Quạt ly tâm công nghiệp là gì? Cách lựa chọn theo lưu lượng và cột áp

Trong các hệ thống hút bụi, hút khói, thông gió nhà xưởng, cấp khí tươi và xử lý khí thải, quạt không chỉ cần tạo ra lưu lượng lớn mà còn phải thắng được trở lực của đường ống, co cút, van gió, bộ lọc và các thiết bị xử lý phía sau.

Đây là lý do quạt ly tâm công nghiệp thường được lựa chọn cho những hệ thống có đường ống dài hoặc yêu cầu cột áp cao hơn khả năng của quạt hướng trục thông thường.

Tuy nhiên, chọn quạt ly tâm không đơn giản là tìm một sản phẩm có lưu lượng lớn nhất hoặc công suất motor cao nhất. Một chiếc quạt chỉ hoạt động hiệu quả khi lưu lượng, cột áp, tốc độ quay, hiệu suất, công suất động cơ và đường đặc tính của quạt phù hợp với trở lực thực tế của hệ thống.

Nếu lựa chọn sai, hệ thống có thể gặp tình trạng gió yếu, motor quá tải, rung ồn, tiêu thụ điện lớn hoặc nhanh hư hỏng dù quạt vẫn đang quay bình thường.

Quạt ly tâm công nghiệp là gì?

Quạt ly tâm công nghiệp là thiết bị vận chuyển không khí trong đó dòng khí đi vào bánh công tác theo phương gần song song với trục quay, sau đó đổi hướng và thoát ra chủ yếu theo phương hướng kính.

Theo hệ thống thuật ngữ của ASHRAE, các dạng quạt ly tâm phổ biến gồm quạt cánh cong về phía trước, cánh nghiêng hoặc cong về phía sau, cánh khí động và cánh hướng kính. Quạt cũng có thể được chế tạo theo dạng một cửa hút hoặc hai cửa hút tùy theo lưu lượng và cấu hình hệ thống.

Cấu tạo cơ bản của một quạt ly tâm gồm:

• Vỏ quạt dạng xoắn ốc.

• Bánh công tác.

• Cánh quạt.

• Cửa hút.

• Cửa đẩy.

• Trục quạt.

• Gối đỡ và vòng bi.

• Động cơ điện.

• Bộ truyền động trực tiếp hoặc gián tiếp.

• Khung bệ.

• Bộ chống rung.

• Khớp nối mềm.

• Cửa kiểm tra và bộ phận che chắn an toàn.

Không khí đi vào tâm bánh công tác, được cánh quạt truyền năng lượng rồi đưa ra phía ngoài. Vỏ xoắn ốc có nhiệm vụ thu gom dòng khí, giảm vận tốc cục bộ và chuyển một phần động năng thành áp suất trước khi không khí đi vào đường ống.

Vì sao quạt ly tâm tạo được cột áp cao?

Trong một hệ thống thông gió, quạt phải cung cấp đủ năng lượng dưới dạng chênh lệch áp suất để duy trì dòng khí đi qua toàn bộ trở lực của hệ thống. Trở lực này có thể xuất hiện tại đường ống, co cút, van, miệng gió, bộ lọc, thiết bị trao đổi nhiệt, buồng xử lý bụi hoặc tháp xử lý khí.

So với nhiều dòng quạt hướng trục, quạt ly tâm thường phù hợp hơn với hệ thống cần:

• Cột áp trung bình hoặc cao.

• Đường ống dài.

• Nhiều co, cút và nhánh rẽ.

• Bộ lọc có trở lực lớn.

• Thiết bị hút bụi hoặc xử lý khí thải.

• Vận chuyển khí qua cyclone, túi lọc hoặc tháp hấp thụ.

• Hút cục bộ tại máy sản xuất.

• Cấp khí đến vị trí xa quạt.

Tuy nhiên, không nên mặc định rằng mọi hệ thống có đường ống đều phải dùng quạt ly tâm. Việc lựa chọn phải dựa trên điểm làm việc thực tế, không chỉ dựa trên tên gọi của dòng quạt.

Các loại cánh quạt ly tâm phổ biến

Hình dạng cánh ảnh hưởng trực tiếp đến lưu lượng, cột áp, hiệu suất, đặc tính công suất, tiếng ồn và khả năng xử lý bụi.

