Thiết kế hệ thống xử lý bụi cho khâu nhập clinker của nhà máy xi măng Hải Vân

ống. Trong công nghiệp, người ta còn sử dụng thiết bị lọc điện ướt, trong đó việc làm sách các điện cực được thực hiện bằng cách tưới qua các vòi phun. Thiết bị lọc điện ướt được ứng dụng để thu hồi bụi, sương các axit khách nhau. Hiệu quả của thiết bị lọc điện phụ thuộc tính chất của bụi và khí, vận tốc và tính đồng đều phân phối dòng bụi trong tiết diện thiết bị. Hiệu thế càng cao và vận tốc khí càng thấp, hiệu quả thu hồi bụi càng cao. Thiết bị lọc điện có thể xử lý một thể tích khí lớn với các hạt bụi kích thước từ (0,01÷100) [mm ], chịu được nhiệt độ lên đến (400÷500)0C. Trở lực của thiết bị lọc điện khoảng 150 Pa. Tiêu hao điện năng cho xử lý 100m3 khí khoảng (0,36÷1,8).106J. Bụi có độ dẫn điện càng cao thì hiệu quả thu hồi càng lớn. Ưu điểm: - Hiểu quả xử lý cao đối với bụi có kích thước bé từ 0,5 đến 8mm. - Trở lực của thiết bị nhỏ. Nhược điểm: - Hiệu quả lọc thấp đối với hạt bụi có kích thước lớn. - Thành phần khí và bụi ảnh hưởng đến độ dẫn của nó. Khi độ ẩm của khí tăng, điện trở riêng phần của bị giảm. Nồng độ của SO2 và NH3 khoảng vài phần ngàn hay vài phần trăm trong khí cũng làm tăng đáng kể độ dẫn điện của bụi. Nếu vận tốc khí trong thiết bị lọc tăng thì hiệu quả xử lý giảm và ngoài ra còn tăng khả năng lôi cuốn bụi theo dòng khí. - Giá thành cao. - Yêu cầu rất nghiêm ngặt về an toàn điện (do điện thế sử dụng là rất lớn) 3.2 Chọn loại thiết bị xử lý bụi. Việc chọn loại thiết bị tối ưu để làm sạch khí là vấn đề phức tạp, phụ thuộc vào rất nhiều thông sô. Đó là các thông số hoá lý và công nghệ của khí thải, thông số công nghệ và thiết kế của thiết bị thu hồi bụi, thông số kinh tế và các tính đặc trưng khác của thiết bị. Các thông số quan trong chủ yếu là độ phân tán, độ sạch yêu cầu, nhiệt độ, độ ẩm, tính ăn mòn của khí. Thông thường hiệu quả xử lý của thiết bị liên quan chặt chẽ với chi phí năng lượng và kích thước thiết bị. Độ sạch yêu cầu càng cao, chi phí đầu tư cho hệ thống xử lý và vận hành thiết bị càng cao. Khi chọn thiết bị thu hồi bụi cần quan tâm đến các chỉ số cơ bản sau. - Thiết bị hoạt động trên cơ chế lắng bụi khô trọng lực, quán tính, ly tâm là rẻ nhất, nhưng chỉ thu hồi bụi khô (có kích thước >10mm), Thường chúng chỉ đóng vai trò xử lý bụi sơ bộ. - Đa số thiết bị lắng bụi ướt có thể cho hiệu quả cao khi kích thước bụi trung bình (>1mm). Muốn thu hồi bụi mịn hơn phải tăng lưu lượng nước (tốn năng lượng). Ngoài ra, cần phải xử lý nước thải và chống ăn mòn thiế bị. - Thiết bị lọc điện có thể cho hiệu quả cao ngay cả khi bụi phân tán cao (nhỏ hơn 1mm). Tuy nhiên cần phải kiểm soát khí thải vì nhiệt độ, độ ẩm, vận tốc khí ảnh hưởng nhiều đến hiệu quả của thiết bị lọc điện. - Thiết bị lọc bụi qua vách ngăn cho hiệu quả cao nhất đối với bụi phân tán cao, nhưng cũng cần giữ các thông số khí thải trong giới hạn nhất định. Vốn đầu tư thiết bị này nhỏ hơn thiết bị lọc điện nhưng chi phí vận hành lớn hơn. Với loại bụi Clinker là loại bụi công nghiệp với nồng độ bụi là 2,8(g/m3). Với kích thước hạt từ (1 ÷ 50) mm. Do đó ta chọn thiết bị xử lý bụi kiểu lọc công nghiệp vì nó ứng dụng cho bụi công nghiệp có nồng độ bụi dưới 60(g/m3) với kích thước hạt lớn hơn 0,5mm. Vật liệu lọc thường được phục hồi. Đề xuất phương án xử lý bụi ở khâu nhập clinker của nhà máy. 3.3.1. Phương án 1. Hình 3-17 Phương án 1. 1-Xe tải vân chuyển; 2-Phễu chứa Clinker; 3,5-Chụp hút; 4,7-Ống hút; 6-Lọc bụi; 8-Cửa đẩy; 9- Quạt hút; 10-Băng tải vân chuyển; 11-Đông cơ dẫn động băng tải; 12-Gầu tải. Với phương án này thì quạt hút được đặt sau lọc bụi. Bụi sau khi được xử lý được tách ra khỏi dòng khí bẩn rơi xuống buồng chứa. Tại đây bụi được hòa lẫn vào nước và được đưa ra ngoài theo đường nước thải. Ưu điểm: - Kết cấu thiết bị vận chuyển bụi sau khi xử lý thì đơn giản. Nhược điểm: - Không tận dụng được bụi sau khi xử lý. - Phải xử lý nước thải, do đó làm tăng quá trình xử lý. 3.3.2. Phương án 2. Hình 3-18 Phương án 2. 1-Xe tải vân chuyển; 2-Phễu chứa Clinker; 3,5-Chụp hút; 4-Ống hút; 6-Lọc bụi; 8,7- Ống thổi- 9- Quạt hút; 10-Vít vận chuyển;11- Động cơ điện; 12-Van lật; 13-Băng tải vân chuyển; 14-Đông cơ dẫn động băng tải; 15-Gầu tải. - Vơi phương án này thì quạt hút được đặt trước thiết bị lọc bụi. Bụi sau khi được tách khỏi dòng khí bẩn được vít tải vận chuyển xuống băng tải để tái sử dụng. Ưu điểm: - Bụi được tái sử dụng sau khí xử lý. - Quá trình xử lý không có công đoạn xử lý nước thải, do đó rút ngăn quy trình xử lý. Nhược điểm: - Quạt đặt trước thiết bị lọc do đó phải làm việc trong điều kiện dễ bị mài mòn. - Giảm tuổi thọ của quạt. - Thiết bị lọc bụi làm việc trong hệ thống thổi do đó hiệu xuất xử lý bụi sẽ giảm và việc vận chuyển bụi sau khi xử lý sẽ gặp nhiêu khó khăn. 3.3.3. Phương án 3. Hình 3-19 Phương án 3 1-Xe tải vân chuyển; 2-Phễu chứa Clinker; 3,5-Chụp hút; 47,-Ống hút; 6-Lọc bụi; 8- Miệng thổi- 9- Quạt hút; 10-Vít vận chuyển;11- Động cơ điện; 12-Van lật; 13-Băng tải vân chuyển; 14-Đông cơ dẫn động băng tải; 15-Gầu tải. Với phương án 3 thì quạt hút được đặt sau thiết bị lọc bụi. Phướng án này sẽ khắc phục được các nhược điểm của 2 phương án trên như: Rút ngắn quy trình xử lý bụi. Tận dụng lại bụi sau khi xử lý. Tăng hiệu quả xử lý bụi. Tăng tuổi thọ của quạt hút. Vận chuyển bụi sau khi xử lý trở lên đơn giản hơn. Tuy nhiên vơi phương