QUẠT và QUẠT CAO áp

Thiết bị sử d ng điện: Quạt Quạt cao áp QU T VÀ QU T CAO ÁP GI I THI U U CÁC LO I QU T VÀ QU T CAO ÁP ĐÁNH GIÁ QU T VÀ QU T CAO ÁP 11 CÁC GI I PHÁP S D NG NĔNG L NG HI U QU 14 DANH SÁCH SÀNG L C GI I PHÁP 19 CÁC B NG TÍNH 20 TÀI LI U THAM KH O 23 GI I THI U Phần nói đặc điểm quạt quạt cao áp 1.1 Qu t qu t cao áp gì? Hầu hết dây chuyền s n xu t sử dụng quạt quạt cao áp để thơng gió cho quy trình cơng nghiệp cần sử dụng dịng khí Hệ thống quạt r t cần thiết để giữ quy trình s n xu t hoạt động Hệ thống quạt bao gồm quạt, động điện, hệ thống điều khiển, đư ng ống, thiết bị kiểm soát lưu lượng, thiết bị điều hịa khơng khí (bộ lọc, dàn làm mát, trao đổi nhiệt, vv…) Hình minh hoạ hệ thống quạt Cơ quan Năng lượng Mỹ ước tính, 15% điện ngành cơng nghiệp s n xu t Mỹ sử dụng cho động Tương tự vậy, ngành thương mại, điện sử dụng cho động quạt chiếm phần lớn chi phí lượng cho điều hồ khơng gian văn phòng (US DOE, 1989) Quạt, quạt cao áp máy nén khác phương pháp sử dụng để chuyển dịch khơng khí, áp su t hệ thống Tổ chức Hiệp hội kỹ sư khí Mỹ (ASME) sử dung tỷ số riêng, tỷ số áp su t đẩy áp su t hút, để định nghĩa quạt, quạt cao áp máy nén (xem b ng 1) B ng 1: Sự khác bi t qu t, qu t cao áp máy nén (Ganasean) Thiết bị Tỷ số riêng Tăng áp su t(mmWg) Quạt Lên tới 1,11 1136 Quạt cao áp 1,11 tới 1,20 1136 –2066 Máy nén 1,20 - Hướng dẫn sử d ng lượng hiệu qu ngành cơng nghiệp Châu Á – www.energyefficiencyasia.org © UNEP Thiết bị sử d ng điện: Quạt Quạt cao áp Hình 1: Các thiết b h th ng qu t điển hình (US DOE, 1989) 1.2 Các thu t ngữ đ nh nghĩa quan tr ng Trước vào phần loại quạt quạt cao áp, cần nói rõ thuật ngữ định nghĩa quan trọng 1.2.1 Các đặc tính c a h th ng Thuật ngữ “tr lực hệ thống” sử dụng nói tới áp su t tĩnh Tr lực hệ thống tổng mức tổn th t áp su t tĩnh hệ thống Tr lực hệ thống hàm số thành phần gồm đư ng ống, ống gom, cút sụt áp thiết bị, ví dụ lọc bụi túi xiclon Tr lực hệ thống tỉ lệ bậc hai với lưu lượng khí qua hệ thống Với lưu lượng khí cho trước, quạt hệ thống có đư ng ống hẹp cút bán kính nhỏ ph i làm việc với t i nặng để vượt qua tr lực lớn hệ thống so với hệ thống quạt có ống lớn có số lượng tối thiểu cút bán kính lớn Những ống dài hẹp với nhiều đoạn g p khúc, xoắn tốn nhiều lượng để hút khí qua ống Kết qu là, với tốc độ quạt cho trước, quạt hệ thống hút khí so với quạt hệ thống ngắn khơng có cút Vì vậy, tr lực hệ thống tăng đáng kể lưu lượng khí qua hệ thống tăng, tỷ lệ bậc hai với lưu lượng khí Ngược lại, tr lực gi m lưu lượng gi m Vì vậy, để xác định lưu lượng quạt tạo ra, cần ph i biết đặc tính tr lực hệ thống Với hệ thống có, đo tr lực hệ thống hệ thống thiết kế chưa lắp đặt, cần tính tr lực hệ thống Điển hình, đồ thị tr lực hệ thống (xem hình 2) tạo với mức lưu lượng khác trục X với tr lực tương ứng trục Y Trừ hình 2, Phần 1.2 l y toàn từ Tài liệu Hướng dẫn Sử d ng lượng hiệu qu (2004), Chương 5, trang 93112, với cho phép Cục Sử dụng lượng hiệu qu , phủ n Độ Hướng dẫn sử d ng lượng hiệu qu ngành cơng nghiệp Châu Á – www.energyefficiencyasia.org © UNEP Thiết bị sử d ng điện: Quạt Quạt cao áp Hình Đồ th h th ng c a Qu t Tác đ ng c a Trở lực c a h th ng (US DOE, 1989) 1.2.2 Các đặc tính k thu t c a qu t Các đặc tính kỹ thuật quạt minh hoạ đư ng đặc tính quạt Đư ng tính quạt đư ng cong làm việc quạt tập hợp điều kiện nh t định Đư ng đặc tính quạt biểu diễn đồ thị số thông số phụ thuộc lẫn Thông thư ng, đồ thị xây dựng dựa tập hợp điều kiện bao gồm: lưu lượng quạt, áp su t tĩnh hệ thống, tốc độ quạt, công su t cần thiết để chạy quạt với điều kiện đưa Một số đư ng đặc tính quạt bao gồm c đư ng cong hiệu su t để ngư i thiết kế hệ thống biết điểm đư ng đặc tính, quạt hoạt động theo điều kiện chọn (xem hình 3) Trong số r t nhiều đư ng cong cho hình 3, đư ng áp su t tĩnh theo lưu lượng đóng vai trị r t quan trọng Giao điểm đư ng đặc tính hệ thống đư ng đặc tính áp su t tĩnh định điểm làm việc Khi tr lực hệ thống thay đổi, điểm làm việc thay đổi Khi điểm làm việc cố định, xác định cơng su t u cầu cách tìm đư ng thẳng song song với trục tung qua điểm làm việc tới giao điểm với