Nghiên cứu, tính toán thiết kế Máy nén khí piston loại 4L 208 của hệ thống cung cấp khí nén cho các thiết bị dùng khí của Công ty than 86 –Tcty Đông Bắc

MỤC LỤC MỤC LỤC 1 LỜI NÓI ĐÂU 3 CHƯƠNG I 4 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG TY THAN 86 4 1.1 Vị trí địa lý – Địa hình 4 1.2 Chức năng, nhiệm vụ và tình hình sản xuất 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 1.3 Tổ chức quản lý và điều hành sản xuất của Công ty 7 1.3.1 Tổ chức quản lý 7 1.3.2 Điều hành sản xuất 8 1.4 Đặc điểm về thiết bị, sử dụng và quản lý thiết bị trong công tác tuyển khoáng 10 CHƯƠNG 2 11 SƠ ĐỒ HỆ THỐNG CÔNG NGHỆ KHAI THÁC, VẬN TẢI, CHỐNG LÒ VÀ CUNG CẤP KHÍ NÉN 11 2.1 Sơ đồ hệ thống công nghệ khai thác, vận tải, chống lò và cung cấp khí nén 11 2.2 Vai trò của máy nén khí 12 2.3 Các loại MNk đang sử dụng, đặc điểm 12 2.3.1 Máy nén khí trục vít (Screw air compressor) 12 2.3.2 Máy nén khí Pittong (Piston air compressor) 15 2.3.3 Máy nén khí Đối lưu 16 2.3.4 Máy nén khí Ly tâm 16 2.3.5 Máy nén khí dòng hỗn hợp 16 2.3.6 Máy nén khí dạng cuộn (Scroll air compressor) 16 CHƯƠNG 3 18 THIẾT KẾ MÁY NÉN KHÍ PISTON 4L.208 18 3.1 Tính toán nhiệt động học và các thông số cơ bản của máy nén khí 18 3.1.1 Sơ đồ và nguyên lý máy ép khí 18 3.1.2 Tính toán phần nhiệt động và xác định các thông số cơ bản của máy ép khí 19 3.1.3 Tính toán động lực học máy ép khí 40 2. Xây dựng biểu đồ lực trên hệ tọa độ Pα 58 3.1.4 Tính chọn van công tác 60 3.2 Xác định kết cấu và kích thước của trục khuỷu 65 3.2.1 Chọn kết cấu trục khuỷu 65 3.2.2 Xác định sơ bộ kích thước trục theo tải trọng lớn nhất 65 3.3 Cân bằng trục khuỷu 72 3.3.1 Cân bằng lực quán tính trong chuyển động quay 72 3.3.2 Cân bằng lực quán tính trong chuyển động tịnh tiến 74 3.3.3 Xác định kích thước đối trọng 76 CHƯƠNG 4 TÍNH KIỂM TRA BỀN TRỤC KHUỶU 78 4.1 Tính kiểm tra bền theo tải trọng tính 78 4.1.1 Các lực tác động lên trục khuỷu 78 4.1.3 Tính kiểm tra trục ở vị trí  = 1800 có Nc max 83 4.2 Kiểm nghiệm trục theo tải trọng động 86 4.2.1 Xác định các giá trị ứng suất lớn nhất và nhỏ nhất trên mặt cắt II II 87 4.2.2 Kiểm nghiệm theo hệ số an toàn 88 CHƯƠNG 5:CÔNG NGHỆ SỬA CHỮA SƠ MI XILANH 91 5.1 Sự mòn của máy và vai trò của công nghệ sửa chữa 91 5.2 Tình trạng hư hỏng của máy và thiết bị và biện pháp khắc phục 91 5.3 Cấu tạo của sơmi 93 5.4 Quy trình công nghệ sửa chữa 93 5.5 Thiết kế đồ gá doa mặt lỗ Ø230 97 5.5.1 Xác định máy 97 5.5.2 Phương án định vị 97 5.5.3 Phương án kẹp chặt 97 5.5.4 Tính lực kẹp cho cơ cấu kẹp chặt khi phay 97 5.5.5 Tính chọn cơ cấu kẹp chặt 99 5.5.6 Xác định sai số chế tạo và các yêu cầu kỹ thuật của đồ gá 99 CHƯƠNG 6 : CÔNG TÁC AN TOÀN TRONG VẬN HÀNH 101 6.1 Qui trình vận hành đối với công nhân 101 6.2 Một số quy định chung 101 6.3 Những công việc khởi động và thao tác máy nén khí 102 6.4 Các sự cố thường gặp và biện pháp khắc phục khi vận hành máy nén khí 103 KẾT LUẬN 106 TÀI LIỆU THAM KHẢO 107