án này thì chi phí lắp đặt thiết bị cao hơn so với phương án 1. Trong 3 phương án trên thì phương án 3 có ưu điểm nhất. Vì vậy em chọn phương án 3 để thiết kế hệ thống xử lý bụi cho khâu nhập Clinker của nhà máy. 3.4. Chọn các thiết bị phụ khác. 3.4.1. Chọn đường ống hút. 3.4.1.1. Yêu cầu chung đối với ống dẫn khí. Bằng vật liệu khó cháy hoặc không cháy, tuỳ theo yêu cầu sử dụng. Không thấm nước, hút ẩm và không khí. Cách nhiệt tốt khi vận chuyển chất nhiệt độ cao. Bề mặt trong nhẵn để giảm ma sát. Có tiết diện và hình thang thích hợp để sức cản bé tiết kiệm vật liệu, mĩ quan, tiện bố trí. Tốt nhất là dùng loại tròn, vuông. Loại chữ nhật càng dẹt càng bất lợi. 3.4.1.2. Phân loại, cách bố trí và chọn loại đường ống. Hệ thống dẫn khí chia làm hai loại chính: kiểu kênh ngầm và kiểu treo. a)Hệ thống kiểu kênh ngầm: Hình 3-20 Hệ thống kênh ngầm. a) Ốp ở góc tường; b) Đặt trong tường dày; c) Đặt ở sát tủ tường. Vật liệu là gạch xây hoặc bê tông. Kênh có thể đặt dưới nền kết hợp bố trí cả các đường dây cáp điện, dây điện thoại, ống nước vv…, có thể đặt trong tường dầy hoặc ốp ở góc tường, ở sát tủ tường. Kênh dẫn gió ngầm đặt dưới sàn thường để dẫn gió hồi, rất ít khi làm ống dẫn gió cấp. Vì không khí đã xử lí đi trong kênh ngầm dễ bị ô nhiễm bởi ẩm và mốc. Trường hợp cần thiết lắm phải dung thì phải xử lý chống thấm thật cẩn thận. b) Hệ thống kiểu treo. Hình 3-21 Hệ thống kiểu treo. Vật liệu thường bằng tôn, tôn tráng kẽm dày (0,5÷1,5) [mm]. Có thể dung tôn đen sơn chống gỉ hoặc chất dẻo. Các ống dẫn khí lạnh thường bọc lớp vật liệu cách nhiệt (bông thuỷ tinh, stiropo) phía ngoài bọc lớp màng nhôm mỏng chống ẩm. Ngoài cùng bọc lưới thép mỏng bảo vệ chống chuột bọ ngậm nhấm. Nếu ống dẫn đi dưới trần trong phòng thì không cần bọc cách nhiệt. Các ống dẫn được chế tạo thành từng đoạn ngắn lắp nối bằng mặt bích có đệm cao su. Việc treo đỡ ống sát trần hoặc tường, bằng dầm đỡ hoặc hình thức kết cấu phụ thuộc cảnh quan kiến trúc. Hình dáng ống dẫn kiểu treo khá đa dạng. Tiết diện chữ nhật được dung phổ biến hơn vì dễ chế tạo, nhất là các đoạn cút , tê, tiết kiếm không gian treo đỡ ống. Các ống dẫn gió có lưu lượng thay đổi được chế tạo thay đổi tiết diện ngang bằng thay đổi kích thước đều đặn hoặc hạ bậc. vơi tiết diện vuông và chữ nhật có kích thước 1 chiều của tiết diện ngang để treo, ốp. c) Chọn đường ống. Với hệ thống làm việc như trên ta chọn ống dẫn khí kiểu treo và tiết diện ngang là hình chữ nhật. Với cách chọn như vậy thì thiết bị dễ chế tạo và lắp đặt hơn. 3.4.2. Chọn miệng hút. a) Các loại miệng hút: Trường hợp thông gió chung miệng hút đặt ngay trên thành ống dẫn. Trường hợp hút cục bộ thì đặt miệng hút tại chỗ. Các thiết bị hút gió cục bộ bao gôm: - Chụp hút: (Hình 3-22) dung để hút các chất khí thải nhẹ bốc lên phía trên (hơi nóng, khói, bụi và hới độc nhẹ hơn không khí). Chụp hút hình chóp nón hoặc tháp cụt lắp trên các nguồn khí thải cách nền từ (1,6÷1,8) [m]. Ống dẫn cần phải đủ lớn để hút hết khí thải và khí sạch tràn theo. Hình 3.22 Miệng hút kiểu chụp hút. - Tủ hút: có loại hở như (hình 3-23) đặt phía trên hoặc bên cạnh vật sản độc hại. Có loại kín (hình 3-23b) bao trùm kín vật sản độc hại có cửa quan sát. Cửa hút của tủ hở có thể ở mặt bên, ở dưới hoặc kết hợp nhằm thải khí độc hại hoặc bụi trực tiếp tại vị trí làm việc nằm trong phạm vi của tủ hút. Ví dụ như các tủ hoá chất và tủ hàn các chi tiết nhỏ. Hình 3-23 Miệng hút kiểu tủ hút. - Phễu hút: dung để thu bụi nặng ở các thiết bị công nghệ như máy mài, máy phay hoặc máy sợi con vv…Phễu hút gắn liền máy công nghệ (hình 3-24). Để thu bụi ở các máy có kích thước trung bình, tốc độ dòng không khí trong ống hút phải ³30[m/s]; đường kính ống hút ³ 40[mm]. Hình 3-25 Miệng hút kiểu phễu. - Miệng hút cục bộ: dùng cho quá trình công nghệ không thể bọc kín thiết bị thải chất độc hại được (ví dụ để điện phân, bệ mạ kim loai vv…). Miệng hút bố trí dọc theo cạch dài của bể ở 1 phía đối với bể hẹp và hai phía đối với bể rộng. Hình 3-26 Miệng hút cục bộ. b) Chọn kiểu miệng hút. Đối với loại bụi với lưu lượng thải ra lớn, tập trung chủ yếu ở vị trí phía trên nguyên liệu sau khi đổ. Do đó ta chọn loai miệng hút kiểu chụp hút. 4. Tính toán hệ thống xử lý bụi của khâu nhập Clinker. 4.1. Tính toán lượng bụi sinh ra ở khâu nhập Clinker. 4.1.1. Sơ đồ xử lý bụi của khâu nhập Clinker. Hình 4-1 Sơ đồ xử lý bụi cho khâu nhập Clinker. 1-Xe tải vân chuyển; 2-Phễu chứa Clinker; 3,5-Chụp hút; 4,7-Ống hút; 6-Lọc bụi; 8- Miệng thổi- 9- Quạt hút; 10-Vít vận chuyển;11- Động cơ điện; 12-Van lật; 13-Băng tải vân chuyển; 14-Đông cơ dẫn động băng tải; 15-Gầu tải. Clinker được xe tải 1 vận chuyển từ khu vực tập kết của nhà máy, đến đổ vào trong phếu chứa 2. Clinker tiếp tục được đưa xuống băng tải nhờ cơ cấu định lượng được điều khiển bằng tay. Sau khi đổ vào trong phễu và xuống băng tải do Clinker có các kích thước hạt hạt khác nhau nên những hạt có kích thước nhỏ (bụi) sẽ bay lên tạo ra các hạt bụi lơ lửng trong khoang của phễu chứa và trên băng tải. Nếu như không có thiết bị xử lý bụi thì phần bụi này sẽ khuếch tán ra ngoài không khí theo chiều gió phát tán đến nới khác trong nhà máy cũng như trong khu vực dân cư. Bụi này sẽ làm ô nhiêm nghiêm trọng đến môi trường không khí. Ảnh hưởng đến công việc của công nhân và cuộc sống của người dân. Do đó nhất thiết phải có hệ thống xử lý bụi cho khâu nhập Clinker. Sơ đồ xử lý bụi được mô tả như (hình 4-1). Bụi trong khoang phễu và phần trên của băng tải được hút qua các chụp 3, 5; đường ống hút 4 và đến thiết bị lọc bụi 6. Tại thiết bị lọc 6 thì bụi được giữ lại tại đây còn không khí tiếp tục đi đến đường ống 7; quạt hút và đi ra ngoài không khí qua cửa thổi 9. Để tạo ra được lực hút các hạt bụi thì ta sử dụng quạt hút 10 được dẫn động bằng động cơ điện. Bụi sau khi bám vào lớp lọc thì sau một khoảng thời gian sẽ được làm sạch nhờ cơ cấu làm sạch. Toàn bộ bụi rơi xuông đáy của thiết bị, bụi được vít vận chuyển 11 đưa đến cử xả và tại đây bụi được đưa xuống băng tải 13 qua van lật12. 