Quạt và hệ thống Quạt

QUT VÀ H THNG LA CHN, S DNG VÀ TÍNH TOÁN NGUYN HÙNG TÂM Hiu đính và b sung 2006, 2011 (Dùng cho SV Khoa C Khí Công Ngh hc các môn: Bm Qut Máy nén, K thut Sy, K thut iu hòa Không khí) 2 MC LC QUT và H THNG 4 1 LI NÓI U 4 2 CÁC KHÁI NIM VÀ PHÂN LOI QUT 5 2.1 Qut hng trc (HT) 6 2.2 Qut ly tâm(LT). 8 2.3 Qut phi hp (MF,mixed flow, còn dch là hn lu, hn hp) 10 2.4 Qut dòng ngang trc (cross-flow fan ) 11 2.5 Chn qut ly tâm hay hng trc ? 11 3 CÁC THÔNG S CA QUT và KHO NGHIM QUT 12 3.1 Thông s hình hc 12 3.2 Lng gió (lu lng không khí) 13 3.3 Ct áp (pressure ) 14 3.3.1 Các khái nim 14 3.3.2 o tnh áp 15 3.3.3 Liên h gia áp sut tính bng ct nc h N , và bng ct không khí h KK 15 3.3.4 Áp k vi bu rng 16 3.3.5 Áp k vi nhánh nghiêng 16 3.3.6 Cht lng khác nc 16 3.4 Dng c đo : ng pitot 17 3.5 Công thc gn đúng đ tính lu lng gió t đng áp 17 3.6 Công sut qut (power, P, N) 20 3.7 Hiu sut tnh (static efficiency) 20 3.8 Hiu sut c (mechanical efficiency) 20 3.9 Ý ngha ca hiu sut qut 21 3.10  n 21 3.11 ng đc tính qut (fan performance curves) 22 3 NH Tâm 2006 - 2011 3.12 Kho nghim qut 22 3.13 Tm quan trng ca qut và kho nghim qut 24 4 TN ÁP CA H THNG 25 4.1 Tn áp trong ng 25 4.2 Tn áp cc b 26 4.3 Tn áp qua thit b đu vào-ra: 28 4.4 Tn áp qua sàn l (Henderson, 1943; theo Brooker et.al.) 28 4.5 Tn áp qua lp ht 29 5 CÁC NH LUT V QUT 30 6 CHN QUT PHÙ HP VI TN ÁP H THNG 31 6.1 ng đc tính qut – h thng 31 6.2 Chn qut: 33 7 TÍNH TOÁN CÁC KÍCH THC CHÍNH CA QUT 36 7.1 Tng quan 36 7.2 Qut hng trc có hng dòng (vane-axial fan) 36 7.3 Qut ly tâm cánh nghiêng hoc cong ra sau 38 8 MT S LU Ý KHI LP T QUT 38 8.1 Qut HT: 38 8.2 Qut LT 39 9 KHO NGHIM QUT & O VN TC TRONG NG 39 9.1 ng kho nghim qut và v trí đo (JIS B8330) 39 9.2 Tính toán 40 9.2.1 Theo phng pháp ng pitot 40 9.2.2 Theo phng pháp l 41 10 TÀI LIU THAM KHO 42 4 QUT và H THNG 1 LI NÓI U Qut là mt thit b c khí đã đc s dng rng rãi trong nhiu lnh vc vi nhiu kiu dng khác nhau… nhm vn chuyn không khí t ni này đn ni khác đáp ng các yêu cu trong sinh hot thng ngày, các quá trình ch bin trong nông - công nghip; trong các h thng nung nóng và làm mát, và trong các nhà máy nhit đin. Qut đã đc s dng rt nhiu, các thit b này hot đng đc là nh thông qua các b truyn đng, nhn nng lng t các đng c n hoc mô t đin vi công sut t vài Watt đn vài trm kWatt, vì vy chi phí nng lng cn đ chúng hot đng là không nh, ti M chim khong 17% trong 80 triu kWh đin tiêu th hng nm trong lnh vc công nghip (USDOE-2006), do đó, nhm s dng hiu qu và gim chi phí nng lng tiêu th này cn phi nâng cao hiu sut ca qut và vn hành h thng có s dng qut mt cách hp lý. T lâu đ hoàn thin các đc tính ca qut các Trng i hc, Vin nghiên cu, Công ty ch to và các k s thit k luôn c gng hoàn thin qut đ có hiu sut cao hn bng cách s dng các k thut-công ngh mi nht nh các phn mm thit k, các vt liu và công ngh ch to. Ngày nay vi s h tr ca máy tính và các phn mm mô phng đng hc ca lu cht đã giúp các k s ti u quá các dòng chy ca không khí trong qut t đó