Quạt ly tâm cánh cong về phía trước

Dòng quạt này sử dụng nhiều cánh nhỏ, cong theo chiều quay của bánh công tác. Quạt thường tạo lưu lượng tương đối lớn ở vùng cột áp thấp hoặc trung bình và có thể vận hành ở tốc độ quay thấp hơn so với một số dạng bánh công tác khác.

Quạt cánh cong về phía trước thường xuất hiện trong:

• Tủ xử lý không khí.

• Thiết bị thông gió nhỏ và trung bình.

• Hệ thống cấp khí sạch.

• Thiết bị sấy.

• Hệ thống có không khí tương đối sạch.

Đặc điểm cần đặc biệt lưu ý là đường công suất của dạng cánh này có thể tăng mạnh khi lưu lượng tăng. Nếu điểm làm việc dịch chuyển về phía lưu lượng lớn hơn dự kiến, motor có nguy cơ bị quá tải nếu công suất không được kiểm tra trên toàn bộ vùng vận hành. Greenheck mô tả quạt cánh cong trước là loại phù hợp với lưu lượng cao ở áp suất thấp, nhưng có đường công suất tăng dần về phía vùng lưu lượng lớn.

Quạt ly tâm cánh cong hoặc nghiêng về phía sau

Cánh quạt được bố trí ngược với chiều quay tại mép thoát. Đây là dạng bánh công tác thường được lựa chọn khi cần hiệu suất cao, vận hành ổn định và tiết kiệm năng lượng.

Ưu điểm đáng chú ý:

• Hiệu suất khí động tốt.

• Phù hợp với hệ thống cột áp trung bình đến cao.

• Đặc tính công suất ít có nguy cơ quá tải hơn khi lựa chọn đúng.

• Thích hợp cho hệ thống vận hành liên tục.

• Có thể kết hợp biến tần để điều chỉnh lưu lượng.

Greenheck cho biết dạng cánh nghiêng sau có đặc tính “không quá tải”, nghĩa là công suất yêu cầu đạt giá trị cực đại trong một vùng nhất định thay vì tiếp tục tăng không kiểm soát về phía lưu lượng lớn.

Dòng cánh này phù hợp với:

• Thông gió nhà xưởng.

• Hệ thống hút khí thải.

• Cấp khí tươi tòa nhà.

• Hệ thống điều hòa không khí.

• Hút khói và thông gió tầng hầm.

• Hệ thống xử lý không khí sạch.

Quạt ly tâm cánh hướng kính

Cánh quạt được bố trí gần theo phương bán kính. Cấu tạo tương đối chắc chắn, ít khe hẹp và có khả năng làm việc tốt hơn trong dòng khí chứa bụi hoặc vật liệu dạng hạt so với các bánh công tác khí động phức tạp.

Dòng quạt này thường được dùng trong:

• Hệ thống hút bụi.

• Vận chuyển bụi gỗ.

• Hút mạt kim loại.

• Lò hơi.

• Hệ thống sấy.

• Khí thải có nồng độ bụi nhất định.

• Công đoạn sản xuất phát sinh hạt hoặc sợi.

Nhược điểm là hiệu suất có thể thấp hơn dạng cánh cong sau trong các ứng dụng không khí sạch. Vì vậy, không nên dùng cánh hướng kính chỉ vì quạt có hình thức chắc chắn; cần cân đối giữa khả năng chống bám bụi, độ bền và mức tiêu thụ điện.

Quạt ly tâm cánh khí động

Cánh quạt có tiết diện gần giống cánh máy bay nhằm giảm tổn thất khí động. Loại này có thể đạt hiệu suất cao trong hệ thống không khí sạch, lưu lượng lớn và thời gian vận hành dài.

Quạt cánh khí động thường phù hợp với:

• Hệ thống HVAC quy mô lớn.

• Nhà máy vận hành liên tục.

• Trung tâm dữ liệu.

• Hệ thống cấp và hồi gió.

• Các dự án ưu tiên hiệu suất năng lượng.

Do cấu tạo cánh rỗng hoặc có hình dạng khí động phức tạp, loại quạt này không phải lựa chọn ưu tiên cho dòng khí chứa nhiều bụi bám dính hoặc vật liệu có khả năng mài mòn.

Bảng so sánh các dạng cánh quạt ly tâm

Bảng trên chỉ mang tính định hướng. Hiệu suất và vùng vận hành thực tế phải được kiểm tra theo catalogue, đường đặc tính và kết quả thử nghiệm của từng model.