4.1.2. Tính toán lưu lượng sinh ra. Khối lượng bụi gây ra ô nhiễm được xác định theo tài liệu [4] như sau: [kg/h]. (3.1) Lưu lượng thải ra của bụi được xác định như sau: [m3/h]. (3.2) Thế công thức (3.1) vào công thức (3.2) ta xác định được lưu lượng bụi sinh ra. [m3/h]. Trong đó: a- hệ số ô nhiễm dùng cho nhà máy xi măng, được xác định theo tài liệu [7], a = 0,07 [kg/tấn nguyên liệu]. C- nồng độ ô nhiễm, được xác định theo tài liệu [7], C=2,8[g/m3]. m- lượng nguyên liệu đưa vào khâu nhập Clinker, xác định theo tài liệu [7], m = 300[tấn/h]. Tại vị trí Clinker đổ từ xe tải vào phễu. [m3/h]. Tại vị trí Clinker từ phễu rơi xuống băng tải. [m3/h]. Lưu lượng bụi tổng cộng phát sinh của khâu nhập Clinker là: Q = Q1 + Q2 = 7500+7500= 15000 [m3/h]. 4.2. Tính toán thiết kế thiết bị lọc bụi và đường ống. 4.2.1. Tính toán thiết kế thiết bị lọc bụi. Các thông số tính toán bao gồm: Lưu lượng khí cần lọc là: 15000 [m3/h]. Nhiệt độ khí lớn nhất cần lọc sạch là: 300C. Nồng độ bụi trong khí là: C = 2,8 [g/m3]. Khối lượng riêng của không khí là: r = 1,2 [kg/m3]. Chọn vật liệu lọc: Tiêu chí để chọn vật liệu lọc là: Hiệu quả lọc cao. Hệ số cản của vật liệu lọc nhỏ. Tuổi thọ cao. Giá thành rẻ. Với tiêu chí trên ta chọn vật liệu lọc là vải bông. Theo tài liệu [2] có các thông số sau: Trọng lượng của vải là: 352,5 [g/m2] Phụ tải riêng của thiệt bị lọc: V = 86,4 [m3/m2.h]. Hình 4-2 Sơ đồ nguyên tắc lọc bụi. Diện tích bề mặt lọc cần cần thiết: [m2] Trong đó: Q- là lưu lượng của khí cần lọc, Q = 15000 [m3/h]. V- phụ tải riêng của vải lọc, V = 86,4 [m3/m2.h]. Hình 4-3 Kích thước làm việc của túi lọc. l) Chiều dài làm việc của túi lọc; d) Đường kính của túi lọc. Diện tích làm việc của một túi vải lọc tính theo công thức sau: [m2] (3.3) Trong đó: d- đường kính của túi lọc, chọn d = 100 [mm]. l- chiều dài làm việc của túi lọc, chọn l=2250[mm]. Suy ra: [m2] Số túi vải cần lọc được tính theo công thức sau: [túi]. Do trong quá trình làm việc có sự tại sinh túi lọc do đó sẽ có một hàng túi sẽ tạm thời không làm việc do đó ta cần phải thêm một hàng túi lọc vào nữa. Vì vậy ta chọn số túi lọc là: n = 260 túi, số túi lọc được chia làm 13 hàng, mỗi hàng là 20 túi. Hình 4-4 Cách bố trí túi lọc trên mặt cắt ngang của thiết bị. y- Khoảng cách từ túi lọc đến thành của thiết bị; x- Khoảng cách giữa hai tâm của túi lọc; a-Chiều dài của tiết bị; b-chiều rộng của thiết bị. Từ các thống số của túi lọc ta có thể tính toán được kích thước cơ bản của thiết bị lọc như sau: Chiều dài của thiết bị: Trong đó: a- chiều dài của thiết bị, [mm] . n’- Số túi lọc trên một hàng, n’= 20. x- khoảng cách giữa hai trục của túi lọc, x=220[mm]. y- khoảng các giữa thành thiết bị và túi lọc, y=100[mm]. d- đường kính của túi lọc, d = 100 [mm]. Vậy: [mm]. Chiều rộng của thiết bị lọc là: [mm]. Hình 3-5 Các kích thước cơ bản của thiết bị lọc. Tuỳ thuộc vào chiều cao của túi lọc và cách lắp đặt ta chọn các kích thước chiều cao của thiết bị lọc như sau: - h1 = 1000 [mm]. - h2 = 3000[mm]. - h3 = 3200[mm]. - h4 = 1100[mm]. a) b) c) d) e) f) Hình 4-6 Cách lắp ghép một túi loc. a]1- Vải lọc; 2- Các thanh dọc; 3- Vòng ngang; 4- Mép khâu. b)1- Vòng kẹp bằng nhôm; 2- Vòng ngang; 3- Miếng đệm.c)4- Ống thép hình nón; 5- Đầu mép của thang ngang; 6-Vòng ngang; 7- Vòng kẹp bằng nhôm; e] Chụp. Hình 4-7 Các lắp ghép các túi lọc trên thiết bị lọc. 1- Các túi lọc; 2- Giá đỡ túi lọc; 3- Tấm đệm để cố định túi lọc. 4.2.2. Thiết kế hệ thống đường ống hút. Xác định các kích thước của đường ống. Hình 4-8 Kích thước mặt cắt ngang của đường ống. F- Diện tích ngang của đường ống; V- Vận tốc dòng khí trong ống. a, b) Các kích thước chiều dài của mặt cắt ngang của đường ống. Diện tích mặt cắt ngang của đường ống được xác định theo công thức sau: (3.4) Trong đó: F- diện tích ngang của đường ống, [m]. Q- lưu lượng của khí qua đường ống, [m3/s]. V- vận tốc của dòng khí trong đường ống, chọn theo tài liệu [3] [m/s]. V = 4 ÷ 6 [m/s], đối với ống nhánh, chọn V = 6 [m/s]. V = 8 ÷ 10 [m/s], đối với ống chính, chọn V = 8 [m/s]. - Diện tích mặt cắt ngang của đường ống nhánh: [m2]. - Diện tích của đường ống chính là: [m2]. Ta chọn ống dẫn khí có tiết diện là hình chữ nhật. Đối với ống nhánh ta chọn có kích thước 50 x 70 [mm], ống chính có kích thước 70 x 80 [mm]. Chiều dài của đường ống được bố trí như (hình 4-11). 4.2.3. Tính toán thiết kế miệng hút bụi. a) Chọn các kích thước của miệng hút. Việc xác định kích thước của chụp hút phải phụ thuộc vào tốc độ tại miệng hút và không gian bố trí của nó. Hình 4.8 Kết cấu chụp hút. Ta chọn phễu hình tháp cụt để dễ lắp đặt với đường ống hút, kích thước của nó Kích thước của miệng hút là: 1000 x 1000 [mm]. Kích thước của đỉnh miệng hút là: 500 x 700 [mm] Góc nghiêng côn là 300. Xác định vận tốc treo của hạt bụi. Vân tốc treo của hạt bụi là vận tốc nhỏ nhất của dòng khí hút tác dụng lên hạt bụi để hạt bụi lơ lửng trong không khí. Các giả thiết ban đầu: - Các hạt bụi có hình dạng là hình cầu. - Lực ma sát tác dụng lên các hạt bụi là nhỏ hơn rất nhiều so với lực tác dụng lên tiết diện ngang vuông góc với chiều chuyển động của không khí. - Vận tốc tương đối giữa dòng khí và hạt bụi xem như bằng vận tốc của dòng không khí. Điều kiện cơ bản để các hạt bụi có thể lơ lửng trong dòng không khí là: lực tác dụng lên hạt bụi do dòng khí chuyển động từ dưới lên gây ra phải lớn hơn hoặc bằng trọng lượng bản thân của hạt bụi. Hình 4-9 Sơ đồ lực tác dụng lên hạt bụi. G- Trọng lượng của hạt bụi; P- Lực của khí hút tác dụng lên tiết diện ngang F vuông góc với chiều chuyển động của không khí. Lực tác dụng lên tiết diện ngang vuông góc với chiều chuyển động của không khí. Theo tài liệu [4]. [N] (3.5) Trong đó: K0- Hệ số cản không khí, nó phụ thuộc vào dạng hạt bụi và chất lượng bề mặt của nó và phụ thuộc vào mật độ không khí.Theo tài liệu [4] với bụi Clinker và vân tốc của không khí (V £ 10m/s) thì K0 = 0,5 [N.s2/m4]. F- Tiết diện ngang lớn nhất của hạt theo phương trục đối xứng, [m3]. V- Vân tốc của dòng khí, [m/s]. Điều kiện để làm cho các hạt bụi ở trạng thái lơ lửng trong dòng không khí là: (3.6) Trong đó: G- là trọng lượng của hạt bụi, [kg] (3.7) d- đường kính hạt bụi, [m] gh- trọng lượng riêng của hạt bụi, [kg/m3]. Thế công thức (3.5) và (3.7) vào (3.6) ta có. (3.8) Trong đó: g: Trọng lượng riêng của không khí, [N/m3]. Do đó vân tốc treo của hạt bụi được suy ra từ công thức (3.8) như sau: [m/s]. Khi xác định vận tốc treo ta phải xác định cho hạt có kích thước lớn nhất, đối với quá trình nhập Clinker thì đường kính của các hạt bụi nằm trong khoảng từ (5÷50mm) [8]. Trọng lượng riêng của hạt bụi Clinker là gh = 21860 [N/m3] [8]. Do đó vận tốc treo của hạt bụi là: [m/s]. d) Xác định khoảng cách lớn nhất hạt bụi có thể được hút. Các giả thiết ban đầu: - Xung quanh miệng hút thì trường phân bố vận tốc được xem như những mặt cầu tâm là tâm của miệng hút. Lượng hút không khí qua các mặt cầu của trường vận tốc là không đổi. - Diện tích mặt cầu này tỷ lệ với bình phương khoảng cách đến tâm miệng hút. Hình 4-10 Sơ đồ mô tả trường phân bố vận tốc xung quanh miệng hút. 1) Miệng hút; 2)Trường phân bố vận tốc; d) Đường kính tương đương của miệng hút; Vx) Vận tốc hú bụi tại vị trí cách tâm miệng hút một khoảng x; V0 ) Vận tốc hút tại miệng hút. Dựa vào quy luật chuyển động của không khí xung quanh miệng hút và phạm vi tác dụng của nó. Ta xác định được tốc độ trên mặt cầu cách miệng hút x [m], theo tài liệu [3] ta có: (3.9) Trong đó: Vx- vận tốc hút tại vị trí cách tâm miệng hút là x, [m/s]. Kh- hệ số đặc trưng cho mức suy giảm tốc độ dòng khí, tra bảng Kh =1,2. V0- vận tốc hút tại tâm miệng hút. [m/s]. F0- diện tích ngang của miệng hút, [m2]. d0- đường kính tương đương của miệng hút. [mm]. Để hút được bụi thì vận tốc của dòng khí tại vị trí bụi cần hút phải lớn hơn vận tốc treo của hạt bụi: Vx  ³ Vtreo (3.10) Thay công thức (3.9) và các giá trị trên vào bất đẳng thức (3.10) ta xác định được khoảng cách lớn nhất mà bụi có thể được hút là: [m]. 4.3. Tính chọn quạt hút. 4.3.1. Sơ đồ bố trí hệ thống đường ống. Hình 4-11 Sơ đồ bố trí hệ thống đường ống và thiết bị lọc bụi. 4.3.2. Các trở lực trong hệ thống quạt. Để tính được tổn thất trở lực của hệ thống quạt ta phải căn cứ vào cấu tạo cụ thể của đường ống và các thiết bị lắp trên đường ống, lưu lượng và vận tốc của không khí chảy qua. Tổng tổn thất trở lực của hệ thống được xác định như sau: . [2] Trong đó: DP1: trở lực cục bộ và ma sát của đường ống. DP2: trở lực của các thiết bị lọc bụi. . . [2] Ở đây: l- hệ số ma sát giữa dòng khí và ống, [-]. l, d- chiều dài, đường kính ống, [m]. x- hệ số trở lực cục bộ. V- vận tốc dòng khí tronng ống, [m/s]. r- khối lượng riêng của dòng khí, [kg/m3]. H1 cũng có thể được tính như sau: , mmH2O. [2] Trong đó: R: hệ số tổn thất trở lực do ma sát trên mỗi mét ống thẳng, mmH2O, tra trên đồ thị (hình 4.12). Hình 4-12 Các giá trị R phụ thuộc vào V và d, Q. Z- là trở lực cục bộ nó phụ thuộc vào dạng cấu tạo tại các đoạn ống cong, phân nhánh, thu loe và vận tốc của dòng chảy. , mmH2O. [2] Trong đó: x- hệ số trở lực cục bộ. r- khối lượng riêng của không khí, [kg/m3]. 4.3.2.1. Trở lực giữa dòng khí và đường ống. Do hệ thống đường ống có hai nhánh mắc song song do đó ta cần phải chọn ra tuyến ống có trở kháng lớn nhất để tính. Xem đó là trở kháng thuỷ lực của toàn mạng (vì trở kháng nhánh song song không ảnh hưởng đến việc tính cột áp của quạt gió). Với sơ đồ đường ống như trên thì ta chọn hệ thống đường ống hút bụi ở phễu chứa Clinker, vì trên nhánh này có nhiều trở lực cục bộ trên đường ống. Trở lực do ma sát giữa dòng khí và đường ống được xác định bằng cách tra bảng. Trở lực do ma sát giữa đường ống và dòng khí như sau: ` Trong đó: l1= 1 [m]. l2= 1 [m]. l3= 3 [m]. l4= 1 [m]. l5= 1 [m]. l6= 4 [m]. l7= 3 [m]. . . Với vận tốc dòng khí của nhánh là 6 [m/s] và lưu lượng là 2,08 [m3/s], vận tốc của đường ống chính là 8 [m/s] và lưu lượng là 4,16[m3/s] tra bảng ta được R1=0,055[mmH2O/m] và R2=0,08 [mmH2O/m]. [mmH2O] 4.3.2.2. Trở lực cục bộ của đường ống. Trở lực cục bộ phụ thuộc vào dạng cấu tạo tại các đoạn ống cong, phân nhánh, thu loe, và vận tốc của dòng chảy. Trở lực cục bộ được xác định theo công thức sau: Theo tài liệu [2], bảng 4.3 ta tra được các hệ số trở lực như sau: x1- hệ số trở lực ở miệng hút, a = 300 Þ = 0,3. x2- hệ số trở lực do đoạn ống cong, x2= 0,3. x3- hệ số trở lực do đoạn ống cong, x3 = 0,1. x4- hệ só trở lực tại chạc 3, x4 = 1,4. x5- hệ số trở lực tại đầu vào của thiết bị lọc bụi, x5=1 x6- hệ số trở lực tại đầu ra của thiết bị lọc, x6=0,7 x7, x8- hệ số trở lực tại đoạn cong, a = 900 Þ x7=x8=0,2. x9- hệ số trở lực tại cút vào của quạt, x9=0,1. [mmH2O], Q[m3/s]. [mmH2O], Q[m3/h]. 