Embed Size (px)
Citation preview
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOTRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MÁY VẬN CHUYỂN TRẤU BẰNG PHƯƠNG PHÁP KHÍ ĐỘNG
Họ và tên sinh viên : Nguyễn Tuấn ĐạtNgành :CƠ KHÍ CB VÀ BQNSTPNiên khóa : 2005 – 2009
TP. HỒ CHÍ MINH- 07/2009
1
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MÁY VẬN CHUYỂN TRẤU BẰNG PHƯƠNG PHÁP KHÍ ĐỘNG
Tác giả
NGUYỄN TUẤN ĐẠT
Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp bằng kỹ sư ngànhCƠ KHÍ CHẾ BIẾN BẢO QUẢN NÔNG SẢN THỰC PHẨM
Giáo viên hướng dẫn :TS. LÊ ANH ĐỨC
NGUYỄN HẢI ĐĂNG
2
Tháng 07 năm 2009
3
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MÁY VẬN CHUYỂN TRẤU BẰNG
PHƯƠNG PHÁP KHÍ ĐỘNG
Tác giả
NGUYỄN TUẤN ĐẠT
Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp bằng kỹ sư ngành
CƠ KHÍ CHẾ BIẾN BẢO QUẢN NÔNG SẢN THỰC PHẨM
Giáo viên hướng dẫn :
TS. LÊ ANH ĐỨC
KS. NGUYỄN HẢI ĐĂNG
Trang 4
LỜI CẢM TẠ
Để hoàn thành tốt đề tài này em đã nhận được nhiều sự giúp đỡ tận tình từ
các thầy Nguyễn Hải Đăng và Nguyễn Thanh Phong. Đặc biệt em xin gửi tới thầy
TS. Lê Anh Đức những lời cảm ơn chân thành nhất, mặc dù trong quá trình thực
hiện đề tài em đã có rất nhiều thiếu sót nhưng vẫn luôn được thầy tạo điều kiện hết
sức thuận lợi để có thể hoàn thành đề tài.
Chân thành cảm tạ:
Thầy TS. Nguyễn Như Nam.
Ban Chủ Nhiệm Khoa Cơ Khí - Công Nghệ Trường Đại Học Nông Lâm
TP.Hồ Chí Minh.
Ban Giám Hiệu Trường Đại Học Nông Lâm- TP Hồ Chí Minh.
Quý thầy cô Khoa Cơ Khí - Công Nghệ đã tận tình giảng dạy và giúp đỡ tôi
trong suốt thời gian học tập và thực hiện đề tài.
Các bạn sinh viên đã giúp tôi trong thời gian học tập và thực hiện đề tài.
Trang 5
TÓM TẮT
Đề tài nghiên cứu “ Nghiên cứu thiết kế máy hút trấu bằng phương pháp
khí động” được tiến hành tại xưởng thực tập sản xuất bộ môn máy sau thu hoạch
khoa Cơ Khí – Công Nghệ Trường Đại học Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh, thời
gian từ 05/2009 đến 08/2009 . Phương pháp thực hiện được bố trí theo kiểu: khảo
sát, tìm hiểu trên thực tế đặc điểm máy vận chuyển khí động tại xưởng.
Kết quả thu được :
Tìm hiểu được cấu tạo của các máy vận chuyển khí động .
Biết được tính chất cơ lý tính của vật liệu trấu.
Nguyên lý hoạt động của máy nghiền búa.
Tính toán được kích thước của máy vận chuyển khí động: hệ thống
đường ống, quạt, Cyclon hút và thoát liệu và đầu hút.
Lập được bản vẽ lắp và bản vẽ chi tiết của máy.
Trang 6
MỤC LỤC
Chương 1: MỞ ĐẦU................................................................................................91.1 Đặt vấn đề.....................................................................................................................91.2 Mục đích và nhiệm vụ đề tài.....................................................................................101.3 Phạm vi nghiên cứu:..................................................................................................101.4 Cấu trúc khóa luận:...................................................................................................11Chương 2: TỔNG QUAN......................................................................................122.1. Vật liệu trấu...............................................................................................................122.1.1. Cấu tạo....................................................................................................................122.1.2. Các đặc tính đặc trưng của trấu...........................................................................122.1.3. Ứng dụng vật liệu trấu..........................................................................................122.2. Hệ thống vận chuyển khí động, lý thuyết và ứng dụng.........................................122.2.1. Lý thuyết vận chuyển khí động............................................................................132.2.1.1. Nguyên lý vận chuyển vật liệu bằng phương pháp khí động..........................132.2.1.2. Chuyển động của phần tử rắn trong dòng khí.................................................132.2.1.3. Các thông số có liên quan trong quá trình tính toán.......................................16a)Vận tốc không khí và các thông số có liên quan……………………………………16b)Tổng tổn thất cột áp.....................................................................................................192.2.1.4. Các thiết bị trong hệ thống vận chuyển khí động............................................212.2.1.4.1. Cyclon...............................................................................................................222.2.1.4.2. Máy quạt...........................................................................................................242.2.1.4.3. Các thiết bị đi kèm...........................................................................................282.2.2. Phân loại.................................................................................................................302.2.3. Các sơ đồ vận chuyển vật liệu bằng phương pháp khí động.............................312.2.4.Khảo sát nguyên lý hoạt động của 1 số máy vận chuyển bằng phương pháp khíđộng thông dụng.........................................................................................................322.2.4.1. Sơ đồ máy vận chuyển khí động ở áp suất thấp và trung bình......................32a)Nguyên lý hoạt động.....................................................................................................33b)Hoạt động……………………………………………………………………………..33c)Đặc điểm........................................................................................................................332.2.4.2. Sơ đồ nguyên lý hệ thống vận chuyển vật liệu dạng thổi................................34a)Nguyên lý……………………………………………………………………………...34b)Đặc điểm………………………………………………………………………………342.1.5. Tình hình sử dụng các thiết bị vận chuyển trong và ngoài nước......................352.2.5.1. Tình hình sử dụng các thiết bị vận chuyển bằng khí động trên thế giới......352.2.5.2. Tình hình ứng dụng máy vận chuyển khí động ở Việt Nam...........................35
Trang 7
Chương 3: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU..........................373.1. Phương pháp thiết kế :.............................................................................................373.2. Phương pháp khảo nghiệm......................................................................................38Chương 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN............................................................404.1 Các yêu cầu thiết kế ban đầu....................................................................................404.2 Lựa chọn thông số và thiết kế sơ đồ vận chuyển....................................................40a)Nguyên lý hoạt động.......................................................................................................41b)Hoạt động của hệ thống..................................................................................................41c)Lựa chọn thông số..........................................................................................................414.3 Tính toán thiết kế đường ống...................................................................................42a)Tính toán đường ống hút của hệ thống......................................................................42b)Tính toán hệ thống ống đẩy.........................................................................................44c)Tính toán trở lực đường ống........................................................................................454.4 Tính toán, thiết kế, lựa chọn quạt và động cơ điện................................................474.5 Thiết kế bộ truyền đai:..............................................................................................504.6 Thiết kế đầu hút trấu theo phương thẳng đứng.....................................................514.7 Tính toán, thiết kế Cyclon cuối đường ống hút.......................................................524.8 Tính toán, thiết kế van định lượng...........................................................................534.9 Thiết kế Van tăng tốc................................................................................................554.10 Tính toán, thiết kế Cyclon tách trấu cuối đường ống đẩy...................................56Chương 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ...............................................................595.1 Kết luận.......................................................................................................................595.2 Đề nghị........................................................................................................................59TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................................60PHỤ LỤC...............................................................................................................61
Trang 8
Chương 1MỞ ĐẦU
1.1 Đặt vấn đề
Chế biến và sản xuất lúa gạo là một trong những ngành kinh tế mũi nhọn
của nước ta đem lại doanh thu hàng tỉ USD cho nền kinh tế. Nhưng sản phẩm tạo
ra của ngành này không chỉ gồm gạo mà còn có tấm, cám và đặc biệt là trấu với
khối lượng rất lớn. Sản lượng lúa năm 2007 cả nước đạt 37 triệu tấn, trong đó, lúa
đông xuân 17,7 triệu tấn, lúa hè thu 10,6 triệu tấn, lúa mùa 8,7 triệu tấn (Nguồn Bộ
NN & PTNT) . Như vậy lượng vỏ trấu thu được sau xay xát tương đương 7,4 triệu
tấn. Còn theo TS Phạm Văn Lang (Báo Công nghiệp Việt Nam - số 35/2006) thì
sản lượng trấu ở khu vực đồng bằng sông Cửu Long lên tới 1,4-1,6 triệu tấn
(2006).
Trước đây do ít có những nghiên cứu và quan tâm cần thiết, nên chỉ có một
lượng nhỏ trấu được tái sử dụng chủ yếu để dùng đun nấu trong gia đình, đa phần
còn lại được xả thẳng xuống kênh mương, ảnh hưởng nghiêm trọng tới môi trường
nước và sông ngòi ở Đồng bằng sông Cửu Long. Hiện nay, việc ứng dụng trấu đã
khá rộng rãi và đa dạng, trấu không chỉ được dùng để làm chất đốt mà còn để làm
vật liệu xây dựng, thiết bị lọc nước... Yêu cầu đặt ra lúc này là làm thế nào để thu
gom trấu, Việc thu gom đơn giản nhất là xúc đổ trấu vào các vật đựng như thúng,
bao tải… và vận chuyển tới nơi thu gom tập trung. Biện pháp này có ưu điểm là rẻ
tiền, đơn giản, phù hợp với xay xát nhỏ nhưng có khuyết điểm là tốn công lao
động và đặc biệt không hiệu quả khi lượng trấu vận chuyển lớn.
Trang 9
Từ đó, đòi hỏi một phương pháp vận chuyển đơn giản, hiệu quả hơn và
phương pháp vận chuyển khí động đã đáp ứng được yêu cầu này nhờ vào tốc độ
làm việc, sự gọn nhẹ, khả năng tự động hóa hoàn toàn, đơn giản và linh hoạt trong
vận hành và sử dụng. Tuy nhiên nó cũng có một số hạn chế nhất định đó là chi phí
năng lượng cao, tốc độ mài mòn lớn khi cần vận chuyển vật liệu có tính mài mòn
và không thích hợp khi vận chuyển vật liệu ẩm dính và cục to.
Nhờ có những ưu điểm trên, nên ngày nay phương pháp vận chuyển bằng
khí động được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp và nông nghiệp
khác nhau trên thế giới như dược phẩm, công nghệ thực phẩm, công nghệ sau thu
hoạch … Tuy nhiên, tại Việt Nam, việc ứng dụng máy vận chuyển vào nông
nghiệp nói chung và vỏ trấu nói riêng còn rất hạn chế. Trong nông nghiệp việc đi
sâu nghiên cứu và chế tạo loại thiết bị này vẫn chưa được đi sâu nghiên cứu và
phát triển.
