Bơm và quạt trong hệ thống lạnh: công dụng, phân loại
Hệ thống lạnh sử dụng hai thiết bị quan trọng là bơm và quạt để vận hành hiệu quả. Mỗi loại đóng vai trò riêng biệt và phối hợp nhịp nhàng để đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định, làm mát hiệu quả.
Bơm
Công dụng
Bơm là máy thuỷ lực biến đổi cơ năng của động cơ thành năng lượng để vận chuyển chất lỏng hoặc tạo nên áp suất cần thiết trong hệ thống truyền động thuỷ lực.
Bơm có 2 công dụng chính:
- Vận chuyển chất lỏng
- Truyền động cho máy móc thiết bị .
Phân loại
Trong kỹ thuật lạnh thường dùng:
- Bơm nước kiểu ly tâm để bơm nước giải nhiệt cho tháp giải nhiệt bình ngưng.
- Bơm chất tải lạnh (nước, nước muối, glycol… ) kiểu ly tâm cho vòng tuần hoàn chất tải lạnh.
- Bơm môi chất lạnh (amonia, freon… ) cho hệ thống lạnh dùng bơm tuần hoàn cấp lỏng cho các dàn bay hơi.
Bơm nước kiểu ly tâm
Máy bơm ly tâm là loại máy bơm công nghiệp thuỷ lực cánh dẫn, hoạt động trên nguyên tắc của lực ly tâm, chiến lực thuỷ động của dòng chảy ra nhờ cánh quạt cơ năng của máy.
Theo đó, nước được đem vào tâm quay của cánh bơm và nhờ lực ly tâm, và đã được đẩy văng ra mép cánh bơm.
Cấu tạo
Máy bơm ly tâm được cấu tạo gồm 6 phần chính và khá đơn giản: 1. Trục, 2. Bánh xe công tác, 3. Bộ phận hướng ra, 4. Bộ phận hướng vào, 5. Ống hút, 6. Ống đẩy.
- Trục bơm thường được làm bằng thép hợp kim và được nối lắp với bánh công tắc bằng mối ghép then.
- Bánh xe công tác của máy bơm rất đa dạng, gồm 3 loại như sau: 1. Cánh bơm mở hoàn toàn, 2. Cánh mở 1 phần, 3. Cánh kín. Thường được cấu tạo bằng gang hoặc thép nên rất chắc chắn và an toàn, ngoài ra trên mặt bánh còn có độ nhẵn tốt giúp hạn chế hao mòn cũng như tổn thất khi sử dụng.
- Bánh xe công tác được lắp với các vật liệu khác cố định trên trục bơm và cố định trên đó tạo nên phần quay của bơm, thường được gọi là roto. Nên chú ý một điều là bánh xe công tác và roto phải được giữ ở trạng thái cân bằng tĩnh và cân bằng động để khi máy chạy sẽ không gây ra sự va chạm giữa bánh công tác và thân bơm cũng như làm máy mất cân bằng gây ra hiện tượng rung động khi sử dụng.
- Các bộ phận còn lại như bộ phân hướng vào, hướng ra, ống hút, ống đẩy thường được làm bằng gang đúc hoặc tôn hàn, cao su.
Nguyên lí hoạt động
- Trước khi máy bơm ly tâm hoạt động, cần mồi bơm bằng cách làm cho thân bơm và ống hút có chứa đầy chất lỏng.
- Máy bơm ly tâm hoạt động, bánh công tác sẽ quay, các chất lỏng ở trong bánh công tác sẽ bị văng ra ngoài nhờ tác dụng ở lực ly tâm. Chất lỏng sẽ theo các máng dẫn, đi vào ống đẩy có áp suất cao. Đây được gọi là quá trình đẩy của bơm.
- Cùng lúc đó, ở lối vào của bánh công tác tạo ra vùng chân không, tác dụng của áp suất trong bể chứa lớn khiến các chất lỏng ở bể hút liên tục bị đẩy vào theo đường ống hút. Đây được gọi là quá trình hút của bơm.
- Quá trình hút và đẩy của bơm ly tâm diễn ra liên tục, tạo ra dòng chảy liên tục qua bơm. Bộ phận dẫn hướng ra nhằm dẫn chất lỏng từ bánh công tác ra ống đẩy và giúp chất lỏng chảy qua ống đẩy được ổn định, điều hoà.
Bơm chất tải lạnh
Bơm chất tải lạnh đóng vai trò quan trọng trong hệ thống lạnh, giúp vận chuyển môi chất lạnh (thường là gas) tuần hoàn trong hệ thống để đảm bảo hoạt động hiệu quả.
Bơm môi chất lạnh
Bơm môi chất lạnh đóng vai trò quan trọng trong hệ thống lạnh bằng cách vận chuyển môi chất lạnh (như amoniac, freon) tuần hoàn trong hệ thống. Loại bơm phổ biến nhất cho hệ thống lạnh là bơm tuần hoàn, có chức năng cung cấp môi chất lạnh dạng lỏng cho các dàn bay hơi.