4.3.2.3. Trở lực của thiết bị lọc. Trở lực của lớp vải sạch khi lọc còn sạch và khi vải lọc bị bám bụi theo tài liệu số [2] là: - Khi vải lọc còn sạch. . - Khi vải lọc bị bám bụi sau khoảng thới gian t. Trong đó: a- hệ số phụ thuộc vào loại vải. k- hệ số phụ thuộc vào dạng bụi và vải. V- phụ tải riêng của thiết bị lọc, [m3/m2.h]. C1- nồng độ bụi trước khi lọc, [g/m3]. n- số mũ. t- thời gian lọc, [h] (khoảng thời gian giữa hai lần giũ bụi cho vải lọc). Chọn vật liệu lọc là vải bông. Theo bảng 4.5 tài liệu [2] có các thông số sau: - Trọng lượng của vải là: 352.5 [g/m2]. - Số mũ: n = 1,14. - Hệ số β = 0,70. - Phụ tải riêng của thiệt bị lọc: V = 86,4 [m3/m2.h]. - Hệ số phụ thuộc vào loại vải: a = 7,56.10-3. - Hệ số phụ thuộc vào dạng bụi và vải: k =2450.10-3. Vậy trợ lực của thiết bị lọc bụi là: . Từ những công thức trên ta hoàn toàn có thể tính đước trở lực tổng cộng của đường ống là: [mmH2O]. Như vậy trở lực trên hệ thống quạt là một hàm phụ thuộc vào thời gian lọc bụi và lưu lượng khí qua đướng ống: 4.3.3. Xây dựng đường đặc tính của hệ thống đường ống và quạt. Từ biểu thức trở lực của đường ống phụ thuộc vào thời gian t và lưu lượng Q[m3/h] ta có thể xây dựng được bảng tính trợ lực của hệ thống đường ống như sau: Bảng 4-1 Số liệu trở lực của đường ống DP[N/m2] theo thời gian bụi bàm vào túi lọc t [h] và lưu lượng Q[m3/h]. Q[m3/h] DP[Trở lực đường ống, mmH2O] DP[Trở lực đường ống, N/m2] t [Thời gian bụi bám vào lọc, h] t [Thời gian bụi bám vào lọc, h] 0.5 1 1.5 2 0.5 1 1.5 2 5000 33.116 36.471 39.826 43.181 324.9 357.8 390.7 423.6 6000 45.106 48.461 51.816 55.171 442.5 475.4 508.3 541.2 7000 59.276 62.631 65.986 69.341 581.5 614.4 647.3 680.2 8000 75.626 78.981 82.336 85.691 741.9 774.8 807.7 840.6 9000 94.156 97.511 100.866 104.221 923.7 956.6 989.5 1022.4 10000 114.866 118.221 121.576 124.931 1126.8 1159.7 1192.7 1225.6 11000 137.756 141.111 144.466 147.821 1351.4 1384.3 1417.2 1450.1 12000 162.826 166.181 169.536 172.891 1597.3 1630.2 1663.1 1696.1 13000 190.076 193.431 196.786 200.141 1864.6 1897.6 1930.5 1963.4 14000 219.506 222.861 226.216 229.571 2153.4 2186.3 2219.2 2252.1 15000 251.116 254.471 257.826 261.181 2463.4 2496.4 2529.3 2562.2 16000 284.906 288.261 291.616 294.971 2794.9 2827.8 2860.8 2893.7 17000 320.876 324.231 327.586 330.941 3147.8 3180.7 3213.6 3246.5 18000 359.026 362.381 365.736 369.091 3522.0 3555.0 3587.9 3620.8 19000 399.356 402.711 406.066 409.421 3917.7 3950.6 3983.5 4016.4 20000 441.866 445.221 448.576 451.931 4334.7 4367.6 4400.5 4433.4 Từ bảng tính ta vẽ đồ thị biểu diễn trở lực phụ thuộc vào thời gian bụi bám và lưu lượng như sau: Hình 4-13 Đồ thi biểu diễn trở lực của hệ thống đường ống phụ thuộc vào lưu lượng và thời gian bụi bám vào túi lọc. Với Q = 1500[m3/h] thế vào biểu thức ta có được cột áp làm việc của hệ thống như sau: Bảng 4-2 Trở lực của đường ống theo thời gian ứng với Q=1500 [m3/h]. t [h] 0,5 1,0 1,5 2,0 DP[ mmH2O] 2463.4 2496.4 2529.3 2562.2 Từ đó dựa vào catalo của quạt [2] ta chọn quạt ly tâm hút bụi PP7-40N08 với vận tốc góc của bánh công tác w = 145[rad/s] = 1385[vòng/phút]. Hình 4-14 Kết cấu quạt hút bụi PP7-40,N08. 1- Cửa hút; 2-Ổ bi đỡ chặn; 3- Trục của quạt; 4-Đế; 5- Bulông đế; 6- Vỏ quạt; 7- Cửa đẩy. Hình 4-15 Đường đặc tính của quạt hút bụi PP7-40,N08 Dựa vào đặc tuyến của quạt ta có được bảng cột áp của quạt như sau: Bảng 3-3 Thông số cột áp của quạt hụt bụi ứng với số vòng quay w=145(rad/s)tra từ đồ thị trên( hình 4-14.) Q[m3/h].103 5 6 7 8 9 10 11 12 DP[ N/m2] 2970 2960 2950 2940 2930 2920 2900 2870 Q[m3/h].103 13 14 15 16 17 18 19 20 DP[ N/m2] 2840 2800 2750 2680 2620 2540 2470 2400 Hình 4-16 Đặc tính của quạt và trở lực của hệ thống. 1- Đặc tính của quạt hút; 2- Đặc tính cản của hệ thống. Trên cùng đồ thị ta vẽ được đường đặc tính của quạt. Khi đó giao tuyến của đường đặc tuyến và đường trở lực của đường ống chính là điểm làm việc của hệ thống. Với thời gian t = 2[giờ] bụi được giũ một lần thì điểm làm việc là điểm A.