Cấu tạo của quạt ly tâm công nghiệp

Quạt ly tâm công nghiệp là một thiết bị không thể thiếu trong các hệ thống thông gió, hút bụi, sấy khô và làm mát công nghiệp. Hoạt động dựa trên nguyên lý lực ly tâm, quạt ly tâm sử dụng cánh quạt quay để tạo ra chuyển động của không khí hoặc các loại khí khác một cách hiệu quả. Với khả năng tạo ra áp suất cao và lưu lượng lớn, các quạt hút ly tâm đã trở thành lựa chọn hàng đầu trong nhiều ngành công nghiệp từ chế biến thực phẩm, hóa chất, dệt may đến các nhà máy sản xuất.

Để lựa chọn, vận hành và bảo trì thiết bị một cách hiệu quả, việc hiểu rõ cấu tạo chi tiết của quạt ly tâm là yếu tố tiên quyết. Một chiếc quạt ly tâm công nghiệp hoàn chỉnh bao gồm nhiều thành phần cốt lõi như vỏ quạt, cánh quạt, động cơ, hệ thống truyền động và các bộ phận phụ trợ khác. Mỗi bộ phận đều có vai trò quan trọng và ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất tổng thể của thiết bị.

Vỏ quạt

Vỏ quạt, còn được gọi là guồng quạt hoặc thân quạt, đóng vai trò như lớp vỏ bảo vệ bên ngoài của toàn bộ hệ thống quạt ly tâm. Với thiết kế đặc trưng hình xoắn ốc giống như "vỏ ốc", bộ phận này thực hiện chức năng kép quan trọng: bảo vệ các chi tiết bên trong khỏi tác động môi trường và định hướng dòng không khí theo hướng mong muốn.

Chức năng chính của vỏ quạt:

• Bảo vệ toàn diện: Vỏ quạt che chắn hoàn toàn cho cánh quạt và trục quay khỏi các tác động tiêu cực từ môi trường bên ngoài như bụi bẩn, độ ẩm, nhiệt độ cao và đồng thời đảm bảo an toàn tuyệt đối cho người vận hành thiết bị.
• Dẫn hướng dòng khí hiệu quả: Thu thập toàn bộ lượng không khí được đẩy ra từ cánh quạt với tốc độ cao và hướng nó vào cửa thổi theo một phương xác định, giúp chuyển đổi tối ưu động năng thành áp năng tĩnh cần thiết cho hệ thống.

Thiết kế và vật liệu chế tạo:

Hình dạng xoắn ốc (volute) đặc trưng của vỏ quạt được thiết kế theo các nguyên lý khí động học để tối ưu hóa việc tăng áp suất và giảm tổn thất năng lượng. Vỏ quạt thường được chế tạo từ nhiều loại vật liệu khác nhau tùy theo điều kiện sử dụng: thép carbon cho các ứng dụng thông thường với chi phí kinh tế, thép không gỉ (inox) cho môi trường ăn mòn hoặc tiếp xúc với hóa chất, nhựa composite cho môi trường ăn mòn mạnh và nhôm cho các ứng dụng cần trọng lượng nhẹ.

Cánh quạt ly tâm

Cánh quạt (impeller) được xem là "trái tim" của toàn bộ hệ thống quạt ly tâm, đây là bộ phận trực tiếp chịu trách nhiệm tạo ra luồng gió và áp suất cần thiết. Thông qua việc truyền năng lượng từ chuyển động quay vào dòng không khí, cánh quạt quyết định hoàn toàn đến hiệu suất và khả năng vận hành của thiết bị.

Nguyên lý hoạt động cơ bản:

Khi cánh quạt bắt đầu quay với tốc độ cao, nó tạo ra vùng áp suất thấp tại trung tâm (miệng hút), tạo hiệu ứng hút không khí từ bên ngoài vào. Lực ly tâm mạnh mẽ được sinh ra từ chuyển động quay sẽ văng không khí ra phía mép cánh quạt với tốc độ rất cao, đồng thời tăng đáng kể áp suất và tạo ra lưu lượng ổn định.