Nhằm góp phần giới thiệu và làm rõ một số vấn đề trong phương thức vận
chuyển này, được sự đồng ý của ban chủ nhiệm khoa Cơ khí-Công nghệ, dưới sự
hướng dẫn của thầy TS. Lê Anh Đức, thầy Nguyễn Hải Đăng, thầy Nguyễn Thanh
Phong em tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu thiết kế máy hút trấu bằng
phương pháp khí động”
1.2 Mục đích và nhiệm vụ đề tài
Mục đích đề tài:
Khảo nghiệm hút trấu bằng máy vận chuyển khí động hiện có.
Tính toán, thiết kế máy hút trấu bằng phương pháp khí động.
Nhiệm vụ :
Để thực hiện mục đích trên, nhiệm vụ của đề tài bao gồm:
Tìm hiểu máy vận chuyển khí động có sẵn.
Đối tượng nghiên cứu: Vận chuyển khí động dạng di động Automat.
Tính toán thiết kế máy với năng suất 2000 kg/h.
Sửa chữa và khảo nghiệm máy thực tế.
Lập bản vẽ lắp và bản vẽ chi tiết.
Trang 10
1.3 Phạm vi nghiên cứu:
3.1.1 Phạm vi về nội dung nghiên cứu:
Nghiên cứu tìm hiểu hệ thống vận chuyển khí động.
Khảo nghiệm hệ thống thực tế.
Tính toán thiết kế máy vận chuyển khí động năng suất 2000 kg/h.
3.1.2 Phạm vi về địa bàn nghiên cứu:
Địa điểm thực hiện: xưởng thực tập sản xuất, bộ môn máy sau thu hoạch,
khoa cơ khí – công nghệ trường đại học Nông Lâm TPHCM.
3.1.3 Phạm vi đối tượng nghiên cứu:
Máy vận chuyển khí động với năng suất 2000 kg/h.
3.1.4 .Phạm vi về thời gian:
Máy được tính toán thiết kế và đặt tại xưởng thực tập sản xuất, khoa cơ khí-
công nghệ từ tháng 5 đến tháng 8 năm 2009.
1.4 Cấu trúc khóa luận:
Khóa luận bao gồm 5 chương:
Chương 1. Mở đầu. Chương này bao gồm: đặt vấn đề, mục tiêu và phạm vi
nghiên cứu.
Chương 2. Tổng quan. Chương này mô tả về nguyên lý hoạt động, cấu tạo
thiết bị của máy vận chuyển khí động và giới thiệu chung một số loại máy vận
chuyển khí động.
Chương 3. Nội dung và phương pháp nghiên cứu. Chương này trình bày cụ
thể những nội dung cần làm và những phương pháp áp dụng.
Chương 4. Kết quả nghiên cứu và thảo luận. Đây là chương quan trọng nhất
vì nó phản ánh những kết quả mà khóa luận nghiên cứu thu được.
Chương 5. Kết luận và đề nghị. Chương này sẽ tóm tắt lại kết quả thu được
và nêu ra những kết luận và đề nghị sau quá trình nghiên cứu.
Trang 11
Chương 2
TỔNG QUAN
2.1. Vật liệu trấu
2.1.1. Cấu tạo
Vỏ trấu do hai lá của gié lúa là vảy lá và mày hoa tạo thành. Cả hai phần
này được ghép liền với nhau theo nếp dọc bằng một nếp gấp cài vào nhau. Phần
trên của hai mảnh của vỏ trấu chuyển thành đoạn
cuối của vỏ trấu và cuối cùng kết thúc thành một cái
râu (awn).
2.1.2. Các đặc tính đặc trưng của trấu
Tuỳ theo từng loại trấu mà trấu có chiều dài từ
5 – 10mm, chiều ngang bằng 1/2 -1/3 chiều dài.
Góc nghỉ của trấu từ 35 – 50 độ tuỳ theo ẩm
độ và điều kiện nhiệt độ môi trường.
Thành phần thực tế của vỏ trấu thay đổi tùy theo giống lúa và có liên quan
tới các điều kiện đất đai mà cây lúa được trồng.
2.1.3. Ứng dụng vật liệu trấu
Từ lâu vỏ trấu đã được sử dụng làm chất đốt, hiện nay tại một số vùng nông
thôn trấu vẫn còn rất thông dụng. Thời gian gần đây khi công nghiệp tái sinh phát
triển trấu còn được ứng dụng để làm vật liệu xây dựng, thiết bị lọc nước, thiết bị
cách nhiệt …
Trang 12
2.2. Hệ thống vận chuyển khí động, lý thuyết và ứng dụng
2.2.1. Lý thuyết vận chuyển khí động
2.2.1.1. Nguyên lý vận chuyển vật liệu bằng phương pháp khí động
Nguyên lý vận chuyển vật liệu rời bằng phương pháp khí động là lợi dụng
khả năng chuyển động của dòng khí trong ống dẫn với tốc độ nhất định để mang
vật liệu từ chỗ này tới chỗ khác dưới trạng thái lơ lửng. Để cho vật chuyển động từ
chỗ nạp liệu đến chỗ thu liệu phải tạo ra được sự chênh lệch áp suất giữa hai đầu
ống, tức là phải tạo được áp lực bằng cách giảm áp suất ở cuối ống hút hoặc tăng
áp suất không khí ở đầu ống đẩy.
Theo lý thuyết thì có thể sử dụng dòng không khí để vận chuyển vật liệu rời
có khối lượng riêng và kích thước bất kì, nhưng vì tiêu hao năng lượng vận chuyển
tăng nhanh nhiều lần so với trọng lực của vật liệu, do vậy thường chỉ áp dụng để
vận chuyển vật liệu ngũ cốc, vật liệu rời có khối lượng bé (Trần Xoa, Hồ Lễ Viên,
1978).
2.2.1.2. Chuyển động của phần tử rắn trong dòng khí
Điều kiện cơ bản để các phần tử rắn có thể lơ lửng trong không khí là: lực
tác dụng lên phần tử hạt rắn do dòng không khí chuyển động từ dưới lên gây ra
phải bằng hoặc lớn hơn trọng lượng bản thân của hạt.
Hình 1: Lực tác dụng lên phần tử vật chất trong dòng không khí
Lực tác dụng lên một phần tử hạt rắn gồm hai phần:
Trang 13
Lực tác dụng lên tiết diện ngang của hạt (còn gọi là tiết diện trực đối) trực
giao với chiều chuyển động của dòng không khí:
,kG
Lực tác dụng do ma sát giữa không khí và bề mặt xung quanh của hạt:
,kG
Nếu gọi P là lực tác dụng lên hạt rắn từ dưới lên trên thì:
Trong đó:
K0 – Hệ số ty lệ kể đến ảnh hưởng của sự chảy bọc quanh các
hạt của dòng không khí. Hệ số này phụ thuộc vào chuẩn số Re và kích thước
của phần tử lơ lửng.
Đối với phần tử hình cầu hệ số K0 thay đổi theo chuẩn số Re.
F: Tiết diện trực đối lớn nhất của hạt theo phương trục đối
xứng, m2.
v: Vận tốc của dòng không khí trong ống dẫn, m/s.
: Hệ số ma sát.
S: Bề mặt xung quanh của hạt, m2.
kk: Trọng lượng riêng của không khí, kg/m3.
Nếu tiết diện trực đối ứng với các trục đối xứng khác nhau của phần tử
không giống nhau thì lực tác dụng lên hạt sẽ phụ thuộc vào trục đối xứng nào của
trùng với chiều chuyển động của dòng không khí.
Điều kiện làm cho hạt rắn ở trạng thái lơ lửng trong không khí là:
,m/s
G: Trọng lượng của hạt, kg.
Từ phương trình trên ta rút ra được trị số v và đó chính là vận tốc treo, tức
vận tốc giúp hạt phần tử rắn lơ lửng trên không.
Trang 14
Trong đó:
đối với bề mặt nhẵn; đối với bề mặt nhám.
Đối với hạt hình cầu có đường kính d, m và trọng lượng riêng h , kg/m3:
(1)
Thành phần của lực ma sát trong phương trình (1) không đáng kể, có thể bỏ
qua, từ đó:
,m/s
Thông thường đối với hệ thống vận chuyển khí động Re = (0,5 7).105 K0
= 0,5.
Lúc đó:
Trường hợp ống dẫn nằm ngang thì lực P sẽ tác dụng trực giao với phương
của lực G, do đó hạt sẽ rơi xuống và lăn theo thành ống. Phần không khí bị cuốn
theo các hạt sẽ gây ra một sức đẩy P’ nào đó làm cho hạt lại được bốc trở lên, rồi
lại rơi xuống, cứ thế hạt bị tải đi theo dòng không khí.
Hình 2: Chuyển động của phần tử hạt vật liệu trong ống nằm ngang.
Để xác định vận tốc lơ lửng trong trường hợp ống ngang, giáo sư V.N.
Lêvinxơn trên cơ sở lý thuyết đã đưa ra công thức sau đây dùng cho hạt rắn có
hình kéo dài (hình lăng trụ).
Trang 15
Trong đó :
: Mật độ không khí, kg.s2/m4.
l : Bề dài hạt hình lăng trụ, m.
d : Đường kính hạt lăng trụ, m.
: Ty số vận tốc tịnh tiến của hạt và vận tốc của dòng không khí.
Trong thực tế, vận tốc làm việc của hệ thống vận chuyển khí động phải lớn
hơn vận tốc treo để dòng không khí có khả năng lôi cuốn được những hạt vật liệu
đọng lại dưới lòng ống nằm ngang khi hệ thống làm việc trở lại sau một thời gian
ngừng hoạt động.
2.2.1.3. Các thông số có liên quan trong quá trình tính toán
Các thông số kỹ thuật của máy vận chuyển bằng khí động bao gồm: năng
suất vận chuyển Q (kg/h), sơ đồ ống dẫn, tính chất cơ lý của vật liệu vận chuyển.
Khi thiết kế người ta phải tính toán các thông số chủ yếu như:
Chi phí không khí yêu cầu cho việc vận chuyển Qkk (m3/giây).
Áp suất không khí P để thắng được các loại trở lực (N/m2).
Đường kính cần thiết của ống dẫn d (m).
Công suất động cơ để kéo quạt cao áp hoặc máy nén N (Kw).
