Embed Size (px)
Citation preview
1. MỞ ĐẦU
Xây dựng là một trong những ngành kinh tế hiện đang có tốc độ phát triển
cao ở nước ta. Vì vậy sản xuất vật liệu xây dựng có chất lượng, giá thành hạ có
tính cấp thiết cao. Trong đó gạch là nguyên liệu không thể thiếu trong xây dựng
nhà cửa, công trình kiến trúc.
Gạch là vật liệu xây dựng truyền thống ở trong nước và trên thế giới. Gạch
được sản xuất theo hai nguyên tắc là nung và không nung. Gạch không nung được
sản xuất từ hỗn hợp có chất kết dính được trộn và tạo hình ở điều kiện nhiệt độ
bình thường. Các phản ứng hóa học xẩy ra làm cho gạch trở lên cứng khi nước
được bay hơi. Còn gạch nung được sản xuất từ đất (đất có nhiều thành phần sét).
Sau khi tạo hình và đạt độ khô nhất định thì đất được đưa vào lò đốt nung ở nhiệt
độ cao trên 7000C. Phản ứng ô xy hóa ở nhiệt độ cao tạo thành ô xýt sắt (sắt là
thành phần hóa học chủ yếu có trong thành phần đất gạch khi nung) lên viên gạch
có màu đỏ hồng. Trước đây, sau khi tạo hình thành viên gạch mộc, người ta đốt
chúng bằng các lò đốt truyền thống với nhiên liệu chính là củi. Do nhu cầu tiêu
thụ của thị trường, các lò gạch thủ công dùng củi đã tiêu thụ một lượng không nhỏ
cây cối dẫn đến nạn phá rừng làm mất cân bằng sinh thái, khả năng chống lại lũ
lụt của rừng che phủ.
Ở Đồng bằng Nam bộ, một số nơi đã chuyển đổi dùng các phụ phẩm trong
nông nghiệp như rơm – rạ, trấu làm nhiêu liệu đốt trong sản xuất gạch nung. Tuy
nhiên, phương pháp này lại đưa đến tình trạng ô nhiễm môi trường không khí. Tại
tỉnh Đồng Tháp, chính quyền sở tại đã ra những văn bản ngưng hoạt động đối với
lò gạch đốt bằng trấu. Còn ở các tỉnh phía Bắc nhờ gần nguồn nhiên liệu than đá
giá rẻ, các lò đốt gạch thủ công truyền thống dùng than đá đóng thành bánh xếp
xen kẽ với gạch để nung. Tuy nhiên kể cả phương pháp đốt gạch này cũng như
phương pháp đốt gạch bằng củi, trấu chất cho chất lượng gạch nung không cao,
- 1 -
phế phẩm nhiều, năng suất thấp, giá thành gạch được sản xuất ra cao.
Trước tình hình sản xuất gạch xây dựng như vậy, vào đầu thập niên 1990,
nước ta đã tiếp nhận công nghệ sản xuất gạch nung bằng lò Tuynel của Italia. Tuy
nhiên nhiên liệu sử dụng trong các lò này lại bằng dầu FO. Đây là loại nhiên liệu
mà nước ta chưa chủ động sản xuất được phải nhập bằng ngoại tệ. Vì vậy giá
thành sản xuất tăng cao mặc dù chất lượng gạch thỏa mãn các đối tượng sử dụng.
Khắc phục nhược điểm này, các nhà khoa học thuộc Viên Nghiên Cứu Vật
Liệu Xây Dựng đã thay thế nhiên liệu dầu FO bằng bột than đá. Theo công nghệ
cải tiến này, bột than đá được nghiền từ than với độ nhỏ dưới 1 mm được trộn
cùng với đất theo tỷ lệ khối lượng 4 – 6 % (tùy theo nhiệt trị của than đá) để tạo
hình viên gạch mộc. Quá trình nung, nhiệt đốt cháy được bổ sung thêm bằng cách
phun bột than theo tỷ lệ từ 3 – 4 % theo khối lượng. Cùng với khối lượng than đá
nằm trong gạch, phản ứng cháy xẩy ra làm chín viên gạch. Quá trình sản xuất gạch
nung bằng lò Tuynel vừa cho năng suất cao, chất lượng gạch ổn định. Với công
nghệ mới dùng bột than đá, nên quá trình sản xuất gạch hầu như cho lượng phế
thải tối thiểu, giá thành hạ. Vì vậy hầu như 100 % các nhà máy sản xuất gạch nung
của nước ta hiện nay đều bằng lò Tuynel dùng bột than đá.
Chính vì vậy, việc thiết kế, chế tạo máy nghiền than đá phục vụ sản xuất
gạch nung bằng lò Tuynel có ý nghĩa thực tiễn và là yêu cầu cấp bách từ sản xuất.
Trước yêu sản xuất đặt ra và được sự đồng ý của Ban chủ nhiệm khoa Cơ Khí -
Công Nghệ cùng với sự hướng dẫn tận tình của Cô Trần Thị Thanh, chúng em
thực hiện đề tài:
"Thiết kế - chế tạo - khảo nghiệm máy nghiền than đá
MNTĐ-3000kg/h"
Với thời gian hạn chế, là lần đầu tiên thực hiện đề tài nghiên cứu khoa học
dưới dạng luận văn tốt nghiệp nên không thể tránh khỏi những sai sót, chúng em
kính mang quý thầy, cô cùng các bạn sinh viên góp ý để xây dựng luận văn này tốt
hơn. Chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến quý thầy, cô, các bạn sinh
viên, các nhà khoa học, các nhà sản xuất đã giúp đỡ chúng em trong suốt quá trình
học tập và rèn luyện tại trường.
- 2 -
2. MỤC ĐÍCH ĐỀ TÀI
Mục đích của đề tài là tính toán, thiết kế, khảo nghiệm máy nghiền than đá
có năng suất 3000kg/h đạt được kích thước của sản phẩm nghiền từ 0,5 1 mm
để đáp ứng yêu cầu công nghệ sản xuất gạch nung bằng là Tuynel.
Nội dung thực hiện:
Tra cứu tài liệu, sách báo có liên quan đến chủ để của đề tài.
Lựa chọn nguyên tắc làm việc và đề ra mô hình máy.
Tính toán, thiết kế theo mô hình máy đã chọn .
Xây dựng bản vẽ lắp và bản vẽ chi tiết.
Theo dõi chế tạo.
Lắp đặt và ứng dụng vào sản suất.
Nhận xét đánh giá.
- 3 -
3. TRA CỨU TÀI LIỆU, SÁCH BÁO PHỤC VỤ
CHỦ ĐỀ CỦA ĐỀ TÀI
3.1. Đối tượng gia công
3.1.1. Tính chất cơ lý của than đá
Than đá có tính chất cháy triệt để (khi bị phá huỷ cấu trúc nhưng vẫn rực
lửa). Than đá hay than nâu là chất rắn dễ cháy, được khai thác từ tầng lớp hay
mạch của trái đất được sử dụng làm nhiên liệu giống như than củi, thành phần
chính là cacbon nhưng liên kết chặt hơn, có tính hấp thụ tốt. Những thực vật bị
chôn vùi trong đất lâu năm cung tạo nên lớp than đá, than đá đốt cháy tạo ra khói.
Than đá là hợp chất hyđrocacbon với thành phần chính là cacbon, than đá cứng
giòn dễ vỡ. Tính chất cơ lý của than như sau:
Khối lượng riêng 1400 - 1800 kg/m3
Khối lượng thể tích 800 kg/m3
Giới hạn bền 2 -2,5 N/m3
Hệ số ma sát với thép 0,47
Góc nghiêng tự nhiên 50o
3.1.2. Yêu cầu kỹ thuật của than đá khi làm nhiên liệu trong nung gạch.
Kích thước hạt phải đồng đều và đạt 0,5 1 mm.
Không kết dính với nhau làm hạn chế khả năng khuyếch tán
của than.
Đảm bảo nhiệt trị cần thiêt.
3.2. Lý thuyết nghiền
3.2.1. Khái niệm về nghiền
Nghiền là quá trình phá huỷ vật thể rắn bằng các lực cơ học thành các phần
tử, nghĩa là bằng cách đặt vào vật thể rắn các ngoại lực mà các lực này lớn hơn
- 4 -
các lực phân tử của vật thể rắn đó. Kết quả của quá trình nghiền là tạo nên nhiều
phần tử cũng như ngiều bề mặt mới.
Các cơ sở vật lí của quá trình nghiền vỡ vật rắn: Xuất phát từ các công
trình nghiên cứu của viện sĩ A.Ph.lophphe, P.A.Rebinde và I.A.Phrenkl xác nhận
đặc điểm bất kì của vật thể rắn nào cũng đểu tồn tại các khuyết tật cực nhỏ. Các
khuyết tật này có phân bố thống kê theo chiều dày vật thể. Đồng thời chúng thể
hiện cục bộ ra bề mặt ngoài. Khi có tải trọng tuần hoàn với chu kì tiếp theo thì số
lượng vết nứt trong vật thể gia tăng và độ bền ngày càng giảm. Sự xuất hiện các
vết nứt tế vi trong vật thể sẽ làm giảm lực liên kết phân tử làm giảm độ bền một
cách đột ngột.
Những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nghiền: Có rất nghiều yếu tố ảnh
hưởng đến quá trình nghiền xuất phát từ tính chất của vật liệu nghiền như độ bền,
độ cứng, độ ẩm, độ nhớt, kích thước, hình dạng, trạng thái, dạng bề mặt, hệ số ma
sát…Và tính chất của máy nghiền: Cấu tạo của bộ phận nghiền, hình dạng và
trạng thái của bề mặt nghiền, vận tốc của bộ phận nghiền, lượng tải cung cấp, điều
kiện khí động…Các yếu tố ảnh hưởng đến vấn đề nâng cao chất lượng nghiền và
vấn đề tiêu hao năng lượng riêng. Nguyên lý chung là không nên nghiền thừa nhỏ
quá mức cần thiết, có như vậy mới giảm được mức tiêu hao năng lượng riêng,
tăng năng suất, giảm hao mòn máy.
3.2.2. Các chỉ tiêu đánh giá quá trình nghiền /TL9/
3.2.2.1. Diện tích bề mặt
Diện tích bề mặt là chỉ tiêu được dùng để đánh giá một cách định lượng về
sự phân tán của các vật liệu rời. Là tỉ số của tổng diện tích bề mặt của các phần tử
được chứa trong một đơn vị thể tích.
Diện tích bề mặt thể tích:
s = (m2/m3) (3.1)
Diện tích bề mặt khối lượng:
s = (m2/m3) (3.2)
Trong đó: d-đường kính trung bình của các phần tử,(m).
- 5 -
-khối lượng riêng,(kg/m3)
Từ công thức trên cho ta thấy để xác định thể tích riêng bề mặt vật liệu cần
thiết phải biết kích thước dài của phần tử vật liệu đó.
3.2.2.2. Mức độ nghiền.
Mức độ nghiền còn được gọi là tỷ số nghiền, là tỷ số giữa kích thước của
kích thước của hạt đem nghiền với hạt sản phẩm. Các kích thước tuyệt đối, độ hạt
của các phần tử có được khi nghiền. Người ta thường sử dụng tỷ số nghiền để
đánh giá chất lượng sản phẩm và đánh giá năng lượng.
