Phạm Thị Thủy

ISSN 2615 9910 TẠP CHÍ CƠ KHÍ VIỆT NAM, Số�5�năm�2021� http //cokhivietnam vn NGHIÊN�CỨU� �TRAO�ĐỔI F TÍNH�TOÁN,�THIẾT�KẾ�VÀ�XÂY�DỰNG�MÔ�HÌNH�MÁY�TÁCH�BÙN� CÓ�ROTOR�KIỂU�ELIP CALCULATION,�DESIGN�AND�B[.]

NGHIÊN CỨU - TRAO ĐỔI TÍNH TỐN, THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG MƠ HÌNH MÁY TÁCH BÙN CĨ ROTOR KIỂU ELIP CALCULATION, DESIGN AND BUILDING MODEL OF FILTER SLUDGE WITH ELLIPTICAL ROTOR PROFILE Phạm Thị Thủy, Nguyễn Thanh Tùng Trường Đại học Mỏ - Địa chất TÓM TẮT Bài báo trình bày phương pháp tính tốn, thiết kế máy tách bùn có rotor hình elips Trên sở tốn học, nghiên cứu thơng số hình học tối ưu cho rotor máy tách bùn Nội dung báo đề cập phương pháp thiết kế cụm chi tiết máy tách bùn Kết báo xây dựng mơ hình máy tách bùn có rotor kiểu elips Kết sở quan trọng cho việc chế tạo máy tách bùn rotor elips điều kiện Việt Nam Từ khóa: Máy tách bùn; Rotor elip; Bánh elip ABSTRACT The paper presents the calculation method, design lter sludge with elliptical rotor pro le Based on the geometric analysis and mathematical model, the rotor pro le of lter sludge is generated In this paper also shows design method of main machine’s parts of lter sludge The consequence of design demonstrates model of lter sludge is generated It is based on important for manufacuring the lter slugde on conditions in Vietnam Keywords: Filter slugde; Eliptical rotor; Elipptical gear ĐẶT VẤN ĐỀ Bùn thải phần sản phẩm cuối trình xử lý nước thải Nó gây nhiễm mơi trường sống, môi trường làm việc Việc xử lý ô nhiễm mơi trường hạn chế tác hại tới đời sống tất quốc gia giới quan tâm Đã có nhiều nghiên cứu phương pháp xử lý bùn tách bùn công bố, chủ yếu tập trung vào phương pháp vật lý, hoá học sinh học nhằm chuyển hố bùn thành dạng khơng độc hại tiêu huỷ lượng bùn phát sinh Các nghiên cứu thiết bị tách bùn, chúng chủ yếu nhà sản xuất, cơng ty cơng nghệ chế tạo nên công bố chi tiết loại thiết bị Hiện nay, số nghiên cứu công bố thiết bị tách bùn phải kể tới như: máy tách bùn kiểu trục vít, tách bùn kiểu băng tải, tách bùn kiểu chân không, tách bùn kiểu khung bản, máy tách bùn đa đĩa,…Máy tách bùn kiểu trục vít cho bùn sau ép khô, vận hành máy dễ dàng trục vít mịn nhanh, dễ xảy tượng kẹt nước, hiệu thấp ép loại bùn mịn F ISSN 2615 - 9910 TẠP CHÍ CƠ KHÍ VIỆT NAM, Số năm 2021 http://cokhivietnam.vn NGHIÊN CỨU - TRAO ĐỔI bùn có hạt cứng [1] Tách bùn kiểu băng tải cho suất tuổi thọ thiết bị cao [2] giá thành chế tạo lớn, độ ẩm bùn sau tách có độ ẩm cao, hiệu suất tách nước từ bùn Tách bùn kiểu chân không sử dụng phổ biến khai thác khoáng sản có nhiều ưu điểm [3]: Bùn sau tách có độ ẩm thấp (bùn khơ), tách loại bùn mịn tuổi thọ vải lọc thấp, chi phí đầu