Đường đặt tính quạt ly tâm là gì? Mối quan hệ lưu lượng, áp suất và hiệu suất

• 

  Hoàng Văn Dũng ,

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

Quạt ly tâm là một thiết bị được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp và đời sống để di chuyển không khí, khí gas, bụi mịn. Hiểu rõ về đường đặc tính quạt ly tâm là vô cùng quan trọng để lựa chọn và vận hành quạt một cách hiệu quả. Bài viết này sẽ giúp bạn làm rõ khái niệm đường đặc tính quạt ly tâm, vai trò và các thành phần trong đồ thị đường đặc tính.

1. Đường đặc tính quạt ly tâm là gì?

Đường đặc tính quạt ly tâm (Centrifugal Fan Performance Curve) là biểu đồ mô tả mối quan hệ giữa lưu lượng khí (airflow), áp suất tĩnh (static pressure) và công suất tiêu thụ (power consumption) của quạt trong điều kiện vận hành cụ thể.

Đường đặc tính cung cấp thông tin quan trọng để lựa chọn quạt phù hợp với yêu cầu hệ thống và dự đoán hiệu suất vận hành của quạt.

Ba loại đường đặc tính phổ biến:

• Loại 1: Đường đặc tính lưu lượng – áp suất
• Loại 2: Đường đặc tính lưu lượng – công suất
• Loại 3: Đường đặc tính lưu lượng – hiệu suất

2. Vai trò quan trọng của đường đặc tính quạt ly tâm

Đường đặc tính đóng vai trò thiết yếu trong lựa chọn và tối ưu hóa hệ thống quạt. Dựa vào đường đặc tính, kỹ sư và người dùng có thể:

• Xác định quạt đáp ứng yêu cầu lưu lượng và áp suất hệ thống
• Dự đoán điểm vận hành thực tế của quạt khi lắp đặt
• Đánh giá ảnh hưởng của thay đổi điều kiện vận hành đến hiệu suất quạt
• Tính toán công suất động cơ cần thiết và lựa chọn động cơ dẫn động phù hợp
• Phát hiện và xử lý vấn đề hiệu suất, tiếng ồn, rung động trong quá trình vận hành quạt

3. Các thành phần chính trên đồ thị đường đặc tính quạt ly tâm

Để đọc và sử dụng hiệu quả đồ thị đường đặc tính quạt ly tâm, ta cần nắm rõ ý nghĩa của các trục tọa độ và đường cong trên đồ thị.

• Trục X (Nằm ngang): Lưu lượng không khí

Lưu lượng không khí được đo bằng mét khối trên giờ (m³/h) theo hệ mét hoặc Feet khối trên phút (CFM) theo hệ Anh. Đây là chỉ số cho biết lưu lượng không khí mà quạt có thể cung cấp trong một khoảng thời gian nhất định. Giá trị lưu lượng không khí càng cao, quạt có khả năng đẩy mạnh lưu lượng không khí càng tốt.

• Trục Y (Thẳng đứng): Áp suất tĩnh

Trục Y (thẳng đứng) biểu thị áp suất tĩnh, tức là áp lực mà quạt tạo ra để vượt qua điện trở của hệ thống. Đơn vị đo thường là Pascal (Pa), Milimet cột nước (mmH2O) hoặc Inch cột nước (inWG). Giá trị càng cao, khả năng đẩy lưu lượng gió qua hệ thống của quạt càng mạnh.

• Điểm BEP (Điểm Hiệu suất Tối ưu)

Tâm điểm của đường cong đặc tính quạt ly tâm là BEP (Điểm hiệu quả tốt nhất), vùng hoạt động lý tưởng nơi quạt đạt được hiệu suất tối ưu. Thường nằm trong khoảng 60-80% của tốc độ dòng chảy tối đa, điểm BEP thể hiện sự kết hợp hoàn hảo giữa hiệu suất cao nhất và mức tiêu thụ năng lượng tối thiểu.

Hoạt động ở BEP không chỉ giúp tiết kiệm chi phí vận hành mà còn kéo dài tuổi thọ của quạt, đảm bảo hoạt động đáng tin cậy trong nhiều năm. 

• Điểm Khởi động

Điểm khởi động là vị trí trên đường đặc tính ứng với lưu lượng bằng 0 và áp suất cao nhất. Tại điểm này, quạt cần công suất lớn nhất để bắt đầu hoạt động, do đó không nên để quạt hoạt động ở vùng này trong thời gian dài.

• Đường Đặc tính

Đường cong đặc tính của quạt ly tâm thường có độ dốc đi xuống, cho thấy rằng khi tốc độ dòng chảy tăng thì áp suất do quạt tạo ra sẽ giảm. Mối quan hệ nghịch đảo này bị chi phối bởi các nguyên lý động lực học chất lỏng và thiết kế quạt. Đường cong cung cấp những hiểu biết có giá trị về hiệu suất của quạt trong các điều kiện vận hành khác nhau.

4. Hình vẽ đường đặc tính của quạt ly tâm

Đồ thị trong hình minh họa đường đặc tính công suất quá tải của hai loại quạt ly tâm phổ biến :cánh cong về trước (FC) và cánh hướng tâm (RB). Đường cong cho thấy công suất tiêu thụ của quạt tăng khi áp suất toàn phần giảm. Điều này cần lưu ý khi khởi động quạt để tránh quá tải động cơ.

