NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY TÁCH NƯỚC LY TÂM SỬ DỤNG TRONG CÁC DÂY CHUYỀN THAN

I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY TÁCH NƯỚC LY TÂM

TÍNH CẤP THIẾT VÀ TẦM QUAN TRỌNG

Nghiên cứu về máy tách nước ly tâm trong quá trình tuyển than không chỉ là một đề tài quan trọng mà còn là một vấn đề cấp thiết trong ngành công nghiệp than Việc loại bỏ nước từ than bột sau quá trình tuyển là một bước không thể phớt lờ trong quy trình sản xuất, với mục tiêu tăng cường hiệu suất sản xuất và giảm chi phí.

Trong quy trình sản xuất than, nước đóng vai trò quan trọng nhưng cũng là một yếu tố gây ra nhiều vấn đề Nước trong than bột có thể làm giảm giá trị nhiệt, khả năng cháy, tăng độ ẩm và gây ra các sự cố trong vận chuyển và sử dụng Máy tách nước ly tâm giúp loại bỏ nước này, làm cho than bột trở nên khô hơn và dễ dàng để sử dụng.

Tuy nhiên, hiện nay, các máy tách nước ly tâm vẫn tồn tại nhiều hạn chế và vấn đề cần được giải quyết Việc nghiên cứu và phát triển các công nghệ mới trong lĩnh vực này sẽ giúp cải thiện hiệu suất sản xuất, giảm chi phí và tăng tính bền vững của ngành công nghiệp than Đồng thời, nghiên cứu này cũng có thể đóng góp vào sự phát triển của các công nghệ trong ngành công nghiệp than và giúp nâng cao sức cạnh tranh trên thị trường quốc tế.

Ngoài ra, ứng dụng của nghiên cứu này không chỉ giới hạn trong ngành công nghiệp than mà còn có thể mở ra cơ hội trong các lĩnh vực khác như sản xuất xi măng, gạch và các sản phẩm từ đất sét Điều này thể hiện tầm quan trọng và ảnh hưởng của đề tài này đối với nhiều ngành công nghiệp khác nhau, đồng thời thúc đẩy sự phát triển toàn diện của nền kinh tế.

MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI

- Tính toán , thiết kế máy tách nước ly tâm trong tuyển than.

- Tìm hiểu và phát triển công nghệ tách nước ly tâm trong quá trình tuyển than.

- Thiết kế 3D cho sản phẩm

ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

- Máy tách nước ly tâm sử dụng trong quá trình tuyển than

II.TỔNG QUAN ĐỀ TÀI

Nguyên lý làm việc

Nguyên liệu đầu vào là sản phẩn của quá trình tuyển ướt được rót qua ống rót 1 vào rổ 2 dưới tác dụng của lực ly tâm sinh ra từ động cơ dẫn động qua bộ truyền 5 các phân tử nước và hạt vật liệu có xu hướng văng ra ngoài tuy nhiên các hạt vật liệu được chặn lại còn các phân tử nước lọ qua khe của rổ văng ra ngoài và được tháo qua đường xả 3 còn vật liệu được thoát qua đường xả 4 Để tăng khả năng đẩy trượt vật liệu ra khỏi rổ, thân máy trên 6 bố trí động cơ gây rung làm nhiệm vụ rung đẩy sản phẩm trên mặt rỏ lưới và đẩy sản phẩm ra ngoài cửa xả.

Hình 1 Nguyên lý hoạt động máy tách nước ly tâm

2.1.1 Nghiên cứu về máy tách nước ly tâm

Tổng quan tình hình nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy tách nước ly tâm trong và ngoài nước

Hình 2 Cấu tạo của máy tách nước ly tâm

 Tình hình nghiên cứu máy tách nước ly tâm trong nước

Máy tách nước là thiết bị không thể thiếu trong dây truyền tuyển khoáng, để đảm bảo chất lượng than sau khi tuyển Vì vậy các nước có nền công nghiệp khai khoáng phát triển rất chú trọng trong nhiên cứu chế tạo loại thiết bị này Trong đó máy tách nước ly tâm là thiết bị làm việc liên tục năng suất cao, phù hợp với nhiều loại vật liệu, dễ kiểm soát chất lượng sản phẩm đầu ra Cũng chính vì vậy loại máy tách nước ly tâm được rất nhiều doanh nghiệp sử dụng, cũng như rất nhiều nhà nghiên cứu cùng các công ty tham gia nghiên cứu phát triển sản phẩm này VinaOrganic – là đơn vị đã nhiều năm kinh nghiệm trong lĩnh vực Chuyển giao công nghệ và Chế tạo máy thiết bị thực phẩm , Jimei Vietnam nhà thầu tự động hóa chuyên nghiệp từ năm 1989 , công ty cổ phần và kỹ thuật cơ khí Đông Nam là nhà cung cấp máy móc , thiết bị và giải pháp kỹ thuật công nghiệp , cơ khí viễn đông là nhà cung cấp thiết bị bếp công nghiệp lớn , công ty trách nhiệm hữu hạn và đầu tư phát triển thương mại Dũng Phát , điện máy bigstar chuyên gia máy về thực phẩm cũng đã có những thiết bị máy tách nước ly tâm vô cùng hiện đại tiên tiến và đã có những nghiên cứu phát triển vượt bậc trong nước

