Đang tải... (xem toàn văn)
Hầu hết các dây chuyền sản xuất sử dụng quạt và quạt cao áp để thông gió và cho các quytrình công nghiệp cần sử dụng dòng khí. Hệ thống quạt rất cần thiết để giữ quy trình sản xuấthoạt động. Hệ thống quạt bao gồm một quạt, một động cơ điện, một hệ thống điều khiển,đường ống, thiết bị kiểm soát lưu lượng, và thiết bị điều hòa không khí (bộ lọc, dàn làm mát,bộ trao đổi nhiệt, vv…)
Thiết bị sử dụng điện: Quạt Quạt cao áp QUẠT VÀ QUẠT CAO ÁP GIỚI THIỆU U CÁC LOẠI QUẠT VÀ QUẠT CAO ÁP ĐÁNH GIÁ QUẠT VÀ QUẠT CAO ÁP 11 CÁC GIẢI PHÁP SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG HIỆU QUẢ 14 DANH SÁCH SÀNG LỌC GIẢI PHÁP 19 CÁC BẢNG TÍNH 20 TÀI LIỆU THAM KHẢO 23 GIỚI THIỆU Phần nói đặc điểm quạt quạt cao áp 1.1 Quạt quạt cao áp gì? Hầu hết dây chuyền sản xuất sử dụng quạt quạt cao áp để thơng gió cho quy trình cơng nghiệp cần sử dụng dòng khí Hệ thống quạt cần thiết để giữ quy trình sản xuất hoạt động Hệ thống quạt bao gồm quạt, động điện, hệ thống điều khiển, đường ống, thiết bị kiểm soát lưu lượng, thiết bị điều hòa khơng khí (bộ lọc, dàn làm mát, trao đổi nhiệt, vv…) Hình minh hoạ hệ thống quạt Cơ quan Năng lượng Mỹ ước tính, 15% điện ngành cơng nghiệp sản xuất Mỹ sử dụng cho động Tương tự vậy, ngành thương mại, điện sử dụng cho động quạt chiếm phần lớn chi phí lượng cho điều hồ khơng gian văn phòng (US DOE, 1989) Quạt, quạt cao áp máy nén khác phương pháp sử dụng để chuyển dịch khơng khí, áp suất hệ thống Tổ chức Hiệp hội kỹ sư khí Mỹ (ASME) sử dung tỷ số riêng, tỷ số áp suất đẩy áp suất hút, để định nghĩa quạt, quạt cao áp máy nén (xem bảng 1) Bảng 1: Sự khác biệt quạt, quạt cao áp máy nén (Ganasean) Thiết bị Tỷ số riêng Tăng áp suất(mmWg) Quạt Lên tới 1,11 1136 Quạt cao áp 1,11 tới 1,20 1136 –2066 Máy nén 1,20 - Hướng dẫn sử dụng lượng hiệu ngành cơng nghiệp Châu Á – www.energyefficiencyasia.org © UNEP Thiết bị sử dụng điện: Quạt Quạt cao áp Hình 1: Các thiết bị hệ thống quạt điển hình (US DOE, 1989) 1.2 Các thuật ngữ định nghĩa quan trọng Trước vào phần loại quạt quạt cao áp, cần nói rõ thuật ngữ định nghĩa quan trọng 1.2.1 Các đặc tính hệ thống Thuật ngữ “trở lực hệ thống” sử dụng nói tới áp suất tĩnh Trở lực hệ thống tổng mức tổn thất áp suất tĩnh hệ thống Trở lực hệ thống hàm số thành phần gồm đường ống, ống gom, cút sụt áp thiết bị, ví dụ lọc bụi túi xiclon Trở lực hệ thống tỉ lệ bậc hai với lưu lượng khí qua hệ thống Với lưu lượng khí cho trước, quạt hệ thống có đường ống hẹp cút bán kính nhỏ phải làm việc với tải nặng để vượt qua trở lực lớn hệ thống so với hệ thống quạt có ống lớn có số lượng tối thiểu cút bán kính lớn Những ống dài hẹp với nhiều đoạn gấp khúc, xoắn tốn nhiều lượng để hút khí qua ống Kết là, với tốc độ quạt cho trước, quạt hệ thống hút khí so với quạt hệ thống ngắn cút Vì vậy, trở lực hệ thống tăng đáng kể lưu lượng khí qua hệ thống tăng, tỷ lệ bậc hai với lưu lượng khí Ngược lại, trở lực giảm lưu lượng giảm Vì vậy, để xác định lưu lượng quạt tạo ra, cần phải biết đặc tính trở lực hệ thống Với hệ thống có, đo trở lực hệ thống Ở hệ thống thiết kế chưa lắp đặt, cần tính trở lực hệ thống Điển hình, đồ thị trở lực hệ thống (xem hình 2) tạo với mức lưu lượng khác trục X với trở lực tương ứng trục Y Trừ hình 2, Phần 1.2 lấy tồn từ Tài liệu Hướng dẫn Sử dụng lượng hiệu (2004), Chương 5, trang 93112, với cho phép Cục Sử dụng lượng hiệu quả, phủ Ấn Độ Hướng dẫn sử dụng lượng hiệu ngành cơng nghiệp Châu Á – www.energyefficiencyasia.org © UNEP Thiết bị sử dụng điện: Quạt Quạt cao áp Hình Đồ thị hệ thống Quạt Tác động Trở lực hệ thống (US DOE, 1989) 1.2.2 Các đặc tính kỹ thuật quạt Các đặc tính kỹ thuật quạt minh hoạ đường đặc tính quạt Đường tính quạt đường cong làm việc quạt tập hợp điều kiện định Đường đặc tính quạt biểu diễn đồ thị số thông số phụ thuộc lẫn Thông thường, đồ thị xây dựng dựa tập hợp điều kiện bao gồm: lưu lượng quạt, áp suất tĩnh hệ thống, tốc độ quạt, công suất cần thiết để chạy quạt với điều kiện đưa Một số đường đặc tính quạt bao gồm đường cong hiệu suất để người thiết kế hệ thống biết điểm đường đặc tính, quạt hoạt động theo điều kiện chọn (xem hình 3) Trong số nhiều đường cong cho hình 3, đường áp suất tĩnh theo lưu lượng đóng vai trò quan trọng Giao điểm đường đặc tính hệ thống đường đặc tính áp suất tĩnh định điểm làm việc Khi trở lực hệ thống thay đổi, điểm làm việc thay đổi Khi điểm làm việc cố định, xác định cơng suất u cầu cách tìm đường thẳng song song với trục tung qua điểm làm việc tới giao điểm với đường đặc tính cơng suất (BHP) Đường nằm ngang qua giao điểm với đường công suất dẫn tới công suất yêu cầu trục tung bên phải Trên đường đặc tính vẽ thể hiệu suất quạt Hướng dẫn sử dụng lượng hiệu ngành công nghiệp Châu Á – www.energyefficiencyasia.org © UNEP Thiết bị sử dụng điện: Quạt Quạt cao áp Hình Đồ thị hiệu suất quạt (BEE India, 2004) 1.2.3 Các đặc tính hệ thống đồ thị quạt Với hệ thống quạt nào, trở lực với dòng khí (áp suất) tăng lưu lượng khí tăng Như nói trên, trở lực tỉ lệ với bậc hai lưu lượng Có thể xác định áp suất hệ thống cần mức lưu lượng khác vẽ “đường đặc tính hiệu suất hệ thống” (gọi SC) (xem hình 4) Đường đồ thị hệ thống vẽ phần đồ thị quạt để điểm “A” điểm hoạt động thực tế quạt, hai đường cong (N1 and SC1) giao Điểm hoạt động có lưu lượng khí Q1 với áp suất P1 Một quạt hoạt động hiệu suất nhà cung cấp đưa cho tốc độ quạt cụ thể (Đồ thị hiệu suất quạt cho thấy đường đặc tính hiệu suất ứng với seri quạt) Ở tốc độ quạt N1, quạt hoạt động dọc theo đường cong hiệu suất N1 cho hình Điểm hoạt động thực tế quạt đường cong phụ thuộc vào trở lực hệ thống; điểm “A” hoạt động quạt lưu lượng (Q1) áp suất (P1) Có hai phương pháp để giảm lưu lượng khí từ Q1 xuống Q2: Phương pháp thứ giới hạn lưu lượng khí cách đóng phần van tiết lưu hệ thống Cách tạo đường độ thị hiệu suất hệ thống (SC2) áp suất yêu lớn lưu lượng Quạt hoạt động điểm "B" tạo lưu lượng cần thấp Q2 với áp suất cao hơn, P2 Hướng dẫn sử dụng lượng hiệu ngành công nghiệp Châu Á – www.energyefficiencyasia.org © UNEP Thiết bị sử dụng điện: Quạt Quạt cao áp Phương pháp thứ hai để giảm lưu lượng giảm tốc độ từ N1 xuống N2, giữ van mở hoàn toàn Quạt hoạt động điểm "C" tạo lưu lượng Q2 tương tự, áp suất thấp hơn, P3 Vì vậy, giảm tốc độ quạt phương pháp hiệu để giảm lưu lượng yêu cầu cơng suất thấp tiêu thụ lượng Hình Đồ thị hiệu suất quạt (BEE India, 2004) 1.2.4 Các định luật quạt Quạt hoạt động theo tập hợp định luật đốn trước liên quan đến tốc độ, công suất áp suất Mỗi thay đổi tốc độ (vòng/phút) quạt thay đổi đốn thay đổi áp suất đẩy công suất yêu cầu để quạt hoạt động với tốc độ Hình minh hoạ điều Hướng dẫn sử dụng lượng hiệu ngành cơng nghiệp Châu Á – www.energyefficiencyasia.org © UNEP Thiết bị sử dụng điện: Quạt Quạt cao áp Hình Tốc độ, áp suất cơng suất quạt (BEE India, 2004) CÁC LOẠI QUẠT VÀ QUẠT CAO ÁP Phần tóm tắt loại quạt quạt cao áp 2.1 Các loại quạt Có hai loại quạt Quạt ly tâm sử dụng bánh cơng tác quay để dịch chuyển dòng khí theo phương tiếp tuyến với bánh công tác Quạt hướng trục dịch chuyển dòng khí dọc theo trục quạt 2.1.1 Quạt ly tâm Quạt ly tâm (Hình 6) tăng tốc độ dòng khí bánh cơng tác Tốc độ tăng liên tục tới đến cuối cánh dẫn chuyển thành áp suất Những quạt loại tạo áp suất cao, phù hợp với điều kiện hoạt động khắc nghiệt, hệ thống làm việc nhiệt độ cao, độ ẩm dòng khí bẩn,vv… Quạt ly tâm phân loại dựa hình dáng cánh quạt, tóm tắt bảng Bảng Đặc tính loại quạt ly tâm khác (theo US DOE, 1989) Loại quạt cánh quạt Quạt ly tâm với cánh toả tròn (Hình 7) Ưu điểm Nhược điểm Chỉ thích hợp với tốc độ lưu lượng thấp-trung bình Quạt cánh cong nghiêng phía trước, với cánh quạt cong hướng phía trước (Hình 8) Thích hợp với áp suất tĩnh cao (lên tới 1400 mmWC) nhiệt độ cao Thiết kế đơn giản, phù hợp với thiết bị ứng dụng chuyên dụng Có thể hoạt động lưu lượng thấp mà không bị rung động lớn Độ bền cao Hiệu suất đạt 75% Có khoảng hở bánh cơng tác - vỏ quạt lớn, thích hợp với dòng khí có lẫn hạt rắn (bụi, mẩu gỗ, mẩu kim loại) Có thể dịch chuyển lưu lượng khí lớn với áp suất thấp Kích thước tương đối nhỏ Độ ồn thấp (do tốc độ chậm) phù hợp với thiết bị ứng dụng điều hồ khơng khí, gia nhiệt, thơng gió Quạt dốc phía Có thể hoạt động với áp suất tĩnh thay đổi Chỉ phù hợp với thiết bị ứng dụng dịch vụ làm mà không áp suất cao điều kiện khắc nghiệt Khó điều chỉnh xác suất quạt Cần lựa chọn kỹ phần dẫn động để tránh trường hợp tải động đường đặc tính cơng suất tăng nhanh theo lưu lượng Hiệu suất lượng tương đối thấp (55-65%) Khơng phù hợp với dòng khí Hướng dẫn sử dụng lượng hiệu ngành cơng nghiệp Châu Á – www.energyefficiencyasia.org © UNEP Thiết bị sử dụng điện: Quạt Quạt cao áp Loại quạt cánh quạt sau, với cánh nghiêng phía sau hướng với hướng quay: cánh bằng, cánh cong, cánh nâng (Hình 9) Ưu điểm Nhược điểm (và không làm động tải) Phù hợp hệ thống hoạt động lưu lượng khí cao khơng ổn định Thích hợp với ứng dụng thơng gió cưỡng Quạt cánh vững Quạt cánh cong hiệu (hơn 85%) Quạt cánh nâng mỏng hiệu bẩn (vì hình dạng quạt gây tích tụ bụi cánh) Quạt cánh nâng ổn định lực nâng tạo cánh chênh lệch Quạt cánh nâng mỏng chóng mòn Hì nh Qu ạt ly tâ m cánh toả tròn (Canadian Blower) Hình Quạt ly tâm (FanAir Company) Hình Quạt cánh cong nghiêng phía trước (Canadian Blower) Hình Quạt nghiêng phía sau (Canadian Blower) 2.1.2 Quạt hướng trục Quạt hướng trục (Hình 10) dịch chuyển dòng khí dọc theo trục quay quạt Loại quạt so sánh với cánh quạt máy bay: Cánh quạt tạo lực nâng khí động đẩy dòng khơng khí Quạt loại phổ biến cơng nghiệp chúng rẻ gọn nhẹ Các loại quạt hướng trục (quạt đẩy, quạt hướng trục dạng ống quạt hướng trục dạng cánh gạt) tóm tắt bảng Bảng Đặc tính loại quạt hướng trục khác (theo US DOE, 1989) Hướng dẫn sử dụng lượng hiệu ngành công nghiệp Châu Á – www.energyefficiencyasia.org © UNEP Thiết bị sử dụng điện: Quạt Quạt cao áp Loại quạt cánh quạt Quạt đẩy (Hình 11) Ưu điểm Nhược điểm Hiệu sử dụng lượng tương đối thấp Khá ồn Quạt hướng trục dạng ống, quạt đẩy đặt xy lanh (Hình 12) quạt hướng trục dạng cánh gạt (Hình 13) Tạo tốc độ lưu lượng cao áp suất thấp Không lắp với đường ống dài (vì tạo áp suất thấp) Rẻ tiền nhờ cấu tạo đơn giản Đạt hiệu suất tối đa, với áp suất đẩy gần áp suất khí quyển, thường sử dụng cho ứng dụng thơng gió mái nhà, xưởng Có thể tạo dòng ngược chiều, thích hợp với ứng dụng thơng gió Áp suất cao hiệu suất cao quạt đẩy Thích hợp với áp suất trung bình, thiết bị ứng dụng tốc độ dòng cao, v.d lắp đặt HVAC Có thể nhanh chóng tăng lên tới tốc độ định mức (nhờ khối lượng quay thấp) tạo lưu lượng ngược chiều, phù hợp với nhiều thiết bị ứng dụng thơng gió Tạo áp suất đủ để vượt qua tổn thất đường ống hiệu khơng gian, thích hợp với thiết bị ứng dụng xả khí Thích hợp với áp suất trung bình - cao(lên tới 500 mm cột nước), quạt cấp liệu lò Có thể nhanh chóng tăng lên tới tốc độ định mức (nhờ khối lượng quay thấp) tạo lưu lượng ngượcchiều, phù hợp với nhiều thiết bị ứng dụng thơng gió Thích hợp nối trực tiếp với trục động Sử dụng lượng hiệu (lên tới 85% trang bị với quạt cánh nâng khoảng hở nhỏ) Hình 10 Quạt hướng trục (NISCO) Tương đối đắt Tiếng ồn trung bình Hiệu sử dụng lượng tương đối thấp (65%) Tương đối đắt so với quạt đẩy Hình 11 Quạt đẩy (FanAir Company) Hướng dẫn sử dụng lượng hiệu ngành công nghiệp Châu Á – www.energyefficiencyasia.org © UNEP Thiết bị sử dụng điện: Quạt Quạt cao áp Hình 12 Quạt hướng trục dạng ống (NISCO) Hình 13 Quạt hướng trục dạng cánh gạt (NISCO) 2.2 Các loại quạt cao áp Quạt cao áp đạt áp suất cao quạt nhiều, lên đến 1,20 kg/cm2 Chúng sử dụng để tạo áp suất âm cho hệ thống chân không công nghiệp Quạt cao áp ly tâm quạt cao áp thể tích hai loại quạt cao áp chính, mô tả 2.2.1 Quạt cao áp ly tâm Quạt cao áp ly tâm trông giống bơm ly tâm quạt Bánh công tác loại truyền động bánh quay với tốc độ 15.000 vòng/phút Ở quạt cao áp nhiều cấp, khơng khí gia tốc qua bánh cơng tác Ở quạt cao áp cấp, khơng khí khơng quay nhiều vòng hiệu cao Quạt cao áp ly tâm thường hoạt động với áp suất 0,35 – 0,70 kg/cm2, đạt áp suất cao Một đặc điểm lưu lượng khí có xu hướng giảm nhanh áp suất hệ thống tăng, nhược điểm hệ thống vận tải vật liệu phụ thuộc vào lưu lượng khí ổn định Vì vậy, quạt cao áp ly tâm thường sử dụng