TÍNH cơ KHÍ KHI THIẾT kế hệ THỐNG sấy TRONG QUY TÌNH sản XUẤT PHÂN lân NUNG CHẢY

TÍNH CƠ KHÍ KHI THIẾT KẾ HỆ THỐNG SẤY TRONG QUY TÌNH SẢN XUẤT PHÂN LÂN NUNG CHẢY 3.1 Tính bề dày thùng Thùng sấy phải đảm bảo yêu cầu bền loại vật liệu phổ biến thị trường, ta chọn thép CT3 Các thông số thép [14]:     Khối lượng riêng: ρ = 7850 kg/m3 Hệ số dẫn nhiệt (ở 20-100oC) λ = 50 W/m.K Giới hạn bền kéo: σk = 380 N/mm2 Giới hạn bền chảy: σc = 240 N/mm2.(phụ thuộc chiều dày thép) Thùng dạng hình trụ nằm ngang, chế tạo phương pháp hàn, làm việc áp suất khí Chọn phương pháp hàn tay hồ quang điện, hàn giáp mối hai bên Theo : DT>700mm nên chọn hệ số bền mối hàn φh = 0,95; Hệ số điều chỉnh, theo : η = 0,9 (thiết bị loại II, bị đốt nóng trực tiếp khói lò) Theo ,  Hệ số an tồn bền kéo: nk = 2,6  Hệ số an toàn bền chảy: nc = 1,5  Tính áp lực vật liệu tác dụng lên thùng: , ta có hệ số an toàn: Do thùng quay với tốc độ chậm nên tính áp lực vật liệu tác dụng lên thành thùng tối đa trọng lượng khối vật liệu tác dụng lên thành thùng lúc đứng yên vị trí thấp thùng Hệ số điền đầy β = 0,25 => diện tích phần vật liệu tiết diện thùng: Fvl = FT – Ftd = 3,80 – 2,85 = 0,95 (m3) Theo phương pháp hình học ta có: Giải phương trình ta được: α = 66,16o Chiều cao chứa đầy vật liệu thùng: h = R(1- cosα) = 1100.(1 – cos 66,16o) = 655,40 (mm) = 0,6654 (m) Vậy điểm A, vật liệu tác dụng lên thành thùng lực: Thùng quay chậm nên coi áp lực tác dụng lên thành thùng áp lực điểm thấp mặt cắt thùng: P = 0,981.105 + 16073,69 = 114173,69 (N/m2) Bề dày tối thiểu thùng tính theo : Trong đó: D1: Đường kính thùng, m p: Áp suất thùng, N/m2 C: Số bổ sung ăn mòn, bào mòn, dung sai Các hệ số bổ sung kích thước: d c  Ca: Hệ số bổ sung b ăn mòn hóa học Vật liệu sấy phân lân nung chảy, Hình 3.1: Kích thước cánh đảo trộn khơng ăn mòn, chọn Ca =  Cb: Hệ số bổ sung bào mòn học Do vật liệu có dạng hạt nên chọn C b = 1mm  Cc: Hệ số bổ sung sai lệch chế tạo, lắp ráp Theo , chọn Cc = 0,8mm (t)  Co: Hệ số bổ sung để quy tròn kích thước, chọn Co = 4,9mm  C = Ca + Cb + Cc + Co = + + 0,8 +4,9 = 6,7 (mm) Bề dày thực thùng: S = 1,3 + 6,7 = (mm) 3.2 Tính cánh đảo trộn Một số thơng số cánh đảo trộn chọn phần tính tốn thùng sấy Diện tích bề mặt chứa vật liệu cánh: Chọn kích thước: a = 280mm b = 120mm Chọn c = 1,5m; chiều dày d = 4mm Vật liệu chế tạo cánh thép CT3, số cánh mặt cắt: 12 cánh Với thùng dài 11m, cánh đảo trộn dài 1,5m ta bố trí dãy cánh dọc theo thân thùng, phần nhập liệu lắp cánh xoáy để dẫn vật liệu vào thùng với chiều dài 0,87m lắp chéo dẫn vật liệu sấy vào thùng Số lượng cánh thùng: Khối lượng cánh thùng: 3.3 Tính truyền động  