Nghiên cứu, tính toán thiết kế Máy nén khí piston loại 4L208 của hệ thống cung cấp khí nén cho các thiết bị dùng khí của Công ty than Mạo Khê

MỤC LỤC MỤC LỤC 1 LỜI NÓI ĐÂU 3 CHƯƠNG I 4 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG TY THAN Mạo Khê 4 1.1 Điều kiện tự nhiên. 4 1.1.1 Vị trí địa lí 4 1.1.2 Địa hình 4 1.1.3 Điều kiện khí hậu 4 1.1.4 Địa chất thủy văn 5 1.2 Chức năng, nhiệm vụ, tình hình sản xuất và tổ chức quản lí của Công ty. 5 1.2.1 Chức năng và nhiệm vụ của Công ty 5 1.2.2 Tình hình sản xuất của Công ty 5 1.2.2.1 Tình hình khai thác than công ty 5 1.2.2.2 Phương pháp khai thác và xây dựng mỏ 6 1.2.3 Tổ chức quản lí công ty 8 1.3 Sơ đồ cung cấp khí nén công ty 9 1.4 Hệ thống cung cấp điện cao áp của công ty 9 1.5 Đặc điểm về thiết bị, sử dụng và quản lý thiết bị trong công tác tuyển khoáng 12 CHƯƠNG 2 13 SƠ ĐỒ HỆ THỐNG CÔNG NGHỆ KHAI THÁC, VẬN TẢI, CHỐNG LÒ VÀ CUNG CẤP KHÍ NÉN 13 2.1 Sơ đồ hệ thống công nghệ khai thác, vận tải, chống lò và cung cấp khí nén 13 2.2 Vai trò của máy nén khí 14 2.3 Các loại MNk đang sử dụng, đặc điểm 14 2.3.1 Máy nén khí trục vít (Screw air compressor) 14 2.3.2 Máy nén khí Pittong (Piston air compressor) 17 2.3.3 Máy nén khí Đối lưu 18 2.3.4 Máy nén khí Ly tâm 18 2.3.5 Máy nén khí dòng hỗn hợp 18 2.3.6 Máy nén khí dạng cuộn (Scroll air compressor) 18 CHƯƠNG 3 20 THIẾT KẾ MÁY NÉN KHÍ PISTON 4L.208 20 3.1 Tính toán nhiệt động học và các thông số cơ bản của máy nén khí 20 3.1.1 Sơ đồ và nguyên lý máy ép khí 20 3.1.2 Tính toán phần nhiệt động và xác định các thông số cơ bản của máy ép khí 21 3.1.3 Tính toán động lực học máy ép khí 42 2. Xây dựng biểu đồ lực trên hệ tọa độ Pα 60 3.1.4 Tính chọn van công tác 62 3.2 Xác định kết cấu và kích thước của trục khuỷu 67 3.2.1 Chọn kết cấu trục khuỷu 67 3.2.2 Xác định sơ bộ kích thước trục theo tải trọng lớn nhất 67 3.3 Cân bằng trục khuỷu 74 3.3.1 Cân bằng lực quán tính trong chuyển động quay 74 3.3.2 Cân bằng lực quán tính trong chuyển động tịnh tiến 76 3.3.3 Xác định kích thước đối trọng 78 CHƯƠNG 4 TÍNH KIỂM TRA BỀN TRỤC KHUỶU 80 4.1 Tính kiểm tra bền theo tải trọng tính 80 4.1.1 Các lực tác động lên trục khuỷu 80 4.1.3 Tính kiểm tra trục ở vị trí  = 1800 có Nc max 85 4.2 Kiểm nghiệm trục theo tải trọng động 88 4.2.1 Xác định các giá trị ứng suất lớn nhất và nhỏ nhất trên mặt cắt II II 89 4.2.2 Kiểm nghiệm theo hệ số an toàn 90 CHƯƠNG 5:CÔNG NGHỆ SỬA CHỮA SƠ MI XILANH 93 5.1 Sự mòn của máy và vai trò của công nghệ sửa chữa 93 5.2 Tình trạng hư hỏng của máy và thiết bị và biện pháp khắc phục 93 5.3 Cấu tạo của sơmi 95 5.4 Quy trình công nghệ sửa chữa 95 5.5 Thiết kế đồ gá doa mặt lỗ Ø230 99 5.5.1 Xác định máy 99 5.5.2 Phương án định vị 99 5.5.3 Phương án kẹp chặt 99 5.5.4 Tính lực kẹp cho cơ cấu kẹp chặt khi phay 99 5.5.5 Tính chọn cơ cấu kẹp chặt 101 5.5.6 Xác định sai số chế tạo và các yêu cầu kỹ thuật của đồ gá 101 CHƯƠNG 6 : CÔNG TÁC AN TOÀN TRONG VẬN HÀNH 103 6.1 Qui trình vận hành đối với công nhân 103 6.2 Một số quy định chung 103 6.3 Những công việc khởi động và thao tác máy nén khí 104 6.4 Các sự cố thường gặp và biện pháp khắc phục khi vận hành máy nén khí 105 KẾT LUẬN 108 TÀI LIỆU THAM KHẢO 109

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

LỜI NÓI ĐÂU 3

CHƯƠNG I 4

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG TY THAN Mạo Khê 4

1.1 Điều kiện tự nhiên 4

1.1.1 Vị trí địa lí 4

1.1.2 Địa hình 4

1.1.3 Điều kiện khí hậu 4

1.1.4 Địa chất thủy văn 5

1.2 Chức năng, nhiệm vụ, tình hình sản xuất và tổ chức quản lí của Công ty 5

1.2.1 Chức năng và nhiệm vụ của Công ty 5

1.2.2 Tình hình sản xuất của Công ty 5

1.2.2.1 Tình hình khai thác than công ty 5

1.2.2.2 Phương pháp khai thác và xây dựng mỏ 6

1.2.3 Tổ chức quản lí công ty 8

1.3 Sơ đồ cung cấp khí nén công ty 9

1.4 Hệ thống cung cấp điện cao áp của công ty 9

1.5 Đặc điểm về thiết bị, sử dụng và quản lý thiết bị trong công tác tuyển khoáng 12 CHƯƠNG 2 13

