Hầu hết các bộ truyền động bên trong thiết bị HVAC đều đảm nhận một trong hai nhiệm vụ sau: xoay cánh van điều tiết 90 độ và giữ nó chống lại áp suất tĩnh của ống dẫn, hoặc quay một quạt nhỏ một cách chậm rãi và liên tục. Cả hai đều là vấn đề liên quan đến mô-men xoắn chứ không phải tốc độ, và cả hai thường được giải quyết bằng một bộ truyền động nhỏ gọn động cơ bánh răng cho hệ thống HVAC hoạt động trong khung góc vuông thay vì sử dụng động cơ đa năng kết hợp với hộp giảm tốc riêng biệt. Hướng dẫn này trình bày nguyên tắc lựa chọn công suất cho các bộ xử lý không khí, hộp VAV, lò sưởi độc lập và hệ thống truyền động quạt tháp làm mát.
Câu trả lời ngắn gọn: Bắt đầu từ mô-men xoắn đầu ra yêu cầu tính bằng N·m — diện tích cánh nhân với áp suất tĩnh trong ống dẫn, đã điều chỉnh theo hình học cơ cấu liên kết và biên độ an toàn — sau đó chọn tỷ số truyền mang lại thời gian di chuyển phù hợp với yêu cầu. Một động cơ bánh răng AC góc vuông 25 W có thể đáp ứng tải trọng cho phép khoảng 0,45–7,84 N·m ở tốc độ 5–500 vòng/phút, đủ cho các van điều tiết vùng, hộp VAV nhỏ và bộ truyền động quạt nhẹ. Nếu tải trọng cao hơn mức này, hãy chuyển sang các khung động cơ góc vuông có công suất từ 40–140 W và 120–300 W.
HVAC là một thuật ngữ bao quát, và các yêu cầu về bộ truyền động trong lĩnh vực này rất đa dạng. Việc phân chia nhiệm vụ dựa trên cách thức hoạt động của tải sẽ hữu ích hơn là dựa trên tên gọi của thiết bị.
Tất cả các ứng dụng này đều yêu cầu tốc độ đầu ra thấp và mô-men xoắn vừa phải từ một thiết bị có kích thước nhỏ gọn — đây chính là phạm vi hoạt động của động cơ giảm tốc AC góc vuông, trong đó hộp số làm trục đầu ra xoay 90 độ so với trục động cơ, nhờ đó động cơ nằm song song với trục được truyền động.
Việc xác định kích thước van điều tiết là phép tính phổ biến nhất trong hệ thống HVAC và cũng là trường hợp thường xuyên xảy ra hiện tượng chọn kích thước quá lớn hoặc quá nhỏ nhất. Ba con số sẽ quyết định kết quả.
Mô-men xoắn cần thiết phụ thuộc vào chênh lệch áp suất qua cánh quạt và diện tích mà nó tác động lên, cộng với ma sát trong ổ trục cánh quạt và cơ cấu liên kết. Một cánh quạt lớn trong ống dẫn chính có áp suất tĩnh cao cần mô-men xoắn lớn hơn nhiều so với một cánh quạt nhỏ trong thiết bị đầu cuối ở nhánh áp suất thấp, và cơ cấu liên kết thường hoạt động trong điều kiện bất lợi về mặt cơ học do chiều dài của cánh tay bộ truyền động và cánh tay cánh quạt khác nhau. Tính mô-men xoắn của cánh quạt từ diện tích và áp suất, nhân với tỷ số truyền động, sau đó cộng thêm khoảng 25–50% để bù cho ma sát ổ trục, lực cản của phớt và bụi tích tụ. Kết quả thu được là mô-men xoắn mà hộp số phải cung cấp. với tốc độ thực tế mà lưỡi dao di chuyển, chứ không phải mô-men xoắn định mức của động cơ.
Các van điều tiết được quy định theo thời gian hành trình thay vì vòng/phút, bởi vì một hành trình 90 độ sẽ mất cùng một khoảng thời gian bất kể bạn mô tả nó như thế nào. Các bộ truyền động van điều tiết thương mại thường được quy định ở mức 60–150 giây cho hành trình đầy đủ, tương đương với khoảng 3–10 vòng/phút tại trục hộp số đối với đầu ra một phần tư vòng quay. Một động cơ cảm ứng xoay chiều 4 cực chạy ở tốc độ khoảng 1250–1550 vòng/phút ở tần số 50/60 Hz, do đó, bộ truyền động van điều tiết cần có tỷ số giảm tốc trong khoảng 100:1 đến 300:1. Mô-tơ bánh răng loại bỏ các bước lắp ghép như khớp nối, giá đỡ và căn chỉnh mà một bộ giảm tốc riêng biệt sẽ thêm vào quá trình lắp ráp.