Chọn động Cơng suất cần để quay thùng (theo ): Trong đó: DT = 2,2m: Đường kính thùng LT = 11m: Chiều dài thùng a: Hệ số phụ thuộc dạng cánh Theo bảng n = 1,8vg/ph: số vòng quay thùng ρ = 2500kg/m3: khối lượng riêng vật liệu  Theo chọn hiệu suất truyền:  Bộ truyền bánh trụ hở: 0,95  Bộ truyền bánh trụ kín: 0,98  Bộ truyền trục vít: 0,90  Ba cặp ổ lăn: 0,993  Hiệu suất truyền: η = 0,95 0,98 0,90 0,993 = 0,81 Công suất tối thiểu động cơ: có a = 0,071 Theo , chọn động loại 4A280M8Y3 có thơng số:  Công suất động cơ: Nđc = 75kW  Tốc độ quay: nđc = 734v/ph  Hiệu suất: η = 0,92  Chọn tỉ số truyền động Tỉ số truyền động chung hệ thống: Thùng i23 Do tỉ số truyền lớn nên cần dùng giảm tốc Ở ta dùng hộp giảm tốc trục vít – bánh vít i12 Chọn tỉ số truyền: i12 = i23 = Tỉ số truyền động sang trục vít: Động Hình 3.2: Hộp giảm tốc Số vòng quay trục: Cơng suất ổ trục: Ta có bảng kết quả: Bảng 3.1: Thông số hộp giảm tốc Trục động i 24,5 n (v/ph) 734 N (kW) 69 I II 29,96 61,48 III 5 59,65 56,10  Tính truyền bánh Ở ta tính truyền bánh truyền động từ hộp giảm tốc sang bánh lớn lắp thùng Đây chuyển động hai trục song song, ta chọn bánh trụ thẳng, truyền động ăn khớp o Chọn vật liệu Chọn vật liệu có độ rắn HB ≤ 350, cắt gọt sau nhiệt luyện, khơng đòi hỏi qua ngun cơng đắt tiền mài Bánh có khả chạy mòn tốt Để tránh tượng dính bề mặt làm việc răng, lấy độ rắn bánh nhỏ lớn bánh lớn từ 30-50HB, chọn mác thép bánh khác nhau: Bánh lớn:  Vật liệu: Thép C35 thường hóa  Độ rắn: HB = 160  Giới hạn bền kéo: σk = 480N/mm2  Giới hạn bền chảy: σc = 240N/mm2 Bánh nhỏ:  Vật liệu: Thép C45 thường hóa  Độ rắn: HB = 190  Giới hạn bền kéo: σk = 580N/mm2  Giới hạn bền chảy: σc = 290N/mm2 o Xác định ứng suất uốn cho phép Đối với làm việc mặt: Trong đó: σ-1: Giới hạn mỏi uốn Thép C45: σ-1 = 0,45 580 = 261 (N/mm2) Thép C35: σ-1 = 0,45 480 = 216 (N/mm2) n: Hệ số an toàn Đối với bánh thép rèn thường hóa Chọn n = 1,5 kv: Hệ số tập trung ứng suất chân Với bánh thép thường hóa, chọn kv = 1,8 Ứng suất uốn cho phép:  Bánh nhỏ:  Bánh lớn: o Chọn hệ số tải trọng K = 1,3 ÷ 1,5 Do truyền có khả chạy mòn, vận tốc thấp nên chọn K = 1,3 o Xác định khoảng cách trục, modun, chiều rộng Chọn sơ khoảng cách trục: A = 1500(mm) Modun bánh (theo ): m = (0,01 ÷ 0,02)A = 15 ÷ 30 (mm) Chọn m = 20mm Bánh thẳng, góc nghiêng răng: β = Số bánh nhỏ (theo ): Chọn Z1 = 25 Số bánh lớn (theo ): Chọn Z2 = 125 Tính lại khoảng cách trục (theo ): Chiều rộng bánh nhỏ (theo Tr.108[17]): Trong theo chọn Ψm = 0,3  b = 0,3 1500 = 450 (mm)  Chọn b = 450mm Chiều rộng bánh lớn: b’ = b – 10 = 450 – 10 = 440 (mm) o Kiểm nghiệm độ bền uốn Momen xoắn trục bánh