Tính vít tải nhập liệu

PHẦN 5. Tính toán thiết bị phụ

5.4.2. Tính vít tải nhập liệu

Vít tải thuộc bộ phận vận chuyển không có thiết bị kéo. Chi tiết chính của vít tải là vít tải xoắn chuyển động quay một vỏ kính có tiết diện tròn ở dưới. Khi vít chuyển động, cánh xoắn đẩy vật liệu di chuyển trong vỏ. Vật liệu vận chuyển không bán vào cánh xoắn là nhờ trọng lượng của nó và lực ma sát giữa vật liệu và vỏ máng, do đó vật liệu chuyển động trong máng theo nguyên lý truyền động vít-đai ốc.

Vít tải dùng để vận chuyển vật liệu tơi vụn theo phương nằm ngang, thẳng đứng hoặc nằm nghiêng.

 Ưu điểm: Vít tải dùng để vận chuyển trong máng kín do đó không tổn thất rơi vãi, an toàn khi làm việc và sử dụng rất thuận lợi cho việc vận chuyển vật liệu nóng và độc hại.

 Nhược điểm:

- Năng suất thấp - Chiều dài vận chuyển ngắn - Vật liệu bị nghiền nát một phần khi vận chuyển - Tiêu tốn nhiều năng lượng hơn so với băng tải

Cho vít tải nằm ngang thuộc loại cánh xoắn liên tục không liền trục do vận chuyển vật liệu dạng hạt có kích thước khá lớn và vật liệu dính. Phần cuối của vít tải dùng cánh

xoắn dạng lá có tác dụng đánh tơi vật liệu.

Năng suất vít tải nằm ngang:

Q= 47. 𝐷2. 𝑛. 𝑆. 𝜌. 𝜑. 𝐶 [13, CT3.141]

Trong đó:

D: đường kính ngoài cánh vít (m) =>chọn D = 200mm= 0,2m S: bước vít ->Chọn S= 𝐷 = 0,2 (m)

n: số vòng quay của trục vít (vòng/phút) => chọn n= 35 vòng/phút 𝜌: khối lượng riêng của vật liệu, 𝜌 = 1143,96 (kg/𝑚3)= 1,143 (tấn/m3) 𝜑 : Hệ số chứa đầy -> Vì dạng hạt nên 𝜑 = 0,35 − 0,45 =>Chọn 𝜑 = 0,4 C: Hệ số tính tới việc giảm năng suất khi vít tải đặt ngang ->Chọn C= 0,9 (độ dốc 150)

Bảng 5-5: Giá trị hệ số C [13]

Độ dốc của vít tải, độ

15 20 45 60 75

Giá trị C 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5

Ta có:

Số vòng quay lớn nhất của trục vít:

𝑛𝑚𝑎𝑥 = 𝐴

√𝐷 ,(vòng/phút) [13]

Ta chọn: A= 30 => 𝑛𝑚𝑎𝑥 = 67 (vòng/phút)

=> Q= 47. 𝐷2. 𝑛. 𝑆. 𝜌. 𝜑. 𝐶=47. 0,22. 35. 0,2. 1,143. 0,4. 0,9= 5,4 (tấn/h)

Công suất vít tải:

52 N=𝑄.𝐻

367+ 𝐶0.𝑄.𝐿

367, (kW) [13]

N: Công suất (kW) Q: Năng suất vít tải, (T/h) H: Chiều dài vận chuyển vật liệu theo phương đứng, (m) L: Chiều dài vận chuyển vật liệu theo phương ngang (m)-> Chọn L= 8𝑚

𝐶0: Hệ số trở lực xác định bằng thực nghiệm -> 𝐶0 = 1,2 (đối với vật liệu là bột, cưa, mùn, hạt) (Tra bảng 5.2, 13)

 N=𝑄.𝐻

367+ 𝐶0.𝑄.𝐿

367 = 5,4.0,5

367 + 1,2 .5,4 . 8

367 = 0,1486𝑘𝑊 = 148,6𝑊 Công suất động cơ:

𝑁𝑑𝑐 =𝑁

𝜂 =148,6

0,7 = 212,3 (𝑊) [3]

Tính và chọn quạt

*Tính công suất và chọn quạt:

5.5.1 Công suất động cơ điện:

𝑁đ𝑐 = 𝑘3. 𝑁 , kW [CT II.239a, p463,3]