(15485;2720 ) 4.4. Tính chọn động cơ điện dẫn động quạt hút. 4.4.1. Tính công suất trên trục của quạt. Công suất trên trục của quạt được tính theo công thức, theo tài liệu số [2 ] như sau: [KW]. Trong đó: N- là cống suất trên trục của quạt, [KW]. H- là áp suất của quạt, H = 277,3 [mmH2O]. h- là hiệu suất của quạt, [-]. Q- lưu lượng của quạt, Q = 4,3 [m3/s]. Vậy công suất trên trục của quạt là: [KW] [2] 4.4.2. Công suất cần thiết của động cơ dẫn động quạt gió. Để hiệu suất làm việc của quạt gió cao thì ta cần phải mắc động cơ điện với quạt gió thông qua khớp nối đàn hồi. Công suất cần thiết của động cơ điện để dẫn động quạt là: [KW] Trong đó: a- là hệ số phụ thuộc vào công suất quạt và loại quạt tra bảng 4.1 tài liệu số [2]. Quạt ly tâm và công suất lớn hơn 10 [KW ] ta chọn a = 1,1. N- công suất trên trục của quạt, [KW]. ht- hiệu suất truyền động, với khớp nối mền ht = 0,95. Vậy công suất của động cơ điện cần thiết là: [KW]. Hình 4-17 Động cơ điện AOC2-72-4. Dựa vào catalogue của các loại động cơ điện trong tài liệu [6]. Ta chọn động cơ AOC2-72-4. Với công suất định mức trên trục là 28,5 [KW] và số vòng quay của nó là 1400 [Vòng/phút]. Với số vòng quay yêu cầu của quạt gió là: 1385[vòng/phút] và công suất yêu cầu là 24,2[KW] thì động cơ ta chọn là hoàn toàn phù hợp với yêu cầu đặt ra. 4.4.3. Tính chọn khớp nối cho dẫn động quạt. Hình 4-18 Kết cấu khơp nối đàn hồi. 1- Chốt; 2- Các vòng đàn hối; 3- bulông M12. Do tải trọng va đập, rung động nên dùng nối trục vòng đàn hồi Vật liệu làm nối trục bằng gang CЧ21-40. Vật liệu chế tạo chốt là thép 45 thường hoá. Nối trục đàn hồi có cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo, có khả năng giảm va đập, chấn động, bù lại lệch trục, có thể đề phòng cộng hưởng do dao động xoăn gây ra . Môm mem trên trục của động cơ. Trong đó: N- là công suất của động cơ điện, [KW]. w- vận tốc góc của động cơ điện, [rad/s]. [rad/s]. Mx- là mômen xoắn trên trục động cơ, [N.m]. Vậy mômen xoắn trên trục động cơ là: [N.m]. Do trong quá trình làm việc có tải trọng động nên khi tính tính toán ta cần phải tính mômen theo công thức sau. Mt = 103.K.Mx [N.mm] K = 1,5- số tải trọng động tra bảng [9-1] tài liệu [6]. Mt = K.Mx = 194,5.103.1,5 = 291800 [N.mm] Dựa vào bảng các thông số kích thước của khớp nối đàn hồi của tài liệu [6]. Ta có các thống số như sau. - Đường kính chỗ lắp chốt bọc vòng đàn hồi: do=36 [mm]. - Đưòng kính vòng qua tâm các chốt: Do = D-do-10 = 170 -36-10=126 [mm]. - Chiều dài của chốt: lc = 42 [mm]. - Số chốt Z= 6 [chốt ]. - Đường kính chốt: dc = 18 [mm]. - Ứng suất uốn cho phép của chốt : [s]u =60 ÷ 80 [N/mm2]. - Đường kính ngoài : 35 [mm]. - Chiều dài toàn bộ của vòng đàn hồi: lv =36 [mm]. - Ứng suất dập cho phép của vòng cao su: [s]d = 2 ÷ 3 [N/mm2]. Điều kiện về sức bền dập của vòng đàn hồi: => [ N/mm2]. Điều kiện về sức bền uốn của chốt : => [N/mm2]. Thoả mãn điều kiện bền dập và bền uốn của nối trục. 4.5. Tính toán thiết kế vít vận chuyển bụi. 4.5.1. Tính toán thiết kế vít vận chuyển. Tuy theo tuyến đường vận chuyển mà vít chuyển có thể phân loại nằm ngang hoặc nằm nghiêng. Cấu tạo vít chuyển bao gồm bộ phận công tác của vít chuyển là một vít cánh xoắn chuyển động quay trong máng tiết diện tròn ở dưới, nhờ vào cơ cấu dẫn động. Vật liệu được đưa vào và chuyển động trong máng theo nguyên lý truyền động vít – đai ốc, ở đây vật liệu không bám vào cánh xoắn nhờ trọng lượng bản thân của nó và lực ma sát giữa vật liệu và máng. Trong trường hợp chiều dài máng lớn có thể dùng các ổ treo trung gian. Hình 3-19 Vít vận chuyển bụi. 1- động cớ điện; 1- Hộp giảm tốc; 3- ổ bi đỡ chặn. Vít được chế tạo từ ống tròn đường kính dB và trên có hàn cánh xoắn với đường kính cánh xoắn Dx cần đảm bảo lớn hơn 12 lần so với kích thước vật liệu đã phân cấp và lớn hơn 4 lần so với kích thước lớn nhất vật liệu nguyên khai và được chọn theo hàng tiêu chuẩn: 100, 125, 200, 250, 300, 400, 500, 630 mm [ ҐOCT 2037-82]. Đường kính trục vít: dB = 35 + 0,1Dx [mm]. Bước xoắn của trục vít được chọn: t = Dx nếu vận chuyển vật liệu có tính chất dễ vận chuyển, trường hợp ngược lại t = 0,8Dx. Trọng lượng vật liệu càng bé thì bước xoắn chọn càng lớn. Vận tốc quay của vít xoắn phụ thuộc vào tính chất của vật liệu, đường kính vít. Đối với vật liệu nặng lấy n = 50 vòng/phút. Và đối với vật liệu nhẹ n<15 vòng/phút. Các thông số cho và chọn trước: Năng suất của vít tải là: Q = 21 [kg/h]. Độ dài vận chuyển là: L = 2000 [mm]. Vật liệu vận chuyển là bụi có r = 2228 [kg/m3]. Tốc độ vận chuyển là: n = 50 [vòng/phút]. Tính các kích thước hình học của vít vận chuyển. Xuất phát từ công thức tính năng suất của vít tải: Q = 3600.A..t.r. Thay vào biểu thức trên ta được. Trong đó: D- là đường kính cánh xoắn của vít tải, [mm]. x = t/D, với x = 0,8 ÷1. j- là hệ số làm đầy máng, vật liệu nặng chọn j=0,125 theo [9]. r- khối lượng riêng của bụi, [g/m3]. kb- hệ số xét đến ảnh hưởng của góc nghiêng, b = 0 Þ kb= 1.[9] t - bước xoắn vít, [mm]. - Từ đó tính được đường kính của cánh xoắn. [m]. Với D là kích thước theo tiêu chuẩn ta chọn D = 100 [mm] Kích thước đường kính trục vít là: dB = 35 + 0,1.100 = 45 [mm]. Chiều dài bước xoắn: t = 0,8.D = 0,8.100 = 80 [mm]. Công suất trên trục vít: khi vít tải làm việc, cần phải khắc phục các lực cản sau. Lực ma sát giữa các vật liệu với máng và các vít xoắn. Lực ma sát trong các ổ trục. [KW]. [9] Trong đó: N- công suất trên trục vít, [KW]. Q- năng suất vận chuyển, [m3/h]. b- góc nghiêng đặt trục vít, b = 00. C- hệ số cản phụ thuộc vào vật liệu vận chuyển và ma sát trong các ổ trục, C = 3,8 [9] Vậy công suất trên trục vít là: [KW]. Công suất cần thiết của động cơ dẫn động: do trục vít làm việc ở số vòng quay thấp do đó ta cần phải sử dụng hộp giảm tốc là trục vít- bánh vít. Công suất yêu cầu của động cơ dẫn động trục vít là: [KW]. Trong đó: Nd- là công suất yêu cầu của động cơ dận động, [KW]. N- là công suất trên trục vít, [KW]. ht- hiệu suất của bộ truyền trục vít-bánh vít, ht=0,65. [6] Vậy công suất yêu cầu của động cơ là: [KW]. Dựa vào catalogue của động cơ điện trong tài liệu [6] chọn động cơ điện AOC2-12-6 cơ công suất định mức trên trục là 0,6 [KW] và số vóng quay là: n =880[vòng/phút]. 