Vậy theo chỉ tiêu này, nó đã phản ánh chiều sâu quá trình phân tán. Trong
trường hợp chung, dung tích năng lượng của quá trình công nghệ nghiền phụ
thuộc vào sự gia tăng diện tích riêng bề mặt ∆S của vật liệu. Nghĩa là:
∆S= Sc-Sd ( 3.3)
Trong đó :
Sc - diện tích riêng bề mặt của các phần tử vật liệu kết thúc quá trình
nghiền;
Sd - diện tích riêng bề mặt của các phần tử vật liệu bắt đầu quá trình
nghiền.
Cùng với sự giảm kích thước của các phần tử diện tích riêng bề mặt tăng
lên vì vậy mức độ nghiền là tỷ số diện tích riêng bề mặt củâ các phần tử vật
liệu cuối quá trình nghiền và diện tích riêng bề mặt của các phần tử ban đầu.
(3.4)
Theo lý thuyết mức độ nghiền của vật liệu thường được đánh giá qua tỷ
số giữa kích thước trung bình D của vật liệu trước khi nghiền và kích thước trung
bình của phần tử sản phẩm nghiền:
(3.5)
Mức độ nghiền là đặc tính cơ bản để đánh giá quá trình nghiền.
Khi nghiền nguyên liệu bằng máy nghiền kiểu búa thông thường thì độ nhỏ
của bột nghiền được điều chỉnh bằng sàng đặt trong buồng nghiền.
3.2.3. Các thuyết nghiền /TL9/
- 6 -
Năng lượng cần để nghiền vỡ than đá phụ thuộc vào nhiều yếu tố: kích
thước, hình dạng hạt, sự phân bố sắp xếp của hạt, độ bền, độ giòn,sự đồng nhất
của than đá, độ ẩm, hình dạng và trạng thái làm việc của máy nghiền.v . v…. cho
nên để xác lập mối quan hệ giữa năng lượng nghiền và các tính chất cơ lý của vật
liệu nghiền rất quan trọng. Theo thuyết thứ nhất thì vật liệu sẽ bị phá vỡ nếu ứng
suất sinh ra trong nó vượt qua sức bền cắt phần tử xuất phát từ lực liên kết giữa
các phân tử.
Lý thuyết thứ hai cho rằng để làm nứt vết nứt ban đầu đã có sẵn trong vật
liệu thì năng lượng truyền đến vật thể ít nhất cần phải bằng năng lượng tự do trên
bề mặt. Năng lượng tự do bề mặt tăng lên cùng với sự tăng tỷ số truyền. Do ứng
suất bề mặt làm xuất hiện hiện tượng bám dính mà biểu hiện của nó là đối với quá
trình nghiền tinh các hạt vật liệu nhỏ được nghiền đã không nhỏ mịn mà ngày
càng thô hơn, vón cục và dính vào máy nghiền.
3.2.3.1. Thuyết bề mặt
Thuyết bề mặt do nhà bác học người Đức P.Rv.Ritingon đề xuầt vào năm
1867 với nội dung: "Công dùng cho quá trịnh nghiền với bề mặt mới tạo thành của
vật liệu đem nghiền".
(J) (3.6)
Trong đó : As - Công chi phí để nghiền vỡ vật thể, tạo bề mặt mới, J;
- Diện tích bề mặt mới được tạo thành (sự gia tăng diện
tích riêng bề mặt), m2.
3.2.3.2. Thuyết thể tích.
Thuyết thể tích được nhà bác học người Nga V.L.Kirpitrev đề xuất vào
năm 1874 và được giáo sư người Đức Ph.Kik kiểm tra bằng thực nghiệm trên máy
nghiền kiểu búa vào năm 1885. Nội dung cơ bản của thuyết thể tích là : "Công cần
thiết để nghiền vật liệu tỉ lệ thuận với mức biến đổi thể tích của vật liệu".
(J) (3.7)
Trong đó : Av - Công chi phí để nghiền vỡ vật thể, J;
- Phần thể tích vật thể bị biến dạng, m3.
- 7 -
Nhưng phần thể tích bị biến dạng lại tỉ lệ thuận với thể tích ban đầu V
của tất cả các cục vật liệu, nghĩa là . Cho nên :
Av = k.k1.V = k2.V = Kv.D3
Hay Av = k2.V = k2 m = kv.m (3.8)
Trong đó: k1,k2 - Các hệ số tỉ lệ trong các công thức theo thuyết thể tích;
m - Khối lượng cục vật liệu nghiền.
3.2.3.3. Thuyết dung hoà
Hai thuyết diện tích và thể tích như đã nêu cho nên Ph.C.Bon dã đề xuất
một thuyết nghiền thứ ba để dung hoà hai thuyết trên vào năm 1952. Nội dung của
thuyết dung hoà cho rằng:" Công nghiền tỉ lệ vớ trung bình nhân giữ thể tích (V)
và bề mặt (S) của vật liệu đem nghiền".
Adh = k = k (3.9)
Sau khi biến đổi ta nhận được:
Adh = kdh (3.10)
Sau này còn có công trình nghiên cứu của nhà bác học Nga A.K.Rungbixt
(1956) và nhà bác học người Mỹ R.Trarlz (1958). Các nhà bác học này đã giới
thiệu phương trình:
dA = -cd (3.11)
Trong đó: A - Công biến dạng, J;
- Kích thước đặc trưng (đối với cục vật liệu là D và các
phần tử bột nghiền là d), mm;
c và z- các hệ số.
Lấy tích phân phương trình (3 - 11) và khi cho các giá trị rời rạc z = 1; 2;
3/2 bằng sự tính toán đến giá trị cuối cùng của các kích thước chúng ta sẽ nhận
được giá trị gần đúng tích phân có dạng:
A = k. Dq (3.12)
Khi đó chỉ số mũ q có các giá trị 3; 2 và 2,5. Tương ứng với các biểu thức
sau:
Av = kv.D3 - Thuyết thể tích của Kirpitrev - Kik
- 8 -
As = ks.D2 - Thuyết diện tích của Ritigo
Adh =kdhD2,5 -Thuyết dung hoà của Bon
3.2.3.4. Thuyết tổng hợp.
Do ở chỗ thiếu sót của hai thuyết diện tích và thể tích khi dựa vào các tích
chất cơ lý của vật liệu nghiền trong biến dạng, viện sỹ người Nga P.A.Rebinder
lần đầu tiên vào năm 1928 đã đưa ra thuyết nghiền tông hợp còn gọi là thuyết
ngiền cơ bản với nội dung như sau."Công nghiền vật liệu bao gồm tiêu hao để tạo
ra bề mặt mới và công để làm biến dạng vật liệu", và được thể hiện dưới dang biểu
thức sau:
Ath = f( ) + f( ) (3.13)
Trong đó: V- phần thể tích bị biến dạng của vật nghiền;
S- diện tích riêng bề mặt được gia tăng.
Ath = Av + As = k. V + S (3.14)
Trong đó: Av- công chi phí cho sự biến dạng của vật liệu;
As- công chi phí cho sự hình thành các bề mặt mới;
k - hệ số tỉ lệ;
- hệ số tỉ lệ có tính đến năng lượng sức căng bề mặt của vật
thể cứng.
Từ phương trình (3.14) cho thấy công đầy đủ để nghiền vỡ vật thể băng
tổng công chi phí cho biến dạng lẫn tạo ra bề mặt mới.
3.3. Nguyên tắc làm việc của các máy nghiền /TL9/
Tuỳ thuộc vào nguyên tắc nghiền mà ta có các loại máy nghiền tương ứng.
3.3.1. Nguyên tắc va đập vỡ tự do
Cấu tạo của máy được trình bày như hình 3.1. Bộ phận làm việc chủ yếu
của máy nghiền làm việc theo nguyên tắc này là rô to quay với vận tốc cao tới 35-
70 m/s. Do đó động năng E = mv2/2 rất lớn và khi gặp các phần tử hạt đang rơi
vào máy tự do thì búa đập vỡ rồi văng các hạt vỡ đó vào thành máy và các tấm
sàng. Ngoài ra các hạt khi va đập vào vỏ máy và chà xát vào các tấm sàng cũng vỡ
thêm. Loại máy nghiền này có năng suất cao, vạn năng nghiền được nhiều loại
nguyên liệu nhưng thích hợp với các nguyên liệu khô dòn hơn. Cấu tạo đơn giản
và dễ sử dụng. Máy nghiền than đá chủ yếu dùng nguyên lý làm việc này.
- 9 -
2
1
Hình 3.1. Nguyên tắc va đập vỡ tự do.
1. Phễu cấp liệu; 2. Rôto; 3. Buồng nghiền; 4. Lưới sàng ; 5. Búa nghiền;
6. Chốt treo búa; 7. Má đập phụ.
3.3.2. Nguyên tắc cắt nghiền vỡ
Hình 3.2. Nguyên tắc nghiền vỡ.
1. Cửa cấp liệu; 2. Trục nghiền.
Áp dụng ở các máy xay kiểu trục cuốn và các máy nghiền khô dầu. Các
trục cuốn có rãnh răng khía trên mặt quay với vận tốc khác nhau. Các răng khía
kẹp hạt rồi lại nghiến vỡ đồng thời làm chà xát hạt ít nhiều. Các loại máy này có
thể nghiền nhỏ hạt ít sinh ra bụi bột. Trong công nghệ nghiền sơn, sản xuất bột mỳ
người ta hay sử dụng loại nguyên tắc này. Chưa thấy máy nghiền than làm việc
theo nguyên tắc này.
3.3.3. Nguyên tắc chà xát vỡ
Nguyên tắc làm việc này chỉ dùng cho nghiền thô, nguyên liệu nghiền
không có dầu. Máy làm việc theo nguyên tắc này còn gọi là máy xay kiểu thớt.
- 10 -
3
2 1
Trong đó một thớt quay với vận tốc dài 10-12 m/s, hạt sẽ bị chà xát ở hai khe giữa
hai thớt. Loại máy này cũng tương đối vạn năng xay theo nhiều độ nghiền khác
nhau nhưng dễ làm nóng vật liệu nghiền và có khi nghiền nhỏ thành bụi bột.
Trong công nghệ sản xuất bột siêu mịn bằng phương pháp ướt có thể dùng nguyên
tắc làm việc này.
Hình 3.3. Nguyên tắc chà xát vỡ.
1. Cửa vật liệu vào; 2. Đĩa quay; 3. Đĩa cố định.
3.3.4. Nguyên tắc ép dập vỡ
Áp dụng ở các máy xay có hai trục cuốn nhẵn, quay với vận tốc băng nhau.
Hạt đi vào được kéo vào khe giữa hai trục cuốn rồi được ép dập vỡ ra. Loại này ít
dùng.
3.4. Máy nghiền búa
Quá trình nghiền trong máy nghiền kiểu búa là do sự va đập của búa vào
phần tử nghiền, va đập giữa các phần tử nghiền vào vỏ máy và do sự chà xát của
các phần từ nghiền với búa hoặc thành trong của vỏ máy. Bộ phận gây ra sự va
đập là các búa nghiền. Có hai loại máy nghiền búa thường được sử dụng là: Máy
nghiên búa kiểu trục ngang và máy nghiền búa kiểu trục đứng. Máy nghiền búa
được sử dụng rộng rãi do các ưu điểm của nó như: Máy nghiền búa là kiểu máy
nghiền vạn năng có khả năng điều chỉnh bột nghiền một cách dễ dàng; máy có cấu
tạo đơn giản, gọn gàng; khối lượng riêng của máy nhỏ; giá thành rẻ; dễ thay thế
các bộ phận hư hỏng. So với các loại máy nghiền khác thì nó rẻ hơn từ 1,5-5,5 lần.
Khối lượng máy nhẹ hơn 4,5 lần và chi phí điện năng riêng thấp hơn 1,5-2 lần.
- 11 -
3.4.1. Mô hình toán học mô tả quá trình nghiền.
Qúa trình nghiền hạt ở máy nghiền kiểu búa được thể hiện qua chỉ số
nghiền lượng vật liệu được nghiền G và được mô tả bỡi mô hình toán học:
(3.15)
Trong đó : -thông số của quá trình;
t - thời gian hạt nằm trong buồng nghiền.
Mô hình toán học đặc trưng cho quá trình động học này có thể viết dưới
dạng:
G = G0. st
(3.16)
Trong đó: G0-số mảnh nguyên liệu có trong buồng khi t=0, tức thời
điểm đầu của quá trình;
G-số mảnh hiện có sau thời gian nghiền;
s-thông số của quá trình sàng.
Bằng thực nghiệm V.R.Aleskin đã tìm được =0,11÷0,12; = 0,37÷0,06
với xác suất tin cậy 0,95.
3.4.2. Sự tuần hoàn của nguyên liệu trong buồng nghiền.
Số vòng tuần hoàn của nguyên liệu trong buồng nghiền đặc trưng cho
nguyên liệu đã thực hiện được bao nhiêu vòng tuần hoàn trong buồng nghiền sau
thời gian t để có kích thước nghiền theo yêu cầu:
Số vòng tuần hoàn được tính theo công thức
(3.17)
Trong đó: t - Thời gian nghiền, thời gian hạt tồn tại trong buồng nghiền, s;
Vcl - Vận tốc của nguyên liệu trong buồng nghiền, ( m/s);
Db - Đường kính buồng nghiền,( m );
Mt - Khối lượng lớp nguyên liệu tuần hoàn, (kg);
Q - Lượng cung cấp (kg/s).
Bằng thực nghiện, V.R.Aleskin đã tìm được Vcl=( 0.4÷0.5).Vb.
- 12 -
Vb - Vận tốc cánh búa.
3.4.3. Khí động học của máy nghiền búa
Sự làm việc của máy nghiền được mô tả như sơ đồ quạt hướng kính. Dòng
khí qua roto nghiền có thể coi là một trường thế năng xoáy lốc giới hạn bởi vòng
tròn có đường kính đến đầu búa trong của búa. Khi có thể xoáy lốc phẳng, dòng
khí giữa các đĩa nghiền sẽ chuyển động theo các vòng tròn đồng tâm có tâm 0
trên trục xoáy lốc. Khi đó khu vực nào mà các thành phần Vr hướng vào trọng tâm
trống nghiền sẽ là vùng bố trí của cấp liệu vào khu vực nào mà Vr hướng ra xa tâm
trống thì bố trí lưới sàng.
3.4.4. Vận tốc phá huỷ khi nghiền hạt bằng va đập
Ứng dụng lý thuyết tiếp xúc để tính vận tốc giới hạn khi nghiền hạt theo
kiểu va đập dọc thanh:
( 3.18)
Trong đó: E – Môdun đàn hồi của hạt ,(N/m2);
fv - Ứng suất phá vỡ hạt, ( N/m2);
- Khối lượng riêng của hạt ( kg/m3);
vận tốc truyền sóng đàn hồi(m/s).
Từ công thức trên ta thấy rằng: Vận tốc giới hạn chỉ được tính cơ sở lý tính
của vật liêu. Tuy nhiên như các nghiên cứu đã trình bày, vận tốc giới hạn không
được sử dụng để tính vận tốc phá huỷ.
Tốc độ phá vỡ Vfv của búa nghiền tác động vào hạt sau một lần va đập tự
do có dạng:
Vfv= (3.19)
Trong đó: a - Chiều dài hạt, mm;
x1- Chiều dài không biến dạng hạt, m;
- Khối lượng riêng của hạt , (kg/m3);
Kđ - Hệ số động lực học , Kđ= 1,6÷2.
- 13 -
Công thức trên đi sâu vào quá trình động lực học vật liệu và là cơ sở để
chọn vận tốc thích ứng của búa nghiền.
3.4.5. Vận tốc búa nghiền.
Vận tốc búa là thông số đầu tiên để gia tăng quá trình nghiền. Ở các máy
nghiền hiện đại, vận tốc búa giới hạn từ 40÷80 m/s, còn ở các nhà máy sản xuất
thức ăn liên hợp thì cao đến 100 m/s hoặc hơn nữa.
Để có được vận tốc va đập thực trong máy nghiền, vận tốc làm việc của
búa được qui định cao hơn. Vì phải tính tới vận tốc tuần hoàn của lớp không khí
lẫn nguyên liệu chuyển động vòng trong buồng nghiền. Tuy nhiên vận tốc búa tối
ưu là khoảng 60÷80 m/s. Còn vận tốc của búa ở các nhà máy sản xuất thức ăn liên
hợp thì lại cao hơn đến100 m/s hoặc lớn hơn nữa.
Vận tốc búa tính theo công thức:
Vb = Vfv + Vth hay Vb =
(3.20)
Trong đó: - là hệ số phục hồi. = Vth / Vb = 0,4÷0,5
Từ công thức (4-11) ta thấy rằng: Để phá huỷ hạt sau một lần va đập thì
vận tốc búa nhất thiết phải cao hơn vận tốc phá huỷ từ 1.5 đến 2 lần. Trong quá
trình làm việc, do xảy ra va đập nhiều lần giữa búa với nguyên liệu nên vận tốc
làm việc của búa có thể lấy nhỏ hơn một chút. X.V.Melnhikov đã xây dựng công
thức tính vận tốc va đập nhiều lần:
Trong đó:
Vph – là vận tốc phá huỷ của búa tác động vào vật liệu khi va đập
nhiều lần ;
Kcl = đặc tính cơ lý của hạt;
- mức độ nghiền.
Vấn đề ảnh hưởng của vận tốc búa đến hiệu quả làm việc của máy nghiền
chỉ có thể giải quyết đúng trong nghiên cứu đồng thời các tương quan khác. Như
- 14 -
số lần va đập của búa, thời gian nguyên liệu trong buồng nghiền, các thông số cấu
tạo máy .v.v.
Khi chọn vận tốc búa nghiền không chỉ tính đến sự hợp lý về kỹ thuật mà
còn phải quan tâm đến hiệu quả kinh tế, vì khi số vòng quay của trống tăng thì
năng lượng chi phí cho chế độ chạy không tăng theo n3. Bên cạnh đó, sự tăng vận
tốc búa có ảnh hưởng rất mạnh đến sự va đập không cần thiết. Khi vận tốc búa
tăng từ 52,4 đến 115 m/s thì chi phí năng lượng giảm đi 21%, chỉ số nghiền tăng
11%, công suất vô ích tăng 75%. Đồng thời để tăng năng suất máy nghiền, người
ta tăng vận tốc búa cần tạo giá trị khe hở giữa đầu búa và mặt sàng, khe hở này có
ý nghĩa quan trọng trong việc xác định dung tích buồng nghiền và chỉ số nghiền.
Vì vậy, khi tăng hoặc giảm kích thước búa nghiền nhất thiết cần phải tăng hoặc
giảm khe hở nói trên.
3.4.6. Động lực học kiểu búa va đập
3.4.6.1. Các phương trình cơ bản
Phương trình cơ bản có dạng:
(3.21)
Trong đó:
Nt – Công suất động cơ, kW;
Iz – Mô men quán tính của trống, kg.m2;
q - Sự cấp liệu trong một giây, kg/s;
Vb - Vận tốc búa, m/s;
- Gia tốc góc, rad/s2;
fn - Hệ số nghiền nhỏ;
N0 – Công suất chạy không, W.
Gía trị N0 được tính theo biểu thức:
(3.22)
Trong đó:
A - chi phí năng lượng hao phí cho ma sát trong gối đỡ;
B - chi phí năng lượng cho lực cản không khí.
- 15 -
Đối với roto búa nghiền thức ăn, gia tốc = 10÷17 rad/s2
Năng lượng cung cấp cho quá trình làm việc:
, W
Trong đó:
P - lực vòng, N;
Vb - vận tốc búa, m/s.
Nếu: Nn = q.Ath.
Với q- lực vòng, N.
Ath công nghiền tính theo công thức Ath= f(∆V)+f(∆S)
Thì
Trong đó:
kZ - hệ số tỷ lệ với gia tốc, 10÷17 rad/s2 thì kZ=6÷10.
Nếu lực cản mặt sàng tính bằng công thức F= fn.P thì tổng lực vòng:
P= (3.23)
Hệ số cản fn có thể tính theo biểu thức:
fn=
Với máy nghiền búa fn= 0,8÷0,9 khi vận tốc búa Vb= 80÷100 m/s.
3.4.6.2. Hệ số động học roto-búa nghiền
Roto với các búa có khớp treo không là hệ cứng mà là hệ đàn hồi giả định
có “ tính dễ biến dạng “ của các khâu. Có thể mô tả hệ roto-búa là hệ có hai bậc tự
do. Đặc tính này ảnh hưởng lớn đến quá trình làm việc của búa. Vì vậy, trong quá
trình nghiên cứu hệ động học roto-búa chúng ta nghiên cứu các khớp treo của búa.
Dựa vào lý thuyết con lắc vật lý, V.P Gioniatkin đã xây dựng lý thuyết về
sự va đập lệch tâm. Theo lý thuyết này những xung lượng va đập không truyền từ
các búa vào các ổ trục của trống đập nếu như tâm va chạm trùng với tâm lắc. Để
tâm lắc trùng với tâm va đập cần có điều kiện:
= c.l , m2 (3.24)
Trong đó:
- 16 -
- bán kính quán tính của búa nghiền, m;
c - khoảng cách từ trọng tâm búa đến chốt treo búa, m;
l - chiều dài tính từ đầu búa đến chốt treo búa, m.
Để đảm bảo độ ổn định chuyển động của búa, cần chọn kích thước búa (l)
và bán kính trống (Rn) theo điều kiện:
Rn= 2,25.l hay Rn= 4.l
3.4.6.3. Các kiểu trống
Khi tính toán và thiết kế máy nghiền cần lưu ý đến hai loại trống khác nhau, đặc
trưng bởi tỷ lệ các kích thước: đường kính (D) và chiều dài (L). Nhưng tỷ lệ này
dao động trong giới hạn.
K1= D/L= 1÷2 và K2= D/L= 4÷7
3.4.7. Tính toán máy nghiền kiểu búa /TL9/
3.4.7.1. Số liệu thiết kế ban đầu
Các tính chất cơ lý của vật liệu:
Ẩm độ.