nhiều thiết bị khó bị tắc ngẽn Phần 2.2 dựa Tài liệu Hướng dẫn sử dụng lượng hiệu (2004), Chương 5, trang 93-112, với đồng ý Cục Sử dụng lượng hiệu quả, Chính phủ Ấn Độ Hướng dẫn sử dụng lượng hiệu ngành cơng nghiệp Châu Á – www.energyefficiencyasia.org © UNEP Thiết bị sử dụng điện: Quạt Quạt cao áp Hình 14 Quạt cao áp ly tâm (FanAir Company) 2.2.2 Quạt cao áp thể tích Quạt cao áp thể tích có rơto “bẫy” khơng khí đẩy theo thành vỏ quạt Những quạt cao áp cung cấp lưu lượng khí khơng đổi kể áp suất hệ thống thay đổi Quạt cao áp loại đặc biệt thích hợp với hệ thống dễ bị tắc ngẽn, tạo áp suất đủ (thường lên tới 1,25 kg/cm2) để thổi bỏ tạp chất làm tắc ngẽn Chúng quay chậm nhiều so với quạt cao áp ly tâm (v.d 3.600 vòng/phút) thường dùng truyền đai để thực thay đổi tốc độ Hướng dẫn sử dụng lượng hiệu ngành cơng nghiệp Châu Á – www.energyefficiencyasia.org © UNEP 10 Thiết bị sử dụng điện: Quạt Quạt cao áp ĐÁNH GIÁ QUẠT VÀ QUẠT CAO ÁP Phần nói cách đánh giá hiệu suất quạt áp dụng với quạt cao áp 3.1 Hiệu suất/kết hoạt động quạt gì? Hiệu suất quạt tỉ số công suất truyền cho dòng khí (cơng suất hữu ích) cơng suất động cung cấp cho quạt (công suất tồn phần) Cơng suất dòng khí tích số áp suất lưu lượng, hiệu chỉnh để đạt quán thứ nguyên Một thuật ngữ khác hiệu suất thường sử dụng quạt hiệu suất tĩnh, sử dụng áp suất tĩnh thay cho áp suất toàn phần để đánh giá hiệu suất Khi đánh giá hiệu suất quạt, cần biết xem thuật ngữ hiệu suất sử dụng Hiệu suất quạt phụ thuộc vào loại quạt bánh công tác Khi lưu lượng tăng, hiệu suất tăng lên đến mức định (“hiệu suất đỉnh”) giảm xuống lưu lượng tiếp tục tăng thêm (xem hình 15) Hiệu suất đỉnh thay đổi với loại quạt ly tâm hướng trục cho bảng Hình 14 Hiệu suất theo lưu tốc (BEE India, 2004) Bảng Hiệu suất loại quạt khác (BEE India, 2004) Hiệu suất quạt thường đánh giá đồ thị cho thấy mức áp suất khác quạt tạo công suất yêu cầu tương ứng Thông thường, nhà sản xuất cung cấp đường đặc tính hiệu suất quạt Rất cần hiểu rõ mối quan hệ để thiết kế, tìm chọn vận hành hệ thống quạt yếu tố then chốt việc lựa chọn quạt tối ưu Phần dựa tài liệu Hướng dẫn Sử dụng lượng hiệu (2004), Chương 5, trang 93-112, với cho phép Cục Sử dụng lượng hiệu quả, phủ Ấn Độ Hướng dẫn sử dụng lượng hiệu ngành công nghiệp Châu Á – www.energyefficiencyasia.org © UNEP 11 Thiết bị sử dụng điện: Quạt Quạt cao áp 3.2 Phương pháp luận đánh giá hiệu suất quạt Trước tính tốn hiệu suất quạt, cần đo thông số hoạt động, bao gồm vận tốc dòng khí, cột áp, nhiệt độ dòng khí quạt cơng suất đầu vào động điện Để có số liệu xác, cần ý yếu tố sau: Quạt thành phần liên quan hoạt động tốc độ định mức Hoạt động điều kiện ổn định nhiệt độ, mật độ, trở lực hệ thống, vv… Dưới số bước đánh giá hiệu suất quạt Bước 1: tính tốn tỷ trọng khí Bước tính tốn tỷ trọng khí sử dụng phương trình đây: Tỷ trọng khí (y) = 273 x 1,293 273 + t oC Trong đó, t oC = Nhiệt độ khí khu vực lắp quạt Bước 2: Đo vận tốc khí tính vận tốc khí trung bình Có thể đo vận tốc khí với ống hở đầu áp kế, thiết bị cảm ứng lưu lượng (công cụ chênh áp), máy đo tốc độ gió xác Hình 15 mơ tả cách đo áp suất động cách sử dụng ống hở đầu áp kế Áp suất toàn phần đo nhờ sử dụng ống ống hở đầu áp suất tĩnh đo ống ống hở đầu Nối ống ống với áp kế, ta đo áp suất động (là chênh áp áp suất toàn phần áp suất tĩnh) Để đo vận tốc thấp, nên sử dụng áp kế dốc thay áp kế hình chữ U Thơng tin thêm áp kế xem phần Thiết bị đo Hình 16 Đo vận tốc sử dụng ống hở đầu (BEE India, 2004) Tính vận tốc khí trung bình cách lấy giá trị áp suất động đo qua mặt cắt ống, sử dụng phương trình sau (lưu ý: khơng lấy trung bình áp suất động mà lấy trung bình vận tốc!): Hướng dẫn sử dụng lượng hiệu ngành công nghiệp Châu Á – www.energyefficiencyasia.org © UNEP 12 Thiết bị sử dụng điện: Quạt Quạt cao áp Trong đó: Cp = Hằng số ống, 0,85 nhà sản xuất cung cấp Δp = Áp suất chênh lệch trung bình đo với ống hở đầu cách đo số điểm toàn tiết diện ống γ = Mật độ khơng khí khí điều kiện kiểm tra Bước 3: tính tốn mức lưu thơng thể tích Bước thứ ba tính tốn mức lưu thơng thể tích, sau: Tính đường kính ống (hoặc chu vi từ ước tính đường kính) Tính tốn lưu lượng khí/khơng khí ống, theo mối tương quan sau Bước 4: Đo công suất động truyền động Cơng suất động truyền động (kW) đo thiết bị phân tích tải Cơng suất nhân với hiệu suất động công suất hữu dụng quạt Bước 5: Tính hiệu suất quạt Hiệu suất hiệu suất tĩnh quạt tính sau: a) Hiệu suất cơ: b) Hiệu suất tĩnh, tương tự ngoại trừ áp suất động đầu không đưa vào áp suất tĩnh quạt Hướng dẫn sử dụng lượng hiệu ngành công nghiệp Châu Á – www.energyefficiencyasia.org © UNEP 13 Thiết bị sử dụng điện: Quạt Quạt cao áp 3.3 Những khó khăn việc đánh giá hiệu suất quạt quạt cao áp Trên thực tế, đánh giá hiệu suất quạt quạt cao áp thường hay gặp phải số vấn đề sau: Khơng có liệu thơng số quạt: Các thơng số quạt (xem bảng tính 1) cần thiết việc đánh giá hiệu suất động Phần lớn doanh nghiệp không lưu trữ liệu cách hệ thống khơng có liệu Trong trường hợp đó, khó đánh giá xác tỷ lệ phần trăm tải liên quan đến lưu lượng áp suất Các thông số quạt phải thu thập từ nhà sản xuất thiết bị lưu trữ Khó khăn việc đo vận tốc: Đo vận tốc thực tế nhiệm vụ khó khăn đánh giá hiệu suất quạt Trong hầu hết trường hợp, vị trí ống gây khó khăn cho việc đo, có khơng thể xem xét ống hai phía Khi đó, áp suất động đo ống điều chỉnh cách nhân với hệ số 0,9 Hiệu chuẩn (Calibration) ống hở đầu, áp kế, máy đo tốc độ gió thiết bị đo khơng chuẩn: Cần hiệu chuẩn tất thiết bị đo, kể dụng cụ đo công suất để tránh đánh giá quạt quạt cao áp khơng xác Khơng nên thực đánh giá cách áp dụng hệ số điều chỉnh để bù lại việc sai số đo Biến động thơng số q trình kiểm tra: Nếu có biến động lớn thơng số trình đo đo kiểm, kết đánh giá hiệu suất trở nên tin cậy CÁC GIẢI PHÁP SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG HIỆU QUẢ Phần nêu giải pháp sử dụng lượng hiệu cho quạt quạt cao áp 4.1 Chọn quạt thích hợp Khi lựa chọn quạt cần ý đến yếu tố sau (US DOE, 1989): Tiếng ồn Tốc độ quay Các đặc tính dòng khí Dải nhiệt độ Biến động điều kiện hoạt động Hạn chế không gian sơ đồ bố trí hệ thống Chi phí mua sắm, chi phí vận hành (quyết định hiệu suất bảo trì), tuổi thọ hoạt động Trên nguyên tắc chung, cần biết để nâng cao hiệu suất hệ thống quạt, chuyên gia thiết kế cán vận hành phải nắm rõ chức thiết bị hệ thống Cách “tiếp cận hệ thống” đòi hỏi phải biết tương tác quạt với thiết bị hỗ trợ hoạt động quạt, với thiết bị mà quạt phục vụ Sử dụng “tiếp cận hệ thống” trình lựa chọn quạt giúp mang lại hệ thống bớt ồn hơn, hiệu đáng tin cậy Một vấn đề thường gặp công ty mua quạt lớn cho nhu cầu sử dụng Quạt lớn không hoạt động điểm đạt hiệu suất tối đa (BEP) số trường hợp, quạt hoạt động không ổn định điểm làm việc đường đặc tính áp suất-lưu lượng Hướng dẫn sử dụng lượng hiệu ngành công nghiệp Châu Á – www.energyefficiencyasia.org © UNEP 14 Thiết bị sử dụng điện: Quạt Quạt cao áp quạt Sử dụng quạt lớn gây tốn thêm lượng, tiếng ồn khí cao tăng ứng suất quạt hệ thống Hậu là, quạt cỡ chi phí đầu tư vận hành đắt mà chúng gây trục trặc hệ thống Các giải pháp khả thi bao gồm: thay quạt, thay động cơ, sử dụng động điều khiển vô cấp 4.2 Giảm trở lực hệ thống Phần 1.2 nói đồ thị trở lực hệ thống đồ thị quạt Quạt làm việc điểm mà đường đặc tính trở lực hệ thống cắt đường đặc tính quạt Trở lực hệ thống đóng vai trò quan trọng việc xác định hiệu suất hoạt động quạt Trở lực hệ thống thay đổi tuỳ theo quy trình Ví dụ như, việc cặn bám ăn mòn ống làm thay đổi trở lực hệ thống Trong số trường hợp, thay đổi thiết bị, cải tạo đường ống làm chuyển dịch đáng kể điểm hoạt động, làm giảm hiệu suất (xem hình 2) Trong trường hợp đó, để trì hiệu suất quạt trước, cần phải thay quạt Vì vậy, cần thường xuyên kiểm tra trở lực hệ thống, kiểm tra kỹ có dự định cải tạo, phải thực biện pháp để trì hoạt động hiệu quạt 4.3 Hoạt động gần điểm đạt hiệu suất tối đa Phần trước đề cập hiệu suất quạt tăng lưu lượng tăng tới điểm định giảm lưu lượng tăng thêm Điểm đạt hiệu suất tối đa gọi hiệu suất đỉnh “Điểm đạt hiệu suất tối đa” (BEP) Thông thường, điểm gần với suất định mức quạt ứng với tốc độ thiết