Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số kỹ thuật của bộ gõ hệ thống cực lắng lọc bụi tĩnh điện tới khả năng rũ bụi tt

1 A GIỚI THIỆU VỀ LUẬN ÁN Tến đề tài: “Nghiên cứu ảnh hƣởng số thông số kỹ thuật gõ hệ thống cực lắng lọc bụi tĩnh điện tới khả rũ bụi ” Cơ sở để lựa chọn đề tài Hiện lọc bụi tĩnh điện phương pháp sử dụng chủ yếu nhà máy Nhiệt điện, Xi măng Việt Nam Thiết bị lọc bụi tĩnh điện (LBTĐ) phần lớn nhập từ nước ngoài, nhiên số sở nước bước nghiên cứu làm chủ thiết kế, công nghệ chế tạo thiết bị LBTĐ Để góp phần làm chủ cơng nghệ LBTĐ tác giả lựa chọn hướng nghiên cứu “Nghiên cứu ảnh hưởng số thông số kỹ thuật gõ hệ thống cực lắng lọc bụi tĩnh điện tới khả rũ bụi ” làm đề tài luận án tiến sĩ Mục tiêu đề tài luận án - Xây dựng mối quan hệ ảnh hưởng thông số kỹ thuật: Trọng lượng búa gõ (m1), chiều cao rơi búa (H) tới lực gõ búa (F) gõ rũ bụi - Xây dựng quan hệ ảnh hưởng lực gõ (F) đến gia tốc sóng ứng suất (a) cực lắng - Tối ưu hóa hàm đa mục tiêu thông số búa gõ (m1, H) lực gõ (F) giới hạn bền [ζch] cực lắng với giá trị gia tốc (a) để xác định miền giá trị gia tốc hợp lý có khả rũ bụi - Ứng dụng kết nghiên cứu luận án để tính tốn thơng số kỹ thuật búa gõ (m1, H) thơng số cực lắng (B, L, m2) cho thiết bị LBTĐ công suất triệu (m3/ Đối tƣợng nghiên cứu Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng số thông số kỹ thuật gõ rũ bụi trọng lượng búa (m1), chiều cao rơi búa (H) đến lực gõ búa (F) gia tốc lan truyền sóng ứng suất (a) cực lắng mơ hình gõ rũ bụi Phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu thực nghiệm xác định mối quan hệ ảnh hưởng thông số búa gõ (m1, H) tới lực gõ búa (F) quan hệ lực gõ (F) tới gia tốc (a) lan truyền sóng ứng suất cực lắng mơ hình gõ rũ bụi - Chỉ nghiên cứu ảnh hưởng sóng ứng suất ngang cực lắng từ vật liệu thép mỏng mơ hình gõ rũ bụi Phƣơng pháp nghiên cứu Kết hợp nghiên cứu lý thuyết, phân tích mơ Ansys, thực nghiệm đo gia tốc lan truyền sóng ứng suất cực lắng từ vât liệu thép chun dụng dạng mỏng, mơ hình gõ rũ bụi phương pháp xử lý số liệu thực nghiệm Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 7.1 Ý nghĩa khoa học: - Phân tích mơ số để đánh giá ảnh hưởng lực gõ búa (F) tới gia tốc lan truyền sóng ứng suất (a) biến dạng cực lắng - Bằng thực nghiệm xây dựng phương trình tốn học quan hệ ảnh hưởng thơng số búa gõ (m1, H) tới lực gõ búa (F) - Đã thực nghiệm xác định ảnh hưởng lực gõ búa (F) đến gia tốc (a) - Đã tối ưu hóa xác định miền giá trị thơng số búa gõ (m1, H, F) gia tốc lan truyền sóng ứng suất (a) phạm vi đảm bảo độ bền [ζch] cực lắng 7.2 Ý nghĩa thực tiễn: - Kết nghiên cứu đề tài luận án ứng dụng, kiểm nghiệm tính tốn, thiết kế thơng số gõ rũ bụi LBTĐ thực tiễn, nhà máy nhiệt điện Vũng công suất lọc bụi 1.000.000 (m3/h) - Kết nghiên cứu đề tài luận án ứng dụng cơng tác vận hành thiết bị LBTĐ để lựa chọn thông số (m1), (H) với dải giá trị gia tốc phù hợp đảm bảo khả rũ bụi, sử dụng làm tài liệu tham khảo công tác giảng dạy nghiên cứu, thiết kế lọc bụi tĩnh điện Những đóng góp luận án - Đã xây dựng phương trình hồi quy thực nghiệm quan hệ thông số: Trọng lượng búa (m1) với lực gõ F = f1 (m1, H) Kiểm tra điều kiện bền phần mềm Ansys để xác định miền giá trị (F) thực nghiệm đo gia tốc (a) - Đã xây dựng hàm hồi quy thực nghiệm ảnh hưởng lực gõ (F) tới gia tốc cực lắng: a = f2 (F) - Đã tối ưu hóa hàm đa mục tiêu để xác định miền giá trị gia tốc (a) có khả rũ bụi thỏa mãn điều kiện bền cực lắng (ζch) ≤ [ζch] - Ứng dụng kết nghiên cứu luận án để tính tốn thơng số kỹ thuật gõ (m1, H, B, L, m2) cho thiết bị LBTĐ công suất triệu (m3/ giờ) B NỘI DUNG LUẬN ÁN Chƣơng 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ BỘ GÕ RŨ BỤI TRONG LỌC BỤI TĨNH ĐIỆN 1.1 Nguyên lý thu bụi điện Lọc bụi tĩnh điện(LBTĐ) hệ thống thu lọc hạt bụi khỏi dòng khí bụi cho chúng qua buồng lọc, dựa nguyên lý ion hoá lực hút tĩnh điện Hạt bụi với kích thước nhỏ, nhẹ bay lơ lửng dòng khí đưa qua buồng lọc có đặt cực gọi cực lắng cực phóng Trên cực, ta cấp điện cao áp chiều cỡ từ vài chục vài 100 (kV) để tạo thành điện trường có cường độ lớn Khi qua điện trường mạnh, bụi bị ion hoá thành phân tử ion mang điện tích âm sau bị hút cực lắng mang điện tích dương bám vào (hình 1.1) Bụi tách khỏi rung rũ cực[1] Hình 1 Sơ đồ nguyên lý lực hút tĩnh điện 1.2 Phân loại lọc bụi tĩnh điện a) Phân loại theo cấu trúc điện cực lắng b) Phân loại theo chiều dòng khí chuyển động: c) Phân loại theo trạng thái bụi 1.3 Cấu tạo chung thiết bị lọc bụi điện nằm ngang 1.3.1 Sơ đồ nguyên lý lọc bụi tĩnh điện Thiết bị lọc bụi tĩnh điện hệ thống thiết bị bố trí theo chức làm việc khác mơ tả hình 1.4 Hình Sơ đồ nguyên lý cấu hình thiết bị lọc bụi tĩnh điện nằm ngang với thiết bị liên quan 1.3.2 Cấu tạo hệ thống LBTĐ 1.3.2.1 Nguyên lý cấu tạo LBTĐ Hình dáng phận thiết bị lọc bụi tĩnh điện khơ, kiểu ngang điển hình thể hình vẽ 1.6 Hình Sơ đồ kết cấu buồng lọc bụi tĩnh điện ngang 1.3.2.2 Các phận thiết bị LBTĐ a) Hệ thống điện cao áp b) Điện cực phóng c) Điện cực lắng c) Bộ gõ rũ bụi d) Buồng chứa bụi e) Vỏ buồng lọc bụi tĩnh điện 1.4 Cơ chế lắng bụi buồng lọc bụi tĩnh điện 1.4.1 Lực tĩnh điện hạt bụi Khi đặt hạt bụi mang điện tích mơi trường điện trường hạt bụi chịu lực tĩnh điện di chuyển phía điện cực trái dấu hình 1.4 [2][30] Hình Mơ hình di chuyển phần tử bụi chịu lực hút tĩnh điện Các hạt bụi sau tích điện tích (-) di chuyển phía điện cực lắng mang điện tích (+) bám vào Lực tác dụng lên hạt bụi lực Culong, tác động điện trường lên điện tích hạt lực Newton Fe = qE = qn Eoc = neEoc = 4πEo Eoc r δ Trong đó: Eo - cường độ điện trường tích điện: (V/m) n - số điện tích hạt bụi e - điện tích cực quầng (C) o - số thẩm thấu điện môi = 8,85 10-12(C/V.m ) r - bán kính hạt bụi (mm)  - số tính chất điện môi hạt Lực cản môi trường: Fd Fd = 3𝜋µ𝑓 𝑑 𝑝 𝑤 𝑒 (1 1) (1 2) 𝐶𝑐 Cân lực cản môi trường lực hút tĩnh điện : Fd = Fe 3πµf d p w e Cc = qE Vận tốc hạt bụi di chuyển cực lắng: 𝑞𝐸 𝐶 We = 3𝜋µ 𝑑𝑐 𝑓 𝑝 (1 3) Trong đó: q - lực điện tích E - lực điện trường μf - hệ số mơi trường khơng khí = 1.81x10-5 N/m.s dp- đường kính hạt bụi Cc - hệ số trượt (Tra biểu đồ hay tính từ cơng thức) 1.4.2 Lực hút tĩnh điện cực lắng Lực điện trường tác động lên điện cực lắng gây lực hút tĩnh điện (1.4) [33] 𝐽𝜌 𝜀 𝐹𝑒 = 𝜀0 [𝐸 − ( 𝜀 )2 ] (1 4) Trong đó: Fe - lực điện tích đơn vị diện tích (cu lơng) 1 - hệ số thẩm thấu điện bụi J - mật độ dòng điện (A/m2) ρ - điện trở suất bụi (Ωm) Khi biết đặc tính bụi, mơi trường phóng điện hồn tồn tính lực tách bụi tối thiểu để tách bụi khỏi bề mặt cực lắng ngoại lực tác động phù hợp 1.5 Một số phƣơng pháp rũ bụi thiết bị LBTĐ 1.5.1 Rung đập cấu lệch tâm 1.5.2 Rung đập xung 1.5.3 Rung rũ búa gõ 1.6 Cấu tạo gõ rũ bụi búa gõ Cấu tạo gõ rũ bụi búa gõ mô tả hình 1.5 Hình Mơ hình kết cấu gõ rũ bụi Búa gõ lắp trục dẫn động 4, trục quay búa tay nối chuyển động quay tròn thời điểm phương búa hợp với phương thẳng đứng góc θ (thường 150) búa thực chuyển động rơi tự tác động vào đe lực kích động F(t) Lực gõ tạo kiểm soát trọng lượng búa m1 độ dài tay búa R, chu kỳ gõ thay đổi cách cài đặt chế độ làm việc hệ thống điều khiển 1.7 Các yếu tố ảnh hƣởng tới hiệu suất LBTĐ a) Điện áp b) Kích thước hạt bụi c) Điện trở bụi d) Vận tốc dòng khơng khí bụi e) Ảnh hưởng thông số kỹ thuật gõ rũ bụi 1.8 Tình hình nghiên cứu phƣơng pháp rũ bụi nƣớc giới 1.8.1 Tình hình nghiên cứu ngồi nƣớc - Nhóm tác giả Chayasak Ruttanachot,YutthanaTirawanichakul, Perapong tekasakul [38] Nghiên cứu ảnh hưởng đường kính dây dẫn điện cực phóng, khoảng cách hai điện cực tới hiệu suất thu bụi - Heinz L Engelbrecht [26] Nghiên cứu ảnh hưởng biên dạng tới gia tốc lan truyền ứng suất trung bình tồn bề mặt cực lắng - Roderick Manuzon [35] Nghiên cứu ảnh hưởng điện trường tới hiệu suất lọc bụi tĩnh điện kết luận lực hút tĩnh điện hạt bụi với điện cực phụ thuộc vào điện áp làm việc thiết bị LBTĐ - S.H Kim, K.W Lee [23] Nghiên cứu ảnh hưởng đường kính hạt bụi tới hiệu suất lọc bụi tĩnh - F Miloua, A Tilmatine [25] Nghiên cứu ảnh hưởng chiều cao rơi búa gõ tới hiệu suất rũ bụi thiết bị LBTĐ dạng ống - Ali Akabar Lotfi neyestanak [22] Nghiên cứu, phân tích ứng suất tình trạng phá hủy mỏi cực lắng thiết bị LBTĐ phương pháp phần tử hữu hạn - A Nowak and S Wojciech [37] Nghiên cứu ảnh hưởng kết cấu búa gõ tới biến dạng phá hủy mỏi chu kỳ q trình gõ búa - Adamiec-Wójcik, J Awrejcewicz, A Nowak,and S Wojciech [36] Phân tích khả lan truyền sóng ứng suất tiết diện mặt cắt ngang điện cực lắng - Jea-Keun Lee, Jea-Hyun Ku [32] Nghiên cứu q trình đóng/ngắt nguồn điện điện cực q trình gõ búa có ảnh hưởng tới hiệu suất rũ bụi - LEWIS B SCHWARTZ and MELVIN LIEBERSTEIN [43] Nghiên cứu mối quan hệ thời gian gõ búa với chiều dày lớp bụi bám điện cực lắng - Theo tác giả Sproull T [48] nhiều loại bụi giá trị gia tốc (a*) nằm khoảng (40-100)g, g = 9,81 (m/s2) - Để rũ bụi xi măng cần giá trị gia tốc a* đạt 200 g Giá trị gia tốc rũ bụi (a*) phụ thuộc vào đặc tính lý bụi [48] Nhận xét: Các cơng trình khoa học liệt kê tập trung vào việc nghiên cứu ảnh hưởng yếu tố điện trường, kích thước vận tốc di chuyển hạt bụi thiết bị LBTĐ tới hiệu suất lọc bụi tĩnh điện Phương pháp thiết kế kết cấu búa cực lắng nhằm nâng cao tuổi thọ chúng Tuy nhiên cơng trình chưa mối quan hệ lực gõ (F) búa với gia tốc lan truyền ứng suất (a) cực lắng điều kiện đảm bảo khả rũ bụi tuổi thọ cực lắng cao Song kết nghiên cứu tác giả gợi ý quan trọng cho việc nghiên cứu ứng dụng theo mục tiêu chọn đề tài luận án 1.8.2 Tình hình nghiên cứu nƣớc - Viện nghiên cứu khí – Narime đơn vị tiên phong lĩnh vực cung cấp thiết bị xử lý khí thải cho nhà máy cơng nghiệp cụ thể: - Năm 2010 Cải tạo hệ thống lọc bụi tĩnh điện nhà nhiệt điện ng bí 1, cải tạo, thay hệ thống búa gõ cực lắng - Năm 2014 Đề tài KHCN cấp nhà nước, thiết kế chế tạo lắp đặt hệ thống lọc bụi tĩnh điện cho nhà máy nhiệt điện Vũng – Hà tĩnh công suất 1triệu (m3/giờ) - Năm 2015 Dự án sản xuất, chế tạo, lắp đặt hệ thống lọc bụi tĩnh điện tổ máy 1,2 nhà máy nhiệt điện Thái Bình - Viện nghiên cứu máy dụng cụ công nghiêp IMI nghiên cứu thiết kế, chế tạo điều khiển PLC cho hệ thống lọc bụi tĩnh điện Nhận xét: Các đơn vị nghiên cứu sở sản xuất thiết bị LBTĐ nước tham gia sâu rộng vào thiết kế giải mã công nghệ, chế tạo thiết bị lọc bụi tĩnh điện Tuy nhiên chưa có sở thực đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng số yếu tố công nghệ gõ hệ thống cực lắng lọc bụi tĩnh điện tới khả rũ bụi” với điều kiện đảm bảo độ bền (ζch) cho cực lắng 1.9 Những vấn đề cần nghiên cứu gõ rũ bụi khí a) Nghiên cứu lan truyền sóng cực lắng b) Nghiên cứu dạng phá hủy mỏi gõ rũ bụi c) Nghiên cứu biện pháp đảm bảo khả rũ bụi gõ d) Tối ưu hóa xác định miền thông số công nghệ, đảm bảo điều kiện rũ bụi độ bền cực 1.10 Nội dung nghiên cứu luận án Từ nội dung nghiên cứu tổng quan đề xuất nội dung đề tài luận án sau: Chương 1: Tổng quan gõ rũ bụi lọc bụi tĩnh điện Chương 2: Cơ sở lý thuyết lan truyền sóng ứng suất kim loại mỏng Chương 3: Trang thiết bị thí nghiệm phương pháp nghiên cứu Chương 4: Thực nghiệm đánh giá kết ứng dụng vào thực tiễn KẾT LUẬN CHƢƠNG Từ nội dung chương 1có thể rút kết luận: 1) Nghiên cứu tổng quan lọc bụi tĩnh điện gõ rũ bụi điện cực lắng 2) Đã tìm hiểu tình hình nghiên cứu khả lọc bụi tĩnh điện giới Việt Nam Qua chưa thấy cơng trình nghiên cứu đề cập tới mối quan hệ ảnh hưởng lực gõ (F) gia tốc lan truyền sóng ứng suất (a) cực lắng 3) Đã xác định chế rũ bụi gõ rũ bụi trình truyền xung lực va chạm búa vào cực lắng tạo gia tốc (a) lan truyền sóng ứng suất kim loại mỏng, phẳng 4) Đã lựa chọn ảnh hưởng số thông số kỹ thuật gõ hệ thống cực lắng như: trọng lượng búa gõ (m1), chiều cao rơi (H) búa tới khả rũ bụi thiết bị lọc bụi tĩnh điện 5) Lựa chọn giải thuật di truyền để giải tốn tối ưu hóa đa mục tiêu thỏa mãn điều kiện rũ bụi đảm bảo tuổi bền cực lắng Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT LAN TRUYỀN SÓNG ỨNG SUẤT TRONG TẤM THÉP MỎNG PHẲNG Nghiên cứu sở lý thuyết va chạm truyền xung lực va chạm hai vật rắn, lý thuyết lan truyền sóng ứng suất kim loại mỏng Phương pháp xác định cường độ sóng ứng suất sở để đo giá trị gia tốc tấm, lựa chọn phương pháp phân tích q trình biến dạng có ngoại lực tác động từ xây dựng mối quan hệ lực gõ búa với gia tốc lan truyền sóng ứng suất giới hạn bền vật liệu 2.1 Các khái niệm va chạm vật rắn 2.1.1 Lý thuyết va chạm Newton Lý thuyết xác cho vật rắn, lại không ý đến tất tượng xảy va chạm vật thể biến dạng Nó bỏ qua lượng dao động (sóng) vật tạo nên phần lượng ban đầu lớn trước va chạm Sự không rõ ràng lý thuyết đưa vào hệ số thu gọn mà giá trị hệ số không số, mà phụ thuộc vào loạt ảnh hưởng tốc độ va chạm[6] 2.1.2 Lý thuyết va chạm Hec (lý thuyết chuẩn tĩnh) Lý thuyết Hec mức phát triển so với lý thuyết bản, Hec tìm lực xuất diện tích tiếp xúc, thời gian va chạm tốc độ va chạm bé, coi lượng dao động nhỏ biến dạng xảy khu vực lân cận va chạm, xuất phát từ nghiệm truyền thống toán tiếp xúc tĩnh Hec, lại toán động tiếp xúc 2.1.3 Lý thuyết sóng va chạm Lý thuyết sóng va chạm ghi lại tồn q trình va chạm, quan tâm đến sóng biến dạng lan truyền hai phía va chạm vật thể đàn hồi, vật thể đàn nhớt đàn dẻo Do kết xác hơn, nghiệm tổng quát phức tạp, tính tốn cơng phu Ngồi thực tế khơng thể định nghĩa xác điều kiện biên điều kiện ban đầu tính xác bị giảm Vì thường dẫn đến tốn riêng biệt, để giảm khó khăn người ta thường đưa vào số giả thuyết để đơn giản hóa, tính tốn thường bỏ qua ảnh hưởng thứ yếu [6] 2.1.3.1 Phƣơng trình sóng mơi trƣờng đàn hồi vơ hạn a) Sóng ứng suất - Ứng suất đại lượng biểu thị nội lực phát sinh vật thể biến dạng tác dụng nguyên nhân bên tải trọng, thay đổi nhiệt độ, v.v - Năng lượng sóng truyền theo phương gây nên gia tốc sóng ứng suất tất điểm bề mặt (sau gọi gia tốc) [8] b) Phƣơng trình sóng Để thiết lập phương trình truyền sóng mơi trường đàn hồi vô hạn, ta xét cân động phân tố hệ tọa độ vng góc với cạnh dx , dy, dz tách từ mơi trường Theo lý thuyết đàn hồi mặt cắt phân tố có thành phần ứng suất sau: (hình 2.1) Ký hiệu: Hình Phân tố thành phần ứng suất X,Y,Z - thành phần hình chiếu cường độ thể tích lên trục tọa độ u, v,w - thành phần chuyển vị 𝜕2𝑢 𝜕𝑡 𝜕2𝑣 𝜕2𝑤 ; 𝜕𝑡 ; 𝜕𝑡 - gia tốc chuyển vị ρ – trọng lượng riêng Theo nguyên lý Dalembert thời điểm t phân tố trạng thái cân ta đặt thêm vào lực qn tính Tổng hợp hình chiếu lực trục hệ tọa độ, ta nhận phương trình cân có tên phương trình Navie dạng: 𝜕𝜍𝑥 𝜕𝑥 𝜕𝜍𝑦 𝜕𝑦 𝜕𝜍𝑧 𝜕𝑧 + + + 𝜕𝜏 𝑦𝑥 𝜕𝑦 𝜕𝜏 𝑥𝑦 𝜕𝑥 𝜕𝜏 𝑦𝑧 𝜕𝑦 𝜕2𝑢 𝜕𝑡 𝜕2𝑣 + 𝜕𝑧 + 𝑌 = 𝜌 𝜕𝑡 𝜕𝜏 𝜕2𝑤 + 𝜕𝑥𝑥𝑧 + 𝑍 = 𝜌 𝜕𝑡 + 𝜕𝜏 𝑧𝑥 𝜕𝑧 𝜕𝜏 𝑧𝑦 +𝑋 =𝜌 (2 1) Theo phương pháp chuyển vị, ta biến đổi phương trình theo chuyển vị nhờ quan hệ ứng suất biến dạng, theo biểu thức : Trong đó: ζx = 2Gεx + λθ ηxy = Gγxy ζy = 2Gεy + λθ ηxy = Gγyz ζz = 2Gεz + λθ ηxy = Gγzx E G = 2(1+μ) - môđun đàn hổi Eμ λ = (1+μ)(1−2μ) - số Lamê θ = εx +εy +εz - độ biến dạng thể tích tỷ đối (a) Sau biểu thức liên hệ biến dạng chuyển vị Công thức Cosi, có dạng: ∂u ∂x ∂v εy = ∂y ∂w εz = ∂z εx = ∂u ∂v + ∂y ∂x ∂w ∂v = + ∂y ∂z ∂u ∂w = + ∂z ∂x γxy = γyz γxy Xét phương trình thứ (2.1) thay giá trị ζx theo (a): ζx = 2G (b) ta được: ηyx = Gγyx = G ∂u ∂y ∂v + ∂x (b) ∂u ∂x + λθ, thay giá trị ηyz = ηxy theo (a) ∂2 u ∂2 v ∂2 w ∂ ∂u ∂v ∂w ∂θ + 2+ = + + = ∂x ∂y ∂x ∂z ∂x ∂x ∂y ∂z ∂x Với ý: Thì phương trình thứ (2.9) là: λ+G ∂θ ∂2 u + G∇2 u + X = ρ ∂x ∂t Bằng cách tương tự ta nhận hai phương trình lại Bỏ qua ảnh hưởng lực thể tích X = Y = Z = cuối ta hệ phương trình sau: d  2u  G 2u   (a ) dx t d  2v (  G )  G v   (b) dy t       d  w  (  G )  G w   (c)  dz t  (  G ) (2 2) 2  - toán tử Laplace, 2       Trong đó: x y z θ - độ biến đổi thể tích tỉ đối, 𝜃 = 𝜀𝑥 + 𝜀𝑦 + 𝜀𝑧 Hệ ba phương trình (2.2) có ba ẩn số u,v,w gọi phương trình Lamê Đó phương trình vi phân chuyển động vật thể đàn hồi, đẳng hướng bỏ qua lực thể tích Ba phương trình (2.2) viết dạng chuyển vị khác, có dạng: w w y   2u d  (  2G )  2G ( z  ) t dx y z  w w z   2v d   (  2G )  2G ( x  ) t dy z x  w w x   2u d   (  2G )  2G ( z  ) t dz x y   (2 3) Hệ phương trình (2.3) phương trình vi phân chuyển động vật đàn hồi, đẳng hướng bỏ qua lực thể tích Hệ phương trình biểu diễn sóng lan truyền môi trường vô hạn với hai loại sóng đàn hồi độc lập với Thật vây, ta đạo hàm phương trình thứ theo x, thứ hai theo y, thứ ba theo z sau cộng lại, ta có: 𝜆+𝐺 Vì: 𝜕2 𝜕2 𝜕2 𝜕 𝜕 𝜕 𝜕 𝜕2𝑢 𝜕 𝜕2𝑣 𝜕 𝜕2𝑤 + + +𝐺 𝛻 𝑢+ 𝛻 𝑣 + 𝛻 𝑤 = 𝜌 + + 2 𝜕𝑥 𝜕𝑦 𝜕𝑧 𝜕𝑥 𝜕𝑦 𝜕𝑧 𝜕𝑥 𝜕𝑡 𝜕𝑦 𝜕𝑡 𝜕𝑧 𝜕𝑡 ∂ ∇ u ∂x = ∂u ∇2 ∂x ; ∂ ∂2u ∂x ∂t = ∂ ∂u ∂t ∂x (2 4) ; θ= ∂u ∂x + ∂v ∂y + ∂w ∂z Với ký hiệu quen thuộc, sau tính tốn đưa (2.3) dạng đơn giản: 𝜕2𝜃 𝜆 + 2𝐺 𝛻 𝜃 = 𝜌 𝜕𝑡 (2 5) Mặt khác đạo hàm phương trình thứ hai hệ (2.2) theo z, phương trình thứ ba theo y sau trừ lại vế một, ta được: 𝐺𝛻 𝜕𝑤 𝜕𝑣 𝜕 𝑢 𝜕𝑤 𝜕𝑣 − =𝜌 − 𝜕𝑦 𝜕𝑧 𝜕𝑡 𝜕𝑦 𝜕𝑧 𝑕𝑎𝑦 𝐺𝛻 𝜔𝑥 = 𝜌 𝜕 𝜔𝑥 𝜕𝑡 Làm tương tự được: 𝐺𝛻 𝜔𝑦 = 𝜌 𝐺𝛻 𝜔𝑧 = ∂w ∂y Trong đó: ωx = 𝜕2𝜔𝑦 𝜕𝑡 𝜕2𝜔𝑧 𝜌 𝜕𝑡 ∂v ∂u ∂z − ∂z ; ωy = (2 6) − ∂w ∂x ∂v ∂x ; ωz = ∂u − ∂y thành phần quay cứng Phương trình (2.5) phương trình (2.6) phương trình sóng Phương trình (2.5) chứng tỏ sóng lan truyền làm thay đổi thể tích, khơng làm thay đổi hình dáng, lan truyền môi trường với tốc độ sau: C1 = λ+2G ρ (2 7) Trong địa chấn học người ta gọi sóng khởi đầu hay sóng dãn, chuyển vị phần tử theo hướng sóng truyền qua, nên người ta gọi sóng dọc Các phương trình (2.6) biểu thị sóng lan truyền với tốc độ: C2 = G ρ (2 8) Chuyển vị phần tử sóng qua hướng theo mặt trực giao với chiều truyền sóng nên người ta gọi sóng ngang Do vận tốc C1 > 𝐶2 nên từ nguồn kích thích sóng dọc lan truyền trước sóng ngang Tỷ số hai vận tốc sóng phụ thuộc vào mô đun đàn hồi trượt 𝐺: 𝐶1 𝐶1 = 𝜆+2𝐺 𝐺 (2 9) Trong trường hợp tổng quát kích thích học gây nên mơi trường đàn hồi đồng thời có hai loại sóng lan truyền với tốc độ khác chuyển vị độc lập với Nhận xét: Từ kết phân tích lý thuyết lan truyền sóng kim loại mỏng, phẳng cho thấy chuyển vị xẩy theo hướng sóng truyền qua gọi sóng dọc, khơng phải nhân tố tạo lực pháp tuyến với bề mặt Mặt khác chuyển vị sóng qua hướng theo mặt trực giao với chiều truyền sóng người ta gọi sóng ngang, nên kết luận sóng ngang ngun nhân tạo gia tốc có phương pháp tuyến với bề mặt kim loại mỏng có tác động xung lực va chạm 2.2 Phân tích q trình va chạm phƣơng pháp phần tử hữu hạn 2.2.1 Lực, chuyển vị, biến dạng ứng suất Quá trình va chạm búa đe trình truyền xung lực va chạm, lực tác dụng chia ba loại ta biểu diễn chúng dạng vectơ cột [5] Chuyển vị điểm thuộc vật ký hiệu bởi: 𝑢 = [𝑢, 𝑣, 𝑤]𝑇 (2 10) Các thành phần tenxơ biến dạng ký hiệu ma trận cột: 𝜀 = [𝜀𝑥 , 𝜀𝑦 , 𝜀𝑧 , 𝛾𝑦𝑧 , 𝛾𝑥𝑧 , 𝛾𝑥𝑦 ]𝑇 (2 11) Các thành phần tenxơ ứng suất ký hiệu ma trận cột: 𝜍 = [𝜍𝑥 , 𝜍𝑦 , 𝜍𝑧 , 𝜍𝑦𝑧 , 𝜍𝑥𝑧 , 𝜍𝑥𝑦 ]𝑇 (2 12) Trong : u, v, w - thành phần chuyển vị εx , εy , εz , γyz , γxz , γxy - thành phần ten xơ biến dạng Giả thiết cực lắng có kích (dài x rộng = LxH) Hình 2 Hình ảnh chia lưới thành NODE cực lắng Các nguyên tố hình thành việc chia thành nút theo phương x phương y ∆𝑥 = 𝐿 𝑛𝑥 ; ∆𝑦 = 𝐻 𝑛𝑦 Khi số lượng nút là: n = nxny Trong đó: L, H - kích thước chiều dài chiều rộng nx ny - số node theo phương x y Năng lượng biến dạng tính cơng thức(2.13)[5]: Trong đó: 𝐸 = 𝑉 [ 𝜍 (𝑠) ]𝑇 𝜀 𝑠 𝑑𝑉 + 𝑉 [𝜍 (𝑝) ]𝑇 𝜀 𝑝 𝑑𝑉 V- thể tích phân tố (m3): V = x.y.t (2 13) t - chiều dày (m) Với vật liệu đàn hồi tuyến tính đẳng hướng, ta có quan hệ ứng suất với biến dạng (2.36)[43][45][48]:  = D. (2 14) Trong đó: D - ma trận độ cứng 𝑣 𝐸 𝑣 𝐷= (2 15) 1−𝑣 1−𝑣 0 Quá trình nghiên cứu, phân tích biến dạng cực lắng để tính tốn lựa chọn giải pháp hình dạng tiết diện mặt cắt tới khả lan truyền sóng ứng suất sở để xây dựng mối quan hệ lực gõ với gia tốc toàn bề mặt cực lắng 2.2.2 Phân tích CAE trình va chạm búa cực lắng Mơ hình 3D búa gõ vào khung điện cực lắng phân tích theo phương pháp phần tử hữu hạn phần mềm phân tích mơ Ansys, Abaqus, phương pháp chia lưới để phân tích miền phân bố ứng suất cực lắng Mức độ biến dạng búa thay đổi theo màu sắc xanh-vàng-đỏ biến đổi mức độ nguy hiểm tỷ lệ thuận với giá trị lực búa gõ tạo 2.2.3 Quan hệ ứng suất với tuổi bền cƣc lắng Khi búa thực chuyển động quay tới vị trí cực đại, búa trạng thái rơi tự đập vào đe tạo xung lực tức thời truyền vào điện cực lắng, trình gõ theo chu kỳ nguyên nhân gây mỏi cho cực lắng dẫn tới phá hủy 2.3 Mối quan hệ thơng số q trình va chạm 2.3.1 Quan hệ thông số búa với lực gõ gia tốc Khi búa gõ có trọng lượng (m1), rơi tự từ độ cao (H) so với điểm va chạm (hình 2.3), vị trí tiếp xúc xuất xung lực va chạm tạo sóng ứng suất lan truyền gây nên gia tốc sóng ứng suất (a) cực lắng Để tách bụi giá trị gia tốc (a) phải thắng lực hút tĩnh điện hạt bụi Hình Mơ hình va chạm búa khung cực lắng 10 Trong đó: F - lực gõ búa mơ tả mối quan hệ với hàm tốn sau: F = f1(m1, Hi, m1/m2) (2 16) a - gia tốc lan truyền sóng ứng suất cực lắng, a =f (F) = f2(m1, Hi , m1/m2) (2 17) 2.3.2 Năng lƣợng trình va chạm [27] Từ sơ đồ hình vẽ 2.3 cho thấy vận tốc góc (ɷ) búa tính cơng thức sau: 𝜔= Trong đó: 2𝑚 𝑔𝑅 𝐼0 (2 18) g - gia tốc trọng trường R - bán kính quay trung bình búa I0 - momen quán tính quay quanh trục búa 2.3.3 Phƣơng pháp xác định vận tốc sau va chạm Vận tốc trước va chạm : 𝑣0 = Trong : 2𝑔𝐻 (2 19) g - gia tốc trọng trường H - độ cao rơi búa Vì va chạm hoàn toàn đàn hồi nên k=1, thay số tìm vận tốc búa sau va chạm là: 2𝑚 𝑣′2 = 𝑚 +𝑚 4𝑔𝑅 (2 20) Vận tốc 𝑣′2 sau va chạm có mối liên hệ tương quan trọng lượng búa gõ (m1) trọng lượng thanh(m2) Như để tách bụi bám khỏi bề mặt cực lắng vận tốc phần tử phải thỏa mãn điều kiện (2.21) 𝑣′2 ≥ [𝑣′2 ] (2 21) Trong : [v′2 ] - vận tốc cần thiết để tách bụi 2.3.4 Tính tốn điều kiện bền cực lắng Giả thiết sau lắp ghép cực lắng lên mơ hình thí nghiệm tạo thành khối có tổng trọng lượng (m2) Khi búa va cham với cực lắng chúng chuyến động với vận tốc (V) 𝑉= 𝐹.𝑉𝑜 𝐹+𝑚 (2 22) Động hệ là: 𝐹2 𝑉 𝑇 = 𝑔(𝐹+𝑚0 (2 23) 2) Giả sử có lực tĩnh P’ tương đương lực búa đập vào khung cực lắng làm cho chuyển vị đoạn 𝐴 = yđ, cơng sinh là: Theo định luật bảo toàn (A = T) nên : 𝑦đ = 𝐹′𝑦 đ = 𝑦đ2 = 𝑦đ2 𝐹 𝑉02 𝑔(𝐹+𝑚 ) 𝑉0 ∆𝑡 (2 24) 𝑚 𝑔∆𝑡 (1+ ) 𝐹 Trong đó: Δt - chuyển vị tĩnh lực ngang P* gây (Δt = ϭx P) 𝑣0 Vậy ta có hệ số tải trọng động: 𝑘đ = 𝑚 𝑔∆𝑡 (1+ ) 𝐹 Theo điều kiện bền biến đổi hình dạng: 𝜍𝑡đ = 𝜍 + 3𝜏 (2 25) Đầu vừa chịu lực uốn (P) lực kéo trọng lượng (m1) gây đó: 𝑀 𝑀 𝜍 = 𝐹𝑥 + 𝐽 𝑥 𝑦 (2 26) 𝑥 Điều kiện bền: 𝜍𝑡đ ≤ [𝜍] Ta có biểu đổ ứng suất mặt cắt nguy hiểm là: 12 2) Từ sở lý thuyết lan truyền sóng ứng suất, xác định quy luật đường cong tán sắc kim loại mỏng, phẳng 3) Ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn để phân tích biến dạng ứng suất trình va chạm hai vật rắn, sở để xác định giới hạn bền mỏi cực lắng chịu tác động lực gõ búa theo chu kỳ 4) Nghiên cứu số phương pháp đo vận tốc cường độ sóng ứng suất lan truyền kim loại mỏng sở để lựa chọn thiết bị cho thí nghiệm đo gia tốc cực lắng Chƣơng 3: TRANG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Xây dựng mơ hình thí nghiệm để xác định ảnh hưởng lực gõ (F) tới gia tốc (a) lan truyền sóng ứng suất, từ tìm lực đập tối thiểu đạt khả rũ bụi có gia tốc a ≥ 50g lực đập lớn gia tốc a ≤ 200g (trong g gia tốc trọng trường) 3.1 Mơ hình thí nghiệm 3.1.1 Cơ sở lựa chọn mơ hình thí nghiệm Mơ hình thí nghiệm dựa mơ hình thực tế nhà máy nhiệt điện đốt than công suất lọc bụi triệu (m3/giờ), thiết kế mơ hình thí nghiệm phải đảm bảo số yêu cầu sau: a) Đồng dạng hình dáng hình học, kết cấu kích thước b) Đồng dạng động học động lực học c) Tương tự vật liệu 3.1.2 Cấu tạo mơ hình thí nghiệm * Hệ thống khung giá đỡ chế tạo từ sắt chữ (I) lắp ghép với mối ghép bu lông, chân đế giá đỡ cố định bê tông dày 40 (cm) Dầm treo chế tạo từ thép I200 (mm) để treo cực lắng, dầm treo tựa hai gối hệ thống giá đỡ hình 3.1 Hình Cấu tạo cụm dầm treo cực lắng * Cụm búa gõ: Búa gõ có trọng lượng m1, hoạt động dựa nguyên lý rơi tự đạt cực đại, kết cấu cụm búa gõ gồm hai khâu nối với khớp động, cánh tay có bán kính r làm nhiệm vụ nâng búa, búa gõ có bán kính R thực nhiệm vụ rơi tự để tạo xung lực va chạm với đe hình 3.2 (1- Búa, 2- Bu lơng, 3-Bán kính quay búa, 4- Đe, 5- Thanh truyền lực) Hình Cấu tạo cụm búa gõ đầu khung(đe) cực lắng 3.1.3 Mơ hình hóa mơ hình thí nghiệm Mơ hình thí nghiệm thiết kế nguyên lý hình 3.3 Các cực lắng (4) liên kết cố định với dầm số (1) nhờ tai treo (3) thông qua mối ghép bu lơng Ở đầu phía cực lắng (4) ghép bu lông với đe số (5) thả tự Dầm treo số (1) gối tựa hai gối đỡ số (2) Toàn kết cấu lắp hệ thống giá đỡ chịu sức gió cấp 6, đầu cánh tay búa lắp với búa gõ (6) đầu phía tay búa lắp với gối đỡ trục quay (8) hình 3.4 13 Hình 3 Mơ hình hóa gõ rũ bụi cực lắng (1-Dầm treo, 2- gối đỡ, 3- tai treo, 4- cực lắng, 5- đe, 6-búa gõ, 7- tay búa, 8- gối đỡ trục quay búa) 3.1.4 Một số giả thiết cực lắng mơ hình thí nghiệm Các điện cực lắng thiết kế để thu nhận giữ hạt bụi lực hút tĩnh điện, chúng có biên dạng hở Để thuận lợi cho việc tính tốn cực lắng giả thiết sau: Tấm cực lắng có dạng sóng xem phẳng, độ cứng vững hệ cực lắng ổn định trình làm việc, vật liệu chế tạo cực lắng đồng 3.2 Trang thiết bị đo sử dụng thí nghiệm 3.2.1 Thiết bị đo gia tốc 3.2.1.1 Thiết bị đo gia tốc sử dụng máy tính Xuất xứ thiết bị đo hãng Bruel & Kjaer - Đan Mạch[30][47] mơ tả hình 3.4 Hình Sơ đồ kết nối thiết bị đo Modal Thông số kỹ thuật: + Mô đun thu thập liệu LAN-XI có đầu vào đầu tần số đến 51.2 kHz + Mơ đun phân tích PULSE-FFT 7770, 1-3 kênh, PULSE- FFT Analysis Miền liệu đo: Lưu số liệu điểm đo theo phương X,Y,Z sang file liệu office Doc Ví dụ: Kết đo theo miền thời gian với phương X,Y,Z hình 3.5 Hình Biểu đồ gia tốc theo miền tần số, tương ứng với phương đo X,Y,Z 3.2.1.2 Thiết bị đo gia tốc cầm tay RION-VA12 14 Gồm máy phân tích dao động FFT(Fast Fourier Transform) xách tay chạy pin hình 3.6 Có thể sử dụng máy phân tích dao động để đo giá trị gia tốc lan truyền ứng suất cực lắng có lực tác động, cách ghi lưu giữ phổ dao động từ tất điểm đo[46] Hình Hình ảnh tín hiệu liệu đo gia tốc máy đo cầm tay VA-12 3.2.2 Cảm biến đo gia tốc Sử dụng cảm biến đo gia tốc theo phương Type 4525-B - 001 : X,Y,Z hình 3.7 Hình Sơ đồ cấu tạo gia tốc kế áp điện Gắn cảm biến đo gia tốc để đo cường độ sóng dọc sóng ngang cực lắng theo nguyên tắc hình 3.8 Hình Sơ đồ gắn cảm biến cực lắng Trong đó: + Phương Z vng góc với bề mặt đo sóng ngang + Phương X thẳng đứng đo sóng dọc + Phương Y ngang đo sóng dọc 3.2.3 Lƣới đo gia tốc cực lắng mơ hình thí nghiệm Để thuận tiện cho việc thu thập số liệu thí nghiệm, tiến hành