5. Kết cấu của đề tài
4.5 Qui hoạch thực nghiệm
4.5.2.3 Kết quả thí nghiệm
- Kết quả thí nghiệm theo ma trận đã lập sau khi xử lý được thể hiện trên bảng 4.8
Bảng 4.8: Kết quả đa yếu tố độ lệch tâm và độ nâng của ổ khí tĩnh
STN
Các tham số
ảnh hưởng Độ lệch tâm e (mm) Độ nâng h (mm)
P n Lần 1 Lần 2 Lần 3 TB Lần 1 Lần 2 Lần 3 TB (bar) (v/p) 1 5 5000 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.04 0.04 0.037 2 5 1000 0.02 0.03 0.03 0.027 0.05 0.04 0.04 0.043 3 2 5000 0.05 0.04 0.04 0.043 0.02 0.03 0.03 0.027 4 2 1000 0.03 0.04 0.04 0.037 0.03 0.03 0.03 0.03 5 5.6 3000 0.02 0.03 0.03 0.027 0.04 0.04 0.05 0.043 6 1.4 3000 0.04 0.03 0.04 0.037 0.02 0.02 0.01 0.017 7 3.5 5820 0.05 0.04 0.04 0.043 0.02 0.02 0.01 0.017 8 3.5 180 0.02 0.02 0.02 0.02 0.04 0.03 0.04 0.037
9 3.5 3000 0.03 0.02 0.02 0.023 0.03 0.03 0.03 0.03
10 3.5 3000 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.02 0.02 0.023
11 3.5 3000 0.03 0.03 0.02 0.027 0.03 0.03 0.03 0.03
12 3.5 3000 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.02 0.027
13 3.5 3000 0.03 0.02 0.02 0.023 0.03 0.02 0.02 0.023
a) Kết quả xác định hàm tương quan với các thơng số ảnh hưởng
Kết quả thí nghiệm được ghi ở bảng 4.8, sử dụng phần mềm và chương trình xử lý số liệu thực nghiệm, sau khi tính tốn được các kết quả sau:
- Mơ hình hồi qui hàm độ lệch tâm dạng thực:
e = 0.0524306 - 0.0128981*P - 0.00000114455*n + 0.00150481*P^2 - 2.5E-7*P*n + 7.69442E-10*n^2
- Kết quả phân tích phương sai của mơ hình cho thấy các hệ số hồi quy đảm bảo độ tin cậy, mơ hình phù hợp (Lack-of-fit p = 0,2029> 0,05). Hệ số tương quan giữa các yếu tố tương đối chặt (R-Squared = 78,7279).
- Kiểm tra sự phù hợp của mơ hình thơng qua tính tốn hệ số Ft (kết quả tính tốn theo chương trình Statgraphic center XV trình bày ở phụ lục).
Ft = 2,46 Tra bảng phân bố Fisher có:
Fb = F0.05 (3;5) = 9,01 Vậy Ft < Fb, nên mơ hình phù hợp.
Từ phương trình của hàm độ lệch tâm, ta có đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của áp suất và số vòng quay như hình 4.53;
a) Đồ thị độ lệch tâm (khơng gian) b) Đồ thị độ lệch tâm (phẳng)
Hình 4.53: Đồ thị quan hệ giữa tỷ lệ độ lệch tâm với áp suất và số vòng quay
Estimated Response Surface
2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 ap suat 01 23 45 6 (X 1000.0) so vong quay 23 28 33 38 43 48 53 (X 0.001) d o l e ch t a m
Contours of Estimated Response Surface
2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 ap suat 0 1 2 3 4 5 6 (X 1000.0) s o v o n g q u a y do lech tam 0.023 0.026 0.029 0.032 0.035 0.038 0.041 0.044 0.047 0.05 0.053 0.056
Hình 4.54: Đồ thị ảnh hưởng của các yếu tố đến độ lệch tâm
Dựa trên biểu đồ 4.54 ta có: mức độ tương tác thể hiện bằng hệ số hồi qui, dấu trước hệ số hồi qui chỉ ra tính chất tương quan, nếu (-) thể hiện tương quan nghịch và (+) tương quan thuận. Theo đồ thị ta nhận thấy áp suất ảnh hưởng nhiều nhất đến độ lệch tâm của ổ khí tĩnh.
Nhìn vào đồ thị hình 4.53 ta thấy độ lệch tâm nhỏ nhất khi tăng áp suất và giảm số vòng quay.
- Mơ hình hồi qui hàm độ nâng dạng thực:
h = 0.0346557 - 0.00426053*P - 0.00000392108*n + 0.00143008*P^2 - 2.5E-7*P*n + 4.1069E-10*n^2
- Kết quả phân tích phương sai của mơ hình cho thấy các hệ số hồi quy đảm bảo độ tin cậy, mơ hình phù hợp (Lack-of-fit p = 0,12 > 0,05). Hệ số tương quan giữa các yếu tố tương đối chặt (R-Squared = 79,1324).
- Kiểm tra sự phù hợp của mơ hình thơng qua tính tốn hệ số Ft (kết quả tính tốn theo chương trình Statgraphic center XV trình bày ở phụ lục).
Ft = 3,68 Tra bảng phân bố Fisher có:
Fb = F0.05 (3;5) = 9,01 Vậy Ft < Fb, nên mơ hình phù hợp.
Từ phương trình của hàm độ nâng, ta có đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của từng cặp yếu tố như hình 4.55.
Standardized Pareto Chart for do lech tam
0 1 2 3 4 Standardized effect AB BB AA A:ap suat
B:so vong quay +
a) Đồ thị độ nâng (không gian) b) Đồ thị độ nâng (phẳng)
Hình 4.55: Đồ thị quan hệ giữa tỷ lệ độ nâng với áp suất và số vòng quay
Hình 4.56: Đồ thị ảnh hưởng của các yếu tố đến độ nâng
Dựa trên biểu đồ 4.56 ta có: mức độ tương tác thể hiện bằng hệ số hồi qui, dấu trước hệ số hồi qui chỉ ra tính chất tương quan, nếu (-) thể hiện tương quan nghịch và (+) tương quan thuận. Theo đồ thị ta nhận thấy áp suất ảnh hưởng nhiều nhất đến độ nâng của ổ khí tĩnh.
Nhìn vào đồ thị hình 4.55 ta thấy độ nâng lớn nhất khi tăng áp suất và giảm số vòng quay.
b) Thiết lập và giải bài tốn tối ưu tìm chế độ phù hợp nhất - Chỉ tiêu tối ưu về độ nâng đạt được giá trị lớn nhất;
- Chỉ tiêu tối ưu về độ lệch tâm cho quá trình hoạt động là nhỏ nhất.
- Chỉ tiêu tối ưu chung là xác định được chế độ hoạt động hợp lý cho máy ly tâm tinh bột khoai mì trục đứng tốc độ cao năng suất 25 kg/h sử dụng ổ khí tĩnh.
Estimated Response Surface
2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 ap suat 01 23 45 6 (X 1000.0) so vong quay 22 27 32 37 42 47 52 (X 0.001) d o n a n g
Contours of Estimated Response Surface
2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 ap suat 0 1 2 3 4 5 6 (X 1000.0) s o v o n g q u a y do nang 0.022 0.025 0.028 0.031 0.034 0.037 0.04 0.043 0.046 0.049 0.052 0.055
Standardized Pareto Chart for do nang
0 2 4 6 8
Standardized effect AB
BB AA B:so vong quay
A:ap suat +
- Xuất phát từ mục đích nghiên cứu, bài tốn tối ưu đa mục tiêu được lập trên cơ sở hai hàm e (mm) và h (mm) đặc trưng cho chỉ tiêu nghiên cứu.
- Hàm mục tiêu: Độ lệch tâm e (mm): e = f(P, n) min
e = (0.0524306 - 0.0128981*P - 0.00000114455*n + 0.00150481*P^2 - 2.5E-7*P*n + 7.69442E-10*n^2) min
- Hàm mục tiêu: độ nâng h (mm): h = f(P, n) max
h = (0.0346557 - 0.00426053*P - 0.00000392108*n + 0.00143008*P^2 - 2.5E-7*P*n + 4.1069E-10*n^2) max
- Hàm điều kiện: 2 ≤ P ≤ 5
5000 ≤ n ≤ 5500
Kết quả giải bài toán tối ưu đa mục tiêu (xem thêm phụ lục):
- Các thông số tối ưu:
+ Số vòng quay: n = 5000 (v/p)
+ Áp suất: Pổ đỡ = 4,7 (bar), Pổ chặn = 5 (bar)
- Các chỉ tiêu tối ưu:
+ Độ lệch tâm: e = 0,0326 (mm) + Độ nâng: h = 0,0335 (mm)
- Nhận xét:
+ Ưu điểm: trong q trình thí nghiệm, các thơng số số vòng quay và áp suất được điều khiển dễ dàng và chính xác. Điều chỉnh và đo kiểm tra dễ dàng.
+ Nhược điểm: Xác định thông số độ lệch tâm và độ nâng mất nhiều thời gian, do u cầu thiết bị đo kiểm phải có độ chính xác cao.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1. Kết luận
Sau thời gian tìm hiểu, nghiên cứu luận văn đã hồn thành với các nội dung chính như sau:
- Giới thiệu khái lược về các loại máy ly tâm trục đứng, chỉ ra được nguyên lý hoạt động, các thông số cũng như các yếu tố ảnh hưởng tới hiệu suất của máy ly tâm;
- Thiết kế máy ly tâm trục đứng tốc độ cao (năng suất 25 kg/h);
- Nghiên cứu về ổ khí tĩnh (bao gồm ổ chặn và ổ đỡ khí tĩnh), đưa ra được các thông số cơ bản của ổ khí tĩnh, các yếu tố liên quan đến khả năng hoạt động của ổ khí tĩnh;
- Thiết kế, chế tạo thành cơng mơ hình máy ly tâm trục đứng tốc độ cao sử dụng ổ khí tĩnh từ các thơng số trên;
- Khảo nghiệm và xác định được mối quan hệ giữa các thông số thơng qua phương trình hồi qui:
+ Phương trình hồi qui mơ tả sự phụ thuộc của hàm độ lệch tâm e (mm) vào áp suất và số vòng quay được biểu diễn như sau:
e = 0.0524306 - 0.0128981*P - 0.00000114455*n + 0.00150481*P^2 - 2.5E-7*P*n + 7.69442E-10*n^2
+ Phương trình hồi qui mơ tả sự phụ thuộc của hàm độ nâng h (mm) vào áp suất và số vòng quay được biểu diễn như sau:
h = 0.0346557 - 0.00426053*P - 0.00000392108*n + 0.00143008*P^2 - 2.5E-7*P*n + 4.1069E-10*n^2
Từ đó xác định được chế độ làm việc hợp lý cho máy ly tâm trục đứng tốc độ cao. Trên cơ sở giải bài toán tối ưu đa mục tiêu, kết quả giải bài toán tối ưu đa mục tiêu như sau:
- Chế độ làm việc tối ưu:
+ Số vòng quay: n = 5000 (v/p)
- Các chỉ tiêu tối ưu:
+ Độ lệch tâm: e = 0,0326 (mm) + Độ nâng: h = 0,0335 (mm)