Chuong 7 co luu chat

CHƯƠNG 7
QUẠT
Quạt dùng để vận chuyển lưu chất ở thể khí với áp suất thấp. Áp suất do quạt tạo ra
không lớn hơn 1500 mmH2O
Dòng không khí khi đi vào và đi ra khỏi quạt có tỷ số nén không đáng kể, nên ta coi
dòng khí đó là không bị nén, vậy cấu trúc của dòng khí giống như dòng lỏng khi máy bơm
hoạt động. Cho nên các thông số cơ bản, các công thức và các dạng đường đặc tính của quạt
cũng hoàn toàn giống bơm như đã giới thiệu ở chương 6.
1. QUẠT LY TÂM
Quạt ly tâm làm việc theo nguyên tắc giống bơm ly tâm. Khi rôto quay, khí vào tâm
quạt được nhận thêm công do 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 năng 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 cơ bản giống bơm ly tâm, khác nhau là số cánh quạt rất nhiều so
với cánh trên rôto của bơm

90


Vỏ quạt 1 hình vỏ xoắn ốc, nhờ vậy mà dòng khí khi đi qua quạt giảm ma sát. Hình
(H7.1.a) mô tả phương pháp xây dựng vỏ quạt, thứ tự các bước như sau:
- Vẽ vòng tròn có đường kính là đường kính ngoài 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 nhau tạo ra vỏ hình ốc; r1, r2,
r3, r4

Ở đây b; m: bề rộng của vỏ, Q; m3/s: năng suất, v; m/s: vận tốc khí

Rôto 2 gồm hai đĩa là đĩa trước và đĩa sau, ở giữa 2 đĩa là nhiều cánh quạt, hình
(H.7.1b) mô tả rôto của quạt
Cửa hút 3 và cửa đNy 4 là tiết diện hình vuông hoặc hình chữ nhật, tiết diện này suy ra
từ lưu lượng và vận tốc dòng khí đi qua nó
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 3 trường hợp:
-

Nếu quạt hút khí trực tiếp vào rotor, không qua ống hút (hhút = 0)
C2
H = hđNy +
2g

-

Nếu quạt đNy khí ra môi trường ngoài không qua ống đNy (hđNy= 0)

C2
H = hhút +
2g

Nếu không gắn ống hút và ống đNy (hhút = hđNy= 0)
C2
, gọi là quạt gia đình hay quạt không áp suất.
H=
2g
C
C
Nếu đặt 1u = ϕ1 và 2 u = ϕ 2 là hệ số xoắn của cánh
U1
U2
-

Thế vào từ công thức bơm (6 - 14) ta có:
ϕ 2. 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 năng 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 ở điều kiện làm việc; kg/m3
3600: quy đổi ra m3/s

1.5.

Tính công suất

92


Bỏ qua sự biến đổi khối lượng riêng của khí thì công suất cần thiết của quạt là:
ρ kk .g.Q.H kk

N=
; kW
(7 – 5)
1000.η
Trong đó:

ρkk: khối lượng riêng không khí ở điều kiện làm việc; kg/m3
g: gia tốc trọng trường; m/s2
Q: lưu lượng m3/s
Hkk: áp suất toàn phần do quạt tạo ra, mcột khí

Nhưng chiều cao cột khí là không xác định được, do đó dựa vào định luật nhiệt động
kỹ thuật trong điều kiện chuNn, cho phép quy đổi về mét cột nước, vậy 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 bằng thực nghiệm), mH2O
η: Hiệu suất, tra theo đường đặc tính tổng hợp, %

Thông thường khi tính toán, công suất rất nhỏ, do vậy cho phép nhân thêm hệ số dự
trữ, cho ở bảng 7. 1
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

1,3

1,15

1,0 ÷ 2

1,2

1,1

2,0 ÷ 5

1,15

1,05

>5

1,1

1,02

Chú ý:

1.6.

o

Các dạng đường đặc tính của quạt xem mục 3.1.6; 3.1.7; 3.1.8; 3.1.9; 3.1.10

o

Quạt ghép nối tiếp và song song xem mục 3.1.11
Hai phương pháp ghép quạt với động cơ

Nếu gặp quạt có năng suất nhỏ, hoặc có số vòng quay của quạt tính toán bằng số vòng
quay chuNn của động cơ (động cơ có vòng quay chuNn là 1500 v/phút, 3000 v/phút) thì có
thể gắn trực tiếp động cơ vào quạt, xem hình (H.7.3.2a), phương pháp này vừa tiện lợi vừa
gọn gàng, ghép bằng khớp nối mềm.
Ngoài điều kiện trên thì quạt gắn song song với động cơ như hình (H.7.2b)

93


1.7.

Tính toán chi tiết chính.

- Tính đường kính trong của rôto

D1 = k.3

Q
;m
n

(7 – 7)

k = (3,25 ÷ 4) hệ số có ích
Q – năng suất; m3/s
n – số vòng quay của động cơ; v/phút
- Tính đường kính ngoài của 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 của cánh

ℓ=

D 2 - D1
2

;m

(7 – 9)

- Tính bước cánh t
Chọn t = ℓ; m
- Tính số lượng cánh trên rôto

Z=

(7 – 10)

πD 2
t

(7 – 11)

- Tính bề rộng của rôto giới hạn bởi đĩa trước và đĩa sau

b=

Q

(πD1 − S.Z)

C12 − ϕ12 .U12

S: bề dày hình học của cánh; m
U1: vận tốc vòng cửa vào, chọn (5 ÷ 12) m/s
94

;m

(7 – 12)


C1: vận tốc dòng khí đi vào, chọn (3 ÷ 5) m/s
ϕ1: hệ số xoắn (0,3 ÷ 0,5)
1.8.

Vấn đề chọn quạt

Chọn quạt thường dựa và catologue do hãng sản xuất ra nó. Muốn chọn theo catalogue
thì trước hết phải dựa vào năng suất và áp suất cho trước, rồi từ đó xác định số vòng quay
của quạt. Nhìn chung phương pháp này bị hạn chế vì ta khó xác định chính xác chế độ làm
việc thích hợp của hệ thống.
Nói chung để chọn quạt làm việc hiệu quả thì nên chọn theo đường đặc tính tổng hợp
hoặc đặc tính không thứ nguyên.
Hình (H7.3a) là đường đặc tính tổng hợp của một loại quạt ly tâm. Các dạng đặc tính
tổng hợp này công bố nhiều trong các tài liệu.

Muốn xác định số vòng quay, xem ví dụ
Cho trước: HA = 70mmH2O
QA = 7000 m3/h
Gióng từ trục hoành và trục tung lên cắt tại đường hiệu suất tối đa. Tại điểm A là điểm

làm việc của quạt và 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 được xây dựng trên cơ sở thuyết đồng dạng hình
học, bao gồm các đường cong (H – C2), đường cong hiệu suất (η - C2) và các đường U
không đổi.
Vận tốc dòng khí ra khỏi quạt.

C2 =

Q m
;
A2 s

(7 -13)

A2: tiết diện ống ra của quạt; m2
Q: lưu lượng m3/s
Thường là D2 cho trước trong các bảng, do đó C2 có thể tính được, ví dụ
C2 = 20m/s
H = 75 mm H2O
Gióng từ trục hoành và trục tung lên cắt tại đường hiệu suất tối đa tại 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 2
; v/phút
π.D 2

(7 - 14)

Nguyên nhân gây tiếng ồn khi quạt làm việc.

Khi quạt làm việc luôn luôn có tiếng động kèm theo đó gọi là tiếng ồn, ồn gây ra bởi
hai nguyên nhân sau:
- Ồn do khí động lực học sinh ra
- Ồn do ma sát cơ học sinh ra.

96


Để làm giảm tiếng ồn với quạt hướng trục thì cánh quạt phải dày và vận tốc khí vào
quạt v > 30 m/s. Với quạt ly tâm thì chọn cánh cong về phía sau.
Để tránh tiếng ồn do động lực học thì tính toán số vòng quay thật đúng.
Còn tiếng ồn do cơ học sinh ra thì chủ yếu là do khô dầu nhớt, hoặc ổ lăn bị lỗi.
Ngoài ra để làm giảm tiếng ồn, phải lưu lý các điểm sau:
- Nên có cấu tạo nền móng vững chắc, vỏ quạt vững chắc, đủ độ dày bền.
- Tách riêng quạt ra khỏi thệ thống nhà cửa liên quan
- Giữa quạt và đường ống dẫn khí nên lắp ống mềm để triệt tiêu rung động khi quạt
chạy.
- Cần chọn quạt hiệu suất cao, chọn ngay trên đường hiệu suất cực đại của đường
đặc tính tổng hợp.
- Trước khi đưa vào vận hành rôto nên qua chế độ kiểm tra tính cân bằng động học.
2. QUẠT HƯỚNG TRỤC

Quạt hướng trục cấu tạo đơn giản hơn quạt ly tâm, gồm hai chí tiết chính là rôto và 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 trong công nghiệp thông gió, điều hoà không khí
trong rạp hát, hội trường, giảng đường .v.v. Đặc biệt dòng khí khi đi qua quạt chuyển động
song song với trục, vận tốc tại cửa hút bằng vận tốc ở cửa ra, lực ly tâm không tham gia vào
quá trình làm việc của loại quạt này, do vậy áp suất do quạt tạo ra rất nhỏ, đường đặc tính
của nó giống như các loại đặc tính đã học ở trên.
Giữa lưu lượng Q, số vòng quay n và đường kính cánh D có mối quan hệ:

D = 5,13

Q
;m
n

(7 – 15)

Quan hệ giữa vận tốc vòng và áp suất

U = 2,8ϕ H ; m

(7 – 16)

s
97

Trong đó

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


3. CÂU HỎI ÔN TẬP

1. Cấu tạo và nguyên lý quạt ly tâm?
2. Áp suất toàn phần của quạt ly tâm?
3. Tính năng suất và công suất quạt ly tâm?
4. Hai phương pháp ghép động cơ vào quạt?
5. Hai phương pháp chọn quạt?
6. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động quạt hướng trục?
7. Tính mối quan hệ giữa lưu lượng, đường kính rôto và vận tốc dòng khí chuyển
qua quạt hướng trục?

99