SƠ ĐỒ HỆ THỐNG CÔNG NGHỆ KHAI THÁC, VẬN TẢI, CHỐNG LÒ VÀ CUNG CẤP KHÍ NÉN 13

2.1 Sơ đồ hệ thống công nghệ khai thác, vận tải, chống lò và cung cấp khí nén13 2.2 Vai trò của máy nén khí 14

2.3 Các loại MNk đang sử dụng, đặc điểm 14

2.3.1 Máy nén khí trục vít (Screw air compressor) 14

2.3.2 Máy nén khí Pittong (Piston air compressor) 17

2.3.3 Máy nén khí Đối lưu 18

2.3.4 Máy nén khí Ly tâm 18

2.3.5 Máy nén khí dòng hỗn hợp 18

2.3.6 Máy nén khí dạng cuộn (Scroll air compressor) 18

CHƯƠNG 3 20

THIẾT KẾ MÁY NÉN KHÍ PISTON 4L.20/8 20

3.1 Tính toán nhiệt động học và các thông số cơ bản của máy nén khí 20

3.1.1 Sơ đồ và nguyên lý máy ép khí 20

3.1.2 Tính toán phần nhiệt động và xác định các thông số cơ bản của máy ép khí 21

3.1.3 Tính toán động lực học máy ép khí 42

2 Xây dựng biểu đồ lực trên hệ tọa độ P-α 60

3.1.4 Tính chọn van công tác 62

3.2 Xác định kết cấu và kích thước của trục khuỷu 67

3.2.1 Chọn kết cấu trục khuỷu 67

3.2.2 Xác định sơ bộ kích thước trục theo tải trọng lớn nhất 67

3.3 Cân bằng trục khuỷu 74

3.3.1 Cân bằng lực quán tính trong chuyển động quay 74

3.3.2 Cân bằng lực quán tính trong chuyển động tịnh tiến 76

3.3.3 Xác định kích thước đối trọng 78

CHƯƠNG 4 TÍNH KIỂM TRA BỀN TRỤC KHUỶU 80

4.1 Tính kiểm tra bền theo tải trọng tính 80

4.1.1 Các lực tác động lên trục khuỷu 80

4.1.3 Tính kiểm tra trục ở vị trí  = 180 0 có N c max 85

4.2 Kiểm nghiệm trục theo tải trọng động 88

4.2.1 Xác định các giá trị ứng suất lớn nhất và nhỏ nhất trên mặt cắt II - II 89

4.2.2 Kiểm nghiệm theo hệ số an toàn 90

CHƯƠNG 5:CÔNG NGHỆ SỬA CHỮA SƠ MI XILANH 93

5.1 Sự mòn của máy và vai trò của công nghệ sửa chữa 93

5.2 Tình trạng hư hỏng của máy và thiết bị và biện pháp khắc phục 93

5.3 Cấu tạo của sơmi 95

5.4 Quy trình công nghệ sửa chữa 95

5.5 Thiết kế đồ gá doa mặt lỗ Ø230 99

5.5.1 Xác định máy 99

5.5.2 Phương án định vị 99

5.5.3 Phương án kẹp chặt 99

5.5.4 Tính lực kẹp cho cơ cấu kẹp chặt khi phay 99

5.5.5 Tính chọn cơ cấu kẹp chặt 101

5.5.6 Xác định sai số chế tạo và các yêu cầu kỹ thuật của đồ gá 101

CHƯƠNG 6 : CÔNG TÁC AN TOÀN TRONG VẬN HÀNH 103

6.1 Qui trình vận hành đối với công nhân 103

6.2 Một số quy định chung 103

6.3 Những công việc khởi động và thao tác máy nén khí 104

6.4 Các sự cố thường gặp và biện pháp khắc phục khi vận hành máy nén khí 105 KẾT LUẬN 108

TÀI LIỆU THAM KHẢO 109

LỜI NÓI ĐÂU

Trong công cuộc công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước, ngành khai thác thanvẫn chiếm một vị trí quan trọng trong nền kinh tế quốc dân Ngành than cung cấpnguyên liệu cho các ngành khác như : Điện, hóa chất, nông nghiệp, hay sinh hoạthàng ngày của người dân Ngoài ra ngành than còn được xuất khẩu đi các nước kháctrên thế giới

Đảng và nhà nước ta luôn quan tâm đến ngành khai thác than và đầu tư nhữngtrang thiết bị hiện đại để đáp ứng mở một số mỏ mới, củng cố cải tạo mỏ cũ, luônluôn đào tạo cán bộ ngành này ngày càng phát triển

Trong quá trình mở vỉa và xây dựng lò bằng cơ bản, chuẩn bị cho các diện tíchsản xuất Cho mỏ thì công tác đào lò là vô cùng quan trọng Muốn đẩy mạnh công táckhai thác thì việc cung cấp khí nén đảm bảo cho các búa khoan làm việc là công việcrất cần thiết

Sau thời gian học tập đi thực tập tại công ty than Mạo Khê em được nhận đề

tài: Nghiên cứu, tính toán thiết kế Máy nén khí piston loại 4L-20/8 của hệ thống

cung cấp khí nén cho các thiết bị dùng khí của Công ty than Mạo Khê.

Máy nén khí 4L-20/8 là loại máy được sử dụng phổ biến trong các mỏ phù hợp

với việc cung cấp khí nén cho công tác khai thác Mỏ

Thông qua bả đồ án này em đã tổng hợp được kiến thức lý thuyết và kinhnghiệm cho bản thân, tuy nhiên do thời gian và tài liệu có hạn nên không khỏi nhữngsai sót Em mong các thầy trong bộ môn và các bạn góp ý chỉ bảo để em hoàn thành

đồ án này được tốt hơn, và có khả năng áp dụng vào thực tế

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Máy &thiết bị Mỏ, các

đồng chí trong công ty Than 86 đặc biệt là Thầy Vũ Ngọc Trà đã giúp đỡ em hoàn

thành đồ án này

Hà Nội, Tháng 6 năm 2017

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Văn Thái

CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG TY THAN Mạo Khê

1.1 Điều kiện tự nhiên

1.1.1 Vị trí địa lí

Công ty than Mạo Khê nằm trên địa bàn huyện Đông Triều, tỉnh Quảng Ninhthuộc Tập đoàn than - khoáng sản Việt Nam Khu vực công ty nằm trong dãy núi vòngcung Đông Triều toạ độ:

106033’45’’÷ 106030’27’’ kinh độ đông

21002’33’ ÷ 21006’15’’ vĩ độ bắc

Công ty than Mạo Khê chạy dài theo hướng đông - tây (từ Văn Lôi đến TràngBạch) có chiều dài là 8km, rộng 5 km, diện tích khoảng 40 km2, phía đông giáp với xãHồng Thái, cách thành phố Hạ Long 58km, phía tây giáp với xã Kim Sơn cách thànhphố Hà Nội 105 km, phía nam giáp thị trấn Mạo Khê có quốc lộ 18A chạy qua, phíabắc giáp xã Tràng Lương huyện Đông Triều

1.1.2 Địa hình

Mỏ nằm trên khu đồi núi thấp dần về phía Nam, bị bào mòn kéo dài từ Đôngsang Tây với độ cao trung bình từ (+15 đến +505m) Các vỉa than cánh phía Nam nằmtrên địa hình đồi núi thấp khá bằng phẳng

1.1.3 Điều kiện khí hậu

Theo tài liệu quan trắc Đồ Sơn - Đông Triều nhiệt độ trung bình hằng năm khu

mỏ từ 23˚C đến 27˚C, cao nhất là 33˚C tới 37˚C thấp nhất là 12˚C Mùa mưa kéo dài

từ tháng 4 tới tháng 10, mùa khô kéo dài từ tháng 11 tới tháng 3 năm sau Lượng mưatrung bình hằng năm là 1765 mm, số ngày mưa trung bình hằng năm là 110 ngày, lớnnhất là 124 ngày, nhỏ nhất là 79 ngày Tốc độ gió trung bình là 27 m/s, lớn nhất là 38m/s Khu mỏ ở gần biển nên ảnh hưởng đáng kể nhất là mùa mưa bão, gió bão có thểlên tới cấp 11 cấp 12, hướng gió thay đổi theo mùa, mùa đông và mùa xuân có gióđông bắc, mùa thu và mùa hè có gió đông nam, độ ẩm trung bình là 68%, lớn nhất là98%, nhỏ nhất là 25% Nói chung lượng mưa lớn hơn lượng bốc hơi

1.1.4 Địa chất thủy văn

b Nước dưới đất:

Đất đá trong khu vực bao gồm các loại như sét kết, sạn kết và ít bột kết, nứt nẻmạnh, các lớp đá chứa nước có chiều dày từ 1,2m đến hàng chục mét, chúng nằm xen

kẽ với các lớp cách nước

1.2 Chức năng, nhiệm vụ, tình hình sản xuất và tổ chức quản lí của Công ty.

1.2.1 Chức năng và nhiệm vụ của Công ty

tu phương tiện vận tải và thiết bị công nghiệp; vận tải đường bộ; đầu tư, kinh doanh cơ

sở hạ tầng

1.2.2 Tình hình sản xuất của Công ty

1.2.2.1 Tình hình khai thác than công ty

Năm 1992 mỏ Mạo Khê mở hệ thống giếng nghiêng đưa vào khai thác từ mức+30 xuống mức (-25) Đối với các vỉa ở cánh Bắc ở tuyến IV hiện nay chỉ còn 3 lò chợ

khai thác Diện khai thác chính hiện nay tập trung ở mức (-80) lên (-25) với 9 phânxưởng khai thác sản lượng mỗi phân xưởng từ 90.000 tới 115.000 tấn than/năm Hiệnnay mỏ đã mở rộng khai thác về phía đông và phía tây mức (-80), ở cả cánh Bắc, cánhNam và xây dựng các đường lò cơ bản ở mức (-150) để chuẩn bị diện cho sản xuất lâudài.

1.2.2.2 Phương pháp khai thác và xây dựng mỏ

a Phương pháp khai thác mỏ:

Công ty than Mạo Khê hiện nay đang áp dụng các hệ thống khai thác:

1 Hệ thống khai thác tầng lò chợ liền gương (chia cột dài theo phương)

2 Hệ thống khai thác chia lớp ngang nghiêng

3 Hệ thống khai thác chia cột dài theo phương chân lò chợ toàn phần

4 Hệ thống khai thác chia cột dài theo phương khấu dật

Phương pháp khai thác ở mỏ Mạo Khê hiện nay chủ yếu tiến hành theo phươngpháp phân tầng khoan nổ mìn khấu đuôi Với hình thức này việc khai thác ở mỗi tầngđược phân chia rõ rệt:

- Khấu đào lò chuẩn bị

Để phục vụ cho khai thỏc than tầng (-80) lờn (-25), mỏ mở hai đường lũ giếngnghiờng từ mức (+17) xuống sõn ga (-80).

b Cụng nghệ đào chống lũ đỏ (XDCB):

Dựng mỏy khoan khớ ộp khoan tạo cỏc lỗ mỡn sau đú dựng thuốc nổ và kớp để phỏđất đỏ tạo đường lũ Lượng đất đỏ bị phỏ vỡ được mỏy xỳc điện xỳc vào xe goũng 3t,tàu điện kộo ra ga chõn trục, dựng trục tải kộo lờn sõn cụng nghiệp, đổ qua quang lậtđiện vào ụ tụ vận chuyển ra bói thải Đường lũ được chống bằng vỡ kim loại CBΠ-17-19-22-27 tuỳ theo tiết diện đào

Đất đá guơng lò Máy xúc (điện) Tàu điện ác quy Sân ga đáy giếng

Tời trụcQuang lật đổ đá

Ô tô

Bãi thải

Hỡnh 1-1 Sơ đồ vận tải đất đỏ.