đư ng đặc tính cơng su t (BHP) Đư ng nằm ngang qua giao điểm với đư ng công su t dẫn tới công su t yêu cầu trục tung bên ph i Trên đư ng đặc tính vẽ thể hiệu su t quạt Hướng dẫn sử d ng lượng hiệu qu ngành cơng nghiệp Châu Á – www.energyefficiencyasia.org © UNEP Thiết bị sử d ng điện: Quạt Quạt cao áp Hình Đồ th hi u su t qu t (BEE India, 2004) 1.2.3 Các đặc tính c a h th ng đồ th qu t Với b t hệ thống quạt nào, tr lực với dòng khí (áp su t) tăng lưu lượng khí tăng Như nói trên, tr lực tỉ lệ với bậc hai lưu lượng Có thể xác định áp su t hệ thống cần mức lưu lượng khác vẽ “đư ng đặc tính hiệu su t hệ thống” (gọi SC) (xem hình 4) Đư ng đồ thị hệ thống vẽ phần đồ thị quạt để điểm “A” điểm hoạt động thực tế quạt, hai đư ng cong (N1 and SC1) giao Điểm hoạt động có lưu lượng khí Q1 với áp su t P1 Một quạt hoạt động hiệu su t nhà cung c p đưa cho tốc độ quạt cụ thể (Đồ thị hiệu su t quạt cho th y đư ng đặc tính hiệu su t ứng với seri quạt) tốc độ quạt N1, quạt hoạt động dọc theo đư ng cong hiệu su t N1 cho hình Điểm hoạt động thực tế quạt đư ng cong phụ thuộc vào tr lực hệ thống; điểm “A” hoạt động quạt lưu lượng (Q1) áp su t (P1) Có hai phương pháp để gi m lưu lượng khí từ Q1 xuống Q2: ƒ Phương pháp thứ nh t giới hạn lưu lượng khí cách đóng phần van tiết lưu hệ thống Cách tạo đư ng độ thị hiệu su t hệ thống (SC2) áp su t yêu lớn b t lưu lượng Quạt hoạt động điểm "B" tạo lưu lượng cần th p Q2 với áp su t cao hơn, P2 Hướng dẫn sử d ng lượng hiệu qu ngành cơng nghiệp Châu Á – www.energyefficiencyasia.org © UNEP Thiết bị sử d ng điện: Quạt Quạt cao áp ƒ Phương pháp thứ hai để gi m lưu lượng gi m tốc độ từ N1 xuống N2, giữ van m hoàn toàn Quạt hoạt động điểm "C" tạo lưu lượng Q2 tương tự, áp su t th p hơn, P3 Vì vậy, gi m tốc độ quạt phương pháp hiệu qu để gi m lưu lượng yêu cầu cơng su t th p tiêu thụ lượng Hình Đồ th hi u su t qu t (BEE India, 2004) 1.2.4 Các đ nh lu t qu t Quạt hoạt động theo tập hợp định luật đốn trước liên quan đến tốc độ, công su t áp su t Mỗi thay đổi tốc độ (vòng/phút) quạt thay đổi đốn thay đổi áp su t đẩy công su t yêu cầu để quạt hoạt động với tốc độ Hình minh hoạ điều Hướng dẫn sử d ng lượng hiệu qu ngành công nghiệp Châu Á – www.energyefficiencyasia.org © UNEP Thiết bị sử d ng điện: Quạt Quạt cao áp Hình T c đ , áp su t công su t c a qu t (BEE India, 2004) CÁC LOẠI QUẠT VÀ QUẠT CAO ÁP Phần tóm tắt loại quạt quạt cao áp 2.1 Các lo i qu t Có hai loại quạt Quạt ly tâm sử dụng bánh cơng tác quay để dịch chuyển dịng khí theo phương tiếp tuyến với bánh công tác Quạt hướng trục dịch chuyển dịng khí dọc theo trục quạt 2.1.1 Qu t ly tâm Quạt ly tâm (Hình 6) tăng tốc độ dịng khí bánh cơng tác Tốc độ tăng liên tục tới đến cuối cánh dẫn chuyển thành áp su t Những quạt loại tạo áp su t cao, phù hợp với điều kiện hoạt động khắc nghiệt, hệ thống làm việc nhiệt độ cao, độ ẩm dịng khí bẩn,vv… Quạt ly tâm phân loại dựa hình dáng cánh quạt, tóm tắt b ng B ng Đặc tính c a lo i qu t ly tâm khác (theo US DOE, 1989) Lo i qu t cánh qu t Quạt ly tâm với cánh to trịn (Hình 7) u điểm Quạt cánh cong nghiêng phía trước, với cánh quạt cong hướng phía trước (Hình 8) ƒ Thích hợp với áp su t tĩnh cao (lên tới 1400 mmWC) nhiệt độ cao ƒ Thiết kế đơn gi n, phù hợp với thiết bị ứng dụng chuyên dụng ƒ Có thể hoạt động lưu lượng th p mà không bị rung động lớn ƒ Độ bền cao ƒ Hiệu su t đạt 75% ƒ Có kho ng h bánh công tác - vỏ quạt lớn, thích hợp với dịng khí có lẫn hạt rắn (bụi, mẩu gỗ, mẩu kim loại) ƒ Có thể dịch chuyển lưu lượng khí lớn với áp su t th p ƒ Kích thước tương đối nhỏ ƒ Độ ồn th p (do tốc độ chậm) phù hợp với thiết bị ứng dụng điều hồ khơng khí, gia nhiệt, thơng gió Quạt dốc phía ƒ Có thể hoạt động với áp su t tĩnh thay đổi Nh c điểm ƒ Chỉ thích hợp với tốc độ lưu lượng th p-trung bình ƒ Chỉ phù hợp với thiết bị ứng dụng dịch vụ làm mà không áp su t cao điều kiện khắc nghiệt ƒ Khó điều chỉnh xác su t quạt ƒ Cần lựa chọn kỹ phần dẫn động để tránh trư ng hợp t i động đư ng đặc tính cơng su t tăng nhanh theo lưu lượng ƒ Hiệu su t lượng tương đối th p (55-65%) ƒ Khơng phù hợp với dịng khí Hướng dẫn sử d