Trong đó

𝑘3: Hệ số dự trữ =>Tra bảng II.48 =>𝑘3= 1,1 𝑁: Công suất trên trục động cơ điện, khi vận chuyển không khí ở nhiệt độ cao (kW)

Công suất trên trục động cơ điện, khi vận chuyển không khí ở nhiệt độ cao:

N= 𝑉.∆𝑃.𝜌

1000.𝜂𝑞.𝜂𝑡𝑟 , kW [3,p464]

Trong đó:

V: Năng suất (m3/s) 𝜂𝑞: hiệu suất quạt lấy theo đặc tuyến =>

𝜂𝑡𝑟: hiệu suất truyền động=> nối trục của quạt với trục của động cơ => 𝜂𝑡𝑟 = 0,98

𝜌: Khối lượng riêng của không khí ở điều kiện tiêu chuẩn kg/m3 (=0,62t heo hình II.60a[3])

∆𝑃: Trở lực mà quạt phải khắc phục (𝑁/𝑚2): lấy tổn thất cột áp toàn phần ở điều kiện làm việc.

Tổn thất cột áp toàn phần cho hệ thống vận chuyển bằng khí:

∆𝑃 = 1,1. ∆𝑃𝑡𝑡(1 + 𝑘. 𝑎) [3]

Trong đó

k: hệ số a: nồng độ khối lượng tương đối của hỗn hợp, kg bụi/kg khí sạch.

Mà ∆𝑃𝑡𝑡 = ∆𝑃𝑡 + ∆𝑃đ [6, p333]

Trong đó:

∆𝑷đ : Tổn thất cột áp động (𝑚𝑚𝐻2𝑂)

∆𝑃𝑡: Tổng tổn thất cột áp tĩnh (𝑚𝑚𝐻2𝑂)

Tổn thất cột áp động ∆𝑷đ

∆𝑃đ =𝑣𝑞𝑢ạ𝑡

2 .𝜌

2𝑔 =18,62 [6,p 332]

Trong đó:

𝑣𝑞𝑢ạ𝑡2 : Vận tốc khí tại cửa ra của quạt (m/s) 𝜌: Khối lượng riêng của khí (kg/m3)

Mà 𝑣𝑞𝑢ạ𝑡 = 𝐿

𝑆𝑞𝑢ạ𝑡 =0,064 (m/s) [6,p332]

Trong đó

L:Lưu lượng thể tích (m3/s) S: Diện tích tiết diện (m2)

Tổng tổn thất cột áp tĩnh:

∆𝑃𝑡 = ⅀𝑃𝑚𝑠+ ⅀𝑃𝑐𝑏 + ∆𝑃𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟𝑖𝑓𝑒 + ∆𝑃𝑐𝑦𝑐𝑙𝑜𝑛 , 𝑚𝑚𝐻2𝑂 [12, p94]

⅀𝑃𝑚𝑠: trở lực ma sát trên đường ống dẫn khí,𝑚𝑚𝐻2𝑂

⅀𝑃𝑐𝑏: trở lực cục bộ trên đường ống dẫn khí, 𝑚𝑚𝐻2𝑂

∆𝑃ố𝑛𝑔: trở lực ống,𝑚𝑚𝐻2𝑂

∆𝑃𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟𝑖𝑓𝑒: trở lực calorife, 𝑚𝑚𝐻2𝑂

∆𝑃𝑐𝑦𝑐𝑙𝑜𝑛: trở lực cyclon, 𝑚𝑚𝐻2𝑂

 Trở lực cyclon:

∆𝑝 =Wq2×ρk

2 [CT III.56,p530, 3]

Trong đó:

: tổng hệ số trở lực, tra ở bảng III.7, sổ tay tập 1 =>  = 105 pk: khối lượng riêng của khí, kg/m3 (=0,928 kg/m3)

wq :Tốc độ quy ước , m/s

Mà wq= 𝑉

𝐹 , m/s ([3], III.55,p530)

Với F là diện tích (m2) Ta có: Vk= 408,16 m3/h= 0,1134 m3/s (đã tính ở chương II)

V1= 𝑉𝑘

2 = 0,1134

2 = 0,0567 (m/s)

=>wq= 𝑉

𝐹 = 0,567.2

𝜋.𝐷 = 0,567.2

𝜋.0,2 = 9,024 m/s ([3], III.55,p530) Với D là đường kính cyclon =200mm

Suy ra:

∆𝑝 =Wq2×ρk

2 = 105.9,0242.0,928

2 = 3967,4 N/m2 = 404,6 𝑚𝑚𝐻2𝑂

 Trở lực qua calorifer:

∆𝑝𝑐 = ξ. 𝜌.𝜔𝑚𝑎𝑥2

2.𝑔 . 𝑧 [16, p110.2-138]

Trong đó:

ξ: hệ số trở lực

𝜔𝑚𝑎𝑥: vận tốc không khí tại khe hẹp nhất của calorifer (=0,37 m/s) z: Số hàng ống

Hệ số trở lực:

ξ= 0,72. 𝑅𝑒−0,245. (𝑠1−𝑑2

𝑠𝑐 + 2)0,9. (𝑠1−𝑑2

𝑑2 )0,9. (𝑑𝐸

𝑑2)0,9. (𝑠1−𝑑2

𝑠2−𝑑2)−0,1 [16, p110.2-138]

= 0,72. (578,94)−0,245. (0,1 − 0.049

0,0055

+ 2)0,9. (0,1 − 0,049

0,049 )0,9. (0,033

0,049)0,9. (0,1 − 0,049

0,1 − 0,049)−0,1 = 261,086

∆𝑝𝑐 = ξ. 𝜌.𝜔𝑚𝑎𝑥2

2.𝑔 . 𝑧 = 1,34.0,892.0,372

2.9,81.5=8,125 mmH20

 Thiết kế đường ống:

- Do hệ thống sấy dài, có trở lực lớn nên ta dùng 2 quạt đặt ở đầu và cuối hệ thống:

 Quạt đặt ở đầu hệ thống - quạt đẩy, có nhiệm vụ cung cấp không khí cho calorifer.

Không khí ngoài trời được quạt đẩy đưa qua calorifer, trao đổi nhiệt rồi đưa vào thùng sấy, qua một đoạn ống cong 130℃.

 Quạt đặt ở cuối hệ thống – quạt hút, có nhiệm vụ hút tác nhân sấy qua ống sấy để cấp nhiệt cho vật liệu sấy và qua cyclon để thu hồi sản phẩm. Đường ống từ sau ống sấy đến trước cyclon có tiết diện hình chữ nhật và bằng tiết diện cửa vào cyclon, có 1 đoạn cong 90℃ và nhánh để đi vào cyclon.

*Trở lực ma sát trên đường ống:

Chuẩn số Reynolds:

Re=𝑣.𝐷𝑡đ.𝜌𝑘

𝜇𝑘 [3,p377]

Trong đó:

 𝒗. 𝝁𝒌. 𝝆𝒌: vận tốc (m/s), khối lượng riêng (kg/𝒎𝟑), độ nhớt(Ns/𝒎𝟐) của không khí sấy tại các vị trí tương ứng.

 𝑫𝒕đ: đường kính tương đương của đường ống (m)

 Ống tròn: 𝑫𝒕đ = 𝑫ố𝒏𝒈

 Ống hình chữ nhật: 𝑫𝒕đ =𝟒𝑺

𝑪 = 𝟒.𝒂.𝒃

𝟐.(𝒂+𝒃)

a,b: chiều dài 2 cạnh của tiết diện ống (m) S: diện tích tiết diện ống (𝑚2)

C: chu vi tiết diện ống (m)

) . (

2 . . .

) / 2 ( . . .

2 2

O g mmH v

D L

m v N

D P L

k k tđ

k k tđ ms

 





(CT II.55, p377-[3])

Với không khí chảy dòng , R ≤ 2320, xem dòng chảy ở khu vực nhẵn thủy lực -> hệ số

trở lực ma sát λ, theo bảng II.11 [3, p380]

Bảng 5-6: Kết quả trở lực ma sát trên đường ống

STT Đoạn ống L(m) 𝑫𝒕đ(𝒎) Re 𝝀 ∆𝑷𝟏(𝒎𝒎𝑯𝟐𝑶)

1 Quạt đẩy -> caloriphe 0,5 0,8 2053,52 0,031 0,36 2 Caloriphe -> thiết bị sấy 1 0,8 2053,52 0,031 0,72

56 3 Ống sấy->

cyclon

Nhánh chính

3 0,52 1334,79 0,048 5,16

2 nhánh rẽ 0,5 0,23 590,39 0,109 4,4

4 Cyclon->

quạt hút

2 nhánh rẽ 0,5 0,23 590,39 0,109 4,4

Nhánh chính

3 0,5 1283,45 0,049 5,47

Nhánh chính->quạt

12 0,8 2053,52 0,031 8,7

⅀𝑃𝑚𝑠 =0,36+0,72+5,16+4,4+4,4+5,47+8,7=29,21 mmH20

*Tính trở lực cục bộ:

- Áp suất cần thiết để khắc phục trở lực cục bộ trong ống dẫn:

∆𝑃𝑐𝑏 = 𝜉.𝑣𝑘2.𝜌𝑘

2 (N/𝑚2)

= 𝜉.𝑣𝑘2.𝜌𝑘

2.𝑔 (mm𝐻2𝑂) [12,p95]

Với 𝜉: Hệ số trở lực cục bộ

a) Đột mở:

- Hệ số tổn thất cột áp cục bộ của dòng chảy qua ống phân kỳ:

𝜉 = 𝑘(𝐴1

𝐴2− 1)2 (CTP8.5, [19])

Với:

𝐴1, 𝐴2: diện tích tiết diện ống nhỏ và ống mở rộng, 𝑚2 k: hệ số

với góc mở 𝜃 =6° 𝑡ℎì 𝑘 =0,1 (bảng b2, [19])

Bảng 5-7: Áp suất cần thiết để khắc phục trở lực cục bộ do đột mở

Vị trí trở lực Ống nhỏ Ống mở rộng 𝝃 ∆𝑷𝟏(𝐦𝐦𝑯𝟐𝑶)

𝑫𝒕𝒅𝟏(𝒎) 𝑨𝟏𝒎𝟐 𝑫𝒕𝒅𝟐(𝒎) 𝑨𝟐𝒎𝟐 Cửa ra quạt

đẩy đường ống 0,56 0,31 0,8 0,64 0,026 0,48

Cửa ra cyclon -

> quạt hút 0,5 0,19 0,8 0,5 0,037 0,68

b)Uốn cong:

Hình 5-4: Uốn cong

- Trên hệ thống có 1 lần uốn cong 120° trên ống vuông là sau caloriphe để đến hệ thống sấy, 1 lần uốn cong 90° trên ống tròn từ cyclon đến quạt và một lần uốn cong 45° trên ống tròn từ ống sấy đến cửa tháo liệu.

- Hệ số tổn thất cột áp cục bộ của dòng chảy tại chỗ uốn cong, đối với ống tiết diện tròn:

Ta có: 𝜉 = 𝑘. 𝜃°

90° (CT P8.10, [19])

Với 𝜃 = 90°

𝑅0: bán kính uốn D: đường kính ống

Chọn 𝐷

2𝑅0= 0,5-> k= 0,29 (bảng b7, [18])

Bảng 5-8: Áp suất cần thiết để khắc phục trở lực cục bộ do uốn cong

Vị trí trở lực Góc uốn cong 𝝃 ∆𝑷(𝒎𝒎𝑯𝟐𝑶)

Calorife -> ống sấy 120 0,38 7,08

Ống sấy -> cửa tháo liệu 45 0,14 2,6

Cyclon -> quạt hút 90 0,29 5,4

⅀𝑃𝑐𝑏 = 5,4 + 2,6 + 7,08 + 0,48 + 0,68 = 16,24 𝑚𝑚𝐻20

Tổng tổn thất cột áp tĩnh:

∆𝑃𝑡 = ⅀𝑃𝑚𝑠+ ⅀𝑃𝑐𝑏 + ∆𝑃𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟𝑖𝑓𝑒 + ∆𝑃𝑐𝑦𝑐𝑙𝑜𝑛 , 𝑚𝑚𝐻2𝑂 [12, p94]

=29,21 + 16,24 + 8,125+ 404,6 = 458,175 𝑚𝑚𝐻2𝑂

Tổn thất cột áp tính toán:

∆𝑃𝑡𝑡 = ∆𝑃𝑡 + ∆𝑃đ = 458,175 + 18,62 = 476,79 [6, p333]

Tổn thất cột áp toàn phần cho hệ thống vận chuyển bằng khí:

∆𝑃 = 1,1. ∆𝑃𝑡𝑡(1 + 𝑘. 𝑎) = 524,48 [3]