Các kích thước hình học của vật liệu.
Giới hạn bền của vật liệu nghiền.
Các chỉ số kinh tế kỹ thuật của máy.
Năng suất.
Độ nhỏ bột nghiền.
Nguồn động lực và cách thu hồi sản phẩm
3.4.7.2. Tính toán kích thước của trống
Các kích thước cơ bản của trống:
Để xác định năng suất thiết kế của máy nghiền điều kiện đầu tiên là phải
tính các thông số cơ bản của trống. Đó là đường kính D và chiều dài L. Mối quan
hệ giữa các kích thước trống và năng suất máy đã được thể hiện qua chỉ số tải
trọng riêng q’ (kg/m.s2). Tải trọng riêng của máy là tỷ số giữa năng suất tính toán
(qp) với diện tích hình chiếu hướng kính (D,L) của trống tức:
q’ = (3.25)
- 17 -
Chỉ số D,L dùng trong tính toán thiết kế những loại máy nghiền có loạt
kích thước mẫu.
Ở các loại máy nghiền thức ăn hiện nay, giá trị tải trọng q’ là:
+ q’= 3÷6 kg/s.m2 khi vận tốc búa là 70÷80 m/s với lỗ sàng = 6;
+ q’= 1÷3 kg/s.m2 khi vận tốc búa là 45÷55 m/s với lỗ sàng = 2;
Ta có chiều dài trống L= D/K và từ đẳng thức này ta xác định đường kính
trống:
D= hay D = A.
Với các loại trống, giá trị hệ số A nằm trong giới hạn:
Trống loại thứ nhất : A1= 0,7÷0,9;
Trống loại thứ hai : A2= 1÷1,9.
Kích thước búa nghiền.
Trong trường hợp tổng quát, búa có hình dạng bất kỳ sẽ không truyền va
đập vào trục nếu điều kiện (3.24) được thoả mãn. Với búa có hình dạng chữ nhật,
một lỗ khoảng cách C được xác định theo công thức:
c= , mm ; (3.26)
Trong đó :
a - Chiều dài búa, m;
b - Chiều rộng búa, m.
Với loại búa có dạng tấm hình chữ nhật nhưng hai lỗ đường kính d thì:
c = - (3.27)
A = và B = -
Ngoài ra sự chuyển động của búa sẽ ổn định nếu thoả mãn điều kiện (Rn=
2,25.l hay Rn= 4.l). Tính toán sự cân bằng của các búa và đĩa trống khi va đập
được tiến hành qua trình tự sau:
Trước tiên xác định kích thước l và Rn theo công thức (3.24) và theo đường
kính tìm được D.
Vì Rn= D/2-l
- 18 -
l= 4/9Rn = 4/9(D/2-l)
Ở đường kính trống D< 0,4m giá trị l nên lấy cao hơn. Chiều dài a và chiều
rộng b của búa còn giữ được cân bằng khi va đập, được chọn theo các tỷ số.
a = 1,5l 0,23D; b = (0,4÷0,5).a 0,1D.
Đường kính d của lỗ xỏ chốt được xác định từ điều kiện bền của chốt và
chấp nhận trong khoảng 18÷20 mm.
Số lượng búa
Số lượng búa phải thoả mãn hai yêu cầu: Khi làm việc các búa quét hết bề rộng
buồng nghiền. Tuy nhiên còn phải trừ khoảng
bề rộng buồng nghiền do các đĩa lắp chốt treo
búa và khe hở của roto với thành buồng
nghiền.
Hình 3.4. Búa nghiền.
Đảm bảo điều kiện cân bằng động lực học và cân bằng thống kê của roto.
Số lượng búa được xác định theo công thức:
Z = (L-∆L). (3.28)
Trong đó:
L : là chiều dài trống , (m) ;
∆L: tổng chiều dài các đĩa, (m) ;
Kz : số vết búa , Kz= 1÷6 ;
: chiều dày của một búa, (m).
3.4.7.3. Công suất của máy nghiền
Chi phí năng lượng của máy nghiền búa được đặc trưng bằng phương trình
cân bằng công suất :
N= Nn+ Nth+Nck (3.29)
Trong đó:
Nn – Công suất chi phí cho quá trình nghiền vỡ, W;
Nth - Công suất chi phí cho quá trình tuần hoàn của nguyên liệu, W;
Nck -Công suất chi phí cho máy nghiền chạy không, W.
- 19 -
Chi phí cho quá trình nghiền vỡ bằng:
Nn= qc.An , W ; (3.30)
Trong đó:
Qc- là lượng cung cấp riêng, kg/s;
An- công chi phí riêng để nghiền vật liệu, J/kg.
Công suất cho quá trình nghiền vỡ Nn có thể xác định theo công thức:
Nn = qp. .D.L (1+fcl). , W ; (3.31)
Công suất chi phí cho sự tuần hoàn của nguyên liệu được tính theo công
thức:
, (W) (3.32)
Trong đó :
Kv – Là hệ số thực nghiêm , Kv=0,05;
Vb – Là vận tốc tiếp tuyến của búa nghiền, m/s;
- Nồng độ vật liệu của lớp vật liệu tuần hoàn, kg/kg.
Kth - Số vòng tuần hoàn của vật liệu trong buồng nghiền.
Tuy nhiên công suất chi phí chạy không Nck xác định khó khăn. Vì vậy
người ta tính công suất chi phí cho máy nghiền như sau:
N = (1,15÷1,2).Nn, ,W ; (3.33)
3.4.7.4. Năng suất máy nghiền
Năng suất máy nghiền búa phụ thuộc vào kích thước cấu tạo của roto, được
tính theo công thức:
(kg/s) (3.34)
Trong đó:
t- thời gian gia công vật liệu trong buồng nghiền hay còn gọi là thời
gian “sống” của vật liệu trong buồng nghiền, s.
Để đơn giản công thức (2-34) , đặt kn= ,(kg/s.m2)
,(kg/s) (3.35)
Đối với máy nghiền hạt kn=2.4 – 2.6.
3.5. Tính toán bộ phận vận chuyển và thu bụi /TL1/TL9/TL5/
- 20 -
3.5.1. Tính toán vít tải
Công thức xác định năng suất vít tải:
, (t/h) (3.36)
Hay có thể sử dụng công thức tính gần đúng :
, (t/h) (3.37)
Trong đó :
C - Hệ số phụ thuộc độ dốc ;
D - Đường kính ngoài của cánh vis, m ;
d - Dường kính mang trục cánh vis, m;
S - Bước vis, m;
- Hệ số chứa ;
- Khối lượng riêng của vật liệu tải, t/m3;
n - Số vòng quay, v/p.
n= và A= 22÷60, (v/p) (3.38)
Công thức xác định công suất vis tải:
N= N1+N2 , W ;
Trong đó:
N1- Công suất trục vis, W;
N2- Công suất cánh hất, W;
Tính khai triển vít xoắn :
(3.39)
Dph-dph=Dv-dv (3.40)
Trong đó :
S - bước vít ;
DV- đường kính ngoài vít ;
dv - đường kính trong vít .
3.5.2. Tính toán xyclon
- 21 -
Xác định bán kính ống tâm R1 :
R1 = , (m) (3.41)
Trong đó :
V - lưu lượng khí cần lọc , m3/s;
- vận tốc ra khỏi ống tâm, chọn = 4÷8 m/s.
Kích thước ống vào :
Mối quan hệ t = ÷4. Trong đó b = .
Thông thường chọn = (15÷25) (m/s) vận tốc vào của dòng khí.
Bán kính phần trụ của cyclon :(R)
R= r+ (3.42)
Trong đó :
- bề dày của cyclon, (thường chọn mm) ;
= 0,1÷0,5 (m) và kèm theo điều kiện là ≥b.
Vận tốc góc quay của dòng khí trong cyclon :
(m/s) (3.43)
Trong đó :
Vtb - vận tốc trung bình của dòng khí trong cyclon. Vtb = Wv/rtb ;
rtb- bán kính trung bình của dòng khí.
, (m) (3.44)
Người ta thường tính gần đúng rtb= 0,5(R+r+ )
Thời gian khí lưu trong cyclon :
Chảy dòng :
, (s) (3.45)
Trong đó :
- độ nhớt động lực học của khí ;
d - đường kính hạt bụi ;
- 22 -
Chảy xoáy :
, (s) (3.46)
Thể tích làm việc của cyclon :
Vlv = v. (3.47)
Trong đó :
v - lưu lượng khí đi vào, m3/s ;
- thời gian lắng.
chiều cao hình trụ của cyclon
Ht= K. (m)
(3.48)
K- hệ số dự trữ chiều coa K= 1,25.
Chiều cao phần hình nón :
Hn = (R-r0).tg , (m) (3.49)
Trong đó :
r0 - bán kính miệng tháo bụi ;
- góc giữa đường nằm ngang và đường sinh của ống ( 50÷600).
Số vòng xoáy trong cyclon :
(3.50)
Tính trở lực của cyclon.
(3.51)
Trong đó :
- hệ số trở lực, 2,5÷7;
v - vận tốc qui ước trong cyclon;
- khối lượng riêng của khí vào.
vq (3.52)
- 23 -
D - đường kính trong cyclon ;
Thông thường 50÷470 (N/mm2).
3.5.3. Tính toán hệ thống ống hút và ống đẩy
Vận tốc thăng bằng hạt bụi xác định bỡi công thức :
(m/s) (3.53)
Trong đó :
k - hệ số tốc độ thăng bằng;
- khối lượng riêng của bụi than, kg/m3;
- khối lượng riêng của không khí, kg/m3;
d - kích thước hạt bụi, m.
Áp suất không khí trong ống hút:
(3.54)
Áp suất không khí trong ống đẩy:
H0đ=Hd+Ht+ (3.55)
3.5.4. Tính toán quạt ly tâm
Áp suất của quạt là H bằng tổng áp suất động năng và áp suất thế năng ( bỏ
qua chiều cao địa lý)
(3.56)
,(m) (2.57)
,(m) (3.58)
Trong đó :
c2 - vận tốc không khí ở cửa đẩy, m/s;
P2 - áp suất không khí ở cửa đẩy do quạt tạo ra, N/m;
P1 - Áp suất không khí ở cửa hút do quạt tao ra, N/m;
- khối lượng riêng của không khí, kg/m3;
g - gia tốc trọng trường, m/s2;
Ht - cũng chính là tổn thất tĩnh của đường ống, m.
- 24 -
(3.59)
Trong đó :
- hệ số ma sát giữa lưu thể với thành ống;
l, d - chiều dài, đường kính ống dẫn, m;
- tổng trở lực trên ống hút;
W - vận tốc dòng lưu thể đi trong ống, m/s;
- khối lượng riêngcủa lưu thể, kg/m3.
Công suất đặt lên trục của quạt là N được tính theo công thức :
N = , (Kw) (3.60)
Trong đó : Q – lưu lượng của quạt, m3/s;
Hk- áp suất của quạt, tính theo chiều cao cột chất khí, m;
- khối lượng riêng của chất khí ở điều kiện làm việc
của quạt, kg/m3 ;
g – gia tốc trọng trường, m/s2 ;
- hệ số hiệu dụng của quạt, ÷75%.
4. PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN
- 25 -
4.1. Phương pháp thiết kế
4.1.1. Phương pháp thiết kế máng cấp liệu
Máng cấp liệu được thiết kế thỏa mãn điều kiện tự chảy của than trên máng
vít và có dung tích đủ chứa khối nguyên liệu trong khoảng thời gian giữa 2 lần nạp
liệu.
4.1.2. Phương pháp thiết kế bộ phận nghiền
+ Kích thươc rô to – búa nghiền được thiết kế dựa vào năng suất riêng hướng kính
của máy và đảm bảo năng suất nghiền. Kết quả tính toán cho các thông số hình
học của cụm rô to – búa nghiền.
+ Kích thước búa nghiền được xác định từ mối quan hệ động lực học của rô to và
búa nghiền.
+ Vận tốc búa nghiền được tính toán từ điều kiện nghiền.
+ Công suất truyền động được tính từ quá trình động lực học hoặc từ mức tiêu thụ
điện năng riêng để nghiền.
4.1.3. Phương pháp thiết kế truyền động và chọn động cơ điện
Phương pháp thiết kế truyền động và chọn động cơ điện theo phương pháp
tính toán các bộ truyền động cơ khí ở môn học ‘Chi tiết máy’.
4.1.4. Phương pháp thiết kế vít tải nghiêng thu hồi sản phẩm nghiền
Vít tãi nghiêng trong máy nghiền than thiết kế được tính toán theo lý thuyết
tính toán vít tải đã trình bày.
4.1.5. Phương pháp thiết kế bộ phận lọc bụi
Bộ phận lọc bụi trong máy nghiền than thiết kế được tính toán theo lý
thuyết xyclon và vận chuyển khí động đã trình bày.
4.2. Phương pháp chế tạo
Máy nghiền than thiết kế khi chế tạo, các chi tiết máy cấu thành được phân
theo họ công nghệ để tiến hành chế tạo như sau:
Các chi tiết dùng chung : Đây là các chi tiết được mua trên thị
trường theo số liệu đã tính toán thiết kế và căn cứ vào tiêu chuẩn. Thuộc loại này,
máy nghiền than thiết kế gồm có :
+ Bu lông – đai ốc các loại nằm trong các mối ghép liên kết các chi tiết.
- 26 -
+ Bánh đai và dây đai thuộc các bộ truyền động đai đã nêu ở phần thiết kế.
+ Đĩa xích và xích ống con lăn thuộc bộ truyền động xích đã nêu ở phần thiết kế.
+ Hộp số bánh răng 2 cấp chế tạo theo tiêu chuẩn của công ty VINAPRO (Việt
Nam).
+ Các cụm ổ đỡ gồm gối đỡ và ổ bi.
+ Then bằng.
Công nghệ chế tạo các chi tiết họ hộp: Công nghệ chế tạo các chi
tiết thuộc họ này gồm có các công đoạn cắt định hình chi tiết (bằng thiết bị cắt cơ
học hay cắt bằng ngọn lửa hơi hàn) cấu thành Sửa các chi tiết cấu thành bằng
các công cụ cầm tay và gia công các lỗ (nếu có) Hàn điểm để ghép thành hình
theo bản vẽ Hàn gia cố các thanh chống uốn và chống xoắn Hàn hoàn chỉnh
Gia công tạo dáng các vết gia công hàn và làm sạch Sơn trước hoặc sau khi
ráp máy.
Thuộc về loại này gồm có các chi tiết và cụm chi tiết sau :
+ Máng cấp liệu.
+ Vỏ máy nghiền.
+ Xyclôn.
+ Vỏ quạt.
+ Máng vít tải.
+ Ống vận chuyển khí bụi.
Công nghệ chế tạo các chi tiết dạng đĩa, bản mỏng: Công nghệ chế
tạo các chi tiết thuộc họ này gồm có các công đoạn cắt định hình chi tiết cấu thành
(bằng thiết bị cắt cơ học hay cắt bằng ngọn lửa hơi hàn) Sửa hoặc gia công tinh
các chi tiết cấu thành bằng các công cụ cầm tay, máy gia công cắt gọt.
Thuộc về loại này gồm có các chi tiết và cụm chi tiết sau :
+ Đĩa nghiền, đĩa quạt.
+ Nắp vít tải nghiêng.
Công nghệ chế tạo các chi tiết họ moay ơ: Công nghệ chế tạo các chi
tiết thuộc họ này gồm có các công đoạn chuẩn bị phôi tiện bằng đúc, rèn, hoặc hàn
ghép Gia công thô và tinh theo bản vẽ trên máy tiện chuyên dùng Lắp ghép
có hàn hoặc không hàn.
- 27 -
Thuộc về loại này gồm có các chi tiết và cụm chi tiết sau :
+ Rô to quạt gió.
+ Rô to nghiền.
Công nghệ chế tạo các chi tiết có biên dạng, bề mặt làm việc đặc
biệt như cánh vít : Công nghệ chế tạo các chi tiết thuộc họ này gồm có các công
đoạn cắt định hình chi tiết cấu thành là các đĩa vít hình vành khăn (bằng thiết bị
cắt cơ học hay cắt bằng ngọn lửa hơi hàn) Tiện chính xác các đĩa vít vẽ và
cắt mở miệng đĩa vít qua tâm thành những khoanh vít Hàn nối các khoanh vít
Kéo dãn thành vít xoắn liên tục Hàn vít với ống trục Sửa và nắn để đảm bảo
độ võng của vít theo qui địnmh Hàn bán trục theo yêu cầu bản vẽ.
Công nghệ chế tạo các chi tiết họ trục. Công nghệ chế tạo các chi
tiết thuộc họ này gồm có các công đoạn chuẩn bị phôi tiện Gia công thô và tinh
theo bản vẽ trên máy tiện chuyên dùng (Chú ý nếu trục dài cần khoan lỗ định tâm
để định vị trục) Mài và Đánh bóng theo yêu cầu kỹ thuật ghi trên bản vẽ Công
nghệ chế tạo các chi tiết thuộc họ này gồm có các công đoạn chuẩn bị phôi tiện
bằng đúc, rèn, hoặc hàn ghép Gia công thô và tinh theo bản vẽ trên máy tiện
chuyên dùng Phay rãnh then.
Thuộc về loại này gồm có các chi tiết và cụm chi tiết sau :
+ Trục rôto búa nghiền.
+ Các bán trục vít tải.
Công nghệ chế tạo các chi tiết họ càng : Công nghệ chế tạo các chi
tiết thuộc họ này gồm có các công đoạn chuẩn bị chi tiết cấu thành (bằng thiết bị
cắt cơ học hay cắt bằng ngọn lửa hơi hàn) Hàn điểm để ghép thành hình theo
bản vẽ Hàn gia cố các thanh chống uốn và chống xoắn Hàn hoàn chỉnh
Gia công tạo dáng các vết gia công hàn và làm sạch Sơn trước hoặc sau khi ráp
máy.
Thuộc về loại này gồm có các chi tiết và cụm chi tiết sau :
+ Thanh ghi đỡ lưới sàng.
+ Khung đỡ xyclôn.
+ Khung máy.
4.3. Phương pháp khảo nghiệm
- 28 -
4.3.1. Tổ chức khảo nghiệm
Quá trình khảo nghiệm máy tiến hành theo 2 nội dung là :
Chạy rà: Chạy rà nhằm cho các chi tiết có độ ổn định làm việc, xác
định độ cân bằng và rung động của máy có đạt yêu cầu hay không và phát hiện kịp
thời sự cố nếu có.
Khảo nghiệm xác định các chỉ tiêu klinh tế - kỹ thuật: Khảo nghiệm
nhằm thu thập số liệu về năng suất, mức tiêu thụ năng lượng riêng, công suất tiêu
thụ để đánh giá xem máy làm việc có đúng thiết kế, độ nhỏ bột nghiền có đạt yêu
cầu đề ra hay không.
4.3.2. Phương pháp đo đạc
4.3.2.1. Đo đạc các tính chất cơ lý của nguyên liệu phục vụ thiết kế
Các tính chất cơ lý của nguyên liệu phục vụ thiết kế bao gồm : kích thước
trung bình và kích thước lớn nhất ; góc ma sát của than đá với thép; độ ẩm. Các
thông số này đo theo phương pháp đã qui định.
Riêng độ bền than đá, trong thiết kế chúng tôi lấy theo tài liệu công bố.
4.3.2.2. Đo năng suất máy nghiền than
Cung cấp nguyên liệu vào máy bắt đầu khi bộ phận quay đã đạt được số
vòng quay bình thường, rồi tăng dần tới mức hoàn toàn. Sau khi máy làm việc
bình thường thì bắt đầu tính thời gian để đo năng suất và lấy mẫu để kiểm tra độ
nhỏ của bột nghiền.
Xác định năng suất bằng cách cân bột than nghiền được trong 5 phút bằng
cân đồng hồ loại 100kg mức chính xác 100g.
(kg/h) (4.1)
Trong đó: G - lượng bột nghiền trong 5 phút, kg;
Q - năng suất máy, kg/h.
4.3.2.3. Đo công suất tiêu thụ
Xác định công suât tiêu thụ và mức tiêu thụ năng lượng riêng bằng đồng hồ đo
điện có các chức năng đo công suất, đo điện áp, đo cường độ dòng điện với mức
chính xác khi đo Volt, Ampe là 1,5 % khi đo công suất là 1% đối với dòng
điện tần số 50Hz.
- 29 -
4.3.2.4. Đo độ nhỏ bột nghiền
Xác định độ nhỏ của bột nghiền bằng phương pháp phân tích sàng. Phân
tích sàng trên thiết bị sàng thí nghiệm (được gọi là thiết bị sàng lắc) trong thời
gian 20 phút. Quá trình sàng được coi là kết thúc khi sàng kiểm tra lại trong một
phút mà số lượng vật liệu đi qua sàng không vượt quá 1% số lượng còn lại trên
mặt sàng. Mẫu phân tích được cân bằng bằng cân điện tử với khối lượng 100g với
sai số tuyệt đối nhỏ hơn 1%, sau thời gian làm việc tiến hành cân các khối lượng
với độ chính xác như đã nêu. Sự tổn thất khi tiến hành thí nghiệm không vượt quá
1%. Độ nhỏ bột nghiền được xác định theo công thức:
, mm ; (4.2)
Trong đó: p0 - tỉ lệ phần tử có trên đáy sàng (%) ;
p1, p2 ,p3 - tỉ lệ các phần tử có trên mặt sàng tương ứng với
đường kính .
4.3.2.5. Đo mức tiêu thụ điện năng riêng để nghiền
Mức tiêu thụ điện năng riêng là chỉ tiêu tính từ năng suất và công suất tiêu
thụ :
Ar = N/Q (kWh/tấn). (4.4)
Trong đó: N – công suất tiêu thụ trung bình xác định từ khảo nghiệm, kW ;
Q – Năng suất trung bình xác định từ khảo nghiệm, tấn/h.
4.3.3. Phương pháp lấy mẫu đo đạc và bố trí thí nghiệm
4.3.3.1. Phương pháp lấy mẫu đo đạc
Mẫu thí nghiệm được lấy theo phương pháp ngẫu nhiên đánh số. Với mẫu
đo năng suất, độ nhỏ bột nghiền lấy mẫu ngẫu nhiên theo thời gian; với mẫu lấy
để đo các tính chất cơ lý của nguyên liệu lấy mẫu ngẫu nhiên theo không gian.
4.3.3.2. Phương pháp bố trí thí nghiệm
Quá trình khảo nghiệm xác định các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật đạt được của
máy thiết kế chúng tôi lấy bố trí theo kiểu ngẫu nhiên hoàn toàn theo thời gian với
các số liệu thí nghiệm có liên quan đến thông số thời gian. Ở trạng thái tĩnh, chúng
tôi lấy ngẫu nhiên theo khộng gian.
4.4. Phương pháp xử lý số liệu
- 30 -
Số liệu sau khi đo đạc được tiến hành xử lý theo phương pháp thống kê
thực nghiệm.
5. THỰC HIỆN ĐỀ TÀI - KẾT QUẢ THẢO LUẬN
5.1. Cơ sở thiết kế máy nghiền than đá
5.1.1. Số liệu thiết kế.
- 31 -
5.1.1.1. Số liệu thiết kế xác định từ điều kiện
sản xuất (hợp đồng kinh tế)
Số liệu về nguyên liệu gia công: Các số liệu về nguyên liệu gia công
được trình bày ở hợp đồng sản xuất là than đá vụn.
Các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật cần đạt được: Năng suất 3000 kg/h;
kích thước bột nghiền là 0.5÷1 mm; có hệ thống lọc và thu bụi hạn chế mức độ
gây ô nhiễm môi trường.
Vật liệu chế tạo máy: Qui định chiều dày tối thiểu các chi tiết họ hộp
như vỏ máy dày 10 mm; vỏ vít tải dày 3 mm; cánh vít dày 4 mm; ống trục vít tải
dày 4 mm; nguồn động lực là động cơ điện 3 pha.
Yêu cầu máy làm việc ổn định, bảo dưỡng, sử dụng thuận tiện.
5.1.1.2. Số liệu thiết kế xác định từ thí nghiệm
Thuộc về loại dữ liệu này gồm có:
Khối lượng riêng của than đá :1400 ÷ 1800kg/m3
Độ ẩm : ≤ 11 %
kích thước nguyên liệu : Dtb = 22 mm và Dmax = 45 mm.
Khối lượng thể tích :800 kg/m3
Vận tốc thăng bằng bụi than :0,14 m/s
Hệ số ma sát với kim loại :0,47 ÷1
5.1.2. Lựa chọn mô hình máy
Dựa vào các dữ liệu thiết kế đã nêu, qua tham khảo kế thừa các máy nghiền
than đá hiện có, chúng tôi chọn mô hình máy nghiền than thiết kế như hình 5.1. Sơ
đồ truyền động của máy như hình 4.2. Kết cấu của máy gồm:
Bộ phận cấp liệu: Cấp liệu theo hướng tiếp tuyến. Đổ liệu bằng phương
pháp thủ công hay cơ giới hóa.
Bộ phận nghiền: Nghiền theo nguyên tắc va đập tự do kiểu búa.
Bộ phận thu bột nghiền dạng vít tải nghiêng kết hợp lọc và thu hồi các bột
nghiền bằng xyclon.
So với các máy nghiền búa trục ngang đã chế tạo thì máy nghiền than đá
thiết kế có một số điểm khác biệt cơ bản là: Máy dùng vít tải để vận chuyển bột
- 32 -
nghiền ra khỏi bộ phận nghiền, lọc và thông khí cho rô to – búa nghiền bằng
phương pháp khí động dạng xyclon.
Hình 5.1. Mô hình máy nghiền than thiết kế.
1.cụm máy nghiền; 2. quạt; 3 xyclon; 4. túi lọc;
5.máng cấp liệu; 6.vit tải ; 7. cửa xả liệu
Nguyên tắc làm việc của máy :
Hình 5.2. Sơ đồ truyền động (Sơ đồ động).
- 33 -
1.Bộ truyền đai cho roto; 2. Bộ truyền cho quạt;
3. Bộ truyền cho vit vận chuyển bột nghiền
Máy làm việc theo kiểu va đập tự do. Nguyên liệu được cấp tiếp tuyến với
buồng nghiền liên tục. Khi vật liệu vào buồng nghiền, vật liệu nghiền là các cục
than đá bị búa quay với vận tốc cao va đập liên tục vào và va chạm với các chi tiết
nằm trong buồng nghiền. Búa sẽ truyền cho phần tử nghiền một phần động năng
tạo thành công phá vỡ. Các phần tử nghiền tách ra từ cục vật liệu nghiền có kích
thước nhỏ hơn lỗ sàng phân ly thì lọt qua lỗ sàng rồi rơi xuống, bột nghiền được
vận chuyển ra ngoài bằng vít tải, hệ thống thu bụi bằng túi vải.
5.2. Tính toán bộ phận nghiền
5.2.1. Tính toán vận tốc búa nghiền
Các số liệu chọn và tính toán:
+ Hệ số động học đặc trưng cho mức độ lưu chuyển của lớp vật liệu trong
buồng nghiền: = 0,4 ÷ 0,5. Với than là loại vật liệu nặng, ta chọn =0,4.
+ Ứng suất phá vỡ của than : .
+ Hệ số động học của than : =1÷1,34. ta chọn =1,34. (5.1)
+ Đặc trưng cơ lý của hạt xác định theo công thức:
(5.2)
Với kg/m3 ( m2/s2)
+ Mức độ nghiền:
( 5.3)
Với db=0.5 ÷ 1 mm. Ta chọn db=0.7mm
+ Xác định chỉ số nghiền qui ước khi va đập nhiều lần:
Số lần va đập Zvđ, chọn Zvđ=5
Ta có công thức :
- 34 -
(5.4)
+ Vận tốc va đập cần thiết tính theo trường hợp va đập 1 lần:
(m/s) (5.5)
Vfv =
Trong đó: a= Dtb = 22
X1=db=0.7 (m/s)
K=6700 (m2/s2)
Vfv=152 (m/s)
Nếu chỉ xét 1 lần va đập thì vận tốc cần thiết là:
Vvđ= =253.3 (m/s) (5.6)
Vậy để đạt được sự va đập này đòi hỏi búa quay vận tốc lớn, nhưng về mặt
chế tạo và chi phí năng lượng thì không chấp nhận ( vì khi số vòng quay của trống
tăng thì năng lượng chi phí cho chế độ chạy không tăng theo luỹ thừa n3).
+ Xác định vận tốc búa trong điện kiện va đập nhiều lần :
Vfv= (5.7)
Vfv=38.7 (m/s)
Vb= (m/s)
chọn Vb=65 (m/s).
5.2.2. Lựa chọn dạng buồng nghiền /TL9/
Ta chọn dạng buồng nghiền theo kiểu trống rộng (ứng với năng suất 3000
kg/h).
Ta có : Kl= ;chọn K1=2. (5.8)
Theo Melnhikov trong trường hợp này 50% khối lượng của trống tập trung
ở cụm búa. Chốt đặt búa kề sát trục quay của trống nên momen quán tính trống bé.
- 35 -
Từ đó dẫn đến sự cân bằng về mặt động học. Với kết cấu như vậy việc chế tạo lắp
ráp dễ dàng hơn.
Hình 5.3. Nguyên lý động lực buồng nghiền.
5.2.3. Tính toán các kích thước cơ bản của buồng
nghiền /TL9/
+ Chọn sàng có lỗ 5 làm cơ sở thiết kế.
+ Năng suất giây của máy nghiền :
Hay q= , kg/s ; (5.9)
+ Với vận tốc búa nghiền cần thiết Vb=65 (m/s), chọn năng suất hướng kính của
máy nghiền thiết kế: q’=4,5 kg/sm2
+ Đường kính trống : D= = m (5.10)
Chọn đường kính trống D = 0,6 m.
+ Chiều dài trống: L= = 0,6/2=0,3 (m) (5.11)
Chọn L= 270 mm.
5.2.4. Xác định số vòng quay trong một phút của
trống/TL9/
Số vòng quay xác định bởi công thức:
n= , vg/ph
Trong đó : – vận tốc góc của rô to.
= Vb/R = 65/ 0,3 = 216,7 rad/s (5.12)
- 36 -
Với: Vb – vận tốc dài của búa, Vb = 65 m/s;
R – bán kính trống, R = D/2 = 0,3 m.
Vậy số vòng quay của trống trong một phút là:
n = 30.216,7/3,14 = 2.070 vg/ph (5.13)
5.2.5. Tính toán kích thước búa nghiền
Hình 5.4. Búa nghiền.
Chiều dài của búa : a=0,23D = 0,23 x 0,60=0,138 m
Chọn b=0,4 x a=0,4 . 0,138= 0, 055m = 55 mm
Khoảng cách c: c=
Với A= ; B = -
c= 38 (mm) (5.14)
Chọn d=23 (mm)
5.2.6. Tính toán kích thước đĩa lắp búa
+ Đường kính roto tính đến tâm chốt treo búa xác định bởi công thức:
Dd=D - 2.l = 400 , mm ; (5.15)
+ Đường kính mép ngoài roto:
Ddn= Dd+3.d = 469 ,mm ; (5.16)
+ Chiều dày các đĩa lắp chốt treo búa:
2 đĩa ngoài là = 10 mm.
- 37 -
2 đĩa trong là = 4 mm.
5.2.7. Tính số lượng búa
+ Số lượng búa:
Z=
Trong đó:
L – bề rộng ro to, L = 270 mm;
l – tổng chiều dày các đĩa lắp búa, l = 2 . 10 + 2 . 4 = 28 mm;
kz – số vế búa , kz = 1;
– chiều dày búa , = 10 mm.
Vậy số lượng búa lắp trên rô to là:
Z = (270 – 28).1/10 = 24 cái. (5.17)
+ Phân phối búa lắp trên rô to: Lắp búa thành 4 hàng, mỗi hàng lắp 6 búa. Như
vậy với mỗi hàng có 3 ngăn lắp búa thì số lượng búa lắp mỗi ngăn là 6 cái.
5.2.7. Xác định kích thước buồng nghiền
+ Đường kính buồng nghiền xác định theo công thức:
Db = D + 2.h
Trong đó:
D – đường kính rô to, D = 0,6 m;
H – khe hở hướng kính giữa đầu búa với lưới sàng, h = 10 mm.
Vậy đường kính buồng nghiền sẽ là:
Db = 600 + 10 . 2 = 620 , mm ; (5.18)
+ Bề rộng buồng nghiền xác định theo công thức:
B = L + 2 .
Trong đó:
L – bề rộng rô to, L = 270 mm;
– khoảng cách từ thành buồng nghiền đến rô to, = 15 mm.
Vậy bề rộng buồng nghiền sẽ là:
B = 270 + 2 . 15 = 300 , mm ; (5.19)
5.2.8. Tính công suất cần thiết truyền động cho rô to
Công suất truyền động cho máy nghiền được xác định theo công thức:
- 38 -
N= (W)
Trong đó:
N – số vòng quay của trống, n = 2.070 vg/ph;
A – công nghiền. A tính theo biểu thức động năng sau:
A =
Trong đó:
K – hệ số, K = 0,01;
Z – số lượng búa lắp trên máy nghiền, Z = 24 cái;
Mb – khối lượng của búa nghiền, Mb = 0,45 kg;
Vb – vận tốc búa nghiền, Vb = 65 m/s.