kế định trở lực hệ thống Sai lệch điểm đạt hiệu suất tối đa làm tăng tổn thất giảm hiệu suất 4.4 Thường xuyên bảo trì quạt Để trì mức độ hiệu suất quạt, cần bảo trì thường xuyên Các hoạt động bảo trì bao gồm (US DOE, 1989): Kiểm tra định kỳ tất cấu thành hệ thống Bôi trơn thay thể ổ đỡ Căng đai thay dây đai Sửa chữa thay động Làm quạt 4.5 Điều chỉnh lưu lượng khí Thơng thường, quạt lắp đặt hoạt động tốc độ không đổi Nhưng số tình huống, tốc độ quạt thay đổi, ví dụ cần thêm lưu lượng khí đường ống bổ sung, cần lưu lượng khí quạt q cỡ Có số cách để giảm điều chỉnh lưu lượng khí quạt Những cách tóm tắt bảng kèm theo so sánh công suất đầy tải ứng với lưu lượng tối đa (%) với giải pháp kiểm sốt lưu lượng khác (hình 17) Hướng dẫn sử dụng lượng hiệu ngành cơng nghiệp Châu Á – www.energyefficiencyasia.org © UNEP 15 Thiết bị sử dụng điện: Quạt Quạt cao áp Hình 17 Mức tiêu thụ công suất tương ứng với giải pháp điều chỉnh lưu lượng (US DOE, 1989) Hình 18 Thay đổi kích thước puli (BEE India, 2004) Hướng dẫn sử dụng lượng hiệu ngành công nghiệp Châu Á – www.energyefficiencyasia.org © UNEP 16 Thiết bị sử dụng điện: Quạt Quạt cao áp Bảng So sánh phương pháp khác để điều chỉnh lưu lượng quạt (theo DOE, 1989, and BEE, 2004) Loại điều chỉnh lưu lượng Thay đổi puli: giảm kích thước puli truyền động/động Ưu điểm Tốc độ giảm ổn định Giảm sử dụng lượng (xem ví dụ hình 18: mức giảm inch puli giúp tiết kiệm 12 kW) Van tiết lưu: giảm lưu lượng tăng áp suất dòng khí cấp quạt Rẻ tiền Dễ lắp đặt Cánh hướng dòng: tạo dòng xốy chiều quay quạt, thu hẹp góc khí vào cánh quạt, nhờ giảm tải, áp suất lưu lượng quạt Quạt điều chỉnh góc nghiêng cánh: chỉnh góc nghiêng khí vào cánh quạt cách nghiêng cánh quạt, nhờ giảm tải động lưu lượng khí Nâng cao hiệu suất quạt giúp giảm tải quạt lưu lượng khí cấp Hiệu mặt chi phí điều chỉnh lưu lượng dòng khí khoảng 80-100% lưu lượng tối đa Bộ điều khiển tốc độ vô cấp (VSD): giảm tốc độ quạt cho phù hợp với mức giảm lưu lượng yêu cầu Các điều khiển tốc độ vô cấp cơ: li hợp thuỷ lực, khớp nối thuỷ lực, bánh đai dây đai điều chỉnh Các điều khiển tốc độ vơ cấp điện: dòng điện xốy, điều khiển động rơto dây quấn, điều khiển biến tần (VFDs: thay đổi tốc độ Là cách điều chỉnh lưu lượng hiệu Cho phép điều chỉnh tốc độ quạt dải liên tục Với điều khiển tốc độ vô cấp: Điều chỉnh lưu lượng dễ dàng hiệu Nâng cao hiệu suất quạt dải điều kiện hoạt động rộng Có thể lắp với động nhỏ gọn có Khơng có trục trặc đọng bụi Giảm tổn thất lượng chi phí nhờ giảm lưu lượng tổng hệ thống Có thể trì hiệu suất cao quạt dải điều kiện hoạt động rộng Tránh vấn đề cộng hưởng nhờ trì tốc độ quay bình thường Có thể hoạt động điều kiện từ không tải tới đầy tải mà khơng có vấn đề Hướng dẫn sử dụng lượng hiệu ngành công nghiệp Châu Á – www.energyefficiencyasia.org © UNEP Nhược điểm Quạt hoạt động với thay đổi tốc độ Quạt phải dẫn động truyền đai chữ V động Cho phép điều chỉnh hạn chế Giảm lưu lượng không giảm tiêu thụ lượng Chi phí vận hành bảo trì cao Kém hiệu với lưu lượng khí thấp 80% lưu lượng tối đa Chỉ áp dụng với số quạt hướng trục Bị bám bụi bẩn chất bẩn tích tụ tác động khí điều khiển góc nghiêng cánh cánh Hoạt động mức tải thấp thời gian dài làm giảm hệ số công suất hiệu suất động cơ, làm lợi hiệu suất có nguy bị phạt hệ số cosϕ thấp Các điều khiển tốc độ vơ cấp khí dễ gặp vấn đề bám bụi bẩn Chi phí đầu tư ban đầu lớn 17 Thiết bị sử dụng điện: Quạt Quạt cao áp Loại điều chỉnh lưu lượng quay quạt cách điều chỉnh tần số điện cung cấp) Bơm đa cấp Ưu điểm Nhược điểm Điều chỉnh lưu lượng hiệu Thích hợp cần hai tốc độ cố định Van tiết lưu đĩa: thay đổi độ rộng bánh công tác với dòng khí Vận hành quạt song song: dùng hai quạt song song thay dùng lớn Thiết kế đơn giản Cần chuyển từ tốc độ sang tốc độ khác Chi phí đầu tư trở ngại Chỉ khả thi với số thiết bị ứng dụng Vận hành quạt nối tiếp: sử dụng nhiều quạt theo cách xếp hút-đẩy Hiệu suất cao với thay đổi lớn Chỉ áp dụng quạt hoạt động với trở lực nhu cầu hệ thống thấp điều kiện trở Dư thừa quạt giúp giảm khả lực thấp, gần áp phải ngừng hoạt động