58 Trở lực mà quạt phải khắc phục ∆𝑃(𝑁/𝑚2): lấy tổn thất cột áp toàn phần ở điều kiện làm việc.

∆𝑃1 = ∆𝑃1 =∆𝑃

2 =524,48

2 = 262,24 𝑚𝑚𝐻2𝑂

Công suất trên trục động cơ điện, khi vận chuyển không khí ở nhiệt độ cao:

N= 𝑉.∆𝑃.𝜌

1000.𝜂𝑞.𝜂𝑡𝑟 =11,34 .262,24.0,892

1000.0,62.0,98 = 4,36 Kw [3,p464]

Công suất động cơ điện:

𝑁đ𝑐 = 𝑘3. 𝑁 =1,1. 4,36 =4,8 kW=6,44 HP [CT II.239a, p463,3]

5.5.2 Chọn quạt

Chọn quạt ly tâm áp suất trung bình U9-57,N°5 có kích thước: [3,p487]

Mặt bích cửa ra: hình vuông, B2= 350𝑚𝑚 - Mặt bích cửa vào: hình tròn, D= 509𝑚𝑚

Bảng 5-9: Các kích thước của U9-57,N°5

A B G E N P K L L1 L2 L3 L4 M H D3

325 500 387 449 252 325 545 325 325 425 444 22 212 438 17

d O B2 B1 d1 Số lỗ D D1 D2 d2 Số lỗ

250 100 350 404 8,5 16 509 545 559 8,5 16

Hình 5-5: Kích thước quạt ly tâm U9-57,N°5

Tính tai đỡ ống sấy

Hình 5-6: Tai treo

*Khối lượng của thân ống sấy

m1=n.𝜋

4 . (𝑑𝑛2 - 𝑑12).H. 

Trong đó

n: số ống truyền nhiệt dn: đường kính ngoài ống truyển nhiệt (m) dt: đường kính trong ống truyển nhiệt (m)

H: chiều cao ống truyền nhiệt (m)

: Khối lượng riêng của thép kg/m3

=> mống=n.𝜋

4 . (𝑑𝑛2 - 𝑑12).H.  = 1.𝜋

4. (1,5032-1,52).11,9 . 7850=660,97 (kg) [14]

*Khối lượng mặt bích:

𝑉𝑏í𝑐ℎ=4𝜋.(D2-𝐷32).h=4𝜋 (0,1642-0,5602). 0,047 (m3) [14]

Trong đó - Đường kính ngoài của thiết bị: D (m) - Đường kính đến vòng ngoài đệm: D3 (m) mbích= .𝑉𝑏í𝑐ℎ= 7850.4𝜋 (0,1642-0,5602). 0,047= 11,87 (kg) [14]

*Khối lượng lớp cách nhiệt bông thuỷ tinh

b = 200 kg/m3

60 mbông = b.

𝜋.(𝐷𝑛′2 − 𝐷𝑛2)

4 . 𝐻 (kg) [14]

Trong đó

𝐷𝑛′ : đường kính ngoài lớp cách nhiệt (m) 𝐷𝑛′= Dn +2 với = 10mm Dn: đường kính trong lớp cách nhiệt, chính là đường kính ngoài của ống (m) H: chiều cao ống truyền nhiệt (m)

=> mbông = b.

𝜋.(𝐷𝑛′2 − 𝐷𝑛2) 4 . 𝐻 = 200.𝜋.(1,523

2−1,5032) 4 . 11,9 = 113,12 (kg) Xem khối lượng bulông không đáng kể =>M ≈ 785,96 (kg)

Chọn số tai đỡ hàn vào ống là 4 cái, được làm bằng thép CT3.

Trọng lượng trên mỗi tai đỡ

G= 𝑔.𝑀

4 = 9,81.785,96

4 = 1927,58N ≈0,2.104N [14]

Chọn G = 0,25.104N, các thông số tai treo được tra theo bảng XIII.36_Tai treo thiết bị thẳng đứng [4]

Bảng 5-10: Tai treo thiết bị thẳng đứng

G.104 F.10-4 q.106 L B B1 H S l a d Khối lượng 1

tai treo 0,25 57 0,44 90 65 75 140 6 35 15 14 1

N m2 N/m2 mm Kg

Trong đó

G: Tải trọng cho phép trên một tai treo (N) F: Bề mặt đỡ m2

q: Tải trọng cho phép lên bề mặt đỡ N/m2

TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH