Quạt Hút Công Nghiệp: Cấu Tạo Và Đặc Điểm Của Động Cơ Quạt Hút Công Nghiệp

Quạt hút công nghiệp là quạt thông gió lưu lượng lớn, dùng để rút khí nóng, khói, bụi và hơi ẩm ra khỏi nhà xưởng, kho hàng, chuồng trại. Phần quyết định độ bền của quạt nằm ở motor quạt hút: thường là motor 3 pha 380V rotor lồng sóc từ 0.37kW đến vài chục kW, loại nhỏ dùng motor 1 pha 220V. Chọn quạt hút công nghiệp đúng là chọn đúng kiểu quạt (ly tâm hay hướng trục), đúng lưu lượng – cột áp cần hút, rồi mới tới công suất, tốc độ và cấp bảo vệ của động cơ.

1) Quạt hút công nghiệp là gì, khác quạt dân dụng chỗ nào

Quạt hút công nghiệp (còn gọi quạt thông gió công nghiệp, quạt hút khói, quạt hút bụi) là thiết bị tạo dòng khí cưỡng bức để thay không khí trong một không gian lớn. Khác quạt gia đình ở ba điểm: lưu lượng gió tính bằng hàng nghìn đến hàng chục nghìn m³/giờ, chạy liên tục 8–24 tiếng mỗi ngày, và phải chịu bụi, nhiệt, hơi ẩm, có khi cả hơi dầu hoặc hóa chất.

Trong nghề, người ta tính số lần trao đổi khí: xưởng may thường 15–20 lần/giờ, xưởng hàn, xưởng đúc 30–60 lần/giờ, chuồng gà, chuồng heo kín 40–60 lần/giờ vào mùa nóng. Ví dụ xưởng 20m x 50m, cao 6m (6.000 m³) cần 30 lần/giờ thì tổng lưu lượng hút khoảng 180.000 m³/giờ, chia ra 5–6 quạt hướng trục cánh lớn hoặc vài quạt ly tâm có đường ống.

2) Phân loại quạt hút công nghiệp

a) Quạt hút ly tâm

Khí đi vào dọc theo trục, bị cánh quay văng ra theo phương ly tâm, gom lại trong vỏ hình xoắn ốc (dân thợ gọi là vỏ sò, vỏ ốc) rồi thoát ra miệng thổi vuông góc với trục. Quạt ly tâm tạo cột áp cao nên kéo được gió qua đường ống dài, qua co, qua lọc túi, qua tháp xử lý khí.

• Ly tâm thấp áp: cột áp dưới khoảng 1.000 Pa, dùng hút khói bếp, thông gió có ống ngắn.
• Ly tâm trung áp: khoảng 1.000–3.000 Pa, dùng hút bụi gỗ, hút khói hàn qua đường ống.
• Ly tâm cao áp: trên 3.000 Pa, dùng cấp gió lò đốt, thổi liệu, vận chuyển bụi bằng khí.

Về cách truyền động có loại lắp trực tiếp (cánh gắn thẳng cốt motor, gọn, ít bảo trì) và loại gián tiếp qua puly dây curoa (đổi được tốc độ bằng cách thay puly, motor nằm ngoài luồng khí nóng, bụi). Loại gián tiếp hay gặp ở hệ hút khí nóng trên 80°C vì motor không phải chịu nhiệt trực tiếp.

b) Quạt hút hướng trục

Khí đi vào và đi ra song song với trục quay. Lưu lượng lớn, cột áp thấp, tốn ít điện trên mỗi m³ gió nên rất hợp với thông gió tổng thể. Có các kiểu thân vuông gắn tường (quạt hút nhà xưởng, chuồng trại cánh 1m–1,4m), thân tròn nối ống, quạt hướng trục tròn trực tiếp và quạt dùng dây curoa.

c) Quạt hơi nước và quạt phun sương

Hai loại này làm mát chứ không thuần là hút. Hệ cooling pad gồm tấm giấy làm mát thấm nước ở một đầu xưởng và dãy quạt hút hướng trục ở đầu đối diện; gió kéo qua tấm ướt hạ nhiệt độ khoảng 4–8°C tùy độ ẩm. Quạt phun sương dùng bơm áp lực đẩy nước qua béc nhỏ, hợp với trang trại, sân bãi thoáng, ít hợp với xưởng có máy điện hoặc hàng sợ ẩm.

3) Cấu tạo quạt hút công nghiệp

• Vỏ quạt: tole mạ kẽm, inox hoặc composite với môi trường hóa chất. Quạt ly tâm có vỏ xoắn ốc, quạt hướng trục có khung vuông hoặc ống tròn.
• Cánh quạt: quyết định lưu lượng và cột áp. Ly tâm có cánh cong ngược (hiệu suất cao, ít quá tải), cánh cong xuôi kiểu lồng sóc (gọn, gió nhiều, áp vừa) và cánh hướng kính thẳng (chịu bụi bám tốt). Cánh phải được cân bằng động, lệch vài gam ở vành cánh lớn là quạt rung, ăn mòn bạc đạn.
• Motor quạt hút: nguồn động lực, thường là motor điện 3 pha 2 cực (khoảng 2.900 vòng/phút) cho quạt ly tâm áp cao, 4 cực (khoảng 1.450 vòng/phút) hoặc 6 cực (khoảng 960 vòng/phút) cho quạt cánh lớn.
• Bộ truyền động và khung đỡ: gối đỡ, puly, dây curoa, chân đế, cao su hoặc lò xo giảm chấn.
• Phụ kiện: lưới bảo vệ, lá sách chớp gió tự đóng khi tắt quạt, ống mềm nối miệng quạt chống truyền rung sang đường ống.

4) Đặc điểm motor quạt hút công nghiệp

a) Loại motor thường dùng

Phần lớn là motor không đồng bộ rotor lồng sóc, cách điện cấp F, cấp bảo vệ IP54–IP55, làm mát bằng quạt gió đuôi (IC411). Quạt nhỏ dưới 1,5kW cho hộ kinh doanh, bếp ăn hay dùng động cơ điện 1 pha 220V có tụ. Khu vực có hơi xăng dầu, bụi than, hơi dung môi thì chuyển qua motor phòng nổ. Motor gắn trong luồng khí nóng cần cách điện cấp H hoặc phải đưa ra ngoài bằng truyền động curoa.

b) Dòng điện, điện áp và biến tần cho motor quạt

Số ampe dưới đây là dòng định mức tham khảo của motor 4 cực đầy tải; thực tế đọc theo tem máy. Dòng 3 pha tính ở 380V, dòng 1 pha tính ở 220V.

• Motor 3 pha dưới 3kW thường đấu sao 380V; từ 4kW trở lên hay đấu tam giác 380V, khởi động sao – tam giác hoặc qua biến tần.
• Motor 1 pha lớn nhất phổ biến khoảng 7.5kW, dòng rất lớn nên quạt trên 2.2kW gần như đều dùng 3 pha.
• Biến tần cho quạt chọn chế độ tải nhẹ (đặc tính momen bậc hai), công suất bằng hoặc lớn hơn motor một cấp nếu quạt quán tính lớn, cài thời gian tăng tốc 15–40 giây.

Theo định luật quạt, lưu lượng tỉ lệ bậc nhất với tốc độ, cột áp tỉ lệ bình phương và công suất tỉ lệ lập phương. Giảm tần số từ 50Hz xuống 40Hz (tốc độ còn 80%) thì gió còn khoảng 80% nhưng điện tiêu thụ chỉ còn khoảng 51%. Đây là lý do biến tần được lắp nhiều cho hệ hút khói, thông gió chuồng trại chạy suốt ngày đêm.

c) Độ ồn, rung, nhiệt độ và độ ẩm

Tiếng ồn quạt phần lớn do tốc độ đầu cánh. Quạt 6 cực cánh lớn êm hơn rõ so với quạt 2 cực cánh nhỏ cùng lưu lượng. Rung thường do cánh mất cân bằng, bạc đạn mòn, chân đế yếu. Motor làm việc ở 40°C môi trường là chuẩn thiết kế; trên mức đó cần giảm tải hoặc chọn motor lớn hơn một cấp. Môi trường ẩm (chuồng trại, nhà sấy) nên dùng motor IP55, hộp cực có ron, sơn chống ẩm cuộn dây.

5) Thông số kỹ thuật và cách chọn quạt hút công nghiệp

Thứ tự chọn của thợ làm hệ gió: tính lưu lượng cần hút → tính tổn thất áp đường ống, co, lọc → chọn kiểu quạt và đường đặc tính → cuối cùng mới chọn motor có dư công suất 10–20%.

