5. Kết cấu của đề tài
4.3 Chế tạo mơ hình máy ly tâm trục đứng tốc độ cao sử dụng ổ khí tĩnh
Từ những phương án được đề xuất và tính tốn. Mơ hình thử nghiệm khả năng ứng dụng ổ khí tĩnh trong máy ly tâm tốc độ cao đã được thiết kế và chế tạo bao gồm: - Ổ đỡ khí tĩnh đảm nhận nhiệm vụ cấp dịng khí nén áp suất cao để làm lớp đệm khí giúp cho trục không ma sát với ổ trục;
- Ổ chặn khí tĩnh sử dụng áp lực của dịng khí tạo nên một khoảng hở giữa ổ chặn và tấm chặn giúp chúng không tiếp xúc nhau;
- Cụm trục chính của máy ly tâm và các bộ phận bạc cấp khí; - Cụm khung đỡ giữ ổ khí.
Hình 4.37: Mơ hình máy ly tâm trục đứng tốc độ cao sử dụng ổ khí tĩnh
Các chi tiết tiến hành thiết kế, chế tạo bao gồm: - Cụm trục chính máy ly tâm
- Các bộ phận khác
Các chi tiết khác khung đỡ, Thùng ly tâm mơ phỏng vì độ phức tạp không cao và cũng dễ chế tạo nên không đề cập đến trong phần này.
Cụm trục chính của máy ly tâm tốc độ cao sau khi được gia cơng hồn thiện theo hình 4.38 gồm các bộ phận sau: Trục chính (1), bạc cấp khí ổ đỡ (2), vịng giữ cụm ổ đỡ (3), bạc cấp khí ổ đỡ (4), tấm chặn (5), ổ chặn khí tĩnh (6), bạc cấp khí ổ chặn (7), cụm ổ đỡ khí (8). đầu nối khí (9).
a) Ổ đỡ khí tĩnh:
Ổ đỡ đảm nhận nhiệm vụ phát ra dịng khí nén áp suất cao để làm lớp đệm khí giúp cho trục khơng ma sát với ổ trục. Theo tính tốn, khe hở giữa trục và ổ là 0,0125 mm theo hướng kính, bề mặt trong được mài nhẵn đạt Ra = 1,6 µm.
a) Thiết kế b) Chế tạo
Hình 4.39: Thiết kế và chế tạo ổ đỡ khí tĩnh
Dung sai kích thước lỗ của ổ đỡ khí tĩnh khá nhỏ, nên gia cơng rất khó khăn. Kết quả đo kiểm tra bằng palme đo lỗ 3 tiếp điểm INSIZE 3227-50 cho thấy chi tiết gia cơng có lỗ làm việc đạt kích thước 50,03 mm.
b) Ổ chặn khí tĩnh
Kết cấu, kích thước và chức năng của ổ chặn có nhiệm vụ tạo ra áp lực để nâng trục chính để mặt bên dưới của trục khơng tiếp xúc với tấm chặn bên dưới. Để thực hiện được việc này, một tấm phẳng được gắn chặt lên mặt bên dưới của trục chính để tăng diện tích nhằm dễ dàng bố trí các đầu phun khí tạo thành đệm khí (hình 4.40)
a) Thiết kế b) Chế tạo
Hình 4.40: Tấm chặn trên liên kết với trục chính
a) Thiết kế b) Chế tạo
Hình 4.41: Thiết kế Chế tạo ổ chặn
Một ổ chặn với các lỗ cấp khí được bố trí đều (theo tính tốn ở chương 4), lỗ cấp khí có đường kính là 0,7 mm. Một rãnh trịn có bề rộng 0,7mm và sâu 0,3mm đi qua các lỗ cấp khí giúp tạo thành một vành khí tác động đều lên tấm chặn trên để nâng trục. Bề mặt tấm chặn được mài nhẵn đạt Ra = 1,6 µm.
c) Trục chính
Đây là chi tiết trục mơ phỏng cho chi tiết trục của máy ly tâm trục đứng. Trục chính có cùng kích thước với đường kính trục chính của máy ly tâm. Để có thể tạo nên khe hở 0,025 mm với ổ đỡ trục cần được chế tạo đạt cấp chính xác 5 - 6 với dung sai của đường kính trục là 0,01
0 50
bề mặt trục được mài nhẵn đạt Ra = 1,6 µm.
Hình 4.42: Trục chính
d) Đầu cấp khí
Đầu cấp khí sau khi gia cơng xong gồm bạc cấp khí (hình 4.43) và co nối (hình 4.44). Bạc cấp khí được lắp vào lỗ khí trên ổ đỡ để tạo thành khoan khí, có kích thước lỗ được xác định theo mục 4.2. Đường kính lỗ dẫn khí trên bạc cấp khí là d = 0,3 mm.
a) Thiết kế b) Chế tạo
Hình 4.43: Lỗ cấp khí
Co nối (hình 4.44) có nhiệm vụ kết nối với dây dẫn khí từ nguồn cấp khí, một đầu có ren liên kết với ổ khí một đầu có cơ cấu tháo lắp nhanh liên kết với dây dẫn khí.
Hình 4.44: Đầu nối khí
e) Bạc cấp khí
a) Thiết kế b) Chế tạo
Hình 4.45: Bạc cấp khí ổ chặn
a) Thiết kế b) Chế tạo
Hình 4.46: Bạc cấp khí ổ đỡ 4.4 Khảo nghiệm hoạt động
Thử nghiệm khả năng hoạt động của mơ hình máy ly tâm trục đứng tốc độ cao sử dụng ổ khí tĩnh để tiến hành điều chỉnh, đánh giá khả năng làm việc của máy.
4.4.1 Khảo nghiệm khơng tải
Q trình khảo nghiệm được thực hiện tại tại phịng thí nghiệm REME Lab (Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh).
4.4.1.1 Mục đích
- Kiểm tra khả năng làm việc của máy;
- Xác định áp suất khí cung cấp cho ổ khí tĩnh;
- Kiểm tra độ an tồn của thiết bị.
4.4.1.2 Bố trí thí nghiệm
- Sau khi đưa máy vào vị trí thí nghiệm và tiến hành kết nối điện, kiểm tra an tồn, đóng nguồn điện và cho máy chạy rà.
- Sử dụng đồng hồ so Mytast 1/100 bố trí như (hình 4.47) cho đầu dị chạm vào bề mặt trụ ngồi của trục chính. 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.
- 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 để xác định độ nâng của tấm chặn để đánh giá khả năng hoạt động của ổ chặn:
- Áp suất cung cấp cho ổ đỡ, ổ chặn được thay đổi từ 1 - 6 bar, bước tăng áp suất 0,5 bar.
4.4.1.3 Kết quả khảo nghiệm
Máy chạy ổn định, không rung động trong thời gian chạy.
a) Kiểm tra độ nâng b) Kiểm tra độ lệch tâm
Hình 4.47: Máy chạy khơng tải
Kết quả khảo nghiệm và số liệu được trình bày ở hình 4.48 – biểu diễn độ dao động theo phương ngang của ổ đỡ, khả năng nâng của ổ chặn khí tĩnh – nhằm mơ tả khả năng hoạt động của máy ly tâm trục đứng tốc độ cao sử dụng ổ khí tĩnh.
Hình 4.48: Biểu đồ thể hiện khả năng hoạt động của máy khi không tải
Dữ liệu từ biểu đồ ở hình 4.48 cho thấy:
- Dao động của trục theo phương ngang có giá trị trong khoảng 0,04 - 0,02 mm ứng với giá trị áp suất trong khoản từ 1 - 6 bar.
- Khe hở - khả năng nâng ổ chặn có giá trị trong khoảng 0,06 - 0,12 mm trong dải áp suất 1 - 6 bar.
4.4.2 Khảo nghiệm có tải
Q trình khảo nghiệm được thực hiện tại tại phịng thí nghiệm REME Lab (Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh).
4.4.2.1 Mục đích
- Kiểm tra hoạt động của máy ly tâm tốc độ cao.
- Tốc độ lớn nhất, nhỏ nhất khi ly tâm trong một mẽ tinh bột.
- Áp suất cung cấp cho ổ khí tĩnh
- Kiểm tra độ chính xác của máy ly tâm.
4.4.2.2 Bố trí thí nghiệm
- Đưa máy vào vị trí thí nghiệm, kết nối điện và kiểm tra an tồn điện.
- Cấp khí vào ổ khí tĩnh và cho máy vận hành.
- Xác định khả năng hoạt động của ổ khí tĩnh trong máy ly tâm tốc độ cao.
- Thí nghiệm được lặp lại 3 lần trên mỗi lần đo thông số.
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 vịng 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