trục trặc suất khí (Xem bảo trì ngồi dự kiến hình 19) Hai quạt nhỏ rẻ có hiệu suất cao quạt lớn tương đương Có thể sử dụng với cách điều chỉnh lưu lượng khác để tăng mức độ linh hoạt độ tin cậy Không thích hợp với hệ Áp suất ống trung bình thấp thống có trở lực thấp Giảm tiếng ồn (Xem hình 19) Giảm yêu cầu hỗ trợ cấu trúc điện Thích hợp với hệ thống ống dài, sụt áp thành phần hệ thống lớn, trở lực lớn Hướng dẫn sử dụng lượng hiệu ngành công nghiệp Châu Á – www.energyefficiencyasia.org © UNEP 18 Thiết bị sử dụng điện: Quạt Quạt cao áp Hình 19 Vận hành quạt song song nối tiếp (BEE India, 2004) DANH SÁCH SÀNG LỌC GIẢI PHÁP Phần nêu giải pháp sử dụng lượng hiệu quan trọng Sử dụng đường ống tròn, nhẵn để lấy khí vào Tránh phân phối lưu lượng phận vào quạt Giảm thiểu vật cản phận vào quạt Thường xuyên làm màng, lọc cánh quạt Giảm thiểu tốc độ quạt Sử dụng dây curoa phẳng trượt thấp để truyền công suất Thường xuyên kiểm tra độ căng dây curoa Loại bỏ puli bánh biến đổi Sử dụng điều khiển tốc độ vô cấp cho tải quạt biến đổi Sử dụng động hiệu mặt lượng cho vận hành liên tục gần liên tục Loại bỏ rò rỉ đường ống Giảm thiểu chỗ uốn đường ống Tắt quạt quạt cao áp không cần thiết Giảm tốc độ quạt cách điều chỉnh đường kính puli với động cỡ Sử dụng cánh hướng dòng thay cho điều chỉnh van xả Thay bánh công tác nhựa gia cố thuỷ tinh/kim loại bánh cơng tác FRP có hiệu sử dụng lượng cao với thiết kế máy bay Cố gắng vận hành quạt gần mức hiệu suất tối đa (BEP) Giảm tổn thất truyền tải cách sử dụng đai phẳng có hiệu sử dụng lượng cao đai hình thang có gờ thay cho loại đai hình thang truyền thống Giảm thiểu trở lực hệ thống sụt áp cách cải tạo hệ thống ống Đảm bảo độ đồng trục hệ thống truyền động điều khiển Đảm bảo chất lượng điện cung cấp cho điều khiển động Thường xuyên kiểm tra độ rung để dự đốn hỏng hóc ổ đỡ, khơng đồng trục, cân bằng, lỏng lẻo vị trí đặt, vv… Hướng dẫn sử dụng lượng hiệu ngành cơng nghiệp Châu Á – www.energyefficiencyasia.org © UNEP 19 Thiết bị sử dụng điện: Quạt Quạt cao áp CÁC BẢNG TÍNH Phần bao gồm bảng tính sau: Thơng số kỹ thuật quạt quạt cao áp Tính tốn hiệu suất quạt quạt cao áp Bảng tính #1: THƠNG SỐ KỸ THUẬT CỦA QUẠT VÀ QUẠT CAO ÁP STT Thông số 10 11 12 13 14 15 Hình dáng Loại (Dọc trục/Ly tâm) Lưu lượng xả Cột áp tạo Xử lý chất lưu Mật độ chất lưu Hàm lượng bụi Nhiệt độ chất lưu Kiểu điều khiển lưu lượng Dải điều khiển lưu lượng Công suất vào quạt Tốc độ quạt Hiệu suất định mức quạt Công suất tiêu thụ cụ thể Động quạt Công suất định mức Dòng đầy tải Tốc độ định mức Điện áp cấp Hiệu suất định mức Hệ số công suất định mức Tần số cấp Loại ổ đỡ Quạt (Đầu không dẫn động) Quạt (Đầu dẫn động) Động (Đầu không dẫn động) Động (Đầu dẫn động) Cấp bôi trơn 16 17 Đơn vị Quạt/ quạt cao áp M3/h MmWc Kg/m3 Mg/m3 C % KW Vòng/phút % KW/(m3/h) KW Ampe Vòng/phút Vơn % HZ Hướng dẫn sử dụng lượng hiệu ngành công nghiệp Châu Á – www.energyefficiencyasia.org © UNEP 20 Thiết bị sử dụng điện: Quạt Quạt cao áp Bảng tính 2: TÍNH TOÁN HIỆU SUẤT CỦA QUẠT VÀ QUẠT CAO ÁP STT Thông số Đơn vị m3/s 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Lưu lượng chất lưu (trung bình) (Q) (đo ống hở đầu phận xả quạt) Áp suất hút (đo đầu vào quạt sử dụng áp kế kiểu ống chữ U) Áp suất đẩy (đo phận xả quạt sử dụng áp kế kiểu ống chữ U) Tổng áp suất tĩnh (ΔP) [3–4] Tổng áp suất chênh lệch (dP) (đo ống hở đầu cách đo số điểm mặt cách ngang ống) Hằng số ống hở đầu (Cp) Diện tích mặt cắt ngang ống (A) Nhiệt độ môi trường lỏng (đo phận vào quạt nhiệt kế) Mật độ môi trường lỏng (r) (lấy từ số liệu chuẩn hiệu chỉnh với nhiệt độ hoạt động/điều kiện áp suất) Công suất vào động (P) (đo cấu chuyển mạch sử dụng panen đồng hồ đo lượng cầm tay/bộ phân tích lượng) Công suất vào trục (P1) (P x hiệu suất động X hiệu suất truyền tải) Tần số cung cấp Cơng suất vào bơm Vận tốc khí/khơng khí (V) [= (Cpx√(2x9,81xdPxr)]/r Tốc độ dòng (Q) (= V x A) Hiệu suất học quạt (ηF) (QxΔP)/(102xP1) x 100 Tiêu thụ công suất cụ thể (P/Q) % Tải động theo trọng số công suất % tải quạt theo trọng số lưu lượng % tải quạt theo trọng số tổng áp suất Quạt/ quạt cao áp mmWC mmWC mmWC mmWC M2 C kg/m3 kW % Hz kW m/ s m3/ s % kW/(m3/ s) % % % Hướng dẫn sử dụng lượng hiệu ngành cơng nghiệp Châu Á – www.energyefficiencyasia.org © UNEP 21 Thiết bị sử dụng điện: Quạt Quạt cao áp tĩnh Hướng dẫn sử dụng lượng hiệu ngành cơng nghiệp Châu Á – www.energyefficiencyasia.org © UNEP 22 Thiết bị sử dụng điện: Quạt Quạt cao áp TÀI LIỆU THAM KHẢO Những nguồn tài liệu sử dụng chương này: Bureau of Energy Efficiency (BEE), Government of India Energy Efficiency Guide Book, chapter 5, p 93-112 2004 Canadian Blower Industrial Fans and Blowers, www.canadianblower.com/blowers/index.html FanAir Company, product presentation www.fanair.com/products.pdf Ganasean, Indian Institute of Technology Fans, Pumps and Compressors Northern Industrial Supply Company (NISCO), Products – Fans and Blowers, New York Blowers www.nisco.net/nyb.html US Department of Energy (US DOE), Energy Efficiency and Renewable Energy, 1989 Improving Fan System Performance – a sourcebook for industry www1.eere.energy.gov/industry/bestpractices/pdfs/fan_sourcebook.pdf Copyright: Copyright © United Nations Environment Programme (year 2006) This publication may be reproduced in whole or in part and in any form for educational or non-profit purposes without special permission from the copyright holder, provided acknowledgement of the source is made UNEP would appreciate receiving a copy of any publication that uses this publication as a source No use of this publication may be made for resale or any other commercial purpose whatsoever without prior permission from the United Nations Environment Programme Bản quyền Copyright © Chương trình mơi trường liên hợp quốc (năm 2006) Ấn tái xuất toàn phần cho mục đích giáo dục hay phi lợi nhuận mà khơng có cho phép đặc biệt từ người giữ quyền với điều kiện phải nêu nguồn ấn ỦNEP mong nhận dược ấn có sử dụng ấn nguồn thông tin Không sử dụng ấn để bán lại hay cho mục đích thương mại khác mà khơng có cho phép trước từ Chương trình Mơi trường Liên hợp quốc Disclaimer: This energy equipment module was prepared as part of the project "Greenhouse Gas Emission Reduction from Industry in Asia and the Pacific" (GERIAP) by the National Productivity Council, India While reasonable efforts have been made to ensure that the contents of this publication are factually correct and properly referenced, UNEP does not accept responsibility for the accuracy or completeness of the contents, and shall not be liable for any loss or damage that may be occasioned directly or indirectly through the use of, or reliance on, the contents of this publication, including its translation into other languages than English This is the translated version from the chapter in English, and does not constitute an official United Nations publication Khuyến cáo: Môđun thiết bị lượng thực phần dự án “Giảm Phát Thải Khí Nhà Kính từ Hoạt Động Cơng Nghiệp Khu vực Châu Á Thái Bình Dương” (GERIAP) Ủy ban Năng suất Quốc gia Ấn Độ Mặc dù cố gắng nhiều để đảm bảo nội dung báo cáo xác phù hợp để tham khảo, UNEP khơng có trách nhiệm tính xác hay hồn thiện nội dung không chịu trách nhiệm mát hay thiệt hại mà liên quan trực tiếp hay gián tiếp cho việc sử dụng hay dựa vào nội dung báo cáo gây ra, bao gồm dịch sang thứ tiếng khác tiếng Anh Đây dịch từ chương tiếng Anh khơng ấn thức Liên hợp quốc Hướng dẫn sử dụng lượng hiệu ngành cơng nghiệp Châu Á – www.energyefficiencyasia.org © UNEP 23 ... suất âm cho hệ thống chân không công nghiệp Quạt cao áp ly tâm quạt cao áp thể tích hai loại quạt cao áp chính, mô tả 2.2.1 Quạt cao áp ly tâm Quạt cao áp ly tâm trông giống bơm ly tâm quạt Bánh... dụng điện: Quạt Quạt cao áp Hình 14 Quạt cao áp ly tâm (FanAir Company) 2.2.2 Quạt cao áp thể tích Quạt cao áp thể tích có rơto “bẫy” khơng khí đẩy theo thành vỏ quạt Những quạt cao áp cung cấp lưu... thích hợp với ứng dụng thơng gió Áp suất cao hiệu suất cao quạt đẩy Thích hợp với áp suất trung bình, thiết bị ứng dụng tốc độ dòng cao, v.d lắp đặt HVAC Có thể nhanh chóng tăng lên tới tốc độ