5. Kết cấu của đề tài
4.4 Khảo nghiệm hoạt động
4.4.2.3 Tiến hành thí nghiệm
- Chuẩn bị mẫu: Lắp khối nặng 25 kg thay thế cho khối lượng thùng khi ly tâm 1 mẽ tinh bột.
- Vận hành máy xác định độ lệch tâm của ổ đỡ và độ nâng của ổ chặn để đánh giá khả năng hoạt động của cụm khí tĩnh trong máy ly tâm trục đứng tốc độ cao:
+ Điều chỉnh áp suất tăng dần từ 1 đến 6 bar để xác định độ lệch tâm và độ nâng của cụm khí tĩnh;
+ Điều chỉnh biến tần cho số vòng quay tăng dần từ 0 đến tốc độ 5500 v/p để xác định ảnh hưởng của số vòng quay đến khả năng hoạt động của cụm khí tĩnh.
4.4.2.4 Kết quả khảo nghiệm
Quá trình khảo nghiệm độ chính xác của máy ly tâm phụ thuộc nhiều yếu tố của hệ thống khác nhau. Trong phần khảo nghiệm này chỉ xét yếu tố về ổ khí tĩnh của cụm trục chính. Q trình khảo nghiệm được thực hiện như hình 4.49
- Kết quả khảo nghiệm ổ đỡ: Đối với ổ đỡ, cho đầu dò của đồng hồ so Mytast 1/100 chạm vào bề mặt trụ ngoài. Khi trục quay ta quan sát sự thay đổi giá trị của kim đồng hồ so để đánh giá độ lệch tâm theo phương ngang của trục, qua đó đánh giá khả năng hoạt động của ổ đỡ.
- Kết quả khảo nghiệm ổ chặn: Đối với ổ chặn, cho đầu dò của đồng hồ so Mytast 1/100 chạm vào bề mặt tấm chặn. Khi thiết bị hoạt động, ta quan sát sự di chuyển giá trị của kim đồng hồ so để xác định độ nâng của tấm chặn, qua đó đánh giá khả năng hoạt động của ổ chặn.
a) Kiểm tra độ nâng b) Kiểm tra độ lệch tâm
Hình 4.49: Kiểm tra hoạt động của ổ khí tĩnh - Kết quả khảo nghiệm được trình bày trong hình 4.50
Hình 4.50: Biểu đồ thể hiện khả năng hoạt động của máy khi có tải 4.4.2.5 Kết luận
- Máy hoạt động tốt trong quá trình khảo nghiệm.
- Độ nâng lớn nhất của ổ chặn đạt 0,06 mm
- Độ lệch tâm lớn nhất của ổ đỡ đến 0,04 mm
4.5 Qui hoạch thực nghiệm
Quá trình thực nghiệm nhằm xác định:
- Khả năng hoạt động của ổ khí tĩnh trong máy ly tâm trục đứng tốc độ cao;
- Ảnh hưởng của áp suất và số vịng quay của trục chính đến độ lệch tâm của trục theo phương ngang của ổ đỡ, độ nâng của trục theo phương đứng của ổ chặn.
4.5.1 Kết quả thí nghiệm đơn yếu tố
Để xác định các thơng số đầu vào, thí nghiệm thăm dị đơn yếu tố được tiến hành lần lượt với các thơng số: áp suất khí cung cấp, số vịng quay của trục chính nhằm khẳng định:
- Sự ảnh hưởng của chúng đến độ lệch tâm theo phương ngang, độ nâng theo phương đứng của ổ khí tĩnh;
- Xác định miền thực nghiệm và khoảng biến thiên của các thông số đầu vào để phục vụ cho thực nghiệm tiếp theo.
