes vào năm 1843 và được cải tiến bởi anh em nhà Roots vào năm 1860. Từ đó, loại máy này đã được ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống thông gió và công nghiệp.
1.2. Ứng dụng
Quạt thổi rôto không tiếp xúc được sử dụng trong nhiều lĩnh vực như xi măng, giấy, hóa chất, xử lý nước thải và khai thác khoáng sản. Chúng đóng vai trò quan trọng trong việc vận chuyển lưu chất khí với lưu lượng lớn.
II. Nghiên cứu tổng hợp biên dạng mới thiết kế rôto
Chương này tập trung vào việc thiết lập phương trình toán học mô tả biên dạng rôto mới dựa trên nguyên lý dẫn động của cặp bánh răng không tròn. Các phương trình được xây dựng để đảm bảo điều kiện hình thành biên dạng rôto và kiểm tra điều kiện cắt chân răng. Ngoài ra, chương này cũng xác định các thông số kích thước thiết kế hình học và hệ số sử dụng thể tích của quạt.
2.1. Thiết lập phương trình biên dạng rôto
Phương trình toán học mô tả biên dạng rôto mới được thiết lập dựa trên nguyên lý dẫn động của cặp bánh răng không tròn. Các điều kiện hình thành biên dạng và kiểm tra cắt chân răng được xác định để đảm bảo tính khả thi của thiết kế.
2.2. Hệ số sử dụng thể tích
Hệ số sử dụng thể tích (HSSDTT) của quạt được tính toán và so sánh với các nghiên cứu trước đó. Kết quả cho thấy thiết kế mới có hiệu suất thể tích cao hơn.
III. Tối ưu kích thước thiết kế của quạt thổi
Chương này trình bày quá trình tối ưu kích thước thiết kế của quạt thổi Roots theo lưu lượng cho trước. Các công thức xác định lưu lượng và sự biến đổi thể tích buồng hút và buồng đẩy được thiết lập. Các giải thuật di truyền và thuật toán vét cạn được sử dụng để tối ưu các thông số thiết kế đặc trưng (TSTKĐT).
3.1. Thiết lập công thức lưu lượng
Công thức xác định lưu lượng của quạt thổi Roots được thiết lập dựa trên sự biến đổi thể tích buồng hút và buồng đẩy theo góc quay của trục dẫn động.
3.2. Tối ưu thông số thiết kế
Các TSTKĐT được tối ưu bằng giải thuật di truyền và thuật toán vét cạn để đạt được lưu lượng cho trước với kích thước thiết kế nhỏ nhất.
IV. Ảnh hưởng của khe hở đến tổn thất lưu lượng và áp suất
Chương này nghiên cứu ảnh hưởng của khe hở đến tổn thất lưu lượng và hiện tượng tụt áp suất của quạt thổi Roots. Các phương trình mô tả áp suất và tổn thất lưu lượng được thiết lập. Kết quả mô phỏng số và thí nghiệm kiểm chứng được thực hiện để đánh giá hiệu quả của thiết kế.
4.1. Mô hình toán học
Các phương trình mô tả áp suất và tổn thất lưu lượng được thiết lập để đánh giá ảnh hưởng của khe hở đến hiệu suất của quạt.
4.2. Mô phỏng số và thí nghiệm
Kết quả mô phỏng số và thí nghiệm kiểm chứng cho thấy thiết kế mới giảm thiểu tổn thất lưu lượng và tụt áp suất, đảm bảo hiệu suất làm việc của quạt.
