Vận hành hệ thống sau khi hoàn thành và kết quả đạt được:
Phần 1: Cho chạy hệ thống khi chưa có bi để xác định hệ thống vận hành ổn định bình thường. Cho hệ thống chạy thực nghiệm để đuổi không khí trong ống ra ngoài. Chạy cho tới khi trong bình chứa nước không có không khí thì ngừng. Kiểm tra hở, xì, rỉ nước và khắc phục sự cố.
Hình 3.7. Đánh số và quy định đường ống trao đổi nhiệt
Phần 2: Vận hành hệ thống với lần lượt là 1, 3, 6, 9, 12 bi -Vận hành với 1 bi
Hình 3.9. Biểu đồ kết quả vận hành với 1 bi
Phía trên (hình 3.9) là biểu đồ thống kê kết quả vận hành 6 lần thử nghiệm khi sử dụng 1 bi để chạy trong hệ thống. Đồ thị dạng cột với trục tung là tỉ lệ phần trăm dành cho bi đi vào ống và trục hoành là thứ tự các ống đã được đánh dấu với sự phân biệt từng màu khác nhau. Dựa theo biểu đồ hình 3.9 ta có thể thống kê sơ bộ tỉ lệ bi đi vào các ống 1, 2, 3 sẽ lần lượt là 16,67%, 50%, 33,33%, và đối với các ống ra 4, 5, 6 sẽ lần lượt là 33,33% 50%, 16,67%. Ta có thể xem xét thống kê này để phỏng đoán cho kết quả các lần chạy tiếp theo. Và cũng từ đồ thị có thể có cái nhìn chung sơ bộ rằng tất cả các ống trong hình đều có khả năng bi sẽ đi qua, tức là khi chạy càng nhiều lần và số bi tăng lên, khả năng là hầu hết tất cả các ống đều được làm sạch.
-Vận hành hệ thống với 3 bi
Hình 3.10. Hai bi di chuyển qua và về
Hình 3.11. Biểu đồ kết quả vận hành với 3 bi
Hình 3.11 ở trường hợp dùng 3 bi để chạy thử nghiệm tỉ lệ bi đi vào các đường ống đã đều hơn so với khi sử dụng 1 bi thử nghiệm. Ví dụ dựa theo đồ thị 6 lần chạy vào lần thứ hai ở đầu bi đi vào các ống 1, 2, 3 đều cho kết quả 33,3% tức là mỗi ống đầu có 1 bi đi vào, ở đường ra thì 66,7% bi ra ở ống số 4 và 1 viên bi ứng với 33,3% còn lại đi ra ở ống số 6( dựa theo phụ lục 2). Theo thống kê tổng quát tính toán được thì tỉ lệ bi vào ống 1 là 33,33%, cho ống 2 là 38,89% và ống 3 là 27,78%. Tương tự vậy với các
ống đầu ra là 4, 5, 6 lần lượt có tỉ lệ 38,89%, 38,89% và 22,22%. Các tỉ lệ này thể hiện tại có sự chênh lệch không cao gần như đều bằng nhau cũng cho thấy sự tin cậy khi sử dụng hệ thống sẽ không bỏ sót đường ống nào.
- Vận hành hệ thống với 6 bi
Hình 3.12. Các bi qua ống và quay về
Hình 3.13. Biểu đồ kết quả vận hành với 6 bi
Ở biểu đồ 3.13 nhìn chung có thể thấy khi tăng số bi gấp đôi lên từ 3 thành 6 bi thì đã có sự phân hóa tỉ lệ khá rõ rệt đặc biệt là ở đường nước ra. Cụ thể là trong 6 lần thực nghiệm thì đã có 4 lần ống số 5 cho bi đi qua ≥50%, trong đó có 1 lần cho qua 83,3% trên tổng số bi đi qua. Con số này là khá cao và khá chênh lệch khá nhiều so với 2 đường
ống ra còn lại( dựa theo phụ lục 3). Và tổng kết cuối cùng trong 6 lần thử nghiệm khả năng có bi đi qua của các ống đầu vào 1, 2, 3 lần lượt là 33,33%, 25%, 41,67%. Về đầu ra thì tỉ lệ bi đi qua ống 4 là 25%, ống 5 là 58,78% và 22,2% cho ống số 6. Từ kết quả tổng thể thu được đã cho thấy một dự đoán rằng số bi đi qua các ống sẽ không đều nhau như lý thuyết mà sẽ dần phân hóa ra thành các ống có tỉ lệ cao bi đi qua và các ống ít được bi đi qua để làm sạch. Để kiểm chứng nhóm thử nghiên cứu tiếp tục thực hiện thí nghiệm với số lượng bi tăng dần theo cấp số cộng là 3.
-Vận hành hệ thống với 9 bi
Hình 3.14. Các bi di chuyển về bình chứa bi
Khi tăng dần số bi thành 9 bi để thí nghiệm thì hầu hết tất cả các ống đều có bi đi qua nhưng có một số ống có tỉ lệ bi đi qua rất thấp. Đồ thị biểu thị xác suất của ống 1 và 6 khá thấp và khác hơn khá nhiều so với các ống còn lại, trong khi đó các ống 2,3,4,5 có xác suất khá cân bằng với nhau. Qua biểu đồ xác suất thống kê các bi đi vào các ống 1 ,2 ,3 là tương ứng với 11,11%, 37,04%, 50%. Đối với các ống nước ra 4,5,6 thì tỉ lệ này lần lượt là 37,04%, 50%, 12,96%. Số liệu mà chúng ta thu được đã cho một mức độ tin cậy nhất định, để có những phán đoán chính xác hơn giải thích cho việc này nhóm nghiên cứu quyết định thực hiện lần chạy thử cuối cùng với 12 bi để có thể thu một kết quả cuối cùng và đáng tin cậy nhất.
-Vận hành hệ thống với 12 bi
Hình 3.17. Biểu đồ kết quả vận hành với 12 bi
Với số lượng bi thực hiện lần sau cùng lúc này là 12 thì chắc chắn sẽ đem lại cho nhóm một kết quả cuối cùng chính xác nhất và đáng tin cậy đối với sự phân phối bi đi qua ống là như thế nào. Nhìn chung ống nước ra số 5 vẫn luôn có tỉ lệ cho bi đi qua cao nhất và 2 ống số 1 và số 6 thì ngược lại có tỉ lệ bi đi qua thấp nhất. Đối với các ống còn lại 2, 3, 4 thì có tỉ lệ khá đều nhau và không chênh lệch nhiều. Số liệu thống kê thu được sau 6 lần thực hiện với 12 bi thì các ống nước vào 1, 2, 3 có tỉ lệ bi đi qua lần lượt là 16,6%, 41,6%và 41,6%. Với các ống nước ra tỉ lệ này đối với các ống 4, 5, 6 lần lượt là 33,3%, 41,6% và 25%.
Nhận xét
Từ những kết quả cũng như các thống kê xác suất thu được từ những quá trình thực nghiệm thì xác suất bi đi vào các ống sẽ không đều mà có sự chênh lệch khá cao đối với một số đường ống. Cụ thể thì có thể nhận định các ống có vị trí nằm giữa thẳng trục với đường ống vào và ra của nước thì sẽ có tỉ lệ bi đi vào cao nhất và các ống càng xa trục giữa của 2 đường nước vào và ra thì tỉ lệ có bi đi qua sẽ càng ngày càng giảm xảy ra cũng có phần nào hiểu được. Cùng với đó là một số sự rò rỉ ở các đường ống trong hệ thống còn lại làm giảm áp lực nước đi trong hệ thống. Ở điểm này nhóm đã
khắc phục lại và hiện tại hệ thống đã chạy ổn định không còn xuất hiện hiện tượng kẹt bi nữa.
Hình 3.18. Biểu đồ so sánh thời gian với số bi vận hành khác nhau
Phía bên trên là đồ thị 3.18 biểu thị thời gian vận hành cho 1 chu kỳ tuần hoàn của bi. Ở đây thời gian được xác định cho 1 chu kỳ của bi sẽ bắt đầu từ lúc mở van cho bi di chuyển từ bình chứa bi chính đi vào bình ngưng về bình chứa bi phụ, bi được thu gom từ bình chứa bi phụ trở về lại cho bình chứa bi chính. Nguyên một chu kỳ này sẽ chia ra hai phần gồm khoảng thời gian bi di chuyển để làm sạch rồi về bình chứa bi phụ và khoảng thời gian bi từ bình chứa phụ trở về bình chứa bi chính. Trong 1 quá trình làm việc của hệ thống vệ sinh cho bình ngưng sẽ diễn ra nhiều chu kỳ. Và việc chúng ta xác định thời gian biến động cho một chu kỳ tuần hoàn sẽ là cơ sở để setup thời gian trên mạch điều khiển một cách chính xác và hiệu quả nhất.
Dựa theo đồ thị 3.18 thì ta có thể thấy biên độ dao động của thời gian hoàn thành một chu kỳ tuần hoàn sẽ ngày càng lớn khi chúng ta tăng số lượng bi trong hệ thống lên. Cũng từ kết quả thu được ta có thể thấy thời gian để hoàn thành một chu kỳ tuần hoàn ví dụ là dùng 12 bi thì cao nhất là 39s tương đương trung bình mỗi ống sẽ có 4 bi đi qua trong 39s. Theo thiết kế thì hệ thống vệ sinh sẽ chạy sau khi máy nén tắt và thời gian tối
thiểu để máy nén khởi động lại sẽ vào khoảng 5 phút, như vậy trong 5 phút này hệ thống bi của chúng ta sẽ tuần hoàn được khoảng 7 lần. Giả sử một chu kỳ thì một ống sẽ có ít nhất một bi đi qua thì việc có ít nhất 7 chu kỳ diễn ra cho một lần hoạt động sẽ tương đương một ống được ít nhất 7 bi đi qua cho một lần hoàn động.
Với giả thuyết trên đã đảm bảo cho các nhà đầu tư yên tâm về độ làm sạch đường ống của hệ thống này. Bên cạnh đó việc thường xuyên được làm sạch như thế này sẽ mang lại nhiều lợi ích như đảm bảo hiệu suất bình ngưng ổn định, đảm bảo việc tích tụ cặn bẩn lâu ngày (các ion Ca2+, Fe2+, Mg2+ không có cơ hội để chúng bám lên thành
ống). Hệ thống hoàn toàn khắc phục các nhược điểm của các phương pháp truyền thống
hiện nay hơn nữa còn tối ưu hóa hơn đối với các hệ thống tuần hoàn bi trước đó.
Hình 3.19. Biểu đồ biểu diễn thời gian trung bình ứng với số bi vận hành
Biểu đồ 3.19 là sự thể hiện mối quan hệ giữa số lượng bi và thời gian vận hành ứng với một chu kỳ. Khác biểu đồ 3.18 ở đây thời gian vận hành cho một chu kỳ được thống kê ra chỉ số trung bình để biểu diễn tương ứng với số bi hoạt động trên đồ thị. Ví dụ ta có thể thấy khi hệ thống hoạt động với 1 bi thì thời gian trung bình cho một chu kỳ là 16.17s, còn đối với khi dùng 12 bi thì thời gian trung bình này sẽ là 36,67s. Chúng ta có thể hoàn toàn dựa vào những con số này để tham khảo tính toán cho phần lập trình mà không cần phải dùng thời gian lớn nhất thu được để tham khảo bởi vì:
+ Thứ nhất: là mức độ dao động cao nhất trong kết quả thu được cụ thể là ở 12 bi hoạt động chỉ là 4s nó không quá lớn và bên cạnh đó thời gian trung bình so với thời gian lớn nhất thu được chỉ kém nhau với mức lớn nhất là 3s.
+ Thứ hai: thời gian vận hành một chu kỳ tuần hoàn thu được từ thực nghiệm là do sử dụng van chặn tay để mô phỏng cho van điện từ nên thời gian van tay sẽ chậm hơn rất nhiều so với van điện từ.
Từ hai điều này ta có thể hoàn toàn chấp nhận được cho việc dùng bảng thời gian trung bình từ hình 3.19 cho việc thiết kế, setup thời gian cho Timer trong bộ PLC. Phần 3: Giả định tạo cáo cặn trong đường ống của bình ngưng và cho hệ thống vệ sinh tự động hoạt động:
Hình 3.20. Đường ống trước khi bi đi qua (trước khi vệ sinh)
Hình 3.20 và 3.21 cho thấy được hiệu quả của hệ thống vệ sinh tự động. Các đường ống đã được làm sạch nhưng cần có thời gian để cho các bi di chuyển tuần hoàn. Một hay hai lần bi qua các ống chưa đủ để các ống được làm sạch hoàn toàn do đó chúng ta cần có sự tuần hoàn của các viên bi.
Phần 4: Cho hệ thống chạy với 12 bi và kiểm tra xem bi có về bộ chứa bi chính và phụ hay không.
Hình 3.22. Các bi về bình chứa bi chính và phụ
Kết luận:
Từ quá trình thực nghiệm, bằng cách tăng dần số lượng bi (theo các mức 1, 3, 6,
9, 12) ta nhận thấy tỷ lệ bi đi vào các ống trong bình ngưng không đồng đều. Mặc dù
các ống có khả năng bi đi vào nhưng tỷ lệ có sự chênh lệch khá cao, đặc biệt là ống vào số 1 và ống ra số 6 có tỷ lệ bi đi vào rất thấp. Lý giải cho việc này có thể đưa ra các trường hợp:
+ Nắp mặt bích được thiết kế chưa giống với thực tế làm dòng nước kéo theo bi chia vào các ống không đều.
+ Vị trí lắp đặt và vị trí các ống trong bình ngưng chưa hợp lí. Bên cạnh đó, trong quá trình thực nghiệm còn gặp vài trường hợp bi bị kẹp lại ở đường ống hay ở bộ phận vệ sinh bi. Việc này cho thấy áp lực nước được cung cấp ở mô hình thực nghiệm vẫn còn chưa đủ. Từ đó cần phải tính toán lại thêm để cải thiện cũng như khắc phục sự cố này.
Về thời gian hoàn thành một vòng chu kỳ thì với số bi là 12, thời gian trung bình của nó sẽ là khoảng 40s, khoảng thời gian này khá dài. Giải thích cho việc này là quá trình đóng mở các van trong mô hình mô phỏng là dùng van khóa tay thay cho van điện từ nên tiêu tốn thời gian để đóng mở. Ngoài ra, áp lực nước và vận tốc nước trên đường ống vẫn còn chậm, chưa đúng với thực tế nên thời gian thu hồi bi khá lâu và cần được khắc phục.
Chương 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1. Kết luận
Sau một thời gian nghiên cứu thì đề tài “Nghiên cứu, tính toán, chế tạo hệ thống vệ sinh tự động cho bình ngưng” được thực hiện thành công. Trong quá trình nghiên cứu, tính toán nhóm đã thực hiện được các nội dung và tổng hợp được các tài liệu liên quan để từ đó làm nền tảng chế tạo mô hình mô phỏng. Thiết bị mô phỏng đã khắc phục một số nhược điểm từ phương pháp vệ sinh bằng bi trước đây nhưng bên cạnh đó vẫn còn một số điều chưa đạt được khi thực nghiệm, và dưới đây là tổng kết các ưu và nhược điểm từ mô hình mô phỏng được:
Ưu điểm:
- Thiết bị mang tính tự động hóa cao, tiết kiệm thời gian vệ sinh, giảm thiểu chi phí nhân công mà bên cạnh đó lại không ảnh hưởng đến hiệu quả năng suất của hệ thống lạnh.
- Đã khắc phục được việc chạy song song cùng hệ thống (sẽ làm giảm hiệu suất giải
nhiệt của bình ngưng) bằng cách thiết kế hệ thống chạy sau khi máy nén ngừng hoạt
động. Ở đây chúng ta đã tận dụng khoảng thời gian bơm bình ngưng còn chạy sau khi máy nén ngừng hoạt động để tiến hành vệ sinh. Điều này không những khắc phục được nhược điểm của các thiết bị vệ sinh bi tuần hoàn hiện tại mà còn tận dụng được khoảng thời gian cũng như tiết kiệm năng lượng cho việc vệ sinh.
- Với việc tạo thêm bộ phận lọc/vệ sinh bi làm cho quá trình vệ sinh tuần hoàn sạch hơn, đảm bảo bi khi đi vào làm việc luôn luôn là bi sạch. Không những thế, việc vệ sinh bi thường xuyên cũng làm tăng tuổi thọ cho bi, góp phần tiết kiệm chi phí thay thế bi.
Nhược điểm:
- Thiết bị chưa thực sự chạy tuần hoàn như mong muốn mà chỉ ở mức bán tuần hoàn bàng cách sử dụng thêm bình chứa bi phụ.
- Do thiết bị được làm ra với mục đích tiết kiệm năng lượng vì vậy không sử dụng bơm bên ngoài nên dẫn đến quá trình tuần hoàn bi chưa diễn ra nhanh chóng như mong đợi. Việc này làm cho một chu kỳ tuần hoàn của bi kéo dài hơn so với lý thuyết.
- Mặc dù đã có những biện pháp để bi có tuổi thọ hoạt động cao nhất nhưng chi phí cho việc thay thế bi vẫn còn cao.
4.2. Kiến nghị
Trong khuôn khổ đồ án này do thời gian còn hạn hẹp mà vấn đề nghiên cứu thực nghiệm cần có nhiều thời gian và vốn đầu tư lớn (giá mỗi viên bi khoảng 5 USA), vì thế