Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị phụ tùng thay thế cho công nghiệp xi măng lò quay 1,4 triệu tấn năm

oáy: C2U = 123,12 - 1,03.20,142.ctg64 o341 = 113,154 m/s. - Hệ số tính tới ảnh h−ởng của số cánh hữu hạn (theo Stadola): .7946,034164sin 15154,113 12,123 1sin ZC U 1 o2 U2 2 =π−=βπ−=ε - Cột áp thực của quạt: ∆p* = εηtlρU2C2U = 0,7946.0,86.0,0964.123,12.113,154 = 917,75 kG/m2. Sai số cột áp: %.5%06,40406,0 7,956 78,9177,956 p pp )p( * <==−=∆ ∆−∆=∆δ Sai số cột áp nhỏ hơn 5%. Sai số cột áp nằm trong giới hạn cho phép không cần tính tại. Cuối cùng ta nhận đ−ợc các thông số kết cấu của quạt nh− sau: D1 = 1,2m, b1 = 0,3m, β1 = 30o, D2 = 2,4m b2 = 0,15m, β2 = 64o341. Cánh dạng tấm phẳng cong về phía sau. II.2. Xây dựng tiết diện kinh tuyến của bánh công tác và biên dạng cánh của quạt. 1. Xây dựng tiết diện kinh tuyến của bánh công tác. Để xây dựng tiết diện kinh tuyến của bánh công tác ta cần xác định chiều rộng bánh công tác ứng với mỗi giá trị của bán kính. Chiều rộng bánh công tác xác định theo quan hệ: 35 . CD Q b ' mii lt i π= Ta có thể chọn vận tốc C'mi không đổi theo bán kính nh−ng khi đó ta sẽ nhận đ−ợc biên dạng đĩa tr−ớc là một đ−ờng cong. Khi biên dạng đĩa tr−ớc là một đ−ờng cong thì việc chế tạo sẽ phức tạp hơn và hiệu suất cũng sẽ không tăng đ−ợc bao nhiêu. Vì vậy ta sẽ thiết kế biên dạng đĩa tr−ớc là một đ−ờng thẳng. Khi đó ta sẽ nhận đ−ợc vận tốc kinh tuyến của dòng chảy trong bánh công tác là một đại l−ợng biến thiên theo bán kính. Ta có: . bR.2. 78,22 bD Q C iiii lt' mi π=π= Ta lập bảng sau: Bảng 3.1. Các thông số hình học của tiết diện kinh tuyến của bánh công tác và phân bố vận tốc kinh tuyến theo tiết diện Ri, m 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 bi, m 0,300 0,275 0,250 0,225 0,200 0,175 0,150 C'm1,m/s 20,140 18,834 18,128 17,904 18,128 18,834 20,140 Dựa vào bảng 3.1 ta xây dựng đ−ợc tiết diện kinh tuyến của bánh công tác của quạt. 2. Xây dựng biên dạng cánh bánh công tác của quạt. Cánh công tác của quạt có dạng trụ. Biên dạng cánh công tác của quạt đ−ợc xây dựng dựa trên cơ sở ph−ơng trình tích phân số: ∑ ∆+π=θ + i 1ii o R 2 BB180 , Trong đó, θ - góc bao của tiết diện, Bi - Thông số tính toán Bi = 1/(Ritgβi), ∆Ri - gia số bán kính. Góc βi t−ơng ứng với bán kính Ri đ−ợc xác định theo quan hệ: , W C t sin i ' mi i i i +δ=β δi,C'mi và Wmi - T−ơng ứng chiều dầy cánh, vận tốc kinh tuyến và vận tốc t−ơng đối tại tiết diện bán kính Ri. Kết quả tính toán đ−ợc cho d−ới dạng bảng (bảng 3.2). Trong đó, Vận tốc t−ơng đối tại tiết diện vào và ra có giá trị bằng: .s/m784,43 30sin 14,20.087,1 sin C.087,1 sin C W o1 ' 1m 1 1m 1 ==β=β= .s/m125,23 34164sin 14,20.035,1 sin V.035,1 sin C W o2 ' 2m 2 2m 2 ==β=β= Vận tốc t−ơng đối W biến đổi theo bán kính R đ−ợc cho theo quy luật tuyến tính. 36 Biên dạng cánh bánh công tác dạng thẳng và cong đ−ợc cho trên các hình 3.1 và 3.2. So sánh biên dạng hai prôphin này ta thấy, prôphin dạng cánh cong có góc β1 tăng lên (β1 = 32o337 > 30o) nh−ng β2 lại giảm (β2 = 55o145 < 64o341), góc bao θ tăng hơn so với prôphin cánh thẳng (θ = 55o121 > 34o341). Nh− vậy prôphin cánh cong (thiết kế theo ph−ơng pháp điểm) không đảm bảo đ−ợc góc kết cấu tính toán. Do góc β2 giảm, cột áp cũng sẽ giảm, còn góc β1 tăng có thể dẫn đến làm tăng tổn thất do va đập. Góc bao θ tăng làm cho cánh dài hơn. Khi đó độ loe của máng dẫn giảm, tổn thất do mở rộng giảm, nh−ng tổn thất do ma sát sẽ tăng. Tổng hợp các yếu tố trên ta nhận thấy, cánh thẳng sẽ −u việt hơn so với cánh cong. R2 R1 ω β1 =30o β2 =64o341 O o34 341θ = Hình 3.1. Biên dạng cánh thẳng của bánh công tác trong mặt chiếu bằng R2 R1ω β1 =32o337o β2 =55o145 O Hình 3.2. Biên dạng cánh cong của bánh công tác trong mặt chiếu bằng 37 II.3. Tính toán thiết kế buồng xoắn Buồng dẫn dòng ra của quạt có dạng buồng xoắn. Buồng xoắn của quạt đ−ợc tính theo quy luật: kR R lg o 2 ϕ= , Trong đó, hệ số k xác định bằng: 26,1410 2,1 96,02,1 lg 360 R CR lg 360 k o 2 2 o =+=+= Hệ số C xác định từ đồ thị [1] dựa theo góc (360o - ϕ). ứng với góc (360o - ϕ) = 40o ta có C/R2 = 0,8. Do đó C = 0,96m = 960mm. Biết giá trị hệ số k dựa theo quan hệ trên, ứng với mỗi góc ϕo ta xác định đ−ợc bán kính R và xây dựng đ−ợc hình dạng buồng xoắn (xem bảng 3.3). Bán kính buồng xoắn tại tiết diện l−ỡi gà để tránh va chạm bánh công tác với vỏ lấy bằng: Rlg = 1,03.R2 = 1,236m. Để xác định chiều rộng buồng xoắn ta xác định diện tích tiết diện ra (Fra) của buồng xoắn dựa theo vận tốc dòng ở cửa ra của buồng xoắn. Vận tốc dòng ở cửa ra của buồng xoắn Cra đ−ợc xác định theo cột áp động của quạt: 5,31 0964,0 7,956.1,0p.05,0.2pg2 C dra ==ρ ∆=γ ∆= m/s. Diện tích tiết diện ra của buồng xoắn: 6508,0 5,31 5,20 C Q F ra ra === m2. Chiều rộng buồng xoắn xác định đ−ợc bằng: B = Fra/C = 0,6508/0,96 = 0,678m. Để tính toán thiết kế nhanh chóng bánh công tác và buồng xoắn của quạt, chúng tôi đã tiến hành lập trình tính toán trên máy vi tính. Ch−ơng trình tính toán đ−ợc lập theo sơ đồ khối (hình 3.1) có sự đối thoại giữa ng−ời và máy, nhằm đảm bảo sự lựa chọn các hệ số, các thông số tính toán phù hợp nhất. File số liệu đầu vào và file kết quả tính toán quạt mới đ−ợc cho d−ới đây (bảng 3.4 và 3.5). Bảng (3.2 và 3.3) là bảng ghi kết quả tính toán thiết kế cánh bánh công tác quạt ly tâm theo ph−ơng pháp điểm và tính toán thiết kế buồng xoắn bằng máy tính cầm tay. 38 III. Nghiên cứu động học dòng chất lỏng chảy bao l−ới cánh - Tính phân bố vận tốc và áp suất trên chu tuyến prôphin của l−ới cánh bánh công tác. Trong phần này chúng tôi tính phân bố vận tốc và áp suất trên prôphin l−ới cánh thẳng và prôphin l−ới cánh cong xây dựng theo ph−ơng pháp điểm (cho trong bảng 3.2). Prôphin dãy cánh thẳng có góc bao bằng hiệu góc đặt cánh ở mép ra và mép vào của prôphin: θ = β1 - β2 = 64o341 - 30o = 34o341. Biết góc bao cánh ta dễ dàng dựng đ−ợc prôphin l−ới cánh thẳng. Prôphin l−ới cánh cong xây dựng theo các số liệu cho trong bảng 3.2. Để tính toán chảy bao prôphin l−ới cánh thẳng và cong chúng ta phải xây dựng lại prôphin trong mặt phẳng biến hình bảo giác (hình 3.2 và 3.5) và xác định toạ độ một số điểm (th−ờng