thit k nhiu dng-kiu máy khác nhau vi hiu sut thy lc tt nht. Tuy nhiên, vic chn la, lp đt, s dng và vn hành thit b hp lý trong mt h thng cng nh hng rt ln đn hiu sut ca thit b này. Khi chn và lp đúng thit b trong mt h thng, các qut này cn đc vn hành ti đim hot đng (FOP) gn vi đim có hiu sut cao nht (BEP) ca qut do vy h thng hot đng s hiu qu hn, làm gim chi phí nng lng tiêu th, gim n và tng tui th cho thit b. Vì vy bài vit này nhm cung cp cho các sinh viên Khoa C khí Công ngh trng đi hc Nông Lâm TP HCM, các k s quan tâm, và ngi s dng vn hành có đ kin thc chính v qut nh cu to, nguyên lý hot đng, phm vi s dng; các thông s hình hc và đc tính cng nh các yu t nh hng và các tính toán cn thit đ chn qut và vn hành chúng trong mt h thng tng ng hiu qu nht; và các hiu bit nhm kim tra các thông s k thut da theo các tiêu chun quc t thng dùng nu cn. Bài vit nhm phc v ging dy và chia s thông tin, đã s dng rt nhiu thông tin t kinh nghim thit k kho nghim lp đt s dng qut trong các h thng máy ca tác gi, cng nh t các ngun tài liu đc nêu trong phn tài liu tham kho, dù đã c gng vn có th thiu sót, mi ý kin đóng góp xin gi v Thc s Nguyn Hùng Tâm, GVC Khoa C Khí Công ngh, trng i hc Nông Lâm TP HCM, email hungtamng@yahoo.com hoc hungtamng@hcmuaf.edu.vn, hoc đin thoi di đng s 0913 900 676. 5 NH Tâm 2006 - 2011 2 CÁC KHÁI NIM VÀ PHÂN LOI QUT Có 4 loi qut thng gp: - Qut hng trc (axial-fan) - Qut ly tâm (centrifugal fan) - Qut phi hp (mixed-flow fan) - Qut dòng ngang trc (cross-flow fan) Trong đó hai loi qut hng trc và ly tâm đc s dng nhiu nht trong các h thng. Mt h thng s dng qut có th bao gm nhiu cm chi tit đc mô t nh Hình 1. Hình 1: H thng qut Cm 1: Qut vi mô t + truyn đng+ b bin tng điu khin tc đ. Cm 2: Thit b đu vào: b lc bi, cyclon, b trao đi nhit… Cm 3: Thit b đu ra: b lc bi, cyclon, hoc các vt liu khác.nh lp ht. Cm 4: H thng đng ng: đng ng, co, ni chuyn tip, và các van… Mt h thng có th có đ các cm k trên hoc mt phn, vì vy cn nm rõ v h thng đ có th s dng vn hành qut hiu qu nht. 6 2.1 Qut hng trc (HT) Nh tên gi, dòng khí chuyn đng song song dc theo hng trc qut, hng vào song song vi hng ra. Nu dùng đin, rô-to qut có th đc lp trc tip trên trc đng c đin (Hình 2.1). Nu dùng đng c n, phi truyn đng qua dây đai (Hình 2.2). Thc t, dù có đin, đôi khi vn phi truyn đng gián tip, vì mt s yêu cu đc bit không th đ mô-t đin trong dòng không khí. Qut HT có 3 dng (Hình 2.1):  Qut trc chong chóng (propeller fan): Dng ging qut trn, không có v (bc) qut hoc v qut rt ngn. Dùng cho thông gió chung tri, nhà xng, có áp sut to ra rt thp ( h< 20mmH 2 O).  Qut trc ng (tube-axial fan, TAF): Rô-to qut nm trong v qut là mt ng dài (Hình 2.1 và 2.2); to đc áp sut trung bình (h= 20-50mmH 2 O).  