Đồ Án Thiết Kế Hệ Thống Cơ Khí 2 Đề Tài Thiết Kế Silo Chứa Sơn Nước Phương Án Silo Chứa Với Thể Tích 40 M.pdf

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI

Giáo viên hướng dẫn: TS Nguyễn Văn Tịnh

Hà Nội, 12/2023

Lời mở đầu

Trong tình hình cơ cấu kinh tê nước ta hiện nay , nông nghiệp chiếm tới 80% vì vậy ngành công nghiệp sane xuất phân bón chiếm vai trò rất quan trọng Do vậy việc điềukhiển và giam sát dây chuyền sản xuất sẽ ảnh hưởng đến chất lượng phân bón cũng như năng suất của ngành nông nghiệp Với những kiến thức đã tiếp thu được sau những năm học tại ngành Kỹ thuật Cơ Khí thuộc khoa Cơ Khí , trường Đại học Xây Dựng Hà Nội cùng với việc học qua các môn Thiết kê hệ thống cơ khí 1 , và tham khảo một số tài liệu … em đã được nhận đề tài thiết kế hệ thống cơ khí dây chuyền sản xuất phân NPK , năng suất 15 tấn/giờ.

Em xin trân thành cảm ơn các thầy trong khoa Cơ khí đặc biệt là thầy Nguyễn Văn Tịnh đã luôn có những hướng dẫn nhiệt tình nên em đã hoàn thành đề tài nói trên Nội dung đồ án môn học “Thiết kế hệ thống cơ khí 2” bao gồm 2 chương :CHƯƠNG 1 Giới thiệu chung về thiết bị/hệ thống thiết bị thiết kế

CHƯƠNG 2 Tính toán chung silo chứa sơn dung tích 200 tấn

Trong thời gian làm đồ án, em đã cố gắng hoàn thành một cách tốt nhất công việc của mình Do kiến thức và kinh nghiệm có hạn nên đồ án của em sẽ không tranh khỏi việc thiếu sót Em rất mong nhận được sự đóng góp quý báu của các thầy và cac bạn để bài làm được hoàn thiện hơn và tích thêm lũy thêm nhiều kinh nghiệm

Chương 1: Giới thiệu chung về thiết bị/hệ thống thiết bị thiết kế 1.1 Mô tả dây chuyền công nghệ sản xuất sơn nước.

1.1.1 Nhiệm vụ của dây chuyền sản xuất sơn nước.

- Tăng năng suất và hiệu quả làm việc do đó tăng lợi nhuạn của đơn vị- Nâng cao hệ quả của hệ thống sản xuất sơn nước

- Cắt giảm chi phí lao động gián tiếp

- Giảm hư hỏng vật liệu trong quá trình lưu trữ và vận chuyển - Tối đa hóa không gian sử dụng

- Giảm thiểu chi phí tổng thể- Tăng hiệu quả và khả năng bán hàng- Năng suất đạt 2000kg/ngày

1.1.2 Chức năng của dây chuyền sản xuất sơn nước.

- Vận chuyển các vật liệu vào trong từng giai đoạn - Đưa vật liệu vào kho lưu trữ

1.1.3 Sơ đồ dây chuyền công nghệ.a) Sơ đồ công nghệ.

b) Các giai đoạn trong dây chuyền sản suất sơn nước

Giai đoạn 1: nguyên liệu đầu vào

- Thành phần nguyên liệu đầu vào: chất tạo màng, bột độn, bột màu, dung môi Giai đoạn 2: Ủ muối

Ủ muối

NghiềnnguyênliệuPhân tán

Trộn hỗnhợp

Kiểmđịnh chấtlượng sơn

Đóng hộpsản phẩmVận

chuyểnvào kho

Thành phần gồm:

Bột độn với hoạt chất CaCo3, silica, đất sét.Bột màu như oxit titan, thiếc, chìChất tạo màng là nhựa latex Quá trình ủ kéo dài từ 2-5 giờ

Giai đoạn 3: Phân tán

Cho bột độn và chất tạo độ phụ vào phễu Cho chất điều chỉnh độ PH và tăng tốc độ quay lên 1800 vòng/phút trong thời gian 10 phút.

Giai đoạn 4: Nghiền nguyên liệu

Quá trình nghiền sơn sẽ giúp dung dịch này chuyển sang dạng lỏng mịn, nhuyễn.

Tốc độ máy lên đến 2000 vòng/phút trong 20 phút.

Kiểm tra độ mịn của sơn, khi đạt yêu cầu chất lượng thì sẽ chuyển sang công đoạn tiếp theo.

Giai đoạn 5: Trộn nguyên liệu

Đưa nguyên liệu vào thùng trộn ( chất tạo độ dày, chất tạo màng, chất tạo đọ phủ) Trộn trong vòng 20 phút

Giai đoạn 6: Silo chứa

Vận chuyển sơn theo đường ống nhờ khí nén đưa vào silo để dự trữ hoặc đến công đoạn tiếp theo.

Giai đoạn 7: Đóng sản phẩm

Sơn được cân và đóng thành từ lọ, thùng Nhà sản xuất sẽ tiến hành vạn chuyện và phân phối ra thị trường.

c) Nguyên lý làm việc.

Nguyên lí làm việc của dây chuyền sản xuất:

Sau khi đưa các nguyện liệu đầu vào như bột màu, bột độn, các chất phụ gia, một phầnchất tạo màng và dung môi hữu cơ, với tỷ lệ riêng biệt cho từng loại sơn, được đưa vàothùng muối ủ và khuấy đảo dưới tốc độ thấp Trong vài giờ, các nguyên liệu sẽ đủ độthấm ướt chất tạo mang cũng như dung môi (nước), tạo thành hỗn hợp nhão, sau đó hỗnhợp sẽ được đưa đến công đoạn nghiền sơn nhờ vít tải, sau khi nghiền các hỗn hợp sơn

sẽ thành các dung dịch chất lỏng rất mềm và mịn ,sau khi kiểm tra được độ mịn đạt tiêuchuẩn , sẽ được vận chuyển đến công đoạn pha sơn Thành phẩm cuối cùng của côngđoạn này cũng chính là sản phẩm sơn nước hoàn thiện Nhiều lô dung dịch sơn đượcchuyển vào bể pha chung, trục khuấy liên tục trong quá trình pha Các chất tạo màng,dung môi, phụ gia cần thiết với tỷ lệ phù hợp sẽ được thêm vào, khuấy đều tới khi đạt độđồng nhất và được chuyển sang công đoạn đóng thùng và sản xuất hàng loạt.

d) Các thiết bị chính trong dây chuyền sản xuất sơn.* Công đoạn cấp nguyên liệu

- Thiết bị chính vít tải - Công suất làm việc :

- Công dụng :vân chuyển các nguyên liệu từ vị trí này sang vị trí khác 1 cách nhanh và chính xác

Công đoạn ủ muối

- Quá trình ủ kéo dài từ 2-5 giờ Công đoạn phân tán

- Công suất : 22kw

- Công dụng: để khuấy sơn, trộn hỗn hợp hòa quyện với nhau.

Công đoạn nghiền

1.2.1:Khái niệm về silo chứa công nghệ sản xuất sơn nước

- Là thùng chứa dùng để chứa sản phẩm sơn đã sản xuât và chờ để đóng vào thùngvà mang vào sử dụng

- Được cấp nguyên liệu từ ngoài và xả ra ngoài bằng khí nén nhờ bơm.

1.2.2 Công dụng, phân loại, cấu tạo và nguyên lý làm việc chung của silo chứa a) Công dụng của silo chứa

- Tiết kiệm diện tích sản xuất do silo thiết kế hình trụ - Tiết kiệm thời gian vận chuyển bốc xếp trong sản xuất - Tiết kiệm chi phí nhân công tối đa

- Silo được lắp hệ thống van cấp và xả khí nén nên giúp cấp và xả liệu diễn ra nhanh - Đường kính chiều cao silo được thiết kế theo yêu cầu khách hang để phù hợp với mặt bằng sản xuất

b) Phân loại silo chứa Phân loại:

Dùng để chứa các nguyên liệu dạng bột có độ kết dính & ẩm cao như : xi măng,bột mì,cám,thức ăn gia súc

Dùng để chứa các nguyên liệu thô dạng hạt có độ kết dính ít như lúa, gạo,tro,trấu,nhựa tái chế,tạp chất dạng thô

Thị trường phổ biến ít đa số dung trong các cty xi măng Thị trường sữ dụng nhiều và rộng rải nhiều nhất là trong nghành lương thực thực phẩm lúa,gạo,tấm,tro trấu,hạt đều v.v.v

Kết cấu chứa nguyên liệu tốt nhưng nguy hiểm khi silo quá cao

Có kết cấu bền vững chịu va chạm và chứa nguyên liệutốt,không ngại chiều cao

Khó thi công,hao vật tư đòi hỏi thợ có tay nghề Dể thi công ,tiết kiệm nguyên liệu

