Phần 4 Kết quả nghiên cứu
4.2. Mơ hình tốn xác định các thơng số cơ bản của bộ phận bónphân
4.2.2. Năng suất và hệ số nạp của trục cuốn
Trục cuốn có nhiệm vụ nhận phân từ thùng thông qua cửa xả theo đúng khối lượng cần thiết và đưa vào ống dẫn phân. Ngồi ra cịn phải đảm bảo mật độ phân đồng đều, do đó yêu cầu việc lấy và đổ phân của các rãnh trục cuốn phải liên tiếp hoặc xen kẽ nhau, không để hiện tượng ngắt quãng. Để không làm thay đổi (khơng giảm) vận tốc dịng xả phân qua cửa xả liệu của thùng phân và tránh hiện tượng kẹt phân thì lượng phân mà trục cuốn có thể lấy đi phải lớn hơn hoặc bằng lượng phân qua cửa xả liệu, tức là hệ số nạp đầy của trục cuốn phải nhỏ hơn 100%.
Hình 4.14. Mơ hình tính tốn trục cuốn
Năng suất làm việc của trục cuốn được xác định thơng qua thể tích của rãnh trục cuốn. Coi phân chỉ nạp trong phần hình trụ của rãnh trục cuốn, diện tích phần nạp liệu là tổng các tiết diện hình trịn như hình 4.14. Như vậy, năng suất làm việc của trục cuốn được xác định theo công thức:
82
Ψn là hệ số nạp đầy (tỷ số giữa thể tích phân chứa trong rãnh với thể tích của rãnh), %
dp là khối lượng thể tích của phân, kg/m3 Zt là số rãnh trên trục cuốn, rãnh
dr là đường kính rãnh trục cuốn, m Lt là chiều dài rãnh trục cuốn, m
nt là số vòng quay của trục cuốn, vòng/phút.
Nếu giả thiết coi phân bón là hạt khơng kích thước, lượng phân trong buồng đủ nhỏ thì lực liên kết của phân coi bằng không, ma sát giữa phân với thành và mặt ngồi trục cuốn khơng đáng kể. Như vậy, phân chỉ chịu tác dụng của trọng lực và rơi tự do vào rãnh trục cuốn tại mọi điểm khác nhau trong vùng nạp, lượng phân qn (kg) được nạp vào rãnh trục cuốn:
trong đó:
ln là chiều dài buồng nạp phân, m. Lấy bằng ½ đường kính ngồi trục cuốn (ln = Dt/2);
hn là chiều cao rơi của phân tại một vị trí trong buồng nạp vào rãnh trục cuốn, m.
Coi phân rơi tự do vào rãnh khi cửa nạp của rãnh đi qua buồng nạp, chiều cao rơi của phân được xác định theo công thức:
(
)
trong đó: cn là bề rộng cửa nạp phân của rãnh trục cuốn, m. Lấy bằng ½ đường kính rãnh trục cuốn (cn = dr/2).
Hệ số nạp đầy Ψn (%) được xác định theo công thức:
Do đó, năng suất làm việc của trục cuốn cũng có thể xác định theo công thức 4.41:
83
trong đó: Dt là đường kính ngồi trục cuốn, m.
Theo cơng thức 4.39 và 4.41, năng suất làm việc của trục cuốn phụ thuộc vào nhiều yếu tố, như: các thông số hình học của trục cuốn và buồng nạp, khối lượng thể tích của phân, thời gian rãnh trục cuốn nằm ở vùng nạp phân (thời gian lấy phân). Có thể thấy, thời gian lấy phân phụ thuộc vào chiều dài buồng nạp phân và số vòng quay của trục cuốn. Nếu cho trước các thơng số hình học của trục cuốn thì khả năng làm việc của trục cuốn chỉ còn phụ thuộc vào hệ số nạp đầy và tốc độ quay của trục cuốn.
- Nếu số vòng quay của trục cuốn nhỏ hơn số vòng quay nnđ (số vòng quay nạp đầy), thì thời gian lấy phân của rãnh trục cuốn lớn, hệ số nạp liệu sẽ bằng hoặc lớn hơn 1 (phân sẽ được nạp cả phần thể tích ngồi trụ tròn). Lượng phân trục cuốn lấy đi nhỏ hơn lượng phân qua cửa xả.
- Nếu số vòng quay của trục cuốn nằm trong khoảng nnđ< nt< n0 (n0 là số vịng quay mà tại đó khả năng lấy phân của trục cuốn bắt đầu giảm đi), thì thời gian lấy phân của rãnh trục cuốn giảm, hệ số nạp liệu giảm dần nhưng lượng phân trục cuốn lấy được trong một đơn vị thời gian là không đổi và bằng lượng phân qua của xả.
