Giải thích chi tiết: Hút khói hàn – chụp hút, ống gió, quạt

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

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

Hình TB32.2 – Sơ đồ hình thành công thức: số liệu → từng công thức con → kết luận

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

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.