Có độ chảy và hạn chế bám nguyên liệu rất tốt Hạn chế độ chảy và có độ bám cao ở phần phểu

Về nguyên tắc cấu tạo thì silo chứa chỉ có 2 model : silo chứa hình trụ tròn và silo chứa

hình hộp:

c) Cấu tạo của silo chứa

d) Các bộ phận chủ yếu của Silo

+) Lọc bụi

- Trong quá trình vận hành sẽ phát sinh bụi và có thể bị bay ra ngoài không khí nên một bộ lọc bụi tự động được lắp đặt trực tiếp trên đầu của silo và được sử dụng để thu hồi bụi

+) Thiết bị rung

- Trong quá trình xả liệu có thể vật liệu sẽ bị tắc nghẽ khiến cho silo không thể vận hành được vì vậy cần phải có một máy rung gắn vào đáy silo để phá vòm làm cho vật liệu không bị vón cục giúp kiểm soát dòng chảy vật liệu

1.2.3 Phân tích sự lựa chọn silo chứa hạt nhựa cấp và xả liệu bằng khí nén

- Diện tích đất không phát sinh ra khi tăng sức chứa của silo

- Vận chuyển cấp xả nhanh chóng bằng khí nén

- Sử dụng thời gian dài không ảnh hưởng tác động của thời tiết

- Thời gian kéo dài bảo quản lâu ( lên đến 3 năm ) mà chất lượng không bị thay đổi so với ban đầu

- Giảm chi phí thuê nhân công

- Có thể chứa cũng như bảo quản được khối lượng sản phẩm với trọng tải lớn trong cùng một lúc

CHƯƠNG 2: Tính toán chung silo chứa sơn dung tích 200 tấn2.1 Thông số đầu vào

2.1.1 Xác định thể tích chứa của silo

- Khối lượng chứa của silo: 50 tấn

- Khối lượng trên 1 đơn vị thể tích của sơn nước 1,25/1 lít 1,25 tấn/ 1m3

- Thể tích chứa của silo: 40m3

Silo chứa sơn nước

1- Chân đế silo ; 2- cửa xả ; 3- thân silo ; 4- cửa thăm;5- cần quấy ; 6- ống dẫn sơn ; 7- cầu thang

- Gọiδ là góc nghiêng của cửa xả silo so với phương ngang Để vật liệu chảy dễ dàng phải đảm bảo các điều kiện

- Điều kiện 3 : D2 > 3d , điều kiện này hiển nhiên thỏa mãn vì d 0;

*) Xác định đường kính thân trên silo D1 và các chiều cao H1, H2 Chọn D1 = 2600( mm ) =2.6 (m):

H1 = 7000 (mm) = 7 (m)

H2 = D1−D22 tg = D1−D2

2 √3 = 19957 (mm) = 1.957(m)Như vậy ta có:

VSL=3,14 D1

4 .H1+13.3,14 (D1

4 ).H2

Thay các số liệu trên vào ta được VSL=42(m3)>40 m3(thỏamãn)

H1=7 m, H2=1,957m

D1=2,6 m, D2=0,34m, chọn δ = 63,8Tải trọng tác dụng lên siloa, phân tích lực

Các lực tác dụng lên silo bao gồm:

- p lực ngang p1,p2 tác dụng lên thành silo

- p lực thẳng đứng q tác dụng lên silo gây sự kéo nén trong silo đó là các nội lực: + nội lực kéo vòng (Nx)

+ Lực nén thẳng đứng (Ny).- p lực gió tác dụng lên silo

- trọng lượng của silo, của sơn nướcb, tính toán với thân trên

Gọi áp lực do sơn tác dụng lên thành silo là ptcTheo CT 4.110 – [13] ptc tính theo công thức Ptc = z.γ rxm

fms (T/m2) Trong đó

γsfms – Là trọng lượng riêng và hệ số ma sát trong của sơn nước, γS= 1,4(T/m3), fms= 0,65

r– bán kính thủy lực xác định theo công thức r = AUA – Diện tích mặt cắt ngang của silo, A = π.D2

4U – chu vi tiết diện ngang của silo, U = π.D ; Do vậy:

r = AU = D

8,1= 2,68,1 = 0,32(m);

+, z – hệ số, được xác định theo công thức z =1 - e−k f.y r/

Trong đó:

y- là khoảng cách từ mặt thoáng của vật liệu tính từ đỉnh của silo đến điểm khảo sát

k – Tỷ số giữa áp lực ngang và áp lực thẳng đứng, ta có: k = tg2 (45º - /2 ) = tg2(45º - 30º/2)= 0,33 với = 30 º – góc nội ma sát của sơn nước,

- Lực kéo vòng: Nx = m.n2.ptc.D2.

