TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ, CẢI TIẾN HỆ THỐNG QUẠT, LÒ DÙNG TRONG MÁY SẤY LÚA 40 TẤNMẺ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP

TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ, CẢI TIẾN HỆ THỐNG QUẠT,
LÒ DÙNG TRONG MÁY SẤY LÚA 40 TẤN/MẺ

Họ và tên sinh viên: ÂU TRẦN PHI LONG
LÊ THÀNH CHƯƠNG
Ngành: CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH
Niên khoá: 2006 – 2010

Tháng 08/2010


TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ, CẢI TIẾN HỆ THỐNG QUẠT,
LÒ DÙNG TRONG MÁY SẤY LÚA 40 TẤN/MẺ

ÂU TRẦN PHI LONG
LÊ THÀNH CHƯƠNG

Khoá luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp bằng Kỹ sư ngành
Công Nghệ Nhiệt Lạnh

Giáo viên hướng dẫn:
Thạc sỹ. NGUYỄN HÙNG TÂM

Tháng 08 năm 2010

i

LỜI CẢM TẠ
Lời đầu tiên chúng con xin gửi đến cha mẹ cùng những người thân đã nuôi
dưỡng, dạy dỗ để chúng con có ngày hôm nay.
Chúng tôi xin chân thành cảm ơn:
Ban giám hiệu trường Đại học Nông Lâm TP HCM.
Ban giám hiệu khoa Cơ Khí Công nghệ Trường Đại học Nông Lâm TP HCM,
cùng quý thầy cô đã truyền đạt cho chúng tôi những kiến thức bổ ích trong suốt quá
trình học tập tại trường.
Đặc biệt gửi lời cảm ơn tới thầy Th.s Nguyễn Hùng Tâm đã trực tiếp theo dõi
hướng dẫn và giúp đỡ chúng tôi thực hiện đề tài này.
Cảm ơn chú Hiếu, em Trọng đã hỗ trợ chúng tôi rất nhiều trong quá trình thực
hiện đề tài.
Chúng tôi cũng tỏ lòng biết ơn tới bạn bè trong và ngoài lớp đã giúp đỡ, động
viên trong suốt quá trình học tập và trong thời gian thực hiện đề tài.
Chúng tôi xin gửi đến quý thầy cô và các bạn lời chúc sức khỏe và lời cảm ơn
chân thành nhất.
Trân trọng cảm ơn!
TP HCM, tháng 08 năm 2010

ii


TÓM TẮT
Với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật và kinh nghiệm từ thực tế sản xuất, nhiều
mẫu máy sấy đã được cải tiến với hiệu quả và năng suất cao hơn. Nhưng lại có hai vấn
đề được đặt ra: Một là, làm sao tạo được sự thoải mái cho người công nhân vận hành
máy, bởi lẽ quạt dùng trong máy sấy tĩnh chủ yếu là quạt hướng trục do có lưu lượng
lớn, dễ chế tạo nhưng độ ồn khá lớn, và hiệu suất trung bình; Hai là, xung quanh lò đốt

do không được cách nhiệt nên có nhiệt độ cao gây nóng bức, nhiên liệu cháy không
trọn nên sinh ra nhiều khói, bụi bặm gây ảnh hưởng cho người công nhân đốt lò.
Đề tài “Tính toán, thiết kế, cải tiến hệ thống quạt lò dùng trong máy sấy lúa 40
tấn/mẻ” được thực hiện nhằm giải quyết hai vấn đề trên.
Kết quả thu được như sau:
- Đã chế tạo và khảo nghiệm quạt hướng trục 1,3 m cùng bộ giảm ồn.
Các kết quả cho thấy:
Khi khảo nghiệm quạt có bộ giảm ồn ở Q = 13,11 - 15,72 m3/s và H = 61,2 - 51,0
mmH2O, hiệu suất tĩnh là: 47,65 % – 48,21 %, hiệu suất cơ là: 50,80 % -53,72 %, độ
ồn là 89,4 – 89 dB(A).
Khi khảo nghiệm quạt không có bộ giảm ồn ở Q = 14,28 – 15,69 m3/s và H =
54,6 – 45,9 mmH2O, hiệu suất tĩnh là: 46,0 % - 44,40 %, hiệu suất cơ là: 50,03 % 49,98 %, độ ồn là 98,1 dB(A).
Bộ giảm ồn hoạt động khá hiệu quả, hiệu suất và công suất thay đổi không đáng
kể, mức giảm ồn lớn nhất đến 10,1 dB(A).
Tổn thất áp suất qua bộ giảm ồn là không đáng kể.
Tính toán, và thiết kế xong quạt hướng trục 1,5 m có Q = 22m3/s, H = 65 mmH2O
cùng bộ giảm ồn cho quạt này.
Tính toán, và thiết kế xong lò đốt 110 kg/h và lò đốt 85 kg/h.
Các kết quả có thể chấp nhận được.

iii


MỤC LỤC
Trang
Trang tựa..........................................................................................................................i
Cảm tạ ............................................................................................................................ ii
Tóm tắt .......................................................................................................................... iii
Mục lục ........................................................................................................................ iv
Danh sách các hình ........................................................................................................ x

