Tính toán và quy trình cách thiết kế quạt ly tâm

• 

  Hoàng Văn Dũng ,

• ĐĂNG TẢI : 19/06/2024 | CẬP NHẬT: 20/06/2024

Quạt ly tâm là thành phần thiết yếu trong các ứng dụng công nghiệp khác nhau, từ thông gió và điều hòa không khí đến thu gom bụi. Khả năng xử lý khối lượng không khí lớn và tạo ra áp suất cao khiến chúng không thể thiếu trong nhiều quy trình công nghiệp. Tuy nhiên, để có được một chiếc quạt ly tâm đạt tiêu chuẩn, việc tìm hiểu chi tiết về quy trình và cách tính toán thiết kế quạt ly tâm đóng vai trò rất quan trọng.

Trong bài viết sau đây, Quạt Điện Việt Nam sẽ chia sẻ đến bạn toàn bộ thông tin chi tiết về công thức tính toán quạt ly tâm, quy trình thiết kế quạt ly tâm, cũng như phần mềm tối ưu hoá hiệu suất khi thiết kế quạt ly tâm một cách chi tiết nhất!

1. Tại sao cần tính toán thiết kế quạt ly tâm?

Việc tính toán thiết kế quạt ly tâm chính xác đóng vai trò vô cùng quan trọng trong việc đảm bảo hiệu suất hoạt động của quạt, an toàn và tiết kiệm năng lượng. Dưới đây là những lý do chính:

• Đảm bảo hệ thống thông gió vận hành hiệu quả cân bằng áp suất, làm mát tối ưu, tiết kiệm năng lượng
• Đảm bảo an toàn và độ bền cho hệ thống hoạt động ổn định, tuổi thọ cao
• Đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật lưu lượng khí, áp suất, hiệu suất

2. Công thức tính toán thiết kế quạt ly tâm

Về lý thuyết, công thức tính toán thiết kế quạt ly tâm như sau:

• Moment xoay: T= m(R2Vθ2 – R1Vθ1)
• Công suất: P = m(R2Vθ2 – R1Vθ1) x ω
• Năng lượng (Cột áp): h= U2Vθ2/g

Trong đó:

• T: Moment xoay (N. m)
• P: Công suất quạt (W)
• h: Năng lượng (J/kg)
• m: Lưu lượng khối lượng không khí qua quạt (kg/s)
• ω: Tốc độ quay của quạt (rad/s)
• R1: Bán kính đầu vào cánh quạt (m)
• R2: Bán kính đầu ra cánh quạt (m)
• Vθ1: Vận tốc góc tại đầu vào cánh quạt (m/s)
• Vθ2: Vận tốc góc tại đầu ra cánh quạt (m/s)
• U2: Vận tốc tuyệt đối tại đầu ra cánh quạt (m/s)
• g: Gia tốc trọng lực (m/s²)

Các ký hiệu khác

• V1: Vận tốc tuyệt đối tại đầu vào cánh quạt (m/s)
• U1: Vận tốc pháp tuyến của phần lá cánh quạt ở đầu vào (m/s)
• W1: Vận tốc dọc theo lá cánh quạt (hay còn gọi là vận tốc kéo theo) (m/s)
• Vθ1 và Vθ2: Vận tốc xoay vòng của dòng

3. Quy trình 7 bước thiết kế quạt ly tâm

Quy trình thiết kế quạt ly tâm đạt chuẩn và đáp ứng mọi yêu cầu kỹ thuật khắt khe gồm có 7 bước chính quan trọng như sau:

Bước 1: Xác định yêu cầu kỹ thuật

Trước khi bắt tay vào thiết kế, việc xác định chính xác yêu cầu kỹ thuật là vô cùng quan trọng. Bạn cần phải tiến hành xem xét các yếu tố như: lưu lượng khí, áp suất, hiệu suất, kích thước, tiếng ồn, điều kiện môi trường làm việc,… và các yêu cầu đặc biệt khác.

Bước 2: Lựa chọn quạt phù hợp

Dựa trên lưu lượng và cột áp yêu cầu, lựa chọn kiểu quạt ly tâm phù hợp như quạt hút hướng tâm, quạt ly tâm đa tầng, quạt ly tâm cánh nghiêng,… phù hợp nhằm tối ưu hóa hiệu quả hoạt động và tiết kiệm chi phí.

Bước 3: Thiết kế cánh quạt

• Xác định số lượng, hình dạng, góc nghiêng, độ dày cánh,…để tối ưu hóa hiệu suất khí động học của quạt.
• Sử dụng phần mềm mô phỏng CFD (Computational Fluid Dynamics) để phân tích dòng chảy khí qua cánh quạt và điều chỉnh thiết kế cho phù hợp.

Bước 4: Thiết kế vỏ quạt

• Xác định hình dạng, kích thước, vật liệu của vỏ quạt để đảm bảo độ bền, khả năng chịu áp suất và hiệu quả dẫn khí.
• Thiết kế các bộ phận phụ trợ của vỏ quạt như cửa hút, cửa thổi, cửa xả bụi,…

Bước 5: Thiết kế trục quạt

• Xác định kích thước, vật liệu, ổ đỡ của trục quạt để đảm bảo độ cứng vững, khả năng chịu tải và độ ồn thấp.
• Thiết kế các chi tiết liên kết giữa trục quạt với cánh quạt và động cơ.

Bước 6: Lựa chọn động cơ

• Lựa chọn động cơ điện phù hợp với công suất required của quạt và điều kiện hoạt động.
• Thiết kế hệ thống truyền động từ động cơ đến trục quạt bằng dây đai, khớp nối hoặc hộp số.

Bước 7: Tính toán kích thước và đường kính quạt

• Sử dụng các công thức, phần mềm tính toán chuyên dụng để tính toán các thông số khí động học, hiệu suất và độ ồn của quạt.
• Điều chỉnh thiết kế các bộ phận của quạt để tối ưu hóa hiệu suất, giảm độ ồn và đáp ứng các yêu cầu đặt ra.

4. Các phần mềm hỗ trợ tối ưu hóa hiệu suất khi thiết kế quạt

Tối ưu hóa hiệu suất quạt ly tâm là một quá trình phức tạp đòi hỏi sự kết hợp của nhiều yếu tố. Bằng cách
sử dụng các phần mềm hỗ trợ hiệu quả, có thể nâng cao hiệu suất quạt, tiết kiệm năng lượng và giảm chi phí vận hành. Dưới đây là 3 giải pháp phổ biến nhất:

• Phần mềm mô phỏng CFD (Computational Fluid Dynamics): Giúp mô phỏng dòng chảy trong quạt để đánh giá hiệu suất khí động học và xác định các khu vực cần tối ưu hóa.
• Phần mềm thiết kế CAD: Giúp thiết kế cánh quạt và vỏ quạt với độ chính xác cao và tối ưu hóa hình dạng khí động học.
• Thiết bị đo lường: Giúp đo lưu lượng, áp suất, hiệu suất và các thông số khác của quạt để đánh giá hiệu quả hoạt động và điều chỉnh thiết kế khi cần thiết.

Qua bài viết trên, Quạt Điện Việt Nam đã chia sẻ đến bạn công thức tính toán thiết kế quạt ly tâm, 7 bước trong quy trình thiết kế quạt và cách tối ưu hóa hiệu suất hoạt động khi thiết kế. Mong rằng những thông tin trên sẽ hữu ích trong quá trình thiết kế quạt ly tâm.