ng lượng hiệu qu ngành cơng nghiệp Châu Á – www.energyefficiencyasia.org © UNEP Thiết bị sử d ng điện: Quạt Quạt cao áp Lo i qu t cánh qu t sau, với cánh nghiêng phía sau hướng với hướng quay: cánh bằng, cánh cong, cánh nâng (Hình 9) ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ u điểm Nh c điểm (và không làm động t i) Phù hợp hệ thống hoạt động lưu lượng khí cao khơng ổn định Thích hợp với ứng dụng thơng gió cưỡng Quạt cánh vững Quạt cánh cong hiệu qu (hơn 85%) Quạt cánh nâng mỏng hiệu qu nh t bẩn (vì hình dạng quạt gây tích tụ bụi cánh) ƒ Quạt cánh nâng ổn định lực nâng tạo b i cánh chênh lệch ƒ Quạt cánh nâng mỏng chóng mịn Hì nh Qu t ly tâ m cánh to trịn (Canadian Blower) Hình Qu t ly tâm (FanAir Company) Hình Qu t cánh cong nghiêng phía tr c (Canadian Blower) Hình Qu t nghiêng phía sau (Canadian Blower) 2.1.2 Qu t h ng tr c Quạt hướng trục (Hình 10) dịch chuyển dịng khí dọc theo trục quay quạt Loại quạt so sánh với cánh quạt máy bay: Cánh quạt tạo lực nâng khí động đẩy dịng khơng khí Quạt loại phổ biến cơng nghiệp chúng rẻ gọn nhẹ Các loại quạt hướng trục (quạt đẩy, quạt hướng trục dạng ống quạt hướng trục dạng cánh gạt) tóm tắt b ng B ng Đặc tính c a lo i qu t h ng tr c khác (theo US DOE, 1989) Hướng dẫn sử d ng lượng hiệu qu ngành công nghiệp Châu Á – www.energyefficiencyasia.org © UNEP Thiết bị sử d ng điện: Quạt Quạt cao áp Lo i qu t cánh qu t Quạt đẩy (Hình 11) u điểm ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ Quạt hướng trục dạng ống, quạt đẩy đặt xy lanh (Hình 12) ƒ ƒ ƒ ƒ quạt hướng trục dạng cánh gạt (Hình 13) ƒ ƒ ƒ ƒ Nh Tạo tốc độ lưu lượng cao áp su t th p Khơng lắp với đư ng ống dài (vì tạo áp su t th p) Rẻ tiền nh c u tạo đơn gi n Đạt hiệu su t tối đa, với áp su t đẩy gần áp su t khí quyển, thư ng sử dụng cho ứng dụng thơng gió mái nhà, xư ng Có thể tạo dịng ngược chiều, r t thích hợp với ứng dụng thơng gió Áp su t cao hiệu su t cao quạt đẩy Thích hợp với áp su t trung bình, thiết bị ứng dụng tốc độ dòng cao, v.d lắp đặt HVAC Có thể nhanh chóng tăng lên tới tốc độ định mức (nh khối lượng quay th p) tạo lưu lượng ngược chiều, phù hợp với r t nhiều thiết bị ứng dụng thơng gió Tạo áp su t đủ để vượt qua tổn th t đư ng ống hiệu qu không gian, thích hợp với thiết bị ứng dụng x khí Thích hợp với áp su t trung bình - cao(lên tới 500 mm cột nước), quạt c p liệu lị Có thể nhanh chóng tăng lên tới tốc độ định mức (nh khối lượng quay th p) tạo lưu lượng ngượcchiều, phù hợp với r t nhiều thiết bị ứng dụng thơng gió Thích hợp nối trực tiếp với trục động Sử dụng lượng hiệu qu nh t (lên tới 85% trang bị với quạt cánh nâng kho ng h nhỏ) Hình 10 Quạt hướng trục (NISCO) c điểm ƒ Hiệu qu sử dụng lượng tương đối th p ƒ Khá ồn ƒ Tương đối đắt ƒ Tiếng ồn trung bình ƒ Hiệu qu sử dụng lượng tương đối th p (65%) ƒ Tương đối đắt so với quạt đẩy Hình 11 Quạt đẩy (FanAir Company) Hướng dẫn sử d ng lượng hiệu qu ngành công nghiệp Châu Á – www.energyefficiencyasia.org © UNEP Thiết bị sử d ng điện: Quạt Quạt cao áp Hình 12 Quạt hướng trục dạng ống (NISCO) Hình 13 Quạt hướng trục dạng cánh gạt (NISCO) 2.2 Các lo i qu t cao áp Quạt cao áp đạt áp su t cao quạt r t nhiều, lên đến 1,20 kg/cm2 Chúng sử dụng để tạo áp su t âm cho hệ thống chân không công nghiệp Quạt cao áp ly tâm quạt cao áp thể tích hai loại quạt cao áp chính, mơ t 2.2.1 Qu t cao áp ly tâm Quạt cao áp ly tâm trông giống bơm ly tâm quạt Bánh công tác loại truyền động bánh quay với tốc độ 15.000 vòng/phút quạt cao áp nhiều c p, khơng khí gia tốc qua bánh công tác quạt cao áp c p, khơng khí khơng quay nhiều vịng hiệu qu cao Quạt cao áp ly tâm thư ng hoạt động với áp su t 0,35 – 0,70 kg/cm2, đạt áp su t cao Một đặc điểm lưu lượng khí có xu hướng gi m nhanh áp su t hệ thống tăng, nhược điểm hệ thống vận t i vật liệu phụ thuộc vào lưu lượng khí ổn định Vì vậy, quạt cao áp ly tâm thư ng sử dụng nhiều nh t thiết bị khó bị tắc ngẽn Phần 2.2 dựa Tài liệu Hướng dẫn sử dụng lượng hiệu qu (2004), Chương 5, trang 93-112, với đồng ý Cục Sử dụng lượng hiệu qu , Chính phủ n Độ Hướng dẫn sử d ng lượng hiệu qu ngành cơng nghiệp Châu Á – www.energyefficiencyasia.org © UNEP Thiết bị sử d ng điện: Quạt Quạt cao áp Hình 14 Qu t cao áp ly tâm (FanAir Company) 2.2.2 Qu t cao áp thể tích Quạt cao áp thể tích có rơto “bẫy” khơng khí đẩy theo thành vỏ quạt Những quạt cao áp cung c p lưu lượng khí khơng đổi kể c áp su t hệ thống thay đổi Quạt cao áp loại đặc biệt thích hợp với hệ thống dễ bị tắc ngẽn, tạo áp su t đủ (thư ng lên tới 1,25 kg/cm2) để thổi bỏ tạp ch t làm tắc ngẽn Chúng quay chậm nhiều so với quạt cao áp ly tâm (v.d 3.600 vòng/phút) thư ng dùng truyền đai để thực thay đổi tốc độ Hướng dẫn sử d ng lượng hiệu qu ngành cơng nghiệp Châu Á – www.energyefficiencyasia.org © UNEP 10 Thiết bị sử d ng điện: Quạt Quạt cao áp ĐÁNH GIÁ QU T VÀ QU T CAO ÁP Phần nói cách đánh giá hiệu su t quạt áp dụng với quạt cao áp 3.1 Hi u su t/kết qu ho t đ ng c a qu t gì? Hiệu su t quạt tỉ số công su t truyền cho dịng khí (cơng su t hữu ích) công su t động cung c p cho quạt (cơng su t tồn phần) Cơng su t dịng khí tích số áp su t lưu lượng, hiệu chỉnh để đạt nh t quán thứ nguyên Một thuật ngữ khác hiệu su t thư ng sử dụng quạt hiệu su t tĩnh, sử dụng áp su t tĩnh thay cho áp su t toàn phần để đánh giá hiệu su t Khi đánh giá hiệu su t quạt, cần biết xem thuật ngữ hiệu su t sử dụng Hiệu su t quạt phụ thuộc vào loại quạt bánh công tác Khi lưu lượng tăng, hiệu su t tăng lên đến mức nh t định (“hiệu su t đỉnh”) gi m xuống lưu lượng tiếp tục tăng thêm (xem hình 15) Hiệu su t đỉnh thay đổi với loại quạt ly tâm hướng trục cho b ng Hình 14 Hi u su t theo l u t c (BEE India, 2004) B ng Hi u su t c a lo i qu t khác (BEE India, 2004) Hiệu su t quạt thư ng đánh giá đồ thị cho th y mức áp su t khác quạt tạo công su t yêu cầu tương ứng Thông thư ng, nhà s n xu t cung c p đư ng đặc tính hiệu su t quạt R t cần hiểu rõ mối quan hệ để thiết kế, tìm chọn vận hành hệ thống quạt yếu tố then chốt việc lựa chọn quạt tối ưu Phần dựa tài liệu Hướng dẫn Sử d ng lượng hiệu qu (2004), Chương 5, trang 93-112, với cho phép Cục Sử dụng lượng hiệu qu , phủ n Độ Hướng dẫn sử d ng lượng hiệu qu ngành công nghiệp Châu Á – www.energyefficiencyasia.org © UNEP 11 Thiết bị sử d ng điện: Quạt Quạt cao áp 3.2 Ph ơng pháp lu n đánh giá hi u su t c a qu t Trước tính tốn hiệu su t quạt, cần đo thông số hoạt động, bao gồm vận tốc dịng khí, cột áp, nhiệt độ dịng khí quạt công su t đầu vào động điện Để có số liệu xác, cần ý yếu tố sau: ƒ Quạt thành phần liên quan hoạt động tốc độ định mức ƒ Hoạt động điều kiện ổn định nhiệt độ, mật độ, tr lực hệ thống, vv… Dưới số bước đánh giá hiệu su t quạt Bước 1: tính tốn tỷ trọng khí Bước tính tốn tỷ trọng khí sử dụng phương trình đây: Tỷ trọng khí (y) = 273 x 1,293 273 + t oC Trong đó, t oC = Nhiệt độ khí khu vực lắp quạt Bước 2: Đo vận tốc khí tính vận tốc khí trung bình Có thể đo vận tốc khí với ống h đầu áp kế, thiết bị c m ứng lưu lượng (công cụ chênh áp), máy đo tốc độ gió xác Hình 15 mô t cách đo áp su t động cách sử dụng ống h đầu áp kế Áp su t toàn phần đo nh sử dụng ống ống h đầu áp su t tĩnh đo ống ống h đầu Nối ống ống với áp kế, ta đo áp su t động (là chênh áp áp su t toàn phần áp su t tĩnh) Để đo vận tốc th p, nên sử dụng áp kế dốc thay áp kế hình chữ U Thông tin thêm áp kế xem phần Thiết bị đo Hình 16 Đo v n t c s d ng ng hở m t đầu (BEE India, 2004) Tính vận tốc khí trung bình cách l y giá trị áp su t động đo qua mặt cắt ống, sử dụng phương trình sau (lưu ý: khơng l y trung bình áp su t động mà l y trung bình vận tốc!): Hướng dẫn sử d ng lượng hiệu qu ngành công nghiệp Châu Á – www.energyefficiencyasia.org © UNEP 12 Thiết bị sử d ng điện: Quạt Quạt cao áp Trong đó: Cp = Hằng số ống, 0,85 nhà s n xu t cung c p Δp = Áp su t chênh lệch trung bình đo với ống h đầu cách đo số điểm toàn tiết diện ống γ = Mật độ khơng khí khí điều kiện kiểm tra Bước 3: tính tốn mức lưu thơng thể tích Bước thứ ba tính tốn mức lưu thơng thể tích, sau: ƒ Tính đư ng kính ống (hoặc chu vi từ ước tính đư ng kính) ƒ Tính tốn lưu lượng khí/khơng khí ống, theo mối tương quan sau Bước 4: Đo công suất động truyền động Công su t động truyền động (kW) đo thiết bị phân tích t i Công su