A = , J ; (5.20)
Vậy công suất cần thiết truyền động cho rô to:
N = 228,15 . 2070 / 60 = 7871 , W ; (5.21)
+ Công suất động cơ sẽ là:
N đc = .N/ (đ . ô )
Trong đó:
– hệ số dự trữ để vượt tải do lượng cung cấp không đều, = 1,5 – 2 = 1,5;
đ – hiệu suất bộ truyền đai, đ = 0,94;
ô– hiệu suất cặp ổ lăn, ô = 0,995.
Vậy công suất cần thiết của động cơ:
N đc = 1,5 . 7871/ (0,94 . 0,995) = 12.623 , W; (5.22)
Chọn động cơ: Theo (TL/3) có công suất 14,5 kW, số vòng quay 1460 vg/ph.
5.3. Tính toán máng cấp liệu
+ Tính toán thể tích máng cấp liệu:
Thể tích của máng cấp liệu phải chứa được lượng than đảm bảo giữa 2 lần
cấp liệu. Chọn thời gian phục vụ giữa 2 lần cấp liệu là 2 phút. Như vậy thể tích
của máng cấp liệu cần thiết là:
Vmcl Q.2/ (.60) = 3000.2/ (800.60) = 0,125 , m3 ; (5.23)
- 39 -
Trong đó: – khối lượng thể tích của than nguyên liệu, kg/m3.
+ Độ nghiêng máng cấp liệu:
Độ nghiêng máng cấp liệu với mặt phẳng nằm ngang hợp thành góc
Để vật liệu tự chảy thì phải lớn hơn góc ma sát giữa than và vật liệu làm
máng tg >0,47 tức > 25028.
Hình 5.5. Máng cấp liệu.
+ Phân phối kích thườc máng cấp liệu như hình vẽ. Kiểm tra lại dung tích chứa
của máng cấp liệu:
Vmcl = (0,35 + 0,05).(1,115 – 0,15).0,3/2 + (1,06 – 0,3). (1,115 – 0,15).0,05/2
+2.(0,35 - 0,05).(1,115 – 0,15) . (1,06 – 0,3)/ (2.2.3) = 0,111 , m3; (4.24)
So với thể tích yêu cầu khi than đá được chất thành ngọn trên máng cấp liệu
thì các kích thước phân phôi đã nêu đảm bảo cấp liệu bình thường.
5.4. Tính toán bộ phận chuyển bột nghiền bằng vít tải nghiêng
5.4.1. Số liệu thiết kế ban đầu.
+ Từ điều kiện năng suất của bộ phận sau phải bằng hay cao hơn năng suất của bộ
phận trước, để đảm bảo khi máy nghiền làm việc cho năng suất vượt tải 25 %, ta
có năng suất vít tải là:
Qv 1,25.Q = 1,25 . 3000 = 3.750 , kg/h ; (5.25)
Chọn Qv = 4.000 kg/h.
- 40 -
+ Các tính chất cơ lý của sản phẩm nghiền là bột than: Độ nhỏ sản phẩm ≤ 1 mm;
độ ẩm ≤ 11 %; khối lượng thể tích bn = 620 kg/m3.
5.4.2. Tính toán các kích thước của vít tải nghiêng
Các thông số cơ bản cần tính :
- Đường kính ngoài cánh vít : D (m);
- Đường kính trong cánh vít :d (m);
- Bước vít :S (m);
- Công suất tính toán vít :Nv (kW);
Tính toán kích thước của vít:
Công thức xác định năng suất vis tải nghiêng:
Q = 60. (kg/h) (5.26)
Trong đó:
n - số vòng quay của vis, n = (v/p) (5.27)
Với bột nghiền A = 25÷45, chọn A = 45;
S - bước vis, S = 0,8D;
D - đường kính ngoài cánh vis, m;
- hệ số nạp đầy, = 0,4;
- khối lượng thể tích của than, = 620 kg/m3;
C - hệ số độ dốc, vis nghiêng 300 vậy C = 0,60.
D = 0,29 (m)
Vậy đường kính ống bao: Db = 0,01+D = 0,01+0,29 = 0,30 (m)
Số vòng quay của vis:
n = (v/p) (5.28)
Ứng với vận tốc = 2,5 (rad/s)
Bước vis: S = 0,8*0,29= 0.232 (m)
Đường kính trục kéo vis : d = (0,2÷0,35)*D, chọn d = 0,06 m.
Chiều dài vis dựa trên kết cấu máy là 3 m.
5.4.3. Công suất trên trục vis tải nghiêng
Ta có:
- 41 -
N = , (W) (5.29)
Trong đó:
Q - năng suất máy nghiền, Q = 4000 kg/h;
C0 - hệ số trở lực của vật liệu nghiền, C0 = 25 – 55 = 45;
L - chiều dài vis, L = 3 m;
H - chiều cao nâng vật liệu, H = 1,5 m.
N = 1.488 (W)
Vậy công suất động cơ bằng:
N đc = K.N/ ( đ. hs) = 1,25.1488/ 0,95 . 0,92 = 2.128 , W ; (5.30)
Với:
K - hệ số dự trữ, K = 1,25;
đ - hiệu suất bộ truyền đai, đ = 0,95;
hs – hiệu suất truyền động của hộp số, hs = 0,92
5.5. Tính toán hệ thống thu bụi
5.5.1. Cơ sở thiét kế
Nguyên lý hoạt động: Nguyên liệu được cấp vào buồng nghiền, bụi và bột
nhỏ được quạt hút qua ống hút đưa vào hệ thống thu bột bằng túi vải. Các hạt có
khối lượng nặng sẽ được xyclon thu đưa ra qua vis tải cùng bột nghiền từ trong
buồng nghiền.
- 42 -
Hình 4.6. Hệ thống thu bụi
1. Máng cấp liệu; 2. Máy nghiền; 3. Quạt hút; 4. túi vải; 5. Vit tải; 6.cửa xã liệu.
5.5.2. Các thông số cơ bản cần tính toán
Lưu lượng không khí do trống nghiền tạo ra.
Kích thước ống vận chuyển: chiều dài a, chiều rộng b, đường kính
tương đương dtđ (m).
Các kích thước hình học của xyclon.
Các thông số của quạt.
5.5.3. Xác định lưu lượng không khí do máy nghiền tạo
ra
Qv = V1*Fp*Ktđ (m3/s) (5.31)
Trong đó:
V1 - vận tốc luồng khí qua lỗ sàng, V1= 7,5÷8 m/s ứng với búa
nghiền có vận tốc Vb= 60÷80 (m/s). Chọn V1 = 8 m/s;
Fp - tổng diện tích lỗ sàng, Fp= P . Fs.
Với Fs là diện tích sàng, Fs=B . l0
P= 0,38 ứng với sàng
Fs= 0.685 . 0,24 = 0,1644 (m2)
Fp= 0,38 . 0,1644 = 0,0625 (m2)
Ktđ - hệ số thắt dòng ở miệng lỗ sàng, Ktđ = 0,5÷1
Qv= 8 .1. 0,0625 = 0,5 (m3/s)
Để lưu thông khí trong buồng nghiền tốt, lưu lượng của quạt gấp từ 1,5 – 2
lần lưu lượng không khí do buồng nghiền tạo ra:
Qkk= (1,5 – 2 ). QV = 1,8 . 0,5 = 0,9 , m3/s ; (5.32)
Vật liệu nghiền là than có ẩm độ 14÷16%, do yêu cầu thực tế, chọn lượng
bụi đi qua bộ phận lọc chiếm 10 % so với lượng than được nghiền. Vậy năng suất
tính toán vật liệu cần chuyển là:
Qb = 3000*0,1= 300 kg/h = 0,083 kg/s. (5.33)
Nồng độ vật liệu:
- 43 -
(kg vật liệu/kg không khí) (5.34)
5.5.4. Tính toán xyclon theo phương pháp chọn
Đường kính xyclon tính theo công thức:
D = (m) (5.35)
Trong đó:
Wq = 2,2÷2,5 là vận tốc qui ước, chọn Wq = 2,4;
D = 0,691 m.
Tra theo tiêu chuẩn chọn đường kính xyclon D = 700 mm.
Chọn loại xyclon ÍÈÎÃÀÇ. Các kích thước còn lại tính theo đường kính
xyclon như sau:
Chiều cao phần hình trụ xoay: h2 = 1,6 D = 1.120 mm
Chiều cao ống tâm: h1= 1,6 D = 1.120 mm
Chiều cao phần hình nón: h3 = 2 D = 1.400 mm
Đường kính ống ra : d = 0,58 D = 406 mm
Chiều cao cửa vào: a = 0,66 D = 462 mm
Chiều rộng cửa vào: h4 = 0,21 D = 147 mm
Đường kính cửa tháo bụi: d1= 180 mm
Chiều cao toàn bộ: H = 2.570 mm
- 44 -
Hình 5.7. Xyclon.
5.5.5. Tính toán hệ thống ống hút
+ Xác định vận tốc thăng bằng của bụi than trong dòng không khí:
Vt = K , (m/s) (5.36)
Trong đó:
- khối lượng riêng của bụi than, h = 1.400, kg/m3;
- khối lượng riêng của không khí, k = 1,288 , kg/m3;
d - kích thước hạt rắn, d = 0,00001 m;
K - hệ số thăng bằng, ứng với hạt d= 0,00001 (m) thì K = 10
Vt = 1,07 (m/s)
+ Vận tốc không khí nhỏ nhất trong ống dẫn:
Vk = (m/s) (5.37)
- hệ số phụ thuộc kích thước vật liệu, 25÷30 chọn = 30
Vt = 32,1 (m/s)
+ Xác định đường kính ống dẫn:
- 45 -
Dô =
Trong đó: Qkk – lưu lượng khí chảy trong đường ống, Qkk = 0,9 m3/s;
Vt – vận tốc tính toán của dòng khí trong ống, Vt = 32,1 m/s.
Dô = = 189 mm
Chọn đường kính ống : Dô = 180 mm. (5.38)
5.5.6. Tính trở lực của hệ thốngdẫn khí - bụi
Tổng trở lực của hệ thống dẫn khí – bụi xác định bởi công thức:
, (N/m2) (5.39)
Trong đó:
- áp suất tĩnh, N/m2;
- áp suất động, N/m2;
- trở lực cục bộ, N/m2.
Tính toán áp suất tĩnh:
(N/m2)
pt = 0,73 . 1,228 . 9,81 . 2,5 = 22,0 , N/m2 ; (5.40)
Trong đó:
– nồng độ vật liệu, = 0,73 kgVL/kgKK;
kk – khối lượng riêng của không khí, kk = 1,228 kg/m3;
g – gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2;
H - chiều cao nâng, H = 2,5 (m)
Tính toán áp suất động:
(N/m2) (5.41)
(N/m2)
Tính toán trở lực cục bộ:
(N/m2) (5.42)
Trong đó:
- 46 -
K’ - hệ số phụ thuộc vào vận tốc không khí, K’= 0,32.
- tổng hệ số trở lực. Bao gồm:
+ K1 là hệ số trở lực đặc trưng cho đoạn ống nằm ngang dài 1 m:
K1 = 0,016.L/Dô = 0,016 . 1 / 0,18 = 0,089;
+ K2 là hệ số trở lực đặc trưng cho đoạn ống thẳng đứng dài 2,5 m:
K2 = 1,15. 0,016.L/Dô = 0,15. 0,016 . 2,5 / 0,18 = 0,033;
+ K3 là hệ số trở lực đặc trưng cho khủy gẫy góc 900:
K3 = 1,5;
+ K4 là hệ số trở lực đặc trưng dòng khí đi vào ống:
K4 = 0,5;
+ K5 hệ số trở lực đặc trưng cho xyclon:
K5 = 2,5;
+ K6 hệ số trở lực đặc trưng cho bộ lọc túi vải:
K6 = 5,8.
Vậy : = 10,422. (5.43)
Tổng trở lực cục bộ của hệ thống dẫn khí – bụi:
= 253,3 , N/m2 ; (5.44)
Tổng trở lực của hệ thống dẫn khí – bụi xác định là:
, N/m2 ; (5.45)
5.5.7. Tính toán quạt ly tâm
Xác định áp suất toàn phần của quạt theo công thức:
H= 1,1. p. (1 + k.) = 1,1. 1231,3 . ( 1 + 1. 0,73) = 3.343, N/m2; (5.46)
Trong đó: p – trờ lực của hệ thống dẫn khí – bụi;
k – hệ số, với bụi than k = 1;
– nông độ bụi, = 0,73 kgVL/kgKK.
Lưu lượng quạt:
Q = 1,1Qkk
Q = 1,1. 0,9 = 0,99 , m3/s ; (5.47)
Chọn số vòng quay cánh guồng bằng số vòng quay của động cơ
điện, n= 1.450 vg/ph.
- 47 -
(rad/s)
Hệ số quay nhanh của quạt thiết kế:
Tính các thông số của quạt:
+ Đường kính cửa vào của quạt:
D0=C* , (m)
C= 1,2÷1,7 chọn C = 1,25 D0 = 1,25. , m; (5.48)
+ Đường kính trong cánh guồng: D1= D0 = 234 mm. (5.49)
+ Đường kính ngoài của cánh guồng:
D2 = D0.60/nq = 234.60/18,2 = 770 , mm ; (5.50)
+ Chiều rộng vỏ quạt tính theo công thức:
B = 0,885 . D0 = 0,885 . 234 = 207 , mm ; (5.51)
+ Chiều rộng của guồng quạt tính theo công thức:
b = ( 1,2 – 2,5). D0/4 = 2 . 234/4 = 117 , mm ; (5.52)
+ Trị số mở của vỏ:
A = D2.nq/90 = 770 . 18,2/90 = 156 , mm ; (5.53)
Độ mở xoắn:
A = A/4 = 156/4 = 39 , mm ; (5.54)
+ Số cánh của guồng quạt:
Z = . (D2 + D1)/ (D2 – D1) = 3,14.(770 + 234)/(770 – 234) = 5,9
Chọn số cánh của guồng quạt Z = 6 cánh (5.55)
+ Góc vào của cánh guồng 1 = 100 – 1400 = 1200. (4.56)
+ Góc ra của cánh guồng 2 = 20 – 450 = 300. (5.57)
+ Công suất của quạt:
NT = Q.H/ = 0,99 . 3343 / 0,7 = 4.728 , W ; (5.58)
5.6. Chế tạo
- 48 -
Tiến hành chế tạo máy nghiền than đá tại xưởng Bộ môn Máy Sau Thu
hoạch – Chế biến từ ngày 15 tháng 5 đến ngày 01 tháng 8 năm 2007. Công nghệ
chế tạo các chi tiết của máy như đã trình bày ở chương 4.
5.7. Khảo nghiệm
5.7.1. Khảo nghiệm chạy rà
Địa điểm khảo nghiệm
Xưởng Bộ môn Máy Sau thu hoạch – Chế biến khoa Cơ khí- Công
nghệ,trường đại học Nông Lâm Thành phố Hồ Chí Minh.
Thời gian: Từ ngày 01 tháng 8 năm 2007 đến ngày 05 tháng 8 năm 2007.
Thành phần khảo nghiệm:
+TS. Nguyễn Như Nam.
+ Sinh viên:
Kết quả khảo nghiệm
Thực hiện công tác chạy rà cho các kết quả quan sát và đo đạc như sau:
+ Về quan sát: Không thấy phát ra tiếng động cơ khí đặc biệt trong suốt quá
trình chạy rà. Máy chạy êm, không có sự dịch chuyển khung máy khi vận
hành.
+ Về đo đạc: Kết quả đo đạc các thông số khi khảo nghiệm về tốc độ quay,
công suất chạy không, nhiệt độ gối đỡ cho kết quả như bảng 5.1.
Bảng 5.1. Kết quả khảo nghiệm chạy rà.
TTThông số đo,
(đơn vị)
Lần đo
1 2 3 4 5 TB
1 Tốc độ quay của rô
to búa nghiền,
nrt (vg/ph)
2.025 2.012 1.996 2.018 2.002 2.011
2 Công suất tiêu thụ
của rô to, N (kW)
4,286 4,275 4,152 4,075 4,092 4,176
3 Nhiệt độ gối đỡ rô to
trái, t(0C)
51,3 51,1 49,1 49,8 49,5 50,2
4 Nhiệt độ gối đỡ rô to 53,6 53,1 52,5 52,9 52,6 52,9
- 49 -
phải (cạnh puly),
t(0C)
Kết quả xử lý số liệu:
+ Tốc độ chạy không của rô to búa nghiền:
ntb – t /2 . n ntb + t /2 .
2011 – 2,776. vg/ph n 2011 + 2,776. vg/ph
2.025 vg/ph n 1.996 vg/ph (5.59)
+ Công suất động cơ kéo rô to tiêu thụ khi chạy không:
Ntb – t /2 . N Ntb – t /2 .
4,176 – 2,776. kW N 4,176 + 2,776. kW
3,952 kW N 4,300 kW
(5.60)
+ Nhiệt độ gối đỡ trái:
ttb – t /2 . tt 0C ttb + t /2 .
50,2 – 2,776. 0C tt 0C 50,2 + 2,776. 0C
49,0 0C tt 0C 51,4 0C (5.61)
+ Nhiệt độ gối đỡ phải:
ttb – t /2 . tp 0C ttb + t /2 .
52,9 – 2,776. 0C tp 0C 52,9 + 2,776. 0C
52,4 0C tp 0C 53,4 0C (5.62)
Nhận xét:
+ Máy được chế tạo, lắp ráp đảm bảo yêu cầu kỹ thuật cơ khí.
+ Được phép tiến hành khảo nghiệm chuyển giao sản xuất.
- 50 -
5.7.2. Khảo nghiệm xác định các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật
Địa điểm: Công ty TNHH.Xây dựng Hoàn Thành, huyện Tân Uyên,
tỉnh Bình Dương.
Mục đích: Chuyển giao ra sản xuất kết hợp xác định các chỉ tiêu
kinh tế kỹ thuật mà máy đạt được bao gồm: năng suất, độ nhỏ bột nghiền, công
suất tiêu thụ, chi phí điện năng.
Thời gian: Từ ngày 16/7 đến ngày 31/7/ 2008
Thành phần:
+ Giáo viên hướng dẫn: Tiến Sĩ Nguyễn Như Nam
+ Sinh viên thực hiện:
+ Đại diện công tyTNHH. Xây dựng Hoàn Thành: Nguyễn
Tiến Sĩ.
Kết quả khảo nghiệm: Kết quả khảo nghiệm được trình bầy như
bảng 5.2.
Bảng 5.2. Kết quả khảo nghiệm xác định các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật.
TTThông số đo,
(đơn vị)
Lần đo
1 2 3 4 5 TB
1 Năng suất, kg/h 3.228 3.204 3.189 3.125 3.211 3.155
2 Công suất, N (kW) 13,922 13,871 13,756 13,684 13,765 13,800
3 Mức tiêu thụ điện
năng riêng (kWh/tấn)4,313 4,329 4,314 4,379 4,287 4,324
4 Độ nhỏ bột nghiền,
mm
0,48 0,45 0,49 0,43 0,51 0,47
Kết quả xử lý số liệu:
+ Năng suất của máy nghiền than:
Qtb – t /2 . Q Qtb + t /2 .
3155 – 2,776. kg/h Q 3155 + 2,776. kg/h
- 51 -
3.052 kg/h Q 3.258 kg/h
+ Công suất tiêu thụ:
Ntb – t /2 . N Ntb – t /2 .
13,800 – 2,776. kW N 13,800 + 2,776. kW
13,681 kW N 13,919 kW
+ Mức tiêu thụ điện năng riêng:
Artb – t /2 . Ar Artb + t /2 .
4,324 – 2,776. kWh/tấn Q 4,324 + 2,776. kWh/tấn
4,282 kWh/tấn Q 4,366 kWh/tấn
+ Độ nhỏ bột nghiền:
M – t /2 . M M + t /2 .
0,47 – 2,776. mm Q 0,47 + 2,776. mm
0,43 mm Q 0,51 mm
Nhận xét:
+ Máy đạt năng suất thiết kế.
+ Chất lượng sản phẩm đảm bảo yêu cầu công nghệ sản xuất gạch nung
bằng lò Tuynel.
+ Máy làm việc ổn định về năng suất và chất lượng nghiền.
5.8. Ý kiến thảo luận
+ Máy có kết cấu gọn gàng, bền vững, vận hành thuận tiện.
+ Máy Nghiền than được thiết kế, chế tạo và đưa vào sản xuất đảm bảo các mục
tiêu của đề tài đặt ra.
+ Với năng suất của máy đảm bảo phục vụ tốt trong các dây chuyền sản xuất gạch
Tuy nel có năng suất từ 20 ÷ 80 triệu viên/năm
+ Máy được thiết kế không gây ô nhiễm môi trường.
- 52 -
6. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ
6.1. Kết luận
- 53 -
Đề tài hoàn thành các nội dung tính toán, thiết kế, chế tạo và ứng dụng mẫu
máy nghiền than đá MNTĐ – 3.000. Máy có năng suất nghiền than là 3.000
kg/h, độ nhỏ sản phẩm nghiền là 0,47 mm rất phù hợp với yêu cầu sản xuất
gạch nung bằng lò Tuynel.
Máy đã chuyển giao cho sản xuất là Công ty TNHH. Xây dựng Hoàn
Thành huyện Tân Uyên, tỉnh Bình Dương.
Máy đạt mục tiêu nghiên cứu của đề tài và các thông số kỹ thuật đặt ra khi
thiết kế. So sánh với các máy nghiền than đã thực hiện trước đó, máy có
năng suất cao hơn 1,5 lần so với máy nghiền than cùng kích thươ81c và
nguồn động lực.
6.2. Đề nghị
Cần tiếp tục kiểm tra, theo dõi hoạt động của máy trong sản xuất để xác
định được những điểm ưu cần phát huy và khuyết khắc phục
Tiếp tục nghiên cứu về mẫu máy nghiền than này ở các mức năng suất khác
nhau.
- 54 -