Và các đại lượng khác…
a) Vận tốc không khí và các thông số có liên quan trong quá trình tính
toán
Vận chuyển vật liệu bằng không khí yêu cầu vận tốc khí tương đối cao
nhưng đồng thời cũng tạo nên độ giảm áp suất lớn do ma sát giữa các phần tử và
làm mòn nghiêm trọng đường ống vận chuyển. Do vậy quan trọng nhất trong tính
toán thiết kế thiết bị vận chuyển bằng khí động là phải chọn đúng vận tốc của
không khí trong đường ống. Nếu vận tốc không khí vận chuyển quá cao sẽ dẫn đến
tăng chi phí năng lượng quá mức và có thể gây tổn thương vật liệu vận chuyển,
ngoài ra còn làm tăng kích thước và tăng giá thành thiết bị. Ngược lại, khi vận tốc
không khí Vkk không đủ lớn, thiết bị vận chuyển sẽ bị quá tải dẫn đến hiện tượng
Trang 16
ùn tắc trong đường ống. Để giảm thiểu những hiệu ứng xấu này, vận tốc khí nên
giữ ở mức thấp có thể được.
Vkk được xác định dựa trên vận tốc treo theo công thức:
Vkk =k*Vtreo
Trong đó :
Vtreo -vận tốc treo (m/s ).
k -hệ số phụ thuộc vào mức độ phức tạp của tuyến đường vận chuyển, mật
độ hỗn hợp và cơ lý tính của vật liệu.
Với hạt: k = 1,25 2,5;
Với các loại ngũ cốc: k = 1,5 3,7;
Với rơm và cỏ khô: k = 1,5 2,5;
Nhằm tránh ùn tắc trong ống người ta dùng các giá trị lớn của k.. Để đại
diện cho lượng vật liệu được vận chuyển trong đường ống của hệ thống ta sử dụng
đại lượng nồng độ khối lượng tương đối hỗn hợp , là ty số giữa khối lượng vật
liệu vận chuyển với khối lượng không khí dịch chuyển trong một đơn vị thời gian.
Trong đó :
mt - khối lượng nguyên liệu tải trong ống (kg);
mkk - khối lượng không khí trong đường ống (kg);
- là nồng độ khối lượng tương đối hỗn hợp;
Đại bộ phận thiết bị dùng trong nông nghiệp và tại các xí nghiệp chế biến
có nồng độ khối lượng < 8 10 với vận tốc Vkk = 10 30 m/s. Vận tốc Vkk
thông dụng được sử dụng từ 15 đến 25 m/s.
Trong quá trình thiết kế và tính toán hệ thống, các hệ số và Vkk thường
được lựa chọn dựa theo dạng vật liệu và khối lượng riêng của chúng.
Khi chọn cần lưu ý rằng, tuyến đường của máng vận chuyển khí động
phức tạp thì nồng độ khối lượng hỗn hợp càng giảm.
Trang 17
Từ đó, ta có được lưu lượng không khí:
Trong đó :
kk – khối lượng riêng của không khí:
kk = 1,2 kg/m3 đối với điều kiện áp suất khí quyển.
kk = 1,6 – 2,0 kg/m3 khi áp suất cao trong hệ thống.
kk = 0,8...0,95 kg/m3 khi áp suất thấp trong đường ống.
Qkk –lưu lượng không khí (m3/ s)
Qt – Năng suất vận chuyển tính toán (tấn/h)
Đường kính ống vận chuyển khi tốc độ không khí thay đổi do (m)
Với tiết diện ngang của ống S (m2):
Đường kính ống trong thiết bị với vận tốc không đổi: xác định phụ thuộc
vào sự thay đổi chi phí không khí.
Khi có các tiết diện của ống dẫn khác nhau ta có :
Đưa giá trị kkB vào công thức (3) ta nhận được:
Trong đó :-
Trang 18
P0 và kk0 tương ứng với áp suất và khối lượng riêng của không khí khi ra
khỏi ống dẫn, P0 = 0,1 Mpa
PB và kkB tương ứng áp suất và khối lượng riêng không khí ở các mặt cắt
tính toán.
Vận tốc ở mọi mặt cắt của ống dẫn khi do = costant ty lệ thuận với áp suất:
Thiết bị vận chuyển khí trong thực tế gồm hai loại :
Loại có đường kính ống dẫn ổn định thì tiện lợi trong sử dụng, chi phí công
suất thấp.
Loại có đường ống dẫn thay đổi nhưng vận tốc không thay đổi.
Đối với thiết bị vận chuyển khí động trong nông nghiệp thường áp dụng
đường kính ống dẫn không thay đổi trên toàn bộ chiều dài, cột áp của nó là sự
chênh lệch áp suất được tạo ra ở phía cuối ống dẫn để thắng tất cả trở lực được
phát sinh khi vận chuyển vật liệu. Sự chênh lệch áp suất bằng tổng tất cả tổn thất
áp suất (tổn thất cột áp) trên các đoạn của thiết bị vận chuyển.
b) Tổng tổn thất cột áp
Tổng tổn thất cột áp bao gồm: tổn thất khi chuyển tải trong ống dẫn, khi di
chuyển vật liệu và không khí trong ống dẫn, khi nâng vật liệu và không khí lên
phía trên trong các khuyu ống và ống nhánh.
Cột áp toàn phần P (N/m2 ) của thiết bị vận chuyển khí động bao gồm:
Cột áp suất động Pđ (N/m2) hay vận tốc động cần thiết để thắng quán tính
không khí và vật liệu nghĩa là dùng để cung cấp cho nó vận tốc Vt và Vkk (m/s).
Đối với ống dẫn khí, không có vật liệu thì áp suất động
Trang 19
Như vậy cột áp động ty lệ thuận với bình phương vận tốc, và phụ thuộc vào
hệ số mật độ khối lượng, nhưng không phụ thuộc vào diện tích, tiết diện ống dẫn.
Áp suất tĩnh (N/m2) là chi phí áp lực cần thiết để vượt qua ma sát trong
ống dẫn Pt’, thắng trở lực cục bộ ở các bộ phận như: các khuyu, miệng ống hút,
van xả liệu, Siclon tách bụi, ống mềm… và đủ sức nâng vật liệu lên trên cao trong
quá trình vận chuyển Pt.
pt = . kk . g . h
Tổn thất áp suất do ma sát P’t khi không khí chuyển động trong ống
có chiều dài LT được xác định theo công thức :
2kk
t'2
0
kkV
dLkP T
Trong đó:
LT - Chiều dài ống tải liệu
k - hệ số lực cản do ma sát, có giá trị gần đúng 0,014 0,020 : k được
tính theo
k = 0,0032 + 0,211Re - 0,237 ( theo Hukypa3e )
k = 0,3164 / Re 0,25 ( theo auycy )
k = 0,0125 + 0,0011 / dT ( theo eccy )
* Với Re là hệ số Reunon
* Với 0 = 14,9. 10-6 m2/s (hệ số nhớt động học đối với không khí).
Trong đó:
kk là hệ số nhớt tuyệt đối của không khí
Tổn thất áp suất để thắng trở lực cục bộ (Pcb )
Trang 20
Trở lực cục bộ được xác định theo áp suất động qua k
Như vậy: cb = (K’. + 1) Ki
Trong đó:
K’ phụ thuộc vào vận tốc làm việc của không khí
Ki - tổng các hệ số thực nghiệm tương ứng của các vị trí có trở lực cục bộ Trở lực cục bộ phát sinh ở các khuyu khi giảm hoặc tăng đường kính ống.
(Các ống dẫn với cút uốn đột ngột đã làm tăng lực cản, vì thế khuyến cáo không
được khuyến khích sử dụng nhiều trong hệ thống ). Lực cản cục bộ tại các khuyu
phụ thuộc vào góc nghiêng và ty lệ bán kính cong R với đường kính ống dẫn.
Tổng cột áp toàn phần của thiết bị là:
P =Pd + P’t + PT + Pcb
Trong thiết bị khí nén luôn luôn có hiện tượng rò rỉ và nén khí, vì thế chi
phí không khí, nhận được theo tính toán cần tăng thêm từ 3 - 5%.
2.2.1.4. Các thiết bị trong hệ thống vận chuyển khí động
Về cơ bản, hệ thống vận chuyển khí động khá đơn giản và rất phù hợp cho
việc vận chuyển vật liệu dạng bột hay dạng hạt trong kho bãi, nhà xưởng. Yêu cầu
hệ thống là có một nguồn khí nén, thường là không khí, một thiết bị cung cấp, một
đường ống vận chuyển và một thiết bị tiếp nhận để tháo liệu và thoát khí. Hệ thống
hoàn toàn khép kín và nếu cần, hệ thống có thể hoạt động mà không cần có những
phần di chuyển đến tiếp xúc với vật liệu cần vận chuyển.
Hình 3: Các thành phần cơ bản của hệ thống vận chuyển khí động
2.2.1.4.1. Cyclon
Trang 21
a) Cấu tạo và nguyên lý làm việc
Cyclon là thiết bị lọc trong đó
hình thành lực ly tâm để tách hạt rắn
ra khỏi không khí.
.
Hình 4: Nguyên lý hoạt động của
Cyclon thông thường.
Không khí mang hạt rắn được
đưa vào phần trên của cyclon bằng
ống lắp theo phương tiếp tuyến với vỏ ngoài hình trụ của cyclon.
Nhờ thế, dòng không khí sẽ có chuyển động xoắn ốc bên trong vỏ hình trụ
và hạ dần về phía dưới. Khi gặp phần đáy hình phễu dòng không khí bị đẩy ngược
trở lên, trong khi đó nó vẫn giữ chuyển động xoắn ốc và thoát ra ngoài qua ống
thoát khí. Trong quá trình chuyển động xoắn ốc, các hạt rắn chịu tác dụng của lực
ly tâm làm cho chúng có xu hướng tiến dần về phía vỏ hình trụ hoặc đáy hình phễu
rồi chạm vào thành thiết bị và rơi xuống dưới.
b) Tính toán và lựa chọn Cyclon
Các kích thước của một cyclon hoạt động tối ưu sẽ phụ thuộc vào các ứng
dụng thực tế của nó, đó là dựa trên tính chất của vật liệu rắn được tách ra và yêu
cầu về hiệu suất tách. Nói chung, khi thiết kế cần tránh sử dụng các cyclon có kích
thước quá lớn, có thể làm gia tăng khả năng của hệ thống bằng cách nối song song
các cyclon nhỏ hơn. Hầu hết các sản phẩm thương mại ngày nay thường có đường
kính nhỏ hơn 3m.
Hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại Cyclon khác nhau với công suất
và hiệu suất rất đa dạng, nhưng về độ thông dụng thì tại có một vài loại như sau:
Trang 22
Cyclon SIOT có thể áp dụng để tách các loại hạt rắn khỏi không khí thoát
với điều kiện vật liệu rắn không phải là sợi và không dính kết năng suất từ 1500
đến 10000m3/h.
Cyclon xoắn SDK thuộc loại có sức cản khí động lớn và được lắp đặt khi
cần hiệu suất làm sạch cao.
Cyclon LIOT là Cyclon do Viện nghiên cứu kĩ thuật bảo hộ lao động
Lêningrat nay là Petecbua – Liên bang Nga đề xuất có hiệu suất lọc đối với bụi có
kích thước 40µm.
Hình 6: Các kích thước thông dụng của một cyclon
c) Tính toán Cyclon
Người ta tính toán hay lựa chọn Cyclon bằng nhiều phương pháp khác nhau
nhưng trước hết cần phải có các số liệu sau: Lưu lượng không khí cần được làm
sạch Q(kg/m3); Nồng độ hạt rắn trong không khí Cb(g/m3); khối lượng riêng của
hạt rắn (kg/m3), hiệu suất làm sạch yêu cầu.
Những thông số cần thiết cho quá trình tính toán và lựa chọn có thể theo
các bước sau:
1. Chọn Cyclon và lựa chọn vận tốc chuyển động tối ưu của dòng khí trong
thiết bị:
Đối với Cyclon SN có thể tiếp nhận vu = (3,5 – 4,5)m/s
Đối với hình côn xoắn SDK vu = (1,7 – 2)m/s
Đối với Cyclon SIOT… vu = 1,0m/s
Đối với Cyclon Claipedcki OEKDM vu = 3,3m/s
2. Tính toán tiết diện cần thiết của Cyclon, m2
(m2)
3. Xác định đường kính Cyclon sau khi giả thiết số lượng Cyclon là n.
(m)
Đường kính Cyclon cần được làm tròn số .
Trang 23
4. Tính vận tốc thực tế của dòng khí trong Cyclon:
(m/s)
Vận tốc thực tế trong Cyclon không nên vượt quá 15% so với vận tốc tối ưu
vu đã chọn, nếu không thỏa mãn ta có thể chọn lại đường kính D.
2.2.1.4.2. Máy quạt
a) Định nghĩa và cấu tạo
Quạt là bộ phận rất quan trọng trong hệ thống vận chuyển khí động. Đó là
thiết bị dùng để tạo ra sự chuyển động của không khí trong không gian hoặc trên
đường ống. Ngoài ra, quạt còn được sử dụng rộng rãi như một chi tiết máy móc
trong một số thiết bị công nghệ.
Theo cấu tạo và nguyên lý hoạt động quạt được chia ra làm hai loại chính là
quạt ly tâm và quạt hướng trục (gọi tắt là quạt trục).
Dù là quạt ly tâm hay quạt trục, áp suất tạo ra được là nhờ có tác dụng xoáy
và nén của bánh xe cánh quạt.
Để đặc trưng cho quạt cùng một xêri (mã
hiệu) nhưng số cỡ quạt khác nhau, ta sử dụng
một thông số- gọi là chỉ số vận tốc hay “số vòng
quay riêng” ny xác định theo biểu thức sau:
Trong đó:
n – số vòng quay làm việc của quạt,
vòng/phút.
Q và p – lần lượt là lưu lượng thể tích
m3/s và hiệu số áp suất kG/m2 do quạt gây ra khi làm việc với số vòng quay n đã
cho.
Trang 24
Tất cả các quạt khác cỡ số nhưng cùng một mã hiệu – tức cùng một số sơ
đồ khí động và cấu trúc hình học sẽ có cùng một chỉ số vận tốc ny. Do đó, chỉ số ny
cũng có thể được sử dụng để phân loại và đánh giá chất lượng quạt.
b) Xác định các kích thước chủ yếu của quạt ly tâm
Quạt ly tâm có cấu tạo tương đối đơn giản, do đó trong nhiều trường hợp
thực tế khi không có quạt do Nhà máy chuyên dụng sản xuất ta có thể tiến hành
chế tạo tại chỗ. Khi gặp phải trường hợp đó chúng ta có thể sử dụng phương pháp
của GS M.P.Kalinuskin để xác định các kích thước chủ yếu của quạt.
Hình 5: Các kích thước chính của quạt ly tâm loại đơn giản
Số liệu ban đầu cần biết tới là: lưu lượng không khí cần thiết (m3/s); Áp
suất toàn phần p(kG/m3) ứng với khối lượng riêng không khí kk = 1,2 kg/m3 và số
vòng quay n(v/ph).
Trình tự tính toán như sau:
1. Trên cơ sở số liệu ban đầu đã cho, trước tiên xác định chỉ số vận tốc ny
theo công thức (*).
2. Đường kính miệng hút của quạt được xác định từ điều kiện đảm bảo tổn
thất năng lượng ít nhất trong bánh xe cánh quạt:
3. Đường kính trong của bánh xe cánh quạt có thể nhận từ điều kiện đảm bảo
tổn thất năng lượng ít nhất trong bánh xe cánh quạt:
4. Đối với bánh xe cánh quạt có bề rộng không đổi b = const và cánh quạt
uốn cong ra trước khi 2 < 900 ta có:
5. Bề dày B của vỏ quạt có thể được xác định xuất phát từ điều kiện miệng
thổi của quạt có tiết diện vuông và tiết diện bằng diện tích miệng hút:
Trang 25
Do đó:
6. Bề rộng bánh xe cánh quạt được xác định theo công thức:
b =(1,2 2,5) = (1,2 2,5)D0
7. Kích thước mở rộng A của vỏ quạt:
8. Kích thước hình vuông cấu tạo của vỏ quạt
Từ đó ta vẽ được vỏ quạt và bánh xe cánh quạt
9. Số lượng cánh quạt:
Sau đó qui tròn cho bằng bội số của 4 hoặc của 6.
10. Góc vào và ra của không khí trong rãnh giữa 2 cánh quạt được lấy trong
phạm vi:
1 = 100 1400 và 2 = 20 450
Quạt ly tâm xác định theo phương pháp này đảm bảo hiệu suất = 0,55
0,6.
11. Công suất điện tiêu thụ của quạt:
(kW)
c) Chọn động cơ
Chúng ta có thể lựa chọn động cơ dựa theo công suất tiêu thụ điện thực tế
của toàn hệ thống:
Trong đó:
Trang 26
K: hệ số dự trữ thực tế của hệ thống, hệ số này xuất hiện do trong thực tế
còn có rất nhiều tổn thất khác mà chúng ta chưa kể đến một cách đầy đủ.
Đối với quạt ly tâm có cánh uốn cong ra trước: K = 1,1 1,15
Đối với quạt ly tâm có cánh uốn cong ra sau và quạt trục: K = 1,05 1,1
trđ : hiệu suất truyền động giữa động cơ và quạt.
Khi truyền động bằng puli và đai truyền tiết diện hình thang trđ = 0,9 0,95
Nếu bánh xe cánh quạt lắp trực tiếp lên trục động cơ: trđ = 1
trục: hiệu suất truyền động, có giá trị phụ thuộc vào chủng loại, số lượng và
tình trạng ổ trục, ổ bi.
Sau khi xác định được công suất tính toán N tt ta tiến hành chọn động cơ có
công suất gần nhất về phía lớn hơn so với công suất tính toán.
2.2.1.4.3. Các thiết bị đi kèm
a) Vòi hút
Vòi hút có tác dụng tránh cho nguyên
liệu làm nghẹt ống và giữ tốc độ thổi ổn
định. Nguyên liệu được cung cấp vào đường
ống qua một ống bao ngoài tại điểm kết thúc
của đường ống, dòng khí sơ cấp sẽ cung cấp
trực tiếp vào ống thông qua các khoảng
trống hình vành khuyên được tạo sẵn.
Hình 7 : Cấu trúc của một đầu hút vật liệu tiêu biểu
Các thông số cơ bản của vòi hút vật liệu
Chiều dài “a” của ống bao phải đủ dài để đảm bảo toàn bộ ống không bị vùi
lấp trong vật liệu khi nó di chuyển.
Trang 27
Hình 8: các dạng hoạt động tiêu biểu của đầu hút vật liệu:
a, ống bao dài ra ngoài đường ống b, đầu hút có tiết lưu không khí
c, ống bao co vào trong tương đối so với đường ống
Vị trí điểm cuối của ống bao có liên quan tới điểm kết thúc của đường ống,
“b”, nó phụ thuộc vào loại nguyên liệu được vận chuyển. Nhưng, nó cũng làm ảnh
hưởng tới nồng độ khối lượng tương đối của hỗn hợp khí - rắn được hút vào trong
hệ thống.
Như trên hình 8 thể hiện trong các trường hợp chỉ có trường hợp ống bao
thụt vào sau điểm kết thúc đường ống, trường hợp c, không khí vào trong đường
ống một cách đơn giản hơn và dễ dàng kéo vật liệu theo nó.
Chúng ta có thể kiểm soát lượng khí hút vào máy thông qua kết cấu ống
bao. Ngoài ra, ta có thể kiểm soát nồng độ tương đối của hỗn hợp thông qua việc
sử dụng dòng khí thứ cấp như trong hình 7.
b) Van tăng tốc (bộ phận cung cấp kiểu Venturi)
Bộ phận này làm việc dựa trên nguyên lý giảm diện tích mặt cắt ngang của
đường ống nơi vật liệu được cung cấp từ thùng chứa hoặc cyclon thu hồi, nó có tác
dụng khắc phục sự rò khí lên khoang trên van định lượng.
Tác động của việc giảm diện tích thổi trong khi giữ nguyên lưu lượng khí là
sự gia tăng vận tốc không khí đi qua kéo theo đó là sự giảm áp tại họng thổi. Nhờ
đó mà nguyên liệu được hút xuống và thổi vào đường ống một cách dễ dàng, khắc
phục được hiện tượng rò khí do áp suất ngược.
Trang 28
Hình 9:Nguyên lý hoạt động của van tăng tốc.
Trong thực tế, van tăng tốc trong hệ thống vận chuyển khí động thường
được thiết kế đi kèm với một van cánh bướm (van định lượng) nhằm kiểm soát
lượng vật liệu đi vào hệ thống, hoặc tránh để không khí lọt lên buồng cung cấp khi
hệ thống vận chuyển ở áp suất cao.
Hình 10: Thiết kế thường thấy của một van tăng tốc.
2.2.2. Phân loại
(David Mills và CTV, 2004) Hệ thống vận chuyển khí động rất đa dạng về
chủng loại và mẫu mã, nói chung tất cả chúng đều phù hợp cho việc vận chuyển
các loại vật liệu dạng hạt, khô, rời.