Phân loại cánh quạt theo thiết kế:

• Cánh cong về phía trước (Forward-curved): Loại cánh quạt này có khả năng tạo ra lưu lượng lớn ngay cả ở tốc độ quay tương đối thấp, hoạt động êm ái với mức độ tiếng ồn thấp, tuy nhiên hiệu suất tổng thể không cao và chỉ phù hợp với việc xử lý không khí sạch hoàn toàn.
• Cánh cong về phía sau (Backward-curved): Đây là thiết kế phổ biến nhất trong các ứng dụng công nghiệp hiệu suất cao, có khả năng đạt hiệu suất năng lượng cao, tạo ra áp suất lớn ổn định và có thể xử lý được không khí có lẫn một lượng bụi nhẹ mà không ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất.
• Cánh thẳng (Radial/Straight): Với thiết kế chắc chắn và bền bỉ, loại cánh quạt này có khả năng tự làm sạch hiệu quả, đặc biệt lý tưởng cho các môi trường làm việc khắc nghiệt có nồng độ bụi cao hoặc chứa vật liệu dạng sợi mà các loại cánh quạt khác không thể xử lý.

Cân bằng động: Việc cân bằng động chính xác của cánh quạt là yếu tố cực kỳ quan trọng đảm bảo quạt vận hành ổn định, không gây rung lắc, giảm thiểu tiếng ồn và kéo dài đáng kể tuổi thọ của ổ bi cũng như các bộ phận cơ khí khác trong hệ thống.

Động cơ

Động cơ (motor) đóng vai trò như "nguồn sức mạnh" chính của toàn bộ hệ thống quạt ly tâm, chịu trách nhiệm cung cấp năng lượng cơ học cần thiết để làm quay trục và cánh quạt với tốc độ ổn định. Việc lựa chọn động cơ phù hợp có ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất, độ bền và chi phí vận hành của thiết bị.

Chức năng và nguyên lý hoạt động:

Động cơ thực hiện nhiệm vụ chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng quay một cách hiệu quả, truyền momen xoắn ổn định cho trục quạt. Tuỳ theo yêu cầu công suất và điều kiện vận hành, có thể sử dụng các loại động cơ khác nhau như động cơ xoay chiều 1 pha cho công suất nhỏ, động cơ 3 pha cho công suất lớn, hoặc các loại động cơ đặc biệt như động cơ phòng nổ dành cho môi trường dễ cháy nổ.

Yếu tố lựa chọn quan trọng:

Công suất, tốc độ quay và hiệu suất của động cơ phải được tính toán và lựa chọn cẩn thận để phù hợp hoàn hảo với yêu cầu về lưu lượng và áp suất của quạt. Đồng thời cần xem xét các điều kiện môi trường vận hành như nhiệt độ, độ ẩm, và khả năng chống ăn mòn để đảm bảo độ bền và hiệu suất ổn định trong thời gian dài.

Trục và cơ cấu truyền động

Hệ thống trục và cơ cấu truyền động đóng vai trò như cầu nối quan trọng, có nhiệm vụ truyền tải momen xoắn từ động cơ đến cánh quạt một cách hiệu quả và ổn định. Tuỳ theo thiết kế và yêu cầu sử dụng, có hai loại cơ cấu truyền động chính được áp dụng phổ biến.

Truyền động trực tiếp (Direct Drive)

Trong hệ thống này, cánh quạt được lắp trực tiếp vào trục động cơ mà không qua bất kỳ bộ phận trung gian nào. Ưu điểm nổi bật là thiết kế nhỏ gọn, tiết kiệm không gian lắp đặt, hiệu suất truyền động cao gần như 100% và ít cần bảo trì định kỳ. Tuy nhiên, nhược điểm chính là tốc độ quạt cố định theo tốc độ động cơ, khó điều chỉnh linh hoạt.