xây dựng sơ đồ đo dạng lưới vị trí điểm A điểm cực lắng bảng 3.1 [27] Bảng Lưới đo gia tốc 3.3 Phƣơng pháp nghiên cứu 3.3.1 Lựa chọn tham số thí nghiệm 15 Hình Sơ đồ phân tích ảnh hưởng yếu tố tới hiệu suất rũ bụi Nếu coi hàm mục tiêu khả rũ bụi (η) có mối quan hệ với thơng số làm việc gõ theo hàm quan hệ toán học sau: η = f(Ft, A1, A2 ) = f(m1, H, m2, A3, A4 ) (3 1) Mặt khác hiệu suất rũ bụi đặc trưng giá trị gia tốc lan truyền ứng suất cực lắng, tác nhân gây nên trượt bề mặt mảng bụi bám với bề mặt cực lắng nên ta có hàm quan hệ gia tốc a =f (Ft) = f(m1, m2, Hi) (3 2) Trong đó: + Lực kích động (F) đặc trưng bởi: (m1, H K) + Khả rũ bụi đánh giá qua giá trị gia tốc: (ai) + Tuổi bền đánh giá qua phân tích ứng suất [ζ] biến dạng: [ɛ] 3.3.2 Xác định miền gia tốc lan truyền ứng suất thực nghiệm Hiệu việc rũ bụi phụ thuộc vào giá trị gia tốc (a) sóng ứng suất tạo nên trượt bề mặt mảng bụi bám bề mặt cực lắng: 𝑎 ≥ [𝑎∗ ] (3 3) Trong [a ] giá trị gia tốc sóng ứng suất tới hạn để tách bụi Đối với bụi tro bay lò đốt than giá trị gia tốc [a*] nằm khoảng (50g ÷ 200g) (g: gia tốc trọng trường) tách bụi khỏi bề mặt cực lắng[22][26][32] 3.3.2 Xác định lực tác dụng từ búa gõ Động mang búa quay búa chuyển động qua vị trí (hình 3.10a) thực chuyển động rơi tự (hình 3.10b) va đập vào đe (hình 3.10c) * Hình 10 Sơ đồ mơ tả trình búa rơi tự va chạm với đe Theo định luật bảo toàn T + Π = T + Π0 Trước lúc va chạm ( = ), nên vận tốc búa trước va chạm là: 𝑣1𝑡𝑟 = 4𝑔𝑅 (3 4) (3 5) ∆V m1 ∆t Tại (t0 = 0) lực va chạm là: F = Như lực gõ búa trước va chạm xác định công thức : F = 𝑚1 2𝑔𝑅(1 − 𝑐𝑜𝑠𝜑) (3 6) 16 3.3.4 Lựa chọn trọng lƣợng búa gõ để khảo sát thực nghiệm Lựa chọn trọng lượng búa gõ phải vào dạng bụi, nồng độ bụi, số trường tĩnh điện trọng lượng cực lắng Theo kết nghiên cứu gõ rũ bụi LBTĐ công suất 1.000.000 (m3/h) lựa chọn trọng lượng búa gõ khoảng từ (50N đến 90N)[22][26] 3.3.5 Xác định số chu kỳ gõ tuổi bền mỏi Tần suất gõ búa (n) tùy thuộc vào công suất LBTĐ, đặc điểm dạng bụi 3.4 Phƣơng pháp thực nghiệm xử lý số liệu Mục đích quy hoạch thực nghiệm xây dựng mơ hình tốn học hồi quy biểu thị mối quan hệ thông số đầu lực gõ búa (F) với thông số đầu vào là: trọng lượng búa gõ (m1) chiều cao rơi búa gõ (H) quan hệ lực gõ (F) với giá trị gia tốc thực nghiệm 3.4.1 Phƣơng pháp bình phƣơng nhỏ Phương pháp bình phương nhỏ nhất, nghĩa tổng bình phương độ lệch giá trị thực tế giá trị lý thuyết biến phụ thuộc nhỏ 𝑆 = (𝑦𝑖 − 𝑦𝑥 )2 = 𝑚𝑖𝑛 (3 7) a) Kiểm tra mức ý nghĩa hệ số hồi quy theo tiêu chuẩn Student b) Kiểm tra mức ý nghĩa hệ số hồi quy theo tiêu chuẩn Fisher [12] 3.4.2 Xác định dạng hàm hồi quy quan hệ lực thơng số búa gõ Chọn phương án mơ hình hóa bậc rút gọn, sau kiểm tra tính tương hợp mơ hình, mơ hình tương hợp dừng lại [4] Mơ hình tốn học bậc rút gọn có dạng: 𝑦 = 𝑓 𝑥𝑖 + 𝑎𝑖 𝑥𝑖 + 𝑎𝑖 𝑥𝑖 𝑥𝑗 (3 8) Trong đó: y - hàm hồi quy lực gõ búa xi - giá trị biến số trọng lượng búa gõ xj - giá trị biến số chiều cao rơi búa - hệ số tương tác 3.4.3 Phƣơng pháp lựa chọn dạng hàm hồi quy quan hệ lực gõ với gia tốc Để lựa chọn hàm toán hồi quy đại diện cho quy luật lan truyền gia tốc rũ bụi tấm, kiểm tra mối quan hệ phụ thuộc giá trị gia tốc thực nghiệm theo sơ đồ đo bảng 3.1 Sau tính tỉ số đối số theo công thức 3.9 [7] 𝑎 𝐾1 = 𝑎𝑖+1 (3 9) 𝑖 Trong đó: - giá trị gia tốc thực nghiệm Nếu hệ số Kị gần không thay đổi tiệm cận với giá trị biểu diễn quy luật lan truyền gia tốc cực lắng theo quy luật hàm lũy thừa Nếu hệ số Kị thay đổi theo cấp số nhân, biểu diễn quy luật lan truyền gia tốc cực lắng theo quy luật hàm mũ [7] 3.5 Phƣơng pháp tối ƣu hóa đa mục tiêu với thông số gõ rũ bụi 3.5.1 Cơ sở lựa chọn phƣơng pháp giải toán tối ƣu Giải thuật di truyền (GA) phương pháp phi truyền thống để giải toán tối ưu khơng gian tìm kiếm lớn [17][49] Với ưu điểm nên tác giả lựa chọn GA giải tốn tối ưu hóa thơng số kỹ thuật gõ rũ bụi 3.5.2 Giới thiệu giải thuật di truyền GA (Genetic Algorithm) giải toán tối ƣu (nguồn: [17]) Giải thuật di truyền kỹ thuật bắt chước chọn lọc tự nhiên di truyền Trong tự nhiên, cá thể khỏe, có khả thích nghi tốt với mơi trường tái sinh nhân hệ sau Các thuật ngữ sử dụng giải thuật di truyền vay mượn từ thuật ngữ di truyền học 3.6 Các bƣớc thực nghiệm xác định ảnh hƣởng lực gõ đến gia tốc rũ bụi Bước 1: Thực nghiệm xác định ảnh hưởng đại lượng trọng lượng búa gõ (m1) chiều cao rơi búa (H) đến lực gõ búa (F) phương trình F = f(m1, H) Bước 2: Thực nghiệm xác định ảnh hưởng lực gõ (F) tới gia tốc (a) cực lắng Bước 3: Tối ưu hóa đa mục tiêu để xác định miền giá trị thông số kỹ thuật búa gõ đảm bảo khả rũ bụi tuổi bền cực lắng KẾT LUẬN CHƢƠNG Từ nội dung chương đến kết luận: 1) Xây dựng mơ hình thí nghiệm có đặc tính đồng dạng với mơ hình gõ rũ bụi cơng nghiệp thực tế như: Cơ tính vật liệu, kết cấu gõ cực lắng đảm bảo độ cứng vững yếu tố động học động lực học trình làm việc 2) Lựa chọn trang thiết bị đại (Modal Analysis RION – VA12) để đo gia tốc lan truyền sóng ứng suất theo phương, từ phân tích xác định sóng ngang nhân tố gây nên gia tốc cực lắng 17 3) Xây dựng nguyên lý đo lưới đo gia tốc cực lắng, sử dụng thiết bị đo (RION – VA12) để đo gia tốc với kết hiển thị nhanh có độ xác cao 4) Lựa chọn miền giá trị thông số ảnh hưởng trọng lượng búa (m1), chiều cao rơi búa (H) tới lực gõ (F) giới hạn tương quan tỷ lệ (K) trọng lượng búa cực lắng 5) Xây dựng bước thực nghiệm để xác định ảnh hưởng lực gõ búa (F) tới gia tốc lan truyền sóng ứng suất ( a) cực lắng 6) Xác định phương pháp nghiên cứu: Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm lựa chọn phương pháp toán học thống kê để phân tích phương sai sử lý số liệu thực nghiệm 7) Lựa chọn ứng dụng giải thuật di truyền phương pháp chập tuyến tính để tối ưu hóa hàm đa mục tiêu xác định miền giá trị hợp lý (m1) (H) với dải giá trị gia tốc (a) đảm bảo khả rũ bụi thỏa mãn điều kiện bền cho phép cực lắng [ζch] Chƣơng 4: THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ VÀ ÁP DỤNG VÀO THỰC TIỄN 4.1 Thực nghiệm lựa chọn giá trị thơng số thí nghiệm búa gõ 4.1.1 Xác định hàm hồi quy thực nghiệm Hàm hồi quy thực nghiệm mô tả mối quan hệ lực gõ búa (F) với thông số công nghệ gõ trọng lượng búa (m1) chiều cao rơi búa (H), từ điều chỉnh thông số công nghệ gõ để đạt giá trị lực gõ tạo gia tốc lan truyền sóng ứng suất (a) có khả rũ bụi Quá trình va chạm búa gõ với cực lắng mơ tả hình 4.1 Hình Sơ đồ nguyên lý va chạm búa gõ Phương trình hồi quy (3.24) mơ tả quan hệ thông số công nghệ gõ với lực gõ búa viết lại sau: y = a0 + a1x1 + a2x2 + a12x1 x2 (4 1) Trong đó: y - lực gõ búa (F); x1 - giá trị biến số trọng