Trang 29
Hình 11: Sơ đồ minh họa các loại hệ thống vận chuyển khí động hoạt động với
một nguồn khí đơn.
Việc lựa chọn nguyên lý hoạt động cho hệ thống có thể dựa trên bảng phân
loại trên đây. Nhằm dễ dàng trong việc chọ lựa hệ thống thích hợp có thể chia các
loại hệ thống khí động thành từng cặp như sau:
a) Phân loại theo cách tác động của dòng khí lên vật liệu
Vận chuyển bằng phương pháp khí động: Không khí chuyển động trong
ống kín theo một phương nào đó ở trạng thái dòng loãng hay dòng đặc làm hạt bị
kéo theo và chuyển động dọc theo tuyến ống vận chuyển.
Vận chuyển bằng phương pháp thông khí: Không khí được đưa vào đều đặn
từ dưới lên qua lưới, bản xốp, vải… Vật liệu bão hòa với không khí trở nên lơ
lửng và linh động, nó có thể chảy theo máng nghiêng hoặc chảy ra từ lỗ tháo của
boongke. Phương pháp vận chuyển này tiêu tốn không khí ít (không khí tiêu tốn
chỉ cần đủ để bão hòa vật liệu).
b) Phân loại theo chủng loại hệ thống (hệ thống đóng và hệ thống mở)
c) Phân loại theo cách bố trí quạt, máy nén (hệ thống dạng hút, hệ thống dạng
đẩy và hệ thống hỗn hợp)
d) Phân loại theo tính cơ động của hệ thống (hệ thống cố định và hệ thống di
động)
e) Phân loại theo áp suất hoạt động của hệ thống (hệ thống áp suất thấp và hệ
thống áp suất cao).
Trang 30
f) Phân loại theo mức độ cải tiến của hệ thống (hệ thống thông thường và hệ
thống cải tiến)
g) Phân loại theo mức độ liên kết của hệ thống (hệ thống đơn lẻ và hệ thống
phức tạp)
h) Phân loại theo kiểu hoạt động của hệ thống (hệ thống hoạt động theo mẻ và
hệ thống họat động liên tục)
i) Phân loại theo nồng độ tương đối của hỗn hợp (hệ thống dòng đặc hệ thống
dòng loãng)
j) Phân loại theo đường vận chuyển (hệ thống thổi theo đường ống và hệ thống
thổi theo kênh)
2.2.3. Các sơ đồ vận chuyển vật liệu bằng phương pháp khí động
(Nguyễn Trọng Khuôn và CTV, 1983) Sự vận chuyển nguyên liệu có thể
thực hiện theo nhiều sơ đồ khác nhau. Tuy nhiên, ta cũng có thể qui ra 4 sơ đồ
chính sau đây:
Sơ đồ 1: Ống dẫn thẳng đứng. Sơ đồ này kinh tế nhất vì lưu lượng khí nhỏ
nhất và vì vậy tổn thất do ma sát giảm và ít mài mòn thiết bị.
Sơ đồ 2: Ống dẫn thẳng đứng có đoạn cuối nằm ngang, người ta tăng lượng
không khí lớn hơn so với sơ đồ 1 vì thế nồng độ hạt rắn giảm.
Sơ đồ 3: Gồm đoạn ống nằm ngang ngắn, tiếp đến là ống thẳng đứng và
cuối cùng là đoạn ống nằm ngang. Sơ đồ này cần có lượng không khí lớn và do đó
nồng độ hỗn hợp giảm.
Sơ đồ 4: Ống dẫn có đường đi tùy ý. Sơ đồ này thường áp dụng cho hệ
thống dài 100 – 1000m.
Trang 31
Hình 13: Sơ đồ đường ống vận chuyển vật liệu bằng phương pháp khí động.
2.2.4. Khảo sát nguyên lý hoạt động của 1 số máy vận chuyển bằng phương pháp
khí động thông dụng
Thực tế từ 4 sơ đồ bố trí đường ống vận chuyển nêu trên, căn cứ vào cách
phân loại máy vận chuyển theo áp suất, người ta đã chọn lựa và thiết kế ra 3 sơ đồ
máy vận chuyển chính và thông dụng trong thực tiễn:
Khi đường vận chuyển ngắn và vật liệu được thu nhận từ nhiều điểm thì
hợp lý là dùng phương pháp hút, nó đảm bảo thiết bị làm việc tốt, cho phép dùng
những bộ phận thu nhận vật liệu cũng như các máy thổi khí đơn giản.
Khi đường vận chuyển dài thì thường dùng phương pháp thổi.
Khi đường vận chuyển dài và vận chuyển từ nhiều điểm khác nhau đến một
điểm thì người ta dùng phương pháp hỗn hợp hút thổi kết hơp.
2.2.4.1. Sơ đồ máy vận chuyển khí động ở áp suất thấp và trung bình
Trang 32
Hình 14:Nguyên lý vận chuyển dạng hút (dòng loãng)
a) Nguyên lý hoạt động
Người ta làm giảm áp suất ở cuối tuyến vận chuyển bằng cách bố trí máy
hút khí ở cuối tuyến vận chuyển. Khi máy làm việc các phần tử trong ống hút 2; 4;
5 nằm trong trạng thái chân không. Tổn thất áp suất trong hệ thống này nhỏ hơn 1
atmotphe. Vật liệu chuyển động trong hệ thống đó gọi là vận chuyển bằng phương
pháp hút.
b) Hoạt động
Miệng hút (2) hút vật liệu cùng với không khí từ đống nguyên liệu. Hạt vật
liệu được trôi trong hệ thống ống dẫn (3) vào bộ phận thu liệu (4). Nguyên liệu
được tách ra khỏi không khí lắng xuống đáy cyclon đi qua cửa van thoát liệu (6)
rồi rơi xuống khu vực thu hồi nguyên liệu. không khí có lẫn bụi từ bộ phận tách
của cyclon (4), theo ống dẫn (5) vào bộ lọc, tại đây bụi được giữ lại hoặc lắng
xuống đáy cyclon và được đưa ra ngoài qua van xả (6). Không khí sạch sau khi
được tách bụi lại tiếp tục đi vào thiết bị tạo chân không (7) và được thổi ra ngoài.
c) Đặc điểm
Các thiết bị loại hút thuận tiên ở chỗ nó đáp ứng được các yêu cầu thu nhận
nguyên liệu dạng rời từ nhiều trạm chứa và chuyển đến một trạm thu duy nhất. Ví
dụ, khi hút và chuyển vật liệu từ xà lan vào các kho chứa, hạt vật liệu được hút vào
các miệng hút bố trí ở các khoang khác nhau của xà lan sau đó nhập chung vào
một đường ống vận chuyển chính và chuyển đến kho thu hồi vật liệu. Thiết bị này
thích hợp cho việc vận chuyển ở cự ly ngắn đơn giản. Độ chân không trong các
thiết bị hút đạt từ 0,3atm đến 0,4atm và đôi khi đạt đến 0,7atm.
2.2.4.2. Sơ đồ nguyên lý hệ thống vận chuyển vật liệu dạng thổi
Trang 33
Hình 15: Nguyên lý máy vận chuyển dạng thổi
a) Nguyên lý
Thiết bị tạo áp cung cấp một lượng không khí có áp suất cao, vận tốc cao
vào trong đường ống vận chuyển. Một mặt nguyên liệu được cấp vào phễu chứa
liệu được van xả chuyển xuống đường ống tải. Ngay tại cửa thoát của van xả, vật
liệu nhận được động năng khá lớn từ thiết bị thổi cung cấp bị đẩy đi trong đường
ống vận chuyển và chạy tới bộ phận tách liệu ở cuối tuyến vận chuyển. Tại cyclon
tách, hạt vật liệu từ từ lắng xuống đáy cyclon và được chuyển ra ngoài rồi rơi
xuống khu vực thu hồi. Ống vận chuyển có thể có nhiều nhánh để có thể cùng một
lúc chuyển liệu cho nhiều bộ phận thu hồi ở nhiều vị trí khác nhau.
b) Đặc điểm
So với hệ thống vận chuyển theo kiểu hút thì vận chuyển theo kiểu đẩy có
những ưu điểm:
Có khả năng vận chuyển vật liệu đi xa hơn.
Có khả năng vận chuyển vật liệu với nồng độ hỗn hợp cao hơn.
Nhược điểm: máy không thể hút được tại các vị trí nạp liệu.
2.1.5. Tình hình sử dụng các thiết bị vận chuyển trong và ngoài nước
2.2.5.1. Tình hình sử dụng các thiết bị vận chuyển bằng khí động trên thế giới
Trang 34
So với các dạng máy vận chuyển khác, phương pháp vận chuyển sản phẩm
bằng khí động đã cho thấy nhiều ưu điểm về khả năng bốc dỡ và vận chuyển sản
phẩm nông nghiệp dạng hạt
Máy có kết cấu gọn, đơn giản trong tháo lắp ống tải hạt,
Đường ống vận chuyển không chiếm nhiều diện tích và có thể vận chuyển
vật liệu đến nhiều vị trí khác nhau trên mọi địa hình.
Sản phẩm vận chuyển không bị hao hụt trong vận chuyển.
Năm 1867, lần đầu tiên thiết bị vận chuyển bằng khí động được ứng dụng
đề vận chuyển hạt tại Anh quốc. Liên tục cải tiến và thay đổi, ngày nay thiết bị vận
chuyển bằng khí động đã và được ứng dụng và phát triển ở nhiều ngành nghề sản
xuất khác nhau. Ở các nước có nền nông nghiệp phát triển máy được sử dụng
trong rất nhiều công đoạn cả ở nông trại và các cảng biển, đặc biệt thông dụng
trong bốc dỡ nông sản dạng hạt. Hầu hết các khu silô tồn trữ lương thực đều được
trang bị loại thiết bị này.
VIGAN ENGINEERING S.A của Vương Quốc Bỉ , KONGSKILDE của
Cộng Hòa Liên Bang Đức, EUROMAT của Pháp … là một trong các công ty
hàng đầu và nổi tiếng trên thế giới thiết kế và sản suất loại thiết bị vận chuyển hạt
dạng khí động, với năng suất và chiều dài vận chuyển đa dạng.