5. Biểu đồ đặc tính không thứ nguyên của quạt ly tâm

Đây là biểu đồ biểu thị mối quan hệ giữa các đại lượng không thứ nguyên của quạt ly tâm như sau:

• Hệ số lưu lượng (φ): Tỷ lệ giữa lưu lượng thực tế và lưu lượng lý thuyết, được tính dựa trên đường kính guồng cánh, tốc độ quay và lưu lượng dòng khí.

Trong đó:

D – Đường kính guồng cánh quạt (m).

n – Tốc độ quay trục quạt (v/ph).

Q – Lưu lượng dòng khí (m3/s).

• Hệ số áp suất (ψ): Tỷ lệ giữa áp suất thực tế (toàn phần hoặc tĩnh) và áp suất động học, tính dựa trên mật độ không khí.

Trong đó:

Ws – Hệ số áp suất toàn phần (kg/m2) (tính bằng áp suất toàn phần do quạt tạo ra P)

Ps – Hệ số áp suất tĩnh (kg/m2) (từ áp suất tĩnh do quạt tạo ra Ps)

ρ – Mật độ của không khí. (ρ = /g).

• Hệ số công suất (λ): Tỷ lệ giữa công suất tiêu thụ trên trục quạt và công suất lý thuyết.

Trong đó: N – công suất tiêu thụ trên trục quạt (kW).

• Hiệu suất quạt (η): Hiệu suất chuyển đổi năng lượng của quạt.

6. Xây dựng biểu đồ đường đặc tính

Từ biểu đồ đặc tính không thứ nguyên, ta có thể xây dựng biểu đồ đường đặc tính cho quạt ly tâm với các đường kính và tốc độ quay khác nhau, trong phạm vi hiệu suất khí động cho phép (W = 0.8 x max). Quy trình bao gồm:

• Xác định đường kính guồng cánh (D) và tốc độ quay (n).
• Tính toán hệ số lưu lượng (φ) và vận tốc đầu cánh (u).
• Sử dụng các giá trị φ, ψ, λ từ biểu đồ không thứ nguyên để tính lưu lượng (L), áp suất (P) và công suất (N).
• Vẽ đường đặc tính làm việc của quạt với các giá trị n và D khác nhau.

7. Các yếu tố ảnh hưởng tới đường đặc tính quạt ly tâm

Để sử dụng hiệu quả đồ thị đường đặc tính, ta cần lưu ý tới các yếu tố có thể làm thay đổi đặc tính làm việc của quạt ly tâm, bao gồm:

Thiết kế của quạt

• Đường kính và số cánh quạt: Quạt có đường kính lớn và số cánh nhiều sẽ tạo áp suất cao hơn, phù hợp hệ thống nhiều tổn thất. Ngược lại, quạt nhỏ và ít cánh phù hợp với hệ thống cần lưu lượng lớn.
• Hình dạng và góc nghiêng cánh quạt: Cánh quạt cong tạo áp suất đều, cánh thẳng cho lưu lượng lớn. Góc nghiêng cánh tăng giúp tăng áp suất.
• Vỏ bao và đường ống dẫn: Vỏ bao xoáy có hiệu suất thấp hơn vỏ bao lưỡi. Đường ống dẫn cửa vào và ra vuông góc tạo tổn thất lớn hơn.

Tốc độ quay của quạt

Lưu lượng và áp suất của quạt ly tâm tỷ lệ thuận với tốc độ quay của nó. Tuy nhiên, mối quan hệ này không phải là tuyến tính. Khi tốc độ quay tăng gấp đôi, lưu lượng tăng gấp đôi, nhưng áp suất lại tăng gấp bốn, và công suất thậm chí còn tăng gấp tám.

Điều kiện môi trường

• Nhiệt độ và áp suất không khí: Khi nhiệt độ tăng, khối lượng riêng của không khí giảm nên lưu lượng và áp suất giảm. Áp suất khí quyển giảm khi làm việc ở độ cao lớn cũng khiến hiệu suất quạt giảm.
• Hơi ẩm và bụi bẩn: Không khí ẩm và chứa bụi gây ăn mòn và làm tắc nghẽn cánh quạt, giảm tuổi thọ và hiệu suất quạt.

Cần hiệu chỉnh đường đặc tính quạt theo điều kiện làm việc thực tế. Các nhà sản xuất thường cung cấp hệ số và biểu đồ hiệu chỉnh

Trên đây là bài viết chi tiết đường từ tính quạt ly tâm, về thành phần cách xây dựng, yếu tố ảnh hưởng cũng như ứng dụng. Với hơn 5 năm kinh nghiệm, Quạt Điện Việt Nam đã cung cấp và tư vấn lắp đặt hàng nghìn hệ thống quạt công nghiệp đáp ứng tốt nhất nhu cầu làm mát, thông gió, hút bụi… của khách hàng.

Chúng tôi cam kết mang tới những sản phẩm quạt ly tâm chất lượng cao, đi kèm đầy đủ đồ thị đường đặc tính để khách hàng tự tin chọn lựa và vận hành. Khách hàng có nhu cầu tư vấn, khảo sát, thiết kế hệ thống quạt ly tâm, vui lòng liên hệ: