nghiên cứu thiết kế máy vận chuyển trấu bằng phương pháp khí động

nghiên cứu thiết kế máy vận chuyển trấu bằng phương pháp khí động

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MÁY VẬN CHUYỂN TRẤU BẰNG PHƯƠNG PHÁP KHÍ ĐỘNG MỤC LỤC Chương 1 MỞ 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 Trang 1 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. 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. Trang 2 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. 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,khoa cơ khí – ĐHBK 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: Trang 3 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. 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. Trang 4 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 … 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 Trang 5 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. v S F G P 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: − 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: F g v KP ρ 2 2 01 = ,kG − Lực tác dụng do ma sát giữa không khí và bề mặt xung quanh của hạt: S g v P ρλ 2 2 2 = ,kG Nếu gọi P là lực tác dụng lên hạt rắn từ dưới lên trên thì: S g v F g v KPPP ρλρ 22 22 021 +=+= Trong đó: +K 0 – Hệ số tỷ 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 K 0 thay đổi theo chuẩn số Re. +F: Tiết diện trực đối lớn nhất của hạt theo phương trục đối xứng, m 2 . +v: Vận tốc của dòng không khí trong ống dẫn, m/s. Trang 6 +λ: Hệ số ma sát. +S: Bề mặt xung quanh của hạt, m 2 . +δ kk : Trọng lượng riêng của không khí, kg/m 3 . 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: S g v F g v KPG ρλρ 22 22 0 +== ,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. )( 2 0 SFK g G v kk treo λ ρ + = Trong đó: − 4 10*2; 2 − == β λρ β g đối với bề mặt nhẵn; 4 10*5 − = β đối với bề mặt nhám. − Đối với hạt hình cầu có đường kính d, m và trọng lượng riêng δ h , kg/m 3 : hkkkk d GS g v F g v KP δ π δλδ 622 322 0 ==+= (1) Thành phần của lực ma sát trong phương trình (1) không đáng kể, có thể bỏ qua, từ đó: 0 3,3 K d v h treo δ = ,m/s Thông thường đối với hệ thống vận chuyển khí động Re = (0,5 ÷ 7).10 5 K 0 = 0,5. Lúc đó: htreo dv δ 7,4= 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 Trang 7 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. P G v 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). σπϕϕ dl G v treo )1( − = Trong đó : − σ : Mật độ không khí, kg.s 2 /m 4 . − l : Bề dài hạt hình lăng trụ, m. − d : Đường kính hạt lăng trụ, m. − v v' = ϕ : Tỷ 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 Q kk (m 3 /giây). − Áp suất không khí P để thắng được các loại trở lực (N/m 2 ). − Đường kính cần thiết của ống dẫn d (m). − Công suất động cơ để kéo quạt cao áp hoặc máy nén N (Kw). Trang 8 − 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 V kk không đủ lớn, thiết bị vận chuyển sẽ bị quá tải dẫn đến hiện tượng ùn tắc trong đường ống. Để giảm thiểu những hiệu ứng xấu này, vận tốc khí nên giữ ở mức thấp có thể được. • V kk được xác định dựa trên vận tốc treo theo công thức: V kk =k ϕ *V treo Trong đó : − V treo -vận tốc treo (m/s ). − k ϕ -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 ϕ = 1,25 ÷2,5; + Với các loại ngũ cốc: k ϕ = 1,5 ÷3,7; + Với rơm và cỏ khô: k ϕ = 1,5 ÷ 2,5; Nhằm tránh ùn tắc trong ống người ta dùng các giá trị lớn của k ϕ 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 µ, là tỷ số giữa khối lượng vật liệu vận chuyển với khối lượng không khí dịch chuyển trong một đơn vị thời gian. kgkhongkhi kgvatlieu m m kk t == µ Trong đó : Trang 9 − m t - khối lượng nguyên liệu tải trong ống (kg); + m kk - khối lượng không khí trong đường ống (kg); + µ - 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 µ < 8 ÷10 với vận tốc V kk = 10 ÷ 30 m/s. Vận tốc V kk thông dụng được sử dụng từ 15 đến 25 m/s. Trong quá trình thiết kế và tính toán hệ thống, các hệ số µ và V kk thường được lựa chọn dựa theo dạng vật liệu và khối lượng riêng của chúng. Khi chọn µ cần lưu ý rằng, tuyến đường của máng vận chuyển khí động phức tạp thì nồng độ khối lượng hỗn hợp càng giảm. • Từ đó, ta có được lưu lượng không khí: kk t kk G Q δµ * = Trong đó : − δ kk – khối lượng riêng của không khí: + δ kk = 1,2 kg/m 3 đối với điều kiện áp suất khí quyển. + δ kk = 1,6 – 2,0 kg/m 3 khi áp suất cao trong hệ thống. + δ kk = 0,8 0,95 kg/m 3 khi áp suất thấp trong đường ống. − Q kk –lưu lượng không khí (m 3 / s) − Q t – Năng suất vận chuyển tính toán (tấn/h) • Đường kính ống vận chuyển khi tốc độ không khí thay đổi d o (m) kkkkm t kk kk VK Q V Q d *** *4 * *4 0 δππ == Với tiết diện ngang của ống S (m 2 ): kk kk V Q S = Đường kính ống trong thiết bị với vận tốc không đổi: xác định phụ thuộc vào sự thay đổi chi phí không khí. Trang 10 [...]... loại mẫu máy này Chương 3 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 tốn thiết kế máy vận chuyển khí động dạng di động này, em đã sử dụng kết hợp hai phương pháp tính tốn cơ bản trong thiết kế hệ thống vận chuyển khí động là: Phương pháp thiết kế hệ thống sử dụng cơng thức tốn học và Phương pháp sử dụng dữ liệu thiết kế thực... 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 tốn 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. .. liệu Vận chuyển bằng phương pháp khí động: Khơng khí chuyển động trong ống kín theo một phương nào đó ở trạng thái dòng lỗng hay dòng đặc làm hạt bị kéo theo và chuyển động dọc theo tuyến ống vận chuyển Vận chuyển bằng phương pháp thơng khí: Khơng khí được đưa vào đều đặn từ dưới lên qua lưới, bản xốp, vải… Vật liệu bão hòa với khơng khí trở nên lơ lửng và linh động, nó có thể chảy theo máng nghiêng... 2.2.5.1 Tình hình sử dụng các thiết bị vận chuyển bằng khí động trên thế giới 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 nơng nghiệp dạng hạt − Máy có kết cấu gọn, đơn giản trong tháo lắp ống tải hạt, − Đường ống vận chuyển khơng chiếm nhiều diện tích và có thể vận chuyển vật liệu đến nhiều vị... lượng khơng 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 Hình 13: Sơ đồ đường ống vận chuyển vật liệu bằng phương pháp khí động 2.2.4 Khảo sát ngun lý hoạt động của 1 số máy vận chuyển bằng phương pháp khí động thơng 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... 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 cơng 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. .. 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 khơng khí tối ưu của thiết bị 3.2 Phương pháp khảo nghiệm Nghiên cứu thực nghiệm :  Các thơng số khảo nghiệm đánh giá các thơng số của máy:  Phương pháp bố trí thí nghiệm:  Phương pháp đo đạc các thơng số khảo nghiệm Phương pháp xử lí số liệu: Khảo nghiệm hệ thống hút trấu  Mục đích:... 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 thơng số và thiết kế sơ đồ vận chuyển Từ các thơng số u 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: Ngun lý máy vận chuyển dạng... và thiết kế ra 3 sơ đồ máy vận chuyển chính và thơng 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 Trang 23 − Khi đường vận chuyển dài và vận chuyển. .. 3.1.3 Phương pháp thiết kế hệ thống truyền động 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 thốt xuống kịp thời, khơng gây ra hiện tượng ứ ngẹn vật liệu ở van 3.1.5 Phương pháp . 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. 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. 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