III. 1.1.6.1 Tổn thất áp suất
III.1.1.7 Điều khiển hệ thống thông gió
Hệ thống điều khiển thông gió đơn giản thực tế là ta thay đổi tốc độ quạt thông gió trên mái phòng thử (Hình 3.5). Các quạt chạy ở tốc độ thấp trong thời gian khi phòng thử được sử dụng như là một nhà xưởng và ở tốc độ cao trong thời gian chạy động cơ. Trong trường hợp này, áp suất phòng thử bằng áp suất môi trường xung quanh, trừ khi các bộ lọc đầu vào bị chặn.
Phòng thử khép kín yêu cầu có cả quạt đầu vào và ra với một tốc độ biến đổi và có hệ thống điều khiển để cân bằng. Có nhiều lựa chọn nhưng cách thường dùng nhất là:
một quạt được điều khiển bởi nhiệt độ và cây còn lại điều khiển bởi áp suất. Vì vậy, với cả 2 quạt chạy và áp suất phòng thử vào khoảng 50Pa dưới điều kiện phòng, khi nhiệt độ phòng thử tăng làm tăng tốc độ quạt đầu ra, việc tăng tốc làm giảm áp suất phòng thử và hệ thống cân bằng sẽ nhận biết, quạt đầu vào sẽ tăng tốc cho đến khi cân bằng lại. Vai trò của quạt phần nào đã được thay đổi, sự khác biệt trong trường hợp trên là quá trình điều khiển tức thời có xu hướng tạo áp suất âm và ngược lại là áp suất dương.
Các quạt được kiểm soát phải giải quyết được lưu lượng tăng thêm ra vào phòng thử thông qua hệ thống lọc và khí cháy trong hệ thống. Hệ thống kiểm soát cũng phải ngăn chặn được sự biến đổi và xáo trộn dòng khí khi cửa phòng thử nghiệm mở.
III.1.1.7. 1 Quạt:
Hình 3.9: Quạt khi đang hoạt động
Vào: Lưu lượng QF ở vận tốc V1 và áp suất ps1, công suất đầu vào PA
Ra: Lưu lượng QF ở vận tốc V2 và áp suất ps2, với ps1 và ps2 là áp suất tĩnh
Tổng áp suất đầu vào:
Tổng áp suất đầu ra:
Tổng áp suất quạt:
Công suất tổng (công suất cần thiết để dẫn động quạt trong trường hợp không có tổn thất):
Áp suất tĩnh của quạt:
Điều này bỏ qua áp suất động của không khí và không bằng chênh lệch áp suất ps2- ps1 (Trong trường hợp quạt quay quanh trục độc lập với cửa khí vào và ra, áp suất tĩnh bằng không)
Công suất tĩnh:
Hiệu suất tĩnh: ηSA
Hiệu suất tổng: ηtA
Công suất đầu vào:
III.1.1.7. 2 Tiếng ồn của quạt:
Trong hệ thống thông gió, quạt là nguồn chính phát ra tiếng ồn. Tiếng ồn được tạo ra biến đổi theo bình phương áp suất quạt nên tăng gấp đôi sức cản của hệ thống sẽ làm tăng gấp bốn lần tiếng ồn của quạt, hoặc là 6dB.
Theo nguyên tắc chung, để làm tối thiểu tiếng ồn, quạt thông gió nên hoạt động càng gần vị trí thiết kế hết mức có thể.
III.1.1.7. 3 Phân loại các loại quạt:
• Quạt hướng trục: Với một lưu lượng cho trước, quạt hướng trục sẽ gọn hơn so với quạt ly tâm và rất thuận tiện khi lắp đặt vào ống dẫn tiết diện hình tròn. Áp suất tĩnh của quạt ở từng bậc được giới hạn, tối đa là 600 Pa, áp suất động bằng 70% tổng áp suất. Hiệu suất là 65-70%. Quạt ly tâm đặt trên ống phân nhánh, vì vậy motor được đặt ngoài dòng khí, là một loại thường dùng trong hệ thống pha loãng khí xả riêng lẽ.