lượng búa (m1) - hệ số tương tác; x2 - giá trị biến chiều cao rơi búa (H); 4.1.2 Ma trận thí nghiệm Ma trận thí nghiệm dựa thay đổi thông số đầu vào gõ giá trị đầu lực gõ F ghi bảng 4.1 Bảng Bảng kết thực nghiệm STT X1 X2 m1 (N) H (m) F (N/m) -1 -1 50 0.49 217.26 -1 90 0.49 391.07 1 90 0.57 421.79 -1 50 0.57 234.33 0 70 0.53 316.34 a) Phân tích Pareto Từ số liệu thí nghiệm bảng 4.1 sử dụng phần mềm phân tích thống kê Minitab phân tích biểu đồ Pareto hình 4.2 Hình Biểu đồ ảnh hưởng biến tới lực gõ 18 Biểu đồ phân tích Pareto yếu tố A, B có ảnh hưởng tới giá trị lực gõ, ảnh hưởng lớn A ứng với trọng lượng búa gõ m1 chiều cao rơi búa H, ngồi có ảnh hưởng biến tương tác AB có ảnh hưởng b) Đánh giá mức độ ảnh hƣởng yếu tố thí nghiệm tới lực gõ búa Để biết thơng số ảnh hưởng đến hàm mục tiêu cần tiến hành đánh giá mức độ ảnh hưởng thơng số qua phương pháp phân tích phương sai ANOVA Kết phân tích thí nghiệm thay đổi giá trị lực gõ ghi bảng 4.2 Bảng Phân tích ảnh hưởng yếu tố cơng nghệ với lực gõ TĨM TẮT ĐẦU RA Thống kê hồi quy R 0.999999387 R^2 0.999998775 Biến quan sát ANOVA df SS MS F Ý nghĩa F Hồi quy 33246.0589 11082.01963 272099.615 0.001409241 Hệ số Lỗi tiêu chuẩn t Stat Giá trị P Thấp 95% Các biến -2.60781 0.09025276 3502.992414 0.00018174 315.0079638 m 2.33472 0.100905653 895.0641289 0.00071126 89.03490282 H 0.09375 0.100905653 118.3848371 0.00537742 10.66357144 m*H 4.26563 0.100905653 33.82423917 0.01881593 2.130929062 Thay hệ số tương quan màu tím (sau làm tròn sau ba dấu phẩy) bảng 4.2 vào phương trình tốn (4.1) ta phương trình (4.2) F = = -2,607+2,334m+0,093H + 4,266mH (4.2) 4.2 Phân tích mối quan hệ lực gõ với biến dạng lắng để lựa chọn thơng số thí nghiệm 4.2.1 Phân tích biến dạng cực lắng Ansys Vật liệu thí nghiệm có thành phần hóa học lý tương tự thép CT3 (tiêu chuẩn Liên Xơ cũ) có độ bền: ζch = 250 Mpa = 25 (kN/cm²) Để đảm bảo tuổi bền làm việc thiết bị giới hạn bền chảy vật liệu, chọn hệ số an toàn k =0.8 giới hạn bền chảy cho phép [ζch] là: [ζch] = k*ζch = 0.8*25= 20(kN/cm²) Từ giao diện phần mềm Ansys chọn General Postproc sau chọn Results Viewer, hình hiển thị giá trị chuyển vị DMX (μm) Giá trị SMN giá trị ứng suất lớn (kN/cm2 ), miền phân bố ứng suất biến dạng dựa vào thay đổi màu sắc hình 4.3 Hình Sự thay đổi ứng suất tấmcực lắng Thay đổi lực tác động búa gõ từ (50N đến 90N) ghi kết phân tích giá trị ứng suất tương ứng với giá trị lực tác động búa gõ phần mềm Ansys workbench cho kết bảng 4.3 Bảng Giá trị ứng suất lớn với lực kích động tương ứng Giá trị thơng số Tên 50 60 70 80 90 Trọng lượng búa gõ m1 0,49 0,49 0,49 0,49 Chiều cao rơi búa H (m) 0,49 217.26 260.71 316.34 374.92 421.79 Giá trị lực F (N) 15,062 16,377 17,251 18,076 21,088 Giá trị ứng suất 4.2.2 Lựa chọn thông số thực nghiệm búa thí nghiệm đo gia tốc Để đảm bảo tuổi bền cực lắng khả rũ bụi, trọng lượng búa chọn bảng 4.4 Bảng 4 Giá trị thông số búa gõ theo chọn theo điều kiện bền TT Mẫu thí nghiệm búa gõ Mẫu Mẫu Mẫu Trọng lượng búa [m1] (N) 60 70 80 Chiều cao rơi búa H(mm) 0,49 0,49 0,49 Trọng lượng cực lắng [m2] (N) 9090 9090 9090 Tỷ lệ trọng tương ứng (K= m1/m2) 0,0066 0,0077 0,0088 Tên 19 4.3 Mô ảnh hƣởng lực gõ (F) tới gia tốc (a) cực lắng Ứng dụng phần mềm ANSYS để phân tích mơ q trình lan truyền sóng ứng suất cực lắng Kết mô sở để so sánh đánh giá kết thực nghiệm đo gia tốc mơ hình thực tế, hai kết nghiên cứu khơng có khác biệt nhiều ứng dụng phân tích mơ 4.3.1 Phân tích đặc tính lan truyền sóng ứng suất Khi đặt lực tức thời vào vị trí đe khung cực lắng, phân tích trình lan truyền sóng ta thấy sóng lan truyền trong cực lắng theo phương sóng dọc sóng ngang, lượng lan truyền sóng ứng suất mơ màu sắc hình 4.4 Hình 4 Hình ảnh mơ q trình lan truyền sóng cực lắng Các sóng ứng suất lan truyền vật thể đàn hồi lực tác dụng 4.3.2 Phân tích mơ gia tốc lan truyền sóng ứng suất Khi phân tích cần quan tâm đến thông số chuyển vị, gia tốc, vận tốc ứng suất hệ phần tử Nếu lấy thông số chuyển vị chọn DOF Solution, lượng chuyển vị lớn theo phương x nên chọn: X component of displacemen, chọn điểm cần xét bấm OK 4.4 Chuẩn bị thực nghiệm 4.4.1 Sơ đồ quy trình thực nghiệm Quá trình thực thí nghiệm đo gia tốc sóng ứng suất tiến hành theo bước sơ đồ hình 4.5 Hình Sơ đồ trình tự thực thí nghiệm đo gia tốc 4.4.2 Vật tƣ mơ hình thực nghiệm Sau lắp ráp hồn chỉnh mơ hình thí nghiệm hình 4.6 Hình Hình ảnh kết cấu mơ hình thí nghiệm gõ cực lắng 4.5 Bảng số liệu thực nghiệm đo gia tốc rũ bụ Kết đo gia tốc lan truyền sóng ứng suất theo quy luật bảng 3.1 ghi bảng 4.5 đến 4.7 20 Bảng Ma trận kết đo gia tốc với trọng lượng búa 60N Tọa độ đo theo phương đứng Y (m) 14.5 11 7.5 0.5 aij a5j a4j a3j a2j a1j 0.32 ai1 1703 1890 1933 2019 2307 Tọa độ đo gia tốc theo phương ngang X (m) 0.96 1.6 2.24 2.88 3.52 4.16 ai2 ai3 ai4 ai5 ai6 ai7 1720 1600 1789 1409 1399 1203 1783 1759 1809 1576 1460 1345 1867 1830 1704 1693 1389 1390 1901 1802 1688 1745 1478 1476 1945 1935 1745 1794 1596 1539 4.7 ai8 1094 987 1034 1145 1239 5.34 ai9 760 833 957 1020 1134 4.7 ai8 998 1085 1343 1477 1588 5.34 ai9 858 940 1132 1243 1389 4.7 ai8 1329 1403 1589 1674 1712 5.34 ai9 1206 1330 1458 1324 1632 Gia tốc trung bình (m/s2) 1543 Bảng Ma trận kết đo gia tốc với trọng lượng búa 70N Tọa độ đo theo phương đứng Y (m) 14.5 11 7.5 0.5 aij a5j a4j a3j a2j a1j 0.32 ai1 1900 1980 1954 2100 2213 Tọa độ đo gia tốc theo phương ngang X (m) 0.96 1.6 2.24 2.88 3.52 4.16 ai2 ai3 ai4 ai5 ai6 ai7 1798 1689 1567 1580 1432 1089 1802 1862 1655 1789 1577 1232 1879 1896 1865 1665 1700 1345 2008 1978 1768 1656 1726 1487 2109 2003 1956 1889 1790 1677 Gia tốc trung bình (m/s2) 1644 Bảng Ma trận kết đo gia tốc với trọng lượng búa 80N Tọa độ đo theo phương đứng Y (m) 14.5 11 7.5 0.5 aij a5j a4j a3j a2j a1j 0.32 ai1 1998 2008 2100 2301 2333 Tọa độ đo gia tốc theo phương ngang X (m) 0.96 1.6 2.24 2.88 3.52 4.16 ai2 ai3 ai4 ai5 ai6 ai7 1867 1720 1789 1730 1682 1420 1980 1857 1854 1893 1789 1567 1912 1901 1933 1832 1865 1670 2102 1983 2011 1902 1930 1743 2213 2207 2128 2004 1978 1730 Gia tốc trung bình (m/s2) 1790 4.6 Quy hoạch thực nghiệm 4.6.1 Đánh giá ảnh hƣởng lực gõ tới gia tốc phƣơng pháp ANOVA Bảng Tính giá trị F thực nghiệm Nguồn biến động Tổng độ lệch (SS) Bậc tự (df) Giữa mẫu SSB 7200510 k-1 Nội mẫu SSW 2716480.7 n-k 42 Tổng số SST 9916990.7 n-1 44 Phương sai (MS) SSB MSB  k 1 SSW MSW  nk Tỷ số (F) 3600255.00 64678.11 55.66 Tra bảng theo tiêu chuẩn Fisher : F(2; 42; 0,05) = 3,232 < FTN = 55.66 nên thỏa mãn điều kiện 4.6.3 Sử lý số liệu thực nghiệm 4.6.3.1 Đồ thị hàm hồi quy lan truyền gia tốc Kiểm tra hệ số K