Qut trc có hng dòng (vane-axial fan, VAF): Không khí qua khi rô-to đc nn dòng chy cho thng, tránh ri, nh th đt tnh áp và hiu sut cao hn. Vi dng có hng dòng, đ to áp sut cao, có th ghép ni tip 2 rô-to, thành qut hng trc 2 tng cánh (two-stage VAF). Hoc vi qut tube axial fan có th ghép 2 rô to quay ngc chiu (Hình 2.4). Hình 2.1: Ba dng qut hng trc (trc chong chóng ; trc ng ; và trc có hng dòng) Hình 2.2: Qut hng trc dng trc ng 7 NH Tâm 2006 - 2011 (a) (b) Hình 2.3: Qut hng trc : (a) qut trc chong chóng; (b) qut trc có hng dòng Hình 2.4: Qut hng trc 2T: (a) qut VAF-2T; (b) qut TAF-2T Mt s thông s ca qut HT (theo Bleier 1998). 8 2.2 Qut ly tâm(LT). Các cánh ca rô-to ca qut ly tâm đc gi gia mt đ và vòng gi đ. Rô-to nm trong v qut vi chu vi theo dng xon c. Không khí vào t ming hút qua vòng đ, đc các cánh ly tâm ra v qut, và theo v thoát  ca ra. Nh vy, phng ca dòng khí vào thng góc vi phng ca dòng khí ra (Hình 3). (a) (b) (c) Hình 3: Qut ly tâm: (a) hình lp ; (b) rô-to ; (c) hình tháo ri Nhm đáp ng cho nhiu công dng khác nhau, qut ly tâm có nhiu dng cánh cho rô-to lit kê nh (Hình 4a) s đc nhc li trong phn chn qut. Cánh cong ti FC (Forward curved, FC) Cánh cong lui (Backward curved, BC) Cánh nghiêng lui (Backward inclined, BI) Cánh hng tâm (Radial blade, RB) u cánh hng tâm (Radial tip, RT) Hình 4a: Mt s dng cánh ca qut ly tâm: 9 NH Tâm 2006 - 2011 Hình 4b: Mt s dng rô to ca qut ly tâm: a/ Qut plenum (không có v ngoài) b/ Qut ly tâm có 2 ming hút (DWDI) c/ Qut cánh cong ti rng Sirocco (WFC) Hình 4c: Mt s dng khác ca qut ly tâm. Plenum fan (Hình 4c) là trng hp đc bit ca qut ly tâm không có v ngoài thng gp trong điu hòa không khí hoc các kho lnh, máy sy. Qut ly tâm DWDI hoc WFC thng dùng vi các yêu cu lu lng ln. 10 2.3 Qut phi hp (MF, mixed flow, còn dch là hn lu, hn hp) Là dng qut kt hp u đim ca hai loi qut hng trc (lu lng ln ) và ly tâm (áp sut cao, ít n). Không khí đi vào nh vi qut hng trc, đc rô-to ly tâm ra v, và theo v thoát  ca ra (Hình 5). Khác vi qut ly tâm, hng không khí ra trùng vi hng vào (ging qut hng trc). Loi qut này đc s dng cho mt s yêu cu dung hòa gia qut hng trc và qut ly tâm, ngha là c lu lng và áp sut đu khá cao (a) (b) Hình 5: Dòng chy không khí khác nhau gia qut hng trc (a), và qut phi hp (b). Rô-to ca qut phi hp có hai dng: Dng 1 có vòng gi. Dng 2 không vòng gi (Hình 6) (a) (b) Hình 6: Qut phi hp và rô-to dng 1 có vòng gi (a); và rô-to dng 2 (b) không vòng gi [...]... curved) Nh ng v i h ng th ? cho ul tr n mà h n2 êng lui (BI) là 1100mm và cùng vòng quay n =960 v/ph Q Hình 8 minh 55-60% 2O -80mmH2O thích -11m3/s -65% -120mmH2O -10m3/s -120mmH20 3 -9m /s -70mmH2 (40%) h g h NH Tâm 2006 - 2011 12 Hình 8: q LT và HT có cùng D và n (NH Tâm 2010) T 3 VÀ K ,g kích th ) Các ph l Ghi chú: ( "GIĨ" 3.1 cc hi n là Dro, tr/Dro,... NH Tâm 2006 - 2011 22 3.11 15 HT 130-2T có (BEP) là l và này 3.12 pitot, và ph orifice, venturi, nozzle) n t, ng (Fan test duct), Hình 17 và 18 dùng n tùy theo tiêu (Hình 16) là: o ; ANSI/AMCA 210-1 , Th n 300 th a orifice plate) ó 23 Hình 15 HT 1300 - 2T (NH Tâm 2010) HT 1300-2T(Hình 15) – 40 mmH2 – 22 m3/s, tuy 100mmH2 -19 m3/s@ 90- 70mm H2 -55% và -60% h ly Hình 16: Các ... 2 v1 2g p1 k g Z1 : dung tr ng khơng khí ; Z1 và Z2 : v trí cao G i: /kg] g: 2 v2 2g p2 k g gia t c tr ng tr Z2 ng a i m 1 và i m 2 v2 p 2g [m] = ng trình Bernoulli t i k = g [m] + [m] Z2 1 [m] = 2 v1 2g p1 k g 2 v2 2g p2 k g [m] v [ m/s ] p [ Pa ] k = [ kg/m3 ] 15 ng: v2 2 [Pa] = gh = [ Pa ] h [m] = 9,81 m s-2 g 3.3.2 Hình 10.b Hình 10.a h (Hình 10.a và 10.b th n cao h h (áp s h khơng) 2 p= gh =... 100 % (mechanical efficiency) p = tính 21 3.9 10 m3 /s và 50 mm H2O LT = 10 * 50 / 102 = 4, 9 kW = 6 t Ptte = 6,57 / 0,50 = 13,1 HP t 22 = 30 % = 0,30 Ptte = 6,57 / 0,30 = 21,8 HP t > 30 HP = Ptte = 6, 57 / 0,10 = 6 6 Lit/h (gi s 20 000 thêm m 3.10 No No = 10 log Q + 20 log H [dB(A)] 2O] và Theo Occupational Safety and Health Administration (OSHA) và Environmental Protection Agency (EPA) 8 90 6 92 4... tr/Dro, là B1, B2, Hình 9, 10, b 2 , Dvo, tr , 1, , D1/D2, 13 dB rơ to : Dro Dtr Dvo 0,1 L1 > 0,2 *Dtr L2 > 0,7 *Dtr Bán kính loe vào Hình 9 cc R > 0,26 * Dro ng tr c 2 hút : D1 B1, B2 B A Các bán kính R1, R2, R3, R4 Hình 10 cc n ro Dtr/Dro ; y tâm D1/D2 2 và t còn n cánh và góc nghiêng cánh 3.2 L ul L ) (khơng khí) ul Q /s, m3 0,5 m3/s 3 3 cfm = 0,47 m /s ... - % 21) Hình 21 và ctv, 2003) 5 Q [m3/s] =l ul p [Pa] P [watt] n [vg/phút] No [decibel] = nc 1 (Subscript ) 2 Các cơng th c áp d q = kích th n nh l n g p r i, và ch p nh n c h t chính xác, vì nh ng ph c t p c a khí ng h c 31 Q2 Q1 p2 p1 n2 n1 p1 p2 1 4 Q2 Q1 n2 n1 N o2 D2 D1 N o1 1 2 2 n2 n1 P2 P 1 n2 n1 3 D2 D1 3 2 D2 D1 D2 D1 5 50 log10 3 4 p1 p2 D2 D1 Q2 Q1 50 log10 1 2 n2 n1 P và 2 P 1 n2 n1 3... 173 -67 TB TB Cao TB TB TB TB TB TB TB Cao TB 154 – 19 TB Cao Cánh cong t i 135 -48 Cánh cong lui .và BI 135 – 38 TB TB TB TB TB 48 – 19 TB TB TB TB Cao 125 – 48 Cánh h TB TB TB TB TB TB TB TB cao 15 - 2 cao ( TB = trung bình ) TB Cao 35 H -2T, 14-2T và 14t/dro mm 0,5-920; 0,6-820; 0,6- ) lúa dày 40, 50,70 và 80cm - nhanh -2T, H14– - y y các B ng 4: Ch y (Bleier, 1998) cánh êng ; LS, LSO c ... cánh êng ; LS, LSO c NH Tâm 2006 - 2011 36 7 TÍNH TỐN 7.1 T ng quan òi h i các hi u bi t c b khí, các thành ph n dòng khơng khí i vào và ra kh ngun liên h T ó, tính tốn c v ng cánh và lên cánh ơng th kính rơ-to, kích th c Ph Fans: Design and operation of centrifugal, axial, and cross-folw fans Pergamon Press” M t tài li u khác nên tham kh o là “Bleier F.P... y trung bình, r i l y c n hai Sai : p = A: : L Tính l ngh a là L patmA TA VA pA Ví d = 60 o = 3,2 m3/s = 400 Pa p0 V0 o T0 = 25 C và patm0 = 760 mmHg V 0 = V A ( = 3,2 m3/s ) NH Tâm 2006 - 2011 20 T p: q p0 pA p0 400 Patm , và Tk Tk = T + 273,15 [kelvin] p atm0 TkA * p atmA Tk 0 760 ( 60 273,15 ) * 630 ( 25 273,15 ) p0 = 400 * 1,348 = 540 Pa p0 / pA :... và ng áp (Hình 15) c Tổ ng áp Tónh áp 8 lổ đườ ng kính 1mm khoan cá ch đề u, không "ba-vớ" R24 A-A 3mm ngoài A d = 8mm A 8d 16 d Hình 13: ng pitot Hình 14 3.5 ul - v H NH Tâm 2006 - 2011 c 18 v [m/s] = (4,0– 4.30) * H [mmH2O] - 4,3 L u ý: Tính v H v H, v Hình 15 c v p H ul kg/m3 m/s Pa (= N/m2 ) mm H2O = Á = Á p = hay : v 2/ * v2 / 2 T [oC] khí n 25 oC và