• Lưu lượng (m³/h): thể tích không gian nhân số lần trao đổi khí, hoặc theo vận tốc hút tại chụp hút (hút khói hàn khoảng 0,5–1 m/s tại miệng chụp).
• Cột áp (Pa): thông gió tường không ống chỉ cần 50–150 Pa; hệ có ống dài, lọc túi có thể cần 1.500–3.000 Pa.
• Công suất motor: P (kW) ≈ Q (m³/s) × ΔP (Pa) / (1000 × hiệu suất quạt). Ví dụ Q = 3 m³/s, ΔP = 800 Pa, hiệu suất 0,65 → khoảng 3,7kW, chọn motor 4kW.
• Điện áp: xưởng có điện 3 pha 380V thì dùng 3 pha; hộ dân chỉ có 1 pha 220V thì dùng motor 1 pha hoặc motor 3 pha 220V chạy biến tần 1 pha vào 3 pha ra.
• Vật liệu: tole mạ kẽm cho khí thường, inox 304 cho thực phẩm, composite/nhựa PP cho hơi axit.

6) Ứng dụng quạt hút công nghiệp

a) Ứng dụng quạt hút ly tâm

Quạt ly tâm hút khói hàn và khói bếp công nghiệp qua chụp hút, quạt hút bụi gỗ cho xưởng mộc, quạt hút bụi xi măng gắn sau lọc túi, quạt cấp gió lò hơi, quạt hút khí thải lò sấy, quạt hút hơi hóa chất trong phòng thí nghiệm, quạt hút mùi nhà máy chế biến thủy sản. Điểm chung là có đường ống và cần cột áp.

b) Ứng dụng quạt hút hướng trục

Quạt hút nhà xưởng gắn tường, quạt hút gió chuồng gà, chuồng heo kết hợp tấm làm mát, quạt thông gió tầng hầm, quạt hút khí nóng kho hàng, quạt thông gió nhà kính trồng rau, quạt hút hơi nóng xưởng dệt nhuộm. Thường lắp thành dãy 4–10 quạt, dùng motor 4 cực hoặc 6 cực trực tiếp hoặc qua curoa.

7) Ưu điểm và nhược điểm của từng loại quạt hút

• Quạt ly tâm: đẩy gió qua ống dài và qua lọc được, chịu bụi tốt; đổi lại kích thước lớn, giá cao hơn và ồn hơn ở tốc độ 2 cực.
• Quạt hướng trục: tốn ít điện trên mỗi m³ gió, lắp nhanh, rẻ; cột áp thấp nên đi ống dài hoặc qua lọc là tụt gió rõ.
• Truyền động trực tiếp: ít chi tiết, ít bảo trì; tốc độ cố định theo số cực, muốn đổi gió phải dùng biến tần.
• Truyền động curoa: đổi tốc độ bằng puly, motor tránh được khí nóng; phải căng và thay dây curoa định kỳ.

8) Lưu ý khi lắp đặt và vận hành quạt hút

Quạt thổi gió ra phía dưới ngang đầu người hoặc lối đi lại gây khó chịu và bụi bay vào người, nên miệng xả thường đặt cao hoặc hướng ra khu ít người. Nguyên tắc bố trí là gió vào và gió ra ở hai đầu đối diện để luồng khí quét hết xưởng, tránh đặt quạt hút sát cửa lấy gió làm gió đi tắt.

Phía điện, mỗi quạt cần CB hoặc khởi động từ kèm relay nhiệt cài đúng dòng tem, dây cấp chọn theo dòng và chiều dài (xem thêm bảng tra tiết diện dây dẫn cho motor). Quạt chạy lần đầu cần kiểm tra chiều quay theo mũi tên trên vỏ; quạt ly tâm quay ngược vẫn ra gió nhưng chỉ đạt khoảng 30–50% lưu lượng, rất dễ bị bỏ qua.

9) Câu hỏi thường gặp về quạt hút công nghiệp và motor quạt hút

a) Người sắp mua quạt hút công nghiệp cần hỏi gì, xác minh gì

• Cần hỏi người bán những thông số nào? Hỏi đủ bốn con số: lưu lượng (m³/h), cột áp (Pa hoặc mmH₂O), công suất motor (kW) và tốc độ quay (vòng/phút). Người bán chỉ nói "quạt 3kW" mà không có lưu lượng, cột áp thì không đủ căn cứ, vì cùng 3kW một quạt hướng trục cho 30.000 m³/h ở 150 Pa, còn một quạt ly tâm chỉ cho khoảng 6.000 m³/h nhưng ở 1.200 Pa.
• Xem gì trên tem motor quạt hút? Tem phải có công suất kW, điện áp 220/380V hoặc 380/660V, dòng định mức A, tốc độ, tần số 50Hz, cấp cách điện F, cấp IP, hệ số công suất cos φ và năm sản xuất. Đem dòng trên tem so với bảng dòng tham khảo: motor ghi 4kW mà dòng tem chỉ khoảng 6A ở 380V là con số bất thường, cần hỏi lại.
• Làm sao biết motor bị "nâng công suất" so với quảng cáo? Cách đơn giản là so khối lượng và kích thước khung (frame) với motor chuẩn cùng công suất: motor 3 pha 4kW 4 cực thường dùng khung 112M, nặng khoảng 30–40kg vỏ gang. Motor nhẹ hơn hẳn, khung nhỏ hơn một bậc thì khả năng cao là quấn thiếu đồng, chạy nóng khi kéo đủ tải.
• Chọn 2 cực, 4 cực hay 6 cực? Quạt hướng trục cánh lớn gắn tường thường 4 cực hoặc 6 cực cho êm và bền bạc đạn. Quạt ly tâm trung và cao áp hay dùng 2 cực để đạt cột áp. Đổi số cực cho cùng một cánh quạt là đổi cả lưu lượng lẫn công suất kéo, phải tính lại chứ không thay ngang được.
• Giá quạt hút công nghiệp khoảng bao nhiêu? Theo giá trung bình thị trường Việt Nam, quạt hướng trục vuông gắn tường cánh 1m–1,4m motor 0.75–1.5kW nằm khoảng vài triệu đồng mỗi bộ; quạt ly tâm trung áp 3–7.5kW dao động từ vài chục triệu tùy vật liệu vỏ và thương hiệu motor. Báo giá chênh nhau nhiều thường do motor (dây đồng hay nhôm, xuất xứ) và độ dày tole vỏ.

b) Người đã mua quạt hút: lắp cho đúng, dùng cho tiết kiệm điện

• Đấu điện motor quạt hút 3 pha thế nào? Xem tem: ghi Δ/Y 220/380V thì lưới 380V đấu sao (Y); ghi Δ/Y 380/660V thì lưới 380V đấu tam giác (Δ). Motor từ khoảng 5.5kW nên khởi động sao – tam giác hoặc biến tần để giảm dòng khởi động, vốn gấp 5–7 lần dòng định mức.
• Chạy thử lần đầu cần kiểm tra gì? Nhấp quạt vài giây để xem chiều quay; chạy không tải 10–15 phút rồi đo dòng bằng ampe kìm từng pha. Ba pha lệch nhau trên 10% là có vấn đề ở nguồn hoặc cuộn dây. Khi đã nối đủ ống và mở hết van gió, dòng đo được phải thấp hơn dòng tem.
• Làm sao cho quạt hút chạy tiết kiệm điện? Lắp biến tần và giảm tần số theo nhu cầu: chuồng trại ban đêm, mùa lạnh có thể chạy 35–40Hz. Với quạt ly tâm có van gió, mở hết van và giảm tần số thay vì đóng bớt van, vì đóng van chỉ làm mất áp chứ điện giảm rất ít.
• Quạt chạy rung, kêu rè thì xử lý ra sao? Tắt nguồn, kiểm tra bu lông chân đế và giảm chấn trước. Sau đó xem cánh có bám bụi dầu dày một bên không, vệ sinh sạch rồi chạy lại. Rung kèm tiếng hú tăng dần theo thời gian thường là bạc đạn khô mỡ hoặc rơ, cần thay bạc đạn cùng mã (ví dụ 6205ZZ, 6306ZZ) đúng như in trên vòng bạc cũ.
• Bao lâu bơm mỡ, thay dây curoa? Motor có vú mỡ thường bơm bổ sung sau khoảng 2.000–4.000 giờ chạy, lượng ít, không bơm đầy ổ. Dây curoa kiểm tra độ căng mỗi tháng, ấn giữa nhịp lún khoảng 1–2cm là vừa; dây nứt chân, bóng mặt thì thay cả bộ cùng lúc.

c) Các lỗi thường mắc khi chọn và dùng quạt hút, cách sửa

• Quạt hướng trục nối vào ống dài, gió ra yếu: triệu chứng là motor chạy êm, dòng thấp nhưng miệng chụp hút gần như không có gió. Nguyên nhân là quạt hướng trục cột áp thấp, gặp ống dài, nhiều co thì tụt lưu lượng. Cách sửa: rút ngắn ống, giảm số co 90°, tăng đường kính ống, hoặc thay bằng quạt ly tâm trung áp có cột áp phù hợp.
• Quạt ly tâm chạy không có ống bị nhảy relay nhiệt: quạt cánh cong xuôi khi xả tự do (không có tổn thất) sẽ tải nặng nhất, dòng vượt tem. Cách sửa: lắp đủ ống và lọc như thiết kế, hoặc tạm đóng bớt van gió đến khi dòng về dưới tem; về lâu dài dùng biến tần giới hạn tần số.
• Đấu sai sao – tam giác: motor tem 220/380V mà đấu tam giác vào lưới 380V sẽ nóng rất nhanh, dòng cao, có mùi khét, cháy cuộn sau vài phút đến vài giờ. Ngược lại motor 380/660V đấu sao vào 380V thì yếu, quạt chậm, dòng cao khi có tải. Cách sửa: tắt điện, đối chiếu tem, đổi lại cầu nối trong hộp cực, đo cách điện bằng megomet trước khi chạy lại.
• Quay ngược chiều mà không biết: quạt ly tâm quay ngược vẫn thổi ra một ít gió nên nhiều người tưởng quạt yếu. Cách sửa: đảo hai trong ba dây pha cấp vào motor, kiểm tra lại theo mũi tên chiều quay trên vỏ.
• Cài relay nhiệt quá cao "cho khỏi nhảy": relay để gấp 1,5–2 lần dòng tem thì motor mất bảo vệ, khi kẹt cánh hoặc mất pha là cháy. Cách sửa: chỉnh relay bằng 1,0–1,1 lần dòng tem, tìm nguyên nhân nhảy (tải nặng, mất pha, điện áp thấp) chứ không tăng ngưỡng.

d) Dành cho sinh viên cơ điện mới vào ngành: nên tìm hiểu gì trước về quạt hút

• Cần nắm những khái niệm nào trước? Lưu lượng, áp tĩnh, áp động, áp toàn phần, đường đặc tính quạt và đường đặc tính hệ thống, điểm làm việc. Về phần điện: công suất định mức, dòng định mức, hệ số công suất, tốc độ đồng bộ (3.000 – 1.500 – 1.000 vòng/phút với 2 – 4 – 6 cực ở 50Hz), hệ số trượt, cấp cách điện F, cấp bảo vệ IP.
• Nên học thiết bị nào trước? Bắt đầu từ motor 3 pha rotor lồng sóc vì gần như mọi quạt hút đều dùng nó, sau đó tới quạt hướng trục (đơn giản, dễ hình dung), rồi quạt ly tâm và cuối cùng là hệ thống ống gió, lọc bụi. Hiểu motor trước sẽ dễ hiểu vì sao quạt ly tâm đổi cánh là đổi tải.
• Thứ tự học hợp lý? Học cách đọc tem motor và đấu sao – tam giác, tiếp theo là định luật quạt (lưu lượng – áp – công suất theo tốc độ), sau đó là cách tính tổn thất áp đường ống, cuối cùng là biến tần và điều khiển tự động theo nhiệt độ, độ ẩm. Thư mục kỹ thuật motor điện có các bài nền tảng để học theo thứ tự này.
• Tự kiểm chứng bằng dụng cụ đo thế nào? Dùng ampe kìm đo dòng ba pha khi quạt chạy có tải và không tải, so với tem; dùng megomet 500V đo cách điện cuộn dây với vỏ (motor còn tốt thường trên vài MΩ); dùng đồng hồ đo tốc độ gió ở miệng quạt nhân tiết diện miệng để ước lưu lượng. Tự đo vài quạt thực tế sẽ thấy rõ quạt ly tâm đóng van thì dòng giảm, còn quạt hướng trục bị nghẹt thì dòng lại tăng.
• Sai lầm hay gặp ở người mới học? Nghĩ công suất motor lớn thì gió mạnh. Gió do cánh và tốc độ quyết định; motor chỉ cần đủ để kéo cánh ở điểm làm việc. Lắp motor to hơn mà giữ nguyên cánh thì gió gần như không đổi, chỉ tốn tiền đầu tư và hệ số công suất kém hơn khi chạy non tải.

Nội dung liên quan:

• Motor Điện 3 Pha Xuất Khẩu Châu Âu, Cấu Tạo, Ký Hiệu, Tiêu Chuẩn Thiết Kế
• Giá Motor 3 Pha Hitachi Toshiba Mitsu Nhật, ABB, Siemens Đức, Giá Quấn Lại Motor Toàn Quốc
• Biến Tần Điều Khiển Tốc Độ Motor 3 Pha, Lợi Ích, Khái Niệm
• Động Cơ Parma, Thương Hiệu Bán Chạy Nhất Việt Nam, Quy Mô Tập Đoàn
• Cách Đấu Điện Motor 1 Pha, Đấu tụ, Đảo Chiều Tùy Ý