nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị phối trộn hỗn hợp dầu do, dầu thực vật và chất phụ gia phục vụ nghiên cứu nhiên liệu thay thế động cơ diesel tàu thủy trung cao tốc

69 PHỤ LỤC PHỤ LỤC 1: CHƯƠNG TRÌNH VIẾT CHO VI ĐIỀU KHIỂN ATMEGA16 ĐÃ ĐƯỢC BIÊN DỊCH PHỤ LỤC 2: THÔNG SỐ ĐỘ NHỚT THEO NHIỆT ĐỘ CỦA HỖN HỢP NHIÊN LIỆU DẦU DO, DẦU DỪA VÀ CHẤT PHỤ GIA SAU

MỤC LỤC Trang

MỤC LỤC i

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN iv

DANH MỤC CÁC BẢNG SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN vi

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN vi

LỜI NÓI ĐẦU viii

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU SỬ DỤNG CHO ĐỘNG CƠ DIESEL 1

1.1 Tổng quan về động cơ diesel 1

1.1.1 Giới thiệu chung về động cơ diesel 1

1.1.2 Động cơ diesel tàu thủy trung và cao tốc 1

1.2 Tổng quan về nhiên liệu sử dụng cho động cơ diesel tàu thuỷ trung và cao tốc 3

1.2.1 Giới thiệu về nhiên liệu 3

1.2.2 Chất phụ gia cho nhiên liệu 5

1.3 Tổng quan về hướng sử dụng nhiên liệu sinh học cho động cơ diesel tàu thủy trung và cao tốc 6

1.3.1 Nhiên liệu sinh học 6

1.3.2 Nguyên liệu để sản xuất nhiên liệu sinh học 7

1.3.3 Dầu thực vật nguyên gốc (SVO) 8

1.3.4 Diesel sinh học (Biodiesel) 10

1.4 Định hướng và cách tiếp cận nghiên cứu cho luận văn 11

1.4.1 Phương pháp sấy nóng nhiên liệu 11

1.4.2 Phương pháp pha loãng 12

1.4.3 Phương pháp Craking 12

1.4.4 Phương pháp nhũ tương hoá dầu thực vật 12

1.4.5 Phương pháp ester hoá 13

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ ĐỒNG THỂ NHIÊN LIỆU 14

2.1 Tính chất của máy đồng thể trong việc chuyển đổi nhiên liệu 14

2.1.1 Giới thiệu chung về máy đồng thể 14

2.1.2 Các loại máy đồng thể 14

2.1.3 Ứng dụng của máy đồng thể 19

2.2 Các loại thiết bị khuấy trộn hỗn hợp lỏng thường dùng trên cơ sở máy đồng thể 20

2.2.1 Công dụng và phân loại 20

2.2.2 Một số thiết bị khuấy trộn sản phẩm lỏng thông dụng 21

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ KỸ THUẬT THIẾT BỊ PHỐI TRỘN 24

3.1 Yêu cầu kỹ thuật của thiết bị 24

3.2 Xây dựng phương án thiết kế 24

3.2.1 Thiết kế hệ thống chung 25

3.2.2 Xây dựng sơ đồ nguyên lý làm việc của hệ thống 26

3.3 Tính toán các thông số cơ bản của thiết bị 27

3.3.1 Chọn cánh khuấy và tính lực cản trên cánh khuấy 27

3.3.2 Tính công suất và chọn động cơ 29

3.3.3 Thiết kế trục cánh khuấy 30

3.3.4 Thiết kế gối đỡ trục 32

3.3.5 Thiết kế khớp nối 32

3.3.6 Thiết kế thiết bị điều khiển 33

3.4 Xây dựng bản vẽ kỹ thuật của thiết bị 41

3.4.1 Xây dựng bản vẽ lắp 41

3.4.2 Xây dựng bản vẽ chế tạo các chi tiết cơ bản 43

CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ CHẾ TẠO THIẾT BỊ 48

4.1 Thiết kế chế tạo cánh khuấy 48

4.2 Thiết kế chế tạo trục cánh khuấy 48

4.3 Thiết kế chế tạo các thùng chứa nhiên liệu 48

4.3.1 Thiết kế chế tạo thùng chứa dầu DO và thùng chứa dầu thực vật 48

4.3.2 Thiết kế chế tạo thùng khuấy trộn 49

4.3.3 Thiết kế chế tạo khớp nối 49

4.4 Thiết kế chế tạo thiết bị điều khiển 50

4.4.1.Thiết kế chế tạo mạch điều khiển trung tâm và mạch điều khiển động cơ 50

4.4.2 Lựa chọn thiết bị 51

4.4.3 Viết chương trình cho vi điều khiển 57

CHƯƠNG 5 THỬ NGHIỆM VÀ HOÀN CHỈNH THIẾT BỊ 61

5.1 Thử nghiệm thiết bị 61

5.1.1 Quy trình thử nghiệm thiết bị 61

5.1.2 Kết quả thử nghiệm thiết bị 62

5.1.3 Thảo luận và đánh giá kết quả 65

5.2 Hoàn chỉnh thiết bị 66

5.3 Kết luận và đề xuất 67

5.3.1 Kết luận 67

5.3.2 Đề xuất 68

TÀI LIỆU THAM KHẢO 69 PHỤ LỤC

PHỤ LỤC 1: CHƯƠNG TRÌNH VIẾT CHO VI ĐIỀU KHIỂN ATMEGA16 ĐÃ ĐƯỢC BIÊN DỊCH

PHỤ LỤC 2: THÔNG SỐ ĐỘ NHỚT THEO NHIỆT ĐỘ CỦA HỖN HỢP NHIÊN LIỆU DẦU DO, DẦU DỪA VÀ CHẤT PHỤ GIA SAU KHI PHỐI TRỘN

PHỤ LỤC 3: CÁC GIÁ TRỊ ĐO KHI CHẠY THỬ NGHIỆM HỖN HỢP NHIÊN LIỆU DẦU DO, DẦU DỪA VÀ CHẤT PHỤ GIA TRÊN ĐỘNG CƠ 4CHK YANMAR DIESEL DÙNG THIẾT BỊ PHỐI TRỘN

PHỤ LỤC 4: CÁC GIÁ TRỊ ĐO KHI CHẠY THỬ NGHIỆM HỖN HỢP NHIÊN LIỆU DẦU DO, DẦU DỪA VÀ CHẤT PHỤ GIA TRÊN ĐỘNG CƠ 4CHK YANMAR DIESEL KHÔNG DÙNG THIẾT BỊ PHỐI TRỘN

PHỤ LỤC 5: THÔNG SỐ ĐỘNG CƠ 4CHK YANMAR DIESEL

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN

ADC Bộ chuyển đổi tín hiệu

ASTM Tiêu chuẩn theo hiệp hội ô tô mỹ

B5 Hỗn hợp nhiên liệu có pha 5% biodiesel còn lại là diesel khoáng B20 Hỗn hợp nhiên liệu có pha 20% biodiesel còn lại là diesel khoáng B100 Hỗn hợp nhiên liệu 100% biodiesel

DME Phụ gia dimetyl ete

DIN Tiêu chuẩn nhiên liệu của Đức

DO Nhiên liệu diesel

ECU Bộ điều khiển trung tâm

MĐT Máy đồng thể

MĐTTĐ Máy đồng thể thủy động

LCD Màn hình hiển thị

NLSH Nhiên liệu sinh học

PN Tiêu chuẩn nhiên liệu của Ba lan

SVO Dầu thực vật nguyên gốc (straight vegetable oil)

TCVN Tiêu chuẩn việt nam

ΓOCT Tiêu chuẩn nhiên liệu của Liên xô

DANH MỤC CÁC BẢNG SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN

Bảng 1.1 Các thông số kỹ thuật của các động cơ điesel tàu thuỷ trung- cao tốc Bảng 1.2 Nhiên liệu diesel – PERTROLIMEX

Bảng 1.3 Nhiên liệu diesel - ASTM D975

Bảng 1.4 Thành phần hóa học của một số loại dầu thực vật so với dầu diesel Bảng 1.5 Các thông số nhiệt động của một số dầu thực vật so với dầu diesel Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật động cơ servo

Bảng 3.2 Các thông số của ổ bi đỡ chặn cỡ nhẹ

Bảng 3.3 Các thông số của khớp nối trục đĩa

Bảng 3.4 Đặc tính kỹ thuật vật liệu chế tạo dây điện trở (wonfram)

Bảng 4.1 Thông số đặc trưng của cảm biến lưu lượng

Bảng 5.1 Hàm hồi quy đặc tính không tải

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN

Hình 1.1 Cấu tạo động cơ diesel 2 kỳ

Hình 1.2 Sơ đồ phân loại dầu diesel

Hình 1.3 Sơ đồ phân loại nhiên liệu sinh học

Hình 2.1 Sơ đồ máy đồng thể kiểu van

Hình 2.2 Sơ đồ máy đồng thể loại quay

Hình 2.3 Sơ đồ cấu tạo máy đồng thể loại rung

Hình 2.4 Sơ đồ cấu tạo máy đồng thể siêu âm có buồng cộng hưởng

Hình 2.5 Máy đồng thể siêu âm

Hình 2.6 Sơ đồ cấu tạo máy đồng thể thủy động

Hình 2.7 Sơ đồ cơ chế quá trình đồng thể thuỷ động

Hình 2.8 Sơ đồ mô hình phá vỡ cấu trúc keo nhựa trong máy đồng thể

Hình 2.9 Sơ đồ khuấy trộn tuần hoàn

Hình 2.10 Sơ đồ khuấy trộn bằng vòi phun

Hình 2.11 Sơ đồ máy khuấy trục nằm ngang

Hình 2.12 Máy khuấy trục thẳng đứng

Hình 2.13 Máy khuấy cánh mỏ neo

Hình 3.1 Hệ thống chung thiết bị phối trộn

Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý hệ thống thiết bị phối trộn

Hình 3.3 a-cánh khuấy kiểu bánh răng; b-dạng dĩa tua-bin; c- dạng mái chèo Hình 3.4 a-cánh khuấy kiểu chong chóng; b-chong chóng có vành; c-dạng mỏ neo Hình 3.5 Sơ đồ tính lực cản

Hình 3.6 Động cơ servo

Hình 3.7 Sơ đồ tính toán điện trở nhiệt

Hình 3.8 Sơ đồ tính tổn thất nhiệt

Hình 3.9 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển

Hình 3.10 Sơ đồ nguyên lí mạch điều khiển của thiết bị

Hình 3.11 Board mạch in mạch điều khiển trung tâm

Hình 3.12 Board mạch in mạch điều khiển động cơ

Hình 3.13 Bản vẽ lắp thiết bị phối trộn

Hình 3.14 Bản vẽ chế tạo cánh khuấy

Hình 3.15 Bản vẽ chế tạo trục cánh khuấy

Hình 3.16 Bản vẽ chế tạo thùng chứa dầu

Hình 3.17 Bản vẽ chế tạo thùng khuấy trộn hỗn hợp nhiên liệu

Hình 3.18 Bản vẽ chế tạo khớp nối

Hình 4.1 Mạch điều khiển trung tâm sau khi chế tạo

Hình 4.2 Mạch điều khiển trung tâm kết nối với các khối ngoại vi

Hình 4.3 Mạch điều khiển tốc độ động cơ sau khi chế tạo

Hình 4.4 Mạch điều khiển động cơ gắn với bộ tản nhiệt và bộ nguồn

Hình 4.5 Vị trí và nhiệm vụ của cảm biến

Hình 4.6 Cảm biến lưu lượng kiểu tua-bin

Hình 4.7 Cảm biến kiểu cặp nhiệt điện

Hình 4.8 Công tắc ánh sáng thông suốt

Hình 4.9 Công tắc ánh sáng phản chiếu

Hình 4.10 Màn hình LCD

Hình 4.11 Sơ đồ chân và sơ đồ đóng gói của vi điều khiển Atmega16

Hình 4.12 Sơ đồ cấu trúc của vi điều khiển Atmega16

Hình 5.1 Đồ thị đường cong nhiệt nhớt của hỗn hợp nhiên liệu với các tỷ lệ khác nhau Hình 5.2 Thiết bị phun và kính hiển vi soi mẫu nhiên liệu phun trên giấy bản

Hình 5.3 Sơ đồ bố trí thử nghiệm thiết bị

Hình 5.4 Đồ thị đặc tính không tải

Hình 5.5 Bàn phím giao tiếp trên thiết bị

Hình 5.6 Thiết bị được lắp ghép và hoàn chỉnh tại bộ môn Động lực Khoa KTTT-ĐHNT

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay, nhu cầu sử dụng nhiên liệu gốc dầu mỏ đang gia tăng mạnh mẽ dẫn đến phát sinh nhiều hậu quả không tốt như: Nguồn nhiên liệu cạn kiệt, ô nhiễm môi trường và biến đổi khí hậu ngày càng gia tăng Trước thực trạng đó, việc nghiên cứu tìm nguồn năng lượng có khả năng tái sinh thay thế một phần dầu mỏ nhằm làm giảm lượng khí thải độc hại ra môi trường đang được quan tâm đặc biệt Nhiên liệu sinh học ngoài chức năng như một phụ gia tăng cường oxy cho quá trình cháy, làm giảm ô nhiễm môi trường còn là nguồn nhiên liệu có thể tái sinh nên đã được chú ý nghiên cứu để thay thế nhiên liệu có nguồn gốc từ dầu mỏ

Trong xu hướng đưa nhiên liệu sinh học vào vào đời sống nói chung và sử dụng nhiên liệu sinh học cho động cơ diesel tàu thủy trung-cao tốc nói riêng, vấn đề tạo hỗn hợp nhiên liệu sinh học và dầu DO phù hợp để thay thế được nhiên liệu truyền thống là vấn đề trọng tâm, đã và đang được quan tâm nghiên cứu ở Việt Nam và thế giới Với mục đích ứng dụng khoa học kỹ thuật vào thực tiễn sản xuất, trong khuôn khổ của luận văn

cao học, đề tài “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị phối trộn hỗn hợp dầu DO, dầu thực vật và chất phụ gia phục vụ nghiên cứu nhiên liệu thay thế động cơ diesel tàu thủy trung- cao tốc” được thực hiện nhằm giải quyết các vấn đề liên quan trong lĩnh vực nghiên cứu

nhiên liệu thay thế động cơ diesel

Với mục tiêu thiết kế, chế tạo thành công thiết bị phối trộn hỗn hợp dầu DO, dầu thực vật và chất phụ gia phục vụ nghiên cứu nhiên liệu thay thế cho động cơ diesel tàu thủy trung-cao tốc, Luận văn cao học đã triển khai thực hiện các nội dung cơ bản sau :

- Tổng quan về nhiên liệu sử dụng cho động cơ diesel tàu thuỷ trung - cao tốc

- Tổng quan về thiết bị đồng thể nhiên liệu

- Thiết kế kỹ thuật thiết bị

- Thiết kế chế tạo thiết bị

- Thử nghiệm và hoàn chỉnh thiết bị

- Kết luận và đề xuất

Xin chân thành cám ơn Thầy PGS-TS Phạm Hùng Thắng, đã tận tình hướng dẫn tôi hoàn thành luận văn Cám ơn các quý Thầy Khoa KTTT, Khoa Cơ Khí ĐHNT, các

bạn Đồng môn, các Kỹ sư xưởng bảo dưỡng Thiết bị - Trung tâm Huấn luyện Thực hành Trường Sỹ quan Không quân đã đóng góp nhiều ý kiến quý báu và tạo mọi điều kiện thuận lợi trong quá trình thực hiện đề tài

Trong điều kiện còn nhiều thiếu thốn về các phương tiện, trang thiết bị phục vụ nghiên cứu và trình độ bản thân còn hạn chế nên đề tài tuy đã được hoàn thành nhưng chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót Rất mong Quý Thầy và các đồng nghiệp đóng góp ý kiến

Nha trang, tháng 3 năm 2011

Mai Đức Nghĩa

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU SỬ DỤNG CHO ĐỘNG CƠ DIESEL 1.1 Tổng quan về động cơ diesel

1.1.1 Giới thiệu chung về động cơ diesel

Động cơ diesel là phát minh của Rudolf Diesel, người đã tốt nghiệp Đại học Kỹ thuật ở Munich - Đức, Ông được cấp bằng sáng chế cho động cơ diesel đầu tiên vào năm

1892 Ra đời sớm nhưng động cơ diesel không phát triển mạnh như động cơ xăng do gây

ra nhiều tiếng ồn, khí thải bẩn Tuy nhiên, cùng với sự phát triển của công nghệ, các vấn

đề trên đã được giải quyết và động cơ diesel ngày càng được phổ biến rộng rãi

Động cơ diesel hoạt động theo nguyên lý nhiên liệu tự bốc cháy Nhiên liệu được phun vào buồng nén mà ở đó không khí đã được nén tới áp lực từ 41,5 - 45,5 kg/cm2 và đạt tới nhiệt độ trên 500oC Nhiệt độ này đủ để làm nhiên liệu tự bốc cháy và khí dãn nở làm tăng áp lực lên tới trên 70 kg/cm2 Áp lực này tác động lên piston và làm piston chuyển động Chuyển động tịnh tiến của pít tông thông qua cơ cấu trục khuỷ thanh truyền tạo thành chuyển động quay của trục khuỷu Chính đặc điểm này làm động cơ diesel có hiệu suất sử dụng nhiên liệu cao

Tỷ số nén của động cơ diesel vào

khoảng (15-25), cao hơn nhiều so với động

cơ xăng (9-13) [1] Cấu tạo động cơ diesel

như trên hình 1.1 [28]

1.1.2 Động cơ diesel tàu thủy trung

và cao tốc

Động cơ diesel tàu thuỷ trung và cao tốc

thường là động cơ 4 kỳ sử dụng nhiên liệu

nhẹ có chất lượng cao và có tốc độ quay trục

khuỷu từ 350 đến 1500 vòng/phút Nếu dùng

để lai chân vịt thì thường phải lắp thêm hộp

số giảm tốc

Động cơ diesel tàu thủy trung và cao

tốc được chế tạo bởi rất nhiều hãng nổi tiếng Hình 1.1 Cấu tạo động cơ diesel 2 kỳ

khác nhau trên thế giới như: MANBW, Wartsila, MTU, Deutz, Ailen, RollsRoyce, Ruston, GMT, Semt-pielstick, Yanmar, Daihatsu, Hanshin, Akasaka, Niigata, Caterpillar, Cummins…

Ở Việt Nam, động cơ diesel tàu thủy trung - cao tốc được trang bị trên các tàu vận tải ven biển cỡ nhỏ, các tàu đánh cá và được chế tạo bởi rất nhiều hãng như:

Yanmar, Daihatsu, kybota, Caterpillar, Cummins… Trên bảng 1.1, trình bày thông số kỹ thuật của các loại động cơ điesel tàu thuỷ trung- cao tốc đang được sử dụng phổ biến tại

Hành trình piston (mm)

Công suất ( KW)

Tốc độ quay (V/ p)

Chi phí nhiên liệu riêng (g/kwh)

Chi phí nhiên liệu giờ (kg/h)

1.2 Tổng quan về nhiên liệu sử dụng cho động cơ diesel tàu thuỷ trung và cao tốc

1.2.1 Giới thiệu về nhiên liệu

Nhiên liệu sử dụng cho động cơ diesel tàu thủy trung và cao tốc là sản phẩm được chưng cất từ dầu mỏ, đó là hỗn hợp phức tạp của các nhóm hydrocacbon khác nhau

Tùy thuộc vào phạm vi nhiệt độ sôi, hàm lượng tạp chất, độ nhớt,… dầu diesel có nhiều tên gọi khác nhau như: gasoil, dầu diesel tàu thủy, dầu solar, mazout, dầu nhẹ, dầu nặng, dầu cặn…Tuy nhiên, để xếp một mẫu dầu diesel vào loại nào, ta phải căn cứ vào chỉ tiêu kỹ thuật của nó được qui định bởi các tổ chức có chức năng tiêu chuẩn hóa (ví dụ: ΓOCT của LB Nga, ASTM của Mỹ, TCVN của Việt Nam, PN của Ba Lan, DIN của Đức…) [12] hoặc các hãng chế tạo động cơ lớn

Các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật thường được thể hiện dưới hình thức một bảng các trị

số của các tính chất đặc trưng cho khả năng và hiệu quả sử dụng của một loại nhiên liệu

cụ thể vào mục đích xác định Dưới đây là một số tiêu chuẩn kỹ thuật của nhiên liệu diesel trong bảng 1.2

Tại Mỹ, ASTM (American Society for Testing and Materials) là cơ quan hàng đầu thiết lập các chỉ tiêu kỹ thuật cũng như phương pháp xác định các chỉ tiêu đó đối với hàng loạt các loại sản phẩm, trong đó có sản phẩm dầu mỏ [12]

Theo ASTM-D975, dầu diesel được chia thành 3 nhóm với ký hiệu No.1-D,

No.2-D và No.4-No.2-D như trong bảng 1.3

No.1-D : nhiên liệu dùng cho động cơ diesel làm việc trong những điều kiện tải và tốc độ quay thường xuyên thay đổi Loại nhiên liệu này thường là sản phẩm chưng cất trực tiếp từ dầu mỏ

No.2-D : nhiên liệu dùng cho động cơ diesel công nghiệp và động cơ xe cơ giới có chế độ làm việc nặng Loại này thường chứa sản phẩm chưng cất trực tiếp và sản phẩm cracking

No.4-D : nhiên liệu dùng cho động cơ diesel thấp và trung tốc Loại nhiên liệu này thường là hỗn hợp của sảm phẩm chưng cất trực tiếp hoặc của sản phẩm cracking dầu cặn

Bảng 1.2 Nhiên liệu diesel - PERTROLIMEX

Khối lượng riêng ở 20oC,[g/cm3], max 0,87 0,87

Bảng 1.3 Nhiên liệu diesel - ASTM D975

Loại nhiên liệu Chỉ tiêu kỹ thuật

No 1 – D No 2 – D No 4 – D

1,9 4,1

5,5 24,0 Thành phần chưng cất, t90, [oC]:

Hàm lượng nước và cặn, [%vol], max 0,05 0,05 0,05

Ngoài ra dầu diesel có thể phân loại theo sơ đồ như hình 1.2

Nhiên liệu chưng cất (còn gọi là nhiên liệu nhẹ) chỉ chứa các phân đoạn dầu mỏ được chưng cất trong phạm vi nhiệt độ từ 180 - 400oC

Dầu cặn (còn gọi là dầu nặng) có thể là mazout thuần tuý hoặc là hỗn hợp của

mazout với gasoil

Gasoil là tên gọi thương mại của phân đoạn dầu mỏ có nhiệt độ sôi trong khoảng 180-3800C, chứa các loại hidrocacbon có số nguyên tử cacbon trong phân tử từ 11-18 Gasoil được coi là nhiên liệu thích hợp nhất cho động cơ diesel cao tốc

Dầu solar (còn gọi là dầu diesel tàu thuỷ) là phân đoạn của dầu mỏ có nhiệt độ sôi trong khoảng 300 - 400oC Dầu solar được sử dụng làm nhiên liệu cho động cơ diesel có

tốc độ quay trung bình và thấp (n < 1000 v/ph)

Trong số dầu diesel thông dụng, gasoil là loại có độ nhớt, mật độ và hàm lượng tạp chất ít nhất; còn mazout thì ngược lại nó có các trị số của các tính chất trên cao nhất

1.2.2 Chất phụ gia cho nhiên liệu

Phụ gia là những chất cho thêm vào nhiên liệu với một lượng nhỏ để bảo đảm tính đồng pha, hệ số cháy nổ ổn định, chống oxy hóa hoặc làm tăng các chất sẵn có

và có thể tạo ra những tính chất mới cho nhiên liệu theo mong muốn Việc sử dụng nhiên liệu cho động cơ tất yếu phải có các phụ gia Trong phạm vi nghiên cứu của đề tài chỉ quan tâm đến phụ gia cho nhiên liệu diesel bao gồm:

- Phụ gia tăng chị số cetane (isopropyl nitrat, n-butyl nitrat, amy nitrat…)

Dầu solar

Hình 1.2 Sơ đồ phân loại dầu diesel

Dầu diesel

- Phụ gia giảm khói thải đen (nước)

- Phụ gia DME giảm thải các chất độc hại

- Phụ gia Nano fuel bosster tạo cho quá trình cháy được hoàn toàn hơn Đây là loại phụ gia được chiết xuất từ dầu cọ, do đó thân thiện với môi trường và cũng là loại phụ gia thường dùng hiện nay

1.3 Tổng quan về hướng sử dụng nhiên liệu sinh học cho động cơ diesel tàu thủy trung và cao tốc

1.3.1 Nhiên liệu sinh học

NLSH là những nhiên liệu có nguồn gốc từ các vật liệu sinh khối như củi, gỗ, rơm, trấu, phân và mỡ động vật nhưng đây chỉ là những dạng nhiên liệu thô NLSH dùng cho giao thông vận tải chủ yếu gồm: các loại cồn sản xuất bằng công nghệ sinh học để sản xuất ra Gasohol (Methanol, Ethanol, Buthanol, nhiên liệu tổng hợp Fischer Tropsch), các loại dầu sinh học để sản xuất diesel sinh học (dầu thực vật, dầu thực vật phế thải, mỡ động vật) Hay nói cách khác: NLSH là loại nhiên liệu được hình thành từ các hợp chất có nguồn gốc động thực vật (sinh học) Ví dụ như nhiên liệu chế xuất từ chất béo của động thực vật (mỡ động vật, dầu dừa, ), ngũ cốc (lúa mỳ, ngô, đậu tương ), chất thải trong nông nghiệp (rơm rạ, phân, ), sản phẩm thải trong công nghiệp (mùn cưa, sản phẩm gỗ thải ) [11] Loại nhiên liệu này có nhiều ưu điểm nổi bật so với các loại nhiên liệu truyền thống (dầu khí, than đá ) ở chỗ:

- Tính chất thân thiện với môi trường: chúng sinh ra ít hàm lượng khí gây hiệu ứng nhà kính và ít gây ô nhiễm môi trường hơn các loại nhiên liệu truyền thống

- Nguồn nhiên liệu tái sinh: các nhiên liệu này lấy từ hoạt động sản xuất nông nghiệp và có thể tái sinh Chúng giúp giảm sự lệ thuộc vào nguồn tài nguyên nhiên liệu không tái sinh truyền thống

Tuy nhiên, hiện nay vấn đề sử dụng NLSH vào đời sống còn nhiều hạn chế do chưa hạ được giá thành sản xuất xuống thấp hơn so với nhiên liệu hoá thạch truyền thống Trong tương lai, khi nguồn nhiên liệu truyền thống cạn kiệt, NLSH có khả năng là nguồn

thay thế

Các loại nhiên liệu sinh học như:

- Xăng sinh học (Gasohol)

- Diesel sinh học (Biodiesel)

- Khí sinh học (Biogas)

Ngoài ra còn một số loại nhiên liệu sinh học rắn mà các nước đang phát triển sử dụng hàng ngày trong công việc nấu nướng hay sưởi ấm là gỗ, than và các loại phân thú khô

1.3.2 Nguyên liệu để sản xuất nhiên liệu sinh học

Nguyên liệu để sản xuất Nhiên liệu sinh học rất đa dạng, phong phú, bao gồm:

- Nông sản: sắn, ngô, mía, củ cải đường…

- Cây có dầu: lạc, đậu tương, cây hướng dương, dừa, cọ dầu, jatropha…

- Chất thải dư thừa: sinh khối phế thải, rơm rạ, thân cây bắp, gỗ, bã mía, vỏ trấu…

- Mỡ động vật: mỡ cá basa, cá tra, mỡ gà…

- Dầu tảo

- Dầu phế thải: dầu ăn phế thải, dầu từ các nhà máy chế biến dầu mỡ

Tùy theo lợi thế về nguồn nguyên liệu của mỗi quốc gia, người ta lại chọn những loại nguyên liệu phù hợp để sản xuất NLSH Ví dụ như Brasil sản xuất ethanol chủ yếu từ mía, ở Mỹ là từ ngô [11]

Như vậy, nhiên liệu sinh học là loại nhiên liệu được hình thành từ các hợp chất có nguồn gốc từ động, thực vật

Tuỳ thuộc vào phương thức sản xuất và sử dụng NLSH có thể phân làm 4 nhóm chính như hình 1.3

NHIÊN LIỆU SINH HỌC

DẦU THỰC VẬT NGUYÊN GỐC - SVO Straight Vegetable Oil

ETANOL

Hình 1.3 Sơ đồ phân loại nhiên liệu sinh học

Trong phạm vi nghiên cứu của đề tài chỉ quan tâm đến dầu thực vật nguyên gốc (SVO) và diesel sinh học (Biodiesel)

1.3.3 Dầu thực vật nguyên gốc (SVO)

Là loại dầu được chiết xuất, chưng cất và tinh chế từ thực vật, bao gồm hỗn hợp các triglyxerit được chiết xuất từ thân, hạt hoặc cùi quả của một số loại cây có dầu như: dầu dừa, hướng dương, thầu dầu, lạc, đậu nành,

Dầu thu được từ nguyên liệu bằng các phương pháp khác nhau cần phải được xử

lý, loại bỏ các tạp chất cơ học, hóa học không mong muốn theo các bước sau:

- Lọc

- Xử lý hàm lượng axit tự do trong nguyên liệu

- Rửa và sấy dầu

- Tẩy mầu dầu

- Khử mùi

1.3.3.1 Tính chất lý học của dầu thực vật

- Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ đông đặc:

Vì các dầu có thành phần hóa học khác nhau nên các giá trị nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ đông đặc của chúng không ổn định và thường trong một khoảng nào đó [11]

- Tính tan của dầu thực vật:

Là dầu không phân cực Do vậy, chúng tan rất tốt trong dung môi không phân cực,

độ tan của dầu trong dung môi phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ

- Mầu của dầu:

Mầu của dầu phụ thuộc vào thành phần hợp chất có trong dầu Dầu tinh khiết không mầu, dầu có mầu vàng là do các carotenoit và các dẫn xuất, dầu có mầu xanh là của clorophin…

- Khối lượng riêng:

Khối lượng riêng của dầu thực vật thường nhẹ hơn nước, d20p 0,9070,971, dầu có thành phần hydrocacbon càng nhiều thì tỷ trọng càng cao [11]

1.3.3.2 Thành phần hóa học của dầu thực vật

Các loại dầu khác nhau có thành phần hóa học khác nhau Tuy nhiên, thành phần chủ yếu của dầu thực vật là các glyxerit, nó là các este tạo thành từ axit béo có phân tử

lượng cao và glyxerin (chiếm 95-97%) Axit béo là những axit cacboxylic mạch thẳng, có cấu tạo từ 16 đến 30 nguyên tử cacbon, các axit béo có thể no hoặc không no, ngoài các hợp chất chủ yếu ở trên, trong dầu thực vật còn chứa các hợp chất khác như: các chất sáp, chất nhựa, chất mầu, các chất gây mùi…Như vậy, thành phần hóa học của các loại dầu thực vật nói chung gồm 95% các triglyceride và 5% các axid béo tự do [11]

- Nhóm mau khô: Gồm các dầu có chỉ số Iốt trên 130 như dầu lanh, dầu trẩu Đối với dầu thực vật so với dầu diesel thì lượng chứa C ít hơn 10 - 12%, lượng chứa H ít hơn 5 - 13% còn lượng O thì lớn hơn rất nhiều (dầu diesel chỉ có vài phần ngàn

O, còn dầu thực vật có 9 - 11% O) [11], cho nên dầu thực vật là nhiên liệu có chứa nhiều oxy Chính vì điều này mà dầu thực vật có thể làm việc với lượng dư không khí bé mà vẫn cháy hoàn toàn

Bảng 1.4, giới thiệu thành phần hóa học một vài loại dầu thực vật [11]

Bảng 1.4 Thành phần hóa học của một số loại dầu thực vật so với dầu diesel

hạt bông

Dầu cải dầu

Dầu dừa Dầu diesel

Bảng 1.5 Các thông số nhiệt động của một số dầu thực vật so với dầu diesel

Loại dầu

Khối lượng riêng

(g/cm3)

Độ nhớt ở

20 0 C

(cSt)

Chỉ số cetane

(CN)

Điểm đục

(0C)

Điểm chớp lửa (0C)

Từ các tính chất hóa học của dầu thực vật trên cho thấy khối lượng riêng của dầu

thực vật lớn hơn dầu diesel từ 6 - 17%

Vì vậy, dẫn đến một điều cần lưu ý là độ nhớt Độ nhớt dầu thực vật ở nhiệt độ thường cao hơn so với dầu diesel rất nhiều lần Độ nhớt của dầu ảnh hưởng lớn đến chất lượng phun nhiên liệu và hòa trộn hỗn hợp, do đó ảnh hưởng mạnh đến tính kinh tế và năng lượng của động cơ Chỉ số cetane của dầu thực vật nhỏ hơn so với dầu diesel, trong

số các dầu thực vật nghiên cứu thì dầu dừa có chỉ số cetane gần bằng dầu diesel như trên bảng 1.5 Muốn tăng chỉ số cetane cho dầu thực vật có thể dùng biện pháp thêm chất phụ gia "procetane" hay chuyển chúng thành ester dầu thực vật Ở nhiệt độ thường thì sức căng bề mặt của dầu thực vật cao hơn so với dầu diesel nhưng ở nhiệt độ cao thì giảm nhanh và đạt giá trị gần bằng dầu diesel

1.3.4 Diesel sinh học (Biodiesel)

1.3.4.1 Giới thiệu chung về biodiesel

Biodiesel là một loại nhiên liệu có tính chất tương đương với nhiên liệu dầu diesel

nhưng được sản xuất từ dầu thực vật hay mỡ động vật Về phương diện hóa học thì Biodiesel là methyl ester của những axít béo Biodiesel có tiềm năng lớn nhất để làm

nhiên liệu tái tạo trong các động cơ diesel Hiện nay, công nghệ sản suất Biodiesel từ các cây có dầu đang được sử dụng rộng rãi ở châu Âu, Hoa Kỳ, để thay thế một phần nhiên liệu DO Có được điều này chủ yếu là do các đặc tính thuận lợi của Biodiesel về khả năng pha trộn với nhiên liệu diesel khoáng, thông thường ở các tỷ lệ: B5, B10, B15, B20 để tạo ra nhiên liệu cho động cơ mà chỉ cần điều chỉnh nhỏ động cơ diesel

và hệ thống nhiên liệu [11]

1.3.4.2 Nguyên liệu dùng để sản xuất biodiesel

Những loại dầu thực vật có chiết suất lớn dùng để sản xuất biodiesel gồm:

Dầu từ hạt những cây có dầu như: Đậu phụng, đậu nành, cải dầu, hạt bông, hướng dương

Dầu từ quả của những cây có dầu như: cây dừa, cây cọ…trong đó chúng ta chỉ chú

ý đến một vài cây có chiết suất dầu khá lớn là Dừa (60%) và Cọ (50%)

Nguyên liệu sản xuất Biodiesel từ động vật là mỡ cá tra, cá basa, mỡ gà, …

1.4 Định hướng và cách tiếp cận nghiên cứu cho luận văn

Để sử dụng dầu thực vật làm nhiên liệu cho động cơ diesel tàu thủy trung và cao tốc cần áp dụng những phương pháp xử lý dầu để tính chất của nó gần giống với nhiên liệu diesel Theo quan điểm khai thác động cơ thì khác nhau cơ bản giữa dầu thực vật và nhiên liệu diesel chính là độ nhớt Ảnh hưởng của độ nhớt đến làm việc của động cơ thể hiện ở chỗ, làm cho hệ thống nhiên liệu hoạt động không bình thường, làm chất lượng phun và cháy kém hơn Do chất lượng phun và cháy kém hơn nên các chỉ tiêu của động

cơ sẽ giảm đi khi sử dụng dầu thực vật Vì lý do trên, nên các giải pháp xử lý dầu thực vật đều nhằm làm giảm độ nhớt của dầu

1.4.1 Phương pháp sấy nóng nhiên liệu

Phương pháp này dựa trên đặc tính thay đổi của độ nhớt theo nhiệt độ Nhiệt độ trong khoảng 30oC - 80oC sẽ làm độ nhớt thay đổi nhiều, ngược lại khi nhiệt độ vượt trên

80oC thì độ nhớt thay đổi rất ít Độ nhớt của dầu thực vật sẽ giảm khi nhiệt độ tăng lên, bởi vậy sấy nóng được coi là một phương pháp hữu hiệu làm giảm độ nhớt của dầu thực vật Khi động cơ diesel làm việc ở chế độ ổn định thì nhiệt độ của nhiên liệu ở sau bơm cao áp thay đổi trong phạm vi từ (35 – 40)oC Trong khoảng nhiệt độ này thì độ nhớt của dầu thực vật thay đổi từ 25-35mm2/s, cao hơn 10 lần so với độ nhớt của dầu diesel Để đạt

được độ nhớt của nhiên liệu diesel thì cần tăng nhiệt độ của dầu thực vật lên (60-80)oC, bởi vì độ nhớt giảm rất ít khi nhiệt độ vượt trên 80oC Tăng nhiệt độ lên quá cao làm thay đổi trạng thái nhiệt và ảnh hưởng xấu đến hệ thống cấp nhiên liệu

Mặt khác phương pháp này không cải thiện được trị số cetane của dầu thực vật,…

do đó phương pháp này chỉ thích hợp để áp dụng đồng thời với phương pháp khác, nhằm mục đích tăng khả năng lưu thông của dầu thực vật, đặc biệt khi động cơ làm việc trong môi trường có nhiệt độ thấp

1.4.2 Phương pháp pha loãng

Phương pháp pha loãng là một trong những phương pháp đơn giản làm giảm độ nhớt, có thể sử dụng các dung môi pha loãng khác nhau Pha loãng không chỉ làm giảm

độ nhớt của dầu thực vật mà nó còn cải thiện được một số chỉ tiêu khác của dầu như: trị

số cetane lớn hơn, nhiệt độ đông đặc thấp hơn,…

1.4.3 Phương pháp Craking

Có thể hình dung quá trình craking dầu thực vật gần giống như quá trình craking dầu mỏ Nguyên tắc cơ bản của quá trình là cắt ngắn mạch hydrocacbon của dầu thực vật dưới tác dụng của nhiệt độ và chất xúc tác Sản phẩm thông thường bao gồm: nhiên liệu khí, xăng, nhiên liệu diesel và một số sản phẩm phụ khác Nhiên liệu có được sau quá trình craking có tính chất gần giống với nhiên liệu diesel Craking có thể được thực hiện trong môi trường không khí hoặc trong môi trường khí trơ Nhược điểm cơ bản của phương pháp này là tốn năng lượng để điều chế nhiên liệu Sản phẩm thu được bao gồm nhiều thành phần nhiên liệu khác nhau và đặc biệt là khó thực hiện ở quy mô không lớn

Vì vậy phương án đưa ra chỉ mang tính tham khảo mà không đi sâu vào nghiên cứu

1.4.4 Phương pháp nhũ tương hoá dầu thực vật

Nhiên liệu ban đầu là dầu thực vật, rượu và chất tạo sức căng bề mặt với thiết bị tạo nhũ có thể tạo ra nhũ tương dầu thực vật-rượu, trong đó các hạt rượu được phân bố đều trong nhũ tương [24] Ưu điểm nhiên liệu có dạng nhũ, có độ nhớt tương đương dầu diesel, tỷ lệ rượu càng lớn thì độ nhớt của nhũ tương càng giảm Tuy nhiên, lúc đó để tạo

ra các hạt nhũ tương nhỏ, khả năng phân lớp của các hạt nhũ tương tăng lên Kết quả là nhũ tương kém đồng nhất và cần thiết phải áp dụng các biện pháp bảo quản nhũ tương trong thời gian dài Nhược điểm là khó duy trì và ổn định hệ nhũ tương này

1.4.5 Phương pháp ester hoá

Phương pháp ester hoá dầu thực vật là phương pháp được chú ý trong thời gian gần đây, nguyên lý chuyển hoá cơ bản có thể miêu tả như là phản ứng giữa các axít béo trong dầu, mỡ và rượu tạo thành Ester và Glycerol

Nhận xét:

Từ cơ sở lý thuyết nêu ở trên cho ta thấy Việc nghiên cứu sử dụng dầu thực vật làm nhiên liệu cho động cơ diesel tàu thủy trung và cao tốc là hoàn toàn khả thi do những

ưu điểm sau:

- Hàm lượng lưu huỳnh thấp

- Quá trình cháy sạch

- Khả năng bôi trơn cao nên giảm mài mòn

- Giảm lượng khí thải độc hại

- An toàn về cháy nổ tốt hơn do NLSH có nhiệt độ chớp cháy cao

- Có khả năng tái tạo

Mặc dù, có nhiều phương pháp xử lý hóa học để tính chất của dầu thực vật tương đương với dầu diesel Nhưng để giảm giá thành nhiên liệu và vẫn đảm bảo tính chất của nhiên liệu sinh học tương đương với nhiên liệu diesel, đồng thời thuận tiện trong quá trình nghiên cứu ứng dụng thì phương pháp lựa chọn là pha dầu thực vật với dầu diesel và chất phụ gia Chính điều này cần thiết phải có thiết bị phối trộn hỗn hợp thỏa mãn một số yêu cầu sau:

- Làm giảm độ nhớt của hỗn hợp tương đương với dầu diesel

- Đồng nhất được hỗn hợp

- Gia nhiệt được cho hỗn hợp

- Bảo đảm chính xác các tỷ lệ phối trộn

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ ĐỒNG THỂ NHIÊN LIỆU 2.1 Tính chất của máy đồng thể trong việc chuyển đổi nhiên liệu

2.1.1 Giới thiệu chung về máy đồng thể

Nguyên lý đồng thể và thiết bị đồng thể ra đời từ những năm 50 của thế kỷ trước, được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực công nghiệp thực phẩm, công nghiệp nhẹ như vải, da, chế biến thực phẩm và y học dùng để trộn hai hoặc nhiều chất lỏng không tan vào nhau thành một thể đồng nhất ở dạng nhũ tương Sau đó, máy đồng thể được đưa vào

sử dụng để xử lý nhiên liệu nặng, nhũ tương nước – nhiên liệu cho tàu thủy và các máy phát điện, cũng như xử lý nâng cao hiệu quả dầu bôi trơn, tái chế để sử dụng sản phẩm dầu mỏ phế thải [8]

Một số máy đồng thể được lắp đặt như một bộ trộn, đồng thể hóa đơn giản nhiên liệu nặng với nhiên liệu chưng cất trực tiếp trên tàu Bằng cách đó làm giảm nhẹ chi phí nhiên liệu, đặc biệt là nhiên liệu cho các máy phụ trên tàu Ngày nay, sự quan tâm đến đồng thể hóa nhiên liệu nặng có mục đích khác, xuất phát từ công nghiệp năng lượng tái tạo Mặc dù giá nhiên liệu vẫn không ngừng tăng trong nhiều năm qua, đồng thể hóa nhiên liệu hiện nay tập trung chủ yếu là để hoàn thiện (hiệu suất) của động cơ và giảm thiểu chi phí của các chất thải Theo phương

pháp thực hiện của máy đồng thể, có thể chia ra

làm 2 loại: thiết bị với cơ cấu công tác quay;

thiết bị với cơ cấu công tác cố định (không

chuyển động) [7]

2.1.2 Các loại máy đồng thể

2.1.2.1 Máy đồng thể loại van

Trong các máy đồng thể loại van, chất

lỏng được nén đến áp suất 20 MPa, sau đó chảy

qua khe hẹp đặc biệt, ở đó áp suất giảm xuống

đến 0,4 MPa, sự gia tăng tốc độ của dòng chất

lỏng gây nên hiện tượng xâm thực bọt khí trong

dòng chất lỏng Một trong những máy đồng thể

Hình 2.1 Sơ đồ máy đồng thể kiểu van 1-áp kế; 2-đế van đồng thể; 3-van; 4-vít điều chỉnh áp suất; 5-chốt khóa vít điều chỉnh; 6-gioăng làm kín; 7-cửa ra nhiên liệu; 8-van an toàn; 9-buồng áp suất cao; 10-van xả của bơm; 11-van nạp của bơm; 12-bơm piston

đầu tiên loại này do hãng Manton-Gaulin của Mỹ chế tạo như hình 2.1

2.1.2.2 Máy đồng thể loại quay

Trong loại thiết bị này quá trình

đồng thể của chất lỏng xảy ra trong không

gian giữa rotor (quay) và stator (đứng yên)

với cấu trúc hình học bề mặt thay đổi liên

tục Chất lỏng bị nén và giản nở liên tục

giữa các cánh của rotor làm tốt quá trình

xâm thực bọt khí Các máy đồng thể điển

hình loại này như trên hình 2.2 của các

hãng Vickers (Anh), Stark (Hà Lan) sản

xuất

2.1.2.3 Máy đồng thể loại rung

Phương pháp rung động cơ học

được sử dụng để xử lý chất lỏng bằng cách

nhờ sự dao động của lò xo, chất lỏng tại

vùng tiếp xúc với lò xo bị dao động và xảy

ra hiện tượng xâm thực bọt khí

Khi tăng áp lực dao động của lò xo

vùng tiếp xúc với chất lỏng xảy ra hiện

tượng “sôi lạnh” kèm theo sự va đập thủy

lực và kết quả là phá hủy các hợp chất cơ

học và quả cầu nước có trong chất lỏng Sơ

đồ của máy đồng thể loại rung như trên

hình 2.3

2.1.2.4 Máy đồng thể siêu âm

Máy đồng thể siêu âm có độ chênh áp suất khá thấp khoảng (0,4 ÷ 0,8) MPa Khi

chất lỏng chảy qua các khe thay đổi với biên dạng khác nhau (các khe hình trụ bố trí

hướng tiếp tuyến, khe có dạng xoắn Archimede, v.v.) được nén ép và sinh ra dao động

đàn hồi, tạo ra quá trình đồng thể

Hình 2.3 Sơ đồ cấu tạo máy đồng thể

loại rung Hình 2.2 Sơ đồ máy đồng thể loại quay 1- hỗn hợp nhiên liệu; 2-rotor; 3- stator

Máy đồng thể siêu âm gồm 2 loại:

- Loại thứ nhất

Là loại máy đồng thể có buồng cộng

hưởng Cấu tạo của máy đồng thể này

như trên hình 2.4 Chất lỏng dưới áp

suất (0,3 ÷ 0,5) MPa đi vào cửa 1 đến

kênh tiếp tuyến A, sau đó chảy vào

buồng B của đầu đồng thể 4 Tại B chất

lỏng xảy dao động đàn hồi và xâm thực

bọt khí tạo quá trình đồng thể Để tăng

cường hiệu quả đồng thể, trong đầu 4

bố trí buồng cộng hưởng 5 để tăng dao

động đàn hồi của dòng chất lỏng

- Loại thứ hai

Loại thứ hai có cấu tạo như trên

hình 2.5 Loại này khác với loại thứ

nhất là có phần tử cộng hưởng (có thể

là một tấm kim loại dao động)

Chất lỏng dưới áp suất chảy qua

lỗ phun 4 tạo thành tia Lực kích thích

của tia chất lỏng tác động vào cạnh của

phần tử cộng hưởng làm nó dao động

và trong điều kiện tính toán xác định sẽ xảy ra cộng

hưởng thực hiện quá trình đồng thể chất lỏng

2.1.2.5 Máy đồng thể thủy động

Sơ đồ cấu tạo của máy đồng thể như trên hình

2.6 Loại máy đồng thể này được ứng dụng trong hệ

thống bôi trơn của các động cơ máy kéo Д21A (Liên

Xô cũ) để nâng cao chất lượng dầu bôi trơn Trong

thiết bị này chất lỏng dưới áp suất chảy qua khe hẹp

Hình 2.4 Sơ đồ cấu tạo máy đồng thể siêu âm có buồng cộng hưởng

Hình 2.5 Máy đồng thể siêu âm

có tấm dao động 1-thân máy đồng thể; 2-màng ngăn; 3-tấm cộng hưởng; 4-lỗ phun

Hình 2.6 Sơ đồ cấu tạo máy đồng thể thủy động

với tốc độ lớn va đập vào thành A tạo ra quá trình đồng thể

Phân tích các loại thiết bị đồng thể khác nhau cho thấy, thiết bị đồng thể thủy động (MĐTTĐ) làm việc theo nguyên tắc xâm thực là có thể ứng dụng để xử lý dầu thực vật có

độ nhớt cao Thiết bị này có kết cấu đơn giản, tiêu thụ năng lượng thấp phù hợp với động

cơ ôtô và máy phát điện công suất nhỏ Ngoài ra, so với các máy đồng thể loại cơ khí và van, MĐT loại này không cần có bơm cao áp chuyên dùng (có áp suất đến 16 ÷ 25 MPa), bảo đảm sự làm việc của MĐTTĐ là phân tán nước lẫn trong dầu thực vật, Kích thước tổng thể của MĐTTĐ loại này được xác định bởi năng suất của bơm đảm bảo cho MĐT làm việc và thường có kích thước nhỏ hơn so với các loại MĐT khác có cùng năng suất Năng suất của MĐTTĐ có thể lựa chọn trong giới hạn rộng phụ thuộc vào thể tích và chất lượng hỗn hợp nhiên liệu cần xử lý, điều này các loại MĐT khác không thể đáp ứng được Nguyên tắc quá trình đồng thể thuỷ động được giải thích theo sơ đồ trên hình 2.7

Ban đầu quả cầu nước hoặc tạp chất cơ học hữu cơ bị dồn đến ở cửa vào của kênh hẹp có tốc độ dòng chảy tăng dần, hình dạng quả cầu bị kéo dài thành hình elip Sau đó trong khe hẹp, trường tốc độ dòng chảy tiếp tục tăng lớn kéo dài hình elip thành hình trụ tròn xoay, quá trình này làm tăng diện tích bề mặt của quả cầu lớn hơn diện tích bề mặt ban đầu Đây là quá trình tiêu hao năng lượng để thắng các lực hút phân tử và sức căng bề mặt của quả cầu

Hình 2.7 Sơ đồ cơ chế quá trình đồng thể thuỷ động 1- Sự biến dạng của hạt nước và tạp chất cơ học; 2- Gradient tốc độ chất lỏng;

A- Vùng xảy ra quá trình đồng thể

Khi thoả mãn điều kiện:

L > 3,14 D (2-1)

Trong đó:

- L là chiều dài của hình elip

- D là đường kính trung bình mặt cắt ngang của hình trụ tròn xoay

Theo lý thuyết mao dẫn, hình trụ tròn xoay chuyển sang giai đoạn không ổn định

và tự vỡ thành những hạt có kích thước nhỏ hơn Giai đoạn này kèm theo là sự gia tăng bề mặt của quả cầu đến giá trị S2 > S1 và là quá trình tự phân rã Giai đoạn cuối cùng là quá trình cân bằng động giữa sự tái tạo lại các hạt lớn khi có sự va chạm với nhau giữa các hạt nhỏ, đồng thời với quá trình tự phân rã các hạt lớn thành các hạt bé hơn

Khi trong dầu thực vật xuất hiện các trung tâm tích tụ (tạp chất cơ học, quả cầu nước v.v ) có hoạt tính bề mặt khá lớn, chúng sẽ hấp phụ lên bề mặt các hợp chất ô xy hoá dầu Sau đó, các hạt bị phủ lên các bề mặt các màng keo nhựa là sản phẩm của quá trình ô xy hoá dầu, quá trình cứ tiếp diễn như vậy cho đến khi kích thước của các hạt lớn dần và các tạp chất hữu cơ tăng lên như hình 2.8 Các sản phẩm này gây tắc bộ lọc, làm xấu quá trình phun nhiên liệu và không cháy hết trong buồng đốt Khi dầu thực vật được đồng thể hoá, các hệ thống keo nhựa nói trên bị phá vỡ, giải phóng các tạp chất hưu cơ bị nhốt trong các lớp keo nhựa Điều này làm cho các tạp chất hữu cơ trong dầu thực vật có thể được đốt cháy tốt hơn trong buồng cháy của động cơ [7]

Như vậy, nước lẫn trong dầu dù ở dưới dạng nào khi qua máy đồng thể sẽ chịu tác dụng của năng lượng thủy động gồm:

-Lực cắt và ma sát

-Lực gia tốc

-Các sóng siêu âm tần số cao

Các lực này tác dụng kết hợp với nhau và xé nhỏ các hạt nước có kích thước khoảng (1 ÷ 5) µm Các hạt nước này hòa trộn đều trong nhiên liệu ở dạng nhũ tương

2.1.3 Ứng dụng của máy đồng thể

Hiện nay, máy đồng thể được đưa vào sử dụng để xử lý nhiên liệu nặng, hỗn hợp nhiên liệu nặng nhẹ, nhũ tương nước - nhiên liệu trên tàu thuỷ, máy phát điện với nhiều mục đích khác nhau:

- Đồng thể hoàn thiện quá trình cháy trong động cơ diesel:

Máy đồng thể lắp trong hệ thống nhiên liệu, thường đặt giữa bơm cung cấp và két chứa, thực hiện xử lý tuần hoàn nhiên liệu cho phép giảm tỷ lệ hao mòn, giảm khói trong khí xả và giảm công bảo dưỡng tua-bin khí xả Đồng thời, hiệu quả của quá trình đồng thể hóa dầu thực vật là làm giảm trực tiếp độ nhớt Vì vậy, giảm sự tắt nghẽn lưu thông của dầu thực vật trong hệ thống nhiên liệu và cuối cùng là các hạt nhiên liệu được phun trong buồng đốt sẽ có kích thước nhỏ hơn Với các hạt nhiên liệu có kích thước nhỏ hơn sẽ gia tăng bề mặt sấy nóng của các hạt nhiên liệu Điều này sẽ làm cho quá trình hóa hơi của nhiên liệu nhanh hơn và cuối cùng là quá trình cháy sẽ hoàn toàn hơn

Hình 2.8 Sơ đồ mô hình phá vỡ cấu trúc keo nhựa trong máy đồng thể

- Giảm lượng keo nhựa trong các két chứa nhiên liệu:

Một hệ thống máy đồng thể lắp vòng kín và xử lý tuần hoàn lượng nhiên liệu trong két ở kho bảo quản hoặc trên các đường ống vận chuyển đã làm giảm được lượng bùn cặn sinh ra và tương ứng là tăng 2,5% nhiên liệu cung cấp cho động cơ

- Nâng cao chất lượng dầu bôi trơn trên động cơ:

Năm 1969 GS - TS Ventxel C.V (Liên Xô cũ) đã phát hiện ra rằng khi thay thế bộ lọc tinh hoặc mắc song song trong máy đồng thể với bộ lọc tinh dầu bôi trơn của động cơ diesel máy kéo và tàu hoả đã cho phép giảm đáng kể cường độ mài mòn các cụm chi tiết chính của động cơ: piston - xilanh, cổ biên và cổ chính trục khuỷu Năm 1972 Ventxel E.C Dvorovenko G.P Tiếp tục công bố công trình nghiên cứu trong phòng thí nghiệm cho thấy là đồng thể dầu bôi trơn nâng cao được độ phân tán của dầu trung bình lên 2 lần Máy đồng thể còn làm giảm cường độ hao mòn của các mẫu thử trên máy ma sát 1,2 lần Giảm vi xướt bề mặt của cặp ma sát Năm 1984 ÷ 1985 trường đại học hàng hải OVIMU (Liên Xô cũ) đã thử nghiệm máy đồng thể cho hệ thống dầu bôi trơn trên máy phụ - động

cơ diesel 8VAN-22, làm việc với dầu nhờn SAE-30 đã thu được kết quả rất khả quan, là làm chậm sự hoá già của dầu, hàm lượng tạp chất cơ học giảm 20% (so với không dùng máy đồng thể ), thời gian làm việc của dầu tăng từ 1.500 giờ lên 2.500 giờ Giảm được chi phí nhiên liệu riêng (2 ÷ 2,1) g/(kw.giờ) do đồng thể hoá làm tốt quá trình chống ma sát của dầu bôi trơn [7]

