BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOTRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN DANH VŨ THIẾT KẾ CHẾ TẠO CÁC HỆ CÔNG NGHỆ CHÍNH CHO MÁY CHIẾU XẠ CÔNG NGHIỆP NGUỒN CO
Trang 1BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN DANH VŨ
THIẾT KẾ CHẾ TẠO CÁC HỆ CÔNG NGHỆ CHÍNH
CHO MÁY CHIẾU XẠ CÔNG NGHIỆP NGUỒN COBALT - 60
NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103
Tp Hồ Chí Minh, tháng 10/2014
S K C0 0 4 3 8 0
Trang 2Tp Hồ Chí Minh, tháng 10/2014
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN DANH VŨ
THIẾT KẾ CHẾ TẠO CÁC HỆ CÔNG NGHỆ CHÍNH CHO MÁY CHIẾU XẠ CÔNG NGHIỆP NGUỒN COBALT - 60
NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103
Trang 3BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN DANH VŨ
THIẾT KẾ CHẾ TẠO CÁC HỆ CÔNG NGHỆ CHÍNH CHO MÁY CHIẾU XẠ CÔNG NGHIỆP NGUỒN COBALT - 60
Trang 4LÝ LỊCH KHOA HỌC
I LÝ LỊCH SƠ LƢỢC
Họ và tên: Trần Danh Vũ Giới tính: Nam
Ngày tháng năm sinh: 29/10/1980 Nơi sinh: Thái Bình
Quê quán: Thái Bình Dân tộc: Kinh
Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 309/21, Tổ 54, Khu phố 5, Đường Võ Văn
Ngân, P Linh Chiểu, Q.Thủ Đức, Tp.HCM
Điện thoại cơ quan: (08)37311249 Điện thoại riêng: 0975080003
E-mail: trandanhvu30@gmail.com Fax :
II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO
1 Trung học chuyên nghiệp
Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 09/1998 đến 09/1999
Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp HCM
Ngành học: Cơ khí chế tạo máy
2 Đại học
Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 09/1999 đến 02/2003
Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp HCM
Ngành học: Cơ khí chế tạo máy
Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Thiết kế quy trình công nghệ gia
công tròng kính cận - Thiết kế máy gọt tròng kính
Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: Luận án tốt nghiệp được bảo vệ
ngày 22 - 02 - 2003 tại Khoa Cơ Khí, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp HCM
Người hướng dẫn: Thạc sĩ Phan Minh Thanh
Trang 5III QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm
Từ 03/2003 đến
02/2004 Nhà máy Sữa Sài Gòn
Nhân viên phân xưởng ép
nhựa
Từ 02/2004 đến nay Trường CĐ Công Thương
TPHCM Giảng Viên khoa Cơ Khí
ii
Trang 6LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi và Trung tâm Nghiên cứu và
Triển khai Công nghệ Bức xạ Tp Hồ Chí Minh,được thực hiện trên cơ sở nghiên cứu
lý thuyết, các tính toán và thiết kế chế tạo dưới sự hướng dẫn khoa học của
Thầy PGS.TS Lê Hiếu Giang và ThS Lê Minh Tuấn
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố
trong bất kỳ công trình nào khác
Tp Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 09 năm 2014
Trần Danh Vũ
Trang 7LỜI CẢM ƠN
Qua thời gian thực hiện luận văn: “Thiết kế chế tạo các hệ công nghệ chính cho máy chiếu xạ công nghiệp nguồn cobalt - 60”, ngoài những cố gắng nỗ lực của bản thân, tôi đã nhận được sự khích lệ rất nhiều từ nhà trường, Thầy, Cô, gia đình và bạn
bè
Để tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, trước tiên tôi xin chân thành gởi lời
cảm ơn đến Thầy hướng dẫn khoa học PGS.TS Lê Hiếu Giang, thầy đã dành nhiều
thời gian, tâm huyết, nhiệt tình hướng dẫn, định hướng, góp ý và động viên tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn
Cảm ơn quý Thầy, Cô trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM, đã tận tình giảng dạy, truyền đạt những kiến thức nền tảng và chuyên môn cho tôi trong thời gian qua Cảm ơn quý Thầy, Cô trong khoa cơ khí đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình làm đến khi hoàn thành
Cảm ơn ThS Lê Minh Tuấn, Phó Giám đốc, Trung tâm Nghiên cứu và Triển
khai Công nghệ Bức xạ Tp Hồ Chí Minh đã tận tâm, nhiệt tình hướng dẫn, góp ý và tạo điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành luận văn của mình
Cảm ơn Ban Giám Hiệu, cùng quý Thầy, Cô Trường Cao Đẳng Công Thương TP.HCM đã tạo điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành khóa học của mình
Cảm ơn gia đình, bạn bè, những người luôn bên tôi động viên và giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và thực hiện luận văn này
Xin chân thành cảm ơn
iv
Trang 8TÓM TẮT
Ứng dụng công nghệ bức xạ là một trong các ứng dụng thành công nhất của ngành hạt nhân nước ta đóng góp vào nền kinh tế đất nước Chiếu xạ khử trùng các vật phẩm y tế và thanh trùng hàng thực phẩm đã phát triển thành một ngành với quy mô
công nghiệp
Hiện nay, ở nước ta các máy chiếu xạ công nghiệp nguồn cobalt-60 đều hoàn toàn nhập ngoại Vấn đề nội địa hóa, tiến tới tự sản xuất các máy chiếu xạ công nghiệp nguồn cobalt-60 là nhiệm vụ đặt ra đối với các cơ sở nghiên cứu và ứng dụng công nghệ chiếu xạ vừa có trình độ khoa học, kỹ thuật và kinh nghiệm vận hành Trong bài luận văn này, việc thiết kết các hệ công nghệ chính cho máy chiếu xạ công nghiệp nguồn cobalt - 60 được nghiên cứu rõ
ABSTRACT
Application of radiation technology is one of the most successful applications of our country's nuclear industry to contribute to the country economy Radiation sterilization of medical items and food pasteurization has developed into an industrial-scale industry Since the goal of sustainable development, preserving the environment, improving human living conditions, irradiation technology using ionizing sources are widely used in the world and in Southeast Asia
Currently, in our country the industrial irradiation plant sources of cobalt-60 are fully imported Proceed to self-manufacture of industrial radiation sources of cobalt-60 is the task set for the basis of research and application of irradiation technology has highly qualified scientists, technicians, and operational experience In this study, designing (manufacturing) major technology systems of cobalt irradiation -
60 is researched
Trang 9MỤC LỤC
Trang tựa
Trang Quyết định giao đề tài Lý lịch khoa học i
Lời cam đoan iii
Lời cảm ơn iv
Tóm tắt v
Mục lục vi
Danh sách các cá nhân tham gia thực hiện đề tài x
Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt xi
Danh sách các bảng xii
Danh sách các hình xi
v Chương 1 TỔNG QUAN 1
1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu 2
1.2 Hiện trạng các máy chiếu xạ công nghiệp nguồn Cobalt-60 ở Việt Nam 4
1.3 Mô tả thiết bị máy chiếu xạ công nghiệp nguồn Cobalt-60 5
1.4 Tình hình nghiên cứu ngoài nước 7
1.5 Tình hình nghiên cứu trong nước 7
1.6 Phạm vi nghiên cứu 8
1.7 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 8
1.7.1 Về mặt khoa học 8
1.7.2 Về mặt thực tiễn 8
1.8 Mục đích của đề tài 9
vi
Trang 101.9 Nhiệm vụ và giới hạn của đề tài 9
1.9.1 Nhiệm vụ của đề tài 9
1.9.2 Giới hạn của đề tài 9
1.10 Phương pháp nghiên cứu 9
1.11 Kết cấu luận văn 10
Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 11
2.1 Tính an toàn của thiết bị 11
2.2 Đối tượng chiếu xạ 11
2.3 Hệ công nghệ 12
2.3.1 Hệ đảo hàng 12
2.3.2 Hệ nạp-dỡ-vận chuyển hàng 16
Chương 3 THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ ĐẢO HÀNG 19
3.1 Tính toán thông số vật lý hệ đảo hàng và phân bố liều thùng hàng 19
3.1.1 Tính toán thông số vật lý hệ đảo hàng để tìm phương án tối ưu 19
3.1.1.1 Trường hợp nguồn bao phủ hàng 19
3.1.1.2 Trường hợp hàng bao phủ nguồn 22
3.1.2 Tính toán phân bố liều thùng hàng để tìm kích thước tối ưu 24
3.2 Thiết kế cơ khí và chế tạo thùng hàng 32
3.3 Thiết kế nguyên lý hoạt động của hệ đảo hàng 36
3.4 Thiết kế chu trình hệ đảo hàng 38
3.5 Tính kết cấu của hệ đảo hàng 42
3.5.1 Tính độ bền thanh dẫn dọc 1R 42
3.5.2 Tính độ bền cho hệ đảo hàng 46
3.5.2.1 Kết quả phân tích bền hệ đảo hàng với phần mềm Inventor 46
3.5.2.2 Kết quả phân tích bền hệ đảo hàng với Ansys 14 49
Trang 113.6 Chọn thiết bị nâng và đẩy thùng hàng trong hệ đảo hàng 51
3.6.1 So sánh 3 thiết bị và chọn thiết bị nâng, đẩy thùng hàng cho hệ đảo hàng51 3.6.2 Tính toán đường kính xy lanh khí nén 52
3.6.2.1 Tính lực nâng cho khung nâng hạ (C10N, C20N) 53
3.6.2.2 Tính lực đẩy cho các thùng hàng theo hàng dọc (C1D, C3D….) 54
3.6.2.3 Tính lực đẩy các thùng hàng theo hàng ngang (C5D, C15T) 56
Chương 4 THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ VẬN CHUYỂN THÙNG HÀNG 59
4.1 Nguyên lý hệ vận chuyển thùng hàng 59
4.2 Thiết kế, chế tạo hệ vận chuyển thùng hàng 60
4.2.1 Hệ trống quấn cáp 60
4.2.2 Xe chở thùng hàng 62
4.2.3 Hệ căng cáp 63
4.2.4 Đường ray 65
4.2.5 Biến tần 65
Chương 5 THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ NẠP - DỠ HÀNG 68
5.1 Nguyên lý hệ nạp-dỡ hàng 68
5.2 Thiết kế, chế tạo hệ hệ nạp-dỡ hàng 69
Chương 6 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 72
6.1 Kết luận 72
6.2 Đề nghị 73
TÀI LIỆU THAM KHẢO 76
PHỤ LỤC… 77
viii
Trang 12DANH SÁCH CÁC CÁ NHÂN THAM GIA
THỰC HIỆN ĐỀ TÀI
01 ThS.Lê Minh Tuấn
Trung tâm Nghiên cứu và Triển khai Công nghệ Bức xạ Tp Hồ Chí Minh
02 KS.Cao Văn Chung
03 ThS.Nguyễn Anh Tuấn
04 KS.Nguyễn Hiếu Dũng
05 KS.Phan Phước Thắng
06 PGS.TS Nguyễn Ngọc
Phương
Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM
07 KS.Trần Danh Vũ Học viên cao học - Trường Đại học Sư Phạm
Kỹ Thuật TP.HCM
x
Trang 13DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Trung tâm Nghiên cứu và Triển khai Công nghệ Bức xạ VINAGAMMA
Độ bất đồng đều về liều (Tỉ số giữa giá trị liều cực đại và
liều cực tiểu trong đơn vị chứa sản phẩm) DUR
xi
Trang 14DANH SÁCH CÁC BẢNG
TRANG
Bảng 1.1: Thống kê các máy chiếu xạ công nghiệp nguồn Cobalt-60 hiện tại
có ở Việt Nam tính đến cuối năm 2013 3
Bảng 3.1: Kết quả tính thông số vật lý trường hợp nguồn bao phủ hàng 1 chiều 20