từ 25 tới 30 điểm) trên mỗi cạnh của chu tuyến prôphin. Các số liệu này đ−ợc đ−a vào file số liệu tính toán của ch−ơng trình tính phân bố vận tốc và áp suất trên chu tuyến prôphin (xem bảng 3.6 và 3.8). Kết quả tính toán phân bố vận tốc và áp suất trên chu tuyến các prôphin cánh thẳng và cong đ−ợc cho trong các bảng 3.7 và 3.9. Đồ thị phân bố vận tốc và áp suất trên các prôphin cánh thẳng và cong đ−ợc cho trên các hình 3.3, 3.4, 3.6 và 3.7. Căn cứ trên cơ sở các kết quả thiết kế prôphin l−ới cánh bánh công tác và tính toán phân bố vận tốc và áp suất trên prôphin cánh ta có các nhận xét sau: - Prôphin cánh bánh công tác dạng cánh thẳng có chiều dài prôphin ngắn hơn nhiều so với dạng cánh cong, thể hiện ngay ở góc bao của prôphin cánh (xem hình 3.2 và 3.5). Prôphin cánh thẳng có góc bao θ = 34o341, còn prôphin cánh cong có góc bao θ = 55o121. - Phân bố vận tốc và áp suát trên prôphin l−ới cánh thẳng đều hơn so với tr−ờng hợp cánh cong. ở prôphin (dạng cánh thẳng) tải (đặc tr−ng bởi độ chênh áp trên phần bụng và l−ng cánh) phân bố đều và tập trung ở phần giữa cánh. ở prôphin (dạng cánh cong) tải tập trung ở phần mép vào của cánh (xem hình 3.3, 3.4, 3.6 và 3.7. Với đặc tính phân bố tải nh− vậy prôphin dạng cánh thẳng sẽ có hiệu suất tốt hơn so với phôphin dạng cánh cong. 39 Cho thông số tính toán Q, p, n, ToC Xác định thông số vào d, D0, D1,b1, β1 Xác định thông số ra D2, b2, β2, Xác định số cánh Z Chọn δi xác định hệ số chèn dòng K1, K2 Xác định sai số hệ số chèn dòng %100. K KK K i 0,ii i −=∆ Xác định hệ số p và cột áp Hlt∞ = (1+p)Hlt. Xác định vận tốc U2*& đ.kính D2* = 2U2*/ω ∆D2 > 3%. Xác định sai số đ.kính %100. D DD D 2 2 * 2 2 −=∆ Xác định góc βi i ' mi i i i W C t Sin +δ=β Tính thông số Bi Bi = 1/(ri.tgβi) ∆Ki < 3% ∆D2 < 3% 40 Xác định góc bao θk ∑ = + ∆+π=θ k 1i i 1ii o k r2 BB180 END Chọn góc ϕ cho buồng xoắn Xác định hệ số C/R2, hệ số C và k Xác định đ. kính buồng xoắn t−ơng ứng góc bao lgri/r2 = ϕio/k Xác định vận tốc dòng ra Cra và diện tích Fra Xác định chiều rộng tiết diện buồng xoắn B = Fra/C END Hinh 3.1. Sơ đồ khối ch−ơng trình tính toán thiết kế bánh công tác và buồng xoắn của quạt ly tâm 41 Bảng 3.2. Tính toán thiết kế cánh công tác theo ph−ơng pháp điểm No R (m) ∆R (m) t =2πR/Z (m) δ (m) V'm (m/s) W (m/s) sinβ - β (độ) Bi =1/(Ritgβi) (Bi+Bi+1)/2 ∆θ (độ) θ (độ) 1 0,6 0,0 0,3427 0,012 20,140 40,286 0,5349 32o337 2,6326 - 0o0 0o0 2 0,7 0,1 0,3998 0,012 18,834 37,751 0,5289 31o932 2,2922 2,4624 14o108 14o108 3 0,8 0,1 0,4569 0,012 18,128 35,216 0,5410 32o754 1,9430 2,1176 12o133 26o241 4 0,9 0,1 0,5141 0,012 17,904 32,682 0,5711 34o831 1,5968 1,7699 10o141 36o382 5 1,0 0,1 0,5712 0,012 18,128 30,147 0,6223 38o484 1,2579 1,4273 8o178 44o560 6 1,1 0,1 0,6283 0,012 18,834 27,612 0,7012 44o523 0,9243 1,0911 6o251 50o811 7 1,2 0,1 0,6854 0,012 20,140 25,078 0,8206 55o145 0,5804 0,7523 4o310 55o121 Bảng 3.3. Tính toán thiết kế buồng xoắn ϕo 0o 30o 60o 90o 120o 150o 180o 210o 240o 270o 300o 320o ϕo/k 0 0,0213 0,0425 0,0638 0,0851 0,1064 0,1276 0,1489 0,1702 0,1914 0,2127 0,269 R/R2 1,03 1,05 1,103 1,158 1,216 1,277 1,342 1,409 1,480 1,554 1,632 1,686 R, m 1,236 1,260 1,323 1,390 1,460 1,533 1,610 1,691 1,775 1,865 1,958 2,023 42 Bảng 3.4. File số liệu dùng cho tính toán thiết kế quạt ly tâm (kèm theo ch−ơng trình tính toán thiết kế quạt ly tâm) Quat_LT.SL Nhiet do lam viec C 100 HE SO PHAN LUC 0.95 SO VONG QUAY CUA DONG CO 980 AP SUAT LAM VIEC CUA QUAT 908.87 HIEU SUAT QUAT 0.7 HIEU SUAT THUY LUC 0.86 HIEU SUAT LUU LUONG 0.9 HIEU SUAT CO KHI 0.97 LUU LUONG CUA QUAT 20.5 Buoc tinh ban kinh 0.025 Buong xoan quat Khoang tinh 10 Goc phi 40 Ap suat dong 0.05 Bảng 3.5 . File kết quả tính toán thiết kế quạt ly tâm BANG TINH CAC THONG SO CO BAN CUA QUAT LY TAM VOI N = 980.00 Q= 73800.0 m3/h TEN FILE SO LIEU: Quat_LT.SL VAN TOC GOC 102.625 DUONG KINH D = 2400.0 CAC THONG SO TINH TOAN Bánh công tác DIEM B/K DELTA DELTA/T B VMi WMi BETA TETAk 1 600 12 0.035 300.0 20.140 40.695 32.000 0.000 2 625 12 0.034 293.8 19.746 40.181 31.670 3.768 3 650 12 0.032 287.5 19.399 39.668 31.424 7.429 4 675 12 0.031 281.3 19.096 39.154 31.254 10.980 5 700 12 0.030 275.0 18.832 38.641 31.157 14.421 6 725 12 0.029 268.8 18.606 38.127 31.129 17.749 7 750 12 0.028 262.5 18.414 37.614 31.169 20.964 8 775 12 0.027 256.3 18.254 37.100 31.274 24.064 9 800 12 0.026 250.0 18.126 36.587 31.445 27.049 10 825 12 0.025 243.8 18.027 36.073 31.682 29.920 11 850 12 0.025 237.5 17.958 35.560 31.986 32.676 12 875 12 0.024 231.3 17.916 35.046 32.359 35.316 13 900 12 0.023 225.0 17.902 34.533 32.803 37.843 14 925 12 0.023 218.8 17.916 34.019 33.323 40.255 43 15 950 12 0.022 212.5 17.958 33.506 33.923 42.554 16 975 12 0.022 206.3 18.027 32.992 34.608 44.739 17 1000 12 0.021 200.0 18.126 32.479 35.387 46.812 18 1025 12 0.020 193.8 18.254 31.965 36.268 48.773 19 1050 12 0.020 187.5 18.414 31.452 37.262 50.622 20 1075 12 0.020 181.3 18.606 30.938 38.384 52.359 21 1100 12 0.019 175.0 18.832 30.425 39.648 53.986 22 1125 12 0.019 168.8 19.096 29.911 41.078 55.502 23 1150 12 0.018 162.5 19.399 29.398 42.699 56.907 24 1175 12 0.018 156.3 19.746 28.884 44.547 58.201 25 1200 12 0.018 150.0 20.140 28.884 45.624 59.405 Buồng xoắn Goc Phi0 = 40 Kich thuoc C = 0.960 m KICH THUOC BUONG XOAN PHI 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320 PHI/K 0.000 0.007 0.014 0.021 0.028 0.035 0.043 0.050 0.057 0.064 0.071 0.078 0.085 0.092 0.099 0.106 0.113 0.121 0.128 0.135 0.142 0.149 0.156 0.163 0.170 0.177 0.184 0.191 0.199 0.206 0.213 0.220 0.227 R/R2 1.030 1.016 1.033 1.050 1.067 1.085 1.103 1.121 1.140 1.158 1.177 1.197 1.216 1.236 1.257 1.278 1.299 1.320 1.342 1.364 1.386 1.409 1.432 1.456 1.480 1.504 1.529 1.554 1.580 1.606 1.632 1.659 1.686 R (m) 1.236 1.220 1.240 1.260 1.281 1.302 1.324 1.345 1.367 1.390 1.413 1.436 1.460 1.484 1.508 1.533 1.558 1.584 1.610 1.636 1.663 1.691 1.719 1.747 1.776 1.805 1.835 1.865 1.896 1.927 1.958 1.991 2.023 Van toc ra = 31.495 m/s Chieu rong buong xoan = 0.678 m 44 Bảng 3.6. File số liệu tính toán phân bố vận tốc và áp suất trên prôphin cánh (dạng cánh thẳng) bánh công tác quạt ly tâm - file quat.sl 1 Số cánh trong một chu kỳ 2 2 2 2 2 1 2 2 2 2 2 2 Khoá ch−ơng trình .900 Bán kính mặt trụ BHBG- R0 15. Số chu kỳ tính toán 19 Số điểm trên đ−ờng dòng 1.416 1.370 1.327 1.284 1.240 Chiều dầy t−ơng đối hi/ho tại 1.195 1.153 1.110 1.065 1.020 các điểm t−ơng ứng trên 0.976 0.935 0.890 0.838 0.780 đ−ờng dòng 0.712 0.625 0.585 0.495 .520 .538 .598 .638 .678 Bán kính Ri t−ơng ứng của .719 .758 .798 .838 .878 các điểm trên đ−ờng dòng .917 .958 .998 1.046 1.098 1.158 1.217 1.278 1.358 -.4905-.426 -.362 -.306 -.252 Toạ độ biến hình bảo giác yi -.200 -.150 -.104 -.0619-.020 của các điểm t−ơng ứng trên .020 .058 .094 .136 .179 đ−ờng dòng .227 .272 .314 .364 31 31 Số điểm tính toán trên mỗi mặt chu tuyến prôphin Toạ độ xi của các điểm tính toán trên chu tuyến prôphin trong mặt phẳng biến hình bảo giác .0 .003 .0053 .007 .0095 .0117 .014 .024 .034 .044 .0655 .0895 .1155 .144 .169 .199 .239 .279 .319 .359 .399 .439 .479 .499 .519 .529 .534 .539 .5392 .5391 .539 .537 .5345 .531 .5275 .5215 .519 .499 .479 .439 .399 .359 .319 .279 .239 .199 .159 .127 .100 .0755 .053 .032 .0222 .0138 .0033 .001 -.0013 -.0024 -.0028 -.002 .0 Toạ độ yi của các điểm tính toán trên chu tuyến prôphin trong mặt phẳng biến hình bảo giác .2571 .2572 .256 .253 .248 .243 .238 .218 .198 .178 .138 .098 .058 .018 -.015 -.0513 -.0974 -.143 -.186 -.225 -.258 -.286 -.312 -.3246 -.3378 -.346 -.3473 -.3515 -.355 -.359 -.362 -.3645 -.366 -.3666 -.366 45 -.3642 -.3609 -.3485 -.336 -.3105 -.2812 -.248 -.209 -.166 -.121 -.0755 -.026 .018 .058 .098 .138 .178 .198 .218 .238 .243 .248 .2505 .253 .2555 .2571 .0 .0 Sự dịch chuiyển của prôphin trong l−ới 151.0 Vận tốc xoáy -17.825 Vận tốc trong mặt phẳng kinh tuyến 102.6 Vận tốc góc 3 62 Điểm hợp dòng Bảng 3.7. Kết quả tính toán phân bố vận tốc và áp suất trên prôphin cánh (dạng cánh thẳng) bánh công tác quạt ly tâm - file quat.kq ------------------------------------------------------------------------------------- I I I I I I I RG I RG/R2 I W I W/U2 I P I I m I I m/s I Imm cột n−ớc I ------------------------------------------------------------------------------------- I .1197E+01 I .2002E+01 I .4169E+02 I .6795E+00 I .5437E+03 I I .1195E+01 I .1998E+01 I .1011E+02 I .1648E+00 I .6270E+03 I I .1185E+01 I .1981E+01 I -.1061E+02 I -.1730E+00 I .6263E+03 I I .1170E+01 I .1957E+01 I -.2061E+02 I -.3359E+00 I .6103E+03 I I .1152E+01 I .1926E+01 I -.3274E+02 I -.5335E+00 I .5771E+03 I I .1130E+01 I .1889E+01 I -.3698E+02 I -.6028E+00 I .5617E+03 I I .1104E+01 I .1846E+01 I -.4002E+02 I -.6523E+00 I .5495E+03 I I .1076E+01 I .1799E+01 I -.4277E+02 I -.6971E+00 I .5376E+03 I I .1045E+01 I .1748E+01 I -.4581E+02 I -.7466E+00 I .5235E+03 I I .1014E+01 I .1696E+01 I -.4828E+02 I -.7870E+00 I .5113E+03 I I .9819E+00 I .1642E+01 I -.4992E+02 I -.8136E+00 I .5028E+03 I I .9491E+00 I .1587E+01 I -.5179E+02 I -.8440E+00 I .4928E+03 I I .9164E+00 I .1532E+01 I -.5294E+02 I -.8629E+00 I .4863E+03 I I .8858E+00 I .1481E+01 I -.5278E+02 I -.8602E+00 I .4869E+03 I I .8566E+00 I .1432E+01 I -.5379E+02 I -.8767E+00 I .4811E+03 I I .8275E+00 I .1384E+01 I -.5472E+02 I -.8919E+00 I .4757E+03 I I .7985E+00 I .1335E+01 I -.5525E+02 I -.9006E+00 I .4725E+03 I I .7717E+00 I .1290E+01 I -.5408E+02 I -.8814E+00 I .4788E+03 I I .7472E+00 I .1250E+01 I -.5281E+02 I -.8608E+00 I .4855E+03 I I .7254E+00 I .1213E+01 I -.5116E+02 I -.8338E+00 I .4941E+03 I I .7052E+00 I .1179E+01 I -.4988E+02 I -.8130E+00 I .5005E+03 I I .6865E+00 I .1148E+01 I -.4971E+02 I -.8103E+00 I .5012E+03 I I .6703E+00 I .1121E+01 I -.5070E+02 I -.8263E+00 I .4961E+03 I I .6567E+00 I .1098E+01 I -.5221E+02 I -.8510E+00 I .4881E+03 I 46 I .6450E+00 I .1079E+01 I -.5373E+02 I -.8758E+00 I .4798E+03 I I .6348E+00 I .1062E+01 I -.5507E+02 I -.8976E+00 I .4723E+03 I I .6259E+00 I .1047E+01 I -.5695E+02 I -.9283E+00 I .4615E+03 I I .6182E+00 I .1034E+01 I -.5893E+02 I -.9605E+00 I .4497E+03 I I .6115E+00 I .1023E+01 I -.5304E+02 I -.8644E+00 I .4833E+03 I I .6075E+00 I .1016E+01 I -.7925E+02 I -.1292E+01 I .3065E+03 I I .6022E+00 I .1007E+01 I -.4644E+02 I -.7569E+00 I .5167E+03 I I .5988E+00 I .1001E+01 I -.1762E+02 I -.2872E+00 I .6108E+03 I I .5972E+00 I .9986E+00 I .8438E+01 I .1375E+00 I .6230E+03 I I .5947E+00 I .9945E+00 I .5384E+02 I .8776E+00 I .4788E+03 I I .5948E+00 I .9946E+00 I .7627E+02 I .1243E+01 I .3301E+03 I I .6002E+00 I .1004E+01 I .4998E+02 I .8146E+00 I .4993E+03 I I .6062E+00 I .1014E+01 I .4763E+02 I .7762E+00 I .5111E+03 I I .6136E+00 I .1026E+01 I .4403E+02 I .7176E+00 I .5279E+03 I I .6223E+00 I .1041E+01 I .4173E+02 I .6801E+00 I .5380E+03 I I .6327E+00 I .1058E+01 I .3880E+02 I .6323E+00 I .5501E+03 I I .6449E+00 I .1078E+01 I .3499E+02 I .5703E+00 I .5645E+03 I I .6591E+00 I .1102E+01 I .3101E+02 I .5053E+00 I .5780E+03 I I .6755E+00 I .1130E+01 I .2703E+02 I .4405E+00 I .5899E+03 I I .6949E+00 I .1162E+01 I .2254E+02 I .3673E+00 I .6014E+03 I I .7161E+00 I .1197E+01 I .1860E+02 I .3032E+00 I .6098E+03 I I .7379E+00 I .1234E+01 I .1457E+02 I . 2374E+00 I .6168E+03 I I .7621E+00 I .1274E+01 I .1103E+02 I .1798E+00 I .6216E+03 I I .7884E+00 I .1318E+01 I .7490E+01 I .1221E+00 I .6251E+03 I I .8170E+00 I .1366E+01 I .4924E+01 I .8026E-01 I .6270E+03 I I .8468E+00 I .1416E+01 I .2458E+01 I .4007E-01 I .6282E+03 I I .8770E+00 I .1467E+01 I .1705E+00 I .2779E-02 I .6288E+03 I I .9075E+00 I .1518E+01 I -.2138E+01 I -.3485E-01 I .6288E+03 I I .9405E+00 I .1573E+01 I -.4580E+01 I -.7464E-01 I .6283E+03 I I .9739E+00 I .1629E+01 I -.6452E+01 I -.1052E+00 I .6276E+03 I I .1007E+01 I .1683E+01 I -.7686E+01 I -.1253E+00 I .6270E+03 I I .1038E+01 I .1737E+01 I -.8799E+01 I -.1434E+00 I .6264E+03 I I .1069E+01 I .1788E+01 I -.8904E+01 I -.1451E+00 I .6267E+03 I I .1098E+01 I .1836E+01 I -.7508E+01 I -.1224E+00 I .6282E+03 I I .1124E+01 I .1879E+01 I -.7892E+01 I -.1286E+00 I .6282E+03 I I .1147E+01 I .1918E+01 I -.6866E+01 I -.1119E+00 I .6292E+03 I I .1165E+01 I .1948E+01 I -.2368E+01 I -.3860E-01 I .6316E+03 I I .1179E+01 I .1972E+01 I .1061E+02 I .1730E+00 I .6263E+03 I I .1190E+01 I .1990E+01 I .3735E+02 I .6087E+00 I .5611E+03 I I .1196E+01 I .2000E+01 I .5560E+02 I .9062E+00 I .4747E+03 I I I I I I I ------------------------------------------------------------------------------------- 47 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 Y X mép vào mép ra mặt l−ng cánh mặt bụng cánh Hình 3.4. Hình dạng prôphin cánh (dạng cánh thẳng) của bánh công tác quạt ly tâm trong mặt phẳng biến hình bảo giác s/l W, m/s Mặt bụng cánh Mép vào Mặt l−ng cánh Mép ra Mép ra Hình 3.5. Phân bố vận tốc trên prôphin cánh (dạng cánh thẳng) của bánh công tác quạt ly tâm 48 Hình 3.7. Hình dạng prôphin cánh (dạng cánh cong) của bánh công tác quạt ly tâm trong mặt phẳng biến hình bảo giác s/l p mép ra mép ra mép vào Mặt l−ng cánh Mặt bụng cánh Hình 3.6. Phân bố áp suất trên prôphin cánh (dạng cánh thẳng) của bánh công tác quạt ly tâm X Y 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0 80 0,90 mép vào mép ra mặt l−ng cánh (mặt tr−ớc) mặt bụng cánh (mặt sau) Hình 3.7. Hình dạng prôphin cánh (dạng cánh cong) của bánh công tác quạt ly tâm trong mặt phẳng biến hình bảo giác 49 s/l W, m/s Hình 3.8. Phân bố vận tốc trên prôphin cánh (dạng cánh cong) của bánh công tác quạt ly tâm (đ−ợc làm trơn) mép ra mép vào mép ra mặt l−ng cánh mặt bụng cánh s/l p mép vào mép ramép ra mặt l−ng cánh mặt bụng cánh Hình 3.9. Phân bố áp suất trên prôphin cánh (dạng cánh cong) của bánh công tác quạt ly tâm (đ−ợc làm trơn) 50 Phần IV. Tính bền một số chi tiết của quạt. A. Cơ sở lý thuyết tính bền đĩa cánh bánh công tác Trong quạt, bánh công tác là chi tiết chịu tải lớn nhất khi làm việc. Bánh công tác th−ờng quay với vận tốc rất lớn. Lực ly tâm xuất hiện khi bánh công tác quay sẽ là lực chủ yếu quyết định tới độ bền của bánh công tác. Đĩa tr−ớc và đĩa sau của bánh công tác đ−ợc tính bền khác nhau, tuy nhiên chúng vẫn có những điểm chung. I. Tính bền chung đĩa cánh bánh công tác. Đĩa sau của bánh công tác có thể có độ dầy khác nhau trong vùng chịu mô men uốn (xem hình 4.1). Để đơn giản hoá việc tính toán, trọng l−ợng các cánh dẫn đ−ợc quy về đĩa sau của lá cánh. Trong tr−ờng hợp này ta có ứng suất tiếp σ1' = K'σo'. (4.3) Tiếp theo ta xác định ứng suất tiếp tác dụng lên toàn đĩa khi quy trọng l−ợng các lá cánh về trọng l−ợng đĩa: L SL V GG " +=γ , (4.4) Trong đó, γ'' - Trọng l−ợng riêng gia tăng của đĩa cánh bánh công tác tính tới trọng l−ợng các lá cánh, GL - Trọng l−ợng toàn đĩa, GS - Trọng l−ợng các lá cánh, VL - Thể tích đĩa sau. ứng suất tiếp của vành mỏng bán kính Ro với trọng l−ợng riêng gia tăng γ'' ứng với vận tốc vòng U2 xác định đ−ợc bằng: R o R 1 r o Ta ký hiệu, trọng l−ợng đĩa cánh bánh công tác ở phần giữa bán kính r1 và Ro là G'L, Gs- trọng l−ợng các lá cánh bánh công tác, V'L- thể tích đĩa cánh phần giữa bán kính r1 và Ro. Ta có trọng l−ợng riêng của đĩa cánh trong phần này là: ' L S ' L V GG ' +=γ . (4.1) ứng suất tiếp σ'o của vành tròn bán kính Ro với trọng l−ợng riêng gia tăng γ' ứng với vận tốc vòng U2 đ−ợc xác định bằng công thức [2]: 2 2 ' o Ug 'γ=σ , kG/cm2. (4.2) Dựa theo bảng 27 [2] ta chọn hệ số K' đối với đĩa có tỷ số bán kính r1/Ro và diện tích vành khuyên π(Ro2 - ro2). Hình 4.1. Sơ đồ tính bền bánh công tác của quạt 51 2 2 '' o Ug "γ=σ , kG/cm2. (4.5) Từ bảng 27 [2] ta chọn đ−ợc hệ số K''. Khi đó ta xác định đ−ợc ứng suất tiếp tính tới sự gia tăng trọng l−ợng riêng của đĩa sau bánh công tác do có các lá cánh. σ1'' = K''σo''. (4.6) Giá trị trung bình của ứng suất sẽ đ−ợc coi là ứng suất tính toán của đĩa cánh. 2 '' t ' t t σ+σ=σ . (4.7) II. Tính bền đĩa sau của bánh công tác. ứng suất trong đĩa sau với chiều dầy không đổi có thể xác định trên một khoảng cách r bất kỳ so với trục quay nhờ ph−ơng trình của Ekkom- Kerton [2] nh− sau: ứng suất h−ớng kính: 2r 1 2 2 2 1 1 1 1/ m Ear 3 C 1 C m m r 1 1/ m ⎡ − ⎤⎛ ⎞ ⎛ ⎞σ = + + + −⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎢ ⎥ −⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎣ ⎦ . (4.8) ứng suất tiếp: 2t 1 2 2 2 3 1 1 1/ m Ear 1 C 1 C . m m r 1 1/ m ⎡ − ⎤⎛ ⎞ ⎛ ⎞σ = + + + +⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎢ ⎥ −⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎣ ⎦ (4.9) Độ dãn dài: r C rCar 21 3 ++=ε . (4.10) Đại l−ợng a phụ thuộc vào trọng l−ợng riêng của vật liệu, vận tốc góc, mô đun đàn hồi E và số Poason m: . E8 m/11 g a 2 2 −ωγ−= (4.11) Các hằng số C1 và C2 nhận đ−ợc từ các điều kiện biên nh− sau: 1. ứng suất h−ớng kính trên mép trong của đĩa tại bán kính ro sẽ bằng không. Từ ph−ơng trình (4.8) ta nhận đ−ợc: .0 r )m/11(C m 1 1C m 1 3ra 2 o 2 1 2 o1 =−−⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ ++⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ + (4.12) 2. Các giá trị ứng suất h−ớng kính trên khoảng cách r1, vị trí có sự chuyển tiếp của trong l−ợng riêng γ và γ' cần phải bằng nhau. Từ ph−ơng trình (4.8) ta có: . r )m/11( C m 1 1C m 1 3ra r )m/11( C m 1 1C m 1 3ra 2 1 43 2 12 2 1 21 2 11 −−⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ ++⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ + =−−⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ ++⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ + (4.13) 3. ứng suất h−ớng kính trên vòng tròn của đĩa ứng với bán kính Ro cần phải bằng không. Từ ph−ơng trình (4.8) ta nhận đ−ợc: 52 .0 R m/11 C m 1 1C m 1 3ra 2 o 43 2 o2 =−−⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ ++⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ + (4.14) 4. Các giá trị của độ dãn dài h−ớng kính trên khoảng cách r1 cần phải bằng nhau. Ph−ơng trình (4.10) có thể viết d−ới dạng: 1 4 13 3 12 1 2 11 3 11 r C rCra r C rCra ++=++ . (4.15) Các đại l−ợng a1 và a2 đối với phần vành khăn của đĩa giữa các bán kính ro và r1 và giữa r1 và Ro có thể xác định đ−ợc theo ph−ơng trình (4.11) với các giá trị trọng l−ợng riêng γ' và γ". Bốn hằng số C xác định theo ph−ơng trình (4.12) - (4.15). ứng suất tiếp cực đại trên mép trong đĩa với bán kính ro xác định theo ph−ơng trình (4.9). Khi vận tốc vòng v−ợt quá 100m/s cần phải sử dụng đĩa đặc không có lỗ. Trong tr−ờng hợp này bán kính ro và độ dãn dài ở tâm đĩa phải bằng không. Khi đó theo ph−ơng trình (4.11) ta có điều kiện sau: .0 r C rCar 21 3 =++ (4.16) Với r = ro = 0 điều kiện này chỉ có thể có khi C2 = 0. Khi đó ph−ơng trình (4.8), (4.9) và (4.10) đối với phần đĩa bán kính r1 có dạng: , m/11 E m 1 1C m 1 3ra 21 2 11r −⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ ++⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ +=σ (4.17) ' m/11 E m 1 1C m 3 1ra 21 2 11t −⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ ++⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ +=σ (4.18) ε = a1r13 + C1r1. (4.19) Đối với phần vành tròn giữa bán kính Ro và r1 các ph−ơng trình tính ứng suất và độ dãn dài vẫn không thay đổi. Đối với các đĩa đặc (không có lỗ) ta có các điều kiện biên sau: 1. ứng suất h−ớng kính trên khoảng cách r1 đối với phần đĩa bán kính r1 và vành đĩa giữa r1 và Ro sẽ là nh− nhau. Khi đó ta có: . r m/11 C m 1 1C m 1 3ra m 1 1C m 1 3ra 2 1 43 2 12 1 2 11 −−⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ ++⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ + =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ ++⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ + (4.20) 2. ứng suất h−ớng kính trên vòng tròn bán kính Ro phải bằng không, ta có: .0 R m/11 C m 1 1C m 1 3Ra 2 o 43 2 o2 =−−⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ ++⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ + (4.21) 3. Độ dãn dài trên khoảng cách r1 phải bằng nhau: . r C rCrarCra 1 4 13 3 1211 3 11 ++=+ (4.22) Đại l−ợng a1 và a2 đ−ợc xác định từ ph−ơng trình (4.11). Còn các hằng số C xác định theo các ph−ơng trình (4.20) - (4.22). 53 ứng suất tiếp và ứng suất h−ớng kính cực đại sẽ xuất hiện tại tâm đĩa. Chúng có giá trị bằng nhau và đ−ợc xác định bằng công thức: 21maxrmaxt m/11 E m 1 1C −⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ +=σ=σ . (4.23) Đây là ph−ơng pháp kiểm bền chính xác đĩa cánh. Để tính bền sơ bộ ta có thể tính theo ph−ơng pháp giới thiệu trong mục I. III. Tính bền đĩa tr−ớc của bánh công tác. Việc nghiên cứu cho thấy, ứng suất xuất hiện trong đĩa tr−ớc nhỏ hơn so với ứng suất cùng loại xuất hiện trong đĩa sau. Đĩa tr−ớc ở phần vào đ−ợc uốn cong để tạo điều kiện thuận lợi cho dòng chảy vào, giảm tổn thất ở cửa vào của bánh công tác (hình 1.4). Kết cấu này cũng có tác dụng làm giảm ứng suất tác dụng trong đĩa và làm tăng bền cho đĩa cánh. Độ dãn dài của đĩa và ứng suất trong đĩa đ−ợc xác định nh− sau: Tr−ớc hết xác định độ dãn dài của vành mỏng và ứng suất trong vành mỏng chiều rộng b, độ dầy s. 1. Độ dãn dài của vành mỏng: ε = σo.r1/E. (4.24) Trong đó, σo - ứng suất cực đại trong vành đĩa chiều rộng b, chiều dầy s. 2. ứng suất trong vành đĩa gây nên do lực ly tâm đ−ợc xác định bằng [2]: .r g 2 1 2ωγ=σ (4.25) Trong vành đĩa ngoài ứng suất gây nên bởi lực ly tâm còn chịu thêm một ứng suất bổ sung σr' xác định theo ph−ơng trình (4.8). Vì vậy ta có: b r r g 1' r 2 1 2 σ+ωγ=σ . (4.26) Độ dãn dài của vành mỏng cũng chịu ảnh h−ởng của ứng suất bổ sung và đ−ợc tính bằng: E r b r r g 11' r 2 1 2 ⎟⎟⎠ ⎞⎜⎜⎝ ⎛ σ+ωγ=ε . (4.27) Độ dãn dài của vành mỏng và của đĩa tr−ớc xác định theo (4.10) phải bằng nhau nên ta có ph−ơng trình: E r b r r gr C rCar 1 1 1' r 2 1 2 1 2 11 3 1 ⎟⎟⎠ ⎞σ+ω⎜⎜⎝ ⎛ γ=++ . (4.28) Đây là điều kiện biên thứ nhất của bài toán. Theo điều kiện biên thứ hai ta có, ứng suất h−ớng kính trên vòng tròn bán kính Ro của đĩa tr−ớc bằng không: .0 R m/11 C m 1 1C m 1 3aR 2 o 21 2 o =−−⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ ++⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ + (4.29) Từ hai ph−ơng trình trên ta xác định đ−ợc các hằng số C1 và C2, khi đó ta xác định đ−ợc ứng suất tiếp cực đại theo ph−ơng trình (4.9): 54 . m/11 E r m/11 C m 1 1C m 3 1ar 22 1 21 2 1t −⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ −+⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ ++⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ +=σ (4.30) Khi vận tốc vòng của bánh công tác v−ợt quá 100m/s thì phần mép vào của đĩa tr−ớc cần tăng c−ờng độ dầy để đảm bảo độ bền cho đĩa bánh công tác. B. Tính bền đĩa sau và đĩa tr−ớc của quạt Trên cơ sở phần lý thuyết chung ở trên ta tiến hành tính bền cho đĩa sau và đĩa tr−ớc của quạt. Hình dạng và kích th−ớc bánh công tác của quạt cho trên hình 4.2. Trong đó, bán kính Ro = R2 = 120cm, bán kính r1 = 60cm, bán kính ro = 15cm. Chiều dầy đĩa sau 2,5 cm, chiều dầy đĩa tr−ớc 1,5 cm. Kết quả tính toán ta nhận đ−ợc: R 2 R 1 r o b1 s1 Hình 4.2. Sơ đồ bánh công tác quạt ly tâm ứng suất tiếp trong đĩa sau: - Xác định sơ bộ: σt,tb = 1307,1 kG/cm2. - Xác định theo ph−ơng pháp tính chính xác: σ1 = 1238,7 kG/cm2. ứng suất trong đĩa tr−ớc: - ứng suất trong vành đĩa gây nên do lực ly tâm (xác định sơ bộ): σo = 1205,7 kG/cm2. - Xác định chính xác: σt = 982,465 kG/cm2. - ứng suất ở vành h−ớng dòng vào của đĩa tr−ớc: σt = 969,379 kG/cm2. Các giá trị này đều nhỏ hơn ứng suất cho phép. Vậy đĩa đủ bền. 55 Phần V. Cân bằng tĩnh và cân bằng động rô to quạt ly tâm. I. Sự cân bằng tĩnh và cân bằng động: Khi chế tạo rô to của quạt ly tâm, do gia công và lắp ráp cánh không chính xác cũng nh− do có khuyết tật trong kim loại, mà khối l−ợng không đ−ợc không đ−ợc phân bố đồng đều so với tâm quay gây nên sự mất cân bằng tĩnh và động. Khi quạt làm việc trong dòng đầy bụi, độ mất cân bằng còn lớn hơn vì các chi tiết của bánh công tác bị mài mòn không đồng đều. Sự mất cân bằng tĩnh (hình 5.1) có thể làm cho trọng tâm của rô to bị xê dịch một đại l−ợng nhất định, hay là khối l−ợng Pmcb sẽ tập trung trên một bán kính quay nhất định Rmcb, tức là bị mất cân bằng tĩnh: Qr.a = Pmcb.Rmcb , (5.1) Trong đó: Qr – trọng l−ợng của rô to (KG). a - độ xê dịch trọng tâm (m) Hình 5.1: Sự mất cân bằng tĩnh của rô to. Khi rô to mất cân bằng tĩnh quay với tốc độ góc ω sẽ xuất hiện lực ly tâm mất cân bằng tạo thành tải trọng phụ trên trục và gối đỡ: PC = g R P g aQ mcb 2 mcb 2 r ω=ω (5.2) Đó là nguồn rung động chính. Lực này sẽ làm rung máy và móng, lan truyền sang thiết bị lân cận, làm sai lệch số đo và với giá trị lớn quá thì không dùng thiết