Lưu lượng hút để đạt vận tốc bắt giữ tại vị trí hàn, đường kính ống gió theo vận tốc vận chuyển và công suất quạt.
Giải thích chi tiết
- Bài toán dùng để làm gì
- Hình dung đơn giản
- Kiến thức nền cần có
- Các đại lượng và lấy số liệu ở đâu
- Xây dựng công thức từng bước
- Lời giải mẫu từng bước
- Áp dụng thực tế và lưu ý
Bài toán dùng để làm gì
Robot hàn và hàn tay sinh khói chứa bụi kim loại, cần hút tại chỗ để bảo vệ công nhân và đáp ứng yêu cầu an toàn vệ sinh lao động. Bài toán tính lưu lượng hút mỗi chụp để đạt vận tốc bắt giữ tại điểm hàn, tổng lưu lượng, đường kính ống gió chính và công suất quạt.
Hình dung đơn giản
Hãy tưởng tượng
Dùng máy hút bụi cầm tay: đưa sát miệng hút thì bụi bị hút ngay, đưa xa chỉ 2–3 gang tay là gần như hết tác dụng – sức hút giảm rất nhanh theo khoảng cách (theo bình phương). Muốn hút được khói ở xa hơn thì phải tăng lưu lượng rất nhiều, nên luôn đặt chụp hút càng gần mối hàn càng tốt.
Kiến thức nền cần có
Đọc lại các mục sau ở Chương 0 nếu chưa nắm chắc: 0.15 áp suất/lưu lượng · 0.12 công suất, hiệu suất · 0.2 đơn vị (m³/h, Pa, m/s)
Các đại lượng và lấy số liệu ở đâu
| Ký hiệu | Ý nghĩa | Đơn vị | Lấy số liệu ở đâu |
|---|---|---|---|
| v | Vận tốc bắt giữ cần tại điểm hàn | m/s | ACGIH Industrial Ventilation: khói hàn 0,5–1,0 m/s |
| x | Khoảng cách từ miệng chụp đến điểm hàn | m | Bố trí trạm hàn; nên ≤ 0,3–0,5 m |
| A | Diện tích miệng chụp | m² | Bản vẽ chụp hút |
| Gờ | Có gờ (vành) quanh miệng chụp hay không | – | Bản vẽ; có gờ giảm lưu lượng ≈ 25 % |
| n | Số chụp hút nối chung một quạt | cái | Số trạm hàn |
| vd | Vận tốc gió trong ống chính | m/s | Khói, bụi nhẹ 10–15 m/s (đủ để bụi không lắng) |
| Δp | Tổng tổn thất áp suất hệ thống: chụp, ống, co, lọc | Pa | Tính tổn thất ống + catalogue bộ lọc (Donaldson, Nederman, Kemper, Plymovent) |
| η | Hiệu suất quạt | – | Catalogue quạt (Ziehl-Abegg, Ebm-papst, quạt ly tâm trong nước): 0,55–0,8 |
Xây dựng công thức từng bước
Công thức tổng quát không “từ trên trời rơi xuống”: nó được ghép từ những công thức con đơn giản. Đi lần lượt từng bước:
Bước 1. Lưu lượng mỗi chụp
Công thức DallaValle: để có vận tốc v tại khoảng cách x, chụp phải hút một lưu lượng tăng theo bình phương x; có gờ thì giảm 25 %:
Q1 = v·(10·x² + A)·3600 (×0,75 khi có gờ)
Bước 2. Tổng lưu lượng
Cộng tất cả các chụp chạy cùng lúc:
Q = n·Q1
Bước 3. Đường kính ống gió chính
Lưu lượng chia vận tốc ra diện tích ống, đổi ra đường kính:
d = √(4·Q / (π·vd))
Bước 4. Công suất quạt và cỡ động cơ
Công suất = lưu lượng × áp suất chia hiệu suất; thêm 15 % dự phòng và lấy cỡ động cơ chuẩn:
P = Q·Δp / η ; Pm ≥ 1,15·P
Lời giải mẫu từng bước (số liệu mẫu của công cụ tính ở đầu trang)
Bước A – Số liệu đầu vào (ô vàng của công cụ tính). Đây là bộ số ví dụ có sẵn; khi làm thật bạn thay bằng số của mình:
| TT | Đại lượng | Ký hiệu | Giá trị | Đơn vị | Ghi chú / nguồn |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | Vận tốc bắt giữ tại điểm hàn | v | 0,75 | m/s | Khói hàn 0,5–1,0 m/s |
| 2 | Khoảng cách miệng chụp đến điểm hàn | x | 0,3 | m | |
| 3 | Diện tích miệng chụp | A | 0,12 | m² | |
| 4 | Có gờ (flange) quanh miệng chụp? | fl | Không | Có gờ giảm lưu lượng ~25 % | |
| 5 | Số chụp hút | n | 4 | ||
| 6 | Vận tốc trong ống gió | vd | 15 | m/s | Khói, bụi nhẹ 10–15 m/s |
| 7 | Tổn thất áp suất hệ thống | Δp | 1 500 | Pa | |
| 8 | Hiệu suất quạt | η | 0,65 |
Bước B – Tính lần lượt (web tự tính, bạn có thể bấm tay để kiểm tra lại). Dòng xanh lá là kết quả chính:
| TT | Đại lượng | Ký hiệu | Kết quả | Đơn vị | Công thức / cách tính |
|---|---|---|---|---|---|
| 9 | Lưu lượng mỗi chụp | Q1 | 2 754 | m³/h | Q = v·(10x² + A) (×0,75 khi có gờ) |
| 10 | TỔNG LƯU LƯỢNG | Q | 11 016 | m³/h | |
| 11 | Đường kính ống gió chính | d | 509,6 | mm | d = √(4Q/(π·v)) |
| 12 | CÔNG SUẤT QUẠT | P | 7,06 | kW | P = Q·Δp/η |
| 13 | Cỡ động cơ (dự phòng 15 %) | Pm | 11 | kW |
Bước C – Kết luận ví dụ
Kết quả chính: Lưu lượng mỗi chụp = 2 754 m³/h; TỔNG LƯU LƯỢNG = 11 016 m³/h; CÔNG SUẤT QUẠT = 7,06 kW.
Nếu đổi số liệu ở ô vàng, mọi kết quả tự tính lại. Ô nào báo KHÔNG ĐẠT thì xem mục Áp dụng thực tế bên dưới để biết cần sửa gì.
Áp dụng thực tế và lưu ý
- Ví dụ trên trang tính: x = 0,3 m đã chiếm phần lớn lưu lượng (10·0,09 = 0,9 so với A = 0,12). Đưa chụp gần còn 0,2 m thì lưu lượng giảm gần một nửa.
- Chọn quạt: đặt điểm (Q, Δp) lên đường đặc tính quạt ly tâm; tổn thất qua lọc tăng dần khi lọc bẩn, nên tính Δp ở trạng thái lọc bẩn.
- Nếu quạt quá lớn: dùng chụp có gờ, đưa chụp sát hơn, dùng van đóng các nhánh không hàn, hoặc chọn súng hàn có hút khói tại mỏ (fume extraction torch) cho robot.
- Làm tròn đường kính ống lên cỡ chuẩn (450, 500, 560 mm); nếu chọn nhỏ hơn thì vận tốc và tổn thất tăng.
- Khói hàn có tia lửa: lắp tấm chặn tia lửa trước bộ lọc để tránh cháy lọc.