• Quạt ly tâm, cánh thẳng và cánh nghiêng lui: Đây là sự lựa chọn đầu tiên cho các trường hợp đòi hỏi áp suất cao. Giá thành xây dựng rẻ, hiệu suất lên đến 80%( áp suất tĩnh) và 83% (tổng),. Áp suất tối đa: 1-2kPa.
• Quạt ly tâm, cánh cong lui: tốn kém hơn so với loại cánh thẳng, hiệu suất cao hơn 2-3% nhưng quạt phải chạy nhanh hơn và tích tụ bụi trên cánh nhiều hơn.
• Quạt ly tâm, cánh có hình dạng như cánh máy bay: khá đắt và dễ bị bụi, tổng hiệu suất vượt 90%. Nó tạo sự gián đoạn trong biểu đồ đặc tuyến áp suất vì sự sụt áp khi giảm dòng khí. Được lắp đặt ở những phòng thử lớn và cần tiết kiệm năng lượng.
• Quạt ly tâm, cánh cong tới: tỷ lệ phân phối lớn hơn 2.5 lần so với cánh cong lui ở cùng kích cỡ, nhưng hiệu suất thấp, không vượt quá 70%
Hình 3.10: Ưu và nhược điểm các loại quạt III.1.1.7. 4 Lưu lượng:
Giả sử sự tổn thất do đối lưu và bức xạ như sau:
• Động cơ, 10% công suất phát ra 25kW
• Ống xả 15kW
• Ống pô và bộ giảm âm 15kW
• Thiết bị đo, 5% công suất đầu vào 12kW
• Đèn và các phụ kiện khác 20kW
• Quạt thông gió cưỡng bức 5kW
_______
Tổng cộng 92kW
Tổn thất bởi sự truyền dẫn trong phòng thử 5kW _______
Tổng 87kW
Giả sử nhiệt độ khí vào là 200C , ΔT = 110C thì nhiệt độ khí ra là 310C, lưu lượng là:
Khí nạp có lưu lượng 0.3 m3/s , vận tốc tổng 7m/s ( =101m3/h/kW công suất động cơ phát ra). Giả sử kích thước phòng thử là 8 x 6 x 4.5, thể tích = 216 m3, 117 lần đổi khí/
giờ.
Bảng 3.1 đề xuất vận tốc trung bình khoảng 15-20m/s là thích hợp, với tiết diện ống khoảng 0.37 đến 0.49 m2. Kích thước ống tiêu chuẩn hiện nay là 600 x 600 mm, vận tốc 19.5 m/s và áp suất động là 228 Pa.
Hình 3.11: Hệ thống thông gió điển hình
Quạt ly tâm thường được sử dụng để hút khí cưỡng bức với vận tốc được giả định ở trên, quạt hướng trục được sử dụng cho hệ thống xả vì dễ bố trí và áp suất nhỏ. Tổn thất áp suất được cho ở bảng 3.2, với các số liệu sau:
Quạt hút cưỡng bức đầu vào, lưu lượng 7m3/s
• Áp suất tĩnh: 454Pa
• Quạt hút đầu ra, lưu lượng 7m3/s
• Áp suất tĩnh: 112Pa
Thông số quạt ly tâm, cánh nghiêng lui:
• Đường kính cánh quạt 900mm
• Tốc độ: 850 vòng/phút
• Hiệu suất: 65%
→ Công suất phát ra = (7 x 454)/0.65 = 4900W
→ Chọn motor công suất = 5kW Thông số quạt hướng trục:
• Đường kính cánh quạt: 1m
• Tốc độ: 960 vòng/phút
• Áp suất động: 51Pa
• Hiệu suất: 80%
→ Công suất = 7 x (112+51)/0.8 = 1400 W
→ Chọn motor vào khoảng 2.2 kW
Bảng 3.2: Tổn Thất Áp Suất