cột Xi1 đến Xi4 thấy giá trị hệ số K gần không thay đổi tiệm cận với giá trị 1, theo tài liệu quy hoạch thực nghiệm[7] biểu diễn quy luật lan truyền gia tốc sóng ứng suất cực lắng tuân theo quy luật hàm lũy thừa có dạng sau: Y = b0 eb1 X (4 3) Kết xử lý số liệu thu đồ thị hồi quy lan truyền gia tốc sóng ứng suất hình a), b), c)hình 4.7 21 Hình 4.7 Đồ thị lan truyền gia tốc a),b),c) tương ứng với trọng lực búa 60N/70N/80N Sử dụng phần mềm phân tích thống kê SPSS[12] xây dựng đồ thị 3D gia tốc lan truyền cực lắng hình 4.8 a),b),c) tương ứng với trọng lực búa 60N/70N/80N Hình 4.8 Đồ thị 3D phân bố gia tốc lan truyền cực lắng Từ số liệu thí nghiệm (bảng 4.5 đến bảng 4.7) xây dựng đồ thị 2D phân bố gia tốc lan truyền cực lắng hình 4.9 22 a),b),c) tương ứng với trọng lượng búa 60N/70N/80N Hình Đồ thị lan truyền gia tốc cực lắng Nhận xét: Từ đồ thị 2D lan truyền gia tốc cực lắng cho thấy: - Các giá trị gia tốc vùng tác động xung lực từ búa gõ có giá trị gia tốc sóng ứng suất lớn sau giá trị lan truyền sóng ứng suất ổn định khơng tn theo quy luật tắt dần - Quy luật lan truyền sóng ứng suất phi tuyến, nên cần phải có hàm số phi tuyển để thể quy luật lan truyền giá trị gia tốc cực lắng - Khi lực tác dụng từ búa gõ lan truyền sóng ứng suất chấm dứt trình tách bụi chấm dứt theo 4.6.3.2 Đồ thị quan hệ lực gõ với gia tốc sóng ứng suất trung bình Từ giá trị gia tốc sóng ứng suất phân bố cực lắng ta dễ dàng tính giá trị gia tốc trung bình thí nghiệm Tiến hành lập bảng giá trị lực gõ búa gia tốc sóng ứng suất trung bình tương ứng bảng 4.9 Bảng Quan hệ lực gõ với gia tốc trung bình TT Lực F(N) Gia tốc trung bình a(m/s2) 260.71 1543 316.34 1644 374.92 1790 Phương trình hồi quy mơ tả quan hệ lực gõ búa với gia tốc sóng ứng suất phẩn tử cực lắng sau tuyến tính hóa có dạng 𝑦x = b0 + b1x (4 4) Trong đó: x – Lực gõ (F) cần thiết tác động vào cực lắng y – Giá trị gia tốc (a) lan truyền sóng ứng suất mà lực gõ tạo cực lắng Bảng 10 Bảng tính giá trị đối số hàm số STT x y xy x2 y2 b1 bo σx σy R2 304.16 352.89 374.92 1543 1644 1790 469318.9 580151.2 671106.8 92513.31 124531.4 140565 2380849 2702736 3204100 Tổng Trung bình 1031.97 4977 1720577 357609.7 8287685 3.257 538.8 30 101 0.9017 343.99 1659 573525.6 119203.2 2762562 Sử dụng cơng thức để tính giá trị biến số hồi quy [12] ghi bảng (4.10) Thay giá trị tính tốn bảng 4.10 vào (4.4) ta phương trình hồi quy quan hệ lực gõ gia tốc: 𝑦x = 539 + 3,26 x Đổi trả biến số quan hệ gia tốc (a) với lực gõ (F) ta phương trình (4.5) a = 539 + 3,26 F (4 5) 23 4.7 Ứng dụng giải thuật di truyền kết hợp phƣơng pháp trọng số giải tốn tối ƣu đa mục tiêu thơng số kỹ thuật gõ rũ bụi 4.7.1 Hàm đa mục tiêu ràng buộc Hình 10 Sơ đồ khối giải toán tối ưu đa mục tiêu trình gõ rũ bụi a) Hàm đa mục tiêu Như lực gõ rũ bụi cần thỏa mãn điều kiện: - Nhỏ giá trị gia tốc để đảm bảo rũ bụi: - Nhỏ biến dạng đặc trưng ứng suất chảy: Khi đó, xây dựng hàm đa mục tiêu theo phương pháp trọng số: (4 6) Trong : α1 - hệ số quan trọng ứng với hàm mục tiêu gia tốc α2 - hệ số quan trọng ứng với hàm mục tiêu b) Các ràng buộc - Ràng buộc hàm Là hàm hồi quy quan hệ lực gõ với thông số công nghệ búa gõ hàm lực gõ với gia tốc cực lắng F = −2,607 + 2,334m + 0,093H + 4,266mH ≤ F ∗ (4 7) a = 539 + 3.26 F ≤ a ∗ F*(t) a* giới hạn biên lực gõ gia tốc rũ bụi xác định theo phương pháp giải tích tham khảo thực tiễn sản xuất: F* = 374.92 (N) ; a* = 200g (m/s2) - Ràng buộc biến Là điều kiện giới hạn thông số làm việc gõ rũ bụi (4 8) c) Trọng số Giả sử coi hiệu suất rũ bụi tuổi bền cực lắng quan trọng chọn hệ số cho phương trình sau: α1 = 0,5; α2 = 0,5 Khi phương trình (4.6) trở thành : 𝑎 𝜍 Y = 0,5 ∗ + 0,5 𝑐𝑕 (4 9) 𝑎 Trong đó: 𝜍 𝑐𝑕 a* - giá trị gia tốc giới hạn rũ bụi [48] [ζ]ch – giới hạn bền chảy cho phép vật liệu chế tạo cực lắng 4.7.2 Các ứng dụng giải thuật di truyền + Number of variables (số biến): chọn số biến có chương trình, biến + Bounds (điều kiện biên): thiết lập điều kiện biên cho biến + Population size (kích cỡ quần thể): Chọn 150 + Crossover fraction (lai ghép): xác suất lai ghép 0.25 + Mutation (đột biến): xác suất đột biến 0.05 + Generations (số hệ): Chọn 100 24 4.7.3 Chƣơng trình kết Chạy chức tối ưu hóa hàm mục tiêu chương trình tiến hóa viết Excel Turkkan (2001)[50] với thông số thuật toán bao gồm số quần thể, xác suất lai ghép, xác suất đột biến chọn theo [17] Sau lọc xác định miền giá trị hữu dụng thông số gõ với giá trị gia tốc bảng 4.11 Bảng 11 Miền giá trị hữu dụng thông số sau tối ưu hóa Pop No 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Fitness 623.824 641.037 624.153 634.877 621.913 636.997 632.394 631.688 629.760 626.841 630.548 639.840 621.779 621.279 629.011 624.192 624.989 635.474 624.184 625.962 632.504 639.130 632.707 623.122 (N) 64.371 71.131 60.647 69.087 61.911 70.775 67.742 66.654 65.811 63.192 68.504 71.665 61.912 60.376 67.448 64.667 63.863 67.843 60.706 63.020 67.765 74.078 68.153 62.233 (cm) 49.442 56.937 56.194 53.834 51.349 53.404 53.351 54.349 53.639 54.797 50.223 54.912 51.191 53.279 50.225 49.376 51.573 56.445 56.123 54.095 53.431 50.670 53.032 52.194 Ghi chú: (đã chuyển đổi đơn vị phụ lục bảng P1 từ đơn vị (m sang cm) để thuận lợi cho việc biểu diễn biều đồ hình 4.11) giá trị kết khơng thay đổi Từ miền giá trị hữu dụng sau tối ưu hóa bảng 4.11 xây dựng biểu đồ mối liên hệ tương quan giá trị gõ với gia tốc rũ bụi hình 4.11 Hình 11 Đồ thị biến thiên giá trị sau tìm kiếm tối ưu Nhận xét: Trên đồ thị hình 4.11 cho thấy giá trị kết khoảng số thứ tự (STT đến 11) gần đạt giá trị ổn định (sát với đường nằm ngang), sở để lựa chọn thơng số kỹ thuật búa gõ Ví dụ chọn thông số kết hàng số thu kết tối ưu hóa thuật giải di truyền cho bảng 4.12: Bảng 12 Giá trị thông số hợp lý sau tối ưu m1 (N) H (cm) a (m/s2) 70,775 53,404 636,997 Bàn luận khoa học kết thí nghiệm  Từ phương trình hồi quy thực nghiệm F = -2,607+2,334m+0,093H+ 4,266mH cho thấy: Lực gõ búa (F) phụ thuộc chủ yếu vào trọng lượng búa gõ(m1) chiều cao rơi búa (H), thực tế hai thông số điều khiển lực gõ rũ bụi thiết bị lọc bụi tĩnh điện  Kết phân tích mơ Ansys xác định chuyển vị, ứng suất biến dạng cực lắng tác động lực gõ (F) tương ứng Từ hình ảnh phân tích cho thấy miền phân bố ứng suất tập trung phía khu vực treo cực lắng, thực tế vị trí thường xuyên xảy phá hủy mỏi Qua lựa chọn miền giới hạn giá trị lực gõ (F) phù hợp với điều kiện bền cực lắng xác định gia tốc lan truyền sóng ứng suất  Từ phương trình hồi quy lan truyền gia tốc: (y = 1518.e -0.01x ;y = 1671.e -0.01x ; y = 1679.e -0.01x) cho thấy hệ số độ dốc nhỏ khơng, điều phản ánh giá