Máy sục khí treo khí nén hoạt động như thế nào?

1. Máy sục khí treo khí nén là loại máy gì?

Về bản chất, đây là một máy thổi khí ly tâm tốc độ cao (high-speed centrifugal blower). Máy không tạo bọt khí trực tiếp mà tạo ra một dòng khí nén liên tục, sau đó dẫn khí này qua đường ống xuống hệ thống đĩa phân phối khí đặt dưới đáy ao. Bọt khí mịn được sinh ra ở đĩa, chứ không phải ở máy.

Điểm khác biệt lớn nhất so với các loại máy thổi khí thông dụng nằm ở hai chi tiết: cách đỡ trục quay và loại động cơ. Hai chi tiết này quyết định phần lớn hiệu suất và độ bền của máy, nên phần dưới sẽ nói kỹ về chúng.

2. Chu trình hoạt động: bốn bước

Bước 1 - Hút không khí vào

Không khí từ môi trường được hút qua cửa hút, đi qua bộ lọc để loại bỏ bụi bẩn trước khi vào buồng máy. Bộ lọc này là chi tiết cần bảo dưỡng thường xuyên nhất của cả cụm máy - thay bông lọc đúng định kỳ gần như là toàn bộ công việc bảo trì trong những năm đầu.

Bước 2 - Cánh quạt quay ở tốc độ rất cao

Động cơ truyền động trực tiếp đến trục, không qua dây curoa hay hộp số. Trục quay ở tốc độ thông thường 20.000-40.000 vòng/phút, một số dòng công suất lớn đạt 60.000-100.000 vòng/phút.

Cánh quạt ly tâm (impeller) hút không khí vào tâm rồi văng mạnh ra mép ngoài nhờ lực ly tâm. Ở bước này khí có tốc độ rất cao nhưng áp suất còn thấp.

Bước 3 - Chuyển tốc độ thành áp suất

Sau khi rời cánh quạt, khí đi vào buồng xoắn (volute) - một khoang có tiết diện mở rộng dần. Khi dòng khí chậm lại trong khoang này, động năng của nó được chuyển thành áp suất. Đây chính là bước tạo ra áp lực cần thiết để đẩy khí xuống đáy ao. Áp suất đầu ra thường nằm trong khoảng 10-30 kPa tùy thiết kế.

Bước 4 - Khí nén đi ra hệ thống

Khí nén được dẫn qua cửa xả vào đường ống cấp khí, đi tới các đĩa phân phối khí đặt dưới ao hoặc tới hệ thống xử lý nước.

3. Ổ đỡ khí - bộ phận quyết định

Đây là chi tiết làm nên tên gọi “treo khí nén”, và cũng là điểm khác biệt lớn nhất của dòng máy này. Ở máy thông thường, trục quay tựa lên vòng bi - có tiếp xúc cơ khí, có ma sát, cần bôi trơn. Ở máy dùng ổ đỡ khí, cơ chế hoàn toàn khác:

1. Khi khởi động, trục bắt đầu quay và vẫn còn tiếp xúc với bề mặt ổ đỡ.
2. Khi đạt khoảng 8.000-12.000 vòng/phút, một lớp màng khí cực mỏng - chỉ vài micromet - hình thành giữa trục và ổ đỡ.
3. Từ thời điểm này, trục “lơ lửng” trên lớp đệm khí đó và không còn tiếp xúc cơ khí nữa.

4. Động cơ nam châm vĩnh cửu và biến tần

Máy sử dụng động cơ nam châm vĩnh cửu (PMSM - Permanent Magnet Synchronous Motor). Cấu tạo gồm phần cuộn dây stato ở ngoài và roto nam châm vĩnh cửu ở giữa.

Biến tần cấp cho stato dòng điện xoay chiều có tần số thay đổi được, tạo ra từ trường quay kéo roto quay theo. Nhờ điều khiển được tần số, người vận hành điều chỉnh được tốc độ máy một cách linh hoạt.

Cần hiểu đúng con số 95-97%: đây là hiệu suất của riêng động cơ, tức tỷ lệ điện năng được chuyển thành cơ năng ở trục. Hiệu suất của cả hệ thống sục khí - tính từ điện vào cho tới oxy thực sự hòa tan trong nước ao - thấp hơn con số này, vì còn tổn thất ở cánh quạt, đường ống và ở khâu hòa tan oxy tại đĩa phân phối khí. Cách đo hiệu suất của cả hệ thống được trình bày trong bài “Vì sao sục khí treo khí nén tiết kiệm điện”.

5. Làm mát bằng chính luồng khí hút vào

Máy không dùng quạt làm mát riêng hay hệ thống nước làm mát. Một phần không khí sạch sau khi hút vào được dẫn dọc theo thân động cơ, lấy nhiệt từ stato, roto và ổ đỡ, rồi thoát ra ngoài.

Cách làm mát này giúp nhiệt độ động cơ luôn ở mức thấp trong quá trình vận hành. Động cơ mát thì giữ được hiệu suất cao và tuổi thọ dài hơn - vì phần lớn hư hỏng của động cơ điện đều bắt nguồn từ nhiệt.

6. Thông số kỹ thuật quy đổi sang điều kiện ao nuôi

Các con số kỹ thuật chỉ có ý nghĩa khi biết chúng tương ứng với điều kiện ao thực tế thế nào:

Lưu ý: các con số trên là dải thông số chung của nhóm máy thổi khí ly tâm tốc độ cao. Thông số cụ thể của từng dòng máy Dolic được ghi trong tài liệu kỹ thuật kèm theo sản phẩm.

7. Những điều này có ý nghĩa gì với người nuôi

Tóm lại chu trình: hút khí từ môi trường → động cơ nam châm vĩnh cửu quay cánh quạt ở tốc độ rất cao → cánh quạt tăng tốc dòng khí → buồng xoắn chuyển tốc độ thành áp suất → khí nén ra đường ống cấp cho ao.

Ba đặc điểm cấu tạo ở trên - ổ đỡ khí không ma sát, động cơ nam châm vĩnh cửu hiệu suất cao, và làm mát bằng chính luồng khí hút vào - không chỉ là chi tiết kỹ thuật. Chúng là lý do trực tiếp khiến dòng máy này tiêu thụ ít điện hơn cho cùng một lượng oxy cấp vào ao. Cơ chế tiết kiệm điện được phân tích cụ thể trong bài tiếp theo.