Đánh giá hiệu suất quạt ly tâm như thế nào?

Đánh giá hiệu suất quạt ly tâm là yêu cầu cần thiết để đảm bảo việc tối ưu hiệu quả sử dụng năng lượng trong khi vận hành quạt ly tâm.

Navis xin giới thiệu những công thức tính toán, thiết kế và kiểm tra quạt ly tâm cơ bản nhất để quý vị tham khảo và áp dụng trong thực tế hoạt động của quạt ly tâm tại nhà máy của mình.

1. Các công thức tính toán cơ bản

1.1. Định luật tỉ lệ quạt

Định luật tỉ lệ quạt là các công thức thể hiện mối liên quan giữa lưu lượng, áp suất, công suất và tốc độ quay của quạt. Khi một thông số thay đổi thì các thông số khác cũng thay đổi theo một tỉ lệ nhất định.

Q₁/Q₂ = n₁/n₂ ; H₁/H₂ = (n₁/n₂)² ; N₁/N₂ = (n₁/n₂)³

Trong đó:

– Q₁, Q₂: Lưu lượng của quạt, [m³/s].

– n₁, n₂: Tốc độ quay cánh quạt, [vòng/phút].

– H₁, H₂: Áp suất quạt, [Pa].

– N₁, N₂: Công suất quạt, [W].

1.2. Công thức tính công suất, hiệu suất quạt ly tâm

Công suất quạt được xác định khi bỏ qua sự biến đổi khối lượng riêng của dòng khí như sau:

N = (Q.H)/ƞ ,[W].

Trong đó:

– Q: Lưu lượng của quạt, [m³/s].

– H: Áp suất của quạt, [Pa].

– ƞ: Hiệu suất chung của quạt, [%].

Hiệu suất chung của quạt tính tới tổn thất công suất quạt, tổn thất công suất do thiết kế khí động và tổn thất do các bộ truyền chuyển động, ổ đỡ.

Ƞ= Ƞ₁. Ƞ₂. Ƞ₃ , [%].

Trong đó:

– Ƞ₁: Hiệu suất chung về thiết kế khí động của quạt, phụ thuộc vào kiểu cánh và vỏ quạt.

– Ƞ₂: Hiệu suất ổ đỡ, khoảng 0.95-0.97 tùy thuộc vào loại, số lượng và trạng thái ổ đỡ.

– Ƞ₃ : Hiệu suất của các bộ truyền chuyển động, 0.9-0.95 đối với truyền động đai.

Công suất động cơ của quạt ly tâm cần được nhân thêm hệ số sự trữ(hệ số an toàn).

P = k.N, [W].

Trong đó:

– P: Công suất động cơ, [W].

– k: Hệ số dự trữ, khoảng 1.05-1.5 tùy thuộc vào công suất quạt lớn hay nhỏ, thiết kế và điều kiện làm việc của quạt.

2. Đánh giá hiệu suất quạt ly tâm khi thiết kế

Khi thiết kế quạt ly tâm, tùy thuộc vào mục đích sử dụng, công suất và chi phí đầu tư mà ta có những thiết kế quạt ly tâm phù hợp cho từng yêu cầu.

2.1. Thiết kế và mô phỏng bằng phần mềm

Computational Fluid Dynamics – CFD có nghĩa là tính toán động lực chất lưu sử dụng máy tính. Các máy tính sẽ mô phỏng chuyển động của dòng chất lỏng hoặc khí phức tạp với các điều kiện biên.

Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của máy tính, trí tuệ nhân tạo – AI thì việc mô phỏng và tính toán cho tốc độ xử lý rất nhanh và tương đối chính xác. CFD được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau để giải các bài toán lớn, phức tạp mà bằng tính toán thông thường mất rất nhiều thời gian.

Hiện tại, có rất nhiều công ty phần mềm CFD giúp chúng ta có thể thực hiện dễ dàng các công việc mà dễ sử dụng như: ANSYS, AUTODESK, BOSCH, IBM, Siemens, Cisco, General Electric…

Việc áp dụng các phần mềm chuyên dụng vào tính toán thiết kế quạt ly tâm là xu hướng hiện tại.