Danh sách các bảng ................................................................................................... xii
Chương 1. MỞ ĐẦU ..................................................................................................... 1
Chương 2. TỔNG QUAN............................................................................................. 3
A. Quạt ................................................................................................................... 3
2.1 Vấn đề quạt cho hệ thống ................................................................................. 3
2.1.1 Khái niệm về quạt .................................................................................... 3
2.1.2 Phân loại quạt .......................................................................................... 3
2.1.3 Các thông số chính của quạt .................................................................... 6
2.1.4 Ảnh hưởng của góc đặt cánh đến đường đặc tính ................................... 8
2.1.5 Những nguyên nhân gây ra độ ồn của quạt ............................................. 8
2.1.6 Ảnh hưởng của khe hở đầu cánh đến hiệu suất và độ ồn ......................10
2.1.7 Chọn quạt theo hệ số Ns, độ ồn của các loại quạt và các thông số khác10
2.1.8 Các định luật tương đương của quạt ......................................................11
2.2. Tiếng ồn.........................................................................................................12
2.2.1 Khái niệm tiếng ồn ................................................................................12
2.2.2 Các đặc trưng cơ bản của âm thanh .......................................................13
iv


2.2.3 Ảnh hưởng của tiếng ồn ........................................................................15
2.2.4 Mức ồn cho phép tại các vị trí làm việc ................................................16
2.3. Tổn thất âm trên đường truyền dọc trong lòng ống dẫn ...............................16
2.3.1 Tổn thất trong ống dẫn...........................................................................16
2.3.2 Đối với ống chữ nhật không có lớp hút âm và cách nhiệt .....................17
2.3.3 Đối với đường ống chữ nhật có lót lớp hút âm......................................17
2.4. Vật liệu hút âm ..............................................................................................18
2.4.1 Khả năng hút âm của vật liệu chủ yếu do ..............................................18
2.4.2 Nguyên lí ...............................................................................................19
2.5. Phương pháp giảm ồn....................................................................................20
5.1 Sơ bộ về các phương pháp giảm ồn ..........................................................20

5.2 Thiết bị giảm ồn cho quạt .........................................................................20
B. Lò đốt ...............................................................................................................23
2.1 Định nghĩa lò đốt ............................................................................................23
2.2 Vật liệu làm lò đốt ..........................................................................................23
2.3 Vật liệu chịu lửa .............................................................................................24
2.4 Vật liệu cách nhiệt ..........................................................................................25
2.5 Các đặc tính của nhiên liệu trấu .....................................................................25
2.5.1 Tính chất vật lí .......................................................................................25
2.5.2 Nhiệt trị ..................................................................................................25
2.5.3 Phân tích thành phần (proximate analysis) ............................................26
2.5.4 Phân tích nguyên tố (Ultimate analysis) ................................................26
2.5.5 Quá trình đốt cháy của nhiên liệu trấu...................................................27
2.5.6 Các đặc tính cháy chủ yếu của nhiên liệu trấu ......................................27

v


2.6. Tình hình sử dụng nhiên liệu trấu và những mẫu lò đốt trên thế giới và ở Việt
Nam ..............................................................................................................................28
2.6.1 Lượng trấu tại một số nước ở Đông Nam Á ..........................................28
2.6.2 Hiện trạng sản lượng lúa và sử dụng trấu tại Mỹ ..................................28
2.6.3 Lượng trấu và tình hình sử dụng trấu tại Việt nam ...............................29
2.6.4 Các mẫu lò đốt ......................................................................................29
2.7. Tính toán về nhiệt động lực học của nhiên liệu trấu................................33
2.7.1 Tính lượng không khí cần thiết cho quá trình cháy ...............................33
2.7.2 Tính lượng sản phẩm cháy và thành phần của chúng............................33
2.7.3 Tính nhiệt độ cháy lý thuyết của nhiên liệu và nhiệt độ thực tế của lò .34
2.8. Tính toán thiết kế lò đốt ................................................................................35
2.8.1 Chi phí không khí của quạt ....................................................................35
2.8.2 Công suất lò đốt .....................................................................................36

2.8.3 Chi phí chất đốt......................................................................................36
2.8.4 Thể tích buồng đốt .................................................................................36
2.8.5 Diện tích ghi lò ......................................................................................37
2.8.6 Năng suất lò đốt .....................................................................................37
2.8.7 Hiệu suất khí sấy....................................................................................37
2.8.8 Hiệu suất lò đốt ......................................................................................38
2.8.9 Nhiệt thu do đốt cháy nhiên liệu............................................................38
2.8.10 Mất nhiệt do cháy không hoàn toàn cơ học .........................................38
2.8.11 Mất nhiệt do cháy không hoàn toàn hóa học .......................................39
2.8.12 Mất nhiệt do tổn thất qua vách lò, đáy lò, nóc lò ................................39
2.8.13 Bề dày lớp cách nhiệt vách lò ..............................................................39
Chương 3. PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN .................................................43
vi