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

LỜI NÓI ĐÂU 3

CHƯƠNG I 4

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG TY THAN 86 4

1.1 Vị trí địa lý – Địa hình 4

1.2 Chức năng, nhiệm vụ và tình hình sản xuất 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

1.3 Tổ chức quản lý và điều hành sản xuất của Công ty 7

1.3.1 Tổ chức quản lý 7

1.3.2 Điều hành sản xuất 8

1.4 Đặc điểm về thiết bị, sử dụng và quản lý thiết bị trong công tác tuyển khoáng 10 CHƯƠNG 2 11

SƠ ĐỒ HỆ THỐNG CÔNG NGHỆ KHAI THÁC, VẬN TẢI, CHỐNG LÒ VÀ CUNG CẤP KHÍ NÉN 11

2.1 Sơ đồ hệ thống công nghệ khai thác, vận tải, chống lò và cung cấp khí nén11 2.2 Vai trò của máy nén khí 12

2.3 Các loại MNk đang sử dụng, đặc điểm 12

2.3.1 Máy nén khí trục vít (Screw air compressor) 12

2.3.2 Máy nén khí Pittong (Piston air compressor) 15

2.3.3 Máy nén khí Đối lưu 16

2.3.4 Máy nén khí Ly tâm 16

2.3.5 Máy nén khí dòng hỗn hợp 16

2.3.6 Máy nén khí dạng cuộn (Scroll air compressor) 16

CHƯƠNG 3 18

THIẾT KẾ MÁY NÉN KHÍ PISTON 4L.20/8 18

3.1 Tính toán nhiệt động học và các thông số cơ bản của máy nén khí 18

3.1.1 Sơ đồ và nguyên lý máy ép khí 18

3.1.2 Tính toán phần nhiệt động và xác định các thông số cơ bản của máy ép khí 19

3.1.3 Tính toán động lực học máy ép khí 40

2 Xây dựng biểu đồ lực trên hệ tọa độ P-α 58

3.1.4 Tính chọn van công tác 60

3.2 Xác định kết cấu và kích thước của trục khuỷu 65

3.2.1 Chọn kết cấu trục khuỷu 65

3.2.2 Xác định sơ bộ kích thước trục theo tải trọng lớn nhất 65

3.3 Cân bằng trục khuỷu 72

3.3.1 Cân bằng lực quán tính trong chuyển động quay 72

3.3.2 Cân bằng lực quán tính trong chuyển động tịnh tiến 74

3.3.3 Xác định kích thước đối trọng 76

CHƯƠNG 4 TÍNH KIỂM TRA BỀN TRỤC KHUỶU 78

4.1 Tính kiểm tra bền theo tải trọng tính 78

4.1.1 Các lực tác động lên trục khuỷu 78

4.1.3 Tính kiểm tra trục ở vị trí  = 180 0 có N c max 83

4.2 Kiểm nghiệm trục theo tải trọng động 86

4.2.1 Xác định các giá trị ứng suất lớn nhất và nhỏ nhất trên mặt cắt II - II 87

4.2.2 Kiểm nghiệm theo hệ số an toàn 88

CHƯƠNG 5:CÔNG NGHỆ SỬA CHỮA SƠ MI XILANH 91

5.1 Sự mòn của máy và vai trò của công nghệ sửa chữa 91

5.2 Tình trạng hư hỏng của máy và thiết bị và biện pháp khắc phục 91

5.3 Cấu tạo của sơmi 93

5.4 Quy trình công nghệ sửa chữa 93

5.5 Thiết kế đồ gá doa mặt lỗ Ø230 97

5.5.1 Xác định máy 97

5.5.2 Phương án định vị 97

5.5.3 Phương án kẹp chặt 97

5.5.4 Tính lực kẹp cho cơ cấu kẹp chặt khi phay 97

5.5.5 Tính chọn cơ cấu kẹp chặt 99

5.5.6 Xác định sai số chế tạo và các yêu cầu kỹ thuật của đồ gá 99

CHƯƠNG 6 : CÔNG TÁC AN TOÀN TRONG VẬN HÀNH 101

6.1 Qui trình vận hành đối với công nhân 101

6.2 Một số quy định chung 101

6.3 Những công việc khởi động và thao tác máy nén khí 102

6.4 Các sự cố thường gặp và biện pháp khắc phục khi vận hành máy nén khí 103 KẾT LUẬN 106

TÀI LIỆU THAM KHẢO 107

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 86 – Tcty Đông Bắc 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 86 – Tcty Đông Bắc.

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 Trần Ngọc Minh đã giúp đỡ em

hoàn thành đồ án này

Hà Nội, Tháng 6 năm 2015

Sinh viên

Nguyễn Văn Tuấn

CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG TY THAN 86 1.1 V trí đ a lý – Đ a hình ị trí địa lý – Địa hình ị trí địa lý – Địa hình ị trí địa lý – Địa hình

Công ty TNHH một thành viên 86 (gọi tắt là Công ty than 86) là doanh nghiệp Quân đội trực thuộc Tổng công ty Đông Bắc – Bộ Quốc Phòng Công ty có trụ sở chính tại Khu 1 – Phường Quang Hanh – Thành Phố Cẩm Phả - Tỉnh Quảng Ninh.Tiền thân Công ty than 86 là một đơn vị do phòng Kinh tế binh chủng Pháo binhquản lý có nhiệm vụ khai thác than cho ngành Hậu cần Quân đội

Ngày 10/11/1986, Xí nghiệp khai thác than 86 được thành lập theo quyết định số1359/QĐ-QP của Bộ trưởng Bộ Quốc phòng, giấy phép khai thác mỏ số 2771/V3 ngày21/6/1986 do Chủ tịch Hội đồng Bộ trưởng Đỗ Mười ký

Năm 1995 thực hiện chỉ thị 381/CT-TTg và quyết định số 382/QĐ-TTg của Thủtướng Chính phủ về lập lại trật tự khai thác than, Xí nghiệp khai thác than 86 đượcđiều động về trực thuộc Công ty Đông Bắc – Bộ Quốc phòng với hai nhiệm vụ chính

là sản xuất, chế biên kinh doanh than và huấn luyện quân dự bị động viên thuộc Lữđoàn dự bị động viên 596 của Bộ Quốc phòng trên vùng Đông Bắc của Tổ Quốc.Cùng với sự phát triển của Tổng Công ty than Việt Nam là Tập đoàn công nghiệpThan-Khoáng sản Việt Nam (Vinacomin) và Công ty Đông Bắc (nay là Tổng Công tyĐông Bắc), Xí nghiệp khai thác than 86 được chuyển đổi thành Công ty TNHH mộtthành viên 86 thực thuộc Tổng Công ty Đông Bắc theo quyết định số 222/2006/QĐ-BQP ngày 30/1/2006 do Bộ trưởng Bộ Quốc phòng– Đại tướng Phùng Quang Thanhký

Ngày 24/01/2007 Bà Ngô Thị Hoài Thanh – Phó trưởng phòng Đăng ký kinhdoanh Sở Kế hoạch và Đầu tư Quảng Ninh ký Giấy chứng nhận đăng ký kinh doanh số

2204000059 cho Công ty 86, vốn điều lệ là 30 tỷ VNĐ

Từ khi thành lập năm 1986, tổng số Sĩ quan, Quân nhân chuyên nghiệp, côngnhân viên chức và lao động quốc phòng chỉ có 78 người Trong suốt 25 năm xây dựng

và trưởng thành, trải qua nhiều khó khăn thử thách, được sự quan tâm của các cấp lãnh

đạo, sự ủng hộ của chính quyền và nhân dân nơi đơn vị đóng quân, Công ty luôn luônhoàn thành nhiệm vụ cấp trên giao, doanh thu năm sau cao hơn năm trước, làm trònnghĩa vụ nộp ngân sách cho Nhà nước, đảm bảo thu nhập, đời sống cho cán bộ chiến

sỹ và Người lao động toàn Công ty

Về con người, đến nay Công ty có đủ đội ngũ cán bộ chỉ huy, cán bộ kỹ thuẩtđảm đương được nhiệm vụ và khai thác tài nguyên Số cán bộ công nhân viên củaCông ty đã được biên chế tinh gọn, phù hợp với tình hình nhiệm vụ của Công ty nhằmđạt hiệu quả kinh tế cao Đến năm 2010 tổng số cán bộ, chiến sỹ, người lao động củaCông ty là 1055 người, với trang thiết bị hiện đại đáp ứng được yêu cầu nhiệm vụ sảnxuất kinh doanh ngày càng cao

Công ty 86 được Tổng Công ty Đông Bắc đánh giá là một trong những Công tytiềm năng, có đội ngũ CBCNV nhiệt tình, có trình độ chuyên môn và tay nghề vững,được quan tâm đầu tư nhiều máy móc thiết bị công nghệ hiện đại Công ty sản xuấtkinh doanh ổn định, đem lại thu nhập khá ổn định cho người lao động

1.2 Chức năng, nhiệm vụ và tình hình sản xuất của Công ty.

1.2.1 Chức năng và nhiệm vụ của Công ty

a Chức năng :

-Được phép sản xuất kinh doanh các ngành nghề đã đăng ký kinh doanh theo luật định

- Quản lý, sử dụng, bảo toàn và phát triển nguồn vốn kinh doanh một các có hiệu quả

b Nhiệm vụ :

Nhiệm vụ chủ yếu của Công ty 86 là khai thác, chế biến kinh doanh than

Ngoài ra Công ty còn được phép kinh doanh đa ngành như khai thác, chế biến vàkinh doanh khoáng sản khác; sản suất và kinh doanh vật liệu xây dựng; xây dựng cáccông trình công nghiệp và dân dụng; gia công, lắp ráp các sản phẩm cơ khí; trùng đại

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

-Công ty sản xuất các loại than nguyên khai sau đó đưa về sân công nghiệp chếbiến ra các loại than :

*Than TCVN:

+ Than cục xô có độ tro A k = 10% max, cỡ hạt 15÷35 mm

Phòng

tổ chức

lao động –

đào tạo

Phòng

kế toán tài chính

Phòng

cơ điện vật tư vận tải

Phòng

kỹ thuật sản xuất

Phòng

an toàn lao động

Văn phòng

Phòng chính trị

Công

trường 2

Công trường 3

Công trường 4

Phân xưởng 5

Phân xưởng 6

Phân xưởng 7

1.3 Tổ chức quản lý và điều hành sản xuất của Công ty

1.3.1 Tổ chức quản lý

Hình 1.1 Sơ đồ cơ cấu tổ chức bộ máy quản lý của Công ty 86

1.3.2 Điều hành sản xuất

+ Giám đốc công ty :

-Chủ tịch HĐQT kiêm giám đốc điều hành : chịu trách nhiệm pháp nhân trướcNhà nước và Bộ Quốc Phòng, Tập đoàn công nghiệp Than – Khoáng sản Việt Namtrong quá trình hoạt động của Công ty Là người đứng đầu Công ty có nhiệm vụ điềuhành mọi hoạt động SXKD của Công ty

+ Các Phó Giám đốc công ty :

- Phó Giám đốc kỹ thuật an toàn : Phụ trách khâu kỹ thuật khai thác, trực tiếp chỉđạo điều hành hoạt động của phòng Kỹ thuật sản xuất, phòng An toàn lao động,phòng Cơ điện – Vật tư _ Vận tải

- Phó Giám đốc kinh tế : Phụ trách về hoạt động sản xuất và tiêu thụ sản phẩmcủa Công ty, trực tiếp chỉ đạo điều hành hoạt động của phòng kế hoạch kinhdoanh-Đầu tư XDCB, phòng Tổ chức lao động - Đào tạo, phòng Kế toán - Tàichính

- Phó Giám đốc chính trị Bí thư Đảng ủy : Phụ trách công tác Đảng, công tácchính trị của Công ty, trực tiếp chỉ đạo điều hành hoạt động của Văn phòng,phòng Chính trị

+ Kế toán trưởng :

Giúp giám đốc phụ trách công tác tài chính và hạch toán kinh tế trong toàn công

ty, trực tiếp phụ trách phòng kế toán tài chính thống kê và phòng vật tư

+ Các phòng nghiệp vụ :

-Phòng kế toán tài chính : Tổ chức công tác kế toán, công tác thống kê và bộ máy

kế toán thống kê phù hợp với quy định của nhà nước, Tổng Công ty và mô hình tổchức quản lý của Công ty Bộ máy kế toán thông kê phải gọn nhẹ, đủ năng lực và trình

độ nghiệp vụ để hoàn thành mọi nhiệm vụ được giao Lập kế hoạc tài chính trong năm,

có kế hoạc vay, đầu tư kịp thời cho sản xuất, tổ chứ ghi chép hạch toán, thanh quyếttoán kịp thời Lập báo cáo tài chính theo dõi chế độ mệnh lệnh kế toán

-Phòng kế hoạch kinh doanh – đầu tư xây dựng cơ bản: Tham mưu giúp cho lãnhđạo Công ty về công tác kế hoạch dài hạn và ngắn hạn, kế hoạch giá thành, kế hoạchtiêu thụ sản phẩm, công tác sản xuất kinh doanh của Công ty Chủ trị công tác đầu tư

mua sắm các trang thiết bị phục vụ cho sản xuất, đôn đốc-phối hợp các phòng cơ quanthực hiện.

-Phòng kỹ thuật sản xuất: Lập kế hoạch khai thác, tiến độ thời gian, chỉ đạo kỹthuật trong khai thác, theo thiết kế, hộ chiếu Theo dõi quản lý kế hoạch khai thác tàinguyên, quản lý ranh giới mỏ

-Phòng an toàn lao động: Tổ chức huấn luyện, học tập các nội quy, quy định vềcông tác an toàn cho cán bộ chiến sỹ, xây dựng kế hoạch phòng chống sự cố mất antoàn có thể xảy ra Thường xuyên kiểm tra công tác an toàn lao động ở các vị trí làmviệc trong Công ty

-Phòng Cơ điện-Vật tư-Vận tải (Phòng CVT): Tìm kiếm khai thác thị trường,mua sắm vật tư thiết bị phụ tùng, cung cấp kịp thời các thiết bị, nguyên vật liệu chosản xuất, quản lý các thiết bị của đơn vị Chỉ đạo công tác sửa chữa phục hồi các thiết

bị phương tiện đảm bảo cho sản xuất

-Phòng Tổ chức lao động đào tạo: Tổ chức lực lượng lao động để phù hợp vớinăng lực sản xuất và đáp ứng nhu cầu nhiệm vụ của cơ quan nghiệp vụ Lập và xâydựng đơn giá tiền lương cho các loại công việc theo cơ chế khoán nội bộ cho từngcông đoạn sản xuất Có kế hoạch hàng năm bồi dưỡng nâng cao tay nghề bậc thợ chođội ngũ công nhân lao động Giải quyết các chế độ chính sách cho CBCNV khi đangcông tác và nghỉ chế độ

-Phòng Chính trị : Tổ chứ triển khai thực hiện các Chỉ thị nghị quyết của Đảng,nắm vững tình hình diến biến tư tưởng cán bộ, công nhân viên toàn đơn vị, phụ tráchcông tác thi đua và công tác Đoàn thể của đơn vị

-Văn phòng: Quản lý cơ sở vật chất trang thiết bị văn phòng, phục vụ hành chính,công tác hậu cần, công tác y tế, tổ chứ các hội nghị, học tập trong Công ty Lưu trữ cấpphát tài liệu công văn giấy tờ

1.4 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

Hình 2.2 Sơ đồ cung cấp khí nén

Tàu điện ác quy

Máng cào Máng trượt

Than lò trợ

bunke Băng tải

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

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

2,592

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:

T T  T

(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:

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

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

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

(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'

- 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:

Kết quả được ghi trong bảng 3.8

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

1,247 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

Các thông số chung của máy được ghi trong bảng 3.11