Những thông số kỹ thuật quan trọng khi chọn quạt

Lưu lượng quạt

Lưu lượng thể hiện thể tích không khí quạt vận chuyển trong một đơn vị thời gian, thường được biểu thị bằng:

• m³/h.

• m³/s.

• L/s.

• CFM.

Lưu lượng yêu cầu không nên được xác định bằng cảm tính. Tùy ứng dụng, đơn vị thiết kế có thể tính từ:

• Số lần trao đổi không khí.

• Tải nhiệt.

• Lượng bụi hoặc khí phát sinh.

• Vận tốc bắt giữ tại chụp hút.

• Lưu lượng tại từng nhánh ống.

• Yêu cầu cấp khí tươi.

• Lưu lượng gió bù.

• Chế độ vận hành bình thường và sự cố.

Cột áp tĩnh và tổng áp

Cột áp là thông số đặc biệt quan trọng đối với quạt ly tâm.

Theo ASHRAE, tổng áp quạt là chênh lệch tổng áp giữa cửa ra và cửa vào của quạt. Áp suất tĩnh quạt được xác định từ tổng áp sau khi xem xét thành phần áp suất vận tốc. Hai khái niệm này không nên sử dụng thay thế tùy tiện khi lựa chọn quạt.

Trong thực tế, tổng tổn thất của hệ thống có thể gồm:

• Ma sát dọc đường ống.

• Tổn thất qua co, cút.

• Côn thu và côn mở.

• Van điều chỉnh.

• Van một chiều.

• Miệng hút và miệng thổi.

• Lưới chắn.

• Bộ lọc.

• Bộ tiêu âm.

• Cyclone.

• Túi lọc bụi.

• Tháp xử lý khí.

• Chênh áp yêu cầu tại thiết bị.

Nếu chỉ cộng tổn thất đường ống mà bỏ qua bộ lọc hoặc thiết bị xử lý, quạt có thể không đạt lưu lượng thiết kế sau khi đưa vào vận hành.

Đường đặc tính và điểm làm việc của quạt

Đường đặc tính quạt thể hiện mối quan hệ giữa lưu lượng và áp suất tại một tốc độ quay, đường kính bánh công tác và mật độ không khí xác định.

Đường đặc tính hệ thống thể hiện mức áp suất cần thiết để đẩy một lưu lượng không khí nhất định qua toàn bộ trở lực. Điểm giao nhau giữa đường quạt và đường hệ thống chính là điểm làm việc thực tế.

Điều này giải thích vì sao một quạt được công bố đạt 30.000 m³/h không có nghĩa sẽ luôn tạo ra đúng 30.000 m³/h sau khi lắp đặt. Lưu lượng thực tế phụ thuộc vào cột áp tại điểm làm việc.

Khi bộ lọc bám bụi, van bị đóng bớt hoặc hệ thống được bổ sung thêm đường ống, đường đặc tính hệ thống thay đổi. Điểm làm việc cũng dịch chuyển, làm giảm lưu lượng hoặc tăng mức tiêu thụ điện tùy loại quạt.

Hiệu suất và công suất motor

Công suất khí truyền cho dòng không khí có thể ước tính theo:

Công suất khí = Lưu lượng × Chênh lệch áp suất

Với lưu lượng tính bằng m³/s và áp suất tính bằng Pa, kết quả thu được là W.

Công suất điện thực tế lớn hơn công suất khí do có tổn thất tại:

• Bánh công tác.

• Vỏ quạt.

• Bộ truyền động.

• Động cơ.

• Biến tần.

• Các bộ phận phụ trợ.

ASHRAE lưu ý hiệu suất toàn hệ thống từ điện đến không khí phụ thuộc vào hiệu suất khí động của quạt, motor, bộ truyền động và thiết bị điều khiển; trong đó hiệu suất khí động của quạt là yếu tố quan trọng hàng đầu.

Ví dụ, hệ thống cần:

• Lưu lượng: 12 m³/s.

• Cột áp: 850 Pa.

• Hiệu suất tổng dự kiến: 68%.

Công suất điện ước tính:

P = 12 × 850 ÷ 0,68 = 15.000 W

Công suất yêu cầu xấp xỉ 15 kW tại điều kiện giả định. Tuy nhiên, không nên chọn motor chỉ dựa trên phép tính này. Cần kiểm tra đường công suất của nhà sản xuất, chế độ khởi động, mật độ khí, nhiệt độ, hệ số truyền động và toàn bộ vùng vận hành có thể xảy ra.

