TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐỒNG NAI KHOA TP – MT - ĐD TIỂU LUẬN MÔN HỌC VẬT LIỆU HỌC ĐỀ TÀI THIẾT BỊ QUẠT CÔNG NGHIỆP Giảng viên hướng dẫn: ĐỖ LAM SƠN Nhóm sinh viên thực hiện: Nhóm Lớp: 15DTP1 Biên Hòa, tháng 12 năm 2016 Stt Họ đệm Nguyễn Xuân Anh Tên Mã số sv Việt 1510180 Đặng Thị Kim Đước 1510007 Phan Đạt 1407289 Trần Thị Hằng 1509855 DANH SÁCH SINH VIÊN Ghi LỜI CẢM ƠN Trước hết, chúng em xin cảm ơn gia đình tạo cho chúng em niềm tin điểm tựa vững để chúng em vượt qua khó khăn Chúng em xin cảm ơn thầy ĐỖ LAM SƠN tận tình hướng dẫn, truyền đạt kiến thức giúp đỡ chúng em suốt thời gian làm tiểu luận Chúng em xin cảm ơn thầy cô Trung tâm công nghệ Hóa giúp đỡ, hướng dẫn chúng em thời gian qua Và xin cảm ơn tất bạn động viên, ủng hộ, giúp đỡ cho Sau cùng, xin cảm ơn thân nỗ lực, cố gắng thân để hoàn thành tiểu luận Nhóm sinh viên thực Nhóm 5: 15DTP1NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Thái độ làm việc: Kỹ làm việc: Trình bày: Điểm số: …………………………… Biên Hòa, ngày tháng năm 2015 Giảng viên hướng dẫn ĐỖ LAM SƠN MỤC LỤC Giới thiệu thiết bị quạt Quạt thiết bị khí sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực với nhiều kiểu dạng khác nhau… nhằm vận chuyển không khí từ nơi đến nơi khác đáp ứng yêu cầu sinh hoạt thường ngày, trình chế biến nông - công nghiệp; hệ thống nung nóng làm mát, nhà máy nhiệt điện Quạt sử dụng nhiều, thiết bị hoạt động nhờ thông qua truyền động, nhận lượng từ động nổ mô tơ điện với công suất từ vài Watt đến vài trăm kWatt, chi phí lượng cần để chúng hoạt động không nhỏ, Mỹ chiếm khoảng 17% 80 triệu kWh điện tiêu thụ năm lĩnh vực công nghiệp (USDOE-2006), đó, nhằm sử dụng hiệu giảm chi phí lượng tiêu thụ cần phải nâng cao hiệu suất quạt vận hành hệ thống có sử dụng quạt cách hợp lý Từ lâu để hoàn thiện đặc tính quạt Trường Đại học, Viện nghiên cứu, Công ty chế tạo kỹ sư thiết kế cố gắng hoàn thiện quạt để có hiệu suất cao cách sử dụng kỹ thuật-công nghệ phần mềm thiết kế, vật liệu công nghệ chế tạo Ngày với hỗ trợ máy tính phần mềm mô động học lưu chất giúp kỹ sư tối ưu dòng chảy không khí quạt từ thiết kế nhiều dạng-kiểu máy khác với hiệu suất thủy lực tốt Quạt công nghiệp thiết bị hệ thống thông gió, xử lý bụi, sấy, Ví dụ dây chuyền máy sấy, yêu cầu quạt phải đảm bảo thông số lưu lượng gió, cột áp làm việc, tính chất chịu ăn mòn, chịu nhiệt, chịu bụi, hoạt động ổn định, Trong đó, lưu lượng áp suất làm việc yếu tố quan trọng Tuy nhiên, việc chọn lựa, lắp đặt, sử dụng vận hành thiết bị hợp lý hệ thống củng ảnh hưởng lớn đến hiệu suất thiết bị Khi chọn lắp thiết bị hệ thống, quạt cần vận hành điểm hoạt động (FOP) gần với điểm có hiệu suất cao (BEP) quạt hệ thống hoạt động hiệu hơn, làm giảm chi phí lượng tiêu thụ, giảm ồn tăng tuổi thọ cho thiết bị CHƯƠNG: THIẾT BỊ QUẠT CÔNG NGHIỆP 1.CÁC KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI QUẠT Có loại quạt thường gặp: - Quạt hướng trục (axial-fan) - Quạt ly tâm (centrifugal fan) - Quạt phối hợp (mixed-flow fan) - Quạt dòng ngang trục (cross-flow fan) Trong hai loại quạt hướng trục ly tâm sử dụng nhiều hệ thống Hình HỆ THỐNG CẤU TẠO QUẠT Một hệ thống sử dụng quạt bao gồm nhiều cụm chi tiết mô tả Hình Cụm 1: Quạt với mô tơ + truyền động+ biến tầng điều khiển tốc độ Cụm 2: Thiết bị đầu vào: lọc bụi, cyclon, trao đổi nhiệt… Cụm 3: Thiết bị đầu ra: lọc bụi, cyclon, vật liệu khác.như lớp hạt Cụm 4: Hệ thống đường ống: đường ống, co, nối chuyển tiếp, van… Một hệ thống có đủ cụm kể phần, cần nắm rõ hệ thống để sử dụng vận hành quạt hiệu 1.1.Quạt hướng trục (HT) Như tên gọi, dòng khí chuyển động song song dọc theo hướng trục quạt, hướng vào song song với hướng Nếu dùng điện, rô-to quạt lắp trực tiếp trục động điện (Hình 1.1) Nếu dùng động nổ, phải truyền động qua dây đai (Hình 1.2) Thực tế, dù có điện, phải truyền động gián tiếp, số yêu cầu đặc biệt để mô-tơ điện dòng không khí Quạt HT có dạng (Hình 1.1): Quạt trục chong chóng (propeller fan): Dạng giống quạt trần, vỏ (bọc) quạt vỏ quạt ngắn Dùng cho thông gió chuồng trại, nhà xưởng, có áp suất tạo thấp ( h< 20mmH2O) Quạt trục ống (tube-axial fan, TAF): Rô-to quạt nằm vỏ quạt ống dài (Hình 1.1 1.2); tạo áp suất trung bình (h= 20-50mmH2O) Quạt trục có hướng dòng (vane-axial fan, VAF): Không khí qua khỏi rô-to nắn dòng chảy cho thẳng, tránh rối, nhờ đạt tĩnh áp hiệu suất cao Với dạng có hướng dòng, để tạo áp suất cao, ghép nối tiếp rô-to, thành quạt hướng trục tầng cánh (two-stage VAF) Hoặc với quạt tube axial fan ghép rô to quay ngược chiều (Hình 1.4) Hình 1.1 Ba dạng quạt hướng trục (trục chong chóng ; trục ống ; trục có hướng dòng) Hình 1.2 Quạt hướng trục dạng trục ống (a) (b) Hình 1.3 Quạt hướng trục : (a) quạt trục chong chóng; (b) quạt trục có hướng dòng Hình 1.4 Quạt hướng trục 2T: (a) quạt VAF-2T; (b) quạt TAF-2T Một số thông số quạt HT (theo Bleier 1998) 1.2.Quạt ly tâm(LT) Các cánh rô-to quạt ly tâm giữ mặt đỡ vòng giữ đỡ Rô-to nằm vỏ quạt với chu vi theo dạng xoắn ốc Không khí vào từ miệng hút qua vòng đỡ, cánh ly tâm vỏ quạt, theo vỏ thoát cửa Như vậy, phương dòng khí vào thẳng góc với phương dòng khí (Hình 3) Hình 2.1 Một số dạng cánh quạt ly tâm: Hình Quạt ly tâm: (a) hình lắp ; (b) rô-to ; (c) hình tháo rời Với: N:Công suất trục quạt tính theo công thức [4-7] A:Hệ số tra bảng 4-1 : Hiệu suất truyền động η td 2.9.Tính toán thiết kế quạt 2.9.1.Thiết kế guồng quạt 22 Những kết luận từ lý thuyết bơm li tâm hướng trục hoàn toàn cho quạt li tâm quạt hướng trục.Ở ý đến thông số đặc trưng cho quạt như:Đường kính D2.Của guồng động quạt li tâm hay đường kính đỉnh quạt hướng trục Đường kính D2 xác định thông qua hệ số cột áp ,chiều cao cột áp H, − H 23 khối lượng riêng Từ: số vòng quay n ρ _ H H= K = H H ρ U Hay: U mặt khác ta lại có: H = _ ρ H m/s, ta rút : π n U2 = D 60 m D = 60 π n [4-27] H _ ρ H Đường kính miệng hút Do xem gần đường kính D1 guồng động tính: [4.28] D ≈ D =K D0 Q n.