Nh− vậy khi δ thay đổi thì vận tốc trung bình của dịng khí thay đổi nh−ng khơng nhiều, trong khi đó tổn thất áp suất ∆p thay đổi và phụ thuộc vào khe hở δ theo hàm bậc hai. Theo (3.8) thì tổn thất áp suất phụ thuộc δ theo dạng đ−ờng cong hypecbol, khi δ → 0 thì ∆pδ → ∞ và δ → ∞ thì ∆pδ → 0.
Hình 3.5. Sự phụ thuộc của tổn thất áp suất dịng khí vào chiều rộng khe hở giữa hai hình trụ quay
Nhìn vào đồ thị hình 3.5, nhận xét thấy khi δ càng nhỏ, sự thay đổi nhỏ của δ sẽ làm ∆pδ thay đổi rất nhanh: đ−ờng cong ∆pδ(δ) có độ dốc lớn, cịn khi δ càng lớn thì khi δ thay đổi ∆pδ thay đổi nh−ng không nhiều bằng khi giá trị δ nhỏ: đ−ờng cong ∆pδ(δ) có độ dốc nhỏ hơn và mức độ phụ thuộc của ∆pδ vào δ thay đổi tại giỏ trị δ =1 mm (δ > 1 mm thì δ2 > δ, δ < 1 mm thì δ2
< δ). Vậy để tổn thất áp suất trong khe thay đổi không rõ rệt khi δ
thay đổi, nên lấy δ ≥ 1mm. Tuy nhiên δ không thể quá lớn vỡ phải đảm bảo điều kiện δ = R2 - R1 << R = ( )
2 1
2
1 R
R + để đảm bảo dòng trong khe ổn
định, giá trị δ đ−ợc coi là nhỏ hay khơng phụ thuộc vào đ−ờng kính trung bình của hai hình trụ D, khi D lớn nên lấy δ lớn nh−ng không nên lớn quá để vẫn đảm bảo δ << D
2 1
, khi D nhỏ phải chọn δ nhỏ nh−ng không nên lấy
δ < 1mm (trong tr−ờng hợp D rất nhỏ chọn δ < 1mm nh−ng không nhiều).
Đối với chiều dài khe hẹp không nên chọn quá dài gây tổn thất áp suất lớn, nh−ng nếu quá ngắn, dịng trong khe sẽ khơng kịp ổn định.
ắ Trong máy nghiền đứng, tại khe hở δ có sự chênh lệch nồng độ bụi và nhiệt độ giữa khoang bên trong ổ và mơi tr−ờng bên ngồi nên xuất hiện gradien nhiệt độ và gradien nồng độ, vì thế sẽ xuất hiện dịng khuếch tán qua khe hở. Trong máy nghiền đứng, môi tr−ờng bên ngồi ổ chính là buồng nghiền nên có rất nhiều các hạt sản phẩm lơ lửng, nên có khả năng các hạt bụi sẽ
khuếch tán qua khe hở δ bằng việc thực hiện các chuyển động Brow (mục 6 ch−ơng II). Khi sản phẩm đầu ra càng mịn thì khả năng khuếch tán của các hạt bụi lơ lửng trong buồng nghiền càng cao do hệ số khuếch tán phụ thuộc vào nhiệt độ, vào độ linh động của các hạt bụi theo công thức D =
R T
πà
6
đối với các hạt bụi có dạng hình cầu và D =
32 2 1 1 1 1 ( 3 1 a a a T + + ) đối với hạt
có hình dạng khác (mục 5 ch−ơng II). Với những phân tích nh− trên thì khi điều kiện cơ bản (chênh áp) của ph−ơng pháp làm kín đ−ợc đảm bảo và dịng khí trong hệ thống làm kín ổn định, khả năng bụi vẫn có thể xâm nhập đ−ợc vào khoang ổ do hiện t−ợng khuếch tán. Vì vậy cần kết hợp làm kín bằng ph−ơng pháp tăng áp với làm kín bằng vịng bít cao su để đảm bảo tối đa hiệu quả làm kín. Đồng thời cần xem xét chọn l−u l−ợng dịng khí qua khoang ổ phù hợp để dịng khí l−u thơng trong khoang ổ làm giảm đ−ợc nhiệt độ trong khoang giúp cho các vịng bít cũng nh− chất bôi trơn ổ lâu hỏng.
ắ Phần trên ta đang xét dòng chảy qua khe hở giữa hai hình trụ quay có trục đồng tâm, nghĩa là khe hở δ = const theo cả chiều dọc trục và theo chu vi hình trụ. Tuy nhiên thực tế các trục của ổ th−ờng chịu tải nên đ−ờng tâm trục bị biến dạng cong một l−ợng f, ngồi ra cịn do sai số trong chế tạo và lắp ráp nên th−ờng khe hở δ ≠ const theo cả hai chiều trên. Việc giải bài
toán về chuyển động của chất lỏng nhớt trong khe hở giữa hai hình trụ quay, không song song và không đồng tâm là bài toán rất phức tạp nên để đơn giản, ta coi nh− khơng có biến dạng của đ−ờng tâm trục. Sau đó lý luận nh− sau:
Xét khe hở khi đ−ờng tâm trục bị biến dạng cong đi một l−ợng f (biến dạng của ổ trục khi chịu tải), thì theo chu vi hình trụ tại mặt cắt ra của khe hở sẽ có độ lệch tâm giữa trụ ngồi và trong, độ lệch tâm đó chính là f. Khi đó theo chu vi hình trụ và tại mặt cắt ra khe hở sẽ thay đổi trong khoảng:
Còn theo chiều dọc trục, thực tế khe hở δ ≠ const, nh−ng với chiều dài khe hở không lớn, biến dạng đ−ờng tâm hình trụ khơng lớn, ta coi nh− δ khơng đổi theo chiều dọc trục.
Theo (2.9) thì khi δ = R2- R1 càng lớn (với R1 xác định) thì tốc độ dịng qua khe sẽ giảm đi nh−ng không đáng kể, nh− vậy tại phần khe hở δ L max vận tốc của dịng sẽ nhỏ nhất, có nghĩa là áp suất toàn phần trong khe sẽ nhỏ nhất tại miền có khe hở max. Nh− vậy nếu điều kiện chênh áp tại phần khe hở δ L max đảm bảo thì trên tồn bộ khe hở δ ≠ const điều kiện này cũng đ−ợc đảm bảo.
Do luôn phải tồn tại khe hở giữa phần quay và phần cố định trong cơ cấu làm kín ổ nên:
δL min > 0
hay δ > f (3.9)
Điều kiện (3.9)gọi là điều kiện đảm bảo khe hở biến dạng trong HTLK. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Trong các thiết bị nghiền, để đảm bảo khả năng làm việc d−ới áp lực cao, độ cứng các trục của bánh nghiền rất lớn nên nói chung độ biến dạng f nhỏ, do đó với δ > f vẫn đảm bảo là khe hở hẹp δ << R = ( )
2 1 2 1 R R + . Hình 3.5. Khe hở δ trong tr−ờng hợp trục bị biến dạng
Theo tài liệu [3] trang 87, l−u l−ợng dòng chảy trong khe hở giữa hai hình trụ khi có độ lệch tâm e lớn hơn l−u l−ợng dịng khi hai hình trụ đồng tâm. Nếu gọi l−u l−ợng dịng khí qua khe hở δ giữa hai hình trụ đồng tâm là
Qδ thì l−u l−ợng dịng qua khe hở khi hai hình trụ có độ lệch tâm e sẽ đ−ợc xác định theo công thức: QδE = Qδ ( 2 2 2 3 1 δ e + ) (3.10)
khi độ lệch tâm lớn nhất (e = δ) có : QδE max = 2.5 Qδ.
Vậy khi tính l−u l−ợng cho hệ thống làm kín thì l−u l−ợng tính sẽ là l−u l−ợng qua khe hở có độ lệch tâm f.
ắ Cơng suất tiêu thụ điện của hệ thống làm kín đ−ợc xác định theo công thức: NHT = k Q HT HT P Q η 102 ∆ , Kw (3.11)
Trong đó: QHT l−u l−ợng cần thiết của hệ thống.
∆PHT tổn thất áp trong toàn hệ thống.
ηQ hiệu suất, phụ thuộc loại quạt k là hệ số dự trữ ( k = 1.1 ữ 1.3 ).
Nh− vậy để cơng suất điện tiêu thụ giảm thì hoặc là l−u l−ợng QHT giảm, hoặc tổn thất áp suất trong toàn hệ thống ∆PHT giảm hoặc là cả hai đều giảm. Trong hệ thống làm kín bằng ph−ơng pháp tăng áp, l−u l−ợng Q không nên chọn q nhỏ do ngồi tác dụng làm kín dịng khí cịn có tác dụng làm mát khoang ổ giúp chất bơi trơn và vịng bít khơng bị hỏng nhanh. Do đó để giảm cơng suất tiêu thụ thì nên giảm tối đa tổn thất áp suất trong toàn hệ thống.
Trong HTLK l−u l−ợng dịng khí trong hệ thống chính là l−u l−ợng dịng qua khe hở δ. Vậy để lưu lượng dũng qua khe lớn ở mức thớch hợp thỡ
diện tớch khe hở Fδ phải lớn, Fδ = πDδ nờn Fδ sẽ lớn khi D và δ lớn. Nhưng theo lý luận ở trờn thỡ nờn lấy D lớn để δ cú thể lấy lớn mà vẫn đảm bảo là rất nhỏ tương đối so với R (D), đồng thời khi giỏ trị tuyệt đối của δ lớn sẽ làm giảm tổn thất ỏp suất trong khe hở, làm giảm tổn thất trong hệ thống.
Tổn thất áp suất ∆PHT trên toàn hệ thống là tổng các tổn thất áp suất thành phần, nên ∆PHT là nhỏ khi các ∆P thành phần là nhỏ nhất có thể. Do đó khi thiết kế hệ thống đ−ờng ống hợp lý sao cho tổn thất áp suất trong các khâu của hệ thống là nhỏ mà vẫn đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật khác nh− tính ổn định của dịng trong tồn hệ thống, độ bền cơ khí …
3. áp dụng HTLK cho ổ trục của bánh lăn trong máy nghiền đứng:
3.1 Sơ đồ hệ thống:
Hình 3.6 Sơ đồ HTLK áp dụng cho máy nghiền đứng
Quạt 1: dùng cho hệ thống làm kín Quạt 2: dùng cho hệ phân ly sản phẩm
3.2 Hệ khí động trong buồng nghiền của máy nghiền đứng:
3.2.1 Phân tích hệ khí động trong buồng nghiền của máy nghiền đứng:
ắ Trong máy nghiền đứng, môi tr−ờng bên ngồi khoang ổ chính là buồng nghiền. Dịng chảy trong buồng nghiền là dịng hỗn hợp khí bụi chảy rối, nên để xác định đ−ợc áp suất tại mỗi điểm là một việc rất khó khăn, chỉ có thể xác định đ−ợc áp suất tại các mặt cắt đặc biệt. Theo tài liệu [6] áp suất động tại mặt cắt A – A (mặt trên vành phân tán khí và bên d−ới lớp liệu nghiền) đ−ợc xác định theo điều kiện: Dịng khí thổi qua vành phun phải có áp lực đủ lớn để đẩy bung lên đ−ợc lớp vật liệu đã nghiền tràn ra trên mâm nghiền và phân tán lớp vật liệu này ra. Nói cách
khác là phải tách rời các hạt vật liệu và truyền cho chúng động năng ban đầu để chúng bay lên vùng phân ly. Có nghĩa là :
pđ
A≥ GVL= δγVL (3.12)
Thực tế, để thổi bung đ−ợc lớp sản phẩm nghiền thì dịng khí phải có áp suất động lớn hơn giá trị xác định theo (3.12) vì cịn phải kể đến thành phần lực để thắng đ−ợc ma sát giữa các hạt với nhau. Sau khi thổi bung và phân tán các hạt vật liệu, dịng khí phải đạt đ−ợc vận tốc đủ lớn để nâng đ−ợc các hạt vật liệu ở trạng thái treo bay lên. Nh− vậy trong máy nghiền đứng kiểu bánh lăn, để phân ly đ−ợc sản phẩm thì phải tạo đ−ợc dịng khí bụi chuyển động theo hình xốy trơn ốc h−ớng lên trên, hay áp suất trong buồng nghiền phải đảm bảo giảm dần theo chiều đứng. Để dịng khí bụi trong buồng nghiền khơng phì ra ngoài, áp suất trong buồng nghiền phải nhỏ hơn áp suất bên ngoài. áp suất toàn phần tại mọi điểm trong buồng nghiền sẽ là:
pBN = pt + pđ = γKK H + TB KK g v γ 2 2 2 (3.13) Trong đó : pt là áp suất tĩnh pđ là áp suất động
vTB2 là vận tốc của dịng khí trong buồng nghiền
γKK trọng l−ợng riêng của khơng khí ở nhiệt độ xác định. áp suất mơi tr−ờng bên ngồi buồng nghiền là áp suất khí quyển, nh−ng để đảm bảo tuyệt đối khơng có bụi phì ra ngồi tại mọi điểm trong buồng nghiền thì pBN < 0. Kết hợp với (3.13) có :
pBN = γKK H + TB KK g v γ 2 2 2 < 0, có nghĩa là áp suất động phải ng−ợc chiều với áp suất tĩnh.
3.2.2 Điều kiện chênh áp trong HTLK của máy nghiền đứng: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Theo phân tích ở phần trên, vì áp suất trong buồng nghiền là âm nên nếu áp suất của dịng khí trong khe hở δ là d−ơng thì điều kiện chênh áp
đ−ợc đảm bảo và nh− vậy điều kiện cơ bản của ph−ơng pháp làm kín (điều kiện 3.1) trong máy nghiền đứng sẽ trở thành:
pδ ≈ pđ δ = TB KK g v γ δ 2 2 > 0 (3.14)
3.2.3 Điều kiện về vận tốc của dịng khí làm kín:
Trong buồng nghiền của máy nghiền đứng, bánh nghiền đ−ợc bố trí nghiêng 15o so với ph−ơng đứng (hình 3.7) nên khe hở δ nghiêng so với mặt phẳng ngang góc 15o. Trong tr−ờng hợp kết cấu làm kín theo hình 3.2a thì miệng khe hở sẽ chúc xuống phái d−ới. Trong khi đó do mơi tr−ờng trong buồng nghiền là mơi tr−ờng khí động, để phân ly đ−ợc sản phẩm nghiền thì vận tốc dịng hỗn hợp khí bụi (các hạt bụi lơ lửng chính là sản phẩm cơng nghệ) phải đủ lớn để có thể nâng đ−ợc các hạt sản phẩm tới trạng thái treo, h−ớng của vận tốc nâng các hạt bụi là h−ớng thẳng lên, do đó ngồi việc đảm bảo điều kiện chênh áp (3.14) thì vận tốc của dịng khí trong khe phải lớn hơn vận tốc nâng của các hạt bụi bên ngoài buồng nghiền theo ph−ơng trực diện với khe hở δ.
Có nghĩa là: vδ > vN δ (3.15)
Trong đó: vN δ là vận tốc nâng của dịng hỗn hợp khí - bụi trong buồng nghiền theo ph−ơng trực diện với khe hở (vN δ = vN sin 15o). vδ vận tốc dịng khí trong khe hở làm kín.
vN là vận tốc nâng của dịng hỗn hợp khí - bụi.
Theo tài liệu [6], để có thể nâng đ−ợc các hạt sản phẩm lên vùng phân ly sản phẩm nghiền thì vận tốc nâng của dịng khí động phải đủ lớn để nâng đ−ợc các hạt sản phẩm có đ−ờng kính dmax trong hỗn hợp khí – bụi đến trạng thái treo. Có nghĩa là :
vN ≥ k.vtr max (3.16)
Trong đó: vtr max là vận tốc treo của hạt sản phẩm dmax
k là hệ số tăng vận tốc thực tế so với vận tốc treo (phụ thuộc vào hàm l−ợng vật liệu η trong dịng khí ).
Theo số liệu thực tế của nhiều loại máy nghiền đứng (Tài liệu 6), nếu sản phẩm đầu ra u cầu dải hạt có đ−ờng kính dsp ≤ 0.05 mm thì đ−ờng kính hạt lớn nhất trong hỗn hợp khí – bụi dmax = 0.12 mm. Coi các hạt sản phẩm nghiền là hình cầu, vận tốc treo của hạt đ−ợc xác định theo công thức:
vtr max = 4.7 dmaxγVL (m/s) (3.17) Kết hợp với (3.16), điều kiện (3.15) để có thể nâng đ−ợc các hạt sản phẩm nghiền đạt yêu cầu lên vùng phân ly trở thành:
vN ≥ 4.7 k. dmaxγVL (3.16*)
Hình 3.7. Bố trí bánh nghiền trong buồng nghiền
Từ hình (3.7) ta cũng nhận thấy rằng, kết cấu làm kín theo hình 3.2b có tác dụng ngăn đ−ợc thành phần dịng khí theo ph−ơng trực diện với khe hở δ tốt hơn vì khi đó miệng khe hở h−ớng lên trên.
Nh− vậy, đối với máy nghiền đứng ngồi việc đảm bảo độ chênh áp thì dịng khí làm kín cịn phải đạt đ−ợc vận tốc lớn hơn vận tốc nâng của các hạt bụi trong buồng nghiền theo ph−ơng trực diện với khe hởδ.
Đối với sản phẩm của đề tài KC.05.22 thì tại vùng chuyển tiếp giữa buồng nghiền và vùng phân ly, vận tốc nâng vN = 3.53m/s. Nh− vậy trong máy nghiền đứng, vận tốc dịng khí làm kín tại khe hở phải đảm bảo điều kiện: vδ > 0.914 m/s.