bị đ−ợc. Sự mất cân bằng động có thể dẫn đến hai trọng khối tập trung đối nhau, cùng nằm trên bán kính R với khoảng cách giữa hai trọng khối ấy theo chiều dọc trục là L, (hình 5.2). Khi rô to mất cân bằng động quay sẽ tạo nên mô men xoắn trên nó, do đó tăng tải cho trục và gối đỡ của quạt. Có thể tính mômen này theo công thức: Mmcb = PC.L, hay là Mmcb = g LRP mcb 2 mcbω . (5.3) 56 α Hình 5.2. Sự mất cân bằng động Hình 5.3. Sự mất cân bằng động do bánh của rô to công tác bị lệch xiên so với tâm trục. Ngoài sự phân bố không đồng đều trên các trọng khối, nguyên nhân của sự mất cân bằng động cũng có thể do bánh công tác bị lệch xiên so với tâm trục (hình 5.3). Mô men phát sinh do bánh động bị lệch xiên 1 góc 2α có thể xác định theo công thức: g8 2sinRQM bd 2 bd mcb αω= , (5.4) Trong đó: Qbd – trọng l−ợng của bánh động (KG). Rbd – bán kính bánh động (m). Trong thực tế, khi gia công bánh công tác của quạt th−ờng tiến hành cân bằng tĩnh và cân bằng động, nhất là với bánh công tác của quạt lớn, có đ−ờng kính và chiều rộng đáng kể, còn trọng l−ợng thì khá lớn. D−ới đây sẽ trình bày các biện pháp thực tế đ−ợc áp dụng trong các nhà máy chế tạo quạt cũng nh− trong vận hành nhằm khắc phục sự mất cân bằng tĩnh và động. II. Cân bằng tĩnh. Độ mất cân bằng tĩnh có thể phát hiện đ−ợc ở trạng thái tĩnh. Cho nên để khắc phục phải tiến hành ở trạng thái tĩnh của rô to. Cân bằng tĩnh bánh công tác đ−ợc tiến hành trên các lăng trụ (hay trụ tròn) song song. Rô to của quạt hay có lắp trục gá sẽ đặt lên lăng trụ. Lăng trụ phải đ−ợc ghép chắc chắn trên giá (hình 5.4) và tránh không đ−ợc võng suốt chiều dài d−ới tác dụng của tải trọng đó. Cần đặt giá lăng trụ lên móng hay tấm kim loại sao cho bề mặt làm việc của lăng trụ nằm trên mặt phẳng và song song với nhau. Độ nghiêng không đ−ợc quá 1 mm trên 3 m chiều dài, còn độ song song không quá 1 mm trên 1 m chiều dài. 57 Hình 5.4. Sơ đồ thiết bị lăng trụ để cân bằng tĩnh. Chiều rộng của bề mặt lăng trụ dùng cho rô to d−ới 6T là 30 ữ 50mm, bề mặt này phải đủ cứng (Rc = 45 ữ 50) và có độ bóng không d−ới ∇6. Chiều dài của lăng trụ có thể chọn bằng (2 ữ 2,5)πd, trong đó d là đ−ờng kính cổ trục. Những vị trí của trục dựa lên lăng trụ phải có cùng một đ−ờng kính nh− nhau và phải đánh sạch. Khi tiến hành cân bằng tĩnh sẽ đặt rô to lên lăng trụ, khẽ đẩy và để cho trục tự dừng lại. Lặp lại thao tác ấy vài lần ng−ợc chiều nhau, đánh dấu phía nặng hơn bằng dấu cộng (+) (lúc rô to dừng, nó nằm ở phía d−ới), và bằng dấu (-) ở phía đối diện nhẹ hơn. Sau đó vần rô to đi 1 góc 90°, sao cho đ−ờng kính có dấu (+) và (-) sẽ nằm trên ph−ơng ngang. Thực hiện cân bằng bằng cách gắn gia trọng vào phía nhẹ hơn (dấu -), hay là gọt bớt phần kim loại ở phía nặng hơn. Đại l−ợng của gia trọng cân bằng phải tạo đ−ợc mômen để khắc phục độ mất cân bằng tĩnh (hình 5.1): Qr.a = Pcb.R, (5.5) Pcb = R aQr , (5.6) Trong đó: Qr – Trọng l−ợng của rô to (kG). a - Độ xê dịch trọng tâm rô to do mất cân bằng tĩnh (m). R – bán kính đặt gia trọng cân bằng Pcb. Thực tế, đại l−ợng gia trọng cân bằng đ−ợc xác định bằng thực nghiệm. Rô to đ−ợc xem là đã cân bằng tĩnh nếu khi đặt lên lăng trụ nó nằm ở trạng thái cân bằng phiếm định, tức là rô to phải đứng yên và không lăn trên lăng trụ ở mọi vị trí. Gia trọng cân bằng đ−ợc làm bằng những mẩu thép tấm dày 6 – 12 mm và đ−ợc hàn chắc lên phía nhẹ của bánh động. Để bớt trọng l−ợng của miếng gia trọng cần đặt lên bán kính lớn nhất và chia ra làm nhiều mảnh, trên mặt ngoài của đĩa chính và đĩa bao (đĩa phụ) và phân phối đều trên cả hai phía của cánh động (hình 5.5). Cũng có thể áp dụng ph−ơng pháp phay bỏ vật liệu trên đĩa chính và đĩa bao gần mép ra của bánh công tác ở phía nặng. Kinh nghiệm cho ta hay rằng nếu gia công các chi tiết của cánh động cẩn thận và chất l−ợng lắp ráp bảo đảm thì chỉ cần cân bằng tĩnh đ−ợc là xong, với điều kiện là phải tuân thủ mọi yêu cầu về cân bằng và thiết bị cân bằng còn làm việc tốt. 58 Hình 5.5. Hàn các miếng gia trọng cân bằng lên phía ngoài đĩa chính và đĩa bao. III. Cân bằng động. Có nhiều ph−ơng pháp cân bằng động nh−ng ở đây chỉ giới thiệu ph−ơng pháp khởi động 3 lần. Tiến hành cân bằng động bằng 3 lần khởi động không đòi hỏi phải có thiết bị đặc biệt, bởi vì rô to của quạt quay trên gối đỡ của nó. Đo biên độ giao động của quạt bằng máy đo rung. Độ rung của gối đỡ là hai lần biên độ giao động đo đ−ợc và đ−ợc xem nh− là vectơ a , có đại l−ợng tỷ lệ với độ mất cân bằng của bánh động hay gia trọng gắn lên đĩa. Do quán tính mà h−ớng của vectơ này trễ hơn lực ly tâm bởi độ mất cân bằng gây nên (hình 5.6). β β Hình 5.6. Sự trễ của vectơ rung a so với vectơ ly tâm PC. Đối với rô to cứng của quạt, sự trễ ấy tạo thành 1 góc β = 40° ữ 50° và hầu nh− không thay đổi ở mọi vị trí của khối l−ợng mất cân bằng hay của gia trọng trên vòng bánh động. Khi cân bằng động theo ph−ơng pháp này sẽ xác định đ−ợc đại l−ợng và vị trí đặt gia trọng cân bằng Pcb để tạo nên biên độ rung kép a cb, sao cho bằng biên độ a mcb của khối l−ợng mất cân bằng Pmcb nh−ng tác dụng ng−ợc chiều. Tất nhiên trong trong tr−ờng hợp này, đại l−ợng tổng của biên độ giao động a 0 sẽ bằng không và rô to đ−ợc cân bằng động hoàn toàn. a 0 = a mcb + a cb = 0 Nếu nh− vectơ a mcb thể hiện biên độ rung của khối l−ợng mất cân bằng Pmcb (hình 5.7), thì vectơ a 1 là độ rung tổng của các lực ly tâm do Pmcb tạo nên và gia trọng thử Pth gắn trên cánh động, tức là a 1 = a mcb + a th. Hiệu a 1 - a mcb = a th phản ánh độ rung phát sinh chỉ do Pth gây nên. 59 β β Hình 5.7. Xác định đại l−ợng và vị trí đặt gia trọng cân bằng. Để khắc phục độ rung a mcb, vectơ a 1 - a mcb phải tác dụng trên 1 đ−ờng thẳng đối chiều với a mcb. Đại l−ợng của vectơ a 1 - a mcb phải bằng đại l−ợng của a mcb. Muốn thế cần quay vectơ a 1 - a mcb một góc β (hình 7.5) và nhân chiều dài của nó với tỷ số mcb1 mcb aa a − . Pcb = mcb1 mcb th aa aP − (5.7) Tháo gia trọng thử Pth ra, thay bằng gia trọng cân bằng Pcb và gắn lên vòng tròn đã đặt gia trọng thử Pth, nh−ng quay đi một góc β (hình 5.7). Nh− vậy là sẽ sinh ra biên độ a cb do gia trọng cân bằng gây nên. Nó sẽ bằng nh−ng đổi chiều