Quạt Công Nghiệp Quạt Ly Tâm Quạt Hướng Trục Nguyên lý quạt Phần 1

Tìm hiểu Nguyên lý quạt công nghiệp quạt ly tâm quạt hướng trục Các định luật về quạt tính tìm hiểu lưu lượng cột áp để tìm công suất, tốc độ và kích thước quạt, các loại quạt hướng trục, các loại quạt ly tâm.

TBN1: Quạt

• Định nghĩa

Quạt là thiết bị sản sinh ra dòng khí với 2 hoặc nhiều cánh hoặc cánh hướng dòng được gắn cố định với trục quay Mỗi thiết bị này, bao gồm bánh công tác, chuyển đổi năng lượng cơ học quay, được áp dụng vào trục của chúng để toàn tăng toàn bộ áp suất của dòng chuyển dịch khí Đây là sự chuyển đổi trọn vẹn bởi

sự thay đổi động lượng của dòng lưu chất

Theo ASOMEP: ”Quạt làm tăng tỉ trọng của khí không quá 7% so với đầu vào và đầu ra Nghĩa là tăng ko quá 7620 Pa so với khí tiêu chuẩn (200C; 101,725kPa) Nếu tăng quá thì đó sẽ là máy nén hoặc bơm cao áp.“

Quạt dùng cho cấp nhiệt, thông gió và điều hòa không khí, thập chí cho những hệ thống có vận tốc cao áp suất lớn, hiếm khi bắt gặp khi chúng lớn hơn

2500 – 3000 Pa (10 – 12 inches áp suất nước)

Có 3 bộ phận chính của quạt: bánh công tác (đôi khi chúng được gọi là bánh lái hoặc đĩa quay), bộ truyền chuyển động và lớp vỏ

Để tính toán với hiệu suất quạt được hợp lý, người thiết kế cần phải biết

• Định mức và việc tính toán quạt là như thế nào?

• Ảnh hưởng của hệ thống phân phối không khí sẽ ảnh hưởng tới hiệu suất của quạt như thế nào?

Các loại quạt khác nhau, nhưng các loại quạt cùng loại mà cung cấp bởi các nhà cung cấp khác nhau sẽ không tương tác với hệ thống 1 cách giống nhau

TBN 2: Kí hiệu và ý nghĩa về quạt

• Thang đo Gause

Thang đo áp suất ở khí quyển được biểu diễn

bởi chiều cao cột nước (mm) (ở điều kiện khí

quyển, m0 340 mm (304,1 inches) của nước

hoặc 10m (33,97 feet) nước)

• Áp suất tĩnh [static pressure]

Độ chênh lệch giữa áp suất tuyệt đối ở điểm trong dòng khí hoặc ở buồng gió đầu vào và áp suất tuyệt đối với không khí môi trường xung quanh, mang dấu dương khi áp suất ở điểm trên so với áp suất môi trường xung quanh và mang dấu âm khi ở bên dưới Nó được đo ở mọi hướng, không phụ thuộc vào vận tốc

và không phụ thuộc vào thế năng có sẵn trong dòng khí

Là áp suất cần thiết để dòng khí thắng

sức cản của đường ống, và vật cản của hệ

thổng hay là sự chênh lệch của áp suất

tuyệt đối của 1 điểm trong luồng khí với áp

suất tuyệt đối khí quyển

1 Pa = 1 N/m2; 1 mmH2O = 9,8Pa =

10 Pa

• Áp suất động

Áp suất yêu cầu để làm tăng nhanh

thêm vận tốc từ 0 cho tới vận tốc bất khì và

nó tỉ lệ với động năng của dòng khí Áp suất

động sẽ chỉ được dùng trong hướng của dòng

và nó luôn dương.

• Tổng áp suất: Là tổng đại số của áp

suất động và áp suất tĩnh Nó được đo bởi toàn bộ năng lượng có sẵn trong dòng khí

Công thức: TP = SP + VP

• Tổng áp suất quạt

Tổng áp suất quạt: Là độ chênh đại số

của tổng áp suất ở đầu vào hút quạt với tổng

áp suất của đầu ra quạt Nó được đo bởi toàn

bộ năng lượng cơ học được thêm dòng khí

hoặc gas của quạt

• Tĩnh áp quạt

Tĩnh áp của quạt được định nghĩa là đại

lượng sử dụng trong đặc tính quạt và không

thể được đo trực tiếp Tĩnh áp quạt là hiệu số

giữa tổng áp suất trừ đi áp suất động tương

ứng với vận tốc của dòng khí thổi ra Lưu ý rằng

nó không phải là sự chênh lệch giữa áp suất

tĩnh ở đầu ra và áp suất tĩnh của đầu vào ví

dụ: Nó không phải là áp suất tĩnh ở bên ngoài

• Lưu lượng gió: m 3 /h; m 3 /s

Là lượng gió mà quạt mang di chuyển mang đi trong quá trình hoạt động

• Công suất gió:

Giả sử hiệu suất là 100%, là công suất yêu cầu di chuyển lượng khí nhất định

1000

Q Sp STATICAkW  

1000

Q TP TOTALAkW  

Q là lưu lượng m3/s; TP là tổng áp suất (Pa)

• Công suất thực tế của động cơ (BkW)

Đây là công suất thực tế của quạt yêu cầu,

nó lớn hơn công suất của không khí vì không

có hệ thống quạt nào đạt hiệu suất 100% vì

năng lượng bị tiêu hao trên các ổ đĩa, V đai,

phụ kiện và bất kì yêu cầu năng lượng khác,

thêm vào đó là nạp điện cho quạt

1000 t

Q TP BkW



Với ƞt là tổng hiệu suất quạt

• Hiệu suất tĩnh (S.E)

Công suất tĩnh dòng khí chia cho

công suất đầu vào của quạt

ow

• Hiệu suất động cơ (M.E)

Còn được gọi là tổng hiệu

suất.(T.E) Tỉ số của năng lượng đầu vào và

ra

.1000

• Hệ thống gió mở tối đa

Lúc này, áp suất tĩnh qua quạt sẽ bằng “không”

• Mở rộng công suất của động cơ

Công suất của động cơ bị tiêu hao khi quạt hoạt động với công suất tối đa Thường, với các đặc tính của quạt trong điều kiện của % độ mở rộng lưu lượng

cá mà đối với quạt cho sau đó cố định thương xứng với phần trăm áp suất quạt khi đóng kín và phần trăm độ mở công suất động cơ

• Dải phạm vi hoạt động:

Gồm lưu lượng và áp suất, được xác định bởi nhà xản suất, trong phạm vi này, quạt sẽ hoạt động 1 cách ổn định

o Phạm vi hoạt động của quạt li tâm cánh hướng tới: 30-80%

o Phạm vi hoạt động của quạt cánh nghiêng hướng sau: 40-85%

o Phạm vi hoạt động của quạt cánh hướng trục: 35 – 80%;

• Vận tốc gió tại cánh biên: Ký hiệu TS

TBN 3: Các luật về quạt

Nó không thực hành để kiểm tra đặc tính của mọi kích thước quạt trong phạm vi của nhà sản xuất ở mọi tốc độ ở cái nó có thể được áp dụng Ngoại trừ

nó có thể để mô phỏng mọi mật độ đầu vào cái mà có thể bị va chạm

May mắn thay, việc sử dụng định luật về quạt nó có thể tiên đoán tốt độ chính xác đặc tính của quạt ở tốc độ khác và mật độ hơn những tỉ lệ kiểm tra ban đầu

Nó là điều lưu ý rất quan trọng, tuy nhiên, những định luật quạt được áp dụng để đưa ra điểm trong phạm vi hoạt động của đặc tính quạt Nó không thể tiên đoán trên các được điểm khác của đường đặc tính này

Luật về này thường được sử dụng để tính toán sự thay đổi trong lưu

lượng dòng, áp suất và điện năng của quạt khi tốc độ, tỉ trọng khối lượng riêng bị thay đổi