4.5.2. Thiết kế bộ truyền trục vít - bánh vít. Hình 3-20 Kết cấu bộ truyền trục vít bánh vít. 1- Phớt chắn mỡ; 2-Trục vào; 3,4,11,15 - Nắp; 5,13- Ống lót; 6,14- Ổ bi đỡ chặn; 7,9- Vòng chắn dầu; 8- Trục vít; 10- Ổ bi đỡ; 12- Vỏ hộp giảm tốc; 16- Bánh vít; 17- Vòng cách; 18- Phớt chắn bụi. 1. Chọn loại vật liệu cách chế tạo và nhiệt luyện. Giả thiết vận tốc trượt trung bình Vt= (2 ÷ 5)m/s, chọn vật liệu bánh vít là đông thanh nhôm sắt БpAЖ 9-4 đúc trong khuôn cát, vật liệu trục vít là thép 45 tôi bề mặt có độ cứng HRC < 45. 2. Định ứng suất cho phép của răng bánh vít. Ứng suất tiếp xúc: [s ]tx= 210 [N/mm2] [bảng 4-4, [6]] Ứng suất uốn cho phép: [s ]ou= 92 [ N/mm2] Số chu kỳ làm việc của bánh vít: N=60´n´T=60´50´5´365´12=6,57´107 Hệ số chu kỳ ứng suất kN' = kN'' = Các trị số ứng suất tiếp xúc cho phép và ứng suất uốn cho phép nhân vói trị số kN' và kN'' tưong ứng ta có: [s ]tx = 0,79.210 = 166[ N/mm2]. [s ]ou = 0,59.92 = 53[ N/mm2]. 3. Tính tỉ số truyền và chọn số mối ren Z1 của trục vít và tính số răng của bánh vít. Ta có: Chọn Z1=2,số mối ren của trục vít Số răng của bánh vít :Z2 = 2.Z1 = 2 Kiểm nghiệm số vòng quay thực: n2 = [Vòng/phút]. Sai số về số vòng quay của bánh vít không nhiều so với yêu cầu 4. Chọn sơ bộ hiệu suất ,hệ số tải trọng. Chọn số mối ren Z1 = 2, trục vít dẫn động ,hiệu suất sơ bộ h = 0,8 Công suất trên bánh vít :N1=0,443 [KW] Công suất trên Trục vít :N2=N1/h=0,443/0,8 = 0,55 [ KW ]. Chọn sơ bộ hệ số tải trọng : K=1,1 [ giả thiết v2 < 3 m/s]. 5. Định môđun m và hệ số đường kính q. Tính theo công thức [4-9][6] Tra bảng [4-6][6] ta chọn được:m = 3,q = 12 6. Kiểm nghiệm vận tốc trượt, hiệu suất và hệ số tải trọng. Vận tốc trượt v có phương theo phương tiếp tuyến của ren trục vít [m/s] Ta có vt < 5[m/s] đúng dự đoán Tra bảng 4-8 [[6]] ta được hệ số ma sát f = 0,04, do đó với Z=2; q =12 tra bảng 4-7 [6] ta được trị số góc vít: Hiệu suất h của bộ truyền trục vít –bánh vít [4-12] [6] Vận tốc vòng quay bánh vít: [m/s]. Vì tải trọng thay đổi không đáng kể và như ở giả thiết trên v2 < 3 m/s, do đó : K = Ktt.Kd = 1.1,1 = 1,1 phù hợp với dự đoán. 7. Kiểm tra sức bền uốn của răng bánh vít. Số răng tương đương của bánh vít. Theo công thức [4-17][6] Hệ số dạng răng y tra bảng [3-18] ứng với số răng tương đương của bánh vít ta chọn y= 0,472, hệ số dịch dao x = 0. Ta tiến hành kiểm tra sức bền uốn sinh ra tại chân bánh răng vít theo công thức (4-16 [6]) s u = Thay vào công thức kiểm nghiệm ta có: 8. Định các thông số hình học chủ yếu của bộ truyền. Số mối ren của truc vít :Z1 = 2 Số răng của bánh vít Z2 = 36 Mô đun của trục vít m = 3 [mm] Bước ren của trục vít t = p.m = 3,14.3 = 3,42 [mm]. Góc ăn khớp a =200 Góc vít l trên mặt trụ chia của trục vít: l = Hệ số chiều cao răng f0 = 1 Hệ số khe hở đường tâm c0 = 0,2 Tỷ số truyền i = 18 Hệ số đường kính trục vít:q = 12 Khoảng cách trục: A = 72 [mm] Đường kính vòng chia trục vít: [vòng lăn] dc1 = q.m=12.3=36 [mm]. Đường kính vòng chia bánh vít: [vòng lăn] dc2 = Z2 .m=36.3=108 [mm]. Đường kính vòng đỉnh trục vít: De1 =dc1+2.f0.m = 36 + 2.1.3 = 42 [mm]. Đường kính vòng đỉnh của bánh vít: De2 = [Z2 + 2.f0].m =[36+2.1].5 = 190 [mm]. Đường kính vòng chân ren trục vít: Di1 = dc1 – 2.f0.m – 2.c0.m = 36 – 2.1.3 – 2.0,2.3 = 28,8 [mm]. Đường kính vòng ngoài bánh vít: [mm]. Chiều dài phần có răng của trục vít: [mm] Vì trục vít được mài nên tăng chiều dài L L = 39,48 + 25 = 64 [mm]. Để tránh mất cân bằng cho trục vít chọn chiều dài L là số nguyên lần bước dọc vì lấy tròn x = 7 và định chính xác. [mm]. Chiều rộng bánh vít: B = 0,75.De1 = 0,75.42 = 31,5 [mm]. Chiều cao đầu chân răng: [mm]. Chiều cao chân răng 3,6 [mm]. Bước xoắn ốc của ren vít: S = t.Z1 = 3,42.2 = 6,84 [mm]. 9. Tính lực truyền tác dụng lên trục vít. Để tính trục ta có thể phân tích lực tác dụng trong bộ truyền trục vít -bánh vít làm ba thành phần: lực vòng ,lực dọc trục , lực hướng tâm tác dụng lên trục vít bánh vít Lực vòng P1 trên trục vít có trị số bằng lực dọc trục Pa2 trên bánh vít. P1 = Pa2 = M1: là mômen xoắn trên trục vít M1 = 44000[N.mm], [N.mm]. d1=36[mm]. P1 = Pa2=[N]. Lực vòng P2 trên bánh vít có trị số bằng lực dọc trục Pa1 trên trục vít : P2 = Pa1 = [N]. Mômen xoắn trên bánh vít [N.mm]. d2 = 108 [mm] P2 = Pa1 = [N]. Lực hướng tâm pr1 trên trục vít có trị số bằng lực hướng tâm Pr2 trên bánh vít: Pr1 = Pr2 = P2.tga = 815.tg200 = 499 [N]. 4.5.3. Tính toán thiết kế van xả bụi. Do hệ thống làm việc là hệ thống hút do đó trong quá trình làm việc thì không thể để không khí bên ngoài lọt vào bên trong hệ thống. Vì vậy khi bụi được vận chuyển đến cửa xả thì cần phải có van xả bụi để đảm bảo trong quá trình xả bụi thì không khí không thể lọt vào trong hệ thống. Hình 4-21 Kết cấu van xả bụi. 1- Thân van; 2,7-Phớt chắn bụi; 3,10- Nắp; 4,12-Ổ bi đỡ chặn; 5- Nắp đế; 6-Cánh van; 8- Ống lót; 9- Bánh vít; 11- Trục vít; 13- Bulông; 14- Trục then hoa; 15 May ơ. Van xả là một van có các cánh có cấu tạo như (hình 4-21). Van xả được dẫn động bởi động cơ điện. Do làm việc ở tốc độ thấp do đó cần phải có hộp giảm tốc. Hộp giảm tốc yêu cầu có tỉ số truyền cao do đó ta chọn hộp giảm tốc là bộ truyền trục vít- bánh vít có tỉ số truyền là 18. Động cơ dẫn động làm việc với tải nhỏ, vì vậy em chọn động cơ AOC2-11-6 có công suất: 0,4 [KW] và số vòng quay là 880 [vòng/phút]. 