Các kết quả nghiên cứu đạt được như sau:

- Thiết lập được các mối quan hệ của đường kính, các góc côn và vận tốc quay của rổ (hình 6)

Hình 3 Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số ly tâm và thời gian lưu của sản phẩm trong rổ

- Xác định được các thành phần lực do vật liệu tác dụng lên rổ.

Hình 4 Sơ đồ lực tác dụng lên thành rổ của hạt vật liệu

- Xây dựng được các phương trình tính toán xác định đường kính của rổ, vận tốc của vật liệu và quỹ đạo di chuyển của hạt trong rổ.

- Đưa ra các khuyến cáo trong tính toán lựa chọn vật liệu Ví dụ: vật liệu chế tạo rổ (roto) thường là thép không rỉ 304 và 316, vật liệu composite và vật liệu tổng hợp Máng cấp liệu và buồng tách được lót bằng vật liệu gốm chịu mài mòn v.v.

Hình 5 Chế tạo rổ

- Điều kiện tiên quyết để duy trì tốc độ trượt của vật liệu là góc nghiêng của rổ nhỏ hơn một chút so với góc ma sát trượt của sản phẩm được khử nước và gia tốc rung dọc trục vừa đủ để khắc phục những lực cản của lật liệu trên rổ

- Cường độ tách nước của máy được đánh giá bằng hệ số tách, là tỷ số giữa gia tốc ly tâm với gia tốc trọng trường Hệ số tách càng lớn thì khả năng tách của máy ly tâm càng lớn.

Hệ số tách được cải thiện khi tăng đường kính và vận tốc quay của lồng quay (roto) Tuy nhiên, cả hai thông số này chỉ tăng lên đến một ngưỡng nhất định do hạn chế trong độ bền vật liệu của roto.

Các biện pháp hữu hiệu để gia tăng độ kín khít của các mối ghép động nhằm ngăn ngừa các hạt mài xâm nhập, bao gồm việc tối ưu hóa cấu trúc, áp dụng cơ cấu phụ và triển khai các biện pháp bảo vệ bổ sung Việc áp dụng các giải pháp này góp phần kéo dài đáng kể tuổi thọ của mối ghép, đảm bảo hiệu suất hoạt động ổn định và nâng cao độ bền của thiết bị.

- Ứng dụng các phần mềm thiết kế và mô phỏng hiện đại như Inventor, ASYN, EDEM

… CDF trong tính toán thiết kế và tối ưu kết cấu để tăng độ bền của máy.

Một số các loại máy tách nước ly tâm

Máy tách nước ly tâm Cấu tạo máy ly tâm của HABAC MACHINERY

Mô hình và các thông số kỹ thuật chính của dòng máy vắt ly tâm công nghiệp

Các thông số kỹ thuật của máy vắt ly tâm trên chỉ mang tính tham khảo và có thể thay đổi mà không cần thông báo trước. Đặc điểm cấu tạo của máy khử nước ly tâm công nghiệp

1 Bộ khử nước ly tâm công nghiệp là một cấu trúc con lắc ba chân, có thể làm giảm hiệu quả rung động chân do tải không cân bằng trong rôto trong quá trình hoạt động.

2 Vỏ và nắp trên được làm bằng thép không gỉ chất lượng cao, đế lồng và khung được làm bằng gang, và ống thoát ra bên dưới khung.

3 Trục chính được làm bằng thép chất lượng cao sau khi xử lý nhiệt và hoàn thiện.

4 Bộ phận truyền động thông qua truyền băng hình tam giác, và bánh xe khởi động ly tâm được điều khiển trực tiếp bởi động cơ, có thể từ từ khởi động máy và dần dần đạt tốc độ thiết kế để đảm bảo máy hoạt động trơn tru.

5 Có một cánh tay mở và đóng phanh trong máy, có hiệu quả phanh tốt và có thể nhanh chóng dừng máy.

Những ưu điểm của máy vắt ly tâm công nghiệp của hãng

 Bộ khử nước ly tâm công nghiệp là một cấu trúc con lắc ba chân, có thể làm giảm hiệu quả rung động chân do tải không cân bằng trong rôto trong quá trình hoạt động.

 Vỏ và nắp trên được làm bằng thép không gỉ chất lượng cao, đế lồng và khung được làm bằng gang, và ống thoát ra bên dưới khung.

 Trục chính được làm bằng thép chất lượng cao sau khi xử lý nhiệt và hoàn thiện.

Hệ truyền động sử dụng băng hình tam giác và bánh xe khởi động ly tâm được kết nối trực tiếp với động cơ Hệ thống này cho phép khởi động máy từ từ, dần dần đạt đến tốc độ thiết kế để đảm bảo hoạt động trơn tru.

 Có một cánh tay mở và đóng phanh trong máy, có hiệu quả phanh tốt và có thể nhanh chóng dừng máy.

 Tích hợp nhiều chức năng như: giám sát, điều khiển vòng tua, thời gian và kiểm soát lưu lượng.

 Vật liệu cấu thành thường là inox 304, độ dày từ 1mm-1.5mm giúp thân máy chắc, khỏe và bền.

 Tất cả mối hàn trên máy vắt ly tâm dùng khí Argon, cho độ làm kín và tính thẩm mỹ cao, không bị oxy hóa theo thời gian.

Ngoài ra máy của hãng còn có các điểm vượt trội sau:

 Động cơ: motor dây đồng công suất cao, tốc độ quay 2900 vòng/ phút và có khả năng hoạt động liên tục trong thời gian dài Đây là bộ phận quan trọng nhất của máy vắt ly tâm, quyết định tốc độ quay của máy.

 Lồng vắt: gồm 2 lồng, 1 lồng kín bên ngoài và lồng có lỗ bên trong để quay khi vắt Được làm từ chất liệu inox 201, gắn chắc chắn đảm bảo khi máy quay với tốc độ cao thì lồng vẫn hoạt động tốt Miệng lồng dạng hình vòm, hạn chế nguyên liệu cần vắt bị văng ra ngoài trong quá trình vắt Phía dưới đáy lồng có miệng thoát nước, lượng nước cốt sau khi vắt sẽ chảy ra miệng này.

 Chân máy được thiết kế chắc chắn, có trọng lượng đủ để ghìm máy chắc chắn khi vắt.

 Máy vắt ly tâm tách nước tách dầu của cơ khí VIENDONG LT-030-4

 Vắt, tách nước được tối đa lên đến 90% nhờ mô tơ dây đồng 100% và công suất máy khỏe lên đến 800W, nâng cao năng suất với 1 mẻ vắt 20L dung dich

 Tiết kiệm thời gian với công suất lớn thì mỗi mẻ xay chỉ mất 3-5 phút

 Không cần quá nhiều người vắt tay, chỉ cần duy nhất một người vận hành máy

 Đảm bảo vệ sinh an toàn, khi không phải vắt trực tiếp bằng tay nhiêu lần

 Máy được thiết kế đẹp mắt, nhỏ gọn, tiết kiệm không gian trong xưởng sản xuất của bạn

Máy tách nước ly tâm – Envitech crop

Hình 6 Để đáp ứng sự phát triển không ngừng của ngành công nghiệp, EnvitechCorp đã chế tạo và phát triển thành công máy tách nước ly tâm.

Thiết bị được sử dụng cho quá trình tách (rắn-lỏng), làm sạch, khử nước trong hóa phẩm, dược phẩm và một số ngành công nghiệp khác.

+ Làm sạch máy ly tâm

+ Sử dụng tính năng siphon quay giúp hiệu xuất của máy ly tâm được cải thiện đáng kể

+ Tạo ra một khoảng chân không bên dưới màng lọc, nhằm tăng áp lực và hiệu quả lọc

+ Hệ thống lọc có thể được điều chỉnh để kéo dài thời gian tiếp xúc giữa chất lỏng và chất rắn giúp tạo ra sản phẩm tinh khiết hơn.

+ Tính năng siphon cũng giúp quá trình hoạt động của máy êm ái hơn, giảm độ rung và tăng tuổi thọ thiết bị.

+ Cường độ phân ly lớn

+ Máy có cấu tạo chắc chắn, gọn gàng phù hợp với các quy mô khác nhau

+ Hoạt đông bền bỉ, tuổi thọ cao, chiếm ít không gian lắp đặt

+ Có thể hoạt động tự động và liên tục

Máy tách nước ly tâm trục ngang SIEBTECHNIK HSG của hãng TEMA Đức

Hãng TEMA có kinh nghiệm hơn 70 năm hoạt động trong lĩnh vực chế tạo thiết bị khai thác và chế biến khoáng sản, đó cũng là thời gian mà TEMA nghiên cứu vềSIEBTECHNIK HSG Máy tách nước ly tâm SIEBTECHNIK HSG là loại máy tách nước ly tâm rung, được kích động bởi 2 động cơ rung 0,75 kW Vật liệu đầu vào là khối thô hoặc dễ khử nước như than mịn đã rửa sạch, than non hoặc hạt nhỏ đã rửa sạch trong chế biến than khoáng, muối biển, cát bê tông, v.v HSG là thiết bị khử nước liên tục năng suất cao, làm việc tin cậy, hoàn toàn tự động và tự điều chỉnh tốc độ của rổ và tần số rung Ngay cả khi nguồn cấp vật liệu dao động, HSG vẫn hoạt động với chi phí năng lượng thấp nhất có thể Máy ly tâm rung có thể được lắp đặt ngay cả ở các tầng cao mà không cần nền hoặc gia cố đặc biệt.

Công suất động cơ, kW 5.5 7.5 11.0 22.0

Các phiên bản đặc biệt theo yêu cầu.

Tùy thuộc và yêu cầu mà hãng TEMA cho ra các sản phẩm khác nhau như:

- Đường kính rổ danh nghĩa từ 250 mm đến 1200 mm.

- rôto có thể được chế tạo một đến bốn tầng, tùy thuộc vào ứng dụng và khả năng khử nước của sản phẩm.

III CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH TÁCH NƯỚC LY TÂM

Tính toán thiết kế máy

tỷ số truyền của đai ud = 3 ÷ 5, chọn ud = 3.15 u d =n đc n lv = n đc

Tính toán lưu lượng khối lượng:

 Lưu lượng khối lượng (m³/giờ) được tính bằng công thức:

 V = Q / ρ o Q: Năng suất (kg/giờ) o ρ: Mật độ than (kg/m³) mật độ than khai thác tại Việt Nam dao động trong khoảng 800 kg/m³ đến 1300 kg/m³

Tính toán bán kính rổ:

Bán kính rổ (m) được tính bằng công thức: r = √(g * Q / (n² * π * b * sin(α)))))) r = √(9,81 m/s² * 50,000 kg/giờ / (300 vòng/phút)² * π * 0,5 m * sin(0,2268 rad)) ≈ 0,42 m g: Gia tốc trọng lực (m/s²) = 9,81 m/s²

Q: Năng suất (m³/giờ) n: Tốc độ quay (vòng/phút) π: Số pi (≈ 3,14159) b: Chiều rộng rổ (m) α))): Góc nghiêng rổ (rad)

 Tính toán diện tích rổ: Sử dụng công thức A = π * r² ≈ 1,32 m2

(A: diện tích rổ, r: bán kính rổ).

Tính toán tốc độ dòng chảy qua khe lưới:

 Tốc độ dòng chảy qua khe lưới (m/s) được tính bằng công thức:

≈ 75157 ÷ 126263 m/s o Q: Lưu lượng khối lượng (m³/giờ) o A: Diện tích rổ (m²) o b: Kích thước khe lưới rỗ (m)

Kiểm tra khả năng tách hạt:

So sánh tốc độ dòng chảy qua khe lưới (v) với tốc độ lắng của hạt (v_h):

Nếu v > v_h: Hạt có thể bị cuốn qua khe lưới.

Nếu v < v_h: Hạt có thể được giữ lại trên rổ. v_h = (g * d) / (18 * μ)) v_h: Tốc độ lắng của hạt (m/s) g: Gia tốc trọng lực (m/s²) = 9,81 m/s² μ): Độ nhớt mụi trường lỏng (Paãs) d: Đường kính hạt (m)

Công suất động cơ (kW) được tính bằng công thức:

Mô men xoắn (Nm) được tính bằng công thức:

= 0,44 kgm² * 31,42 rad/s ≈ 326,5 Nm o I: Momen quán tính (kgm²) o ω: Tốc độ góc (rad/s) = 2πn/60

Momen quán tính (I) của rổ máy tách nước ly tâm có thể được tính xấp xỉ bằng công thức:

Khối lượng rổ (m) có thể được tính xấp xỉ bằng công thức: m = ρ * V

 ρ: Mật độ vật liệu rổ (kg/m³)

Chọn động cơ có công suất 10kW tốc độ quay 1460 v/ph

Theo bảng 4.13 ta chọn tiết diện đai Ƃ có các thông số: bt = 14 mm, b = 17 mm, h = 10,5 mm, yo = 4 mm, A = 138 mm 2 Đường kính bánh đai

Theo bảng 4.13 chọn đường kính bánh đai nhỏ: d1= 160 mm.