3.1. Dụng cụ và thiết bị ........................................................................................43
3.1.1 Dụng cụ..................................................................................................43
3.1.1.1 Dụng cụ khảo nghiệm quạt ...........................................................43
3.1.1.2 Dụng cụ khảo nghiệm lò đốt .........................................................43
3.1.2 Thiết bị ...................................................................................................43
3.2. Phương pháp khảo nghiệm ............................................................................44
3.2.1 Quạt........................................................................................................44
3.2.1.1 Chuẩn bị hệ thống khảo nghiệm ...................................................44
3.2.1.2 Tiến hành khảo nghiệm .................................................................44
3.2.2 Lò đốt .....................................................................................................45
3.2.2.1 Chuẩn bị hệ thống khảo nghiệm ...................................................45
3.2.2.2 Tiến hành khảo nghiệm .................................................................45
3.3. Phương pháp thu thập và xử lý số liệu ..........................................................45
Chương 4. THỰC HIỆN ĐỀ TÀI, KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .........................47
4.1. Khảo sát nhanh một số mẫu máy sấy có sẵn .................................................47

4.1.1 Phương pháp khảo sát ............................................................................47
4.1.2 Tiến hành khảo sát nhanh ......................................................................47
4.1.2.1 Khảo sát máy sấy lúa tại nhà máy xay xát và sấy lúa Minh Trọng ở
Bà Rịa - Vũng Tàu ....................................................................................47
4.1.2.2 Khảo sát máy sấy bắp tại nhà máy chế biến hạt giống Trảng Bàng
trực thuộc công ty cổ phần bảo vệ thực vật An Giang ..............................51
4.1.3 Khảo nghiệm quạt ..................................................................................54
4.2. Tính toán, thiết kế .........................................................................................56
4.2.1 Tính toán máy sấy lúa 40 tấn/mẻ ...........................................................56
4.2.1.1 Mục đích tính toán ........................................................................56
vii


4.2.1.2 Các số liệu ban đầu .......................................................................56
4.2.1.3 Các số liệu tính ..............................................................................57
4.2.2 Thiết kế lò đốt ........................................................................................59
4.2.2.1 Cơ sở tính toán lý thuyết ...............................................................59
4.2.2.2 Cơ sở thiết kế ................................................................................62
4.2.2.3 Các số liệu chọn ............................................................................62
4.2.2.4 Tính toán .......................................................................................63
4.2.2.5 Ước tính chi phí chế tạo lò đốt ......................................................73
4.2.3 Tính toán quạt ........................................................................................74
4.2.3.1 Cơ sở tính toán ..............................................................................74
4.2.3.2 Tính toán các hệ số........................................................................75
4.2.3.3 Tính toán các thông số của roto ....................................................75
4.2.4 Tính toán giảm ồn ..................................................................................80
4.2.4.1 Tổn thất tại cổ nối với quạt có tiết diện giảm dần.........................80
4.2.4.2 Tổn thất tại nắn dòng ....................................................................81
4.2.4.3 Tổng tổn thất áp suất sau khi qua giảm ồn....................................82
4.2.4.4 Tổng tổn thất áp suất của hệ thống khi có gắn giảm ồn ................ 82

4.2.5 Ước tính chi phí giảm ồn .......................................................................82
Chương 5. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ .....................................................................83
5.1 Kết luận ..........................................................................................................83
5.2 Đề nghị ...........................................................................................................83
TÀI LIỆU THAM KHẢO..........................................................................................85
Tiếng Việt .............................................................................................................85
Tiếng Anh .............................................................................................................86

viii


PHỤ LỤC ....................................................................................................................87
Phụ lục 1: Bảng khảo nghiệm quạt hướng trục 1,5 m, tỷ lệ ν = 0,5, 10 cánh, quạt
quay với số vòng quay là 782 vòng/phút .............................................................87
Phụ lục 2: Bảng khảo nghiệm quạt hướng trục 1,3 m, tỷ lệ ν = 0,6, quạt quay với
số vòng quay là 905 vòng/phút, không có giảm ồn .............................................88
Phụ lục 3: Bảng khảo nghiệm quạt hướng trục 1,3 m, tỷ lệ ν = 0,6, quạt quay với
số vòng quay là 905 vòng/phút, có giảm ồn ........................................................89
Phụ lục 4: Kết quả khảo nghiệm quạt hướng trục 1,3 m không có giảm ồn và có
giảm ồn .................................................................................................................90
Phụ lục 5: Kết quả đồng dạng quạt 1,5 m, tỷ lệ ν = 0,5, 10 cánh, quạt quay với số
vòng quay là 900 vòng/phút .................................................................................91
Phụ lục 6: Kết quả khảo nghiệm quạt hướng trục 1,5 m, tỷ lệ ν = 0,5, 10 cánh,
quạt quay với số vòng quay là 782 vòng/phút .....................................................91
Phụ lục 7: Bảng excel tính toán quạt....................................................................92
Phụ lục 8: Bảng excel tính toán buồng sấy ..........................................................94
Phụ lục 9: Bảng excel tính toán tổn thất áp suất sau khi qua bộ giảm ồn ............95
Phụ lục 10: Tính chất vật lí của vật liệu chịu lửa .................................................96
Phụ lục 11: Nhiệt độ cho phép của một số loại gạch chịu lửa .............................97
Phụ lục 12: Nhiệt trị thấp của một số nhiên liệu ..................................................98

Phụ lục 13: Thành phần và nhiệt trị của một số loại chất đốt ..............................98
Phụ lục 14: Bảng excel tính toán quá trình sấy ....................................................99
Phụ lục 15: Bảng excel tính toán bề dày lớp cách nhiệt lò đốt 110 kg/h ........... 101
Phụ lục 16: Một số hình ảnh liên quan............................................................... 103

ix


DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình

Trang

Hình 2.1: Cấu tạo quạt li tâm.......................................................................................... 5
Hình 2.2: Quạt hướng trục. ............................................................................................ 6
Hình 2.3: Đường đặc tính quạt hướng trục 1,5 m, tỷ số v = 0,5, 10 cánh. ..................... 7
Hình 2.4: Đường đặc tính của quạt hướng trục 36 inch, quay ở tốc độ. ........................ 8
Hình 2.5: Đường cong biểu diễn độ ồn của quạt hướng trục. ........................................ 9
Hình 2.6: Ảnh hưởng của khe hở đầu cánh đến hiệu suất và độ ồn. ............................10
Hình 2.7: Hình dạng giảm ồn. ......................................................................................21
Hình 2.8: Tâm ồn được dời lên một góc 90o. ...............................................................22
Hình 2.9: Kích thước giảm ồn. .....................................................................................22
Hình 2.10: Lớp cách âm. ..............................................................................................23
Hình 2.11: Trấu ở đồng bằng sông Cửu Long. ................................................................. 29
Hình 2.12 : Sơ đồ cấu tạo lò đốt Padiscor. .............................................................................. 30
Hình 2.13: Lò đốt trấu ghi phẳng. ................................................................................31
Hình 2.14: Sơ đồ cấu tạo lò đốt trấu ghi nghiêng có buồng đốt trụ. ................................. 32
Hình 2.15: Tường lò buồng đốt vách phẳng. ................................................................39
Hình 2.16: Tường lò buồng đốt vách trụ. .....................................................................41

Hình 3.1: Sơ đồ khảo nghiệm quạt. ..............................................................................44
Hình 4.1: Sơ đồ bố trí nhà máy. ...................................................................................48
x


Hình 4.2: Sơ đồ các vị trí đo nhiệt độ lò đốt trấu ghi nghiêng. ....................................49
Hình 4.3: Vị trí đo độ ồn. .............................................................................................51
Hình 4.4: Các vị trí đo nhiệt độ bề mặt lò đốt cùi bắp thứ nhất. ..................................52
Hình 4.5: Các vị trí đo nhiệt độ bề mặt lò đốt cùi bắp thứ hai. ....................................52
Hình 4.6: Đường đặc tính quạt hướng trục 1,5 m. .......................................................55
Hình 4.7: Đường đặc tính quạt hướng trục 1,3 m. .......................................................55
Hình 4.8: Đồ thị so sánh hiệu suất, độ ồn của quạt hướng trục 1,3 m có giảm ồn và
không có giảm ồn. ........................................................................................................56
Hình 4.9: Tường lò buồng đốt hộp. ..............................................................................69
Hình 4.10: Tường lò buồng đốt trụ...............................................................................70
Hình 4.11: Tam giác vận tốc. .......................................................................................76
Hình 4.12: Hình dạng cánh. ..........................................................................................76
Hình 1: Lò đốt trấu ở nhà máy xay xác Minh Trọng, Bà Rịa- Vũng Tàu. ................. 103
Hình 2: Lò đốt cùi bắp ở Nhà máy chế biến hạt giống Trảng Bàng, Tây Ninh ...............
.................................................................................................................................... 103
Hình 3: Đo nhiệt độ bề mặt lò đốt. ............................................................................. 104
Hình 4: Các dụng cụ khảo nghiệm quạt. .................................................................... 104
Hình 5: Quạt được khảo nghiệm. ............................................................................... 105
Hình 6: Quạt khảo nghiệm được gắn thêm bộ giảm ồn. ............................................ 105
Hình 7: Tiến hành đo động áp của quạt khảo nghiệm. .............................................. 106
Hình 8: Khảo sát quạt có đường kính roto 940 mm tại nhà máy xay xát lúa Minh
Trọng ở Bà Rịa Vũng Tàu. ......................................................................................... 106
Hình 9: Đo độ ồn quạt li tâm tại nhà máy chế biến hạt giống Trảng Bàng trực thuộc
Công ty Cổ phần Bảo vệ thực vật An Giang.. ............................................................ 107
Hình 10: Đo độ ồn quạt hướng trục tại nhà máy chế biến hạt giống Trảng Bàng trực

thuộc Công ty Cổ phần Bảo vệ thực vật An Giang. ................................................... 107