Bảng 3.2: Kết quả tính thông số vật lý trường hợp nguồn bao phủ hàng 2 chiều 21
Bảng 3.3: Kết quả tính thông số vật lý trường hợp hàng bao phủ nguồn 23
Bảng 3.4: So sánh hiệu suất sử dụng nguồn của 3 trường hợp 23
Bảng 3.5: Số liệu tính toán với tỉ trọng hàng giả 0,15 g/cm3; hoạt độ nguồn 335 kCi; Kích thước thùng 50 cm x 50 cm x 90 cm 26 Bảng 3.6: Số liệu tính toán với tỉ trọng hàng giả 0,15 g/cm3; hoạt độ nguồn 335 kCi; Kích thước thùng 50 cm x 67 cm x 90 cm 27 Bảng 3.7: Số liệu tính toán với tỉ trọng hàng giả 0,15 g/cm3; hoạt độ nguồn 335 kCi; Kích thước thùng 50 cm x 80 cm x 90 cm 28 Bảng 3.8: Số liệu tính toán với tỉ trọng hàng giả 0,4 g/cm3; hoạt độ nguồn 335 kCi; Kích thước thùng 50 cm x 50 cm x 90 cm 29
Bảng 3.9: Số liệu tính toán với tỉ trọng hàng giả 0,4 g/cm3; hoạt độ nguồn 335 kCi; Kích thước thùng 50 cm x 67 cm x 90 cm 30 Bảng 3.10: Số liệu tính toán với tỉ trọng hàng giả 0,4g/cm3; hoạt độ nguồn 335 kCi; Kích thước thùng 50 cm x 80 cm x 90 cm 31 Bảng 3.11: So sánh 3 phương án với tỉ trọng hàng giả 0,15g/cm3 32
Trang 15Bảng 3.12: So sánh 3 phương án với tỉ trọng hàng giả 0,4g/cm3 32 Bảng 3.13: Chu trình thời gian của hệ đảo hàng theo chế độ chiếu liên tục 39
Bảng 3.14: Chu trình thời gian của hệ đảo hàng theo chế độ chiếu mẻ 41
Bảng 3.15: So sánh ưu nhược của 3 thiết bị nâng đẩy trong hệ đảo hàng 52
Bảng 4.1: Tốc độ xe chở thùng hàng 67
Bảng 5.1: Các bước hoạt động của hệ nạp-dỡ hàng máy chiếu xạ VINAGA1 70
xiii
Trang 16DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 1.1 Sơ đồ khối máy chiếu xạ nguồn Cobalt-60 5
Hình 2.1 Mặt cắt tổng thể thiết bị chiếu xạ công nghiệp nguồn Cobalt-60 15
Hình 2.2 Mặt bằng máy chiếu xạ 2 hệ đảo hàng 15
Hình 2.3 Mặt bằng của hệ nạp-dỡ hàng 17
Hình 2.4 Mặt bằng của đường ray hệ vận chuyển hàng 18
Hình 3.1 Trường hợp nguồn bao phủ hàng 1 chiều 19
Hình 3.2 Trường hợp nguồn bao phủ hàng 2 chiều 21
Hình 3.3 Trường hợp hàng bao phủ nguồn 22
Hình 3.4 Hình khối thùng hàng và hướng chiếu xạ 25
Hình 3.5 Thùng nhôm khung Inox SUS 304 33
Hình 3.6 Phân bố lực trên trục thùng hàng 34
Hình 3.7 Sơ đồ bố trí ổ lăn 35
Hình 3.8 Nguyên lý hoạt động của hệ đảo hàng dạng thùng 37
Hình 3.9A Chu trình thời gian của hệ đảo hàng theo chế độ chiếu liên tục 38
Hình 3.9B Chu trình thời gian của đảo hàng theo chế độ chiếu liên tục 39
Hình 3.10 Chu trình thời gian của hệ đảo hàng theo chế độ chiếu mẻ 41
Hình 3.11 Phân bố lực trên thanh dẫn dọc 1R 43
Hình 3.12 Tiết diện các thanh dẫn dọc 44
Hình 3.13 Tiết diện nguy hiểm trên thanh dẫn 1R 45
Trang 17Hình 3.15 Hệ lực tác động lên hệ đảo hàng 48
Hình 3.16 Kết quả phân tích chuyển vị 48
Hình 3.17 Kết quả phân tích ứng suất 49
Hình 3.18 Setup vật liệu Inox SUS 304 49
Hình 3.19 Hệ lực tác động lên hệ đảo hàng 50
Hình 3.20 Kết quả phân tích chuyển vị 50
Hình 3.21 Kết quả phân tích ứng suất 51
Hình 3.22 Mô tả lực nâng hạ của khung để chọn đường kính xy lanh 53
Hình 3.23 Mô tả xy lanh khí nén 54
Hình 3.24 Mô tả lực đẩy thùng hàng theo phương nằm dọc của hệ đảo hàng 55
Hình 3.25 Mô hình đơn giản một con lăn trên đường nằm dọc 55
Hình 3.26 Mô tả lực đẩy thùng hàng theo phương nằm ngang của hệ đảo hàng 56
Hình 3.27 Mô hình đơn giản một con lăn trên đường nằm ngang 57
Hình 4.1 Sơ đồ nguyên lý hệ vận chuyển thùng hàng của máy chiếu xạ VINAGA1 59
Hình 4.2 Sơ đồ nguyên lý hệ trống quấn cáp 61
Hình 4.3 Hệ trống quấn cáp máy chiếu xạ VINAGA1 61
Hình 4.4 Sơ đồ cấu tạo xe chở thùng hàng máy chiếu xạ VINAGA1 62
Hình 4.5 Cơ cấu khóa thùng hàng trên xe 62
Hình 4.6 Xe chở thùng hàng máy chiếu xạ VINAGA1 63
Hình 4.7 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo hệ căng cáp 63
Hình 4.8 Hệ căng cáp máy chiếu xạ VINAGA1 64
Hình 4.9 Sơ đồ quấn cáp hệ vận chuyển thùng hàng máy chiếu xạ VINAGA1 64
xv
Trang 18Hình 4.10 Cấu tạo đường ray máy chiếu xạ VINAGA1 65
Hình 4.11 Đường ray máy chiếu xạ VINAGA1 65
Hình 4.12 Tốc độ của xe khi đi vào buồng chiếu xạ 66
Hình 4.13 Tốc độ của xe khi đi ra từ buồng chiếu xạ 66
Hình 5.1 Sơ đồ nguyên lý hệ nạp-dỡ hàng của máy chiếu xạ VINAGA1 68
Hình 5.2 Cơ cấu nguyên lý phần nạp hàng tự động 70
Hình 5.3 Tủ điều khiển hệ nạp-dỡ hàng và hệ vận chuyển thùng hàng 71
Hình 5.4 Hệ nạp-dỡ hàng và hệ vận chuyển thùng hàng của máy chiếu xạ VINAGA1 71
Hình 6.1A Khung hệ đảo hàng dạng thùng 74
Hình 6.1B Hệ đảo hàng dạng thùng đã lắp thùng nhôm 74
Hình 6.1C Hệ đảo hàng dạng thùng đã lắp các xy lanh khí nén 75
Trang 19- 1 -
Chương 1 TỔNG QUAN
Ứng dụng công nghệ bức xạ là một trong các ứng dụng thành công nhất của ngành hạt nhân nước ta đóng góp vào nền kinh tế đất nước Chiếu xạ khử trùng các vật phẩm y tế và thanh trùng hàng thực phẩm đã phát triển thành một ngành với quy
mô công nghiệp
Do mục tiêu phát triển bền vững, giữ gìn môi trường, nâng cao điều kiện sống của con người, công nghệchiếu xạ sử dụng các nguồn ion hóa đang được ứng dụng rộng rãi trên thế giới và trong khu vực Đông Nam Á Tính đến 2010, trên thế giới có hơn 200 máy chiếu xạ nguồn Cobalt-60[8] Riêng Trung Quốc có khoảng 90 máy chiếu xạ với hoạt độ nguồn lớn hơn 300 kCi, 44 máy chiếu xạvới hoạt độ nguồn lớn hơn 1 MCi [1] Các máy chiếu xạ này chủ yếu sử dụng cho mục đích khử trùng các vật phẩm y tế và thanh trùng hàng thực phẩm
Chiếu xạkhử trùng các vật phẩm y tếvà thanh trùng hàng thực phẩm là một công nghệ tiên tiến có độ tin cậy cao và thân thiện với môi trường Hiện nay, thế giới đang tiến tới cấm hoàn toàn sử dụng khí EtO trong khử trùngcác vật phẩm y tế, hạn chế dần các phương phápthanh trùng bằng ủ khí do có hại cho người tiêu dùng
và có hại cho môi trường và chiếu xạ là lựa chọn thay thế không thể tránh khỏi
Công nghệchiếu xạ được phát triển ở nước ta từ năm 1991 (thiết bị chiếu xạ
ở trung tâm chiếu xạ Hà Nội thuộc Viện Khoa học và Kỹ thuật hạt nhân, Viện Năng lượng Nguyên tử Việt Nam) Tính đến cuối năm 2013[1], nước ta có 09 máy chiếu
xạ công nghiệp nhập ngoại: 07 máy chiếu xạ nguồn Cobalt-60 và 01 máy gia tốc chùm tia điện tử sử dụng tia X cho chiếu xạ và 01 máy gia tốc chùm tia điện tửsử dụng chùm tia điện tử cho chiếu xạ (02 cơ sở nhà nước và 03 cơ sơ tư nhân)
Hiện nay, ở nước ta các máy chiếu xạ công nghiệp nguồn cobalt-60 đều hoàn toàn nhập ngoại Vấn đề nội địa hóa, tiến tới tự sản xuất các máy chiếu xạ công nghiệp nguồn cobalt-60 là nhiệm vụ đặt ra đối với các cơ sở nghiên cứu và ứng dụng công nghệ chiếu xạ vừa có trình độ khoa học, kỹ thuật và kinh nghiêm vận hành