2.2.5.2. Tình hình ứng dụng máy vận chuyển bằng khí động ở Việt Nam
Ở nước ta việc ứng dụng máy vận chuyển khí động vào vận chuyển trong
nông nghiệp còn rất hiếm hoi. Ngoại trừ một số Silô tồn trữ lúa được dụng loại
thiết bị nhập ngoại này như : Silô Sóc Trăng, Silô Cao lãnh- Đồng Tháp sử dụng
máy vận chuyển năng suất…, Silô Trà Nóc – Cần Thơ
. Trong nông nghiệp việc ứng dụng cũng như chế tạo thiết bị này còn là một
vấn đề mới, thực tế cho đến nay chưa có đơn vị nào trong ngành đầu tư nghiên cứu
và chế tạo loại mẫu máy này.
Trang 35
Chương 3
Trang 36
NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU
3.1. Phương pháp thiết kế :
Lựa chọn phương pháp làm việc của máy thiết kế :
Để tính toán thiết kế máy vận chuyển khí động dạng di động này, em đã sử
dụng kết hợp hai phương pháp tính toán cơ bản trong thiết kế hệ thống vận chuyển
khí động là: Phương pháp thiết kế hệ thống sử dụng công thức toán học và Phương
pháp sử dụng dữ liệu thiết kế thực tế. Ngoài ra để tính toán kích thước thiết bị thực
tế em cũng đã sử dụng phương pháp thiết kế của giáo sư M.P.Kalinushkin, và
phương pháp thiết kế các chi tiết máy cơ khí. Vận dụng các phương pháp này để
tính toán thiết kế:
Hệ thống đường ống vận chuyển khí và vật liệu.
Quạt ly tâm.
Bộ phận truyền động.
Bộ phận van định lượng.
Bộ phận Cyclon.
3.1.1 Phương pháp thiết kế hệ thống đường ống
Hệ thống đường ống được thiết kế nhằm vận chuyển không chỉ vật liệu mà
còn cả lượng không khí cung cấp cho quạt. Hệ thống đường ống cần thiết kế được
chia ra làm hai phần: phần đường ống hút và đường ống đẩy. Đường kính ống và
chiều dài ống sẽ được tính dựa trên dữ liệu thiết kế có sẵn và lựa chọn. Trở lực của
hệ thống vận chuyển được tính theo phương pháp tổn thất áp suất đơn vị.
3.1.2 Phương pháp thiết kế quạt ly tâm
Quạt ly tâm được tính toán và thiết kế dựa theo phương pháp của giáo sư
M.P.Kalinushkin, các thông số ban đầu gồm lưu lượng và trở lực hệ thống được
lấy từ bước tính toán hệ thống đường ống.
3.1.3 Phương pháp thiết kế hệ thống truyền động
Trang 37
Việc thiết kế hệ thống truyền động được thực hiện theo phương pháp trong
giáo trình chi tiết máy
3.1.4 Phương pháp thiết kế bộ phận van định lượng
Van định lượng được thiết kế sao cho đảm bảo năng suất hoạt động của van
đủ lớn để lượng vật liệu đi vào qua đường ống hút được thoát xuống kịp thời,
không gây ra hiện tượng ứ ngẹn vật liệu ở van.
3.1.5 Phương pháp thiết kế bộ phận Cyclon
Cyclon được thiết kế theo phương pháp lựa chọn nhưng phải đảm bảo vật
vận tốc không khí tối ưu của thiết bị.
3.2. Phương pháp khảo nghiệm
Nghiên cứu thực nghiệm :
Các thông số khảo nghiệm đánh giá các thông số của máy:
Phương pháp bố trí thí nghiệm:
Phương pháp đo đạc các thông số khảo nghiệm
Phương pháp xử lí số liệu:
Khảo nghiệm hệ thống hút trấu.
Mục đích: xác định dữ liệu thiết kế
Nội dung khảo nghiệm:
- Xác định năng suất vận chuyển
- Chieàu cao huùt - Chieàu cao ñaåy - Cöï ly vaän chuyeån Chi phí năng lượng riêng của hệ thống.
Trang thiết bị phục vụ thí nghiệm và đo đạc kết quả:
Cân, đồng hồ bấm giờ.
Đồng hồ đo công suất, cường độ, điện thế.
Trang 38
Chương 4
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Trang 39
4.1 Các yêu cầu thiết kế ban đầu
Loại nguyên liệu vận chuyển: vỏ trấu.
Năng suất: máy được thiết kế sử dụng cho các nhà máy xay xát, do vậy có
thể căn cứ vào yêu cầu thực tế này để lựa chọn năng suất vận chuyển cho máy.
Hiện nay hầu hết các nhà máy xay xát ở Đồng bằng sông Cửu Long đều có năng
suất xay xát trung bình 3 3,5 tấn/h, tương đương lượng trấu sản sinh ra mỗi giờ
khoảng 0,7 tấn. Giả sử trong mỗi phiên làm việc sau khoảng 3 tiếng chúng ta thu
gom trấu một lần, thì năng suất yêu cầu cho mỗi máy sẽ là 2 tấn/h.
Máy thiết kế có tính linh hoạt và cơ động cao.
Sử dụng nguồn động lực là động cơ điện 3 pha.
4.2 Lựa chọn thông số và thiết kế sơ đồ vận chuyển
Từ các thông số yêu cầu và trên cơ sở khảo sát các hệ thống vận chuyển khí
động hiện nay có thể lựa chọn máy loại mở, hoạt động theo kiểu liên tục dưới áp
suất thấp dạng di động có sơ đồ như sau:
Hình 16: Nguyên lý máy vận chuyển dạng hỗn hợp
a) Nguyên lý hoạt động
Hệ thống hoạt động trên nguyên lý kết hợp của quá trình hút và đẩy, được
sinh ra do sự chênh lệch áp suất do quạt tạo ra giữa môi trường tại đầu hút và tại
Cyclon hút; giữa cửa van tăng tốc và môi trường.
Trang 40
b) Hoạt động của hệ thống
Quạt cao áp (3) hút không khí tạo chênh lệch áp suất cuối hệ thống và đầu
miệng hút (1). Không khí ở bên ngoài có áp suất cao hơn sẽ đi qua khe hở dạng
vành của miệng hút, xới lớp vật liệu và cuốn nó vào ống hút. Hỗn hợp theo ống
dẫn vào cyclon (2), tại đây trấu sẽ được tách ra khỏi hỗn hợp khí-trấu và rơi xuống
đáy cyclon (2). Nhờ van định lượng (4), van này yêu cầu rất kín, không cho không
khí áp suất cao từ bên dưới van tăng tốc lọt lên khoang chứa liệu trên van. Trấu
được van định lượng chuyển xuống van tăng tốc. Tại cửa ra của van tăng tốc, trấu
nhận được nguồn động năng của quạt cao áp cung cấp, lại tiếp tục hòa trộn với
dòng khí áp suất cao cùng chuyển động trong đường ống vận chuyển (5) và được
cuốn đi và cuối cùng được lắng ở cyclon (6) ra ngoài.
c) Lựa chọn thông số
Hệ số nồng độ: Khi lựa chọn sơ đồ vận chuyển như trên đây, ta sẽ cần tới
lượng không khí rất lớn nên nồng độ hỗn hợp giảm kết hợp với việc lựa chọn kiểu
vận chuyển hạt rắn bằng không khí trong dòng loãng theo phụ lục ta chọn nồng độ
không khí cho hệ thống là = 2.
Khối lượng riêng không khí và trấu (một cách tương đối) chọn:
Khối lượng riêng không khí kk = 1,2 kg/m3
Khối lượng riêng của trấu: = 0,130 tấn/m3
Vận tốc không khí: Theo phụ lục, với khối lượng riêng vật liệu vận chuyển
như trên đây ta chọn vận tốc không khí Vkk chọn = 15 m/s.
Chiều dài vận chuyển:
Chiều dài hút: 5m
Chiều dài đẩy: 30m
Độ cao nâng liệu: 4m
4.3 Tính toán thiết kế đường ống
a) Tính toán đường ống hút của hệ thống
Ống vận chuyển bao gồm hai phần, phần ống hút và phần ống đẩy.
Trang 41
Để có thể dịch chuyển miệng hút đến nhiều điểm khác nhau trong nhà
xưởng cần chọn phần đuôi của ống hút là ống mềm để bảo đảm đầu hút lúa có thể
dịch chuyển qua, lại nằm trong phạm vi góc = 100 450, (góc này cho phép dịch
chuyển miệng hút qua lại). Chiều dài đoạn ống hút này phải là 2 mét. Giữa ống
thẳng đứng và ống nằm ngang được nối qua một khuyu 90O có bán kính R0 = 1m.
Ty số giữa bán kính khuyu và đường kính ống càng lớn thì tổn thất cục bộ càng
giảm và ngược lại (thường R0 chọn bằng 0,7 đến 1m).
Chọn các số liệu kỹ thuật để tính toán thiết kế đường ống hút
Nồng độ không khí = 2
Khối lượng riêng của không khí trong đường ống hút là: kk = 1,2 kg/m3.
Vận tốc không khí trong ống hút: Vkk chọn = 15 m/s.
Năng suất yêu cầu của hệ thống là: G = 2 tấn/h. Để đảm bảo khả năng hoạt
động ổn định của hệ thống, chúng ta sẽ tính toán hệ thống với năng suất lớn hơn
yêu cầu khoảng 30-40%, tức là: Gt = 1,3 * G = 1,3 * 2 = 2.6 tấn/h.
Tính toán lưu lượng không khí Qkk cần thiết để vận chuyển lượng trấu với
năng suất là Gt = 2 tấn/h,
(m3/s)
Qkkh 1083 (m3/h); với kk = 1,2 kg/m3.
Tính đường kính ống hút
(m)
Ta lấy: d = 0,16m = 160 mm
Từ hai thông số trên ta có thể kiểm tra lại vận tốc không khí xem có thỏa
mãn cho quá trình vận chuyển không.
Trang 42
Vận tốc không khí Vkk
(m/s)
Trong đó :
: là hệ số phụ thuộc độ lớn của vật liệu, đối với dạng mảnh vụn đồng nhất
thì = 17 - 20.
Ta chọn = 20
: Khối lượng riêng của trấu = 0,130 tấn/m3.
: Hệ số kể đến sự thay đổi khối lượng riêng của không khí liên quan đến
sự thay đổi vận tốc tuyệt đối của nó ở giai đoạn đầu. = (2 - 5).10-5.
Ta chọn =5.10-5
L : Tổng chiều dài vận chuyển tính toán (m).
L = l + ltđ
Trong đó:
l - tổng chiều dài các đoạn ống thẳng không kể 2m ống mềm (thẳng
đứng hoặc nằm ngang): l = 1m.
ltđ -tổng chiều dài tương đương của những vị trí có sức cản cục bộ như :
các ống khuyu, đầu hút, Siclon phân ly, ống mềm, van định lượng,...(m).