Quạt
Công dụng
Quạt được sử dụng để tạo luồng khí lưu thông qua dàn lạnh, giúp giải nhiệt cho môi chất lạnh và làm mát không gian.
Phân loại
Quạt sử dụng trong hệ thống lạnh chủ yếu gồm:
- Quạt hướng trục
- Quạt ly tâm
- Quạt phối hợp
- Quạt dòng ngang trục
Quạt hướng trục
Quạt hướng trục sử dụng cho các dàn lạnh, dàn ngưng tụ, tháp giải nhiệt để đối lưu cưỡng bức không khí.
Hình trên mô tả hoạt động của quạt hướng trục: không khí hút từ phía sau cánh quạt nơi tiếp giáp với động cơ và được đẩy vè phí trước. Hướng không khí được hút và và đẩy ra song song với trục quạt và động cơ.
Như tên gọi, dòng khí chuyển động song song dọc theo hướng trục quạt, hướng vào song song với hướng ra. Nếu dùng điện, rô-to quạt có thể được lắp trực tiếp trên trục động cơ điện. Nếu dùng động cơ nổ, phải truyền động qua dây đai. Thực tế, dù có điện, đôi khi vẫn phải truyền động gián tiếp, vì một số yêu cầu đặc biệt không thể để mô-tơ điện trong dòng không khí.
Quạt hướng trục có 3 dạng
- Quạt trục chong chóng (propeller fan): Dạng giống quạt trần, không có vỏ (bọc) quạt hoặc vỏ quạt rất ngắn. Dùng cho thông gió chuồng trại, nhà xưởng, có áp suất tạo ra rất thấp ( h< 20mmH2O).
- Quạt trục ống (tube-axial fan, TAF): Rô-to quạt nằm trong vỏ quạt là một ống dài; tạo được áp suất trung bình (h= 20-50mmH2O).
- Quạt trục có hướng dòng (vane-axial fan, VAF): Không khí qua khỏi rô-to được nắn dòng chảy cho thẳng, tránh rối, nhờ thế đạt tĩnh áp và hiệu suất cao hơn.
Với dạng có hướng dòng, để tạo áp suất cao, có thể ghép nối tiếp 2 rô-to, thành quạt hướng trục 2 tầng cánh (two-stage VAF). Hoặc với quạt tube axial fan có thể ghép 2 rô to quay ngược chiều.
Quạt ly tâm
Khi cần cột áp cao hơn, dùng cho các buồng điều hoà không khí, các dàn lạnh không khí hoặc để tuần hoàn vận chuyển và phân phối không khí đặc biệt trong các hệ thống điều hòa không khí.
Các cánh của rô-to của quạt ly tâm được giữ giữa mặt đỡ và vòng giữ đỡ. Rô-to nằm trong vỏ quạt với chu vi theo dạng xoắn ốc. Không khí vào từ miệng hút qua vòng đỡ, được các cánh ly tâm ra vỏ quạt, và theo vỏ thoát ở cửa ra. Như vậy, phương của dòng khí vào thẳng góc với phương của dòng khí ra.
Nhằm đáp ứng cho nhiều công dụng khác nhau, quạt ly tâm có nhiều dạng cánh cho rô-to liệt kê như (Hình 4a) sẽ được nhắc lại trong phần chọn quạt.
Quạt phối hợp (còn gọi là hỗn lưu, hỗn hợp)
Là dạng quạt kết hợp ưu điểm của hai loại quạt hướng trục (lưu lượng lớn ) và ly tâm áp suất cao, ít ồn). Không khí đi vào như với quạt hướng trục, được rô-to ly tâm ra vỏ, và theo vỏ thoát ở cửa ra.
Khác với quạt ly tâm, hướng không khí ra trùng với hướng vào (giống quạt hướng trục). Loại quạt này được sử dụng cho một số yêu cầu dung hòa giữa quạt hướng trục và quạt ly tâm, nghĩa là cả lưu lượng và áp suất đều khá cao
Rô-to của quạt phối hợp có hai dạng: Dạng 1 có vòng giữ. Dạng 2 không vòng giữ.
Quạt dòng ngang trục (cross-flow fan)
Rô-to giống như ở quạt ly tâm, với cánh cong tới rộng (wide forward curved). Nhưng vỏ quạt được xẻ dọc (Hình 7) nên dòng không khí không đổi hướng thẳng góc như ở quạt ly tâm, mà chảy ngang qua trục quạt. Loại quạt này được sử dụng khá nhiều trong điều hòa không khí; đặc điểm là lưu lượng lớn, tĩnh áp thấp và ít ồn, nhưng hiệu suất thấp.