60000 ,23m/s < vmax = 25 m/s Đường kính bánh đai lớn: d2 = (1− d 1 u ε

Tỷ số truyền thực tế: u t = d 2 d 1 (1−ε)= 800

160(1−0,02)= 5,1 Khoảng cách trục a và chiều dài l

Chọn sơ bộ a: theo bảng 4.14 chọn sơ bộ a = d2 = 800 mm.

Theo bảng 4.13 với h = 10,5, có 0,55( 160 + 800) + 10,5 = 373 < 538 < 1920 = 2(160 +800)Chiều dài dây đai: l = 2a + 0,5π(d1 + d2) + ( d 2−d 1 ) 2

4.800 = 3236 mm ta chọn chuẩn l theo bảng 4.13 chọn l = 3150 mm. kiểm nghiệm số vòng quay của đai trong 1 giây i = v/l = 12,23/3,15 = 3,88 s < 10

Tính lại khoảng cách trục a theo công thức (4.6) a = ( λ+ √ λ 2 −8 Δ 2 )

Trong đó: Kd_hệ số tải trọng động theo bảng 4.7 chọn Kd = 1,1

C α _ hệ số ảnh hưởng của góc ôm α 1 tính theo công thức C α = 1 – 0,0025(180 – α 1) = 1 – 0,0025(180 – 179) = 0,9975

C1_ hệ số ảnh hưởng của chiều dài đai theo bảng 4.16 với l l 0 = 3150 2240 = 1,54 nên C1 = 1,1

Cu_ hệ số kể đến ảnh hưởng của tỷ số truyền, theo bảng 4.17 ta chọn Cu = 1,14 [ P 0 ]_ trị số công suất cho phép theo bảng 4.19 ta có [ P 0 ] = 3,08 Kw

Cz_ hệ số kể đến ảnh hưởng của sự phân bố không đều tải trọng cho các dây đai theo bảng 4.18 ta có Cz = 1

Theo bảng 4.21ta có chiều rộng bánh đai :

B = (z -1)t + 2e =(3-1)19 + 2.12,5 = 63 mm. Đường kính ngoài của bánh đai nhỏ : da1 = d1 + 2h0 = 160 + 2.4,2 = 168,4 mm Đường kính ngoài của bánh đai lớn : da2 = d2 + 2h0 = 800 + 2.4,2 = 808,4 mm. tính toán lực rung cần thiết:

,9N o F: Lực rung cần thiết (N). o ρ_w: Mật độ nước (kg/m³) lấy bằng 1000 kg/ m³ o g: Gia tốc trọng lực (m/s²). v= V

A∗sin(α)= 0,12 m/s ần số rung là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu quả tách nước của máy tách nước ly tâm Tần số rung phù hợp sẽ giúp tạo ra chuyển động rung cho rổ với biên độ và tốc độ phù hợp, hỗ trợ quá trình tách nước khỏi than và hạn chế tắc nghẽn.

Tuy nhiên, cần lưu ý rằng việc tính toán tần số rung cần thiết cho máy tách nước ly tâm là một vấn đề phức tạp và phụ thuộc vào nhiều yếu tố như:

 Loại than: Loại than khác nhau có độ ẩm, độ mịn và thành phần hóa học khác nhau, dẫn đến độ nhớt nước thải than khác nhau và yêu cầu tần số rung khác nhau.

 Phương pháp khai thác và chế biến than: Phương pháp khai thác và chế biến than ảnh hưởng đến kích thước hạt, hàm lượng tạp chất và độ nhớt của nước thải than, dẫn đến yêu cầu tần số rung khác nhau.

 Điều kiện vận hành máy tách nước: Tốc độ quay, lưu lượng nước, áp suất và nhiệt độ trong máy tách nước cũng có thể ảnh hưởng đến hiệu quả tách nước và yêu cầu tần số rung.

Do đó, không có công thức toán học đơn giản nào để tính toán chính xác tần số rung cần thiết cho máy tách nước ly tâm Việc lựa chọn tần số rung phù hợp thường dựa trên kinh nghiệm thực tế, kết quả thử nghiệm và các yếu tố ảnh hưởng được đề cập ở trên.

Dưới đây là một số phương pháp thường được sử dụng để lựa chọn tần số rung cho máy tách nước ly tâm: