Quạt ly tâm là một trong những loại quạt được sử dụng phổ biến nhất trong nhiều lĩnh vực công nghiệp, dân dụng, thông gió, điều hòa,… Nhưng ít người hiểu rõ về cấu tạo, nguyên lý vận hành của nó. Hãy cùng tìm hiểu kỹ hơn về loại quạt này trong bài viết dưới đây.
I. Quạt ly tâm là gì?
Quạt ly tâm (hay còn gọi là quạt hướng trục hoặc quạt đẩy trục rô tô) là một loại máy quạt làm việc theo nguyên lý ly tâm để di chuyển khí hoặc chất khí qua đường ống hay hệ thống đường ống.
Cấu tạo của quạt ly tâm gồm một số bộ phận chính:
- Cánh quạt: Trục xoay chính của quạt
- Ốp vỏ quạt: Vỏ bọc bảo vệ xung quanh cánh quạt có thiết kế hình trụ hoặc dạng xoắn ốc.
- Khớp nối vào/ra: Nơi đầu vào khí được hút vào quạt và đầu ra khí đẩy ra ngoài. Đầu ra khí thường uốn cong 90 độ.
- Động cơ quạt: Cung cấp sức quay cho trục cánh quạt, thường là động cơ điện.
Quạt ly tâm có thể hoạt động bằng nhiều loại động cơ khác nhau như động cơ đốt trong, động cơ khí nén, tua bin khí, hoặc động cơ điện.
II. Nguyên lý hoạt động của quạt ly tâm
Để hiểu nguyên lý hoạt động của quạt ly tâm, ta cần tìm hiểu quy luật bảo toàn năng lượng.
Quy luật bảo toàn năng lượng
Nội dung bài viết
Nguyên lý bảo toàn năng lượng cho rằng:
“Tổng năng lượng của một hệ thống kín phải không đổi, trừ khi có năng lượng nào đó thêm vào hay bị mất đi từ bên ngoài.”
Điều này có nghĩa là năng lượng chỉ thay đổi giữa các dạng khác nhau (nhiệt, quán tính, áp suất, thế năng,…) nhưng không bị hao hụt trong 1 hệ thống kín hoàn hảo.
Nguyên lý ly tâm
Quạt ly tâm sử dụng lực ly tâm để tăng áp suất của khí và làm cho khí chuyển động. Khi cánh quạt quay, lực ly tâm được tạo ra để đẩy khí từ trung tâm ra ngoài theo hướng hình xoắn ốc của vỏ quạt.
Năng lượng quay của trục cánh quạt sẽ truyền sức đẩy cho khí gần trục. Nhờ vật liệu đàn hồi của khí, phần khí ở xa hơn cũng nhận được sức đẩy này và di chuyển ra phía ngoài theo phương đường kính tăng dần ở vỏ quạt cuốn.
Quá trình đẩy khí ra ngoài theo đường xoay ly tâm sẽ làm tăng áp suất khí, dẫn đến sự gia tăng vận tốc dòng khí khi đi về phía đầu ra. Vì áp suất phụ thuộc vào động năng của dòng khí.
Như vậy để tóm tắt, quy luật bảo toàn năng lượng và nguyên lý ly tâm làm cho quạt ly tâm biến đổi năng lượng cơ quay từ động cơ truyền sang khí dưới dạng nhiệt và áp suất dòng chảy, đẩy khí di chuyển tới đầu ra với tốc độ cao.
III. Các ứng dụng của quạt ly tâm
Nhờ năng lực di chuyển khí hiệu quả theo nguyên lý ly tâm, quạt ly tâm được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực và ứng dụng khác nhau:
Hệ thống thông gió, hút bụi công nghiệp
Vai trò chính của quạt ly tâm trong các nhà máy là đưa không khí từ bên ngoài vào hệ thống hoặc thải khí, bụi ra ngoài môi trường. Chúng rất phù hợp để:
- Thông gió, làm mát thiết bị, lò xo,…
- Hút khí thải, bụi khói, chất độc,… trong lò hơi, luyện kim, hóa chất,…
- Thổi khí oxi vào lò nung
- Hút bụi gỗ, xơ vải hay bột xi măng tại các xưởng sản xuất.
Hệ thống điều hòa không khí dân dụng
Quạt ly tâm được tích hợp trong các hệ thống HVAC dân dụng để thổi khí lạnh hoặc ấm đến các phòng trong tòa nhà, văn phòng, căn hộ chung cư. Chúng làm nhiệm vụ:
- Quạt dàn nóng: Thổi khí nóng ra ngoài không khí tự nhiên.
- Quạt dàn lạnh: Đưa khí lạnh vào hệ thống ống dẫn, vào các phòng.
- Quạt thông gió trong nhà: Trao đổi khí trong lành bên ngoài vào bên trong.