(1 − K 1) ,m : Q:lưu lượng quạt m3/s K1:Hệ số hút với: K K = C U [4-29] ui = 0.35 = const : hệ số phụ thuộc góc tra bảng 4-2 D0 Bảng 4.2 β < 90 β n 130 N K 1040 4,3 30 > 90 1040 3,2 D0 Trong đó: nN: Số vòng quay riêng theo công suất 24 n = 13 S n Q H 3/ Phương trình [4-28] tính cho trường hợp ống lót,vận tốc C0 ống hút tính: [4-30} C = 4.Q ,m/ s π D0 Trong trường hợp có ống lót với đướng kính d đường kính cổ hút phải lớn (D’o > D0): [4-31] D λ , = 4.Q +d λ π C ,m = 0.7-1 :Hệ số chặt hẹp Khi đường kính guồng động tính sau: [4-32] D ≈ D' C ≈C m1 Kích thước cạnh vào guồng b1: b λ = Q ,m π D1.C m1 λ :hệ số chặt hẹp , λ = 0.95 Kích thước cửa b2 : b δ = (π D sin β Q − δ Z 2).W [4-36] ,m :Chiều dày cánh cạnh , m Z2:Số cánh W2: Vận tốc lưu thể cửa ,m/s Số cánh Z2 phụ thuộc vào bước cánh t guồng ,thường lấy bước cánh nhỏ chiều dài hướng kính cánh guồng ∆ l 25 ∆ > t l Các kích thước chi tiết quạt li tâm tính phụ thuộc đường kính D2 nêu : hình 4-10 2.9.2.Thiết kế vỏ quạt Vỏ quạt xoắn ốc thiết kế theo nguyên tắc hình vuông theo bước sau: Hình 4.10 1.Vẽ vòng tròn đường kính D2 tính phần thiết kế guồng quạt phần trước 2.Vẽ hình vuông cạnh a = 0,12.D2 3.Lấy dấu đỉnh 1,2,3,4 4.Từ điểm vẽ cung tròn có bán kính tương ứng: r1, r2 , r3 , r4 5.Xác định vận tốc miệng đẩy: C’ m/s C ' g H ñ = 6.Xác định diện tich miệng đẩy: F= γ m2 Q C ' 7.Xác định kích thước miệng đẩy: a)Khi miệng đẩy hình tròn: d= 4.F π 26 b)Khi miệng đẩy hình vuông cạnh A: A= F • Các kiểu bố trí quạt không gian 27 2.9.3 Quạt hướng trục 2.9.3.1.Cấu tạo Quạt hướng trục có cấu tạo đơn giản gồm có phần bản:Guồng động vỏ quạt 28  Guồng 1: có cánh đặt nghiêng,số cánh Z = – 12.Guồng bạc có đường kính lớn gắn cánh.Cánh dập từ thép với kích thước lớn làm rỗng  Vỏ quạt :khe hở vỏ cánh đủ nhỏ thường không 1,5% chiều dài cánh khe hở lớn làm giảm cột áp tĩnh giảm hiệu suất quạt -Ở quạt lớn làm cánh nắn thẳng dòng xoắn lắp cố định vỏ quạt phía sau cánh dẫn -Đề biến động thành cột áp tĩnh vỏ quạt thường có đoạn côn sau mở rộng -Quạt hướng trục chế tạo hay cấp (tầng) -Động kéo quạt đặt hay vỏ quạt để giảm tổn thất 29 2.9.3.2.Các đường đặc tính quạt hướng trục: Đối với quạt hướng trục đặc tính H,N, η hàm Q giông bơm hướng trục: Q-H giảm nhanh N giảm không đáng kể ,công suất tiêu thụ lớn Q = 0, giảm nhanh sau điểm cực đại η 2.9.3.3.Tính toán quạt hướng trục Đường kính De đỉnh cánh xác định từ điều kiện: 30 [4-41] D e = 1,3 Q C ,m m Trong đó: Q:Lưu lượng quạt,m3/s Cm = – 10,thành phần vận tốc hướng trục, m/s Vận tốc vòng đường kính De là: [4-42] = , ϕ H , m / s UC Trong : H: áp suất quạt tạo ra, mm H20 :Hệ số phụ thuộc vào dạng cánh ϕ ϕ ϕ = 2,8 - 3,5 cánh phẳng = 2,2 – 2,8 cánh cong Ta lại có vận tốc vòng Uc : 31 U C [4-43] π n D e = 30 Để chống ồn thành phần vận tốc: Uc < 95m/s thành phần Cm lấy sau: Cm = (0,25 – 0,4 ) Uc với quạt hướng trục cấp Cm = (0,3 – 0,55 ) Uc với quạt hướng trục cấp -Chiều rộng b cánh tính : [4-51] b= -Góc β β tg D −D e i ,m tính theo công thức : β = C U −C [4-52] m U Khi thay giá trị tương ứng điểm vào điểm Hiệu suất chung quạt hướng trục từ : = 50 – 80 % η 2.10.Các hệ thống quạt 2.10.1.Phân loại hệ thống quạt Hệ thống quạt gồm có quạt,hệ thống đường ống thiết bị đường ống.Tuỳ mục đích sử dụng mà có tên gọi khác a).Hệ thống hút bụi.