xi


DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng

Trang

Bảng 2.1: Chọn quạt theo hệ số Ns. .....................................................................11
Bảng 2.2: Qui định tiếng ồn cho phép..................................................................14
Bảng 2.3: Ảnh hưởng của độ ồn. .........................................................................15
Bảng 2.4 Độ giảm âm thanh dB/ft. ......................................................................17
Bảng 2.5 Độ giảm âm trên đoạn ống hình chữ nhật có lót lớp hút âm dày 1in,
dB/ft. ....................................................................................................18
Bảng 2.6 Phân tích thành phần của trấu (trích dẫn bởi Braunbeck, 1998). .........26
Bảng 2.7 Phân tích nguyên tố của trấu (trích dẫn bởi Braunbeck, 1998). ...........27
Bảng 4.1: Độ ồn của quạt. ....................................................................................49
Bảng 4.2: Nhiệt độ các vị trí bề mặt lò. ...............................................................50
Bảng 4.3: So sánh công suất của hai loai quạt. ....................................................51
Bảng 4.4: Kết quả đo đạc độ ồn của quạt.............................................................53
Bảng 4.5 Các số liệu chọn. ...................................................................................62
Bảng 4.6 Kết quả sấy giai đoạn 1. ........................................................................63
Bảng 4.7 Kết quả sấy giai đoạn 2. ........................................................................65
Bảng 4.8 Tổng hợp các số liệu tính toán của 2 lò đốt. .........................................66
Bảng 4.9 Ước tính giá thành chế tạo lò đốt..........................................................74
Bảng 4.10 Ước tính giá thành chế tạo bộ giảm ồn. ..............................................82
xii

Chương 1
MỞ ĐẦU
Dẫn nhập:
Với sản lượng lúa ngày càng tăng về số lượng và chất lượng, vấn đề bảo quản lúa
để đảm bảo chất lượng ngày càng là mối quan tâm hàng đầu của người trồng lúa.
Do đó, phương pháp làm khô bằng máy sấy đã được áp dụng rất rộng rãi. Nhưng
vẫn còn khá nhiều hạn chế. Về sau, với sự áp dụng các tiến bộ của khoa học kỹ thuật
và kinh nghiệm từ thực tế sản xuất, nhiều mẫu máy đã được cải tiến đạt năng suất và
hiệu quả cao hơn. Tuy nhiên, trong quá trình sử dụng đã lộ ra một số nhược điểm, vấn
đề được đặt ra làm sao tạo được sự thoải mái cho người công nhân vận hành, bởi lẽ
quạt dùng trong máy sấy tĩnh chủ yếu là quạt hướng trục có lưu lượng lớn, dễ chế tạo
nhưng độ ồn khá lớn, và có hiệu suất trung bình, một vấn đề khác nữa là xung quanh
lò đốt do không được cách nhiệt nên có nhiệt độ cao, gây nóng bức, khó chịu cho
người công nhân đốt lò. Điều này sẽ ảnh hưởng rất lớn nếu máy sấy có năng suất cao.
Ngoài ra, sản lượng lúa ngày càng tăng, làm cho các loại máy sấy có năng suất 4
tấn/mẻ, 8 tấn/mẻ hay 10 tấn/mẻ không thể đáp ứng được. Do đó, cần thiết phải có mẫu
máy sấy năng suất cao hơn để đáp ứng yêu cầu của sản xuất. Đây là ba vấn đề đang
được lưu ý và liên tục cải tiến.
Nhằm nâng cao hơn nữa hiệu suất của quạt, giảm độ ồn do quạt gây ra; giảm bụi
và hạ nhiệt độ xung quanh lò đốt đến mức tối đa, dưới sự hướng dẫn của thầy Thạc sỹ
Nguyễn Hùng Tâm, đề tài “ Tính toán, thiết kế, hệ thống quạt và lò đốt dùng trong
máy sấy lúa năng suất 40 tấn/mẻ” đã được thực hiện.

1


Trong quá trình thực hiện đề tài, có thể có những sai sót, mong quý thầy cô
thông cảm.

Mục đích:
Tính toán, thiết kế, chế tạo quạt và lò đốt cho hệ thống sấy lúa 40 tấn/mẻ. Cụ
thể là:
• Khảo sát nhanh một số máy sấy hiện có, lưu ý đến độ ồn, nóng, bụi do hệ thống
sấy gây ra.
• Chế tạo và khảo nghiệm hệ thống quạt dùng cho máy sấy lúa 40 tấn/mẻ.
• Tính toán chung máy sấy lúa 40 tấn/mẻ.
• Thiết kế bộ giảm ồn cho quạt.
• Thiết kế lò đốt trấu có cách nhiệt.

2


Chương 2
TỔNG QUAN
2.1 Quạt:
2.1.1 Vấn đề quạt cho hệ thống:
2.1.1.1 Khái niệm về quạt: /7/, /9/, /10/
Quạt thuộc loại máy có cánh. Chúng được dùng để biến cơ năng của động cơ
thành năng lượng để di chuyển môi chất và tạo ra áp năng cần thiết.
Quạt được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp và sinh hoạt để cung cấp gió, tiêu
thụ trên 15 % tổng năng lượng điện.
Cột áp làm việc của quạt là H < 1500 mm cột nước.
Trong hệ thống sấy, quạt có hai nhiệm vụ:
• “Mang” nhiệt đến vật liệu sấy để làm nóng vật liệu sấy và bốc ẩm từ vật
liệu sấy.
• “Mang” hơi nước ra khối vật liệu sấy.
2.1.1.2 Phân loại quạt: /2/, /7/, /10/, /13/
Theo nguyên tắc hoạt động: có hai loại quạt chính là quạt li tâm và quạt hướng

trục, ngoài ra còn có loại quạt Mixedflow là sản phẩm của sự kết hợp các ưu điểm của
hai loại quạt kể trên.
Theo áp suất:
• H < 100 mmH2O : quạt có áp suất thấp.
• 100 < H < 300 mmH2O : quạt có áp suất trung bình.
3


• 300 < H < 1500 mmH2O: quạt có áp suất cao.
Theo số vòng quay riêng Ns :
Số vòng quay riêng Ns là một hệ số đặc tính, và được tính bằng công thức:
Ns = n* Q / H

3

4

trong đó:
• n: số vòng quay của quạt,

vòng/phút.
m3/s.

