NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MÁY VẬN CHUYỂN TRẤU BẰNG PHƯƠNG PHÁP KHÍ ĐỘNG

Tính toán, thiết kế các kích thước của thiết bị trong mô hình máy vận chuyển khí động đã lựa chọn: hệ thống đường ống, quạt, Cyclon hút, Cyclon thoát liệu và đầu hút..  Nhằm góp phần gi

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MÁY VẬN CHUYỂN TRẤU

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MÁY VẬN CHUYỂN TRẤU BẰNG

PHƯƠNG PHÁP KHÍ ĐỘNG

Tác giả

NGUYỄN TUẤN ĐẠT

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp bằng kỹ sư ngành

CƠ KHÍ CHẾ BIẾN BẢO QUẢN NÔNG SẢN THỰC PHẨM

Giáo viên hướng dẫn:

TS LÊ ANH ĐỨC

KS NGUYỄN HẢI ĐĂNG

Tháng 07 năm 2009

LỜI CẢM TẠ

Để hoàn thành tốt đề tài này em đã nhận được nhiều sự giúp đỡ tận tình từ các thầy KS.Nguyễn Hải Đăng và KS.Nguyễn Thanh Phong Đặc biệt em xin gửi tới thầy TS Lê Anh Đức những lời cảm ơn chân thành nhất, mặc dù trong quá trình thực hiện đề tài em đã có rất nhiều thiếu sót nhưng vẫn luôn được thầy tạo điều kiện hết sức thuận lợi để có thể hoàn thành đề tài

Chân thành cảm tạ:

Thầy TS Nguyễn Như Nam

Ban Chủ Nhiệm Khoa Cơ Khí - Công Nghệ Trường Đại Học Nông Lâm TP.Hồ Chí Minh

Ban Giám Hiệu Trường Đại Học Nông Lâm- TP Hồ Chí Minh

Quý thầy cô Khoa Cơ Khí - Công Nghệ đã tận tình giảng dạy và giúp đỡ em trong suốt thời gian học tập và thực hiện đề tài

Các bạn sinh viên đã giúp tôi trong suốt thời gian học tập và thực hiện đề tài

TÓM TẮT

Vận chuyển vật liệu dạng hạt là một hoạt động rất nặng nhọc và thường gặp trong nông nghiệp Vì vậy, nhằm giảm bớt sức lao động cho con người tăng hiệu quả sản xuất thì việc ứng dụng phương pháp khí động để vận chuyển là một nhu cầu cần thiết

Xuất phát từ nhu cầu thực tế đó, đề tài nghiên cứu “ Nghiên cứu thiết kế máy vận chuyển trấu bằng phương pháp khí động” được tiến hành tại xưởng

thực tập sản xuất bộ môn máy sau thu hoạch và chế biến khoa Cơ Khí – Công Nghệ Trường Đại học Nông Lâm TP Hồ Chí Minh, thời gian từ 05/2009 đến 08/2009

Nội dung thực hiện gồm có:

Tìm hiểu, cấu tạo, tính chất cơ lý và ứng dụng của vật liệu trấu

Tìm hiểu lý thuyết các máy vận chuyển khí động

Khảo sát máy vận chuyển khí động kiểu di động trong thực tế

Lựa chọn thông số và mô hình máy vận chuyển khí động kiểu di động 2000kg/h

Tính toán, thiết kế các kích thước của thiết bị trong mô hình máy vận chuyển khí động đã lựa chọn: hệ thống đường ống, quạt, Cyclon hút, Cyclon thoát liệu và đầu hút

Lập bản vẽ lắp và bản vẽ chi tiết của máy

MỤC LỤC

 LỜI CẢM TẠ ii

 TÓM TẮT iii

 MỤC LỤC iv

 DANH SÁCH CÁC HÌNH vii

 DANH SÁCH CÁC BẢNG ix

 Chương 1 : MỞ ĐẦU 1

 Chương 2 : TỔNG QUAN 3

 2.1 Vật liệu trấu 3

 2.1.1 Cấu tạo 3

 2.1.2 Các đặc tính đặc trưng của trấu 3

 2.1.3 Ứng dụng vật liệu trấu 4

 2.2 Hệ thống vận chuyển khí động, lý thuyết và ứng dụng 4

 2.2.1 Lý thuyết vận chuyển khí động 4

 2.2.1.1 Nguyên lý vận chuyển vật liệu bằng phương pháp khí động 4

 2.2.1.2 Chuyển động của phần tử rắn trong dòng khí 4

 a)Chuyển động của phần tử rắn theo phương thẳng đứng và phương ngang 4

 b)Chuyển động của phần tử rắn theo phương nằm nghiêng 7

 2.2.1.3 Các thông số có liên quan trong quá trình tính toán 7

 a)Vận tốc không khí và các thông số có liên quan trong quá trình tính toán 8

 b)Tổng tổn thất cột áp 10

 2.2.1.4 Các thiết bị trong hệ thống vận chuyển khí động 12

 2.2.1.4.1 Cyclon 12

 2.2.1.4.2 Máy quạt 14

 2.2.1.4.3 Các thiết bị đi kèm 18

 2.2.2 Phân loại 20

 2.2.3 Các sơ đồ vận chuyển vật liệu bằng phương pháp khí động 21

 2.2.4 Khảo sát nguyên lý hoạt động của 1 số máy vận chuyển bằng phương pháp khí động thông dụng 22

 2.2.4.1 Sơ đồ máy vận chuyển khí động ở áp suất thấp và trung bình 23

 a)Nguyên lý hoạt động 23

 b)Hoạt động 23

 c)Đặc điểm 23

 2.2.4.2 Sơ đồ nguyên lý hệ thống vận chuyển vật liệu dạng thổi 24

 a)Nguyên lý 24

 b)Đặc điểm 24

 2.1.5 Tình hình sử dụng các thiết bị vận chuyển trong và ngoài nước 25

 2.2.5.1 Tình hình sử dụng các thiết bị vận chuyển bằng khí động trên thế giới 25

 2.2.5.2 Tình hình ứng dụng máy vận chuyển khí động ở Việt Nam 25

 Chương 3 : NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU 26

 3.1 Phương pháp thiết kế hệ thống đường ống 26

 3.2 Phương pháp thiết kế quạt ly tâm 27

 3.3 Phương pháp thiết kế hệ thống truyền động 27

 3.4 Phương pháp thiết kế bộ phận van định lượng 27

 3.5 Phương pháp thiết kế bộ phận Cyclon 27

 Chương 4 : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 28

 4.1 Tìm hiểu, khảo sát máy vận chuyển khí động thực tế 28

 4.1.1 Khảo sát máy vận chuyển khí động kiểu di động 28

 4.1.2 Nhận xét: 29

 4.2 Tính toán thiết kế máy vận chuyển khí động kiểu di động năng suất 2000kg/h 29

 4.2.1 Các yêu cầu thiết kế ban đầu 29

 4.2.2 Lựa chọn thông số và thiết kế sơ đồ vận chuyển 30

 a)Nguyên lý hoạt động 30

 b)Hoạt động của hệ thống 30

 c)Lựa chọn thông số 31

 4.2.3 Tính toán thiết kế đường ống 31

 a) Tính toán đường ống hút của hệ thống 31

 b) Tính toán hệ thống ống đẩy 34

 c) Tính toán trở lực đường ống 35

 4.2.4 Tính toán, thiết kế, lựa chọn quạt và động cơ điện 37

 4.2.5 Thiết kế bộ truyền đai 39

 4.2.6 Thiết kế đầu hút vật liệu theo phương thẳng đứng 42

 4.2.7 Tính toán, thiết kế Cyclon cuối đường ống hút 43

 4.2.8 Tính toán, thiết kế van định lượng (van quay) 45

 4.2.9 Thiết kế Van tăng tốc 47

 4.2.10 Tính toán, thiết kế Cyclon tách trấu cuối đường ống đẩy 48

 Chương 5 : KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 51

 5.1 Kết luận 51

 5.2 Đề nghị 51

 TÀI LIỆU THAM KHẢO 52

 PHỤ LỤC 53

 Phụ lục 1: Các bảng tra cứu phục vụ thiết kế tính toán 53

 Phụ lục 2: Hình ảnh máy vận chuyển khí động 56

DANH SÁCH CÁC HÌNH





 Hình 2.1: Lực tác dụng lên phần tử vật chất trong dòng không khí 5

 Hình 2.2: Chuyển động của phần tử hạt vật liệu trong ống nằm ngang 6

 Hình 2.3: Các thành phần cơ bản của hệ thống vận chuyển khí động 12

 Hình 2.4: Nguyên lý hoạt động của một Cyclon thông thường .12

 Hình 2.6: Các kích thước chính của quạt ly tâm loại đơn giản 15

 Hình 2.7: Cách khai triển vỏ quạt theo hình vuông cấu tạo .17

 Hình 2.8: Cấu trúc của một đầu hút vật liệu tiêu biểu 18

 Hình 2.9: các kiểu kết cấu của đầu hút vật liệu: 19

 Hình 2.10:Nguyên lý hoạt động của van tăng tốc .19

 Hình 2.11: Thiết kế thường thấy của một van tăng tốc .20

 Hình 2.12: Sơ đồ minh họa các loại hệ thống vận chuyển khí động hoạt động với một nguồn khí đơn 20

 Hình 2.13: Sơ đồ đường ống vận chuyển vật liệu bằng phương pháp khí động 22

 Hình 2.14: Nguyên lý vận chuyển dạng hút (dòng loãng) 23

 Hình 2.15: Nguyên lý máy vận chuyển dạng thổi 24

 Hình 4.1: Sơ đồ máy vận chuyển khí động khảo sát 29

 Hình 4.2: Nguyên lý máy vận chuyển khí động kiểu di động 30

 Hình 4.3: Kích thước tính toán của quạt ly tâm .39

 Hình 4.5: Kích thước tính toán của Cyclon cuối đường hút 44

 Hình 4.6: Sơ đồ vật liệu di chuyển trong van kiểu thông dụng 45

 Hình 4.7: Hai dạng van định lượng được chỉnh sửa kết cấu 45

 Hình 4.8: Sơ đồ cấu trúc một số loại roto van định lượng 46

 Hình 4.9: Sơ đồ cấu trúc một số loại cánh van định lượng 46

 Hình 4.10: Kích thước tính toán của van định lượng 47

 Hình 4.11: Kích thước tính toán của ống tăng tốc .48

 Hình 4.12: Kích thước tính toán của Cyclon thoát liệu 50

DANH SÁCH CÁC BẢNG





 Bảng 4.1: Các thông số kĩ thuật của máy thiết kế .53

 Bảng 4.2: Hệ số nồng độ khối lượng tương đối đối với một số dạng vật liệu53  Bảng 4.3: Hệ số nồng độ khối lượng tương đối đối với một số hệ thống khí động 54