t nhân với hiệu su t động công su t hữu dụng quạt Bước 5: Tính hiệu suất quạt Hiệu su t hiệu su t tĩnh quạt tính sau: a) Hiệu su t cơ: b) Hiệu su t tĩnh, tương tự ngoại trừ áp su t động đầu không đưa vào áp su t tĩnh quạt Hướng dẫn sử d ng lượng hiệu qu ngành cơng nghiệp Châu Á – www.energyefficiencyasia.org © UNEP 13 Thiết bị sử d ng điện: Quạt Quạt cao áp 3.3 Những khó khĕn vi c đánh giá hi u su t c a qu t qu t cao áp Trên thực tế, đánh giá hiệu su t quạt quạt cao áp thư ng hay gặp ph i số v n đề sau: ƒ ƒ ƒ ƒ Khơng có liệu thông số quạt: Các thông số quạt (xem b ng tính 1) r t cần thiết việc đánh giá hiệu su t động Phần lớn doanh nghiệp không lưu trữ liệu cách hệ thống khơng có liệu Trong trư ng hợp đó, khó đánh giá xác tỷ lệ phần trăm t i liên quan đến lưu lượng áp su t Các thông số quạt ph i thu thập từ nhà s n xu t thiết bị lưu trữ Khó khăn việc đo vận tốc: Đo vận tốc thực tế nhiệm vụ khó khăn đánh giá hiệu su t quạt Trong hầu hết trư ng hợp, vị trí ống gây khó khăn cho việc đo, có khơng thể xem xét ống c hai phía Khi đó, áp su t động đo ống điều chỉnh cách nhân với hệ số 0,9 Hiệu chuẩn (Calibration) ống hở đầu, áp kế, máy đo tốc độ gió thiết bị đo không chuẩn: Cần hiệu chuẩn t t c thiết bị đo, kể c dụng cụ đo công su t để tránh đánh giá quạt quạt cao áp khơng xác Khơng nên thực đánh giá cách áp dụng hệ số điều chỉnh để bù lại việc sai số đo Biến động thơng số q trình kiểm tra: Nếu có biến động lớn thơng số q trình đo đo kiểm, kết qu đánh giá hiệu su t tr nên tin cậy CÁC GI I PHÁP S D NG NĔNG L NG HI U QU Phần nêu gi i pháp sử dụng lượng hiệu qu cho quạt quạt cao áp 4.1 Ch n qu t thích h p Khi lựa chọn quạt cần ý đến yếu tố sau (US DOE, 1989): ƒ Tiếng ồn ƒ Tốc độ quay ƒ Các đặc tính dịng khí ƒ D i nhiệt độ ƒ Biến động điều kiện hoạt động ƒ Hạn chế không gian sơ đồ bố trí hệ thống ƒ Chi phí mua sắm, chi phí vận hành (quyết định b i hiệu su t b o trì), tuổi thọ hoạt động Trên nguyên tắc chung, cần biết để nâng cao hiệu su t hệ thống quạt, chuyên gia thiết kế cán vận hành ph i nắm rõ chức thiết bị hệ thống Cách “tiếp cận hệ thống” đòi hỏi ph i biết tương tác quạt với thiết bị hỗ trợ hoạt động quạt, với thiết bị mà quạt phục vụ Sử dụng “tiếp cận hệ thống” trình lựa chọn quạt giúp mang lại hệ thống bớt ồn hơn, hiệu qu đáng tin cậy Một v n đề thư ng gặp công ty mua quạt lớn cho nhu cầu sử dụng Quạt lớn không hoạt động điểm đạt hiệu su t tối đa (BEP) số trư ng hợp, quạt hoạt động không ổn định điểm làm việc đư ng đặc tính áp su t-lưu lượng Hướng dẫn sử d ng lượng hiệu qu ngành công nghiệp Châu Á – www.energyefficiencyasia.org © UNEP 14 Thiết bị sử d ng điện: Quạt Quạt cao áp quạt Sử dụng quạt lớn gây tốn thêm lượng, tiếng ồn khí cao tăng ứng su t quạt hệ thống Hậu qu là, quạt cỡ chi phí đầu tư vận hành đắt mà chúng gây trục trặc hệ thống Các gi i pháp kh thi bao gồm: thay quạt, thay động cơ, sử dụng động điều khiển vô c p 4.2 Gi m trở lực c a h th ng Phần 1.2 nói đồ thị tr lực hệ thống đồ thị quạt Quạt làm việc điểm mà đư ng đặc tính tr lực hệ thống cắt đư ng đặc tính quạt Tr lực hệ thống đóng vai trò quan trọng việc xác định hiệu su t hoạt động quạt Tr lực hệ thống thay đổi tuỳ theo quy trình Ví dụ như, việc cặn bám ăn mòn ống làm thay đổi tr lực hệ thống Trong số trư ng hợp, thay đổi thiết bị, c i tạo đư ng ống làm chuyển dịch đáng kể điểm hoạt động, làm gi m hiệu su t (xem hình 2) Trong trư ng hợp đó, để trì hiệu su t quạt trước, cần ph i thay quạt Vì vậy, cần thư ng xuyên kiểm tra tr lực hệ thống, kiểm tra kỹ có dự định c i tạo, ph i thực biện pháp để trì hoạt động hiệu qu quạt 4.3 Ho t đ ng gần điểm đ t hi u su t t i đa Phần trước đề cập hiệu su t quạt tăng lưu lượng tăng tới điểm nh t định gi m lưu lượng tăng thêm Điểm đạt hiệu su t tối đa gọi hiệu su t đỉnh “Điểm đạt hiệu su t tối đa” (BEP) Thông thư ng, điểm gần với su t định mức quạt ứng với tốc độ thiết kế nh t định tr lực hệ thống Sai lệch điểm đạt hiệu su t tối đa làm tăng tổn th t gi m hiệu su t 4.4 Th ờng xuyên b o trì qu t Để trì mức độ hiệu su t quạt, cần b o trì thư ng xuyên Các hoạt động b o trì bao gồm (US DOE, 1989): ƒ Kiểm