-Dùng để hút bụi sản xuất có sinh bụi -Dùng hút hơi,khí độc -Dùng vận chuyển nguyên liệu kích thước nhỏ bột,chấu ,cám,mùn cưa… 32 b).Hệ thống thông gió làm mát Hệ thống dùng nhiệt độ trời thấp nhiệt độ phòng 33 c).Hệ thống điều hoà không khí Hệ thống điều hoà không khí tạo bầu không khí có nhiệt độ độ ẩm ý muốn, nhiệt độ trời Muốn cần bổ xung thêm hệ thống phun nước lạnh vào thiết bị lọc thiết bị sấy hệ thống thông gió có hệ thống điều hoà không khí trung tâm d).Hệ thống quạt sấy đối lưu 34 3.TỔNG QUAN Thiết kế quạt đòi hỏi hiểu biết cánh khí (airfoil), lực cản lực nâng lên cánh khí, thành phần vận tốc dòng không khí vào khỏi quạt, hệ số không thứ nguyên liên hệ thông số quạt Từ đó, tính toán đường kính rô-to, kích thước vỏ quạt, số cánh quạt, biên dạng cánh Phương pháp thiết kế đòi hỏi nhiều ước lượng hệ số, công thức tính trông chặc chẻ Cần sâu vào thiết kế quạt, xem “Bruno Eck 1973 Fans: Design and operation of centrifugal, axial, and cross-folw fans Pergamon Press” Một tài liệu khác nên tham khảo “Bleier F.P 1998 Fan handbook: selection, application, and design McGraw-Hill Co Inc” đúc kết súc tích với nhiều kinh nghiệm tác già Không thừa nhắc lại tài liệu trên, số tài liệu khác, bước khởi đầu cho thiết kế Hầu sau thiết kế chế tạo phải điều chỉnh lại thông qua khảo nghiệm kiểm chứng Trong phạm vi sách này, cung cấp công thức để tính sơ kích thước quạt, đường kính rô-to quạt Tính toán xuất phát từ yêu cầu lưu lượng gió, áp suất, khống chế tốc độ quay; ví dụ, động điện 50 Hz 1450 vòng/phút; nhà sản xuất động diesel khuyến cáo sử dụng động họ 2000 vòng/phút để có hiệu suất nhiên liệu cao nhất… Mục đích tính toán ước lượng kích cỡ quạt, để thu hẹp khoảng tra cứu catalogue nhà sản xuất quạt 35 Một lưu ý nhỏ, catalogue nhà sản xuất thường cung cấp số liệu lưu lượng, cột áp, công suất số vòng quay, cung cấp đường đặc tính quạt, có không rõ điểm BEP, cần kiểm tra cẩn thận, đặc biệt lưu ý sử dụng quạt có công suất lớn để tránh giảm hiệu suất chung gây hao tốn lượng chạy quạt TÀI LIỆU THAM KHẢO 1.LÊ CHÍ HIỆP 2010 Giáo trình Điều Hòa Không Khí NXB KH&KT 2.NGUYỄN HÙNG TÂM 2006 Bài giảng bơm quạt dùng nhiệt lạnh Sử dụng nội 3.NGUYỄN MINH TUYỂN 2005 Bơm, máy nén, quạt công nghệ Nhà xuất Xây dựng, Hà nội 4.PHAN HIẾU HIỀN, N V XUÂN, N.H TÂM, L.V.BẠN, T.VĨNH 2000 Máy sấy hạt Việtnam NXB Nông nghiệp, TP Hồ Chí Minh, Việt nam 5.VÕ CHÍ CHÍNH 2005 Giáo trình Điều Hòa Không Khí NXB KH&KT Hà Nội 6.BLEIER, FRANK P 1997 Fan Handbook: selection, application, and design McGraw-Hill 1998 7.ECK B 1973 Fans: Designs and operation of centrifugal, axial-flow, and crossflow fans.Pergamon Press, Oxford, England 36 ... hành thiết bị hợp lý hệ thống củng ảnh hưởng lớn đến hiệu suất thiết bị Khi chọn lắp thiết bị hệ thống, quạt cần vận hành điểm hoạt động (FOP) gần với điểm có hiệu suất cao (BEP) quạt hệ thống. .. chỗ,mọi nơi nên chọn quạt làm việc chế độ quạt đẩy có hiệu cao 2.6.Điều chỉnh quạt Để điều chỉnh quạt cần biết quạt làm việc hệ thống hút, hệ thống đẩy hay vừa hút vừa đẩy a )Hệ thống quạt hút: Khi... khí quạt từ thiết kế nhiều dạng-kiểu máy khác với hiệu suất thủy lực tốt Quạt công nghiệp thiết bị hệ thống thông gió, xử lý bụi, sấy, Ví dụ dây chuyền máy sấy, yêu cầu quạt phải đảm bảo thông