2.2. Tính toán thiết kế bằng công thức

Quạt ly tâm đã được ứng dụng từ khoảng thế kỷ 15, cho đến nay lý thuyết tính toán cũng như kiểm nghiệm quạt đã tương đối đầy đủ và có độ chính xác cao. Các thiết kế quạt ly tâm được thiết kế để phù hợp với từng công việc, với mỗi loại thiết kế sẽ có hiệu suất khác nhau.

Có thể nói thiết kế quạt ly tâm sử dụng trong công nghiệp và dân dụng hiện nay đã đạt đến độ hoàn thiện cao, do đó việc lựa chọn loại quạt phù hợp, chi phí đầu tư hợp lý, hoạt động bền bỉ, ổn định là yếu tố quan trọng cho các nhà máy công nghiệp cũng như trong dân dụng.

Navis xin giới thiệu một số thiết kế cánh quạt ly tâm thông dụng, hiệu quả áp dụng trong thực tế cao và được thiết kế, kiểm nghiệm về hiệu suất chính xác, đầy đủ.

3. Đánh giá hiệu suất quạt ly tâm khi hoạt động thực tế

Đánh giá hiệu suất quạt ly tâm là công việc quan trọng đối với quạt công suất lớn, sử dụng nhiều quạt trong hệ thống để đảm bảo việc tiết kiệm năng lượng.

3.1. Phương pháp đo kiểm đánh giá hiệu suất quạt ly tâm

Sau khi quạt được thiết kế, chế tạo ta tiến hành đo kiểm các thông số như lưu lượng, áp suất, công suất, tốc độ, độ rung, độ ồn…Để xây dựng đường đặc tính quạt và qua đó chọn được điểm làm việc hiệu quả nhất của quạt ly tâm.

Việc đo kiểm quạt ly tâm đã được xây dựng thành các bộ tiêu chuẩn phổ biến như:

– ANSI/AMCA Standard 210-16, ASHRAE Standard 51-16: Laboratory Methods of Testing Fans for Certified Aerodynamic Performance Rating.

– TCVN 9439:2013 Quạt công nghiệp– Thử đặc tính khi sử dụng đường ống gió tiêu chuẩn.

– TCVN 9440:2013 Quạt công nghiệp– Thử đặc tính tại hiện trường.

– TCVN 9071:2011 Quạt công nghiệp. An toàn cơ khí của quạt. Che chắn bảo vệ.

– TCVN 9072:2011 Quạt công nghiệp – Dung sai, phương pháp chuyển đổi và trình bày các dữ liệu kỹ thuật.

– TCVN 9073:2011 Quạt công nghiệp – Từ vựng và định nghĩa các loại quạt.

– TCVN 9074:2011 Quạt công nghiệp – Thử đặc tính của quạt phụt.

– TCVN 9075:2011 Quạt công nghiệp – Đặc tính kỹ thuật về chất lượng cân bằng và các mức rung.

– TCVN 9076:2011 Quạt công nghiệp – Phương pháp đo rung của quạt.

3.2. Tối ưu hiệu suất quạt ly tâm phù hợp thực tế

Tối ưu hiệu suất quạt ly tâm là bài toán lớn gồm nhiều thông số đầu vào cả về kinh tế lẫn kỹ thuật, do đó cần có kiến thức tổng hợp để chọn được thiết kế quạt phù hợp nhất và chi phí đầu tư, vận hành và bảo trì bảo dưỡng hợp lý.

Thông thường đối với quạt công suất lớn ta cần xác định chính xác trở lực của hệ thống đường ống và thiết bị kết nối đến quạt. Từ đó xác định được áp suất làm việc của quạt và yêu cầu về lưu lượng cần thiết cho công nghệ sản xuất trong nhà máy. Khi đã xác định được lưu lượng và áp suất cần thiết của quạt, dựa vào đường đặc tính quạt hoặc tư vấn chọn quạt tối ưu từ chuyên gia của Navis để chọn được loại quạt phù hợp nhất cho mỗi lĩnh vực sản xuất của nhà máy.