4.5.1.1 Kết quả thí nghiệm đơn yếu tố theo áp suất cung cấp - Xác định miền thực nghiệm: - Xác định miền thực nghiệm:
Giữ nguyên n = 500 v/p, thay đổi áp suất khí cung cấp từ 1 - 6 bar. Kết quả thí nghiệm sau khi sử lý được ghi bảng 4.4
Bảng 4.4: Kết quả thí nghiệm đơn yếu tố theo áp suất cung cấp
STN Áp suất
P (bar)
Độ lệch tâm (e) mm Độ nâng (h) mm
Lần 1 Lần 2 Lần 3 TB Lần 1 Lần 2 Lần 3 TB 1 1.0 0.04 0.04 0.04 0.04 0.02 0.02 0.02 0.02 2 1.5 0.03 0.04 0.04 0.037 0.03 0.02 0.03 0.027 3 2.0 0.03 0.04 0.03 0.033 0.03 0.03 0.02 0.027 4 2.5 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 5 3.0 0.03 0.03 0.03 0.03 0.04 0.04 0.03 0.037 6 3.5 0.02 0.02 0.03 0.023 0.04 0.04 0.03 0.037 7 4.0 0.02 0.02 0.02 0.02 0.03 0.04 0.04 0.037 8 4.5 0.02 0.02 0.02 0.02 0.05 0.05 0.04 0.047 9 5.0 0.02 0.02 0.02 0.02 0.05 0.05 0.05 0.05 10 5.5 0.02 0.02 0.02 0.02 0.06 0.06 0.06 0.06 11 6.0 0.02 0.02 0.02 0.02 0.06 0.06 0.06 0.06
a) Ảnh hưởng của áp suất đến độ lệch tâm theo phương ngang của ổ đỡ
Thí nghiệm được tiến hành như sau: thay đổi áp suất từ: 1 - 6 (bar) với bước thay đổi là 0,5 bar, số vòng quay lấy cố định n = 500 v/p. Kết quả thí nghiệm và xử lý số liệu ghi ở bảng 4.4, sử dụng phần mềm và chương trình xử lý số liệu qui hoạch thực nghiệm nhận được kết quả sau:
- Mơ hình hồi qui: e = 0.0532121-0.0134763*P + 0.00133644*P^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 = 0.8254 > 0,05). Hệ số tương quan giữa các yếu tố chặt (R-Squared = 84.1723).
- 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 = 0,52 Tra bảng phân bố Fisher có:
Fb = F0.05 (3; 3) = 9,3 Vậy Ft < Fb, nên mơ hình phù hợp.
b) Ảnh hưởng của áp suất đến độ nâng theo phương đứng của ổ chặn
ghi ở phần phụ lục 1, sử dụng phần mềm và chương trình xử lý số liệu qui hoạch thực nghiệm nhận được kết quả sau:
- Mơ hình hồi qui: h = 0.0184242 + 0.00282673*P + 0.000730381*P^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 = 0,3021 > 0,05). Hệ số tương quan giữa các yếu tố chặt (R-Squared = 90,0114).
- 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 = 1,28 Tra bảng phân bố Fisher có:
Fb = F0.05 (3; 3) = 9,3 Vậy Ft < Fb, nên mơ hình phù hợp.
Từ kết quả thu được ta vẽ đồ thị tương quan giữa độ lệch tâm và độ nâng như hình:
Hình 4.51: Biểu đồ thể hiện ảnh hưởng của áp suất đến độ lệch tâm
và độ nâng của ổ khí
Dựa trên biểu đồ ta thấy:
- Về độ lệch tâm của trục: độ lệch tâm của trục có xu hướng giảm 0,04 - 0,02 mm khi tăng áp suất từ 1 - 6 bar, đạt giá trị nhỏ nhất là 0,02 mm tại p = 4 bar, và không đổi khi áp suất cung cấp tăng từ 4 - 6 bar;
- Về độ nâng của trục: độ nâng của trục có xu hướng tăng 0,02 - 0,06 mm khi tăng áp suất từ 1 - 6 bar.
4.5.1.2 Kết quả thí nghiệm đơn yếu tố theo số vịng quay của trục chính - Xác định miền thực nghiệm: - Xác định miền thực nghiệm:
chính khảo sát từ 500 - 5500 v/p với bước tăng n = 500 v/p.
Kết quả thí nghiệm đơn yếu tố theo số vịng quay của trục chính được thể hiện như bảng 4.5.
Bảng 4.5: Kết quả thí nghiệm đơn yếu tố theo số vịng quay trục chính
STN
Số vòng quay n
(v/p)
Độ lệch tâm (e) mm Độ nâng (h) mm
Lần 1 Lần 2 Lần 3 TB Lần 1 Lần 2 Lần 3 TB 1 500 0.02 0.02 0.02 0.02 0.04 0.04 0.04 0.04 2 1000 0.02 0.02 0.02 0.02 0.04 0.03 0.03 0.033 3 1500 0.03 0.02 0.02 0.023 0.03 0.03 0.03 0.03 4 2000 0.03 0.03 0.02 0.027 0.02 0.03 0.03 0.027 5 2500 0.03 0.03 0.02 0.027 0.02 0.03 0.03 0.027 6 3000 0.03 0.02 0.03 0.027 0.02 0.02 0.03 0.023 7 3500 0.03 0.03 0.03 0.03 0.02 0.02 0.03 0.023 8 4000 0.03 0.03 0.03 0.03 0.02 0.02 0.03 0.023 9 4500 0.03 0.03 0.04 0.033 0.02 0.02 0.03 0.023 10 5000 0.04 0.04 0.04 0.04 0.02 0.02 0.01 0.017 11 5500 0.05 0.05 0.04 0.047 0.02 0.02 0.01 0.017
a) Ảnh hưởng của số vịng quay của trục chính đến độ lệch tâm theo phương ngang của ổ đỡ
Thí nghiệm được tiến hành như sau: thay đổi số vòng quay từ: n = 500 - 5500 v/p, áp suất cung cấp lấy ở giá trị cơ sở p = 3,5 bar. Kết quả thí nghiệm và xử lý số liệu ghi ở bảng 4.5, sử dụng phần mềm và chương trình xử lý số liệu qui hoạch thực nghiệm nhận được kết quả sau:
- Mơ hình hồi qui: e = sqrt(0.000468503 + 6.04464E-11*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 = 0,8397 > 0,05). Hệ số tương quan giữa các yếu tố tương đối chặt (R-Squared = 79,6823).
- 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 = 0,53 Tra bảng phân bố Fisher có:
Vậy Ft < Fb, nên mơ hình phù hợp.
b) Ảnh hưởng của số vòng quay đến độ nâng theo đứng của ổ chặn
Thí nghiệm được thực hiện như phần trên, kết quả thí nghiệm và xử lý số liệu ghi ở phần phụ lục 1, sử dụng phần mềm và chương trình xử lý số liệu qui hoạch thực nghiệm nhận được kết quả sau:
- Mơ hình hồi qui: h = sqrt(0.00459502 - 0.000495889*ln(n))
- 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 = 0,9665 > 0,05). Hệ số tương quan giữa các yếu tố tương đối chặt (R-Squared = 71,5962).
- 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 = 0,3 Tra bảng phân bố Fisher có:
Fb = F0.05 (3; 3) = 9,3 Vậy Ft < Fb, nên mơ hình phù hợp.
Từ kết quả thu được ta vẽ đồ thị tương quan giữa độ lệch tâm và độ nâng như hình 4.52:
Hình 4.52: Biểu đồ thể hiện ảnh hưởng của số vòng quay đến độ lệch tâm
và độ nâng của ổ khí.
Dựa trên biểu đồ ta thấy:
- Về độ lệch tâm của trục: độ lệch tâm của trục có xu hướng tăng khi số vòng quay tăng và giá trị cực đại là 0.047 mm tương ứng với số vòng quay 5000-5500 v/p.
- Về độ nâng của trục: độ nâng của trục có xu hướng giảm từ 0,04 - 0,017 mm khi tăng số vòng quay từ 500 – 5500 v/p.
4.5.2 Kết quả thí nghiệm đa yếu tố
Kết quả thực nghiệm đơn yếu tố cho chúng ta thấy ảnh hưởng của từng tham số: P; n vào hàm mục tiêu (e) và (h). Các bước thực nghiệm đa yếu tố được tiến hành như sau:
4.5.2.1 Chọn vùng nghiên cứu và giá trị biến thiên của thông số đầu vào
Từ kết quả thực nghiệm đơn yếu tố, chọn miền biến thiên của thông số đầu vào như sau:
- Đối với áp suất cung cấp: từ phương trình hồi qui và đồ thị, nhận thấy áp suất nhỏ hơn 2 bar thì độ lệch tâm tăng và lớn hơn 5 bar thì độ lệch tâm khơng giảm, độ nâng tăng từ 0,027 – 0,05 mm đảm bảo đủ khe hở để hoạt động. Do vậy áp suất được lựa chọn có giá trị trong khoảng 2 - 5 bar.
- Đối với số vòng quay n: từ đồ thị thấy rằng khi thay đổi số vòng quay n = 1000 v/p đến n = 5000 v/p thì độ lệch tâm tăng từ 0,023 - 0,047 mm và độ nâng giảm từ 0,033 - 0,017 mm. Do vậy chúng tôi chọn khoảng biến thiên của số vòng quay từ n = 1000 - 5000 v/p. Mức thí nghiệm và giá trị mã hố của thông số đầu vào ghi vào ở bảng 4.6. Bảng 4.6: Miền thực nghiệm Các mức Giá trị mã Các thông số vào X1 P (bar) X2 n (vg/ph) Mức trên 1 5 5000 Mức cơ sở 0 3,5 3000 Mức dưới -1 2 1000
Khoảng biến thiên 1 1,5 2000
Mức sao trên +α 5,61 5820
Mức sao dưới -α 1,38 180
4.5.2.2 Xây dựng ma trận thực nghiệm
Theo phương án thí nghiệm quay bậc II của Box – Hunter có số thí nghiệm được tính theo cơng thức:
Trong đó:
K – yếu tố đầu vào, k =2;
n0 – số thí nghiệm ở tâm phương án, n0 = 5.
Ma trận thí nghiệm được lập và ngẫu nhiên hóa trật tự bằng chương trình Statgraphics và được trình bày ở bảng 4.7.
Bảng 4.7: Bảng ma trận thí nghiệm ở dạng thực
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 thông 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 vịng quay như hình 4.53;
a) Đồ thị độ lệch tâm (không 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