Truyền động gián tiếp (Belt Drive)

Hệ thống này có động cơ và trục quạt tách rời, được kết nối thông qua dây curoa (belt) và puly với tỷ số truyền có thể điều chỉnh. Ưu điểm vượt trội là sự linh hoạt cao trong việc điều chỉnh tốc độ quạt theo yêu cầu vận hành, động cơ được đặt bên ngoài luồng không khí nên phù hợp với khí nóng hoặc có tính ăn mòn. Nhược điểm là thiết kế cồng kềnh hơn và cần bảo trì dây curoa định kỳ để đảm bảo hiệu suất.

Hệ thống dẫn khí (cửa hút và cửa thổi)

Hệ thống dẫn khí bao gồm cửa hút và cửa thổi đóng vai trò là "lối vào" và "lối ra" của dòng khí, ảnh hưởng trực tiếp và quyết định đến hiệu suất khí động học tổng thể của quạt ly tâm. Thiết kế hợp lý của hệ thống này giúp tối ưu hóa dòng khí và giảm tổn thất năng lượng.

Cửa hút (Inlet)

Cửa hút là miệng vào nơi không khí từ môi trường bên ngoài được hút vào bên trong quạt. Thường được thiết kế dạng loe (bell-mouth) với đường cong mượt mà để dòng khí có thể đi vào một cách trơn tru nhất, giảm thiểu tối đa tổn thất áp suất do ma sát và giảm thiểu hiện tượng nhiễu động có thể gây tiếng ồn và giảm hiệu suất.

Cửa thổi (Outlet)

Cửa thổi là miệng ra nơi không khí đã được tăng áp được đẩy ra ngoài hệ thống. Tiết diện và hình dạng của cửa thổi được thiết kế tính toán cẩn thận để có thể kết nối hoàn hảo với hệ thống ống dẫn khí, đảm bảo dòng khí chuyển tiếp mượt mà và duy trì áp suất ổn định theo yêu cầu của toàn bộ hệ thống.

Các bộ phận khác của quạt hút ly tâm

Bên cạnh những thành phần chính đã được đề cập, một chiếc quạt ly tâm công nghiệp hoàn chỉnh và đạt tiêu chuẩn còn bao gồm nhiều bộ phận phụ trợ quan trọng khác. Những bộ phận này tuy không trực tiếp tham gia vào quá trình tạo gió nhưng lại đóng vai trò then chốt trong việc đảm bảo sự vận hành ổn định, an toàn và kéo dài tuổi thọ của thiết bị.

• Bệ đỡ và khung quạt chắc chắn: Cung cấp nền tảng vững chắc và ổn định để lắp đặt toàn bộ cụm quạt và động cơ, đảm bảo thiết bị không bị rung lắc hay dịch chuyển trong quá trình vận hành với tốc độ cao.
• Gối đỡ và ổ bi (Bearings) chất lượng cao: Hỗ trợ trục quay hoạt động trơn tru với ma sát thấp nhất, đây là bộ phận quan trọng cần được bôi trơn đầy đủ và kiểm tra định kỳ để đảm bảo hiệu suất và tuổi thọ của thiết bị.
• Bộ phận giảm chấn hiệu quả: Sử dụng lò xo hoặc cao su giảm chấn chuyên dụng để hấp thụ hoàn toàn rung động sinh ra trong quá trình hoạt động, ngăn không cho chúng lan truyền ra sàn nhà hoặc kết cấu xung quanh, giảm thiểu tiếng ồn và bảo vệ công trình.
• Lưới bảo vệ an toàn: Được lắp đặt cẩn thận ở cửa hút và cửa thổi để ngăn chặn hiệu quả việc vật lạ xâm nhập vào bên trong quạt và đảm bảo an toàn tuyệt đối cho con người trong quá trình vận hành và bảo trì thiết bị.

Hiểu rõ cấu tạo chi tiết của quạt ly tâm công nghiệp không chỉ giúp người sử dụng lựa chọn được sản phẩm phù hợp mà còn vận hành và bảo trì thiết bị một cách hiệu quả, tiết kiệm chi phí và kéo dài tuổi thọ sử dụng của quạt hút ly tâm trong các ứng dụng công nghiệp.