Ứng dụng chuyên ngành
Ngoài ra, quạt ly tâm còn được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực chuyên môn như:
- Động cơ phản lực máy bay: Dòng khí phụt ra từ quạt ly tâm tạo lực tăng tốc cho máy bay.
- Máy nén khí: Quạt ly tâm đầu tiên nén khí vào hệ thống, sau đó loại quạt này ở cấp cao hơn sẽ nén khí đạt áp suất lớn hơn nữa.
- Lò gió thổi: Quạt ly tâm trong lò đúc cung cấp khí vào các lò gió hoặc lò luyện thép.
- Máy hút khói: Dùng quạt ly tâm hút khói đi, sử dụng trong các ống khói, máy phát điện, toa tàu hỏa,…
- Hệ thống Karman vortex: Dùng quạt ly tâm để tạo ra hiệu ứng vòng xoáy Karman trong động lực học môi trường.
- Hệ thống bơm chân không: Quạt ly tâm thu hẹp dần về phía đầu ra, tạo ra môi trường chân không để hút khí về một điểm.
IV. Ưu nhược điểm của quạt ly tâm
Như mọi loại máy móc, quạt ly tâm cũng có những ưu và nhược điểm riêng:
Ưu điểm
- Cấu tạo đơn giản, dễ sửa chữa, vận hành êm.
- Có thể di chuyển khí lạnh hoặc khí nóng với hiệu suất cao.
- Tiếng ồn thấp hơn quạt về nguồn.
- Tăng áp đầu ra tốt hơn quạt trục.
- Thi công, lắp ráp dễ dàng và linh hoạt về chiều kích thước.
- Tuổi thọ cao jếu được bảo trì tốt.
Nhược điểm
- Hiệu suất thấp hơn so với quạt trục khi chịu tải cao.
- Chi phí cao hơn so với quạt ly tâm đơn giản.
- Không thể đẩy khí xa quá 30m.
- Áp lực dòng khí ra thấp khoảng 500-2500 Pa.
- Sử dụng nhiều năng lượng để tạo áp lực cao.
- Hiệu suất và tổn thất áp lực khí phụ thuộc vào thiết kế van xả, cửa thoát khí và bộ hễ đường ống.
Nhìn chung, khả năng tạo lưu lượng khí lớn và áp suất cao đã giúp quạt ly tâm trở nên phổ biến trong các hệ thống thông gió, làm mát, xử lý khí cho nhiều ngành công nghiệp.
V. Các vấn đề cần lưu ý khi sử dụng quạt ly tâm
Để đảm bảo vận hành an toàn, hiệu quả và kéo dài tuổi thọ quạt ly tâm, cần phải lưu ý một số vấn đề sau:
Môi trường làm việc
Khí đầu vào máy quạt ly tâm cần phải có nhiệt độ và dung sai ở mức cho phép, không được chứa tạp chất lạ như cát, hạt kim loại hay bụi dính trong môi trường làm việc. Hạt cứng có thể làm hỏng cánh quạt và hạn chế tuổi thọ máy.
Lắp đặt và căn chỉnh
Quạt ly tâm cần được lắp đặt sao cho đảm bảo gioăng làm kín hoàn toàn và không bị rò rỉ khí. Phần khớp nối ống hút vào và đẩy ra khí cũng cần được bố trí đúng kích thước, khoảng cách.
Việc căn chỉnh, cân bằng và hiệu chuẩn động cơ với trục cánh quạt là rất quan trọng để giảm thiểu rung động và tiếng ồn khi vận hành.
Hệ thống bôi trơn
Hệ thống bôi trơn của quạt ly tâm cần được kiểm tra, thay dầu mỡ định kỳ theo đúng khuyến cáo của nhà sản xuất. Việc tra dầu mỡ thường xuyên sẽ giúp các bộ phận quay được trơn tru và kéo dài tuổi thọ hoạt động.
Cách ly và giảm rung
Lắp đặt lò xo chống rung và gioăng chống rung là cần thiết để giảm thiểu rung động truyền từ quạt ly tâm sang các kết cấu bao quanh. Điều này giúp giảm tiếng ồn và gia tăng tuổi thọ của quạt.
Vệ sinh và bảo dưỡng định kỳ
Vấn đề quan trọng nhất là bảo dưỡng quạt ly tâm theo chu kỳ để đảm bảo nguồn khí được luân chuyển tốt. Cần kiểm tra và hút bụi, vệ sinh thường xuyên các bộ phận như cánh quạt, môi trường đường ống và để ngăn ngừa tắc nghẽn.
Việc hiểu rõ nguyên lý hoạt động của quạt ly tâm sẽ giúp bạn có thể sử dụng và bảo trì máy móc này một cách hiệu quả nhất. Đừng ngần ngại tham khảo các chuyên gia cơ khí nếu vẫn còn thắc mắc về loại máy công nghiệp quan trọng này.