Khi cánh quạt đạt đến vị trí, bộ truyền động phải chống lại lực đẩy nó quay ngược lại. Hộp số có tỷ số truyền cao sẽ tăng đáng kể lực cản chống quay ngược, nhưng đó chỉ là một lực cản chứ không phải là sự đảm bảo. Trong trường hợp quy trình yêu cầu van điều tiết phải đóng lại khi mất điện, hãy chỉ định sử dụng cơ cấu hồi vị bằng lò xo hoặc cơ cấu liên kết an toàn thay vì dựa vào hộp số.
Hoạt động của quạt khác với hoạt động của van điều tiết: van điều tiết phải chịu tải tĩnh và có thời gian không hoạt động kéo dài, trong khi quạt phải quay liên tục và chịu lực đột biến khi khởi động. Ba yếu tố này ảnh hưởng đến việc lựa chọn.
Đối với quạt làm mát hoặc máy sưởi độc lập, khung góc vuông công suất 25 W thường là đủ. Trên tháp làm mát hoặc quạt hút lớn, mô-men xoắn nằm trong phạm vi mà khung góc vuông công suất 40–140 W hoặc 120–300 W là điểm khởi đầu thực tế, với động cơ được lắp đặt bên ngoài luồng không khí ẩm và truyền động bằng dây đai vào trục quạt.
Hãy coi các số liệu dưới đây là các khoảng tham khảo để bắt đầu cuộc thảo luận, chứ không phải là các lựa chọn cuối cùng. Bảng tải trọng cho phép đối với khung cụ thể sẽ xác nhận lựa chọn này.
| Nhiệm vụ về hệ thống HVAC | Mô-men xoắn đầu ra tiêu biểu | Tốc độ đầu ra thông thường | Khung đầu tiên |
|---|---|---|---|
| Van điều tiết vùng hoặc van điều tiết hộp VAV | 1–3 N·m | 3–10 vòng/phút | 25 W góc vuông |
| Van điều tiết ống dẫn chính / AHU | 5–15 N·m | 3–8 vòng/phút | 40–140 W, góc vuông |
| Quạt của bộ trao đổi nhiệt dạng quạt (fan coil) hoặc quạt của bộ sưởi dạng đơn vị (unit heater) | 1–4 N·m | 20–100 vòng/phút | 25 W góc vuông |
| Tháp làm mát / quạt hút (truyền động bằng dây đai) | 10–20 N·m | 10–40 vòng/phút | 120–300 W góc vuông |
| Bộ truyền động van hệ thống nước nóng (loại xoay 1/4 vòng) | 3–10 N·m | 3–10 vòng/phút | 25–140 W, góc vuông |
Có hai thông số cần được xem xét kỹ lưỡng. Tốc độ đầu ra không phải là thông số độc lập: mỗi cấp giảm tốc làm giảm tốc độ cũng đồng thời làm tăng mô-men xoắn có sẵn, do đó hai thông số này phải được lựa chọn song song với nhau. Và tải trọng cho phép được công bố cho một động cơ giảm tốc chỉ áp dụng ở một tốc độ đầu ra cụ thể — một khung chịu được 7,84 N·m ở 5 vòng/phút sẽ chịu được tải trọng thấp hơn nhiều ở 500 vòng/phút. Đọc Bảng kích thước động cơ bánh răng Chạy ở tốc độ không phù hợp là nguyên nhân phổ biến nhất khiến động cơ hoạt động bình thường trên bàn thử nghiệm nhưng lại bị kẹt khi lắp vào ống dẫn.
Đối với các công việc HVAC quy mô nhỏ, Động cơ giảm tốc bánh răng góc vuông 4GN 25 W là một điểm tham chiếu hữu ích vì các giới hạn đã công bố của nó hoàn toàn phù hợp với các điều kiện vận hành thực tế của bộ giảm chấn và quạt nhẹ.
Tùy chọn điện một pha 110 V đóng vai trò quan trọng trong các công trình cải tạo, nơi các thiết bị lắp trên mái nhà hoặc hộp đầu cuối được cấp điện từ nguồn điện cũ và việc lắp đặt một mạch điện ba pha mới là không khả thi.
Khi tải trọng vượt quá khả năng chịu tải của khung đó, cùng dòng sản phẩm góc vuông này sẽ được mở rộng quy mô. Dòng sản phẩm Động cơ góc vuông 5GU 40–140 W áp dụng cho các van điều tiết AHU cỡ lớn và các bộ truyền động quạt nặng hơn với khung 90 mm và tỷ số truyền lên đến 500:1. Đối với các ứng dụng liên quan đến tháp làm mát và quạt hút cỡ lớn, Động cơ góc vuông 6GU 120–300 W là bước tiến tiếp theo. Việc duy trì thiết kế trong cùng một dòng sản phẩm giúp đảm bảo sự nhất quán về kiểu lắp đặt và hình học trên toàn bộ dòng sản phẩm, bao gồm nhiều kích cỡ thiết bị khác nhau.
Bộ phụ kiện lắp đặt. Một động cơ bánh răng truyền động cho van điều tiết thông qua một cơ cấu liên kết sẽ tạo ra mô-men phản ứng, và mô-men này cần được truyền đi đâu đó. Thanh truyền mô-men, mặt bích có kích thước phù hợp và khớp nối linh hoạt giúp bảo vệ ổ trục đầu ra của hộp số khỏi những tải trọng mà nó không được thiết kế để chịu; Hướng dẫn về phụ kiện động cơ giảm tốc giải thích cách các bộ phận này được lựa chọn sao cho phù hợp với kích thước khung xe.
Chu kỳ làm việc. Việc điều chỉnh vị trí van điều tiết diễn ra không liên tục, và một động cơ có công suất định mức 30 phút, có thể chạy hai chiều, hoàn toàn đáp ứng được yêu cầu này. Quạt quay liên tục, và cùng một động cơ đó sẽ dễ bị quá nhiệt và hỏng sớm. Hãy đảm bảo công suất định mức phù hợp với điều kiện làm việc thực tế, và nếu hai thông số này không khớp nhau, hãy chọn khung động cơ lớn hơn một cỡ.
Môi trường xung quanh và sự xâm nhập. Một động cơ bánh răng công nghiệp tiêu chuẩn phù hợp với phòng máy khô ráo nhưng không phải là thiết bị có khả năng chống nước hoặc chống thời tiết, do đó không nên lắp đặt ở những vị trí có thể bị phun nước trực tiếp hoặc ngưng tụ hơi nước kéo dài. Đối với tháp làm mát, điều này có nghĩa là phải sử dụng hệ thống truyền động bằng dây đai để truyền động xuống trục quạt, với động cơ được đặt bên ngoài luồng không khí. Đối với lần tính toán đầu tiên, Hướng dẫn thực tế về cách lựa chọn động cơ giảm tốc giải thích chi tiết các bước về mô-men xoắn, tốc độ và tỷ số truyền thông qua các ví dụ minh họa cụ thể.
| Sai lầm | Điều gì sẽ xảy ra | Thay vào đó nên làm gì |
|---|---|---|
| Xác định kích thước dựa trên mô-men xoắn định mức của động cơ thay vì tải trọng cho phép | Hộp số bị quá tải, dẫn đến răng bánh răng bị mòn hoặc bong tróc | Hãy tham khảo bảng tải cho phép tại tốc độ đầu ra thực tế của bạn |
| Bỏ qua lực liên kết và ma sát ổ trục | Lưỡi dao bị kẹt ở giữa hành trình | Thêm biên độ 25–50% vào mô-men xoắn cánh quạt đã tính toán |
| Sử dụng động cơ có công suất định mức 30 phút cho quạt chạy liên tục | Động cơ bị quá nhiệt và tuổi thọ giảm mạnh | Chuyển sang khung lớn hơn một cỡ hoặc chỉ định một thiết bị hoạt động liên tục |
| Chọn tốc độ đầu ra trước khi chọn mô-men xoắn | Gói phần mềm điều khiển phải được chỉnh sửa lại sau lần thử nghiệm đầu tiên | Trước tiên, hãy thiết lập mô-men xoắn và tỷ số truyền, sau đó xác nhận thời gian di chuyển |
| Giả sử hộp số vẫn giữ nguyên vị trí khi mất nguồn | Van điều tiết bị lệch khỏi vị trí khi áp suất cấp giảm | Sử dụng cơ chế tự trở về vị trí ban đầu bằng lò xo hoặc cơ chế an toàn tự động khi cần thiết |
| Lắp đặt động cơ tiêu chuẩn trong khu vực tháp ướt | Sự xâm nhập của độ ẩm, sự ăn mòn và hỏng hóc sớm | Di chuyển động cơ ra khỏi luồng khí và sử dụng bộ giảm tốc bằng dây đai |
Việc lựa chọn động cơ giảm tốc cho hệ thống HVAC phụ thuộc vào bốn thông số: mô-men xoắn đầu ra yêu cầu, tốc độ đầu ra yêu cầu, chu kỳ làm việc và nhiệt độ môi trường. Xác định mô-men xoắn dựa trên diện tích cánh quạt, áp suất tĩnh và hình học cơ cấu truyền động, kèm theo một biên độ an toàn; xác định tốc độ dựa trên thời gian di chuyển mà trình tự điều khiển yêu cầu; sau đó kiểm tra xem tải trọng cho phép ở tốc độ đó có nằm trong phạm vi khung động cơ đã chọn hay không. Hầu hết các van điều tiết vùng, hộp VAV nhỏ và bộ truyền động quạt nhẹ đều thuộc khung góc vuông 25 W; các van điều tiết ống dẫn lớn hơn và quạt tháp giải nhiệt thuộc các khung 40–140 W và 120–300 W.