Quy luật quạt khi thay đổi tốc độ

Khi giữ nguyên quạt và điều kiện khí tương tự, quy luật quạt cho thấy:

• Lưu lượng thay đổi gần tỷ lệ thuận với tốc độ quay.

• Áp suất thay đổi gần theo bình phương tốc độ.

• Công suất thay đổi gần theo lập phương tốc độ.

Do đó, tăng tốc độ quạt một mức nhỏ có thể làm công suất yêu cầu tăng rất nhanh. Ngược lại, giảm tốc độ bằng biến tần có thể mang lại mức tiết kiệm điện đáng kể khi hệ thống không cần vận hành đủ tải.

Tuy nhiên, biến tần không thể sửa chữa một hệ thống được thiết kế sai hoàn toàn. Nếu đường ống quá nhỏ, bố trí cửa hút kém hoặc quạt chọn sai vùng hiệu suất, điều chỉnh tốc độ chỉ giải quyết được một phần vấn đề.

Ảnh hưởng của cách lắp đặt đến hiệu suất quạt

Catalogue thường thể hiện kết quả quạt trong điều kiện thử nghiệm tiêu chuẩn. Khi lắp ngoài công trường, co cút đặt sát cửa hút, dòng khí xoáy, côn chuyển tiếp quá gấp hoặc cửa đẩy bị cản trở có thể làm giảm hiệu suất thực tế.

AMCA gọi tổn thất do điều kiện dòng khí bất lợi gần cửa hút hoặc cửa đẩy là “system effect”. Hiện tượng này xuất hiện khi dòng khí bị xoáy hoặc nhiễu loạn trước khi vào quạt hoặc ngay sau khi rời quạt.

Đặc biệt, không nên đặt co 90 độ ngay sát cửa đẩy của quạt ly tâm nếu chưa có biện pháp thiết kế phù hợp. Greenheck lưu ý quạt ly tâm có nhiều khả năng chịu ảnh hưởng của system effect do có thể kết nối ống ở cả đầu hút và đầu đẩy với nhiều hướng quay, vị trí xả khác nhau.

Lựa chọn quạt ly tâm theo từng ứng dụng

Hệ thống hút bụi

Cần xác định:

• Loại bụi.

• Kích thước hạt.

• Nồng độ bụi.

• Khả năng bám dính.

• Mức độ mài mòn.

• Nhiệt độ dòng khí.

• Lưu lượng tại từng chụp hút.

• Tổn thất của cyclone hoặc bộ lọc.

Với dòng khí nhiều bụi, cánh hướng kính hoặc bánh công tác có khả năng chống bám thường phù hợp hơn cánh khí động dùng cho không khí sạch.

Hệ thống hút khói và khí nóng

Cần xác định nhiệt độ vận hành liên tục, nhiệt độ sự cố, thời gian hoạt động, vật liệu vỏ, vòng bi, phương án làm mát và vị trí động cơ.

Không nên tự động dùng quạt thông gió thông thường cho hệ thống hút khói có yêu cầu đặc biệt.

Hệ thống xử lý khí thải

Ngoài lưu lượng và cột áp, cần kiểm tra tính ăn mòn của dòng khí. Tùy môi trường, quạt có thể sử dụng:

• Thép sơn bảo vệ.

• Thép không gỉ.

• Composite.

• Nhựa kỹ thuật.

• Vật liệu phủ chống hóa chất.

Quạt phải phù hợp với cả nồng độ hóa chất, nhiệt độ và điều kiện cơ học, không chỉ chọn theo tên vật liệu.

Thông gió tòa nhà và nhà xưởng

Đối với không khí tương đối sạch, quạt cánh cong sau thường là lựa chọn đáng cân nhắc nhờ hiệu suất tốt và khả năng làm việc trong hệ thống ống gió.

Nếu công trình vận hành nhiều giờ mỗi ngày, nên ưu tiên đánh giá chi phí điện trong toàn bộ vòng đời thiết bị thay vì chỉ so sánh giá mua ban đầu.

Những sai lầm thường gặp khi chọn quạt ly tâm

• Chọn quạt theo công suất motor thay vì điểm làm việc.

• Chỉ quan tâm lưu lượng mà bỏ qua cột áp.

• Nhầm giữa áp suất tĩnh và tổng áp.

• Cộng thiếu tổn thất của bộ lọc và thiết bị xử lý.

• Chọn cánh quạt không phù hợp với bụi.

• Không hiệu chỉnh theo nhiệt độ và mật độ không khí.