- Nếu số vòng quay của trục cuốn lớn hơn n0, thì thời gian lấy phân càng
giảm, lượng phân trục cuốn lấy được trong một đơn vị thời gian giảm và nhỏ hơn lượng phân có thể qua cửa xả. Khi số vòng quay của trục cuốn đạt giá trị nmax thì thời gian lấy phân coi bằng khơng, rãnh trục cuốn không nhận được phân, tức là năng suất làm việc của trục cuốn coi như bằng khơng.
Vì điều kiện và thời gian nên trong nghiên cứu này chỉ tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của vận tốc (số vòng quay) đến khả năng làm việc hay năng suất của trục cuốn. Theo kết quả tính tốn về thể tích chứa của thùng và điều kiện để phân trượt theo đáy chóp vào cửa xả, lấy đường kính ngồi Dt của trục cuốn là 110 mm, chiều dài trục cuốn Lt lấy bằng 50 mm.Với kết quả thí nghiệm sơ bộ về bộ phân bón phân như đã trình bầy ở trên (phụ lục), lấy đường kính của rãnh trục cuốn dr là 18 mm và số rãnh trục cuốn Zr là 10 rãnh, chọn hệ số nạp đầy của rãnh trục cuốn Ψn bằng 70% (vùng thích hợp nhất 50 ÷ 70 %).
84
Theo công thức 4.41, ta có bảng kết quả tính tốn số vịng quay để trục cuốn đạt năng suất theo yêu cầu, khi cho hệ số nạp lần lượt bằng 100% và 70%, bảng 4.5.
Bảng 4.5. Kết quả tính số vịng quay của trục cuốn
TT Qt (kg/h) Ψn (%) nt (vòng/phút) 1 60 100 8,28 2 70 11,82 3 65 100 8,97 4 70 12,81 5 70 100 9,66 6 70 13,80 7 75 100 10,35 8 70 14,78 9 80 100 11,04 10 70 15,77 11 85 100 11,73 12 70 16,75 13 90 100 12,42 14 70 17,74
Từ cơng thức 4.41 ta có thể xác định số vòng quay của trục cuốn ntc (vịng/phút) để phân có thể rơi tự buồng nạp vào rãnh trục cuốn, nhưng để tính đến các yếu tố như: phân bón là hạt có kích thước; phân bố của phân trong vùng nạp không đều; lực cản chuyển động của dòng phân xuống rãnh trục cuốn do ma sát (hình 4.15): lực ma sát với lị xo dẫn hướng (F1), lực ma sát với khối phân không chuyển động (F2) và ma sát với mặt ngoài trục cuốn (F3),... làm giảm tốc độ nạp phân vào rãnh trục cuốn thì cần làm giảm tốc độ của trục cuốn so với lý thuyết, đưa thêm hệ số giảm tốc độ quay của trục cuốn kgi (hệ số này được xác định bằng thực nghiệm):
( ) √
Kết quả thí nghiệm cho thấy hệ số kg phụ thuộc vào số vòng quay của trục cuốn nt (vịng/phút):
85
- Với nt = 10 ÷ 20 (vịng/phút) thì hệ số kg 0,35.
- Với nt = 20 ÷ 30 (vịng/phút) thì hệ số kg 0,34.
Hình 4.15. Lực tác dụng lên hạt phân
Với các thơng số hình học cho trước: chiều dài buồng nạp bằng 55 mm và của trục cuốn như trình bầy ở trên. Kết quả tính tốn quan hệ giữa các thơng số hình học của bộ phận bón phân, hệ số nạp đầy, số vòng quay và năng suất của bộ phận bón phân cho trong bảng 4.6.
Bảng 4.6. Kết quả tính năng suất của trục cuốn
TT n hn (mm) nt (vòng/phút) Qt (kg/h) 1 0,2 1,02 34,74 50,36 2 0,3 1,53 30,14 65,53 3 0,4 2,03 26,10 75,67 4 0,5 2,54 23,34 84,60 5 0,6 3,05 21,31 92,68 6 0,7 3,56 20,31 103,05 7 0,8 4,07 19,00 110,16 8 0,9 4,58 17,91 116,85 9 1,0 5,09 16,99 123,17
(Coi lượng cung cấp qua cửa xả của thùng phân bằng năng suất của trục cuốn)
Bảng 4.5 cho thấy để trục cuốn đạt được năng suất theo yêu cầu thì trục cuốn phải đạt số vịng quay tối thiểu tương ứng. Muốn trục cuốn đạt năng suất 60 kg/h thì trục cuốn phải đạt tốc độ quay tối thiểu là 8,28 vòng/phút.
86
Bảng 4.6 cho thấy nếu trục cuốn quay nhanh hơn 16,99 vịng/phút thì lượng phân mà rãnh trục cuốn lấy được sẽ giảm, tức là hệ số nạp đầy np ≤ 100% dù lượng cung cấp có lớn hơn. Trục cuốn quay với tốc độ 24,83 vịng/phút thì hệ số nạp đạt 50% và năng suất đạt 90 kg/h.