nhỏ: Điều kiện bền uốn (theo ): Trong đó:  Răng trụ thẳng, góc nghiêng β = 0; Yβ =  YF1, YF2: Hệ số dạng Tra với hệ số dịch chỉnh x = (số >21): YF1 = 4,0; YF2 = 3,6  K: Hệ số tải trọng tính uốn K = 1,1  dl1: Đường kính vòng lăn bánh Chú nhỏ: thích d : Đường kính vòng lăn dl1 = m Z1 = 20 25 = 500 (mm) l de : Đường kính vòng đỉnh de di : Đường kính vòng chân di dl Vậy hai bánh đảm bảo điều kiện bền uốn o Các thông số hình học Hình 3.3: Thơng số bánh Góc ăn khớp α = 20o Các thơng số hình học bánh vòng gắn thùng sấy bánh nhỏ gắn với hộp giảm tốc liệt kê bảng đây: Bảng 3.2: Thơng số hình học bánh vòng bánh nhỏ STT Thơng số Modun Số Đường kính vòng lăn Ký hiệu m (mm) Z (răng) dl (mm) Khoảng cách trục A (mm) Chiều rộng bánh Đường kính vòng đỉnh Đường kính vòng chân Chiều cao đầu Chiều cao b (mm) de (mm) di (mm) hd (mm) H (mm) Công thức tính Bánh nhỏ Bánh lớn 20 dl = m.Z 25 500 125 2500 1500 Ψ.A dl + 2.m dl – 2,5m hd = m H = 2,25m 450 540 450 440 2540 2450 20 45 o Khối lượng bánh lớn Bánh lớn làm thép C35, ρ = 7850 kg/m3 Coi phần bánh hình vành khăn, đường kính ngồi đường kính vòng lăn Do thùng làm việc nhiệt độ cao, tốc độ chậm nên bánh vòng khơng lắp sát vào thùng mà nối với thùng qua nhíp Chọn đường kính bánh vòng 2,37m 3.4 Tính vành đai, kiểm tra bền thùng  Tính sơ Thùng có tải trọng lớn, quay chậm nhiệt độ làm việc cao nên chọn lắp vành đai tự vào thân thùng dùng chân đế Giữa chân đế thùng có tăng cứng dày 520mm Giữa chân đế mặt vành đai có đặt hạn chế va đập thép mỏng Chọn sơ đường kính vành đai (theo Tr.249[3]): Dv = (1,1 ÷ 1,2)Dt Trong đó: Dv: Đường kính vành đai Dt: Đường kính ngồi thùng  Dv = (1,1 ÷ 1,2) (2200+8.2) = (2437 ÷ 2659) (mm) Chọn Dv = 2440mm Chọn sơ bề rộng vành đai (vòng ngồi): B = 200mm Thùng nặng, bề dày vành đai Hình 3.4: Kết cấu lắp chân đế - vành đai 1: Chân đế 2: Vành đai 3: Các 4: Tấm tăng cứng 5: Thân thùng tính theo Tr.250[3]: Chọn h = 80mm Đường kính ngồi vành đai: Dnv = 2440 + 80 = 2600 (mm) Chọn sơ góc vát đầu đai: β1 = 8o Coi vành đai hình vành khăn, vật liệu chế tạo thép CT35, khối lượng vành đai: Chọn sơ khối lượng chân đế tăng cứng, căn: 4kg/bộ Mỗi đai lắp 12 chân đế, thùng lắp đai Khối lượng tổng cộng đai chân đế: MD = (994,4 + 12 4) = 2084,8 (kg)  Kiểm tra bền vành đai Khi thùng quay làm việc, trọng lượng cánh đảo trộn, lượng vật liệu thùng xem tải trọng phân bố Trọng lượng bánh vòng, vành đai tải trọng tập trung, để tiện ta xem chúng tải trọng phân bố Tổng trọng lượng thùng là: Với GT, GC, GV, GD, GR trọng lượng thùng, trọng lượng cánh, vật liệu, đai, bánh vòng tính theo N Trọng lượng thùng: Trọng lượng vật liệu: Tải trọng tác dụng