Tính lLd
Bộ phận hút nguyên liệu (đầu hút thóc) tính theo công thức:
ltđ1 = 150 x d = 150 x 0,160 = 24 m
Tính toán cho van tháo liệu (van định lượng):
ltđ2 = 300 x d = 300 x 0,160 = 48 m
Tính toán Cyclon thu liệu, với Vkk = 15 (m/s) thì có = 0,24.
Và ltđ3 = 65 m
Tính toán ltd đối với ống mềm bằng nhựa, ltd = 5L
Do vậy: ltđ4 = 5 x L = 5 x 2 = 10 m.
Trang 43
Tính toán ltd với hai khuyu 900. (ta chọn tỉ số: Rd
o 6)
(Ro - bán kính khuyu). Có 2 khuyu do đó:
ltđ5 = n x 40 x d = 2 x 40 x 0,16 = 13 m
Vậy: ltđ = 24 + 48 + 65 + 10 + 13 = 160 m
Do đó: L = 160 m + 1 m = 161 m.
Để đảm bảo tính chính xác của chiều dài đường ống đo đạc trong thực tế có
khả năng lớn hơn ta sẽ lấy thêm hệ số dự trữ là: c = 1,15
Vậy: Lhút = 1,15 x 161 =184 m
Kiểm nghiệm vận tốc Vkk
Tính Vkk : ta được: Vkk = 8,91 m/s.
Vận tốc Vkk= 8,91 m/s < 15 m/s đã đủ thoả mãn cho việc vận chuyển. Như
vậy, vận tốc vận chuyển vât liệu trong đường ống Vkk chọn ban đầu là thỏa mãn.
b) Tính toán hệ thống ống đẩy.
Các số liệu kỹ thuật chọn lựa để thiết kế đường ống đẩy:
Nồng độ không khí được chọn và tính lại qua hệ thống hút ‘ với ‘=
Khối lượng riêng của không khí khi đẩy chọn đkk = 1,3kg/m3.
Vận tốc không khí trong ống đẩy Vkkchọn = 15 m/s
Tính lại ‘. Ta có ‘= . Tuy nhiên lưu lượng không khí thay đổi.
Lưu lượng không khí trong ống đẩy.
m3/s
Đường kính ống đẩy :
m
Ta chọn d = 0,160 m.
Ta cũng kiểm tra lại vận tốc không khí trong tuyến ống đẩy:
Trang 44
V Lkk 22
Tính L = l + ltđ
Trong đó:
Tính l: Chiều dài ống đẩy (gồm các ống nhựa nằm ngang và thẳng đứng)
l = 28 m.
Tính ltđ:
Khuyu : 2 khuyu 900. Chọn R0 / d=6
ltđ1 = n x 40 x d = 2 x 40 x 0,16 13m.
Siclon kép: ltđ2 = m
Vậy: ltđ = 13 + 130 = 143m.
L = l + ltđ = 28 + 143 = 171 m.
Do đó chiều dài tính toán là: Lđẩy = 1,15 x 171 197 m
Vậy: Vkk = 20 + 5.10-5 . 1972 = 9,14 m/s < 15 m/s = Vkk chọn
Như vậy vận tốc không khí thỏa mãn với vận tốc vận chuyển mà ta đã
chọn.
c) Tính toán trở lực đường ống.
Để thắng các trở lực trong quá trình vận chuyển trấu trong đường ống. Áp
suất quạt được tính theo:
p = pt + pđ + pc
Trong đó:
p - áp suất toàn phần;
pt - áp suất tĩnh tính bao gồm cả phần hút và phần đẩy;
pđ - áp suất động, tính chung cho toàn hệ thống;
pc - tổng trở lực cục bộ;
Áp suất tĩnh:
Trang 45
pt = . kk . g . h (16)
Trong đó:
h = 4m, độ cao vận chuyển (tính tổng cộng);
g = 9,81m/s2, gia tốc trọng trường;
kk = 1,2kg/m3, khối lượng riêng của không khí;
thay vào (16) tìm được pt = 2 x 1,2 x 9,81 x 4 = 94 N/m2. (94 Pa )
Áp suất động:
với vận tốc Vkk = 15m/s, k = 1,2kg/m3.
pđ = *(1 + 0,7) = *(1 + 0,7*2)
pđ =33,6 N/m2. (33,6 Pa )
Tổng trở lực cục bộ pc:
cb = (K’. + 1) Ki
Trong đó:
kk = 1,2kg/m3;
Vkk = 25m/s;
Hệ số K’ phụ thuộc vào vận tốc làm việc của không khí,
Với Vkk = 15m/s; K’ = 0,58.
Ki - tổng các hệ số thực nghiệm tương ứng của các vị trí có trở lực cục bộ
bao gồm:
Khuyu góc 900: có 7 khuyu (với k = 0,21) => K1 = 0,21 x 7 = 1,47.
Van định lượng và phân phối: 1 cái => K2 = 1,5.
Cyclon tách liệu và phân ly bụi: 2 cái => K3 = 3 x 1 = 3
Miệng hút liệu vào hệ thống hút: 1 cái => K4 = 0,015
Van điều chỉnh 1 cánh: 1 cái, => K5 = 0,04
Miệng hút bịt lưới Fs/F0 = 0,4 => K6 = 4
Trang 46
Ống dẫn vật liệu: với đường kính ống d = 0,16 m, tổng chiều dài đường
ống vận chuyển là: 31 m (bao gồm 28 m phần ống đẩy và 3 m phần ống hút).
Ta có: K5 = = 0,021* = 4,07
Vậy: Ki = 1,47 + 1,5 + 3 + 0,015 + 0,04 + 4 + 4,07 = 14,095
Bây giờ ta có: pc = *(0,58 * 2 + 1) * 14,095
pc = 4189,7 N/m2 (41101 Pa).
Vậy tổng trở lực của toàn bộ hệ thống vận chuyển là :
p = 94,2 + 33,6 + 4189,7 = 4317,5 Pa
4.4 Tính toán, thiết kế, lựa chọn quạt và động cơ điện
Thiết bị tạo áp trong hệ thống vận chuyển khí động có thể là quạt cao áp
hoặc tuabin kiểu ly tâm. Đối với hệ thống vận chuyển khí nén áp lực trung bình có
thể sử dụng những quạt ly tâm áp suất cao và máy nén không khí loại tuabin có
khả năng tạo áp suất tới 2000 Pa.
Cửa hút của quạt được nối kín với ống tâm của cyclon bằng bích đẩy của
quạt được nối kín với van tăng tốc. Khi làm việc, quạt vừa tạo áp chân không
trong cyclon và đường ống hút, lại vừa tạo áp lực trong đường ống đẩy để đẩy vỏ
trấu đi.
Xác định kích thước chủ yếu của quạt ly tâm
Do lưu lượng và trở lực của các hệ thống trong thực tế rất đa dạng nên việc
lựa chọn chính xác loại quạt phù hợp đồng thời có sẵn trên thị trường khá khó
khăn. Vì thế, chúng ta có thể dựa vào phương pháp của giáo sư M.P.Kalinushkin
để xác định các kích thước chủ yếu của quạt và có thể tiến hành chế tạo tại chỗ.
Số liệu ban đầu gồm có:
Lưu lượng: Q = 0,3 m3/s
Trở lực toàn phần của hệ thống: p = 4317,5 Pa = 440,1 kG/m2
Khối lượng riêng của không khí: kk = 1,2 kg/m3
Trang 47
Tốc độ quay yêu cầu của quạt: n = 3000 v/ph
Ta chọn quạt ly tâm tay trái (tức là khi đứng nhìn từ phía puli truyền động,
chiều quay của bánh xe cánh quạt là ngược chiều kim đồng hồ), truyền động thông
qua đai truyền, có các kích thước cụ thể như sau:
1. Chỉ số vận tốc của quạt:
= 17,1
2. Đường kính miệng hút của quạt:
= 0,162 m
3. Đường kính trong của bánh xe cánh quạt:
= 0,162 m
4. Đường kính bánh xe cánh quạt:
= 0,570 m
5. Bề dày của vỏ quạt:
= 0,144 m
6. Bề rộng bánh xe cánh quạt:
b = (0,3 0,6)D0 0,81 m
7. Kích thước mở rộng của vỏ quạt:
= 0,108 m
8. Kích thước hình vuông cấu tạo của vỏ quạt:
= 0,027 m
9. Số lượng cánh quạt:
= 5,644 l
10. Lấy tròn theo bội số của 4 ta được 8 cánh.
Trang 48
11. Quạt ly tâm với kích thước được xác định theo phương pháp này đảm bảo
hiệu suất = 0,55 0,6.
12. Góc vào và ra của không khí trong rãnh giữa hai cánh quạt:
1 = 1000 và 2 = 450
13. Công suất điện tiêu thụ của quạt:
= 2,35 kW
Công suất tiêu thụ điện thực tế của toàn hệ thống
Trong đó:
Chọn K = 1,1
trđ : hiệu suất truyền động giữa động cơ và quạt.
Khi truyền động bằng puli và đai truyền tiết diện hình thang trđ = 0,9
0,95
trục: hiệu suất truyền động trên trục qua 1 cặp ổ lăn trục = 0,99
Trang 49
Do đó ta có: = 2,752 kW
Từ công suất điện thực tế và số vòng quay yêu cầu n = 3000v/ph ta chọn
loại động cơ che kín, có quạt gió AO2(AO2)32 – 2, có các số liệu kỹ thuật như
sau: Công suất 3,0 kW, Vận tốc làm việc 2880 v/ph; Hiệu suất 84,5%.
4.5 Thiết kế bộ truyền đai:
Giả thiết vận tốc của đai truyền nhỏ hơn 5 m/s, thêm vào đó là do công suất
truyền động là 2,752 kW, vì thế ta chọn đai thang tiết diện Б.
Chọn đường kính bánh đai:
Bánh đai lớn (puli quạt): D1 = 180 mm
Bánh đai nhỏ (puli động cơ): D2 = 160 mm
Chọn khoảng cách trục A:
Với tỉ số truyền là i 1, chọn A = 1,5 * D2 = 1,5 * 180 = 270 mm
Khoảng cách này thỏa mãn điều kiện:
0,55 (D1 + D2) + h = 0,55 * 340+ 10,5 = 197,5 A 2 (D1 + D2) = 2 * 340 = 680
Chọn số dây đai là Z = 2 sợi.
Kích thước chủ yếu của bánh đai:
Chiều rộng bánh đai:
B = (Z – 1)t + 28 = (2 – 1)*20 + 28 = 48 mm
Đường kính ngoài bánh đai:
Dn1 = D1 + 2h0 = 360 + 2*5 = 370 mm
Dn2 = D2 + 2h0 = 320 + 2*5 = 330 mm
Trang 50
4.6 Thiết kế đầu hút vật liệu theo phương thẳng đứng
Sau khi động cơ và quạt hoạt động, tạo chênh lệch áp suất để hút trấu chúng
ta sẽ phải sử dụng một đầu hút chuyên dụng có thiết kế cơ bản giống thiết kế của
các dạng đầu hút thông dụng đã được nêu tại hình 10, tức là có hai phần một phần
tạo độ xốp cho vật liệu và một phần điều chỉnh dòng khí.
Trang 51
Bởi vì, máy được thiết kế dưới dạng di động có năng suất nhỏ, người sử
dụng sẽ trực tiếp thao tác trên đầu hút nên chúng ta sử dụng cho máy loạt đầu hút
nhỏ có đường kính bằng đường kính ống hút d = 160mm, chiều dài a = 520mm
phù hợp với chiều dài cánh tay người sử dụng. Dòng khí chính được cung cấp qua
hai khe bên hông đầu hút, hai khe này đóng vai trò như một ống bao cấp khí, và
thụt lùi lại sau ống chính một đoạn b = 20mm (giống trường hợp c hình 11) nhằm
tăng hiệu quả hút vật liệu. Ngoài ra, để kiểm soát nồng độ không khí đi vào máy,
chúng ta sẽ dùng một dòng khí phụ được cung cấp thông qua 8 khe nằm trên đầu
hút. Ta có thể đóng mở các khe này nhờ một khóa nằm trên thân đầu hút. Nhằm
thuận tiện hơn cho người sử dụng khi vận hành máy trên thân đầu hút sẽ gắn thêm
hai tay cầm.
4.7 Tính toán, thiết kế Cyclon cuối đường ống hút
Theo phương pháp chọn Cyclon, ta chọn đường kính cửa thoát khí của
Cyclon như sau: D1 = (0,05 0,0,6)
Với Vkk = 15m/s, ta được: D1 0,27m.
Sử dụng thiết kế của Cyclon 2.2.2.3.1.c, ta có các kích thước của cyclon
như sau:
Trang 52
Đường kính cửa thoát khí của Cyclon: D1 = 0,27 m
Đường kính phần trụ của Cyclon: D = 0,6 m
Đường kính cửa tháo liệu Cyclon: D2 = 0,21 m
Chiều cao phần hình trụ của Cyclon: H1 = 0,22 m
Chiều cao phần côn trên Cyclon: H2 = 0,110 m
Chiều cao phần côn dưới Cyclon: H3 = 0,4 m
Đường kính ống vào Cyclon: D3 = 0,16 m
Để ngăn không cho mảnh trấu bị hút ngược vào quạt, ta thay ống ở cửa
thoát khí bằng ống trụ bọc lưới, lỗ 20x3.
4.8 Tính toán, thiết kế van định lượng
Từ các dữ liệu thiết kế đã có ta có thể chọn kiểu dáng cho van định lượng
như sau:
Kiểu van: Van định lượng kiểu vật liệu rơi thẳng.
Kiểu Roto: Roto đóng kín.
Kiểu cánh: Cánh có lưỡi cao su.
Trang 53
Năng suất làm việc van định lượng
Gv = S . l . n . N . . . (tấn/h)
Ta có thể lựa chọn các thông số làm việc cho van định lượng như sau:
Diện tích làm việc: S = 6,750.10-3 mm2.
Chiều dài cánh Roto: l = 0,210 mm.
Số cánh trên Roto: n = 6.
Tốc độ quay của Roto: N = 40 vòng/phút.
Hệ số điền đầy vật liệu: = 0,5
Khối lượng thể tích của trấu vận chuyển: =130 kg/m3.
Vậy ta có năng suất làm việc của van:
Gv = 6,750.10-3 x 0,210 x 6 x 40 x 0,5 x 130 x = 3,16 tấn/h
Năng suất này thoả mãn năng suất thiết kế đặt ra cho máy: G v > Gt = 2,8
tấn/h.
Trang 54
4.9 Thiết kế Van tăng tốc
Vật liệu sau khi qua van định lượng sẽ tiếp tục rơi xuống van tăng tốc, tại
đây trấu gặp lượng không khí áp suất cao từ quạt đi ra, đồng thời do đặc điểm cấu
tạo thay đổi tiết diện của van tăng tốc. Vì thế, sau khi rời khỏi van trấu có động
năng lớn hơn đủ để thắng được lực quán tính của khối vật liệu rơi xuống, ngoài ra
tránh được hiện tượng rò ngược khí từ dưới đường thổi lên Cyclon hút. Vận tốc
không khí ngay tại cửa thoát van định lượng đòi hỏi lớn hơn vận tốc không khí ra
khỏi miệng quạt và đi vào cửa van tăng tốc khoảng 15%.
Trang 55
4.10 Tính toán, thiết kế Cyclon tách trấu cuối đường ống đẩy
Hỗn hợp khí – trấu sau khi vào Cyclon cuối đường ống hút, sẽ rơi xuống
van tăng tốc và tại đây được cung cấp thêm năng lượng để tiếp tục di chuyển trong
đường ống đẩy tới vị trí tập kết. Trấu sẽ được tách riêng ra khỏi hỗn hợp nhờ
Cyclon cuối đường ống đẩy, và rơi xuống buồng chứa.
Do trấu có đặc điểm là gồm rất nhiều mảnh vụn nên khi vận chuyển trấu
bằng phương pháp khí động, môi trường làm việc sẽ bị ảnh hưởng rất nhiều do
nồng độ bụi cao. Để hạn chế ảnh hưởng xấu này chúng ta cần phải sử dụng một
loại Cyclon có khả năng làm sạch cao, nhằm loại bỏ triệt để các hạt bụi và mảnh
trấu có trong hỗn hợp thoát ra. Ở đây ta chọn Cyclon côn xoắn SDK, có vận tốc
chuyển động tối ưu của dòng khí trong thiết bị là vu = (1,7 2,0) m/s.
Diện tích tiết diện cần thiết của Cyclon:
= 0,165 m2
Với Qđây = 0,28 m3/s
Đường kính của Cyclon:
Trang 56
= 0,458 m
Chọn: D= 0,35 m
Chúng ta có thể kiểm tra lại vận tốc thực tế của dòng khí trong Cyclon:
=1,72 m/s
Vận tốc không khí nằm trong khoảng vận tốc tối ưu nên đã đảm bảo được
yêu cầu ban đầu.
Từ các dữ liệu trên đây ta có được các kích thước thực tế của Cyclon cuối
đường đẩy như sau:
Đường kính cửa thoát khí của Cyclon: D1 = 0,117 m
Đường kính phần trụ của Cyclon: D = 0,350 m
Đường kính cửa tháo liệu Cyclon: D2 = D1 = 0,117 m
Chiều cao cửa thoát khí của Cyclon: H1 = 0,105 m
Chiều cao phần thân trụ Cyclon: H2 = 0,187 m
Chiều cao phần côn Cyclon: H3 = 1,05 m
Chiều cao cửa thoát liệu Cyclon: H4 = 0,035 m
Chiều cao cửa khí vào Cyclon: H5 = H2 = 0,187 m
Bề rộng cửa khí vào Cyclon: B = 0,93 m
Chiều dài cửa khí vào Cyclon: l = 0,236 m
Trang 57
Trang 58
Chương 5KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ
5.1 Kết luận
Máy có cấu tạo tương đối phức tạp, nhưng quá trình vận hành đơn giản. Kết
cấu máy vững chắc, bền bỉ, thích hợp làm việc trong môi trường khói bụi và trong
nông nghiệp.
Việc di chuyển máy khá nặng nề và khó khăn.
Đề tài tiến hành nghiên cứu trên một mẫu máy có sẵn đã được kiểm nghiệm
và hoạt động tốt trước đây. Việc thiết kế dựa trên phương pháp kết hợp giữa sử
dụng công thức tính toán và kết quả đo đạc thực tế, các thông số tính toán được
của các bộ phận máy thiết kế có sự tương đồng tương đối với các thông số của
máy thực tế. Chứng tỏ có thể sử dụng phương pháp này để tiến hành thiết kế cho
một số mẫu máy vận chuyển khác.
Người thực hiện đề tài còn chưa tiến hành khảo nghiệm nên chưa có được
những đánh giá chính xác và toàn diện về máy
5.2 Đề nghị
Tiếp tục sửa chữa và tiến hành khảo nghiệm máy thực tế đưa vào sản xuất
để có được những đánh giá một cách toàn diện
Thiết kế và chế tạo thêm một số loại đầu hút khác nhằm gia tăng công năng
hoạt động cho máy.
Thay xe kéo của máy bằng một mẫu xe kéo có kích thước bánh lớn hơn vừa
giúp di chuyển thuận tiện, vừa tăng tính cơ động của máy và phù hợp với điều kiện
Việt Nam khi có thể gắn máy sau một thiết bị kéo có động cơ.
Trong một số trường hợp có thể thay thế động cơ kéo chạy điện bằng động
cơ diezen, khi nguồn điện gặp sự cố.
Trang 59
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1) GS. Trần Ngọc Chấn – Trường ĐH Xây dựng - “Kĩ thuật thông gió” –
Nhà xuất bản Xây dựng – 1998.
2) PTS. Nguyễn Huy Động – “Thông gió và kĩ thuật xử lý khí thải” – Nhà
xuất bản giáo dục.
3) Trần Hữu Quế “Vẽ kỹ thuật cơ khí tập 1,2” – Nhà xuất bản đại học và
trung học chuyên nghiệp
4) Ninh Đức Tôn “Dung Sai Và Lắp Ghép” . NXB Giáo Dục
5) Nguyễn Minh Tuyển.
6) “Bơm, quạt máy nén, quạt trong công nghiệp”.
7) Phan Hiếu Hiền –“Bài giảng phương pháp bố trí thí nghiệm và xử lý số
liệu”
8) Bùi Huy Hùng, Lê Bá Chiến – “Thiết kế khảo nghiệm máy vận chuyển hạt
bằng phương pháp khí động” Luận văn tốt nghiệp – 1996.
9) Bùi Trung Thành. – “Nghiên cứu một số thông số ảnh hưởng đến quá trình
vận chuyển lúa bằng phương pháp khí động” – Luận văn Thạc sĩ khoa học kĩ
thuật – 2003.
10)David Mills – “Pneumatic Conveying Design Guide” Second Edition –
British Library Cataloguing in Publication Data – 2004
11)Marcel Dekker“Handbook of Pneumatic Conveying Engineering”_2004.
Trang 60
PHỤ LỤC
Trang 61