• Chọn quạt quá lớn rồi đóng van để giảm lưu lượng.

• Đặt co cút sát cửa hút hoặc cửa đẩy.

• Không kiểm tra đường công suất của quạt.

• Không bố trí chống rung và khớp nối mềm.

• Không dành không gian tháo motor, trục và vòng bi.

• Không đo lại lưu lượng sau khi lắp đặt.

Bảo trì quạt ly tâm công nghiệp

Các hạng mục cần được kiểm tra định kỳ gồm:

• Độ rung của quạt.

• Tiếng ồn bất thường.

• Nhiệt độ vòng bi.

• Nhiệt độ và dòng điện motor.

• Độ căng dây đai.

• Độ đồng tâm của puly.

• Tình trạng cánh quạt.

• Bụi bám và hiện tượng mất cân bằng.

• Bulông chân đế.

• Khớp nối mềm.

• Bộ chống rung.

• Khe hở giữa bánh công tác và côn hút.

• Tình trạng ăn mòn của vỏ quạt.

Greenheck lưu ý khe hở, độ chồng lấn và sự đồng tâm giữa bánh công tác với côn hút ảnh hưởng đến hiệu suất quạt và cần được kiểm tra sau quá trình lắp đặt hoặc tháo bảo trì.

TECVINA – Tư vấn lựa chọn quạt ly tâm theo yêu cầu hệ thống

Một hệ thống quạt ly tâm hiệu quả cần được lựa chọn từ lưu lượng, cột áp và điểm làm việc thực tế, không chỉ từ đường kính cánh hoặc công suất motor.

TECVINA hỗ trợ khách hàng xem xét các thông tin:

• Lưu lượng yêu cầu.

• Cột áp hệ thống.

• Đường đặc tính quạt.

• Dạng cánh phù hợp.

• Công suất động cơ.

• Hình thức truyền động.

• Vật liệu chế tạo.

• Nhiệt độ vận hành.

• Thành phần bụi hoặc khí thải.

• Không gian lắp đặt.

• Yêu cầu độ ồn và chống rung.

Quạt ly tâm được lựa chọn đúng sẽ giúp hệ thống đạt lưu lượng thiết kế, giảm tiêu thụ điện, hạn chế rung ồn và nâng cao độ ổn định trong quá trình vận hành.

Liên hệ TECVINA để được tư vấn lựa chọn quạt ly tâm công nghiệp theo bản vẽ và yêu cầu kỹ thuật của từng dự án.

Hotline: 0962 042 646

Câu hỏi thường gặp

Quạt ly tâm và quạt hướng trục khác nhau thế nào?

Quạt hướng trục thường phù hợp với lưu lượng lớn và trở lực thấp hoặc trung bình. Quạt ly tâm thường được ưu tiên khi hệ thống có đường ống dài, nhiều phụ kiện hoặc cần cột áp cao hơn.

Quạt ly tâm cánh cong trước hay cánh cong sau tốt hơn?

Không có loại cánh tốt nhất cho mọi hệ thống. Cánh cong trước phù hợp với một số ứng dụng lưu lượng lớn, áp suất thấp và không khí sạch. Cánh cong sau thường có hiệu suất tốt hơn và đặc tính công suất an toàn hơn khi lựa chọn đúng.

Motor công suất lớn có làm quạt hút khỏe hơn không?

Motor lớn hơn không tự động làm tăng lưu lượng hoặc cột áp nếu tốc độ và bánh công tác không thay đổi. Khả năng tạo gió phụ thuộc vào thiết kế quạt, tốc độ quay và điểm làm việc với hệ thống.

Vì sao quạt đúng lưu lượng trên catalogue nhưng lắp lên lại hút yếu?

Nguyên nhân thường gặp là cột áp thực tế cao hơn dự tính, đường ống bố trí không hợp lý, bộ lọc bị bẩn, cửa hút bị cản, quạt quay sai chiều hoặc xuất hiện tổn thất hệ thống tại đầu hút và đầu đẩy.

Có nên chọn quạt dư cột áp thật lớn?

Không nên chọn dư quá mức mà không có cơ sở. Quạt quá lớn có thể làm tăng tiếng ồn, chi phí đầu tư và điện năng, đồng thời buộc hệ thống phải đóng van để giảm lưu lượng. Nên chọn quạt tại vùng làm việc có hiệu suất phù hợp và còn khả năng điều chỉnh hợp lý.