tra định kỳ t t c c u thành hệ thống ƒ Bôi trơn thay thể ổ đỡ ƒ Căng đai thay dây đai ƒ Sửa chữa thay động ƒ Làm quạt 4.5 Điều chỉnh l u l ng khí Thơng thư ng, quạt lắp đặt hoạt động tốc độ không đổi Nhưng số tình huống, tốc độ quạt thay đổi, ví dụ cần thêm lưu lượng khí đư ng ống bổ sung, cần lưu lượng khí quạt q cỡ Có số cách để gi m điều chỉnh lưu lượng khí quạt Những cách tóm tắt b ng kèm theo so sánh công su t đầy t i ứng với lưu lượng tối đa (%) với gi i pháp kiểm soát lưu lượng khác (hình 17) Hướng dẫn sử d ng lượng hiệu qu ngành công nghiệp Châu Á – www.energyefficiencyasia.org © UNEP 15 Thiết bị sử d ng điện: Quạt Quạt cao áp Hình 17 Mức tiêu th công su t t ơng ứng v i gi i pháp điều chỉnh l u l (US DOE, 1989) ng Hình 18 Thay đổi kích thước puli (BEE India, 2004) Hướng dẫn sử d ng lượng hiệu qu ngành công nghiệp Châu Á – www.energyefficiencyasia.org © UNEP 16 Thiết bị sử d ng điện: Quạt Quạt cao áp B ng So sánh ph ơng pháp khác để điều chỉnh l u l 1989, and BEE, 2004) Lo i điều chỉnh l u l ng Thay đổi puli: gi m kích thước puli truyền động/động Van tiết lưu: gi m lưu lượng tăng áp su t dịng khí c p quạt Cánh hướng dịng: tạo dịng xốy chiều quay quạt, thu hẹp góc khí vào cánh quạt, nh gi m t i, áp su t lưu lượng quạt Quạt điều chỉnh góc nghiêng cánh: chỉnh góc nghiêng khí vào cánh quạt cách nghiêng cánh quạt, nh gi m c t i động lưu lượng khí Bộ điều khiển tốc độ vơ c p (VSD): gi m tốc độ quạt cho phù hợp với mức gi m lưu lượng yêu cầu ƒ Các điều khiển tốc độ vô c p cơ: li hợp thuỷ lực, khớp nối thuỷ lực, bánh đai dây đai điều chỉnh ƒ Các điều khiển tốc độ vơ c p điện: dịng điện xốy, điều khiển động rôto dây qu n, điều khiển biến tần (VFDs: thay đổi tốc độ u điểm ƒ Tốc độ gi m ổn định ƒ Gi m sử dụng lượng (xem ví dụ hình 18: mức gi m inch puli giúp tiết kiệm 12 kW) ƒ Rẻ tiền ƒ Dễ lắp đặt ƒ Nâng cao hiệu su t quạt giúp gi m c t i quạt lưu lượng khí c p ƒ Hiệu qu mặt chi phí điều chỉnh lưu lượng dịng khí kho ng 80-100% lưu lượng tối đa ƒ Có thể trì hiệu su t cao quạt d i điều kiện hoạt động rộng ƒ Tránh v n đề cộng hư ng nh trì tốc độ quay bình thư ng ƒ Có thể hoạt động điều kiện từ khơng t i tới đầy t i mà khơng có v n đề ƒ Là cách điều chỉnh lưu lượng hiệu qu nh t ƒ Cho phép điều chỉnh tốc độ quạt d i liên tục Với điều khiển tốc độ vô c p: ƒ Điều chỉnh lưu lượng dễ dàng hiệu qu ƒ Nâng cao hiệu su t quạt d i điều kiện hoạt động rộng ƒ Có thể lắp với động nhỏ gọn có ƒ Khơng có trục trặc đọng bụi ƒ Gi m tổn th t lượng chi phí nh gi m lưu lượng tổng c hệ thống Hướng dẫn sử d ng lượng hiệu qu ngành công nghiệp Châu Á – www.energyefficiencyasia.org © UNEP ng qu t (theo DOE, Nh c điểm ƒ Quạt hoạt động với thay đổi tốc độ ƒ Quạt ph i dẫn động b i truyền đai chữ V b i động ƒ Cho phép điều chỉnh hạn chế ƒ Gi m lưu lượng không gi m tiêu thụ lượng ƒ Chi phí vận hành b o trì cao ƒ Kém hiệu qu với lưu lượng khí th p 80% lưu lượng tối đa ƒ Chỉ áp dụng với số quạt hướng trục ƒ Bị bám bụi bẩn ch t bẩn tích tụ tác động khí điều khiển góc nghiêng cánh cánh ƒ Hoạt động mức t i th p th i gian dài làm gi m hệ số công su t hiệu su t động cơ, làm m t lợi hiệu su t có nguy bị phạt hệ số cosϕ th p ƒ Các điều khiển tốc độ vô c p khí dễ gặp v n đề bám bụi bẩn ƒ Chi phí đầu tư ban đầu lớn 17 Thiết bị sử d ng điện: Quạt Quạt cao áp Lo i điều chỉnh l u l ng quay quạt cách điều chỉnh tần số điện cung c p) Bơm đa c p Van tiết lưu đĩa: thay đổi độ rộng bánh cơng tác với dịng khí Vận hành quạt song song: dùng hai quạt song song thay dùng lớn Vận hành quạt nối tiếp: sử dụng nhiều quạt theo cách xếp hút-đẩy u điểm ƒ Điều chỉnh lưu lượng hiệu qu ƒ Thích hợp cần hai tốc độ cố định ƒ Thiết kế đơn gi n Nh c điểm ƒ Cần chuyển từ tốc độ sang tốc độ khác ƒ Chi phí đầu tư tr ngại ƒ Chỉ kh thi với số thiết bị ứng dụng ƒ Hiệu su t cao với thay đổi lớn ƒ Chỉ áp dụng quạt có nhu cầu hệ thống thể hoạt động với tr lực ƒ Dư thừa quạt giúp gi m kh th p điều kiện tr ph i ngừng hoạt động trục trặc lực r t th p, gần áp b o trì ngồi dự kiến su t khí (Xem hình 19) ƒ Hai quạt nhỏ rẻ có hiệu su t cao quạt lớn tương đương ƒ Có thể sử dụng với cách điều chỉnh lưu lượng khác để tăng mức độ linh hoạt độ tin cậy ƒ Không thích hợp với hệ ƒ Áp su t ống trung bình th p thống có tr lực th p ƒ Gi m tiếng ồn (Xem hình 19) ƒ Gi m yêu cầu hỗ trợ c u trúc điện ƒ Thích hợp với hệ thống ống dài, sụt áp thành phần hệ thống lớn, tr lực lớn Hướng dẫn sử d ng lượng hiệu qu ngành công nghiệp Châu Á – www.energyefficiencyasia.org © UNEP 18 Thiết bị sử d ng điện: Quạt Quạt cao áp Hình 19 V n hành qu t song song n i tiếp (BEE India, 2004) DANH SÁCH SÀNG L C GI I PHÁP Phần nêu gi i pháp sử dụng lượng hiệu qu quan trọng nh t ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ ƒ Sử dụng đư ng ống trịn, nhẵn để l y khí vào Tránh phân phối lưu lượng phận vào quạt Gi m thiểu vật c n phận vào quạt Thư ng xuyên làm màng, lọc cánh quạt Gi m thiểu tốc độ quạt Sử dụng dây curoa phẳng trượt th p để truyền công su t Thư ng xuyên kiểm tra độ căng dây curoa Loại bỏ puli bánh biến đổi Sử dụng điều khiển tốc độ vô c p cho t i quạt biến đổi Sử dụng động hiệu qu mặt lượng cho vận hành liên tục gần liên tục Loại bỏ rò rỉ đư ng ống Gi m thiểu chỗ uốn đư ng ống Tắt quạt quạt cao áp không cần thiết Gi m tốc độ quạt cách điều chỉnh đư ng kính puli với động cỡ Sử dụng cánh hướng dòng thay cho điều chỉnh van x Thay bánh công tác nhựa gia cố thuỷ tinh/kim loại bánh cơng tác FRP có hiệu qu sử dụng lượng cao với thiết kế máy bay Cố gắng vận hành quạt gần mức hiệu su t tối đa (BEP) Gi m tổn th t truyền t i cách sử dụng đai phẳng có hiệu qu sử dụng lượng cao đai hình thang có g thay cho loại đai hình thang truyền thống Gi m thiểu tr lực hệ thống sụt áp cách c i tạo hệ thống ống Đ m b o độ đồng trục hệ thống truyền động điều khiển Đ m b o ch t lượng điện cung c p cho điều khiển động Thư ng xuyên kiểm tra độ rung để dự đốn hỏng hóc ổ đỡ, khơng đồng trục, m t cân bằng, lỏng lẻo vị trí đặt, vv… Hướng dẫn sử d ng lượng hiệu qu ngành cơng nghiệp Châu Á – www.energyefficiencyasia.org © UNEP 19 Thiết bị sử d ng điện: Quạt Quạt cao áp CÁC B NG TÍNH Phần bao gồm b ng tính sau: ƒ Thơng số kỹ thuật quạt quạt cao áp ƒ Tính toán hiệu su t quạt quạt cao áp B ng tính #1: THƠNG S K THU T C A QU T VÀ QU T CAO ÁP STT Thông s 10 11 12 13 14 15 Hình dáng Loại (Dọc trục/Ly tâm) Lưu lượng x Cột áp tạo Xử lý ch t lưu Mật độ ch t lưu Hàm lượng bụi Nhiệt độ ch t lưu Kiểu điều khiển lưu lượng D i điều khiển lưu lượng Công su t vào quạt Tốc độ quạt Hiệu su t định mức quạt Công su t tiêu thụ cụ thể Động quạt Cơng su t định mức Dịng đầy t i Tốc độ định mức Điện áp c p Hiệu su t định mức Hệ số công su t định mức Tần số c p Loại ổ đỡ Quạt (Đầu không dẫn động) Quạt (Đầu dẫn động) Động (Đầu không dẫn động) Động (Đầu dẫn động) C p bôi trơn 16 17 Đơn v Qu t/ qu t cao áp M3/h MmWc Kg/m3 Mg/m3 C % KW Vòng/phút % KW/(m3/h) KW Ampe Vòng/phút Vôn % HZ Hướng dẫn sử d ng lượng hiệu qu ngành công nghiệp Châu Á – www.energyefficiencyasia.org © UNEP 20 Thiết bị sử d ng điện: Quạt Quạt cao áp B ng tính 2: TÍNH TỐN HI U SU T C A QU T VÀ QU T CAO ÁP STT Thông s Đơn v m3/s 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Lưu lượng ch t lưu (trung bình) (Q) (đo ống h đầu phận x quạt) Áp su t hút (đo đầu vào quạt sử dụng áp kế kiểu ống chữ U) Áp su t đẩy (đo phận x quạt sử dụng áp kế kiểu ống chữ U) Tổng áp su t tĩnh (ΔP) [3–4] Tổng áp su t chênh lệch (dP) (đo ống h đầu cách đo số điểm mặt cách ngang ống) Hằng số ống h đầu (Cp) Diện tích mặt cắt ngang ống (A) Nhiệt độ môi trư ng lỏng (đo phận vào quạt nhiệt kế) Mật độ môi trư ng lỏng (r) (l y từ số liệu chuẩn hiệu chỉnh với nhiệt độ hoạt động/điều kiện áp su t) Công su t vào động (P) (đo c u chuyển mạch sử dụng t m panen đồng hồ đo lượng cầm tay/bộ phân tích lượng) Cơng su t vào trục (P1) (P x hiệu su t động X hiệu su t truyền t i) Tần số cung c p Công su t vào bơm Vận tốc khí/khơng khí (V) [= (Cpx√(2x9,81xdPxr)]/r Tốc độ dòng (Q) (= V x A) Hiệu su t học quạt (ηF) (QxΔP)/(102xP1) x 100 Tiêu thụ công su t cụ thể (P/Q) % T i động theo trọng số công su t % t i quạt theo trọng số lưu lượng % t i quạt theo trọng số tổng áp su t Qu t/ qu t cao áp mmWC mmWC mmWC mmWC M2 C kg/m3 kW % Hz kW m/ s m3/ s % kW/(m3/ s) % % % Hướng dẫn sử d ng lượng hiệu qu ngành cơng nghiệp Châu Á – www.energyefficiencyasia.org © UNEP 21 Thiết bị sử d ng điện: Quạt Quạt cao áp tĩnh Hướng dẫn sử d ng lượng hiệu qu ngành công nghiệp Châu Á – www.energyefficiencyasia.org © UNEP 22 Thiết bị sử d ng điện: Quạt Quạt cao áp TÀI LI U THAM KH O Những nguồn tài liệu sử dụng chương này: Bureau of Energy Efficiency (BEE), Government of India Energy Efficiency Guide Book, chapter 5, p 93-112 2004 Canadian Blower Industrial Fans and Blowers, www.canadianblower.com/blowers/index.html FanAir Company, product presentation www.fanair.com/products.pdf Ganasean, Indian Institute of Technology Fans, Pumps and Compressors Northern Industrial Supply Company (NISCO), Products – Fans and Blowers, New York Blowers www.nisco.net/nyb.html US Department of Energy (US DOE), Energy Efficiency and Renewable Energy, 1989 Improving Fan System Performance – a sourcebook for industry www1.eere.energy.gov/industry/bestpractices/pdfs/fan_sourcebook.pdf Copyright: Copyright © United Nations Environment Programme (year 2006) This publication may be reproduced in whole or in part and in any form for educational or non-profit purposes without special permission from the copyright holder, provided acknowledgement of the source is made UNEP would appreciate receiving a copy of any publication that uses this publication as a source No use of this publication may be made for resale or any other commercial purpose whatsoever without prior permission from the United Nations Environment Programme Bản quyền Copyright © Chương trình mơi trường liên hợp quốc (năm 2006) n b n tái xu t b n toàn phần cho b t kỳ m c đích giáo d c hay phi lợi nhuận mà khơng có cho phép đặc biệt từ người giữ b n quyền với điều kiện ph i nêu nguồn c a n b n NEP mong nhận dược b n c a b t kỳ n b n có sử d ng n b n nguồn thông tin Không sử d ng n b n để bán lại hay cho b t kỳ m c đích thương mại khác mà khơng có cho phép trước từ Chương trình Mơi trường c a Liên hợp quốc Disclaimer: This energy equipment module was prepared as part of the project "Greenhouse Gas Emission Reduction from Industry in Asia and the Pacific" (GERIAP) by the National Productivity Council, India While reasonable efforts have been made to ensure that the contents of this publication are factually correct and properly referenced, UNEP does not accept responsibility for the accuracy or completeness of the contents, and shall not be liable for any loss or damage that may be occasioned directly or indirectly through the use of, or reliance on, the contents of this publication, including its translation into other languages than English This is the translated version from the chapter in English, and does not constitute an official United Nations publication Khuyến cáo: Môđun thiết bị lượng thực phần c a dự án “Gi m Phát Th i Khí Nhà Kính từ Hoạt Động Cơng Nghiệp Khu vực Châu Á Thái Bình Dương” (GERIAP) y ban Năng su t Quốc gia n Độ Mặc dù cố gắng nhiều để đ m b o nội dung c a báo cáo xác phù hợp để tham kh o, UNEP khơng có trách nhiệm tính xác hay hồn thiện c a nội dung không chịu trách nhiệm b t kỳ m t mát hay thiệt hại mà liên quan trực tiếp hay gián tiếp cho việc sử d ng hay dựa vào nội dung c a báo cáo gây ra, bao gồm c b n dịch sang thứ tiếng khác tiếng Anh Đây b n dịch từ chương tiếng Anh khơng n b n thức c a Liên hợp quốc Hướng dẫn sử d ng lượng hiệu qu ngành công nghiệp Châu Á – www.energyefficiencyasia.org © UNEP 23 ... ng điện: Quạt Quạt cao áp Hình T c đ , áp su t công su t c a qu t (BEE India, 2004) CÁC LOẠI QUẠT VÀ QUẠT CAO ÁP Phần tóm tắt loại quạt quạt cao áp 2.1 Các lo i qu t Có hai loại quạt Quạt ly tâm... thống chân không công nghiệp Quạt cao áp ly tâm quạt cao áp thể tích hai loại quạt cao áp chính, mơ t 2.2.1 Qu t cao áp ly tâm Quạt cao áp ly tâm trông giống bơm ly tâm quạt Bánh công tác loại truyền... d ng điện: Quạt Quạt cao áp Hình 14 Qu t cao áp ly tâm (FanAir Company) 2.2.2 Qu t cao áp thể tích Quạt cao áp thể tích có rơto “bẫy” khơng khí đẩy theo thành vỏ quạt Những quạt cao áp cung c