trên một đ−ờng thẳng với biên độ a mcb. Đại l−ợng của gia trọng thử Pth đ−ợc xác định sao cho lực ly tâm do nó sinh ra gần bằng 20% tải trọng tĩnh của trọng l−ợng Qr của rô to. Tải trọng tĩnh trên ổ đỡ của máy có 2 gối đỡ bằng 0,5Qr (hình 5.8). Vậy tải trọng động trên gối đỡ do gia trọng thử Pth bằng: g2 RPQ.5,0.2,0 2 th r ω= và đại l−ợng của gia trọng thử gần bằng: R Q2P 2 r th ω= Trong đó: R – bán kính đặt gia trọng thử (m). Hình 5.8. Xác định đại l−ợng gia trọng thử. 60 Đối với quạt công sôn cũng tính gia trọng thử nh− vậy. H−ớng vectơ rung có thể xác định t−ơng đối chính xác theo “điểm cao” (nếu có máy đo pha thì không cần xác định điểm cao nữa) của trục bằng kim vạch trên đoạn trục có xoa phấn màu nằm gần gối đỡ. Có thể tiến hành cân bằng động theo trình tự sau đây: 1. Làm sạch một đoạn trục (khoảng 80 mm) gần phía gối đỡ, đánh dấu 4 – 6 điểm cách đều nhau và trùng với mép ra của quạt. Đánh số các điểm ấy (hình 5.9). Sau đó xoa một lớp phấn màu mỏng lên đoạn trục này. 2. Cho rô to chạy với số vòng định mức và dùng kim vạch nhọn ghi lên đoạn trục có xoa phấn màu 5 – 7 vết cách nhau 5 – 7 mm. Kim vạch đ−ợc đặt ở mặt phẳng ngang theo chiều trục quay (hình 5.9). Vết vạch càng ngắn càng tốt. Đồng thời dùng đồng hồ đo độ rung xác định α Hình 5.9. Xác định “điểm cao”. I - Đoạn trục có xoa phấn màu, II – Vết của kim vạch, III – Vị trí trung bình của “điểm cao”. biên độ dao động a mcb của gối đỡ theo h−ớng ngang và dọc. 3. Ngừng máy. Đánh dấu điểm giữa của từng vạch và bằng mắt th−ờng xác định vị trí của điểm cao. Tiếp theo, đo cung l (hình 5.9) kể từ vạch đầu tiên đến “điểm cao” và tìm đ−ợc góc α: α = D L360 π Trong đó: D - đ−ờng kính đoạn trục. 4. Chọn tỷ lệ nhất định (VD: 0,01 mm rung động bằng 3 mm). Vẽ vòng tròn với 2 lần bằng bán kính biên độ dao động amcb đo đ−ợc lúc khởi động lần thứ nhất. Đặt vectơ a mcb d−ói một góc α (hình 5.10). Sau đó hàn gia trọng thử Pth vào đĩa chính của bánh động trên đ−ờng kính lớn nhất. Gia trọng thử đ−ợc đặt cách vectơ a mcb một góc 90° ữ 100° về phía ng−ợc chiều quay của rô to vì từ thực tế biết rằng vec tơ rung trễ hơn vec tơ kích động cuả trọng khối mất cân bằng 1 góc 40° ữ 50°. 61 Sau đó khởi động lại máy và theo trình tự nh− ở các điểm 2 và 3 sẽ tìm “điểm cao” và biên độ a1. Theo đại l−ợng và h−ớng của vectơ a mcb và a1 sẽ dựng đồ thị để xác định đại l−ợng và vị trí đặt gia trọng cân bằng Pcb (hình 5.10). Khi đặt gia trọng cân bằng thì phải gỡ gia trọng thử Pth đi. Nếu sau khi đặt gia trọng cân bằng độ rung vẫn còn lớn thì tiếp cân bằng lại. Đại l−ợng biên độ rung kép không đ−ợc v−ợt quá các giá trị sau đây: Số vòng trong 1 phút 1500 1000 750 Biên độ rung kép cho phép (mm) 0,1 0,12 0,14 α α Hình 5.10. Trình tự dựng đồ thị. 1. Ghi vectơ rung a mcb, 2. Ghi vị trí của gia trọng thử, 3. Ghi vectơ rung a 1 và xác định đại l−ợng và h−ớng của vectơ a 1- a mcb, 4. Đặt gia trọng cân bằng theo h−ớng vectơ a 1- a mcb trên bán kính đã đặt gia trọng thử. IV. Ví dụ tính toán cân bằng động. Xác định đại l−ợng và vị trí đặt gia trọng cân bằng cho quạt với trọng l−ợng rô to là Qr = 3100 KG, làm việc với số vòng quay n = 730 vg/ph. Mở máy chạy đến số vòng định mức, đo biên độ rung do mất cân bằng: amcb = 0,43 mm. H−ớng của vec tơ rung đ−ợc xác định theo “điểm cao”: Lmcb = 68 mm, αmcb = 30° so với vạch đầu tiên trên trục. Xác định gia trọng thử và sẽ đặt bán kính R = 1,5 m. 7,0 5,176 100,3.2 R Q2 P 22 r th ==ω = , kG Hàn gia trọng thử lên bán kính R = 1,5 m tại vị trí cách “điểm cao” đầu tiên một góc β = 100° theo h−ớng ng−ợc chiều quay. Mở máy lần thứ hai, xác định “điểm cao” thứ hai: 62 L1 = 145 mm, ο64 260. 145.360 =π=α Đồng thời đo đ−ợc độ rung a1 = 0,28 mm do khối l−ợng mất cân bằng và gia trọng thử gây nên. Chấp nhận tỷ lệ: 2mm = 0,01 mm độ rung. α=64° Hình 5.11. Xác định đại l−ợng và vị trí đặt gia trọng cân bằng cho bánh động của quạt. 1, 2, 3, 4, 5, 6 – Mép ra của cánh đ−ợc chuyển lên trục. Vẽ vòng tròn bán kính 86 mm và dựng đồ thị vectơ (hình 5.11) và từ đó xác định đại l−ợng và vị trí đặt gia trọng cân bằng Pcb: Pcb = mcb1 mcb th aa aP − Trong tr−ờng hợp này, chiều dài của vectơ a mcb = 86 mm và a 1- a mcb = 48 mm, cho nên gia trọng cần cân bằng đó là: Pcb = 2,1 48 86 7,0 = , kG Nó đ−ợc gắn lên bán kính R = 1,5 m và dịch đi 1 góc β = 40° so với gia trọng thử. Đến lần khởi động thứ ba, độ rung chỉ còn a = 0,1 mm, bé hơn giá trị cho phép (0,14 mm). Kết thúc cân bằng động. 63 phần vi. Quy trình công nghệ chế tạo bánh công tác quạt ly tâm Bánh công tác là chi tiết quan trọng nhất của quạt ly tâm, nó quyết định đặc tính làm việc của quạt và là chi tiết chế tạo phức tạp nhất của quạt. Việc chế tạo chính xác bánh công tác của quạt sẽ đảm bảo đặc tính năng l−ợng và đặc tính bền của quạt. Vì vậy trong công nghệ chế tạo chúng tôi xét chủ yếu công nghệ chế tạo bánh công tác của quạt. I. Ph−ơng pháp tạo phôi. Để chế tạo bánh công tác của quạt tr−ớc tiên ta phải tạo phôi bánh công tác. Phôi bánh công tác của quạt đ−ợc tạo ra bằng cách hàn ghép đĩa tr−ớc, đĩa sau và các lá cánh với nhau. Các chi tiết này đ−ợc chế tạo riêng biệt từ thép tấm theo các yêu cầu sau: I. Cánh bánh công tác. Các lá cánh đ−ợc chế tạo ra phải có biên dạng đúng với bản vẽ. Để đảm bảo yêu cầu này trong quá trình tạo phôi phải chế tạo bộ d−ỡng kiểm tra, làm chuẩn thống nhất để kiểm tra toàn bộ các lá cánh. Các lá cánh đ−ợc chế tạo ra yêu cầu phải có biên dạng giống nhau và trọng l−ợng nh− nhau. Lá cánh có độ dầy 12mm nên việc tạo biên dạng cánh dẫn không khó khăn lắm. Mép vào lá cánh đ−ợc vê tròn, có thể mài bằng máy mài cầm tay, theo bán kính cho trong bản vẽ. 2. Đĩa tr−ớc. Đĩa tr−ớc của bánh công tác có hình nón cụt, đ−ợc chế tạo từ phôi thép tấm dầy 15mm. Yêu cầu tr−ớc khi cắt phôi phải khai triển tạo phôi hình nón cụt theo ph−ơng pháp tạo hình. Vì đ−ờng kính của phôi lớn (Φ = 2450mm) nên phôi đ−ợc ghép lại từ các tấm tôn bằng ph−ơng pháp hàn. Yêu cầu mối hàn ≥7x7 về cả hai phía, ngấu đều, không rỗ xỉ và nứt. Các mối hàn đ−ợc kiểm tra bằng ph−ơng pháp siêu âm. Đ−ờng hàn đ−ợc mài phẳng tr−ớc khi đ−a phôi vào máy cán hoặc máy dập để tạo hình nón cụt theo thiết kế. Cuối cùng sửa nguội hàn giáp mối tạo phôi liền. Phôi phải có kích th−ớc đúng theo bản vẽ. Sai số kích th−ớc các đ−ờng sinh cho phép không quá ± 1mm. 3. Đĩa sau. Đĩa sau là một tấm phẳng hình tròn Φ2450mm, đ−ợc chế tạo từ thép tấm dầy 25mm. Phôi đ−ợc ghép lại từ các tấm rời bằng ph−ơng pháp hàn. Yêu cầu mối hàn ≥ 12x12 về cả hai phía, ngấu đều và đ−ợc kiểm tra nh− đĩa tr−ớc. Sau khi tạo phôi các mối hàn phải đ−ợc mài phẳng. Yêu cầu sau khi tạo phôi độ không phẳng ≤ 0,4/1m chiều dài. Sau khi kiểm tra phôi đạt yêu cầu, chuyển sang b−ớc lấy dấu để gá hàn với các lá cánh. Đây là nguyên công quan trọng quyết định chất l−ợng của bánh công tác. Nguyên công gồm các b−ớc sau: - Xác định tâm của đĩa. - Vạch dấu đ−ờng kính Φ500, Φ800 và Φ1200 (vị trí mép vào cánh dẫn). - Trên đ−ờng kính Φ500 lấy dấu 12 lỗ để khoan lỗ Φ34. - Trên đ−ờng kính Φ800 lấy dấu 8 lỗ để khoan lỗ Φ18. - Trên Φ1200 lấy dấu vị trí mép vào của cánh theo b−ớc cánh t1 (11 cánh). 64 - Xác định vị trí của lá cánh đầu tiên theo bản vẽ đảm bảo góc nghiêng đặt cánh, góc vào, góc ra của lá cánh. Sau khi xác định đ−ợc mép ra của cánh dẫn đầu tiên, tiến hành chia b−ớc cánh t2. - Trên các vị trí đã đánh dấu gá lần l−ợt các lá cánh bằng hàn điểm. Kiểm tra điều chỉnh, sau đó hàn chắc các lá cánh với đĩa sau. Các mối hàn yêu cầu phải ngấu đều, không rỗ xỉ, kích th−ớc 6x6 về 2 phía. - Kiểm tra nghiệm thu sơ bộ. * Độ không vuông góc của lá cánh với đĩa sau ≤ 0,1mm. * Kiểm tra b−ớc của các cánh dẫn ở lối vào của bánh công tác. Sai lệch b−ớc cánh không đ−ợc v−ợt quá ± 2mm. * Kiểm tra chiều rộng giữa các lá cánh bằng cách đo khoảng cách từ mép vào và mép ra của các lá cánh tới vị trí gần nhất của mặt sau lá cánh liền kề. Sai lệch các khoảng cách này không đ−ợc v−ợt quá ± 2mm. - Sau khi hàn các cánh dẫn với đĩa sau tiến hành hàn các cánh dẫn với đĩa tr−ớc. Chú ý tr−ớc khi hàn phải thực hiện các b−ớc sau: * Tiện đầu các lá cánh để đảm bảo các lá cánh có độ cao nh− nhau. * Lấy dấu mép vào trên đĩa tr−ớc để gá và hàn đính. * Sau khi hàn đính kiểm tra và điều chỉnh lại vị trí các lá cánh rồi hàn chắc chắn các cánh dẫn với đĩa tr−ớc. Trong khi hàn nên hàn đối xứng tránh cánh dẫn bị cong vênh. Sau khi hàn tiến hành kiểm tra các mối hàn nh− tr−ớc. II. Gia công cơ. Bánh công tác đ−ợc gia công trên máy tiện đứng. Bánh công tác đ−ợc gá đặt và định tâm trên bàn quay. - Đặt vành ngoài (đĩa tr−ớc) xuống d−ới và định tâm theo dấu đã vạch sao cho tâm đã lấy dấu của bánh công tác trùng với tâm bàn quay. Kiểm tra độ phẳng của đĩa sau bằng đồng hồ so. - Kẹp chặt chi tiết bằng cách hàn thêm các chi tiết phụ vào đĩa tr−ớc và kẹp chặt với bàn máy. - Dùng dao tiện thích hợp để gia công lỗ moay ơ và vành ngoài đ−ờng kính Φ2400. - Khoan các lỗ Φ34, Φ18 theo dấu đã vạch. - Lật ng−ợc chi tiết để gia công tiếp các mặt còn lại Φ1260 và Φ1200 (chú ý khi quay đầu chi tiết cũng phải chỉnh tâm lại tr−ớc khi kẹp chặt). Dùng lỗ moay ơ Φ300 làm chuẩn để tiện kích th−ớc Φ1260 và Φ1200. III. Cân bằng bánh công tác sau khi gia công cơ. Bánh công tác sẽ đ−ợc cân bằng tĩnh và cân bằng động sau khi gia công cơ. 1. Cân bằng tĩnh bánh công tác. Bánh công tác cần đ−ợc tiến hành cân bằng tĩnh bằng một trong các ph−ơng pháp cân bằng tĩnh thông th−ờng (xem phần V). Phần kim loại d− làm mất cân bằng bánh công tác đ−ợc lấy đi bằng máy phay ngón hoặc bằng máy mài. 2. Cân bằng động bánh công tác. Cân bằng động đ−ợc thực hiện sau khi đã cân bằng tĩnh bánh công tác. Ph−ơng pháp cân bằng động rô to của quạt đ−ợc giới thiệu trong phần sau (Phần V). L−ợng mất cân bằng cho phép D ≤ 40gcm. 65 IV. Kiểm tra và nghiệm thu. Độ chính xác gia công về kích th−ớc và hình dạng hình học của bánh công tác có ảnh h−ởng trực tiếp đến chất l−ợng vận hành của máy. Vì thế nên trong quá trình chế tạo quạt, ngoài việc nghiệm thu sau mỗi b−ớc gia công ng−ời ta còn cần kiểm tra lần cuối sau khi đã gia công cơ xong hoàn toàn. Nội dung của việc kiểm tra nghiệm thu lần cuối nh− sau: 1. Kiểm tra đ−ờng kính lỗ moay ơ. 2. Kiểm tra đ−ờng kính ngoài và các kích th−ớc khác của bánh công tác. 3. Kiểm tra lại b−ớc cánh và chiều rộng giữa các lá cánh. Kết luận Đề tài thiết kế quạt công nghiệp đã thực hiện đ−ợc đầy đủ các nội dung bao gồm: - Nghiên cứu tổng quan về quạt ly tâm cao áp sử dụng trong công nghiệp sản xuất xi măng và về các ph−ơng pháp tính toán thiết kế quạt. - Tổng hợp, lựa chọn, xây dựng ph−ơng pháp tính toán thiết kế quạt ly tâm và xây dựng ch−ơng trình tính toán thiết kế quạt. - Nghiên cứu ph−ơng pháp tính toán chảy bao l−ới cánh: xác định phân bố vận tốc và áp suất theo chu tuyến prôphin để đánh giá khả năng và đặc tính làm việc của quạt. - Tính toán các thông số hình học cơ bản của quạt để khẳng định tính đúng đắn của ph−ơng pháp tính toán thiết kế đã lựa chọn xây dựng. - Tính toán thiết kế quạt mới với các thông số Q = 1230m3/ph, p = 8916Pa. - Tính toán động học l−ới cánh để phân tích so sánh hai dạng prôphin cánh: dạng cánh thẳng và dạng cánh cong. - Nghiên cứu ph−ơng pháp tính bền và tiến hành tính bền chi tiết quan trọng đặc tr−ng của quạt là bánh công tác của quạt. - Xây dựng ph−ơng pháp cân bằng tĩnh và động bánh công tác của quạt. - Nghiên cứu lập quy trình công nghệ chế tạo bánh công tác quạt ly tâm. Các két quả nghiên cứu của đề tài sẽ là tài liệu tham khảo tốt cho việc tính toán thiết kế, chế tạo và sửa chữa quạt ly tâm cao áp phục vụ cho công nghiệp sản xuất xi măng và các ngành công nghiệp khác. Kiến nghị: Việc tính toán thiết kế quạt công nghiệp cao áp và đánh giá đặc tính cũng nh− khả năng làm việc của quạt là một vấn đề phức tạp cần phải có các nghiên cứu thực nghiệm mới có thể đánh giá chính xác đ−ợc. Vì vậy việc thiết kế chế tạo quạt cần đ−ợc tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện và nhất là cần có các nghiên cứu thực nghiệm và ứng dụng thực tế. Công trình này đ−ợc hoàn thành trong khuôn khổ đề tài KHCN cấp Nhà n−ớc mã số KC-06-07 CN. Chúng tôi xin chân thành cám ơn Bộ KHCN, Tổng Công ty Cơ khí Xây dựng, Ban chủ nhiệm Ch−ơng trình KC-06 và Ban chủ nhiệm đề tài KC-06-07 đã tạo điều kiện và giúp đỡ chúng tôi trong việc thực hiện đề tài này.