c Cụng nghệ đào chống lũ trong than:

Dựng khoan điện cầm tay tạo ra lỗ mỡn sau đú dựng thuốc và kớp nổ phỏ vỡgương than ở một số vỉa cú địa chất ổn định được dựng mỏy combai AM-45EX đểđào lũ

Khấu than ở trong lũ chợ dựng phương phỏp nổ mỡn (dựng khoan điện tạo lỗmỡn sau đú nạp thuốc nổ, kớp nổ để phỏ vỡ than), sau đú cào xỳc thủ cụng vào mỏngtrượt đổ xuống mỏng cào vận tải đổ lờn xe goũng, được tầu điện kộo ra sõn ga đổ vàohộc chứa than, đưa vào băng tải vận tải lờn mặt bằn sõn cụng nghiệp đưa về nhà sàng Việc chống giữ lũ chợ hiện nay chủ yếu dựng cột thuỷ lực đơn, giỏ thuỷ lực Điều kiểnvỏch đỏ chủ yếu là phỏ hoả toàn phần

Tàu điện ác quy Máng cào

Máng truợt Than lò chợ

?

?

Hỡnh 1-2 Sơ đồ vận tải than cụng ty than Mạo Khờ.

pgđốc công Ty ty đốc công Ty tyđốc công Ty tyời đốc công Ty tysống

pgđốc công Ty ty đốc công Ty tycơ đốc công Ty tyđốc công Ty tyiện

pgđốc công Ty ty đốc công Ty tyđốc công Ty ty đốc công Ty tyt đốc công Ty ty đốc công Ty ty& đốc công Ty tyxd

gđốc công Ty ty đốc công Ty tytt đốc công Ty tyytế đốc công Ty tymk

tt đốc công Ty tyytế đốc công Ty tymk p.kt đốc công Ty tycơ đốc công Ty tyđốc công Ty tyiện

p đốc công Ty tykt đốc công Ty tykhai đốc công Ty tythác

p đốc công Ty tyt đốc công Ty tyđốc công Ty tyịa- đốc công Ty tyđốc công Ty ty đốc công Ty tychất p.đốc công Ty ty đốc công Ty tyt đốc công Ty ty đốc công Ty ty& đốc công Ty tyxd

Công ty than Mạo Khê áp dụng hình thức quản lý trực tuyến, chức năng tuyếndưới chịu sự chỉ đạo trực tiếp từ tuyến trên Đứng đầu Mỏ Mạo Khê là giám đốc chịutrách nhiệm quản lý chung và chịu trách nhiệm trước tổng giám đốc công ty than việtNam Dưới giám đốc là các đồng chí phó giám đốc và các đồng chí trưởng các phòngban, là những người trực tiếp giúp giám đốc phụ trách từng mảng trong công tác quản

lý, điều hành mọi hoạt động trong đơn vị Cơ cấu tổ chức quản lý hành chính được thểhiện trên hình 1-3

1.3 Sơ đồ cung cấp khí nén công ty

1400

1089 621400

1089

Hình 1-4 Sơ đồ cung cấp khí nén công ty.

1.4 Hệ thống cung cấp điện cao áp của công ty

Nguồn cung cấp chính:

Việc cung cấp điện của công ty than Mạo Khê do phân xưởng điện quản lý,phân xưởng này có trách nhiệm theo dõi và vận hành trạm biến áp trung gian 35/6kVMạo Khê

Nguồn điện 35 kV cấp điện cho trạm biến áp 35/6 kV của mỏ được lấy từ nhàmáy nhiệt điện Uông Bí Điện năng được dẫn bằng hai tuyến dây 374 và 376 độc lậpvới nhau, dùng dây nhôm lõi thép AC-95 dài 19km Hai tuyến dây này có nhiệm vụ

đảm bảo cung cấp điện liên tục cho mỏ, khi bình thường cũng như sửa chữa hay khi có

Để bảo vệ cho trạm khi có sét đánh gián tiếp dùng dây AC-35 với chiều dài1,5km và kết hợp chống sét ống lắp trên thanh cái trạm biến áp 35/6kV

Hai tuyến dây 374 và 376 được vận hành song song cấp cho hệ thống thanh cái35kV qua máy cắt đường dây trên không là 374 MK và 376 MK

Hệ thống thanh cái 35kV bao gồm hai phân đoạn: Phân đoạn I-35kV và phânđoạn II-35kV, giữa hai phân đoạn có liên hệ với nhau qua máy cắt phân đoạn 300, phíasau thanh cái được nối với máy biến áp chính của trạm

Sơ đồ nguyên lý của trạm biến áp chính được cho trên hình 1-5:

1.5 Đặc điểm về thiết bị, sử dụng và quản lý thiết bị trong công tác tuyển khoáng

lượng

Nước sản xuất

CHƯƠNG 2

SƠ ĐỒ HỆ THỐNG CÔNG NGHỆ KHAI THÁC, VẬN TẢI, CHỐNG LÒ VÀ

CUNG CẤP KHÍ NÉN

2.1 Sơ đồ hệ thống công nghệ khai thác, vận tải, chống lò và cung cấp khí nén

Hình 2.1 Sơ đồ vận tải than

2.2 Vai trò c a máy nén khí ủa máy nén khí

Nước ta là một nước đang phát triển, cùng với sự phát triển nền kinh tế thị trườngđang hòa nhập với nền kinh tế thế giới, ngành công nghiệp đang thay đổi một cáchnhanh chóng và là một trong những ngành chủ đạo trong mục tiêu đưa đất nước trởthành một nước công nghiệp hoá hiện đại hoá trong tương lai Để phục vụ cho pháttriển công nghiệp thì các ngành phụ trợ cũng phát triển không ngừng Sản xuất máynén khí là một trong số các ngành phụ trợ đó Máy nén khí được dùng rất phổ biến vàkhông khí nén là một dạng năng lượng quan trọng được sử dụng rộng rãi trong tất cảcác ngành của nền kinh tế quốc dân: trong các nhà máy xí nghiệp, trong những ngànhcông nghiệp nhẹ cũng như công nghiệp nặng : xây dựng, trong các xí nghiệp côngnghiệp như máy khoan dùng khí nén, bủa khí nén, thiết bị phun cát, luyện kim, hoáchất, cơ khí xây dựng, giao thông vận tải v.v…

Hệ thống điều khiển bằng khí nén được sử dụng trong lĩnh vực điều khiển nhưtrong các thiết bị phun sơn, các đồ gá kẹp các chi tiết nhựa và nhất là sử dụng cho lĩnhvực sản xuất các thiết bị điện tử, lắp ráp các chi tiết máy bằng đai ốc Ngoài ra hệthống điều khiển bằng khí nén được sử dụng trong các dây chuyền sản xuất tự động,trong các thiết bị vận chuyển và kiểm tra các thiết bị của lò hơi, thiết bị mạ điện, đónggói bao bì và trong công nghiệp hoá chất Trong các lĩnh vực mà con người không trựctiếp điều khiển do không an toàn thì người ta có thể bố trí bằng hệ thống điều khiểnbằng khí nén để thay thế con người

Tàu điện ác quy

Máng cào Máng trượt

Than lò trợ

bunke Băng tải

Với đặc điểm là có tính đàn hồi, trong suốt, không độc hại, khó bén lửa, không bịlắng đọng, khả năng quá tải lớn của động cơ khí, độ tin cậy khá cao, ít trục trặc kỹthuật nên khí nén được lựa chọn là năng lượng thích hợp trong lĩnh vực khai tháckhoáng sản nói chung và khai thác than nói riêng.

2.3 Các loại MNk đang sử dụng, đặc điểm

2.3.1 Máy nén khí trục vít (Screw air compressor)

Máy nén khí sử dụng chuyển động tròn của trục vít, sử dụng puli được nối vào 2trục vít ép khí vào trong thể tích nhỏ hơn Chúng được sử dụng trong các ngành sảnxuất công nghiệp, có thể là loại cố định hoặc di động

Công suất của máy nén khí laoị này dao động từ 5HP đến 500HP, từ áp suất thấpcho đến áp suất cao (8,5Mpa)

Máy nén khí trục viét được sử dụng để cấp khí nén cho nhiều loại máy công cụ.Chúng có thể sử dụng cho những động cơ có bơm tăng áp suất khí nạp như : ôtô hoặcmáy bay

-MNK trục vít được chia làm 2 loại:

+Máy nén khí trục vít loại có dầu (Oil flood): Máy nén khí làm việc đến áp suấtnhất định được cài đặt sẵn , qua các thiết bị sử lý khí nén như tách dầu sau đó cung cấpcho các thiết bị và các vị trí sử dụng khí nén không yêu cầu khí sạch (trong khí nénvẫn còn hàm lượn dầu dù là rất nhỏ) Vì vậy máy nén khí trục vít loại có dầu thườngđược sử dụng cung cấp khí nén cho máy công cụ hoặc một số ngành sản xuất khôngyêu cầu khí sạch

+Máy nén khí trục vít loại không dầu (Oil free): ngược lại với loại máy nén khítrục vít có dầu, khí nén của máy trục vít không dầu được cung cấp bởi máy nén khí làloại khí sạch (khí nén cung cấp hoàn toan không có dầu) Loại máy nén khí này thườngđược sử dụng trong một số ngành như : y tế, chế biến thực phẩm, dược phẩm, chế tạolinh kiện điện tử và một số ngành khác

+Ngoài ra máy nén khí trục vít còn được phân loại theo cấu trúc thiết kế : máynén khí trục vít đơn và máy nén khí trục vít đôi

2.3.2 Máy nén khí Pittong (Piston air compressor)

Máy nén khí Piston hay còn gọi là máy nén khí chuyện động tịnh tiến sử dụngpiston điều khiển bằng tay quay Có thể đặt cố định hoặc di chuyển được, có thể sửdụng riêng biệt hoặc tổ hợp Chúng có thể được điều khiển bằng động cơ điện hoặcđộng cơ Diesel

Máy nén khí sử dụng piston tịnh tiến loại nhỏ công suất từ 5HP – 30Hp thườngđược sử dụng trong lắp ráp tự động và trong cả nhưng việc không chuyển động liêntục

Những máy nén khí loại lớn có thể công suất lến đến 1000Hp được sử dụng trongnhững ngành lắp ráp công nghiệp lớn, nhưng chúng thường không được sử dụng nhiều

vì có thể thay thế bằng các máy nén khí chuyển động trong của bánh răng trục vít vớigiá thành rẻ hơn

Áp suất đầu ra có tâm dao động từ thấp đến rất cao (>5000PSI hoặc 25Mpa).Giống như máy nén khí trục vít, máy nén khí Piston cũng được chia làm 2 loại :Máynén khí piston có dầu (Oil flood piston air compressor) và máy nén khí piston khôngdầu (Oil free piston air compressor) Ngoài ra máy nén khí piston còn được phân loạitheo áp suất làm việc : Máy nén khí piston thấp áp và máy nén khí piston cao áp

2.3.3 Máy nén khí Đối lưu

Máy nén khí đối lưu sử dụng hệ thống cánh quạt trong rotor để nén dòng lưu khí,cánh quạt của stator cố định nằm phía dưới của mỗi rotor lại đẩy trực tiếp dòng khí vàonhững hệ thống cánh quạt của rotor tiếp theo Vùng không gian đường đi không khíngày càng giảm dần thông qua máy nén khí để tăng sức nén.Máy nén khí theo phươngpháp nén khí đối lưu thường được sử dụng khi cần dòng chuyển động cao, ví dụ nhưtrong những động cơ turbin lớn Hầu như chúng được sử dụng nhiều trong một dâychuyền Trường hợp tỉ lệ áp suất dưới 4:1, để tăng hiệu quả của quá trình hoạt độngngười ta thường sử dụng những điều chỉnh về hình học

2.3.4 Máy nén khí Ly tâm

Máy nén khí ly tâm sử dụng đũa xoay hình cánh quạt hoặc bánh đẩy để ép khívào phần rìa của bánh đẩy làm tăng tốc độ của khí Bộ phận khuếch tán của máy sẽchuyển đổi năng lượng của tốc độ thành áp suất Máy nén khí ly tâm thường được sửdụng trong các ngành công nghiệp nặng và trong môi trường làm việc liên tục Chúngthường được lắp cố định Công suất của chúng có thể từ hàng trăm đến hàng nghìn mãlực, với hệ thống làm việc gồm nhiều mày nén khí ly tâm, chúng có thể tăng áp đầu rahơn 1000lbf/in2(69Mpa)

Nhiều hệ thống làm tuyết nhận tạo sử dụng loại máy nén khí này Chúng có thể

sử dụng động cơ đốt trong, bộ nạp hoặc động cơ turbin Máy nén khí ly tâm được sửdụng trong một động cơ turbin bằng gas nhỏ hoặc gần giống như tầng khí nén cuốicùng của động cơ turbin cỡ trung bình

2.3.5 Máy nén khí dòng hỗn hợp

Máy nén khí dòng hỗn hợp cũng tương tự như máy nén khí ly tâm, nhưng vận tốcđối xứng lại nối từ rotor Bộ khuếch tán thường sử dụng để biến đổi dòng khí hỗnthành dòng khí dối lưu Máy nén khí dòng hỗn hợp có 1 bộ khuếch tán đường kính nhỏhơn của máy nén khí lý tâm tương đương

2.3.6 Máy nén khí dạng cuộn (Scroll air compressor)

Máy nén khí dạng cuộn hay còn gọi là máy nén khí dạng xoắn ốc gồm 2 phầnxoắn ốc acsimet, một đĩa xoắn ở trạng thái tĩnh, đĩa còn lại quay quanh đĩa xoắn cốđịnh Hai đĩa xoắn này được đặt ăn khớp vào nhau tạo thành các túi dạng hình lưỡi

liềm, trong quá trình nén, phần xoắn ốc tĩnh được giữ cố định và phần xoắn ốc di động

di chuyển trên trục chuyển động lệch tâm Khí được dẫn vào khoảng trống do hai lưỡixoắn tạo ra, hai đĩa khép dẫn từng nấc và tiến dần vào tâm hình xoắn ốc, thể tích nhỏdần tạo ra áp suất lớn, khi đến tâm khí đạt được nén đồng thời và liên tiếp tạo ra sựliên tục, ổn định, hiệu quả và yên tĩnh trong quá trình hoạt động

Cũng như máy nén khí trục vít và máy nén khí piston, máy nén khí dạng cuộncũng được chia thành hai loại: máy nén khi scroll có dầu và máy nén khí scroll khôngdầu

Đặc điểm nổi bật của máy nén khí scroll là làm việc êm ái hơn so với máy nénkhí piston và trục vít, nhưng do giá thành cao hơn so với các loại máy nén khí piston

và trục vít vào khoảng 45% nên ít được phổ biến hơn

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ MÁY NÉN KHÍ PISTON 4L.20/8

3.1 Tính toán nhiệt động học và các thông số cơ bản của máy nén khí

3.1.1 Sơ đồ và nguyên lý máy ép khí

a Sơ đồ

Hình 3.1- Sơ đồ nguyên lý cấu tạo máy nén khí Piston 2 cấp kiểu chữ L

1- Trục khuỷu; 2- Thanh truyền; 3- Con trượt; 4- Cán Piston; 5- Piston cấp I; 6- Van hút cấp I; 7- Van đẩy cấp I; 8- Bình làm mát trung gian; 9- Piston cấp II; 10- Van hút cấp II; 11- Van đẩy cấp II; 12- Bình làm mát cuối;

13- Bình chứa khí; 14- Bộ lọc khí hút vào cấp I

b Nguyên lý làm việc của máy nén khí

Nguyên lý làm việc của máy như sau: Động cơ điện làm quay trục khuỷu 1 củamáy, nhờ thanh truyền số 2 mà chuyển động quay của trục khuỷuđược biến thànhchuyển động tịnh tiến của con trượt 3 và Piston 5 qua cán Piston 4.Khi Piston chuyển

động tịnh tiến, ở một trong hai khoang của xy lanh cấp I sẽ tạo ra chân không làm chovan hút 6 mở, không khí qua bộ lọc 14 được hút vào xy lanh Khi Piston chuyển độngngược lại, van hút đóng, khí trong xy lanh được nén lên đến một áp suất cao đủ để mởvan đẩy, khi đó khí nén được đi qua van đẩy 7 đến bình làm mát trung gian 8 Ởkhoang còn lại của xy lanh cấp I, quá trình hút và nén khí cũng xẩy ra tương tự.

Qua bình làm lạnh trung gian 8, khí nén từ xy lanh cấp I sẽ được làm lạnh rồi đivào xy lanh cấp II qua van hút 10; ở đây quá trình hút và nén khí cũng diễn biến tương

tự như cấp I Từ xy lanh cấp II, khí được nén đến một áp suất yêu cầu qua van đẩy 11

đi đến bình làm lạnh 12, ở đây khí nén được làm mát lần cuối rồi đi đến bình chứa khínén số 13 và theo ống dẫn đến nơi tiêu thụ Ở đáy các bình làm lạnh và bình chứa đều

có các van xả dầu và nước được tách ra từ khí nén khi được làm mát Như vậy khí nénsau khi ra khỏi bình chứa để đi tiêu thụ thì đã đạt được áp suất cao theo yêu cầu, đãđược tách dầu và nước ra khỏi khí nén, nhiệt độ thấp bảo đảm an toàn khi sử dụng

3.1.2 Tính toán phần nhiệt động và xác định các thông số cơ bản của máy ép khí

a Tính toán phần nhiệt động và xác định các thông số cơ bản của máy ép khí

Các số liệu ban đầu:

1 Thành phần chất khí được nén:

Chất khí được nén là không khí ẩm, là không khí khô và hơi nước, đặc trưngbằng độ ẩm tương đối  (=85%) là độ ẩm trung bình hàng năm của mỏ

2 Điều kiện không khí hút:

- Nhiệt độ khi hút: Lấy bằng nhiệt độ trung bình của khu mỏ:

(T = 25C = 298 K)

-áp suất khi hút: Lấy bằng áp suất khí quyển ở mỏ 1at: p = 1at

3 Áp suất trong ống đẩy:

áp suất trong ống đẩy ở bậc cuối cùng tính theo áp suất dư là 8at, tính theo áp suấttuyệt đối là 9at, p = 9at

4 Năng suất của máy ép khí tính đổi về điều kiện hút bậc I:

V = 20 m/ph  5%

5 Nhiệt độ chất khí khi ra khỏi bình làm lạnh lần cuối là:

T =35C =308 K

6 Nhiệt độ của nước dùng làm lạnh:

T =20C =293 K

b Xác định số chất khí-số mũ đoạn nhiệt của không khí ẩm

1 Xác định thể tích thành phần của không khí không và hơi nước

Từ bảng nước sôi và hơi nước bão hòa không cho theo nhiệt độ(nhiệt kỹthuật),ta xác định được các thông số của không khí cùng với nhiệt độ T =298 K nhưsau:

-áp suất riêng phần của hơi nước bão hòa khô:

r và  là thể tích thành phần thứ i trong hỗn hợp và phân tử lượng của nó,ở đây:

 : Phân tử lượng của hơi nước (  = 18,01)

: Phân tử lượng của khí khô ( =28,95)

k : số mũ nén đoạn nhiệt của hơi nước ( k = 1,3)

k : số mũ nén đoạn nhiệt của không khí khô( k =1,4)

-Chọn sơ bộ bậc ép trong mỗi bậc Ԑ b=3

- Tính số bậc ép theo công thức sau:

1

9

91

Vậy

93,32,7

c II I

3 Xác định tổn thất áp suất ở các bậc trong quá trình công tác thực tế

-Tổn thất áp suất khi hút ở các bậc tính theo công thức:

Trong đó:p2i là áp suất đẩy trong quá trình lý thuyết,chọn trị số trung bình:

p p

3,06

3, 220,95

9,549 3,682,592

x I xI

x I

x II xII

x II

p p p p

5 Xác định số mũ nén và dãn nở đa biến tương đương

Đối với máy nén khí piston làm việc bình thường,vách xilanh và nắp được làm mátbằng nước lưu chuyển khi   x 3 6 thì số mũ nén đa biến tương ở bậc I tính theocông thức: nnI  (0,92 0,98)  khh

Trong đó khh là số mũ nén đoạn nhiệt của không khí ẩm(đã xác định ở phần trên khh

=1,4),khi vách xilanh được làm mát tốt ta chọn chỉ số nhỏ

Do đó:

0,0150,015.1, 4 1, 29 0,015.1, 4 1,31

6 Chọn trị số tương đối của khoảng trống còn lại

Với máy ép khí piston có thể chọn trị số tương đối của khoảng trống có hại của các bậc(0, 02 0,1 ),các bậc sau thường số có trị số tăng dần.Ta chọ trị số trung bình:

8 Chọn sơ đồ làm lạnh và xác định nhiệt độ chất khí trong quá trình làm mát

Để đảm bảo làm mát cho máy ép khí,ta chọn sơ đồ làm lạnh hỗn hợp như hình vẽ sau:

B×nh lµm l¹nh

Van b

B×nh lµm l¹nh trung gian

BËc II Van a

BËc I

Hình 3.2 Sơ đồ làm mát máy nén khí

Qúa trình lưa thông của nước trong hệ thống làm mát như sau:

- Nước làm mátđầu tiên đi vào bình làm lạnh trung gian,sau đó chia thành 2 đường:+Một đường vào sơ mi xilanh bâc I rồi đi vào bình làmmátcho dầu bôi trơn sau đó đivào sơ mi xilanh bậc II rồi ra ống xả

+Một đường vào bình làm mát cuối rồi ra ống xả

-Nước làm mát có thể lấy từ đường nước sinh hoạt hoặc nguồn cung cấpriêng,nước thải ra có thể dùng trong sinh hoạt

-Sơ đồ làm lạnh này có ưu điểm là tiết kiệm nước làm lạnh,phân bố mức độ làmlạnh một cách hợp lý cho tong bộ phận của máy ép khí,ưu tiên nhất là bình làm máttrung gian rồi đến bình làm lạnh cuối,sơ mi xilanh bậc I,sau đó mới đến bình làm mátdầu và sơ mi xilanh bậc II Sự phân bố mức độ làm lạnh như vậy sẽ làm giảm tổn thấtlưu lượng của máy do chất khi bị tăng nhiệt sau các bậc nén

-Việc điều chỉnh lưu lượng nước làmmáttrong hệ thống nhờ các van a và b Tathấy sơ đồ làm mát này số điểm kiểm tra, theo dõi lưu lượng và nhiệt độ nước làm mát

ít, số đường ống,phụ kiện trên đường ống ít.Vì vậy sơ đồ này có hiệu quả làm mát vàkinh tế cao.

-Tính nhiệt độ nước khi ra khỏi bình làm mát trung gian:

2n 1n n

(3.17) Trong đó: T là nhiệt độ ban đầu của nước làm mát ( 1 20o 293o

n

n

T

 là độ tăng nhiệt của nước làmmátkhi ra khỏi bình làmmáttrung gian.Với ép khí

n

   ;Lấy  Tn=6o C

Do đó: T2n=293+6=299o K= 26 C

-Tính nhiệt độ của khí khi ra khỏi bình làmmáttrung gian:Khi dòng khí và dòng nước

đi ngược chiều nhau,nhiệt chất khí sau bình làm mát trung gian tính theo công thức:

Nhiệt độ của bậc I:

0 1,29

1 1

298

0,978

nI nI

n n I

1 2

298

0,973

nII nII

n n II

Kết quả ghi trong bảng 3.6

I

II

298298

2525

396418

123145

- Theo số liệu ban đầu , độ ẩm tương đối của chất khí hút ψ = 0.85%

Trong đó  là trọng lượng riêng 1 m hơi nước bão hòa khô ở nhiệt độ khảo sát

ta xác định dược các thông số không khí ở nhiệt độ hút T =298 K như sau:

 =0,3024 KG/m , áp suất riêng phần khối bảo hòa là p =0,0326 at

Vậy '1= =0.85.0,02304=0,0196

- áp suất riêng phần của không khí khô vào bậc I xác định từ phường trình sau:

Trong đó:

p là áp suất kí khi hút vào bậc I (p = 1 at)

p là áp suất riền phần của hơi nước khi hút vào bậc 1

p = ψ P = 0,85.0,0326=0.0278 at

vậy p =1-0,0278= 0,09722 at= 9722 KG/m

- Trọng lượng riêng của không khí khô trong điều kiện hút ở bậc I:

R là hằng số chất khí , dã xá định ở phần trên R = 30G.m / kg độ

Do đó:  =

972230.298 = 1,11 KG/ m

- Trọng lượng riêng của không khí ảm ở điều kiện hút:

Bỏ qua độ ẩm của các bậc tiếp theo

-Hệ số độ ẩm của toàn máy ép khí

Nếu cho rằng khi khí nén đi qua bình làm lạnh trung gian thi toàn bộ hơi nước ngưng

tụ lại, khi đó ta có độ ẩm của khí trong toàn máy sẽ là:

 = \f(, = \f(, = 0,98

- Nhiệt lượng tỏa ra khi hơi nước ngưng tu trong bình lạnh trung gian ở bậc I

Q = \f(,( kJ/h) (3.30)

trong đó:  là độ kín

V là năng suất tính theo điều kiện hút của máy V= 20m /h

r là nhiệt lượng thoát ra khi ngưng tụ cửa hơi nước ở nhiệt độ TI

tra bảng T = 298 K thì r = 2441,7 kJ /KG

Q ntI=60 20(0 , 0196−0 , 0086).2441 , 7

0 , 98 0 , 97 1 =33905 KJ /h

ta thấy Q> 0 chứng tỏ trong bình làm lạnh có ngưng tụ hơi nước

12 Xác định hệ số cấp khí cho mỗi bậc có kể tới những tổn thất chất khí ở những bậc tiếp theo

Bậc I :  =     = 0,95.0,978.0,918.0,97= 0,825

Bậc II: = λ II=λ pII λ tII λ 0 II λ KII =0,96.0,973.0,868.1 = 0,814

13 Xác định thể tích chất khí mà mỗi bậc phải hút vào

V = \f(V, =

20

0 ,825 0 , 97=25( m

3/ph )

(3.31)

14 Chọn sơ bộ tốc độ trung bình của pistong và xác định sơ bộ diện tích công tác của piston cho các bậc

ở các máy ép khí piston năng suất trung bình thì tốc độ trung bình của piston C ' Ptb

chon trong phạm vi sau;

- Máy ép khí thẳng đúng cỡ nhỏ và trung bình ta chọn C Ptb

'

= 2,5  4,5 m/s -Máy ép khí cỡ lớn chọn C Ptb

'

= 3,5  4,5 m/s-Máy ép khí nằm ngang chon C Ptb

'

= 3  5,5 với máy L20/8 ta chọn C Ptb

'

= 3,5 m/sDiện tích mặt công tác của piston được tính theo công thức:

trong đó d là đường kính cán piston , chọn theo mẫu d= 0,04 m

vậy thay vào công thức trên ta được

Với máy 4L20/8 chọn Ψ s= 0,5 Vậy Sp = Ψ s.Dxl = 0,5.0,4 = 0,2m

18 Xác định số vòng quay cần thiết của trục máy áp khí theo công thức

np = \f(30Cp,Sp =

30 3 , 33

0,2 =500 v / ph(3.37)

19 Xác định diện tích công tác thực tế của piston và thể tích công tác của các bậc

- Diện tích công tác ở các bậc tính theo công thức :

Fpi = \f(,2 ( Dxi- \f(d,2 )(3.38)

25 8,22

20 Tính toán áp suất trong các bậc theo phương pháp gần đúng liên tiếp

ở lần thứ nhất các thông số được mang một dấu phẩy

- áp suất khi hút ở bậc thứ i ( sau bậc đầu tiên )

Trong lần tính thứ nhất xác định theo công thức :

P' x2i = i P'

x1(i+1) Trong đó i là hệ số tổn thất áp suất giữa các bậc có thể tính theo trị số tổn thất ápsuất tương đối 1i, 2i theo công thức :

- Tính lại hệ số làm nóng khí trong xy lanh:

- Xác định hằng số máy ép khí ở các bậc theo công thức

- Xác định hằng số máy nén khí ở các bậc theo công thức:

Bậc II:

C II ,=V pII λ 0 II , p x 1 II ,

ρ x 1 II , =

8,22 0,891 2,88 1,09 =19 ,4

Kết quả được ghi trong bảng 3.8

II

2,88

3,4 9,55

3,583,3

0,9740,978

407400

0,9070,891

1,091,09

19,819,4

21 Xác định năng suất thực tế của máy ép khí quy đổi vè điều kiện hút theo công thức

Bảng 3.9

Bậc VpI m3/ph λ0 Vhi m3/ph I

II

25 8,22

0,907 0,891

22,67 7,324

23 Xác định công suất chỉ thị ở các bậc theo công thức

1,21−1 1,21 −1 ) =1,32

1 ,23−1 1,23 −1 ) =1,30

N ctI=1,635.0,95.22,67.(1+0,05 0,907 (1,47−1,3)+1,3)=52,6

kW

N ctII=1,635.2,88.7,325.(1+0,07 0,891 (1,335−1,3)+1,3)=46 ,3

kWKết quả được ghi trong bảng 3.10

1,247 1,243

1,321,335

1,32 1,3

52,646,3

24 Công suất chỉ của toàn máy ép khí

25 Xác định công suất yêu cầu của máy ép khí

27 Xác định hệ số năng suất của máy ép khi quy đổi về điều kiện hút

λ = \f(VI,VpI=

20