• Q: lưu lượng của quạt,
• H: cột áp,

mmH2O.

Vòng quay riêng của quạt là vòng quay với chế độ tối ưu nó có lưu lượng là 1
m3/s, áp suất là 30 mmH2O.

Nếu căn cứ theo số vòng quay riêng, ta có:
• Quạt quay chậm: 100 < Ns< 200.
• Quạt quay vừa: 200 < Ns< 600.
• Quạt quay nhanh: 600 < Ns < 1200.
• Quạt quay đặc biệt nhanh: 1200 < Ns < 4000.
1.2.1 Quạt li tâm:/7/
a/ Kết cấu của quạt li tâm bao gồm:
Vỏ hay buồng xoắn (1) được làm bằng thép tấm, gồm có buồng xoắn và ống loe.
Bánh công tác (3) gồm đĩa trước và đĩa sau (có thể không có đĩa trước), giữa hai
đĩa có gắn các cánh dẫn bằng thép tấm dập theo biên dạng, gắn vào đĩa bằng cách bắt
vít hoặc hàn cố định.

4


1

2
3

Khí ra

4
Khí vào

Hình 2.1: Cấu tạo quạt li tâm.
< />1. Vỏ

2. Đĩa sau

3. Bánh công tác

4. Đĩa trước.

Đĩa quạt làm bằng thép tấm dày từ 2 – 8 mm.
Quạt có thể được dẫn động trực tiếp từ động cơ hoặc qua bộ truyền đai.
b/ Nguyên lí làm việc:
Dòng khí đi vào bánh công tác qua ống vào theo hướng theo hướng dọc trục, sau
đó sẽ quay theo góc 90o, và chuyển động trong rãnh cánh từ tâm ra ngoài. Sau khi ra
khỏi bánh công tác, dòng khí đi vào vỏ xoắn ốc và đi ra ống ra.
c/ Ưu và nhược điểm:
Ưu điểm: hiệu suất cao, ít ồn, cột áp cao.
Nhược điểm: phức tạp, lưu lượng thấp.
1.2.2 Quạt hướng trục: /4/, /7/
a/ Sơ lược:
Quạt hướng trục chỉ dùng với áp suất thấp, nguyên lí làm việc là dòng khí vào và
ra khỏi quạt song song với trục quạt. Quạt hướng trục được ứng dụng để truyền một
thể tích khí tương đối lớn khi áp suất nhỏ (so với quạt li tâm) có thể dùng cho nhiệm
vụ chung và nhiệm vụ đặc biệt (hút khói, hút bụi trong công nông nghiệp, thông
thoáng…)

5


1

2
3

Hình 2.2: Quạt hướng trục.

< />1. Vỏ quạt

2. Động cơ điện

3. Roto.

b/ Ưu và nhược điểm:
Ưu điểm: lưu lượng lớn, hiệu suất khá cao, nhỏ gọn, dễ lắp đặt.
Nhược điểm: cột áp thấp, độ ồn khá cao.
1.2.3 Quạt mixedflow:/10/
Quạt Mixedflow có cấu tạo gần giống như quạt hướng trục, có hiệu suất cao, lưu
lượng lớn, nhỏ gọn, dễ chế tạo, ít ồn.
2.1.1.3 Các thông số chính của quạt: /7/, /10/
Quạt có hai thông số là:
• Thông số hình học: đường kính roto, đường kính trống, đường kính vỏ,
góc đặt cánh, khe hở đầu cánh, cánh nắn dòng, chiều dài ống vào, chiều
dài vỏ, bán kính loe.
• Thông số đặc tính: lưu lượng, cột áp, công suất và hiệu suất.

6


Tónh áp, mmH2O, Hiệu suất, Độ ồn

ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH QUẠT
Quạt 150HT-0.50-32-2010, n=782 v/ph
100

26

90

24

80

22

70

20

60

18

50

16

40

14

30

12

mmH2O
Tinh,%

Co, %
dB(A)_T
kWatt

20

10
7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

Lưu lượng, m3/s

Hình 2.3: Đường đặc tính quạt hướng trục 1,5 m, tỷ số v = 0,5, 10 cánh.
a/ Lưu lượng Q: là lượng khơng khí do quạt chuyển tải trong một đơn vị thời
gian. Đơn vị đo là m3/h, m3/s hoặc cfm trong hệ Anh, Mỹ.
b/ Cột áp H: là năng lượng do quạt cung cấp cho một kg khơng khí khi lượng
khơng khí này chuyển động qua hệ thống. Đơn vị là mmH2O, Pa hoặc inchH2O.
Về mặt hình học, cột áp của quạt được xác định là chiều cao lượng chất lỏng có
thể nâng lên do năng lượng nhận được từ quạt và được đo bằng mmH2O.
c/ Cơng suất của quạt: ta cần phân biệt:
Cơng suất lý thuyết PLT: là cơng suất tối thiểu để tạo ra lượng gió và cột áp trên,
giả sử hiệu suất là 100%.
PLT (kW ) ≈ Q(m 3 / s ) * H (mmH 2 O) 102

Cơng suất thực tế PTT: là cơng suất động cơ cần để kéo quạt, như vậy bao gồm
các hao hụt khí động, hao hụt do bộ truyền từ động cơ đến quạt. Để khách quan, khơng
tính hao hụt do bản thân động cơ, ta thường dùng động cơ điện để đo và trừ cơng suất

chạy khơng tải.
d/ Hiệu suất tĩnh η t :
7


η t = (công suất lý thuyết/công suất thực tế) * 100%.

Hay:
Công suất thực tế PTT = (Công suất lý thuyết PLT/η t ) * 100%.
2.1.1.4 Ảnh hưởng của góc đặt cánh đến đường đặc tính: /22/
Hình 2.4 biểu diễn đường đặc tính của quạt hướng trục 36 inch tiêu chuẩn, quay ở
tốc độ 1750 vòng/phút. Quạt này có đường kính trống là 23 inch, tương ứng ta có tỷ số
moayơ tối thiểu ν = 0,64, có 10 cánh với biên dạng là những phiến mỏng (không phải
dạng khí động), chiều rộng của cánh thay đổi từ 71/2 inch ở chân cánh đến 11 inch ở
đầu cánh. Độ xoắn từ chân cánh đến đỉnh cánh là 12o, và góc đặt cánh thay đổi trong
phạm vi rộng, cụ thể là từ 13o (10 Hp) đến 33o (50 Hp).

Hình 2.4: Đường đặc tính của quạt hướng trục 36 inch, quay ở tốc độ
1750 vòng/phút, với góc đặt cánh thay đổi từ 13o đến 33o (Bleier, 1985).
Chúng ta có thể rút ra nhận xét như sau: khi góc đặt cánh tăng từ 13o đến 33o, lưu
lượng không khí tăng gấp đôi, trong khi áp suất tĩnh tối đa tăng chỉ 50 %, và dốc hoạt
động không ổn định càng sâu.
2.1.1.5 Những nguyên nhân gây ra độ ồn của quạt: /22/
Độ ồn được sinh ra do mức độ hoàn hảo trong thiết kế của quạt hướng trục thấp
hơn quạt li tâm, với cùng số vòng quay, nhưng chủ yếu nó là kết quả của dòng chảy rối
8


(sẽ làm tăng độ ồn). Sau đây là những nguyên nhân chính sinh ra độ ồn, và vì vậy, nên
tránh khi mong muốn có một hệ thống ít ồn:

• Hệ thống hoạt động ở chế độ không ổn định.
• Số vòng quay cao.
• Thiếu chuông đầu vào.
• Sự cản trở dòng khí chuyển động về phía trước của các nguyên nhân như: tay
người vận hành, cácte dây đai, hay đường ống.
• Khuỷu nối với đường ống và che kín đường hút.
• Cánh hướng dòng khí vào ngược chiều với cánh hướng dòng khí ra.
• Sự cản trở dòng khí phía sau quạt.
• Sự rung động do cân bằng kém hoặc do hiện tượng cộng hưởng.
• Cánh có cùng bề dày, không có dạng khí động.
• Biên dạng cánh, nói đúng hơn là trên bề mặt cánh sinh ra dòng chảy rối và dĩ
nhiên sẽ ồn.

Hình 2.5: Đường cong biểu diễn độ ồn của quạt hướng trục /22/.
Hình 2.5 biễu diễn sự so sánh giữa đường cong độ ồn của hai quạt hướng trục có
cùng kích cỡ và số vòng quay. Một quạt có gắn cánh hướng dòng khí vào và một quạt
có gắn cánh hướng dòng khí ra. Đường cong quạt có gắn cánh hướng dòng khí ra có
dạng chuẩn. Sự khác biệt giữa độ ồn trong vùng làm việc và vùng không ổn định của
quạt chỉ ra rằng dòng khí trong vùng làm việc đều và ổn định. Nếu có chảy rối, độ ồn
trong vùng làm việc chỉ sẽ cao bằng độ ồn trong vùng không ổn định.
9


Đường cong quạt có gắn cánh hướng dòng khí vào có dạng cơ bản. nhưng nó chỉ
ra rằng độ ồn của hệ thống này cao hơn quạt có gắn cánh hướng dòng khí ra. Nguyên
nhân do sự tăng tốc của dòng khí gây ra bởi cánh hướng dòng khí vào. Vì vậy, cánh
hướng dòng khí vào ít được dùng hơn.
2.1.1.6 Ảnh hưởng của khe hở đầu cánh đến hiệu suất và độ ồn: /22/

Hình 2.6: Ảnh hưởng của khe hở đầu cánh đến hiệu suất và độ ồn /22/.

Rõ ràng ta thấy, khi khe hở đầu cánh càng nhỏ hiệu suất càng cao và độ ồn càng thấp.
2.1.1.7 Chọn quạt theo hệ số Ns, độ ồn của các loại quạt và các thông số
khác: /10/
Ghi chú:
HT, LT: hướng trục, li tâm.
VAF: Vaneaxial fan.
10


AF, BC, BI: Cánh khí động, cánh cong lui, cánh phẳng nghiêng lui
Radial tip (RT), FC, Radial blade (RB): Cánh có đầu cánh hướng tâm, cánh cong
tới, cánh hướng tâm.
Bảng 2.1: Chọn quạt theo hệ số Ns.
Ns

Lưu lượng

Tĩnh áp

Hiệu suất

Độ ồn

K. Thước

Giá thành

K. Lượng
Quạt HT
Propeller

192 – 962

Lớn

Thấp

Thấp

Thấp

Nhỏ

Thấp

Tubeaxial

115 – 577

Lớn

Thấp

Thấp

Cao

Nhỏ

Thấp

VAF, 1 tầng

96 – 250

Lớn

Tr. bình

Cao

Nhỏ

Tr. bình

VAF, 2 tầng

67 – 173

Lớn

Tr. bình

Tr. bình

Cao

Tr. bình

Tr. bình

19 – 154

Tr. bình

Tr. bình

Tr. bình

Tr. bình

Tr. bình

Tr. bình

Wide FC

48 – 135

Lớn

Cao

Tr. bình

Thấp

Lớn

Tr. bình

AF, BC, BI

38 – 135

Tr. bình

Tr. bình

Cao

Thấp

Tr. bình

Tr. bình

Radial tip

48 – 125

Tr. bình

Tr. bình

Tr. bình

Tr. bình

Tr. bình

Tr. bình

Radial blade

19 – 48

Tr. bình

Tr. bình

Tr. bình

Tr. bình

Tr. bình

Tr. bình

Multistage

2 - 15

Thấp

Rất cao

Thấp

Cao

Lớn

Cao

Quạt
Mixedflow
Quạt LT

blower

2.1.1.8 Các định luật tương đương của quạt: /10/
Những định luật đồng dạng của quạt thể hiện các đặc tính có thể thay đổi được
của các loại quạt tương tự nhau. Các giá trị có thể thay đổi là đường kính quạt D, số
vòng quay n, lưu lượng Q, cột áp Δp , hiệu suất η , công suất P và độ ồn N.
Q2 Q1 = (n2 n1 ) * (D2 D1 )

3

Δp 2 Δp1 = (n2 n1 ) * (D2 D1 )
2

2

P2 P1 = (n2 n1 ) * (D2 D1 )
3

5

N 2 − N1 = 50 * lg(D2 D1 ) + 50 * lg(n2 n1 )

Ghi chú: chỉ số phụ 1, 2 chỉ quạt 1, quạt 2.

11


2.1.2 Tiếng ồn:
2.1.2.1 Khái niệm tiếng ồn: /13/, /19/
Tiếng ồn là tập hợp những âm thanh có cường độ và tần số khác nhau sắp xếp
không có trật tự, gây khó chịu cho người nghe, cản trở con người làm việc và nghỉ
ngơi.
Theo ý nghĩa vật lý, tiếng ồn là tổng hợp một cách hỗn tạp những âm phức hợp.
Sóng của nó là một đường cong không có qui luật, không có chu kì.
Tiếng ồn của quạt có hai dạng là: ồn khí động và ồn cơ học.
a/ Ồn khí động:
Ồn khí động sinh ra do các chi tiết khác nhau của quạt tác động lên sự chuyển
động của dòng khí. Yếu tố chính gây ồn khí động là vận tốc vòng lớn, vì cường độ ồn
tỷ lệ bậc sáu với vận tốc, bậc hai với số đo tuyến tính của cánh và bậc hai với sức cản
đỉnh cánh. Yếu tố thứ hai là dạng cánh, dạng thân (vỏ) quạt, số cánh, chế độ làm việc
của quạt và cấu trúc buồng đặt quạt. Tiếng ồn sinh ra do chuyển động xoáy của không
khí với guồng động tạo nên các sóng không khí và rung động của các bộ phận. Không
khí đi qua cửa hút, cánh hướng dòng (nếu có), đi qua cửa ra của vỏ cũng tạo xoáy và
gây ồn.
Cánh cong về phía trước ồn nhiều hơn cong về sau.
b/ Ồn cơ học:
Độ vững chắc của cánh quạt ồn ít hơn (đúc cánh liền với bầu).
Hầu hết quạt lắp côngxon với trục nên tiếng ồn lớn nếu cân bằng động không tốt.
Tiếng ồn còn do các ổ bi gây ra, do động cơ gây ra.
Muốn tránh tiếng ồn (hạn chế đến mức thấp nhất) của quạt và hệ thống cần loại
bỏ hết nguyên nhân gây ồn như:

• Cánh quạt nên cong về sau (nếu có thể); vận tốc gió trong các ống dẫn nên nhỏ;
guồng động phải được cân bằng tĩnh và động tốt; không nối cứng đường ống
với vỏ quạt; vỏ (thân) quạt phải vững chắc.
12