2.2 Các loại thiết bị khuấy trộn hỗn hợp lỏng thường dùng trên cơ sở máy đồng thể

2.2.1 Công dụng và phân loại

Thiết bị khuấy trộn dùng để trộn hỗn hợp nhiều loại nguyên liệu, vật liệu thành một hợp chất đồng nhất Trong đó, độ đồng đều của sản phẩm sau khi trộn là một trong những chỉ tiêu cơ bản để đánh giá chất lượng của thiết bị trộn đó

2.2.1.1 Công dụng

Trong dây chuyền sản suất bột hỗn hợp, chất lỏng, dược phẩm, hóa chất…dùng thiết bị trộn để thu được sản phẩm nhiều thành phần có tỷ lệ nhất định và phân bố đều Các thành phần này được định lượng chính xác ngay từ ban đầu nhưng nếu không đưa qua các thiết bị trộn thì chưa chắc đã mang lại sản phẩm mong muốn

Quá trình trộn chỉ kết thúc và có hiệu quả khi mỗi mẫu kiểm tra đều có tỷ lệ các thành phần đưa vào pha trộn theo công thức định trước và mức độ đồng nhất hỗn hợp mong muốn

2.2.1.2 Phân loại máy khuấy trộn

Máy khuấy trộn có nhiều loại, nhiều kiểu và phân loại theo nhiều phương pháp khác nhau

Theo nguyên lý trộn có:

-Máy trộn ngang

-Máy trộn đứng

Theo chu trình làm việc có:

-Máy trộn làm việc liên tục

-Máy trộn làm việc gián đoạn

Theo đối tượng hỗn hợp cần khuấy trộn có:

-Máy khuấy trộn sản phẩm rời

-Máy khuấy trộn sản phẩm dạng dẻo

-Máy khuấy trộn sản phẩm lỏng

Trong khuân khổ của đề tài chỉ quan tâm đến máy khuấy trộn sản phẩm lỏng

2.2.2 Một số thiết bị khuấy trộn sản phẩm lỏng thông dụng

2.2.2.1 Khuấy trộn sản phẩm lỏng không dùng cánh khuấy cơ khí

Khi khuấy trộn những sản phẩm lỏng

mà yêu cầu kỹ thuật không đòi hỏi khắt khe

thì sản phẩm lỏng được khuấy trộn bằng các

thiết bị cơ khí đơn giản hoặc sử dụng các

ống dẫn bằng đầu tuần hoàn, các ống đẫn

bằng đầu không khí nén, mà trong quá trình

khuấy có thể không cần tới thiết bị gia nhiệt

hay điều chỉnh các thông số vật lý, hóa lý…

để làm tăng quá trình đồng hóa hoặc làm

biến đổi hóa tính theo yêu cầu kỹ thuật của

sản phẩm như trên hình 2.9

Hình 2.9 Sơ đồ khuấy trộn tuần hoàn không dùng cánh khuấy cơ khí 1-ống hút; 2-bình đựng; 3-bơm;

4-ống đẩy; 5- vòi phun

Khi khuấy trộn trong những ống

dẫn, đơn giản nhất là nối hai ống kiểu chữ

V, trong mỗi ống đều có chất lỏng chảy

Để tạo độ đồng nhất tốt hơn, đặt trong các

2.2.2.2 Khuấy trộn sản phẩm lỏng dùng cánh khuấy cơ khí

Máy khuấy trộn sản phẩm lỏng

bằng cánh khuấy cơ khí thường dùng gồm

hai loại chính:

- loại quay chậm (loại cánh) và

quay nhanh (loại tua- bin và chân vịt)

- loại chảy tiếp tuyến, chảy hướng

tâm, chảy hướng trục và chảy hỗn hợp

Ngoài ra, phụ thuộc vào cấu tạo cơ khí, các máy khuấy trộn sản phẩm lỏng còn được chia ra theo loại guồng xoắn, loại mỏ neo, loại cánh cơ khí có tiết diện hình chữ nhật, vuông góc hay nghiêng so với trục quay, loại này được dùng rộng rãi do đơn giản

Hình 2.10 Sơ đồ khuấy trộn bằng vòi phun

có đệm xoắn ốc 1-miệng phun; 2-ống dẫn; 3-đệm xoắn ốc

Hình 2.11 Sơ đồ máy khuấy trục nằm ngang

1-thùng; 2-trục; 3-cánh khuấy

khuấy trộn Tốc độ quay trung bình giới hạn

600-800vg/ph Cánh khuấy tua- bin có thể là

thẳng hoặc nghiêng và cong tùy theo yêu cầu

khuấy trộn và dạng chất lỏng cần khuấy

Ngoài ra còn có máy khuấy hình lược

là máy phối hợp giữa cánh thẳng đứng và

nằm ngang Dùng để trộn sản phẩm lỏng khi

muốn ngăn ngừa chuyển động vòng tròn của

chất lỏng trong thùng chứa và máy khuấy

cánh mỏ neo có hình dạng phức tạp có thể

dùng khuấy trộn sản phẩm lỏng có độ nhớt

cao như hình 2.13

Nhận xét:

Từ những cơ sở lý thuyết phân tích ở

trên cho phép đi đến nhận định:

-Việc sử dụng máy đồng thể trong lĩnh

vực nghiên cứu nhiên liệu sinh học, để xử lý

nước và hàm lượng axit béo lẫn trong nhiên

liệu, phá vỡ cấu trúc axit béo, giảm độ nhớt

và phân tán nước thành dạng nhũ tương có

khả năng cải thiện quá trình cháy làm giảm

muội than, giảm nồng độ NOx trong khí xả,

giảm thành phần sơn muội trong buồng đốt

tương tự như sử dụng để xử lý nhiên liệu

nặng là hoàn toàn phù hợp và cần thiết

-Tuy nhiên việc ứng dụng máy đồng

thể trong sử dụng nhiên liệu sinh học cho động cơ diesel tàu thủy trung và cao tốc cần được nghiên cứu bổ sung để phù hợp với hiện trạng công nghệ của Việt Nam và kiểm tra

sự làm việc đối với loại nhiên liệu sau khi phối trộn là hết sức cần thiết Đó cũng là mục tiêu cơ bản của đề tài

Hình 2.12 Máy khuấy trục thẳng đứng

Hình 2.13 Máy khuấy cánh mỏ neo 1-thùng chứa; 2-cánh khuấy; 3- trục thẳng đứng; 4-bộ dẫn động; 5-vỏ bọc

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ KỸ THUẬT THIẾT BỊ PHỐI TRỘN 3.1 Yêu cầu kỹ thuật của thiết bị

- Có năng suất phối trộn theo suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ

- Có tốc độ khuấy trộn 600v/p-1200v/p

- Đảm bảo độ đồng nhất hỗn hợp sau khi phối trộn

- Nhiệt độ hỗn hợp sau khi phối trộn đạt 40oC-80oC

- Tự động điều chỉnh tỷ lệ phối trộn

- Tự động điều chỉnh nhiệt độ

- Sử dụng động cơ điện 1 chiều 24V

- Có khả năng chống nhiễu

3.2 Xây dựng phương án thiết kế

Việc tính toán lựa chọn phương án thiết kế là một khâu quan trọng trong toàn bộ quá trình thiết kế và chế tạo Trong khi chọn lựa, phải dựa vào những chỉ tiêu sau:

Chỉ tiêu kinh tế : việc phân tích lựa chọn phải ưu tiên giá thành thiết bị làm mục tiêu Chỉ tiêu sử dụng: việc tính toán thiết kế, lựa chọn phương án bố trí phải đảm bảo tính sử

dụng lâu dài, vận hành, đo đạc dễ dàng ngoài ra còn có thể khắc phục sửa chữa khi thiết

bị gặp sự cố bất trắc

Chỉ tiêu thẩm mỹ: trong quá trình thiết kế, tính toán phải có sự phối hợp giữa việc lắp đặt

thiết bị với tổng thể không gian chứa nó và không gian thao tác vận hành, sửa chữa thiết

bị đảm bảo thiết bị được sử dụng thuận tiện cả khi trên bờ và dưới tàu

Phương án thiết kế là dựa trên cơ sơ đã nghiên cứu về máy đồng thể hỗn hợp nhiên liệu Lựa chọn các thiết bị hiện có, xác định các đặc trưng cơ bản của hệ thống phối trộn nhiên liệu và thiết kế thiết bị phối trộn hỗn hợp theo nguyên tắc máy đồng thể loại quay Rotor là trục gắn cánh khuấy dạng điã tua-bin, stator là thùng hình trụ bên trên mặt đáy có các vách nhôm bố tri đều để gây nên dòng chảy rối tạo độ đồng thể cho hỗn hợp nhanh

Tự động điều chỉnh tỷ lệ phối trộn dầu thực vật, dầu DO, chất phụ gia và nhiệt độ hỗn hợp theo yêu cầu thông qua các cảm biến Năng suất khuấy trộn làm đồng thể hoá nhiên liệu của thiết bị tính theo giờ tương đương với suất tiêu hao nhiên liệu của các loại động cơ

diesel tàu thủy trung và cao tốc khoảng 16l20l/h Do nhiên liệu sẽ đưa vào động cơ sau

khi động cơ khởi động bằng dầu diesel ở trạng thái ổn định nên hỗn hợp nhiên liệu sau khi khuấy trộn phải đảm bảo được nhiệt độ cần thiết trước khi đi vào bơm nhiên liệu hoặc két chứa Tại bộ phận khuấy trộn có thiết bị gia nhiệt gián tiếp cho hỗn hợp bằng nước nóng nhằm mục đích gia tăng quá trình đồng nhất giữa các thành phần dầu và chất phụ gia, làm tăng tính ổn định cho quá trình cháy

3.2.1 Thiết kế hệ thống chung

Dựa theo yêu cầu kỹ thuật Hệ thống chung của thiết bị gồm 2 phần chính như hình 3.1

- Phần điều khiển bao gồm:

+ Bộ phận giao tiếp giữa người và thiết bị

Các bộ cảm biến

Đo đếm

3.2.2 Xây dựng sơ đồ nguyên lý làm việc của hệ thống

Dầu DO và dầu thực vật được chứa trong hai thùng (1) và (2)

Tùy theo cách pha trộn tỷ lệ, các van điện từ sẽ đóng mở chính xác lưu lượng để dầu chảy vào thùng khuấy trộn thông qua cảm biến lưu lượng, trong quá trình khuấy trộn

có nước nóng gia nhiệt cho hỗn hợp bằng điện trở gia nhiệt, làm tăng nhanh quá trình đồng nhất hỗn hợp và đảm bảo các thông số của hỗn hợp theo yêu cầu, điều chỉnh nhiệt

độ hỗn hợp và tốc độ khuấy của động cơ thông qua các cảm biến nhiệt và bộ encoder đo

số vòng quay của động cơ

Hỗn hợp sau khi khuấy trộn sẽ được đưa vào bơm hoặc két chứa nhiên liệu thông qua đường dẫn có gia nhiệt để ổn định nhiệt độ

Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý hệ thống thiết bị phối trộn

MĐK

Động cơ điện 1 chiều

Cảm biến lưu lượng

Cảm biến lưu lượng

Van điện từ

Giao tiếp bàn phím Van điện từ

3.3 Tính toán các thông số cơ bản của thiết bị

3.3.1 Chọn cánh khuấy và tính lực cản trên cánh khuấy

3.3.1.1 Chọn cánh khuấy

Cánh khuấy trộn khi chuyển động quay trong thùng chứa hỗn hợp sẽ tạo ra dòng xoáy của chất lỏng Cánh khuấy là một yếu tố quan trọng quyết định dòng lưu chuyển của chất lỏng Việc lựa chọn loại cánh khuấy thích hợp nhất với mức độ khuấy trộn theo yêu cầu kỹ thuật là yếu tố quan trọng Dưới đây, trình bày một số loại cánh khuấy thông dụng

Trong các loại cánh khuấy trên thì cánh tua-bin được sử dụng chủ yếu khuấy ở tốc

độ trung bình và tốc độ cao với các mục đích khuấy để phân tán, hòa tan và huyền phù Như vậy dựa trên cơ sở đã dược phân tích và tính chất đồng thể của nhiên liệu Chọn cánh khuấy trộn hỗn hợp dạng đĩa tua-bin Do cánh khuấy làm việc với hỗn hợp có độ nhớt cao, tốc độ khuấy lớn và yêu cầu phải có khối lượng nhẹ nên chọn hợp kim nhôm để chế tạo cánh khuấy trộn hỗn hợp nhiên liệu bằng phương pháp đúc

3.3.1.2 Tính toán lực cản trên cánh khuấy

Với cánh khuấy trộn rạng đĩa tua-bin, để tính toán cho cánh khuấy ta coi cánh khuấy là tấm mỏng ngập trong chất lỏng

Hình 3.4 a-cánh khuấy dạng chong chóng; b- chong chóng có vành bảo vệ; c-dạng mỏ neo

Hình 3.3 a-Cánh khuấy kiểu bánh răng; b-Dạng dĩa tua-bin; c- Dạng mái chèo

Lá khuấy gắn trên đĩa có phương chuyển động so với dòng chẩy chất lỏng và kích thước,

mô hình tính toán như trên hình 3.5

Ta có công thức tính lực cản của chất lỏng lên diện tích tiếp xúc của lá cánh khuấy như sau:

2

2

V S C

F cv  v  , [10] ; (3-1)

Trong đó:

-F cv là lực cản của chất lỏng lên bề mặt tiếp xúc của lá cánh khuấy

-C v là hệ số lực cản của dòng chất lỏng đối với lá cánh khuấy

- là khối lượng riêng của chất lỏng

R

V  (Rbán kính quay của cánh khuấy)

10

Theo kích thước đã chọn ta có:

6 6 0 6 2

10.49830

cos)10.2010.600

.2.30

2

Như vậy, lực cản trên cánh khuấy tương ứng là F cv 20,6N

3.3.1.3 Tính mô men xoắn trên trục cánh khuấy

Với R là bán kính quay của cánh khuấy Dời lực cản song song về tâm cánh khuấy

thì tại tâm cánh khuấy có lực cản và mô men xoắn M z:

Nmm M

R F M

z

cv z

144210

.70.6,20

Mô men xoắn trên trục cánh khuấy là M z =1442Nmm

3.3.2 Tính công suất và chọn động cơ

3.3.2.1 Tính công suất động cơ

Chọn động cơ servo, còn gọi là động cơ trợ động,

là loại động cơ dùng điện một chiều hình 3.6 Động cơ

này có tỉ số mô men kéo và quán tính cao cho phép tăng

nhanh tốc độ, hãm nhanh và dừng chính xác [28] Hình 3.6 Động cơ servo

Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật động cơ servo

Hãng sản xuất

Công suất (w)

Tốc độ quay (v/ph)

Đường kính trục (mm)

Nguồn điện (V)

3.3.3 Thiết kế trục cánh khuấy

Trục là chi tiết máy dùng để đỡ các chi tiết máy quay hoặc truyền mô men xoắn từ các chi tiết máy lắp trên đó đến các chi tiết khác hoặc làm cả hai nhiệm vụ trên Trục truyền luôn quay có thể tiếp nhận cả mô men uốn và mô men xoắn

3.3.3.1 Chọn vật liệu chế tạo chi tiết trục

Dựa vào điều kiện làm việc của thiết bị phối trộn Chọn thép C45 thường hóa để chế tạo trục Thép C45 sau khi thường hóa có đặc tính kỹ thuật như sau:  b 600MPa;

MPa

 ; HB=210; ứng suất xoắn cho phép   2

13

Trong đó:-M z là mô men xoắn trên trục

-  là ứng suất xoắn cho phép của trục được làm từ thép C45

13

10.2,0/14423 3

Theo công thức thực nghiệm đối với trục lắp cánh khuấy thường chọn d=(1,2-1,6)dt

Trong đó: - d là đường kính trục cánh khuấy

- dt là đường kính trục truyền mô men ( đường kính trục động cơ) dt=12mm

- (1,2 …1,6) là các hệ số tính toán, trong trường hợp công xuất động cơ nhỏ, ở đây ta chọn hệ số tính toán là 1,2 nên d=1,2.dtd=1,2.12=14,4mmchọn d=14mm

Do đó đường kính sơ bộ trục chọn là d=14 mm

3.3.3.3 Xác định sơ bộ chiều dài trục

Chiều dài trục cũng như khoảng cách giữa các gối đỡ phụ thuộc vào sơ đồ động, chiều dài may ơ của cánh khuấy, chiều rộng ổ, khe hở cần thiết giữa các chi tiết và các yếu tố khác

Từ đường kính d=14mm ta xác định gần đúng chiều rộng ổ bi tương ứng; b=15mm (bảng

10.2 [4]) Thùng phối trộn chọn có chiều dài l=160mm, kích thước nối trục theo kiểu nối trục chặt, có chiều dài may ơ nửa khớp nối: l n=(1,4…2,5)dt chọn l n=30mm (bảng 16.4

[4]) Vậy tổng chiều dài sơ bộ trục cánh khuấy là: L c =l+l n +b =160+15+30=205mm

3.3.3.4 Tính toán then trên trục

Để cố định cánh khuấy và khớp nối vào trục ta chọn kích thước then theo tiêu chuẩn và kiểm nghiệm bền theo công thức:

 d

t

Z d

l d

Z c

l b d

M



2

Trong đó: - MZ là mô men xoắn cần truyền (N/mm)

- d là đường kính trục (mm)

- l t là chiều dài then l t =0,8l mayyơ (mm) [4]

- b là chiều rộng then (mm)

- k,t là hệ số biểu thị phần then lắp giữa trục và may yơ

- c =87N/mm2, d =100N/mm2 là ứng xuất cắt và dập cho phép của thép

(bảng 7-20; bảng 7-21 [5])

- , c  là ứng xuất cắt và dập thực tế d

Từ đường kính trục tra bảng 7-20; bảng 7-21; bảng 7-23 [3], Có: b=4; h=4;t=2,5; k=1,8

Như vậy đối với then phần trục lắp khớp nối có l mayyơ=30mm  l t=24mm:

1442.2.2

1442.2 2

Then phần trục lắp cánh khuấy có l mayyơ=20mml t=16mm:

1442.2.2

1442.2 2