Các luật về quạt sẽ tính toán cho tỉ lệ hình học về quạt; tuy nhiên bởi vì hệ dung sai luôn không cân đối, đặc tính tốt hơn chút là đạt được thông thường khi đưa ra từ cho kích thước quạt đến 1 cái lớn hơn

o Lưu lượng thay đổi Q tỉ lệ thuật với tốc độ quay N, lập phương của đường kính cánh quạt D

o Công suất tỉ lệ thuận với khối lượng riêng, mũ 3 với tốc độ quay và mũ

5 với đường kính quạt

P: Áp suất (TP,SP hoặc VP), Pa

d: khối lượng riêng, kg/m3N: tốc độ quạt, rpm D: Đường kính cánh quạt, mm W: Công suất cánh quạt,

kW

• Thay đổi tốc độ quạt

Đầu tiên, chúng ta xem xét đến định luật quạt ứng dụng để thay đổi chỉ tốc

độ (hệ thống giữa nguyên) khi cho quạt

và cho hệt hống điều khiển không khí ở mật độ cho trước

o Luật 1: Chỉ thay đổi tốc

Tính toán với sự thay đổi trong

đặc tính do tỉ lệ thay đổi kích thước quạt,

dựa vào giữ nguyên tốc độ biên cánh

quạt, khối lượng riêng của khí, tỷ lệ quạt,

quạt cân bằng và điểm vận hành cố

Chú ý: Theo thiết kế của người thiết

kế quạt và ít khi được áp dụng rộng rãi

o Luật 3:

Tính toán cho sự thay đổi đặc tính do

tỉ lệ thay đổi với kích thước nhưng dựa vào

cố định tốc độ, với khối lượng riêng, tỉ lệ quạt

và điểm hoạt động cố định

Nếu tốc độ quay không thay đổi:

3 2

• Thay đổi khối lượng riêng của dòng khí

Xem xét tiếp đến ảnh hưởng của sự thay đổi của mật độ khối lượng riêng của đặc tính quạt, 3 luật được áp dụng trong trường hợp này

o Luật 4: Với việc giữ nguyên

lưu lượng, hệ thống, kích

thước và tốc độ quay không

đổi

Lưu lượng quạt, Q sẽ không thay

đôi với khối lượng riêng Quạt có

thiết bị lưu lượng giữ nguyên và

sẽ tạo ra lưu lượng không vấn đề

gì cái mà khối lượng riêng không

1 1

d

P x d

o Luật 6: Giữ nguyên lưu lượng

dòng, giữ nguyên hệ thống, cố định kích thước quạt:

với cái khác với mật độ không khí chuẩn

dùng cho bản chọn quạt cái mà đều dựa

trên không khí chuẩn

Ví dụ 1: Ở điều hòa không khí cung cấp quạt hoạt động ở 600 rpm chịu áp suất tĩnh 500 Pa, yêu cầu điện năng 6,5 BkW Nó nhận 19 000 CMH ở điều kiện

chuẩn Thay vì điều khiển điều hòa không khí chạy khỏe hơn kế hoạch ban đầu, mong muốn có thêm không khí nữa Để tăng dòng tới 21 500CHM, thì tốc độ, áp suất và công suất là bao nhiêu?

Ví dụ 2: Một quạt hoạt động ở tốc độ 2715 rpm ở 200C chịu áp suất 300 Pa Nó nhận lưu lượng 3560 CMH và yêu cầu 2,84 BkW Ở 5 kW motor là hiệu suất của quạt Hệ thống chạy điện dung ngắn nhưng người quản lý không muốn bỏ thêm tiền thay motor Điện dung lớn nhất thay

đổi từ hệ thống là bao nhiêu khi motor là

5 kW Tốc độ tăng cho phép là bao nhiêu

Lưu lượng dòng và áp suất khi ở điều kiện

mới là bao nhiêu?

Ví dụ 3: Nhà sản xuất quạt mong muốn lưu lượng

thiết kế đạt được 400 mm dia quạt đến 800

mm-dia quạt Ở điểm hoạt động 400 mm quạt nhận

7750 CMH ở 200C khí chịu 100 Pa áp suất tĩnh Ở

yêu cầu này, 694 rpm (van tốc biên 14,53 m/s) và

1,77 BkW Bản thiết kế lưu lượng, áp suất tĩnh,

điện năng và vận tốc biên sẽ ở 800 mm fan ở cùng

điều kiện tốc độ là bao nhiêu?

Ví dụ 4: Quạt hút không khí từ ovan và nhận 18 629 CMH ở 1160C khí chịu áp suất 250 Pa áp suất tĩnh Nó hoạt động ở 796 rpm và yêu cầu 9,9 BkW Giả thiết

ô van tổn thất nhiệt và không khí ở 200C Tính áp suất tĩnh và công suất quạt đã yêu cầu?

Sử dụng luật 4:

Khối lượng riêng ở 200C: 1,2 kg/m3

Khối lượng riêng ở 1160C: 0,9 kg/m3

Q2 = Q1 = 18,620 CMH

P2 = P1(d2\d1) = 250(1,2\0,9) = 335 Pa

W2 = W1(d2\d1) = 9,9(1,2\0,9)=13,2

BkW

Ở ví dụ này diễn tả tại sao cánh quay

quạt nên luôn luôn lựa chọn trên công suất ở mật độ lớn nhất, cái sẽ có thể chịu được ở nhiệt độ thấp nhất có thể

Ví dụ 5: Một kỹ sư ghi rõ rằng anh ta muốn 15 200 CMH ở 200 Pa áp suât tĩnh,

490C và 300m độ cao Xác định tốc độ và công suất quạt (Gợi sy có 2 cách để giải quyết vấn đề, luật 4 hoặc 6)

Sử dụng luật 4: Để nhập thông tin bảng tính toán của nhà sản xuất cái dựa trên không khí chuẩn, chúng ta phải xác định áp suất tĩnh cái mà yêu cầu với không khí chuẩn Từ bảng hệ số mật độ không khí, chúng ta tìm được:

dthưc tế/dtiêu chuẩn = 0,88

Pstd = Pact x (dstd\dact) = 200\0,88 = 227 Pa, có

thể chọn 225

Từ bảng tính toán quạt, chúng ta tìm đến chỗ

nhận 15200 CMH chịu 225 Pa sẽ yêu cầu 1120

rpm Công suất yêu cầu là 8,07 BkW Tốc độ

đúng ở 1120, nhưng khi quạt điều khiển mật

độ không khí ít hơn thì:

Wac = Wstdx(dact\dstd)=2,07x0,88=7,1 BkW

Lưu ý rằng cũng từ ví dụ này trở kháng áp

suất tĩnh của hệ thống biến đổi trực tiếp với

khối lượng riêng của không khí

Sử dụng luật 6:

Trong trường hợp này, giả thiết điều kiện

hoạt động ở chuẩn để xác định tốc độ và

công suất trong tính toán Sau khi công

suất tính toán và áp suất tĩnh sẽ được

chỉnh sửa thông qua luật 6

Qstd=Qactx(dact\dstd)=15200x0,88=13400

CMH

Pstd = Pactx(dact\dstd)=200x0,88 = 176 Pa

Quạt sẽ nhật 13400 CMH chịu 175 Pa khi

hoạt động ở 988 rpm Yêu cầu công suất

5,55 BkW Chỉnh sửa tốc độ cho khối

lượng riêng thông qua luật 6 ta được

Nact = Nstd x (dstd\dact)

= 988\0.88 = 1120 rpm

Wact = Wstdx(dstd\dact)2 = 5,55\0,882 = 7,1 BkW

Như mong đợi kết quả ra được giống với cùng cách giải quyết tương tự

Ví dụ 6: Giả thiết rằng quạt điều khiển 41,280 CMH ở áp suất tĩnh 300 Pa, chạy ở

418 rpm và yêu cầu 14,99 BkW Nếu tốc độ duy trì cố định ở 418 rpm nhưng trở

lực bổ xung thêm 100 Pa, (dựa vào sự tồn tại có sẵn vận tốc) là đặt trong hệ thống, áp suất tĩnh sẽ là 400 Pa nếu điện dụng, 31 280 CMH duy trì ở điều kiện

đó Từ bảng tỉ lệ nhà sản xuất quạt, nó được xem như tốc độ phải tăng lên 454 rpm và sẽ yêu cầu 18,7 BkW Định mức quạt mới phải giảm tới tốc độ được xác định trước của 318 rpm dọc theo ống mới đường trở lực bởi luật 1

Khối lượng riêng của khí, kích thước quạt và tốc độ thường là cố định với đường cong trọn vẹn và phải được chỉ rõ

Các đường đặc tính đặc trưng của quạt được biểu diễn như hình dưới Nhìn chung các được xác định bởi bài kiểm tra trong phòng thí nghiệm, được dẫn tới thông qua đến thương tích trong kiểm tra chuẩn công nghiệp

Có điều quan trọng cần lưu ý rằng bài kiểm tra để cài đặt theo chuẩn AMCA gần với chuẩn lý tưởng, vì lí do này, các đường cong đặc tính cho áp suất và công suất chống lại dòng khí và đạt được dưới điều kiện lí tưởng, cái hiếm khi tồn tại trong thực tế

Các định luật về quạt sử dụng xác định công suất và đặc tính hiệu ở những tốc độ và kích thước của quạt khác nhau Bình thường, trước khi đề cập chỉ một kích thước và tốc độ được kiểm tra để xác định trong công suất quạt

TBN 5: Đường trở lực hệ thống

Trở lực hệ thống là tổng toàn bộ tổn thất

áp suất đi qua phễu lọc, bộ trao đổi nhiệt, bộ

chống rung và ống làm việc Đường trở lực hệ

thống là 1 đường đơn biểu diễn của áp suất cái

mà yêu cầu dịch chuyển dòng khí xuyên qua

hệ thống

Khi hệ thống cố định, cái mà không có sự thay

đổi trong cài đặt bộ chống rung chấn trở lực

hệ thống biến đổi bình phương của lưu lượng

Q ĐƯờng trở lực cho bất cứ hệ thống nào đại

diện bởi đường cong đươn Ví dụ, xem xét hệ

thống điều khiển 1000 CMH với tổng trở lực tới

100 Pa SP

Nếu Q tăng gấp đôi, trở lực SP sẽ tăng tới 400

Pa, như hình biểu diễn bởi giá trị bình phương

với hệ số đã cho ở hình 1

Đường cong này thay đổi, tuy nhiên, chẳng

hạn bộ phễu lọc hoạt động với bụi, trao đổi

nhiệt bắt đầu ngưng đọng độ ẩm, hoặc khi đầu

ra của bộ chống rung thay đổi vị trí

Điểm hoạt động (như hình 2) cái mà quạt và

hệ thống biểu diễn được xác định bởi sự giao

nhau của đường cong trở lực hệ thống và

đường cong đặc tính quạt Lưu ý rằng mọi quạt

hoạt động chỉ dọc theo đường cong đặc tính

của nó Nếu trở lực hệ thống được thiết kế

không gióng với trở lực ngoài được lắp đặt thì

điểm hoạt động sẽ thay đổi, áp suất tĩnh và lưu

lượng nhận được sẽ không còn giống như tính

toán.

Lưu ý ở hình 3 hệ thống thực tế có độ chên áp

suất hơn dự đoán trong thiết kế, bởi vậy, lưu

lượng khí sẽ giảm đi và áp suất tĩnh sẽ tăng

lên

Đường biểu diễn công suất kW đặc trưng cho kết quả khi giảm bớt đi BkW Đặc trưng, RPM sẽ tăng lên sau đó và BkW sẽ cần đạt được Q mong muốn Trong nhiều trường hợp nơi có sự khác nhau giữa thực tế và tính toán đầu ra của quạt,

nó do sự thay đổi của trở lực hệ thống hơn là do bất cứ thiếu sót nào của quạt hay đĩa quay Thông thường, lỗi này tạo ra bởi chênh áp suất tĩnh chỉ ra thông qua quạt và kết luận răng, nếu nó ở hoặc trên thiết kế yêu cầu Q là cũng ở trên thiết kế yêu cầu Ở hình 3 biểu diễn tại sao giả thiết hoàn toàn không hợp lệ

Trở lực hệ thống là tổng tất cả áp suất tổn thất khi đi qua phễu lọc, bộ

trao đổi nhiệt, bộ giảm chấn – rung - ồn, các đường ống hệ thống

Trở lực của bất cứ hệ thống nào cũng được biểu diễn bởi 1 đường cong đơn Khi đường cong thay đổi, có thể do bộ lọc bụi hoạt động có bụi, thiết bị trao đổi nhiệt ngưng tụ hơi nước hoặc đầu ra của bộ chống rụng bị thay đổi vị trí

Trong nhiều trường hợp, có sự khác nhau giữa thực tế và tính toán đầu ra của quạt, lí do là việc thay đổi trở lực hệ thống nhiều hơn là những thiếu sót của quạt và motor Tần suất gặp lỗi làm đọc áp suất tĩnh của quạt và đưa tới kết luận nếu nó ở tại hoặc điều kiện thiết kế trên lưu lượng

TNB 6 Sự cố hệ thống, Sự cố quạt, và nối song song

Có 3 lý do chính làm dòng khí không hoạt động trong hệ thống quạt đó là:

đường đặc tính của quạt không giao nhau tại

điểm rõ ràng nhưng lại nằm trong vùng phạm

vi lưu lượng áp suất Sự cố hệ thống này

không sảy ra đối với quạt: Cánh nghiêng,

quạt cánh nghiêng phía sau, quat có cánh ly

tâm Tuy nhiên nó có thể sảy ra với quạt ly

tâm có cánh hướng tới

Trong trường hợp này, do đường quạt

và đường hệ thống gần như song song nhau,

điểm hoạt động có thể kết thúc ở phạm vi

của dòng khí hoặc áp suất tĩnh Đây là kết

quả làm hệ thống không hoạt động được biết

như Sự cố hệ thống, xung kích hoặc xả khí

Với bất cứ loại quạt nào, điểm có

áp suất nhỏ nhất là ở trung tâm cánh quạt

và lớ nhất ở lề dòng chảy của vòng quay

Nếu quạt không quay và chênh lệch áp

suất tồn tại, dòng sẽ dịch chuyển từ nơi

có áp suất cao đến nơi có áp suất thấp

Sự đối lập về hướng khối khí này thường

làm khí chảy xuyên qua cánh quạt Điều

duy nhất giữ dòng chảy đúng hướng là độ xoáy của cánh quạt

Việc ngưng chạy sảy ra trừ khi có đủ lượng khí đi vào cánh quạt để lấp đầy khoảng trống giữa cánh quạt.

Ở sự cố này, ta có thể cảm nhận và lắng

nghe lỗi say ra ở tất cả các quạt cho đến mức

độ biến đổi như là áp suất tĩnh block-tight tiến

lại gần Riêng cánh quạt hướng tâm là 1 ngoại

lệ

Trong khi độ lớn của sự cố này có thể

diễn ra ở tất cả các loại quạt, sảy ra lớn nhất ở

quạt cánh cong và nhỏ nhất là ở quạt ly tâm có

cánh hướng tới Việc biến thiên áp suất gần tới

đỉnh có thể loại 10% Ví dụ, quạt có sự cố phát

triển ở 600Pa của tổng áp suất tĩnh có thể có

áp suất biến đổi của 600/10 của Pa Điều này

giải thích tại sao quạt lớn trong sự cố được cho

phép Tường phòng trang thiết bị bị rạn nứt từ độ rung của ống bảo dưỡng trong

sự cố

Trên đường đặc tính của quạt, không nên lựa chọn ở bên trái của Điểm sự

cố Tại điểm này được định nghĩa: đường hệ thống khi hoạt động ở tất cả các tốc

độ được xem xét, với các loại quạt khác nhau được xét với đối tượng này, hoạt động ổn định có thể nhận được nhiều hơn tới bên trái khi quạt hoạt động trong phòng thí nghiệm tại điều kiện lý tưởng

Phần lớn, các nhà sản xuất không liệt kê ra phạm vi hoạt động của tất cả các cách của đường sự cố

Tuy nhiên, Từ việc tính toán điểm cắt là 1 sự cơ sở nền tảng cho tính toán phán đoán, Lượng đặc tính bảo toàn sẽ cung cấp phạm vi hoạt động, nơi mà sẽ cho phép hệ thống hoạt động với bất cứ lý do nào trong miền thiết kế

➢ Mắc song song

Điều này sảy ra khi nhiều quạt được lắp kết nối với nhau theo lối vào thông thường hoặc dòng vào thông thường hoặc cả hệ thống Đặc biệt lưu lượng lớn của không khí phải điều khiển Việc kết hợp đường cong áp suất – lưu lượng khí trong trường hợp này đã đặt được bởi bổ xung thêm năng suất dòng khí với mỗi quạt ở cùng 1 điều kiện áp suất