tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật nghiên cứu tổng quan về làm sạch bằng phun cát

1.1.2 Các phương pháp làm phun cát Chương 1: Nghiên cứu tổng quan làm phun cát Có hai phương pháp làm phun cát phun cát khô phun cát ướt Phuơng pháp phun cát khơ sử dụng khơng khí nén thổi hạt mài tới bề mặt làm [4] Phương 1.1 Tìm hiểu công nghệ làm phun cát pháp phun cát ướt sử dụng khơng khí nén nước với áp suất cao [5] 1.1.1 Giới thiệu chung Làm s ch b ng phun cát m t ph n g pháp ph bi n c dùng ngành công nghi p Ph n g pháp Benjamin Chew Tilghman phát minh từ 1870 với sơ đồ máy phun cát mơ tả hình 1.1 Dựa nguyên lý này, ngày nay, có nhiều loại máy phun cát với chủng loại kích cỡ khác nhau, sử dụng loại vật liệu hạt mài khác Ống dẫn khí Hộp cát 1.1.3 Các loại hạt mài dùng phun cát Các loại hạt mài dùng phun cát bao gồm hạt khoáng chất tự nhiên (cát silic, garner olivine), hạt nhân tạo (hạt thép, hạt thủy tinh, nhôm, hạt nhựa ) loại hạt xỉ (gồm xỉ đồng, xỉ niken, xỉ sắt xỉ than đá) 1.4 Vòi phun Vòi phun dùng phun cát thường làm vật liệu cứng cácbit vonfram (WC), cac-bít bo sa-phia Trong làm phun cát, thơng số vịi phun ảnh hưởng nhiều đến suất giá thành làm Có nhiều kiểu vịi phun với kích thước đường kính chiều dài khác (hình Ống dẫn cát vịi phun cát 1.15) Mỗi loại sử dụng thích hợp cho trường hợp riêng biệt Hình1.1: Mơ hình máy phun cát Tilghman [2] - - - - 1.2 Tìm hiểu kết nghiên cứu chế độ phun cát tuổi bền vòi phun * Kết nghiên cứu hãng Kennametal [20]: Hãng Kenneametal [20] hướng dẫn việc chọn vật liệu vòi phun phụ thuộc vào vật liệu hạt mài sử dụng: mức độ phun thường xuyên, khối lượng công việc, nhiệt độ môi trường làm việc * Nghiên cứu hãng Boride [19]: Theo hãng [19], tuổi bền vòi phun xác định theo kinh nghiệm – khoảng 300 đến 400h với vòi phun bít Hình 1.15: Vịi phun 1.1.5 Các thơng số trình phun cát vonfram * Nghiên cứu M.J Woodward and R.S Judson [20]: Ngồi thơng số hạt mài, máy, vòi phun Các tác giả tiến hành nghiên cứu nhằm khảo sát ảnh cịn có nhiều thông số khác ảnh hưởng đến suất, khả hưởng thơng số q trình áp suất nước, lưu lượng hạt làm việc máy lợi nhuận làm mài, lưu lượng nước vv… đến giá thành trình làm phun cát Các thông số thông số gia cơng, ví dụ áp suất khơng khí, cỡ hạt loại hạt mài, mật độ hạt mài, vận tốc dòng hạt mài, khoảng cách từ * Nghiên cứu Andreas W Momber [21]: vòi phun đến bề mặt cần làm vv… - - - - nghiên cứu hãng Clemco, kennamet Đã có số nghiên cứu lợi nhuận phun cát, giá thành làm phun cát tuổi bền tối ưu vòi phun Tuy nhiên toán lợi nhuận, giá thành xây dựng dạng đơn giản, nhiều yếu tố chưa kể đến (chi phí nhà xưởng, lãi suất đầu tư ) Một số thơng số tính tốn dừng dạng đơn giản, độ xác chưa cao Thêm vào đó, toán tối ưu dừng lại toán đơn mục tiêu; tốn tối ưu đa mục tiêu cịn chưa đề cập đến Do cần thiết phải nghiên cứu Hình 1.20 Biểu đồ phân bố cấu trúc chi phí để xác định tuổi bền tối ưu vòi phun theo hàm đa mục tiêu cần thiết * Nghiên cứu Vũ Ngọc Pi A Hoogstrate [23] Các tác giả tiến hành nghiên cứu tối ưu hóa tuổi bền vịi phun nhằm đạt giá thành phun cát nhỏ * Nghiên cứu Vũ Ngọc Pi [24]: Tác giả trình bầy nghiên cứu nhằm xác định tuổi bền tối ưu vòi phun làm phun cát khô nhằm đạt lợi nhuận phun cao 1.3 Kết luận Từ nghiên cứu trước ta thấy có nhiều nghiên cứu chế độ phun cát - - - - m Ccl,s = ∑ (K j =1 u C 0j + C a, hj + C f, hj + C elec, hj ) tck / m ∑X t j =1 j ck Trong đó, Co - chi phí cố định (VND/h): Co = C ma,h + C la, h + C ad, h + C ov, h + C mai, h Chương 2: Xây dựng toán tối ưu (2.2) Ku - hệ số sử dụng Bài toán tối ưu đa mục tiêu ngày Cma,h- giá thành hệ thống làm (VNĐ) sử dụng nhiều kỹ thuật Thực tế đặt xác Cla,h - chi phí lương cơng nhân (VNĐ/h); định phương án khơng thỏa mãn Cad,h - chi phí quản lý (VNĐ/h); mục tiêu mà thỏa mãn đồng thời nhiều mục tiêu Cov,h - chi phí nhà xưởng, chiếu sáng (VNĐ/h); lúc Bài toán đa mục tiêu nghiên cứu Ca,m -giá thành hạt mài ( bao gồm chi phí thu đưa dựa sở toán tối ưu hạt mài sau cắt) (VND/kg); đơn mục tiêu làm phun cát ma - lưu lượng hạt mài phun (kg/s) nghiên cứu trước [23, 24] bao gồm: giá thành làm Cf,h - chi phí vòi phun (VND/h): phun cát nhỏ lợi nhuận làm Cf,p – giá thành vòi phun (VNĐ/chiếc) phun cát lớn dọn Celec,h - chi phí lượng/giờ (VNĐ/h) 2.1 Xây dựng hàm đơn mục tiêu 2.1.1 Hàm mục tiêu giá thành làm phun cát nhỏ Giá thành làm mét vuông bề mặt Ccl,s tính theo cơng thức sau [23]: - - tcn - thời gian thay vòi phun (h) LF - tuổi bền vòi phun(h) X - tốc độ làm (m2/s); 2.1.2 Hàm mục tiêu lợi nhuận làm phun cát lớn - - tcnmin < tcn ≤ tcnmax Lợi nhuận thu m llàm xác định theo cơng thức sau [24]: Prh = kp.Ccl.s.Xa (2.16) Với Xa tốc độ làm trung bình (m2/h) Chi phí làm m2 Ccl,s xác định theo công thức (2.1) 2.2 Bài toán tối ưu đa mục tiêu Chương Phương pháp giải toán tối ưu Trên sở hai toán đơn mục tiêu trên, toán tối ưu đa mục tiêu xây dựng với hai hàm đơn mục tiêu xếp theo thứ tự ưu tiên lợi nhuận làm phun cát lớn giá thành làm phun nhỏ Hàm đa mục tiêu biểu diễn sau:  MinCcl = f ( d Fo )  MaxPrh = f ( d F , ) Với ràng buộc: C0min ≤ C0 ≤ C0max Ca,mmin ≤ Ca ≤ Ca,mmax Cf,pmin ≤ Cf ≤ Cf,pmax dfmin ≤ df ≤ dfmax 3.1 Các phương pháp giải toán tối ưu 3.1.1 Các phương pháp giải toán tối ưu đơn mục tiêu a Phương pháp hàm phạt: b Phương pháp gradien (2.17) c Phương pháp nhân tử Lagrange: d Phương pháp tìm kiếm trực tiếp e Phương pháp Rosenbrock H.H: f Phương pháp biến đổi đơn hình( Hay Phương pháp Simplex) g Phương pháp lát cắt vàng (2.18) δdfmin ≤ δdf < δdfmax - - - - 3.1.2 Phương pháp giải toán tối ưu đa mục tiêu: Để giải toán tối ưu đa mục tiêu, thường sử dụng phương pháp sau: 1/ Phương pháp người-máy Geoffrion, Dyer, Fienberg: 2/ Phương pháp nhượng dần Chương Lập trình giải toán tối ưu 3.2 Lựa chọn phương pháp giải 3.2.1 Bài toán tối ưu đơn mục tiêu Phần mềm Pascal for Window sử dụng để giải - Với toán tối ưu đơn mục tiêu chọn phương toán tối ưu đa mục tiêu thiết lập (xem Phần 2) Như pháp giải phương pháp lát cắt vàng Với phương pháp nêu phần 2, toán đơn mục tiêu giải việc ứng việc lựa chọn để tìm đoạn (khoảng) cực đại dụng phương pháp lát cắt vàng, cịn tốn đa mục tiêu cực tiểu nhanh chóng giải việc sử dụng phương pháp nhượng dần với hàm 3.2.2 Bài toán tối ưu đa mục tiêu Trong luận văn này, phương pháp nhượng dần chọn để giải toán tối ưu đa mục tiêu đơn mục tiêu xếp theo thứ tự ưu tiên lợi nhuận làm phun cát lớn giá thành làm phun nhỏ - Bằng