trị gia tốc lan truyền có xu 25 hướng giảm dần theo phương truyền sóng Giá trị gia tốc khơng phải tắt dần mà giảm đến giá trị ổn định (có khả rũ bụi)  Ứng dụng thuật giải di truyền viết Excel Turkkan[50] xác định miền giá trị tối ưu (m1, H, a) bảng 4.20, đồ thị hình 4.17 Kết cho thấy giá trị (m1, H, a) có độ hội tụ cao, sử dụng kết nghiên cứu bảng 4.20 để tính tốn thiết kế gõ rũ bụi cho hệ thống LBTĐ cụ thể Ví dụ kết hàng số (bảng 4.20) cho thông số: - Gia tốc tối thiểu rũ bụi: a= 639,9974(m/s2) - Trọng lượng búa gõ m1 = 70,77531(N) - Chiều cao rơi búa H= 53,4042(cm) Kết nghiên cứu mục tiêu mà đề tài luận án đặt 4.9 Ứng dụng kết để tính tốn số thơng số cho gõ Các thơng số cần xác định cho gõ rũ bụi trọng lượng búa gõ (m1) chiều cao rơi búa (H) xác định sở lực búa gõ tạo (F) để gây gia tốc lan truyền sóng ứng suất (a) phù hợp để có khả tách bụi khỏi bề mặt cực lắng, đáp ứng độ bền Do để xác định thông số trọng lượng búa gõ (m1) chiều cao rơi (H) giải tốn ngược tính tốn từ kết luận án xác định dải giá trị gia tốc (a) tương ứng cho dải giá trị lực gõ (F) tìm giá trị (m1) (H) hợp lý từ (bảng 4.20) Sau bước tính tốn xác định thông số cực lắng LBTĐ a) Các thông số tìm đƣợc luận án Là thông số gõ rũ bụi lựa chọn sau xác định miền thông số tối ưu tổng hợp bảng 20, cụ thể chọn thơng số hàng số ta có: m1 = 70,77531 (N) H = 0,534042 (m) a = 636,9974 (m/s2) b) Các thông số ban đầu thiết bị LBTĐ cơng suất triệu (m3/giờ) Lưu lượng khí bụi : Q = 1.000.000 (m3/ phút) Nhiệt độ khí: t0 = 1000 C Nồng độ bụi vào: 50(g/ m3) Nồng độ bụi ra: ≤ 50 (mg/m3)… c) Kích thƣớc buồng LBTĐ Chiều cao cực lắng: L (m) Chiều dài cực lắng: B (m) Bề rộng buồng lọc bụi: W (m) Chiều dầy cưc lắng: η (m) Khối lượng riêng: ρ (N/cm3) Trọng lượng búa gõ m1 (N) Trọng lượng cực lắng m2 (N) d) Tính tốn kích thƣớc cực lắng[1] Thể tích thực tế thiết bị: Vlv = Vs.t1 = LxBxW (m3) (4 10) Q Năng suất thiết bị LBTĐ: Vs = t (m /s) (4 11) Trong đó: t1 - thời gian lưu hạt bụi thiết bị (giây) Diện tích bề mặt lắng bụi thiết bị LBTĐ fΣ (m2) 𝑄 𝑓𝛴 = 𝑣 (m2) (4 12) Trong đó: v - vận tốc dòng khí bụi (m/s ) Mặt khác diện tích bề mặt lắng trường tĩnh điện (f) (m2) 𝑓 𝑓 f = 𝑖𝛴 = 3𝛴 = nt L B (m2) (4 13) Trong đó: nt - số điện cực lắng trường tĩnh điện: nt= const, với công suất LBTĐ triệu (m3/giờ) nt = 13 (dãy) i - số trường tĩnh điện: i = (trường) Khi diện tích bề mặt dãy cực lắng (f1) (m2) 𝑓 𝑓1 = 𝐿.𝐵.𝑛 (m2) 𝑡 Trọng lượng cực lắng m2 tính cơng thức sau: 𝑓.𝐿.𝐵.𝜏.ρ 𝑚2 = 𝑓1 𝜏.ρ = L.B 𝜏.ρ = 𝑛𝑡 Trong đó: η - chiều đày cực lắng (m) ρ - khối lượng riêng cực lắng (N/cm3) (4 14) 26 Từ công thức (4.14) người thiết kế, vận hành thiết bị LBTĐ hồn tồn cân đối hai thông số (B, L) cho phù hợp để tính tốn kích thước cực lắng tùy theo công suất LBTĐ, lựa chọn thơng số vận hành điều khiển q trình gõ búa theo dạng điều khiển thích nghi, đảm bảo điều kiện rũ bụi tuổi bền búa gõ cực lắng khoảng (K) cho phép: [K] = [𝑚 ] 𝑚2 = (0,0066 – 0,0088) Nhận xét: Từ kết ứng dụng kết luận thơng số tối ưu luận án hồn tồn áp dụng cho thiết kế gõ rũ bụi, có nội dung quan trọng tính tốn diện tích cực lắng KẾT LUẬN CHƢƠNG Từ nội dung chương kết luận sau : 1) Đã lựa chọn thơng số thí nghiệm búa gõ sở tạo gia tốc (a) có khả rũ bụi tính đến độ bền mỏi cực lắng tác động lực gõ (F) có chu kỳ Từ phân tích miền thơng số tối ưu búa gõ (m1, H) để xác định gia tốc lan truyền sóng ứng suất 2) Đã sử dụng phương pháp phân tích phương sai ANOVA, xây dựng phương trình hồi quy (F = -2,607+2,334m+0,093H + 4,266mH), biểu đồ PARETO để đánh giá ảnh hưởng thông số búa gõ tới lực gõ búa (F) từ xác định trọng lượng búa gõ (m1) có ảnh hưởng lớn 3) Phân tích kết đo gia tốc lựa chọn dạng hàm hồi quy, xây dựng đồ thị 3D 2D mô tả quy luật lan truyền sóng ứng suất cực lắng (hình 4.13 đến 4.15) Từ kết phân tích đồ thị cho thấy, điểm gần vùng lực gõ tác động giá trị gia tốc lớn giảm dần theo phương truyền sóng đến giá trị ổn định, không tuân theo quy luật tắt dần 4) Phân tích mơ Ansys để xác định ứng suất biến dạng cực lắng tác động lực gõ (F) tương ứng Từ xác định miền giá trị lực gõ (F) giới hạn bền chảy cho phép cực lắng; ζch = 18,076 20 (kN/cm²) ≤ [ζch] Thực thí nghiệm đo gia tốc (Bảng 4.11 đến 4.13), xây dựng phương trình hồi quy (4.5) quan hệ gia tốc với lực gõ búa: (a = 539 + 3,26 F) 5) Ứng dụng thuật giải di truyền viết Excel Turkkan[50], xác định miền giá trị tối ưu (m1, H, a) bảng 4.20, thỏa mãn điều kiện bền cực lắng 6) Ứng dụng kết nghiên cứu luận án, từ giá trị thông số; trọng lượng búa gõ (m1), tỷ lệ trọng lượng búa gõ (m1) trọng lượng cực lắng (m2) để tính tốn thơng số cực lắng việc thiết kế vận hành gõ rũ bụi KẾT LUẬN CHUNG 1) Đã tổng quan tình hình nghiên cứu hiệu suất LBTĐ giới Việt nam, dạng kết cấu gõ rũ bụi cực lắng thiết bị lọc bụi tĩnh điện Qua chưa thấy cơng trình nghiên cứu đề cập tới mối quan hệ lực gõ (F) với gia tốc lan truyền ứng suất (a) cực lắng đại lượng ảnh hưởng trực tiếp tới khả rũ bụi 2) Từ sở lý thuyết lan truyền sóng ứng suất kim loại mỏng, luận giải q trình lượng sóng lan truyền cực lắng lọc bụi tĩnh điện 3) Đã xây dựng mơ hình thí nghiệm lựa chọn trang thiết bị đo (Modal analysis Rion VA-12) đo gia tốc (a) cực lắng Lựa chọn điều kiện giới hạn thí nghiệm {50g ≤ a ≤ 200g (m/s2); [ζch]≤ 20(kN/cm2); 60 ≤ m1 ≤ 80 (N); với tỉ lệ K = m1/m2= 0,0066÷0,0088; 0,49 ≤ H ≤0,57 (m)} 4) Đã xây dựng phương trình hàm hồi quy thực nghiệm trọng lượng búa gõ (m1), chiều cao rơi búa (H) với lực gõ (Ft) hàm hồi quy thực nghiệm mô tả quan hệ lực gõ (F) với giá trị gia tốc (a) đảm bảo điều kiện bền cực lắng F = -2,607+2,334m+0,093H + 4,266mH (4.2) a = 539 + 3,26 F (4.5) 5) Ứng dụng thuật giải di truyền viết Excel Turkkan[50], xác định miền giá trị tối ưu (m1, H, a) bảng 4.20, thỏa mãn điều kiện bền cực lắng [ζch] 6) Đã ứng dụng kết nghiên cứu luận án để tính tốn thơng số kỹ thuật búa gõ (m1, H) thơng số cực lắng (B, L, m2) cho thiết bị LBTĐ công suất triệu (m3/ giờ), sử dụng nhà máy nhiệt điện Vũng Áng thành công ... nghệ gõ hệ thống cực lắng lọc bụi tĩnh điện tới khả rũ bụi với điều kiện đảm bảo độ bền (ζch) cho cực lắng 1.9 Những vấn đề cần nghiên cứu gõ rũ bụi khí a) Nghiên cứu lan truyền sóng cực lắng. .. buồng lọc bụi tĩnh điện ngang 1.3.2.2 Các phận thiết bị LBTĐ a) Hệ thống điện cao áp b) Điện cực phóng c) Điện cực lắng c) Bộ gõ rũ bụi d) Buồng chứa bụi e) Vỏ buồng lọc bụi tĩnh điện 1.4 Cơ chế lắng. .. Chƣơng 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ BỘ GÕ RŨ BỤI TRONG LỌC BỤI TĨNH ĐIỆN 1.1 Nguyên lý thu bụi điện Lọc bụi tĩnh điện( LBTĐ) hệ thống thu lọc hạt bụi khỏi dòng khí bụi cho chúng qua buồng lọc, dựa