tư vận hành cao Tách bùn kiểu khung ép nhiều loại bùn khác [2], bùn sau ép có độ ẩm nhỏ suất ép thấp chi phí sử dụng cao Hiện nay, mẫu máy tách bùn theo nguyên lý làm việc bánh (hình 1) phát triển Các trục rotor hình elip quay chiều tách phần lớn lượng nước khỏi bùn Theo nguyên lý làm việc máy khắc phục hạn chế máy tách bùn truyền thống đề cập Một số hãng sản xuất máy tách bùn giới [8], [9] tiến hành chế tạo máy tách bùn rotor kiểu elip cơng bố kết tích cực Dựa xu hướng phát triển máy tách bùn elip, nhóm tác giả tập trung vào tính tốn thiết kế để xây dựng mơ hình máy tách bùn kiểu elip Nó sở quan trọng việc chế tạo thiết bị nước CƠ SỞ TÍNH TỐN THIẾT KẾ Hình 1: Ngun lý làm việc máy tách bùn rotor kiểu elip Trên giới, có nhiều nghiên cứu phương pháp thiết bị xử lý bùn thải Nhóm tác giả Anne Wambui Mumbi, Li Fengting, Fridah Mwarania and Batzorig Uuganchimeg [4], nghiên cứu đưa biện pháp giảm tiếng ồn sử dụng máy trục vít để lọc tách bùn Tác giả J oliver , J vaxelaire [5], nghiên cứu ảnh hưởng yếu tố hoạt tính tới khả tách bùn vải lọc máy tách bùn kiểu chân không Nhóm tác giả Okada, Takesi [6], nghiên cứu để tối ưu hóa biên dạng trục vít nhằm nâng cao khả làm việc trục vít máy tách bùn kiểu trục vít T Remat, R Branion [7], nghiên cứu máy tách bùn kiểu băng tải kiểu trục vít để đánh giá hiệu làm việc quy mơ phịng thí nghiệm Hạt bùn chuyển động mạnh theo phương trọng lực nên nước từ bùn dễ dàng tách khỏi bùn xảy tượng kẹt nước hay tắc nước ISSN 2615 - 9910 2.1 Nguyên lý làm việc cấu tạo Hình Nguyên lý làm việc Với máy tách bùn kiểu rotor elip sử dụng máy bơm bơm hỗn hợp chất thải vào bể chứa Bùn vào bể chứa khuấy trộn hệ thống trộn nhằm đảm bảo chất rắn không bị lắng đáy Hỗn hợp nước dâng lên vào phận tách bùn qua khu vực Bộ phận tách gồm trục gắn đĩa elip quay tròn với tốc độ tương đối chậm Chúng di chuyển nhờ động giảm tốc thông qua truyền xích Sự chuyển động xen kẽ trục đẩy bùn di chuyển tịnh tiến Các đĩa trục quay xen kẽ, kết hợp với phần sàn tạo khe hở nhỏ làm thể cho nước tách khỏi bùn Bùn ẩm đưa từ cửa TẠP CHÍ CƠ KHÍ VIỆT NAM, Số năm 2021 http://cokhivietnam.vn NGHIÊN CỨU - TRAO ĐỔI Máy cấu tạo phận như: thùng trộn 1, động truyền động 2, rotor sàng tách 3, truyền xích khung máy Tâm sai elip định nghĩa theo (a công thức: e = − b12 a1 ) 1/ Khi rotor quét cung S1(SAM) rotor quét cung S2(S BN) φ1 φ1    dr  − e12  S1 = ∫ r12 +   dφ1 = ∫ a1  2 d φ − e cos ( ) φ  1   0 φ2 S2 = ∫ 1/ φ2    dr  − e12  r22 +   dφ = ∫ a1  2  dφ   − e1 cos (φ )  ( ) ( ) + e14 − e12 sin (2φ1 ) dφ1 4(1 − e12 cos φ1 ) + e14 − e12 sin (2φ ) dφ 4(1 − e12 cos φ ) 1/ (2) (3) Trong trình làm việc biên dạng rotor phải đảm bảo điều kiện khe hở theo điều kiện đặt trước Do vậy, cung r1 r2 phải đảm bảo điều kiện: f (r1 , r2 ) = f ( S i , φi ) = k Hình Cấu tạo máy Xét tiết diện i phương song song với O1O2, ta có: 1/  − e12   − e12   −1   k i = O1O2 − r1i cos φ1 − r2i cos φ = O1O2 − a1  2 2  − e1 cos (φ1)   − e1 cos (φ )  (4) Và điều kiện cân là: Hình Hệ tọa độ tính 2.2 Tính tốn xây dựng biên dạng rotor elip Trong trình làm việc, rotor quay chiều truyền động độc lập từ truyền Biên dạng rotor định khả tách nước thông qua khe hở biên dạng chúng tạo Chọn hệ trục tọa độ O1X1Y1 O2X2Y2 có tâm trùng với tâm elip (Hình 3) Một điểm M, N nằm elip xác định thơng qua bán kính ri(ϕi), xác định phương trình: 1/ 1/ 1/  1−e2   1−e2   r1(φ1) = a1 12  r2 (φ1) = a1 12 φ − e cos ( ) − e cos ( ) φ     (1) Trong đó: a1 bán trục dài, b1 bán trục ngắn elip S1 S = r1 r2 (5) Theo [10] biên dạng rotor lựa chọn sau: Tâm sai e =0,56; bán trục lớn 97 mm; bán trục nhỏ 80mm bề dày rotor 3mm TÍNH TỐN, THIẾT KẾ KẾT CẤU MỘT SỐ CƠ CẤU CHÍNH 3.1 Tính chọn động thông số Bùi thải chọn loại phổ biến với độ pha rắn trung bình 45 ; Năng suất tách nước Q = 2,5 m3/h; tiết diện khoang tách bùn A: 150 mm x 3600 mm; bề dày lớp bùn: 100 mm; Vận tốc chảy lớn nhất: ISSN 2615 - 9910 TẠP CHÍ CƠ KHÍ VIỆT NAM, Số năm 2021 http://cokhivietnam.vn F NGHIÊN CỨU - TRAO ĐỔI v max = Q 2,5 = = 0, 47(m / s) (6) A 0,1.0,15.3600 Vận tốc nhỏ bùn vận tốc quay trục rotor bùn nằm đĩa elip trục rotor luân chuyển P = 0.12 KW, số vòng quay n = vòng/phút; Số dãy rotor: Các bước tính tốn: Chọn vật liệu cho cụm trục: SUS316; Phân tích động lực học tác động lên cụm trục; Xây dựng biểu đồ momem; tính tốn kết cấu trục; Số đĩa rotor trục 14; Kết tính trục thể hình hình Vận tốc nhỏ nhất: v = π.D.n 3,14.1,6.7 = = 0,07(m / s) (7) 60.1000 60.1000 Với D bán trục ngắn đĩa elip; n số vòng quay trục Hình Cụm rotor Gia tốc rotor a= ∆v 0, = ≈ 0,1(m / s ) ∆t 4, 28 (8) Trong đó: ∆v biến thiên tốc độ; ∆t khoảng biến thiên thời gian Hình Kết cấu đỡ cụm rotor Lực đẩy bùn: F = 6.m.a = 6.0,1.300 = 180(N) (9) Xét hiệu suất phận truyền: 10 η = η2x η10 ol = 0,95 0,99 = 0,82 Công suất mà động phải chịu: P= 3.3.2 Tính chọn truyền xích Thơng số tính tốn: Cơng suất P = 0.11 KW; Tỉ số truyền u =1; Số vòng quay n =7 vịng/phút Các bước tính tốn: Chọn vật liệu xích: C45; Chọn loại xích B40; Phân tích lực xây dựng biểu đồ lực tác động lên xích; Kiểm tra độ bền xích theo độ bền tiếp xúc khả kéo Kết tính tốn cho loại xích: F.v 180.0, 47 = = 0,103(kW) (10) 1000.η 1000.0,82 3.3 Tính chọn kết cấu máy 3.3.1 Cụm trục rotor Bảng Thơng số xích: Loại xích Bước xích B60 Thơng số tính tốn: Cơng suất trục ISSN 2615 - 9910 TẠP CHÍ CƠ KHÍ VIỆT NAM, Số năm 2021 http://cokhivietnam.vn 19.05 mm Số xích Z = 21 Khoảng cách trục 1270 mm Kết cấu bố trí truyền xích hình NGHIÊN CỨU - TRAO ĐỔI 3.3.3 Cụm khung sàng tách KẾT QUẢ Sàng tách tạo không gian đỡ hỗn hợp bùn nước, cịn tạo khơng gian chuyển động rotor Khe hở sàng tách rotor đảm bảo trình tách nước khỏi bùn, tính tốn khoảng 0,3 – 0,5 mm Khung máy đỡ cụm rotor tạo khơng gian chứa bùn Tính tốn khung máy thực qua bước: Chọn vật liệu SUS304; phân tích động lực học tác động lên khung; xây dựng biểu đồ lực tác dụng lên khung; lựa chọn kết cấu khung Kết hình Dựa nguyên lý làm việc đặc điểm cấu tạo máy, nhóm tác giả tập trung tính tốn động lực học hình thành biên dạng rotor dạng elips Từ đó, nhóm tập trung tính tốn thiết kế xây dựng mơ hình cụm rotor, cụm truyền động truyền xích, cụm khung máy cuối vẽ lắp hồn chỉnh (hình 8) Bản vẽ lắp tài liệu quan trọng phục vụ trình chế tạo thời gian tới.v Ngày nhận bài: 04/5/2021 Ngày phản biện: 17/5/2021 Tài liệu tham khảo: [1] Hình Bố trí truyền xích Hình Khung máy Hình Mơ hình máy tách bùn É L R L Bouchaib El idrissi, Dewatering Parameters in a Screw Press and their in uence on the screw press outputs, Chemical Engineering Research and Design, 2019 [2] Nguyễn Văn Thơm; “Nghiên cứu đánh giá xử lý bùn đỏ tây nguyên , Luận văn Thạc sỹ, Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội, 2015 [3] L N Vĩnh; Nghiên cứu thiết kế chế tạo thiết bị lọc chân không thùng quay 2009 [4] L F F M a B U Anne Wambui Mumbi, An assessment of multi-plate screw press in dewatering process of sludge treatment, Int J Adv Res 5(12), , 2015, pp 740-747, [5] J v J oliver, The Prediction of Filter Belt Press Dewatering Ef ciency for Activated Sludge By Experimentation on Filtration Compression Cells, Teachnology and Engineering Universit, 2016 [6] T Okada, New Screw Press Sludge Dewatering Equipment Reduction of Sludge Moisture Content with a Minimum of Operator Maintenance , vol 51, no JAPAN TAPPI JOURNAL , pp 351-356, 2017 [7] R B T Remat, A laboratory sludge press for characterizing sludge dewatering,, water science and Technology,, Vols Vol 35,, pp P 189-196,, 2007 [8] http://kendensha.com [9] http://tridentprocesses.com [10] Đ K B , T L N T T Phạm Thị Thủy; Phân tích ảnh hưởng biên dạng rotor kiểu elip tới khả làm việc máy tách bùn , Trường Đại học Mỏ - Địa chất, 2020 [11] The Prediction of Filter Belt Press Dewatering Ef ciency for Activated Sludge By Experimentation on Filtration Compression Cells,, Technology, Vols E., Universit, O , 2015 ISSN 2615 - 9910 TẠP CHÍ CƠ KHÍ VIỆT NAM, Số năm 2021 http://cokhivietnam.vn F ... 189-196,, 2007 [8] http://kendensha.com [9] http://tridentprocesses.com [10] Đ K B , T L N T T Phạm Thị Thủy; Phân tích ảnh hưởng biên dạng rotor kiểu elip tới khả làm việc máy tách bùn , Trường