lên vành đai: Tải trọng vành đai là: Chọn góc lăn 60o Góc lực tác dụng lên lăn phương thẳng đứng 30o 60o Lực tác dụng lên lăn (theo Hình 3.5: Vành đai 1: Thành thùng 2: Vành đai 3: Chân đế 4: Con lăn đỡ ): Mô men uốn: Mu = A.Q.R (N.cm) Trong đó: Q: Tải trọng thùng tác dụng lên đai, N Q = T R: Bán kính vành đai, cm R = 122cm A: Hệ số phụ thuộc kiểu lắp Vành đai lắp tự chân đế, A = 0,08  Mu = 0,08 109327,1 122 = 1067032,5 (N.cm) Vành đai thép C35 có ứng suất cho phép [σ] = 14600 (N/cm 2) Mômen chống uốn: Mặt khác: Vậy chiều dày vành đai 80mm đủ bền Với điều kiện ta giảm độ dày đai Tuy nhiên vành đai có nhiệm vụ giữ thùng tiếp xúc với lăn chặn nên khơng mỏng q, ta giữ ngun kích thước  Kiểm tra bền thùng Lực phân bố đơn vị chiều dài thùng ( ): L Do tác dụng lực phân bố, mơ men uốn có giá trị lớn ba vị trí: hai vị l trí đỡ thân thùng M3 M1 M2 Hình 3.6: Biểu đồ lực, mômen tác dụng lên thùng Giá trị mơmen uốn hai vị trí đỡ (theo Mơmen uốn thùng (theo ): ): Để thân thùng làm việc đồng đều, ta chọn khoảng cách hai vị trí đỡ l cho M1,2 = M3 Rút l = 0,586L Mômen uốn lớn (theo Mômen xoắn sinh thùng quay (theo ): ): Trong đó: N: cơng suất tiêu hao, kW n: Số vòng quay thùng, v/ph  Mơmen tính tốn thùng chịu uốn chịu xoắn (theo Mômen chống uốn tiết diện thân thùng (theo ): ): Ứng suất sinh thùng (theo ): σ < [σ] với [σ] = 146 N/mm2, ứng suất cho phép vật liệu làm thành thùng Vậy thùng đảm bảo bền 3.5 Tính lăn đỡ, lăn chặn a Con lăn đỡ  Tính đường kính lăn đỡ Bề rộng lăn đỡ (theo ): Bc = B + (3 ÷ 5) (cm) Chọn Bc = B + = 20 + = 25 (cm) Chọn sơ đường kính: Sử dụng lăn thép, đường kính tính theo :  Mặt khác, kiểm tra điều kiện đường kính lăn theo Với D đường kính ngồi thùng  0,25 260 ≤ dc ≤ 0,33 260 (cm)  65 ≤ dc ≤ 85,8 (cm) Chọn dc = 65 (cm)  Kiểm tra bền lăn đỡ : Tải trọng đơn vị chiều dài tiếp xúc lăn – vành đai (theo Tr.283[3]): Ứng suất tiếp xúc lăn đỡ - vành đai (theo ): Trong đó: P: Tải trọng đơn vị chiều dài tiếp xúc, N/cm E: Mômen đàn hồi vật liệu, N/cm E = 2,1.107(N/cm2) (trang 95, Tiêu chuẩn thiết kế thép TCVN 338:2005) R: Bán kính ngồi vành dai, cm R = 130cm r : Bán kính ngồi lăn, cm r = 32,5cm  Điều kiện bền (theo ): Vậy lăn đỡ làm từ thép CT5 đảm bảo bền b Con lăn chặn Lực tác dụng lớn lên lăn chặn (theo ): Trong đó: Q: Tải trọng tồn thùng α : Góc nghiêng thùng, độ α = 2,5o f : Hệ số ma sát vành đai lăn chặn, thường lấy 0,1  Con lăn chặn chặn sát vào vành đai Chọn sơ độ dày lăn chặn: B ch=60mm  chiều dài tiếp xúc 60mm = 6cm Tải trọng đơn vị chiều dài tiếp xúc: Ứng suất tiếp xúc lăn chặn – vành đai (theo ): Để đảm bảo điều kiện bền, phải có po < [σCT5] = 5.104 (N/cm2) Ta có: Chọn bán kính lăn chặn r = 15cm, theo lăn chặn đủ bền 3.6 Tính chọn lớp bảo ơn Thùng sấy có đường kính lớn nhiều lần chiều dày, coi truyền nhiệt trường hợp truyền qua trường phẳng Theo , mật độ dòng nhiệt truyền qua tường phẳng nhiều lớp: Trong đó: tf1, tf2: Nhiệt độ bề mặt trong, thành thiết bị, tương ứng mặt thùng mặt ngồi lớp bảo ơn Chọn tf1=650oC (trường hợp nhiệt độ thành cao nhiệt độ khói lò) Chọn tf2=30oC k: Hệ số truyền nhiệt vách phẳng nhiều lớp Với: α1: Hệ số tỏa nhiệt từ môi trường đến bề mặt vách Trong thùng không khí đảo trộn nên xét trường hợp đối lưu cưỡng Theo tài liệu [8], α1=(10 200) (W/m2K) Chọn α1 = 30W/m2K (thùng quay chậm, khả đảo trộn thấp) α2: Hệ số tỏa nhiệt từ thành thiết bị ngồi mơi trường Theo tài liệu [8], α2=(5 25) (W/m2K) Chọn α2 = 10W/m2K δi: Bề dày lớp thứ i λi: Hệ số dẫn nhiệt lớp thứ i Chọn vật liệu cách nhiệt bơng khống Rockwool có khả chống cháy cao, cách nhiệt tốt chịu nhiệt độ tới 850 oC Theo tài liệu [7], hệ số dẫn nhiệt lớp bảo ôn λ2 = 0,036 W/m.oC Như phần tính bề dày thùng liệt kê, hệ số dẫn nhiệt thép sử dụng làm thân thùng λ1 = 50 W/m.oC Như phần tính công nghệ, lượng nhiệt tỏa môi trường q mt = 145,89 (kJ/kg ẩm) Mỗi thiết bị thất thoát lượng nhiệt là: q = qmt.W = 146,89 2258,06 = 331686,4 (kJ/h) = 92,1 (kW) Coi 80% lượng nhiệt thất thoát qua thành thiết bị, 20% tổn thất phận bít kín Mật độ dòng nhiệt truyền qua thành thiết bị là: Với S diện tích tồn thành thiết bị S = d.π.L = 2,2 3,14 11 = 76 (m2) Từ , ta có:  δ2 = 0,014 (m) Vậy chiều dày lớp bảo ôn tối thiểu dbo = 14mm Chọn chiều dày lớp bảo ơn theo kích thước bán thị trường dbo = 25mm 3.7 Tính chọn thiết bị phụ trợ Tính chọn thiết bị lọc bụi Chọn thiết bị lọc dạng xyclon có khả xử lý bụi nhỏ, cấu tạo đơn giản giá thành thấp Tốc độ khí vào xyclon 15 ÷ 20m/s, cửa ÷ 8m/s (theo Tr.98 [16]) Theo tính tốn phần Tính cơng nghệ, lưu lượng thể tích tác nhân sấy trạng thái khỏi thùng sấy V2 = 4,648m3/s = 16732,8m3/h Theo bảng phụ lục Tr.207[16], chọn nhóm xyclon loại đường kính 650mm ... học Vật liệu sấy phân lân nung chảy, Hình 3.1: Kích thước cánh đảo trộn khơng ăn mòn, chọn Ca =  Cb: Hệ số bổ sung bào mòn học Do vật liệu có dạng hạt nên chọn C b = 1mm  Cc: Hệ số bổ sung sai... Theo tài liệu [7], hệ số dẫn nhiệt lớp bảo ôn λ2 = 0,036 W/m.oC Như phần tính bề dày thùng liệt kê, hệ số dẫn nhiệt thép sử dụng làm thân thùng λ1 = 50 W/m.oC Như phần tính cơng nghệ, lượng nhiệt... thị trường dbo = 25mm 3.7 Tính chọn thiết bị phụ trợ Tính chọn thiết bị lọc bụi Chọn thiết bị lọc dạng xyclon có khả xử lý bụi nhỏ, cấu tạo đơn giản giá thành thấp Tốc độ khí vào xyclon 15 ÷ 20m/s,