Nếu quý khách không muốn tự mình tra cứu các bảng tỷ số và tải trọng cho phép, vui lòng cung cấp kích thước van điều tiết, áp suất tĩnh của ống dẫn, thời gian di chuyển mục tiêu và điện áp nguồn; đội ngũ tại Tenchuan sẽ lựa chọn một động cơ bánh răng góc vuông phù hợp với điều kiện làm việc và xác nhận kích thước khung dựa trên dữ liệu tải trọng đã công bố.
Điều này phụ thuộc vào diện tích cánh van, áp suất tĩnh trong ống dẫn và hình học cơ cấu liên kết, chứ không phụ thuộc vào tên gọi của thiết bị. Các van điều tiết khu vực nhỏ và van VAV thường cần mô-men xoắn từ 1–3 N·m và phù hợp với khung góc vuông công suất 25 W. Các van điều tiết ống dẫn chính và van AHU thường cần mô-men xoắn từ 5–15 N·m, do đó phạm vi lựa chọn sẽ nằm trong khoảng 40–140 W.
Thông thường thì không. Một bộ truyền động góc vuông công suất 25 W đạt mô-men xoắn đầu ra tối đa cho phép khoảng 7,84 N·m ở các tỷ số truyền thấp nhất — đủ cho các van điều tiết cỡ nhỏ và vừa, nhưng chưa đáp ứng được nhu cầu của một cánh quạt lớn trong ống dẫn có áp suất tĩnh cao.
Tính ngược lại từ thời gian di chuyển. Một hành trình 90 độ trong khoảng 60–150 giây tương ứng với khoảng 3–10 vòng/phút tại đầu ra của hộp số, điều này có nghĩa là tỷ số truyền nằm trong khoảng từ 100:1 đến 300:1 đối với động cơ 50/60 Hz.
Hệ thống bánh răng tỷ số cao có khả năng chống lại lực quay ngược, giúp bộ giảm chấn giữ nguyên vị trí, nhưng khả năng chống lại này không phải là chức năng giữ vị trí được chứng nhận. Trong trường hợp cần hoạt động an toàn khi hỏng hóc, hãy sử dụng cơ cấu hồi vị bằng lò xo hoặc cơ cấu liên kết an toàn khi hỏng hóc.
Một động cơ bánh răng công nghiệp tiêu chuẩn được thiết kế để sử dụng trong điều kiện trong nhà khô ráo và không phải là sản phẩm chịu được rửa trôi hoặc chống thời tiết. Khi lắp đặt trên tháp, hãy lắp động cơ ở vị trí nằm ngoài luồng không khí ẩm, sử dụng bộ giảm tốc bằng dây đai để truyền động vào trục quạt, đồng thời xác nhận mức độ bảo vệ chống xâm nhập phù hợp với yêu cầu lắp đặt.
Đây không phải là loại động cơ dùng để điều chỉnh vị trí van điều tiết. Các mẫu có thời gian định mức 30 phút và khả năng đảo chiều được thiết kế dành cho chế độ làm việc gián đoạn. Để vận hành liên tục, hãy chọn khung động cơ lớn hơn một cỡ hoặc chọn loại có định mức làm việc liên tục.