Với: - hệ số kể đến điều kiện làm việc = 0,8 n2 – hệ số vợt tải, với áp lực của vật liệu lấy n2 = 1,3 D – đường kính thân silo D = 2,6

Ptc – áp lực ngang tiêu chuẩn

Đối với phần dưới của thân, ở khoảng 2/3 chiều của silo, lực vòng Nx tínhtheo công thức trên sẽ có m=2, kể đến khi tháo tải khi làm lạnh vỏ silo, còn phần trên thìtrị số m=1

fms.k , thay số các số liệu đã biết vào ta được qtc = z1,4.0,32

0,65.0,33 = 2,09z, với z cho ở bảng trên

Kể thêm trọng lượng bản thân của kết cấu, các trang thiết bị trên mái P= 0,5(T/m) thìNytrở thành:

N= n.r.(γ y−q ) + P = 1,3.0,32(1,4y - q) + 0,5

+, α - góc nghiêng của phễu với mặt phẳng nằm ngang a +, Dp - Đường kính phễu tại điểm khảo sát

+,ptc – áp lực tác dụng lên mặt phẳng nghiêng được xác định theo công thức: ptc = (cos2

α+ k.sin2

Với: qtcvẫn tính theo CT4.112 nhưng các giá trị của z khác ở bảng 5.1 m – hệ số kinh nghiệm, đối với vật liệu dạng sơn nước m =2 n2, đã biết ở trên, n2 = 1,3:

Dp = 2,6 – 2(7,5−7)

tg63,8º = 2,108 (m)

Bán kính thủy lực:

r = Dp

4 = 2,108/4 = 0,572 (m)z = 1 - e−0,33.0,65 7,50,527 =0,953;qtc = 0,997.1,4 0,406

0,65.0,33 = 3,278(T /m2)

pαtc = (cos 63,82 + 0.33.sin263,8¿.3,278 = 1.066(T /m2)

Lực kéo vòng: Nv = 2.1,3

π Dp.sina=0,517 qtc.Dp+0,491.Pp

Dp(CT4.114−[13])Trong đó:

+) m- hệ số kinh nghiệm, m=2;

+)Pp- trọng lượng phễu và vật liệu ở dưới tiết diện khảo sát:Pp=γv.Vp+mp, với:

γv- trọng lượng riêng của sơn;

Vp- thể tích sơn ở dưới tiết diện khảo sát;

mp- trọng lượng thép làm silo ở dưới tiết diện khảo sát; Vp=❑

3.¿¿

- Tại y = 7,5 (m):

Dp=2,108m ,Vp=2,22 (m3),mp=250 (kg); Pp=1,4.2,22+0,25=3,358 (T ) ,qtc=3,278(T

) ⇒No=0,517 qtc.Dp+0,491 Pp

=0,517.3,278 2,108+0,491.3,3582,108=4,355(

Tm)- Tại y = 8 (m):

Dp=1,616 ( m) ,Vp=0,95(m3),mp=125 (kg); Pp=1,4.0,95+0,125=1,455 (T ) ,qtc

=2,597 (Tm

) ⇒No=0,517 qtc.Dp+0,491 Pp

=0,517.2,597 1,616+0,491.1,4551,616=2,612(

Tm)- Tại y = 8,5 (m):

Dp=1,124 ( m) ,Vp=0,28(m3),mp=50 (kg); Pp=1,4.0,28+0,05=0,442 (T ),qtc

=1,83 (Tm

) ⇒No=0,517 qtc.Dp+0,491 Pp

=0,517.1,83 1,124+0,491.0,4421,124=1,256(

Tm)Như vậy giá trị lực kéo theo phương đường sinh được thể hiện :

2.2 Kiểm tra ổn định silo

Thân silo có thể ổn định do tác dụng của ứng suất dọc theo phương đường sinh 1, do ứng suất nén theo phương đường kính 2 hoặc do tác dụng đồng thời của 1 và 2.

a) Ổn định của thân silo do ứng suất nén đều theo phương đường sinh Theo CT 4.19 – [13] ta có điều kiện ổn định:

σ ≤ γ.σ

Trong đó:

+) - Hệ số điều kiện làm việc khi tính thân silo theo ổn định, ₌1

+) σth1 - ứng suất nén tới hạn theo phương đường sinh khi vỏ trụ không có chuyển vị theo phương bán kính, σth1 lấy giá trị nhỏ hơn trong hai giá trị:

σth1₌ R (CT 4.20a – [13]) σth1 C.E.₌ δ

r (CT 4.20b – [13])R – là cường độ tính toán của thép làm slo, với thép CT3 có R 2150 (daN/₌ cm2) = 0,97 – (25.10−5 + 0,95RE) rδ

Với: r – bán kính thân silo r = 130 (cm) - Chiều dày thân silo = 0,5 (cm) E – Mô đun đàn hồi của thép, E = 106(daN/cm2

C – Hệ số phụ thuộc tỷ số rδ

do đó = 0,97 – (25.10−5 +0,95 2150

106 ).260=0,374; σth1 = R = 0,374.2150 = 804 (daN/cm2)Mặt khác theo CT 4.20b với r

δ = 260 tra bảng 4.1 – [13] ta có: C = 0,17; σth1= 0,17.106.0 5

110 = 653,85 (daN/cm2)Lấy σth1 = 650 (daN/cm2) để so sánh

Từ bảng xác định tải trọng theo phương thẳng đứng ta có: Nymax = 3,715 (T/m) ≈ 37,15(daN/cm2);

1 = Nymax

δ = 37,15

0,5 = 74,3 (daN/cm2) 1 < σth1= 650 (daN/cm2) => Thỏa mãn

b) Kiểm tra ổn định thân silo do ứng suất nén đ ều theo phương ngang (đường vòng)- Điều kiện ổn định: ❑ < σ (CT 4.29 – [13])

Trong đó +) - Hệ số điều kiện làm việc, =1

+) σth2 - ứng suất nén tới hạn theo phương vòng được xác định như sau:Khi 0,5 ≤1r ≤10, σth2 = 0,55.E r1.

Khi 1

r ≥ 20, σth2 = 0,17.E(δ1)2Khi 10 < 1

r < 20,σth2 nội suy theo hai trường hợp trên Với: l – chiều cao thân silo l=7(m)

r – bán kính vòng thân silo, r=1,3 (m);Ta có: 0,5 ≤ 1r = 1,37 ≤10

σth2= 0,55.E.r

1.(δ1)3 = 0,55 106 1,3

7 ¿= 24,364 (daN/cm2);Từ bảng 4.1 ta có Nxmax= 2,88 (T/m) ≈ 28,8(daN/cm2); ❑2 = Nxmax

δ = 28,8

0,5= 57,6 (daN/cm2), như vậy ❑2> σth2

Để không chọn lại thép thì ta tang độ cứng của thân silo bằng các sườn vòng Cho khoảng cách giữa các sườn là l=1,5 (m)

0,5 <l/r =1,5/1,3 <10 Nên σth2 = 0,55.E.r

=113.6(daN/cm2);Vậy ❑2= 57,6(daN/cm2)¿σth2 =113.6 (daN/cm2);

c) Kiểm tra ổn định của thân silo do tác dụng đồng thời của ứng suất nên theo phương đường sinh ❑1 và nén đều theo phương bán kính ❑2

57,6113.6=0.62 1<

2.3 Tính toán cột đỡ silo

Các số liệu đối với cột đỡ +chiều cao mỗi cột đỡ :2m+ Đường kính vòng ngoài : 250mm+Đường kính vòng trong: 230 mm

Ta chỉ xác định tải trọng gió tác dụng lên phần thân silo, bỏ qua tải trọng gió tác dụng lên cột đỡ silo vì cột đỡ silo chỉ gồm 4 thanh thép tiết diện tròn và các bản giằng có diện tích chắn gió không đáng kể.

Tải trọng gió được quy về lực tập trung và được xác định theo [16]Wg=q n.c β n

Trong đó:

Wg- Tải trọng gió tập trung tác dụng lên phần vỏ silo.

q – lực gió lớn nhất trong điều kiện làm việc Vùng áp lực gió trong tính toán là vùngIV bảng 5.1 –[13], q= 155 (N/m);

n- hệ số kể đến sự tăng áp lực gió theo chiều cao, hsl>10 m nên lấy n =1,1; c- hệ số cản khí động học, với kết cấu ống và hộp c=1,1;

- hệ số động lực học kể đến đặc tính xung động của tải trọng gió =1;

Diện tích phần kết cấu vỏ silo :A = D1.H1+H2.D1+D2

2A=2,6.7+1,957 2,6 0,34+

Đường kính ngoài Dc= 250(cm), đường kính trong dt=230(cm);

- Diện tích của tiết diện cột đỡ: F= π(125 1152− 2¿=¿ 1943,86 (cm¿¿2)¿;- Momen chống uốn của cột: W = π.Dc