việc sử dụng phương pháp nhượng dần - hệ số nhượng xác định 1% 3% tương ứng với hàm đơn mục tiêu lợi nhuận làm phun cát lớn giá thành làm phun nhỏ - - - - Chương Phân tích kết xây dựng cơng thức tính tuổi bền tối ưu 5.1 Phân tích kết đạt sau giải toán tối ưu Hình 5.1: Mức lợi nhuận ứng với đường kính vịi phun ban đầu Tương tự [23], [24], với hàm đơn mục tiêu (hàm lợi nhuận lớn hàm giá thành phun cát nhỏ nhất), thấy rõ ràng lợi nhuận giá thành làm phụ thuộc nhiều vào đường kính vịi phun ban đầu Thêm vào đó, ln tồn giá trị đường kính vịi phun ban đầu mà với giá trị cho lợi nhuận làm lớn giá thành làm Hình 5.2: Giá thành làm ứng với đường kính vịi phun ban nhỏ (Hình 5.1 5.2) (tính tốn với số liệu sau: đầu pw=6.9×105 Pa, d f , m =4.77 Ca ,m =0.1 €/kg, Giá trị tuổi bền vịi phun xác định đường kính tối ưu gọi €/kWh, tcn=0.1 h; δdF =0.053 tuổi bền tối ưu Kết chương trình cho thấy tuổi mm/h tck=8h) Giá trị gọi “đường kính tối bền tối ưu tìm nhỏ nhiều so với tuổi bền truyền ưu” (hay đường kính ban đầu tối ưu df,0op) thống vịi phun Trong ví dụ nêu (xem hình 5.1 5.2), Cf ,p =100 €/piece, mm, C0=90 €/h, C p =0.06 tuổi bền tối ưu vòi phun 28,3 cho hàm lợi nhuận lớn - - - - 35,85 cho hàm giá thành làm nhỏ Hình 5.3: Quan hệ đường kính vịi phun tuổi bền truyền thống vòi phun Các bít lớn với đường kính vịi phun ban đầu tối vôn-fram xấp xỉ 300 [27] từ 300 đến 400 ưu [19] Với hàm đa mục tiêu kết chương trình cho thấy tuổi bền tối ưu vịi phun giá trị đường kính ban đầu tối ưu vòi phun phụ thuộc nhiều vào giá trị đường kính lớn vịi phun (hình 5.3) Ảnh hưởng đường kính lớn vòi phun đến tuổi bền tối ưu vòi với hàm mục tiêu khác biểu diễn hình 5.4 Hình 5.4: Đường kính vịi phun lớn tuổi bền tối ưu vòi phun với hàm mục tiêu khác Kết chương trình cho thấy tuổi bền tối ưu vòi phun phụ thuộc nhiều vào chi phí khơng đổi giá thành hạt mài (hình 5.7 a,b) Tuy nhiên, ảnh hưởng hai thông số đến tuổi bền tối ưu trái ngược Khi chi phí cố định tăng giá trị tuổi bền tối ưu giảm (hình 5.7a) ngược lại giá thành hạt mài tăng tuổi bền tối ưu lại tăng (hình 5.7b) Sở dĩ chi phí cố định tăng cần phải giảm tuổi thọ vòi (tức tăng đường kính ban đầu) để tăng suất làm (xem - - - - công thức 2.10) dẫn tới giảm giá thành làm Ngược b) lại, giá thành hạt mài tăng lên, cần tăng tuổi thọ vịi phun nhằm làm giảm chi phí vịi phun dẫn tới làm giảm giá thành làm (xem công thức 2.7) Khi giá thành vòi phun C f,p (VN đồng/chiếc) tăng, tuổi thọ tối ưu vòi tăng lên (hình 5.7c) Ngun nhân giải thích sau: giá thành vịi phun tăng làm giá thành vòi C f,h tăng c) theo (xem công thức 2.4) Khi để giảm giá thành vòi cần tăng tuổi thọ Lf vịi phun (cơng thức 2.4) a) d) Hình 5.7 Ảnh hưởng thơng số q trình đến tuổi bền tối ưu vòi phun (hàm đa mục tiêu) Ảnh hưởng độ mòn vòi phun đến tuổi bền tối ưu vòi biểu diễn hình 5.7d Ảnh hưởng có xu - - - - hướng ngược với ảnh hưởng giá thành vòi phun hay xác cơng thức tìm so với liệu chương trình độ mịn vịi phun tăng tuổi bền tối ưu vịi cao (với hệ số xác định R2 = 0,9883) phun giảm Sở dĩ độ mịn vịi tăng chi phí vịi phun tăng Kết nghiên cứu cho thấy thời gian giữ vận tốc làm không đổi tck, thời gian thay vòi phun t cn, hệ số 0.0511 0.0306 d F 0op = 0.718 ×d 1.0393C0 /(Ca ,m × 0.0157 × df C f , p δ 0.0173 ) f ,m (5.1) Từ công thức (5.1), biết đường kính vịi phun ban đầu, đường kính vịi phun lớn tối ưu co thể xác định theo công thức sau: lợi nhuận kp chi phí điện C p khơng ảnh hưởng tới đường kính vịi phun tối ưu Sở dĩ ảnh 0.0297 0.0496 d f , mop = 1.379 ×Ca , m ×C 0.0152 × df δ 0.0168 ×d 0.97 / C0 f ,p f ,0 (5.2) hưởng tham số kể đến giá thành làm lợi nhuận làm phun cát nhỏ so sánh với nhân tố khác Như nêu [23] [24], áp suất khơng khí, lưu lượng cát khơng ảnh hưởng tới đường kính tối ưu vịi cách trực tiếp mà chúng ảnh hưởng cách gián tiếp thông qua ảnh hưởng chúng tới độ mịn vịi Để thuận lợi cho q trình tính toán tuổi bền tối ưu Chương Kết luận kiến nghị vòi phun, cần thiết phải xây dựng cơng thức tính tốn Từ kết chương trình tối ưu, phân tích hồi quy 6.1 Kết luận tiến hành cơng thức tính tốn đường kính vịi Đề tài nhằm xác định tuổi bền tối ưu vòi phun phun ban đầu tối ưu biết đường kính lớn vịi cơng nghệ làm phun cát Để thực mục tiêu (hay với hệ thống làm định) cho vịi phun đó, nhiều cơng việc tiến hành Từ kết đề bít vơn-fram phun cát tìm Độ tài, đưa số kết luận sau: - - - - - Đề tài tập trung vào toán xác định tuổi bền tối ưu vịi phun cho trường hợp tốn đa mục tiêu - Ảnh hưởng thơng số q trình đến đường kính vịi phun tối ưu với hàm mục tiêu khác nghiên cứu - Bài toán tối ưu đa mục tiêu xác định tuổi bền tối - Bằng việc đưa hàm hiển cho công thức xác ưu vòi phun bao gồm hai tốn đơn mục tiêu, định đường kính vịi phun tối ưu việc sử dụng nhiều biến xếp theo thứ tự ưu tiên lợi nhuận làm phun cát công thức kết toán tối ưu trở tổng quát lớn giá thành làm phun nhỏ nhất.đã tiện lợi xây dựng - Các phương pháp giải toán tối ưu đa mục tiêu phân tích Phương pháp nhượng dần chọn để giải toán tối ưu đa mục tiêu - Chương trình giải tốn tối ưu đa mục tiêu xây dựng Các hệ số nhượng 1% 3% theo tương ứng với hàm nêu - Từ kết chạy chương trình tối ưu, ảnh hưởng thơng số q trình đến tuổi bền tối ưu vòi phun xác định theo hàm đơn đa mục tiêu nêu 6.2 Kiến nghị - Để nghiên cứu tuổi bền tối ưu vịi phun cơng nghệ làm phun cát hoàn thiện, số đề xuất cho nghiên cứu tiếp lĩnh vực sau: Nghiên cứu xác định công thức tuổi bền tối ưu cho vịi phân tích - Bằng phân tích hồi quy, cơng thức xác định tính tốn đường kính tối ưu (hay dùng để tính tốn tuổi bền tối ưu) vịi phun bít vơn- fram cho q trình làm phun cát đề xuất - - phun các-bít bo Nghiên cứu xác định tuổi bền vòi phun phun cát ướt Nghiên cứu xác định tuổi bền tối ưu vòi phun với loại vật liệu hạt mài khác nhau: - - [4] Tài liệu tham khảo [1] Andreas Momber, Blast cleaning technology, Springer, 2008 [2] Benjamin Chew Tilghman, Sandblasting, U.S Patent No 104,408, 1870 [3] A W Mallory, “Guidelines for Centrifugal Blast Cleaning,” J Protective Coatings and Linings, 1(1), June 1984 - - B Baldwin, “Methods of Dust-free Abrasive Blast Clearing,” Plant Engineering, 32(4), February 16, 1978 [5] B R Appleman and J A Bruno, Jr., “Evaluation of Wet Blast Cleaning Units,” J Protective Coatings and Linings, 2(8), August 1985 [6] SCHUSTER A J., Recycling garnet in the shop and field, Protect Coat Europe 2002, Vol No 7, (4 pp), 2002 [7] Review of expendable abrasives BRIGGS M Anti-Corros 1987, Vol 34 No 5, 10-2 1987 [8] An Introduction to Abrasives for Protective Coating Removal Operations Hansink JD, Journal of Protective Coatings and Linings (USA), vol 17, no 4, pp 66-73, Apr 2000 [9] PADDISON R D, What type of abrasive to use? Protect Coat Europe 2000, Vol No 4, 10 (8 pp), 2000 [10] ADLEY D; TRIMBER K, Evaluation of substitute materials for silicasand in abrasive blasting, J Protect Coat Linings 1999, Vol 16 No 8, 49 (18 pp) 1999 [11] DYER D, Glass beads: a unique cleaning medium, Surface World 1997, Vol No 9, 14-5 1997 [12] BENNETT P J., Non-metallic abrasives for surface preparation, J Protect Coat Linings 1986, Vol No 4, 329 1986 [13] R Dotson, and R Ballard, Stripping paint with plastic media, Products Finishing (1995), Vol 59, No 9, 112-117 [14] Above Report (PB99 105553, NIOSH September 1998) [15] Lawrence J Korb, Abrasive blast cleaning, ASM Metals Handbook, 9th Edition, vol (Surface Cleaning) pp 8396, 1982 [16] Clemco Consumption Company, - - Compressor Air and Abrasive [17] I A Gorlach, Modelling of an efficient nozzle geometry for thermo-abrasive blasting (Second part), THE ANNALS OF “DUNAREA DE JOS” UNIVERSITY OF GALATI FASCICLE XIV MECHANICAL ENGINEERING, ISNN1224-5615 2005 science, engineering, and mathematics, Prentice Hall, Inc., 1987 [30] S.S Rao, Engineering optimization - Theory and practice, John Wiley & Sons, 1996 [18] Settles, S., Garg, S., A Scientific view of the productivity of abrasive blasting nozzles, Journal of Protective Coatings & Linings, USA, 1995, pp 28 -101 [19] Kennametal, A guide Blasting Nozzle Selection [20] Boride Products, Hướng dẫn lựa chọn vòi phun cát [21] M.J Woodward, R.S Judson, Sự phát triển hệ thống vịi phun tia nước hạt mài, Hội nghị Cơng nghệ Tia nước Hoa Kỳ, 1987, Trang 217226 [22] Momber A, Principle of Abrasive Waterjet Machining, Springer, 2008 [23] Vu Ngoc Pi, A.M Hoogstrate, Cost optimization of abrasive blasting systems: A new and effective way for using blasting nozzles, Key Engineering Materials Vol 329 (2007), pp 323-328 [24] Vu Ngoc Pi, Profit optimization of abrasive blasting systems, Key Engineering Materials Vols 389-390 (2009), pp 392-397 [25] B Karpuschewski, Fundamentals of machine tools (2004), Delft University of Technology [26] Clemco Industries Corp., Compressor Air and Abrasive Consumption [27] David A Summes, Waterjetting Technology, E & FN Spon, 1995 [28] Vu Ngoc Pi, Về vấn đề thiết kế tối ưu động hộp giảm tốc, Luận văn thạc sỹ, ĐH Bách Khoa Hà Nội 1997 [29] J.H Mathews, Numerical methods for computer - - - - ... khoảng cách từ * Nghiên cứu Andreas W Momber [21]: vòi phun đến bề mặt cần làm vv… - - - - nghiên cứu hãng Clemco, kennamet Đã có số nghiên cứu lợi nhuận phun cát, giá thành làm phun cát tuổi bền... hành nghiên cứu tối ưu hóa tuổi bền vòi phun nhằm đạt giá thành phun cát nhỏ * Nghiên cứu Vũ Ngọc Pi [24]: Tác giả trình bầy nghiên cứu nhằm xác định tuổi bền tối ưu vòi phun làm phun cát khô nhằm... vòi phun xác định theo hàm đơn đa mục tiêu nêu 6.2 Kiến nghị - Để nghiên cứu tuổi bền tối ưu vịi phun cơng nghệ làm phun cát hoàn thiện, số đề xuất cho nghiên cứu tiếp lĩnh vực sau: Nghiên cứu