CHƯƠNG QUẠT Quạt dùng để vận chuyển lưuchất thể khí với áp suất thấp Áp suất quạt tạo không lớn 1500 mmH2O Dòng không khí vào khỏi quạt có tỷ số nén không đáng kể, nên ta coi dòng khí không bị nén, cấu trúc dòng khí giống dòng lỏng máy bơm hoạt động Cho nên thông số bản, công thức dạng đường đặc tính quạt hoàn toàn giống bơm giới thiệu chương QUẠT LY TÂM Quạt ly tâm làm việc theo nguyên tắc giống bơm ly tâm Khi rôto quay, khí vào tâm quạt nhận thêm công lực ly tâm cung cấp đưa khí lên đường ống đNy 1.1 Phân loại - Phân loại theo áp suất, gồm có: • Áp suất thấp H < 100 mmH2O • Áp suất trung bình H = (100 ÷ 400) mmH2O • Áp suất cao H > 400 mmH2O - Phân loại theo suất, gồm có: • Năng suất thấp • Năng suất trung bình • Năng suất lớn - Phân loại theo hệ số quay nhanh ns • ns < 500 v/phút: quay chậm • ns = (500 ÷ 1400) v/phút: quay vừa • ns > 1500v/phút: cao tốc, quạt hướng trục - Phân loại theo mục đích sử dụng • Quạt dân dụng • Quạt công nghiệp 1.2 Cấu tạo Cấu tạo quạt ly tâm giống bơm ly tâm, khác số cánh quạt nhiều so với cánh rôto bơm 90 Vỏ quạt hình vỏ xoắn ốc, nhờ mà dòng khí qua quạt giảm ma sát Hình (H7.1.a) mô tả phương pháp xây dựng vỏ quạt, thứ tự bước sau: - Vẽ vòng tròn có đường kính đường kính rôto D2 Q - Vẽ hình vuông cạnh (a) trùng tâm với D2 a = (0,25 ÷ 0,3) ;m b.v - Bốn góc hình vuông tương ứng với bốn bán kính nối tiếp tạo vỏ hình ốc; r1, r2, r3, r4 Ở b; m: bề rộng vỏ, Q; m3/s: suất, v; m/s: vận tốc khí Rôto gồm hai đĩa đĩa trước đĩa sau, đĩa nhiều cánh quạt, hình (H.7.1b) mô tả rôto quạt Cửa hút cửa đNy tiết diện hình vuông hình chữ nhật, tiết diện suy từ lưu lượng vận tốc dòng khí qua 1.3 Tính áp suất toàn phần Xác định theo công thức (6 – 21) Hlt = Htĩnh + Hđộng Trong đó: Htĩnh = hhút + hđNy 91 Hđộng= C2 2g C2 Vậy H = hhút + hđNy + ; mH2O 2g (7 - 1) Xét công thức (7 – 1) có trường hợp: - Nếu quạt hút khí trực tiếp vào rotor, không qua ống hút (hhút = 0) C2 H = hđNy + 2g - Nếu quạt đNy khí môi trường không qua ống đNy (hđNy= 0) C2 H = hhút + 2g Nếu không gắn ống hút ống đNy (hhút = hđNy= 0) C2 , gọi quạt gia đình hay quạt không áp suất H= 2g C C Nếu đặt 1u = ϕ1 u = ϕ hệ số xoắn cánh U1 U2 - Thế vào từ công thức bơm (6 - 14) ta có: ϕ U 22 − ϕ1U12 ; mH2O H lt = g Và áp suất thực (cho ϕ1 = 0) H thuc = Ψ.ρ.U 22 ;mH2O (7 – 2) (7 – 3) Trong đó: Ψ - hệ số thực nghiệm nếu: Ψ = 0,5 ÷ 0,7 ⇒ cánh cong phía sau Ψ = 0,7 ÷ 0,9 ⇒ cánh thẳng Ψ = 0,9 ÷ 1,1 ⇒ cánh cong phía trước 1.4 Tính suất Năng suất hay lưu lượng quạt tính theo G m3 Q= ; 3600.ρ kk s Trong đó: (7 – 4) G – suất lượng khí qua quạt; kg/h ρkk: khối lượng riêng không khí điều kiện làm việc; kg/m3 3600: quy đổi m3/s 1.5 Tính công suất 92 Bỏ qua biến đổi khối lượng riêng khí công suất cần thiết quạt là: ρ kk g.Q.H kk N= ; kW (7 – 5) 1000.η Trong đó: ρkk: khối lượng riêng không khí điều kiện làm việc; kg/m3 g: gia tốc trọng trường; m/s2 Q: lưu lượng m3/s Hkk: áp suất toàn phần quạt tạo ra, mcột khí Nhưng chiều cao cột khí không xác định được, dựa vào định luật nhiệt động kỹ thuật điều kiện chuNn, cho phép quy đổi mét cột nước, công suất là: N= Trong đó: g.Q.H H 2O ; kW η (7 – 6) HH2O – áp suất tính theo mét cột nước (hoàn toàn tìm thực nghiệm), mH2O η: Hiệu suất, tra theo đường đặc tính tổng hợp, % Thông thường tính toán, công suất nhỏ, cho phép nhân thêm hệ số dự trữ, cho bảng Bảng 7.1 Công suất tính (kW) Hệ số dự trữ Kdt Quạt ly tâm Quạt hướng trục < 0,5 1,5 1,2 0,5 ÷ 1,3 1,15 1,0 ÷ 1,2 1,1 2,0 ÷ 1,15 1,05 >5 1,1 1,02 Chú ý: 1.6 o Các dạng đường đặc tính quạt xem mục 3.1.6; 3.1.7; 3.1.8; 3.1.9; 3.1.10 o Quạt ghép nối tiếp song song xem mục 3.1.11 Hai phương pháp ghép quạt với động Nếu gặp quạt có suất nhỏ, có số vòng quay quạt tính toán số vòng quay chuNn động (động có vòng quay chuNn 1500 v/phút, 3000 v/phút) gắn trực tiếp động vào quạt, xem hình (H.7.3.2a), phương pháp vừa tiện lợi vừa gọn gàng, ghép khớp nối mềm Ngoài điều kiện quạt gắn song song với động hình (H.7.2b) 93 1.7 Tính toán chi tiết - Tính đường kính rôto D1 = k.3 Q ;m n (7 – 7) k = (3,25 ÷ 4) hệ số có ích Q – suất; m3/s n – số vòng quay động cơ; v/phút - Tính đường kính rôto D2 = D1 m' ;m (7 – 8) m’ = (0,85 ÷ 0,9): quạt thấp áp m’ = (0,4 ÷ 0,5): quạt cao áp - Tính chiều dài cánh ℓ= D - D1 ;m (7 – 9) - Tính bước cánh t Chọn t = ℓ; m - Tính số lượng cánh rôto Z= (7 – 10) πD t (7 – 11) - Tính bề rộng rôto giới hạn đĩa trước đĩa sau b= Q (πD1 − S.Z) C12 − ϕ12 U12 S: bề dày hình học cánh; m U1: vận tốc vòng cửa vào, chọn (5 ÷ 12) m/s 94 ;m (7 – 12) C1: vận tốc dòng khí vào, chọn (3 ÷ 5) m/s ϕ1: hệ số xoắn (0,3 ÷ 0,5) 1.8 Vấn đề chọn quạt Chọn quạt thường dựa catologue hãng sản xuất Muốn chọn theo catalogue trước hết phải dựa vào suất áp suất cho trước, từ xác định số vòng quay quạt Nhìn chung phương pháp bị hạn chế ta khó xác định xác chế độ làm việc thích hợp hệ thống Nói chung để chọn quạt làm việc hiệu nên chọn theo đường đặc tính tổng hợp đặc tính không thứ nguyên Hình (H7.3a) đường đặc tính tổng hợp loại quạt ly tâm Các dạng đặc tính tổng hợp công bố nhiều tài liệu Muốn xác định số vòng quay, xem ví dụ Cho trước: HA = 70mmH2O QA = 7000 m3/h Gióng từ trục hoành trục tung lên cắt đường hiệu suất tối đa Tại điểm A điểm làm việc quạt từ điểm A đọc theo phương pháp nội suy có nA = 1250 v/phút Hình (H7.3b) biểu diễn đường đặc tính không thứ nguyên 95 Đường đặc tính không thứ nguyên xây dựng sở thuyết đồng dạng hình học, bao gồm đường cong (H – C2), đường cong hiệu suất (η - C2) đường U không đổi Vận tốc dòng khí khỏi quạt C2 = Q m ; A2 s (7 -13) A2: tiết diện ống quạt; m2 Q: lưu lượng m3/s Thường D2 cho trước bảng, C2 tính được, ví dụ C2 = 20m/s H = 75 mm H2O Gióng từ trục hoành trục tung lên cắt đường hiệu suất tối đa điểm A, từ điểm A đọc theo phương pháp nội suy có U2 = 25,3 m/s Thế vào công thức tính n= 1.9 60.U ; v/phút π.D (7 - 14) Nguyên nhân gây tiếng ồn quạt làm việc Khi quạt làm việc luôn có tiếng động kèm theo gọi tiếng ồn, ồn gây hai nguyên nhân sau: - Ồn khí động lực học sinh - Ồn ma sát học sinh 96 Để làm giảm tiếng ồn với quạt hướng trục cánh quạt phải dày vận tốc khí vào quạt v > 30 m/s Với quạt ly tâm chọn cánh cong phía sau Để tránh tiếng ồn động lực học tính toán số vòng quay thật Còn tiếng ồn học sinh chủ yếu khô dầu nhớt, ổ lăn bị lỗi Ngoài để làm giảm tiếng ồn, phải lưu lý điểm sau: - Nên có cấu tạo móng vững chắc, vỏ quạt vững chắc, đủ độ dày bền - Tách riêng quạt khỏi thệ thống nhà cửa liên quan - Giữa quạt đường ống dẫn khí nên lắp ống mềm để triệt tiêu rung động quạt chạy - Cần chọn quạt hiệu suất cao, chọn đường hiệu suất cực đại đường đặc tính tổng hợp - Trước đưa vào vận hành rôto nên qua chế độ kiểm tra tính cân động học QUẠT HƯỚNG TRỤC Quạt hướng trục cấu tạo đơn giản quạt ly tâm, gồm hai chí tiết rôto vỏ quạt Hình (H7.4) mô tả quạt hướng trục Quạt hướng trục thuộc loại quay nhanh ns > 1000 v/phút Quạt hướng trục ứng dụng nhiều công nghiệp thông gió, điều hoà không khí rạp hát, hội trường, giảng đường v.v Đặc biệt dòng khí qua quạt chuyển động song song với trục, vận tốc cửa hút vận tốc cửa ra, lực ly tâm không tham gia vào trình làm việc loại quạt này, áp suất quạt tạo nhỏ, đường đặc tính giống loại đặc tính học Giữa lưu lượng Q, số vòng quay n đường kính cánh D có mối quan hệ: D = 5,13 Q ;m n (7 – 15) Quan hệ vận tốc vòng áp suất U = 2,8ϕ H ; m (7 – 16) s 97 Trong Q: lưu lượng ;m3/s N: số vòng quay rôto; v/phút H: áp suất toàn phần, mm H2O ϕ = (2,8 ÷ 3,5) cánh thẳng ϕ = (2,2 ÷ 2,9) cánh cong 98 CÂU HỎI ÔN TẬP Cấu tạo nguyên lý quạt ly tâm? Áp suất toàn phần quạt ly tâm? Tính suất công suất quạt ly tâm? Hai phương pháp ghép động vào quạt? Hai phương pháp chọn quạt? Cấu tạo nguyên lý hoạt động quạt hướng trục? Tính mối quan hệ lưu lượng, đường kính rôto vận tốc dòng khí chuyển qua quạt hướng trục? 99 ... 0) H thuc = Ψ.ρ.U 22 ;mH2O (7 – 2) (7 – 3) Trong đó: Ψ - hệ số thực nghiệm nếu: Ψ = 0,5 ÷ 0 ,7 ⇒ cánh cong phía sau Ψ = 0 ,7 ÷ 0,9 ⇒ cánh thẳng Ψ = 0,9 ÷ 1,1 ⇒ cánh cong phía trước 1.4 Tính suất... (H .7. 3.2a), phương pháp vừa tiện lợi vừa gọn gàng, ghép khớp nối mềm Ngoài điều kiện quạt gắn song song với động hình (H .7. 2b) 93 1 .7 Tính toán chi tiết - Tính đường kính rôto D1 = k.3 Q ;m n (7. .. 0,5): quạt cao áp - Tính chiều dài cánh ℓ= D - D1 ;m (7 – 9) - Tính bước cánh t Chọn t = ℓ; m - Tính số lượng cánh rôto Z= (7 – 10) πD t (7 – 11) - Tính bề rộng rôto giới hạn đĩa trước đĩa sau