 Bảng 4.4: Vận tốc không khí cần thiết để vận chuyển vật liệu với khối lượng riêng khác nhau 54

 Bảng 4.5: Độ nhám tuyệt đối của một số loại vật liệu .54

 Bảng 4.6: Hệ số phụ thuộc vận tốc không khí k’ 55

 Bảng 4.7: Hệ số  phụ thuộc độ lớn vật liệu .55

 Bảng 4.8: Hệ số  phụ thuộc sơ đồ ống dẫn .55

 Bảng 4.9: Giá trị trung bình Lk đối với khuỷu khi vận chuyển vật liệu dạng hạt hay cục 55

Chương 1

MỞ ĐẦU

 Chế biến và sản xuất lúa gạo là một trong những ngành kinh tế mũi nhọn của Việt Nam đem lại doanh thu hàng tỉ USD cho nền kinh tế Sản phẩm tạo ra của ngành này không chỉ gồm có gạo mà còn có tấm, cám và đặc biệt là trấu với khối lượng rất lớn Với sản lượng lúa năm 2007 cả nước đạt 37 triệu tấn, trong đó, lúa đông xuân 17,7 triệu tấn, lúa hè thu 10,6 triệu tấn, lúa mùa 8,7 triệu tấn (Nguồn Bộ

NN & PTNT), như vậy lượng vỏ trấu thu được sau xay xát tương đương 7,4 triệu tấn Còn theo TS Phạm Văn Lang (Báo Công nghiệp Việt Nam - số 35/2006) thì sản lượng trấu ở khu vực đồng bằng sông Cửu Long lên tới 1,4-1,6 triệu tấn (2006)

 Trước đây do ít có những nghiên cứu và quan tâm cần thiết, nên chỉ có một lượng nhỏ trấu được tái sử dụng, chủ yếu để dùng đun nấu trong gia đình, đa phần còn lại được xả thẳng xuống kênh mương, ảnh hưởng nghiêm trọng tới môi trường nước và sông ngòi ở Đồng bằng sông Cửu Long Hiện nay, việc ứng dụng trấu đã khá rộng rãi và đa dạng, trấu không chỉ được dùng để làm chất đốt mà còn để làm vật liệu xây dựng, thiết bị lọc nước Yêu cầu đặt ra lúc này là làm thế nào để thu gom và vận chuyển trấu một cách hiệu quả Cách thu gom đơn giản nhất là xúc đổ trấu vào các vật đựng như thúng, bao tải… và vận chuyển tới nơi thu gom tập trung Biện pháp này có ưu điểm là rẻ tiền, đơn giản, phù hợp với xay xát nhỏ nhưng có khuyết điểm là tốn công lao động và đặc biệt không hiệu quả khi lượng trấu cần vận chuyển lớn

 Từ đó, đòi hỏi một phương pháp vận chuyển đơn giản, hiệu quả hơn và phương pháp vận chuyển khí động có thể đáp ứng được yêu cầu này nhờ vào tốc độ làm việc, sự gọn nhẹ, khả năng tự động hóa hoàn toàn, đơn giản và linh hoạt trong

vận hành và sử dụng Nhờ có những ưu điểm nổi bật trên nên ngày nay phương pháp vận chuyển bằng khí động đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp và nông nghiệp khác nhau trên thế giới như dược phẩm, công nghệ thực phẩm, công nghệ sau thu hoạch … Tuy nhiên, tại Việt Nam, việc ứng dụng máy vận chuyển bằng phương pháp này vào nông nghiệp nói chung và trong vận chuyển vỏ trấu nói riêng còn rất hạn chế Trong nông nghiệp việc đi sâu nghiên cứu và chế tạo loại thiết bị này vẫn chưa được đi sâu nghiên cứu và phát triển

 Nhằm góp phần giới thiệu và làm rõ một số vấn đề trong phương thức vận chuyển này, được sự đồng ý của ban chủ nhiệm khoa Cơ khí-Công nghệ, dưới sự hướng dẫn của thầy TS.Lê Anh Đức, thầy KS.Nguyễn Hải Đăng, tôi tiến hành thực

hiện đề tài: “Nghiên cứu thiết kế máy vận chuyển trấu bằng phương pháp khí động”

 Mục đích đề tài:

 Tính toán, thiết kế máy vận chuyển trấu kiểu di động bằng phương pháp khí động năng suất 2000kg/h

 Để thực hiện mục đích trên, nhiệm vụ của đề tài bao gồm:

 Tìm hiểu về vật liệu vận chuyển: vỏ trấu

 Tìm hiểu lý thuyết máy vận chuyển khí động kiểu di động

 Khảo sát máy vận chuyển khí động kiểu di động thực tế

 Tính toán, thiết kế máy vận chuyển khí động kiểu di động với năng suất

Chương 2

TỔNG QUAN

2.1 Vật liệu trấu

2.1.1 Cấu tạo /1/

 Vỏ trấu do hai lá của gié lúa là vảy lá và mày

hoa tạo thành Cả hai phần này được ghép liền với

nhau theo nếp dọc bằng một nếp gấp cài vào nhau

Phần trên của hai mảnh của vỏ trấu chuyển thành

đoạn cuối của vỏ trấu và cuối cùng kết thúc thành

một cái râu

2.1.2 Các đặc tính đặc trưng của trấu

 Tuỳ theo từng giống lúa mà trấu có chiều dài

từ 5 – 10mm, chiều ngang bằng 1/2 -1/3 chiều dài

 Góc nghỉ của trấu từ 35 – 500 tuỳ theo ẩm độ và điều kiện nhiệt độ môi trường

 Thành phần thực tế của vỏ trấu thay đổi tùy theo giống lúa và có liên quan tới các điều kiện đất đai mà cây lúa được trồng

2.2 Hệ thống vận chuyển khí động, lý thuyết và ứng dụng

2.2.1 Lý thuyết vận chuyển khí động

2.2.1.1 Nguyên lý vận chuyển vật liệu bằng phương pháp khí động /8/

 Nguyên lý vận chuyển vật liệu rời bằng phương pháp khí động là lợi dụng khả năng chuyển động của dòng khí trong ống dẫn với tốc độ nhất định để mang vật liệu từ chỗ này tới chỗ khác dưới trạng thái lơ lửng Để cho vật chuyển động từ chỗ nạp liệu đến chỗ thu liệu phải tạo ra được sự chênh lệch áp suất giữa hai đầu ống, tức là phải tạo được áp lực bằng cách giảm áp suất ở cuối ống hút hoặc tăng áp suất không khí ở đầu ống đẩy

 Theo lý thuyết thì có thể sử dụng dòng không khí để vận chuyển vật liệu rời

có khối lượng riêng và kích thước bất kì, nhưng vì tiêu hao năng lượng vận chuyển tăng nhanh nhiều lần so với trọng lực của vật liệu, do vậy thường chỉ áp dụng để vận chuyển vật liệu ngũ cốc, vật liệu rời có khối lượng bé (Trần Xoa, Hồ Lễ Viên, 1978)

2.2.1.2 Chuyển động của phần tử rắn trong dòng khí /2/

a) Chuyển động của phần tử rắn theo phương thẳng đứng và phương ngang

 Điều kiện cơ bản để các phần tử rắn có thể lơ lửng trong không khí là: lực tác dụng lên phần tử hạt rắn do dòng không khí chuyển động từ dưới lên gây ra phải bằng hoặc lớn hơn trọng lượng bản thân của hạt



v

G P

 Hình 2.1: Lực tác dụng lên phần tử vật chất trong dòng không khí

 Lực tác dụng lên một phần tử hạt rắn gồm hai phần:

 Lực tác dụng lên tiết diện ngang của hạt (còn gọi là tiết diện trực đối) trực giao với chiều chuyển động của dòng không khí:

F g

v K

v F g

v K P P

22

2 2

0 2

 Đối với phần tử hình cầu hệ số K0 thay đổi theo chuẩn số Re

 F: Tiết diện trực đối lớn nhất của hạt theo phương trục đối xứng, m2

 v: Vận tốc của dòng không khí trong ống dẫn, m/s

 : Hệ số ma sát

 S: Bề mặt xung quanh của hạt, m2

 kk: Trọng lượng riêng của không khí, kg/m3

 Nếu tiết diện trực đối ứng với các trục đối xứng khác nhau của phần tử không giống nhau thì lực tác dụng lên hạt sẽ phụ thuộc vào trục đối xứng nào của trùng với chiều chuyển động của dòng không khí

 Điều kiện làm cho hạt rắn ở trạng thái lơ lửng trong không khí là:

S g

v F g

v K P

22

2 2

2g K0F S

G v

kk treo

*2

;2

kk

d G S g

v F g

v K

62

2

3 2



PGv

 Hình 2.2: Chuyển động của phần tử hạt vật liệu trong ống nằm ngang

 Để xác định vận tốc lơ lửng trong trường hợp ống ngang, giáo sư V.N Lêvinxơn đã đưa ra công thức sau đây dùng cho hạt rắn có hình lăng trụ

: Tỷ số vận tốc tịnh tiến của hạt và vận tốc của dòng không khí

 Trong thực tế, vận tốc làm việc của hệ thống vận chuyển khí động phải lớn hơn vận tốc treo để dòng không khí có khả năng lôi cuốn được những hạt vật liệu đọng lại dưới lòng ống nằm ngang khi hệ thống làm việc trở lại sau một thời gian ngừng hoạt động

b) Chuyển động của phần tử rắn theo phương nằm nghiêng

 Theo Vũ Bá Minh và Hoàng Minh Nam (1998), vận tốc treo vtreo không biến

đổi đáng kể nếu ống được bố trí nghiêng 100 so với mặt phẳng nằm ngang hoặc 80

so với mặt phẳng đứng Và bằng thực nghiệm người ta đã xác định được ở vị trí 220đến 450 so với phương ngang, vận tốc treo phải có giá trị lớn hơn từ 1,5 đến 3 lần so

với khi ở dòng chảy phương nằm ngang

2.2.1.3 Các thông số có liên quan trong quá trình tính toán

 Các thông số kỹ thuật của máy vận chuyển bằng khí động bao gồm: năng suất vận chuyển Q (kg/h), sơ đồ ống dẫn, tính chất cơ lý của vật liệu vận chuyển Khi thiết kế người ta phải tính toán các thông số chủ yếu như:

 Chi phí không khí yêu cầu cho việc vận chuyển Qkk (m3/giây)

 Áp suất không khí P để thắng được các loại trở lực (N/m2)

 Đường kính cần thiết của ống dẫn d (m)

 Công suất động cơ để kéo quạt cao áp hoặc máy nén N (Kw)

 Và các đại lượng khác…

a) Vận tốc không khí và các thông số có liên quan trong quá trình tính toán

 Vận chuyển vật liệu bằng không khí yêu cầu vận tốc khí tương đối cao nhưng đồng thời cũng tạo nên độ giảm áp suất lớn do ma sát giữa các phần tử và làm mòn nghiêm trọng đường ống vận chuyển Do vậy, quan trọng nhất trong tính toán thiết kế thiết bị vận chuyển bằng khí động là phải chọn đúng vận tốc của không khí trong đường ống Vận tốc không khí quá cao hay quá thấp đều ảnh hưởng xấu đến khả năng vận chuyển và độ bền thiết bị Để giảm thiểu những tác động không mong muốn, vận tốc khí nên giữ ở mức thấp có thể được

 V kk được xác định dựa trên vận tốc treo theo công thức:

 Trong đó :

 Vtreo -vận tốc treo (m/s )

 k -hệ số phụ thuộc vào mức độ phức tạp của tuyến đường vận chuyển, mật

độ hỗn hợp và cơ lý tính của vật liệu

 Nhằm tránh ùn tắc trong ống người ta dùng các giá trị lớn của k Để đại diện cho lượng vật liệu được vận chuyển trong đường ống của hệ thống ta sử dụng

đại lượng nồng độ khối lượng tương đối hỗn hợp , là tỷ số giữa khối lượng vật liệu

vận chuyển với khối lượng không khí dịch chuyển trong một đơn vị thời gian

kgkhongkhi

kgvatlieu m

 mt - khối lượng nguyên liệu tải trong ống (kg);

 mkk - khối lượng không khí trong đường ống (kg);

 - là nồng độ khối lượng tương đối hỗn hợp;

 Đại bộ phận thiết bị dùng trong nông nghiệp và tại các xí nghiệp chế biến có nồng độ khối lượng  < 8 10 với vận tốc Vkk = 10  30 m/s Vận tốc Vkk thông dụng được sử dụng từ 15 đến 25 m/s

 Trong quá trình thiết kế và tính toán, các hệ số  và V kk thường được lựa chọn dựa theo dạng vật liệu, kiểu hệ thống và khối lượng riêng của chúng

 Khi chọn  cần lưu ý rằng, tuyến đường của máng vận chuyển khí động phức tạp thì nồng độ khối lượng hỗn hợp càng giảm

 Từ đó, ta có được lưu lượng không khí:

kk

t kk

G Q

  kk– khối lượng riêng của không khí:

  kk = 1,2 kg/m3 đối với điều kiện áp suất khí quyển

  kk = 1,6 – 2,0 kg/m3 khi áp suất cao trong hệ thống

  kk = 0,8 0,95 kg/m3 khi áp suất thấp trong đường ống

 Qkk –lưu lượng không khí (m3/ s)

 Qt – Năng suất vận chuyển tính toán (tấn/h)

 Đường kính ống vận chuyển khi tốc độ không khí thay đổi(m)

kk kk m t

kk

kk

V K

Q V

Q d

*

*

*

*4

*

*40

P

P V

0*



(2-11)

 Thiết bị vận chuyển khí động trong thực tế gồm hai loại :

 Loại có đường kính ống dẫn ổn định thì tiện lợi trong sử dụng, chi phí công suất thấp

 Loại có đường ống dẫn thay đổi nhưng vận tốc không thay đổi

 Đối với thiết bị vận chuyển khí động trong nông nghiệp thường áp dụng đường kính ống dẫn không thay đổi trên toàn bộ chiều dài, cột áp của nó là sự chênh lệch áp suất được tạo ra ở phía cuối ống dẫn để thắng tất cả trở lực được phát sinh

khi vận chuyển vật liệu Sự chênh lệch áp suất bằng tổng tất cả tổn thất áp suất (tổn thất cột áp) trên các đoạn của thiết bị vận chuyển

b) Tổng tổn thất cột áp

 Tổng tổn thất cột áp bao gồm: tổn thất khi chuyển tải trong ống dẫn, khi di chuyển vật liệu và không khí trong ống dẫn, khi nâng vật liệu và không khí lên phía trên trong các khuỷu ống và ống nhánh

 Cột áp toàn phần P (N/m 2 ) của thiết bị vận chuyển khí động bao gồm:

 Cột áp suất động P đ (N/m2) hay vận tốc động cần thiết để thắng quán tính

không khí và vật liệu nghĩa là dùng để cung cấp cho nó vận tốc Vt và Vkk (m/s)

)72,01(2

 Như vậy cột áp động tỷ lệ thuận với bình phương vận tốc, và phụ thuộc vào

hệ số mật độ khối lượng, nhưng không phụ thuộc vào diện tích, tiết diện ống dẫn

 Áp suất tĩnh (N/m2) là chi phí áp lực cần thiết để vượt qua ma sát trong ống

dẫn P t’, thắng trở lực cục bộ ở các bộ phận như: các khuỷu, miệng ống hút, van xả liệu, Siclon tách bụi, ống mềm… và đủ sức nâng vật liệu lên trên cao trong quá

trình vận chuyển P t

 Tổn thất áp suất do ma sát P’ t khi không khí chuyển động trong ống có

chiều dài LT được xác định theo công thức :

2

kkt

'

2

0

kk V d

L k

P T 





(2-14)

 Trong đó:

 LT - Chiều dài ống tải liệu

 k - hệ số lực cản do ma sát, có giá trị gần đúng 0,014  0,020 : k được tính theo

 K’ phụ thuộc vào vận tốc làm việc của không khí

 Ki - tổng các hệ số thực nghiệm tương ứng của các vị trí có trở lực cục bộ

 Trở lực cục bộ phát sinh ở các khuỷu khi giảm hoặc tăng đường kính ống (Các ống dẫn với cút uốn đột ngột đã làm tăng lực cản, vì thế khuyến cáo không được khuyến khích sử dụng nhiều trong hệ thống ) Lực cản cục bộ tại các khuỷu phụ thuộc vào góc nghiêng  và tỷ lệ bán kính cong R với đường kính ống dẫn

 Tổng cột áp toàn phần của thiết bị là:

P =Pd + P’t + PT + Pcb (2-16)

 Trong thiết bị khí nén luôn luôn có hiện tượng rò rỉ và nén khí, vì thế chi phí

không khí, nhận được theo tính toán cần tăng thêm từ 3 - 5%

2.2.1.4 Các thiết bị trong hệ thống vận chuyển khí động /9/

 Về cơ bản, hệ thống vận chuyển khí động khá đơn giản và rất phù hợp cho việc vận chuyển vật liệu dạng bột hay dạng hạt trong kho bãi, nhà xưởng Yêu cầu

hệ thống là có một nguồn khí nén, thường là không khí, một thiết bị cung cấp, một đường ống vận chuyển và một thiết bị tiếp nhận để tháo liệu và thoát khí



Hình 2.3: Các thành phần cơ bản của hệ thống vận chuyển khí động

2.2.1.4.1 Cyclon

a) Cấu tạo và nguyên lý làm việc /3/

 Cyclon là thiết bị lọc trong đó hình thành lực ly tâm để tách hạt rắn ra khỏi không khí

Hình 2.4: Nguyên lý hoạt động của một Cyclon thông thường

 Không khí mang hạt rắn được đưa vào

phần trên của cyclon bằng ống lắp theo phương

tiếp tuyến với vỏ ngoài hình trụ của cyclon

 Nhờ thế, dòng không khí sẽ có chuyển

động xoắn ốc bên trong vỏ hình trụ và hạ dần về

phía dưới Khi gặp phần đáy hình phễu dòng

không khí bị đẩy ngược trở lên, trong khi đó nó

vẫn giữ chuyển động xoắn ốc và thoát ra ngoài

qua ống thoát khí Trong quá trình chuyển động xoắn ốc, các hạt rắn chịu tác dụng của lực ly tâm làm cho chúng có xu hướng tiến dần về phía vỏ hình trụ hoặc đáy hình phễu rồi chạm vào thành thiết bị và rơi xuống dưới

 Hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại Cyclon khác nhau với công suất và hiệu suất rất đa dạng, nhưng về độ thông dụng thì tại có một vài loại như sau:

 Cyclon SIOT có thể áp dụng để tách các loại hạt rắn khỏi không khí thoát với điều kiện vật liệu

Hình 2.5: Kích thước của một vài loại Cyclon

 Cyclon LIOT là Cyclon do Viện nghiên cứu kĩ thuật bảo hộ lao động Lêningrat nay là Petecbua – Liên bang Nga đề xuất có hiệu suất lọc đối với bụi có kích thước  40µm

c) Tính toán Cyclon /2/

 Người ta tính toán hay lựa chọn Cyclon bằng nhiều phương pháp khác nhau nhưng trước hết cần phải có các số liệu sau: Lưu lượng không khí cần được làm sạch Q(kg/m3); Nồng độ hạt rắn trong không khí Cb(g/m3); khối lượng riêng của hạt rắn (kg/m3), hiệu suất làm sạch yêu cầu

 Những thông số cần thiết cho quá trình tính toán và lựa chọn có thể theo các bước sau:

1 Chọn Cyclon và lựa chọn vận tốc chuyển động tối ưu của dòng khí trong thiết bị:

 Đối với Cyclon SN có thể tiếp nhận vu = (3,5 – 4,5)m/s

 Đối với hình côn xoắn SDK vu = (1,7 – 2)m/s

 Đối với Cyclon SIOT… vu = 1,0m/s

 Đối với Cyclon Claipedcki OEKDM vu = 3,3m/s

2 Tính toán tiết diện cần thiết của Cyclon, m2

* 785 , 0

 Đường kính Cyclon cần được làm tròn số

4 Tính vận tốc thực tế của dòng khí trong Cyclon:

2 0

*

*785,

Q

 Vận tốc thực tế trong Cyclon không nên vượt quá 15% so với vận tốc tối ưu

vu đã chọn, nếu không thỏa mãn ta có

Theo cấu tạo và nguyên lý hoạt động quạt được chia ra làm hai loại chính là quạt ly tâm và quạt hướng trục (gọi tắt là quạt trục)

 Dù là quạt ly tâm hay quạt trục, áp suất tạo ra được đều là nhờ có tác dụng xoáy và nén của bánh xe cánh quạt

Để đặc trưng cho quạt cùng một xêri (mã hiệu) nhưng số cỡ quạt khác nhau,

ta sử dụng một thông số- gọi là chỉ số vận tốc hay “số vòng quay riêng” ny xác định theo biểu thức sau:

4 / 3

*

p

n Q

 Trong đó:

 n – số vòng quay làm việc của quạt, vòng/phút

 Q và p – lần lượt là lưu lượng thể tích m3/s và hiệu số áp suất kG/m2 do quạt gây ra khi làm việc với số vòng quay n đã cho

 Tất cả các quạt khác cỡ số nhưng cùng một mã hiệu – tức cùng một số sơ đồ khí động và cấu trúc hình học sẽ có cùng một chỉ số vận tốc ny Do đó, chỉ số ny

cũng có thể được sử dụng để phân loại và đánh giá chất lượng quạt

b) Xác định các kích thước chủ yếu của quạt ly tâm

 Quạt ly tâm có cấu tạo tương đối đơn giản, do đó trong nhiều trường hợp thực tế khi không có quạt do Nhà máy chuyên dụng sản xuất ta có thể tiến hành chế tạo tại chỗ Khi gặp phải trường hợp đó chúng ta có thể sử dụng phương pháp của

GS M.P.Kalinuskin để xác định các kích thước chủ yếu của quạt

 Số liệu ban đầu cần biết tới là: lưu lượng không khí cần thiết (m3/s); Áp suất toàn phần p(kG/m3) ứng với khối lượng riêng không khí kk = 1,2 kg/m3 và số vòng quay n(v/ph)

 Trình tự tính toán như sau:

1 Trên cơ sở số liệu ban đầu đã cho, trước tiên xác định chỉ số vận tốc ny theo công thức (2-21)

2 Đường kính miệng hút của quạt được xác định theo công thức:

5 Bề dày B của vỏ quạt có thể được xác định xuất phát từ điều kiện miệng thổi

của quạt có tiết diện vuông và tiết diện bằng diện tích miệng hút:

4

2 0 2

Hình 2.7: Cách khai triển vỏ quạt theo hình vuông cấu tạo

9 Số lượng cánh quạt:

1 2

1 2

*

D D

D D Z





 Sau đó qui tròn cho bằng bội số của 4 hoặc của 6

10 Góc vào và ra của không khí trong rãnh giữa 2 cánh quạt được lấy trong phạm vi:

quat tt

N K N

 K: hệ số dự trữ thực tế của hệ thống, hệ số này xuất hiện do trong thực tế còn

có rất nhiều tổn thất khác mà chúng ta chưa kể đến một cách đầy đủ

 Đối với quạt ly tâm có cánh uốn cong ra trước: K = 1,1  1,15

 Đối với quạt ly tâm có cánh uốn cong ra sau và quạt trục: K = 1,05  1,1

 trđ : hiệu suất truyền động giữa động cơ và quạt

Khi truyền động bằng puli và đai truyền tiết diện hình thang trđ = 0,9  0,95

Nếu bánh xe cánh quạt lắp trực tiếp lên trục động cơ: trđ = 1

 trục: hiệu suất truyền động, có giá trị phụ thuộc vào chủng loại, số lượng và tình trạng ổ trục, ổ bi

 Sau khi xác định được công suất tính toán Ntt ta tiến hành chọn động cơ có công suất gần nhất về phía lớn hơn so với công suất tính toán

2.2.1.4.3 Các thiết bị đi kèm /9/

a) Vòi hút

 Vòi hút có tác dụng tránh cho nguyên

liệu làm nghẹt ống và giữ tốc độ thổi ổn

định Không khí và vật liệu được cung cấp

vào đường ống qua một ống bao ngoài tại

điểm kết thúc của đường ống, dòng khí sơ

cấp sẽ cung cấp trực tiếp vào ống thông qua

các khoảng trống hình vành khuyên được

tạo sẵn

Hình 2.8: Cấu trúc của một đầu hút vật liệu

tiêu biểu

 Các thông số cơ bản của vòi hút vật liệu

 Chiều dài “a” của ống bao phải đủ dài để đảm bảo toàn bộ ống không bị vùi lấp trong vật liệu khi nó di chuyển



Vị trí điểm cuối của ống bao có liên quan tới điểm kết thúc của đường ống,

“b”, nó phụ thuộc vào loại nguyên liệu được vận chuyển Nhưng, nó cũng làm ảnh hưởng tới nồng độ khối lượng tương đối của hỗn hợp khí - rắn được hút vào trong

hệ thống

 Trong các kiểu kết cấu đầu hút với kiểu ống bao thụt vào sau điểm kết thúc đường ống, trường hợp hình 2.9c, thì không khí sẽ vào trong đường ống một cách đơn giản hơn và dễ dàng kéo vật liệu đi theo nó

Hình 2.9: các kiểu kết cấu của

đầu hút vật liệu:

a, ống bao dài ra ngoài đường

ống b, đầu hút có tiết lưu

không khí

c, ống bao co vào trong tương

đối so với đường ống

 Chúng ta có thể kiểm soát lượng khí hút vào máy thông qua kết cấu ống bao Ngoài ra, ta cũng có thể kiểm soát nồng độ tương đối của hỗn hợp thông qua việc sử dụng dòng khí thứ cấp như trong hình 2.8

b) Van tăng tốc

 Bộ phận này làm việc dựa trên nguyên lý giảm diện tích mặt cắt ngang của đường ống nơi vật liệu được cung cấp từ thùng chứa hoặc cyclon thu hồi, nó có tác dụng khắc phục sự rò khí lên khoang trên van định lượng

 Tác động của việc giảm diện tích thổi trong khi giữ nguyên lưu lượng khí là

sự gia tăng vận tốc không khí đi qua kéo theo đó là sự giảm áp tại họng thổi Nhờ

đó mà nguyên liệu được hút xuống và thổi vào đường ống một cách dễ dàng, khắc phục được hiện tượng rò khí

lượng vật liệu đi vào hệ thống, hoặc tránh để không khí lọt lên buồng cung cấp khi

hệ thống vận chuyển ở áp suất cao

Hình 2.11: Thiết kế thường thấy của một van tăng tốc

2.2.2 Phân loại /9/

 (David Mills và CTV, 2004) Hệ thống vận chuyển khí động rất đa dạng về chủng loại và mẫu mã, nói chung tất cả chúng đều phù hợp cho việc vận chuyển các loại vật liệu dạng hạt, khô, rời

Hình 2.12: Sơ đồ minh họa các loại hệ thống vận chuyển khí động hoạt động với

một nguồn khí đơn

 Việc lựa chọn nguyên lý hoạt động cho hệ thống có thể dựa trên bảng phân loại trên đây Nhằm dễ dàng trong việc chọ lựa hệ thống thích hợp có thể chia các loại hệ thống khí động thành từng cặp như sau:

a) Phân loại theo cách tác động của dòng khí lên vật liệu

 Vận chuyển bằng phương pháp khí động: Không khí chuyển động trong ống kín theo một phương nào đó ở trạng thái dòng loãng hay dòng đặc làm hạt bị kéo theo và chuyển động dọc theo tuyến ống vận chuyển

 Vận chuyển bằng phương pháp thông khí: Không khí được đưa vào đều đặn

từ dưới lên qua lưới, bản xốp, vải… Vật liệu bão hòa với không khí trở nên lơ lửng

và linh động, nó có thể chảy theo máng nghiêng hoặc chảy ra từ lỗ tháo của boongke Phương pháp vận chuyển này tiêu tốn không khí ít (không khí tiêu tốn chỉ cần đủ để bão hòa vật liệu)

b) Phân loại theo chủng loại hệ thống (hệ thống đóng và hệ thống mở)

c) Phân loại theo cách bố trí quạt, máy nén (hệ thống dạng hút, hệ thống

j) Phân loại theo đường vận chuyển (hệ thống thổi theo đường ống và hệ

thống thổi theo kênh)

2.2.3 Các sơ đồ vận chuyển vật liệu bằng phương pháp khí động /8/

 Sự vận chuyển nguyên liệu có thể thực hiện theo nhiều sơ đồ khác nhau Tuy nhiên, ta cũng có thể qui ra 4 sơ đồ chính sau đây:

 Sơ đồ 1: Ống dẫn thẳng đứng Sơ đồ này kinh tế nhất vì lưu lượng khí nhỏ nhất và vì vậy tổn thất do ma sát giảm và ít mài mòn thiết bị

 Sơ đồ 2: Ống dẫn thẳng đứng có đoạn cuối nằm ngang, người ta tăng lượng không khí lớn hơn so với sơ đồ 1 vì thế nồng độ hạt rắn giảm

 Sơ đồ 3: Gồm đoạn ống nằm ngang ngắn, tiếp đến là ống thẳng đứng và cuối cùng là đoạn ống nằm ngang Sơ đồ này cần có lượng không khí lớn và do đó nồng

độ hỗn hợp giảm

 Sơ đồ 4: Ống dẫn có đường đi tùy ý Sơ đồ này thường áp dụng cho hệ thống dài 100 – 1000m

Hình 2.13: Sơ đồ đường ống vận chuyển vật liệu bằng phương pháp khí động

2.2.4 Khảo sát nguyên lý hoạt động của 1 số máy vận chuyển bằng phương pháp khí động thông dụng /8/

 Thực tế từ 4 sơ đồ bố trí đường ống vận chuyển nêu trên, căn cứ vào cách phân loại máy vận chuyển theo áp suất, người ta đã chọn lựa và thiết kế ra 3 sơ đồ máy vận chuyển chính và thông dụng trong thực tiễn:

 Khi đường vận chuyển ngắn và vật liệu được thu nhận từ nhiều điểm thì hợp

lý là dùng phương pháp hút, nó đảm bảo thiết bị làm việc tốt, cho phép dùng những

bộ phận thu nhận vật liệu cũng như các máy thổi khí đơn giản

 Khi đường vận chuyển dài thì thường dùng phương pháp thổi

 Khi đường vận chuyển dài và vận chuyển từ nhiều điểm khác nhau đến một điểm thì người ta dùng phương pháp hỗn hợp hút, thổi kết hơp

2.2.4.1 Sơ đồ máy vận chuyển khí động ở áp suất thấp và trung bình

b) Hoạt động

 Miệng hút (2) hút vật liệu cùng với không khí từ đống nguyên liệu Hạt vật liệu được trôi trong hệ thống ống dẫn (3) vào bộ phận thu liệu (4) Nguyên liệu được tách ra khỏi không khí lắng xuống đáy cyclon đi qua cửa van thoát liệu (6) rồi rơi xuống khu vực thu hồi nguyên liệu không khí có lẫn bụi từ bộ phận tách của cyclon (4), theo ống dẫn (5) vào bộ lọc, tại đây bụi được giữ lại hoặc lắng xuống đáy cyclon và được đưa ra ngoài qua van xả (6) Không khí sạch sau khi được tách bụi lại tiếp tục đi vào thiết bị tạo chân không (7) và được thổi ra ngoài