4.6. Tính toán thiết kế cơ cấu tái sinh túi loc. a) Chọn kiểu tái sinh túi lọc. Sau một khoảng thời gian lọc thì bụi sẽ bám vào bề mặt túi lọc do đó ta cần phải làm sạch túi lọc. Có hai cách làm sạch túi lọc. Cơ học vải lọc (rung, hoặc lắc...) đây là phương pháp thủ công và cơ giới. Thổi ngược vật liệu lọc bằng khí sạch hoặc không khí. Ta chọn cách thư hai vì cách này ta có thể điều khiển một cách tự động. Phù hợp với quá trình sản xuất của nhà máy. Tính chọn các thông số của cơ cấu. Hình 4-22 Cơ cấu tái sinh túi lọc. Đường ống phân phối khí nén; 2- Miệng thổi; 3- túi lọc; d- Đường kính ống phân phối khí nén; d’- Đường kính miệng thổi. Xác định lưu lượng của khí nén cần cung cấp cho quá trình làm việc của cơ cấu. Thể tích của một túi lọc. [m3]. (3.10) Trong đó: V1- thể tích của một túi lọc, [m3]. d- đường kính làm việc của túi lọc, d = 0,1 [m]. l- chiều dài làm việc của túi lọc, l = 2,25 [m]. Thế các thông số trên vào công thức (3.10) ta có được. [m3]. Thể tích của một hàng túi lọc. V = n.V1 [m3]. Trong đó: V- thể tích của một hàng túi lọc, [m3]. n- số túi lọc trên một hàng, n = 20 [túi]. V = 20.0,0177 = 0,354 [m3]. - Chọn thời gian của một lần giũ là 5giây. - Lưu lượng khí nén yêu cầu. [m3/s]. Trong đó: Q- lưu lượng khí nén yêu cầu, [m3/s]. V- lượng khí nén cần để tái sinh một hàng túi lọc, [m3]. t- thời gian của một lần giũ, [s]. 0,0708 [m3/s]. Chọn áp suất của khí nén trong đường ống p = 5[at]. Chọn khoảng thời gian giũ bụi giữa hai hàng túi lọc t’=3[phút]. Chu kỳ giũ bụi là: [phút]. Trong đó: T- chu kỳ giũ bụi, [phút]. n’- số hàng túi lọc, n = 13[hàng]. t’- khoảng thời gian giữa hai lần giũ bụi, [phút]. t- thời gian của một lần giũ, [s]. [phút]. Đường kính của đường ống phân phối khí nén là: Trong đó: d- đường kính ống, [m]. v- vận tốc của khí nén trong đường ống theo tài liệu [2] vận tốc tối ưu nhất v = (18 ÷ 22)[m/s], chọn v = 20[m/s]. Q- lưu lượng của khí nén, [m3/s]. [m]. Đường kính của miệng phun khí nén. [m]. c) Nguyên lý làm việc. Khí nén cấp cho các miệng phun 8 nhờ sự đóng mở của các van khí nén 2. Van khí nén 2 được điều khiển nhờ dòng khí phụ trong đường ống 4. Khi van điện từ 5 mở thì dòng khí phụ từ ống 4 sẽ qua van 5 đi theo đường ống 3 đến van khí nén 2. Dòng khí này tác dụng lên màng piston làm mở van, khí nén chính từ ống 1 đi vào đường ống phân phối và đến miệng phun. Sau 5giây thì van điện từ sẽ đóng đường nạp lại đồng thời mở đường thông với khí trời làm cho khí nén phụ trên đường ống 3 thoát ra ngoài. Khi đó màng piston nhờ lò xo hồi vị bị đẩy lại vị trí ban đầu, do đó van khí nén sẽ đóng lại. Lúc này khí nén chính ngừng cấp cho miệng phun, chấm dứt quá trình tái sinh túi lọc. Hình 4-23 Sơ đồ bố trí các thiết bị của cơ cấu tái sinh túi lọc. 1- Ống dẫn khí nén chính; 2- Van khí nén; 3-Ống dẫn khí nén điều khiển; 4- Ống dẫn khí nén phụ; 5- Van điện từ; 6- Đầu nối; 7- Ống phân phối khí nén chính; 8- Miệng phun; 9- Chụp; 10- Bulông; 11- Thanh ngang; 12- Vải lọc; 13- Thanh dọc. Hình 4-24 Kết cấu của các van khi không làm việc. a)Van điện từ; 14- lò xo hồi vị; 15- Cuộn dây điện; 16- Lõi thép; 17-Van. b) Van khí nén; 18- pistông màng; 19- Lò xo hồi vị; 20- Van khí nén chính. Hình 4-25 Kết cấu của các van khi làm việc. a) Van điện từ; b) Van cấp khí nén. 5. Lập trình điều khiển hệ thống cho khâu nhập Climker. 5.1. Sơ đồ điều khiển hệ thống và thuật toán. 5.1.1. Sơ đồ điều khiển. Hình 5-1 Sơ đồ điều khiển hệ thống xử lý bụi. 1,6,11,16,18- Cảm biến quá tải của các động cơ; 2, 8,12,15,20- Động cơ dẫn động; 3,7, 13,17,19- Rơle điều khiển các động cơ; 4- Lọc bụi; 5- Các van điện từ; 9-Cảm biến lệch đai; 10-Quạt hú; 14-Cảm biến dây giật. * Nguyên lý làm việc: Các động cơ dẫn động (2, 8, 12, 15, 20) hoạt động nhờ sự đóng mở của các role điều khiển (3, 7, 13, 17, 19). Khi nhấn nút START thì trung tâm điều khiển (PLC) sẽ đưa ra tín hiệu làm đóng các role điều khiển. Trước tiên là động cơ dẫn động quạt gió, vít tải, sẽ hoạt động trước tiên sau 10s động cơ gầu tải sẽ khởi động và sau 10s tiếp theo động cơ dẫn động băng tải sẽ khởi động, động cơ van lật sẽ quay trong 20s sau đó dừng lại 3phút rồi quay trở lại. Đồng thời PLC điều khiển mở van khí nén số 1 để cấp khí nén cho hàng túi thứ nhất. Van khí nén số 1 sẽ mở trong 5s sau đó sẽ đóng lại, sau 3 phút thì van khí nén số 2 sẽ mở trong 5s và đóng lại, sau 3 phút thì van khí nén thứ 3 sẽ mở 5s rồi đóng lại và cứ tiếp tục như vậy cho đến van cuối cùng 13. Khi hết một chu kỳ như vậy thì sẽ quay lại van số1 và quá trình cứ lập đi lập lại trong suốt quá trình làm việc. Nếu như một trong các động cơ bị quá tải hoặc băng tải bị lệch đai thì tín hiệu này được các cảm biến (1, 6, 11, 16, 18) phát hiện và truyền tín hiệu đến trung tâm điều khiển (PLC) từ đó PLC sẽ điều khiển mở các rơle ngừng toàn bộ các động cơ lại để khắc phục sự cố. Khi nhấn nút STOPS thì toàn bộ hệ thống sẽ dừng lại. Trước tiên băng tải sẽ dừng lại, sau 5s gầu tải sẽ dừng và 5s tiếp theo toàn bộ quạt hút, vít tải, van lật, và van cấp khí nén sẽ ngừng làm việc. Để thay đổi tốc độ của quạt gió thì bấm nút TDQ_TBINH và TDQ_THAP tương ứng tùy thuộc vào yêu cầu vận hành của hệ thống. 5.1.2. Sơ đồ thuật toán. Hình 5-2 Sơ đồ thuật toán điều khiển. 5.2. Giới thiệu một số nhóm PLC phổ biến nhất hiện nay. 1. Siemens: có ba nhóm - CPU S7 200: CPU 21x: 210; 212; 214; 215-2DP; 216. CPU 22x: 221; 222; 224; 224XP; 226; 226XM. - CPU S7300: 312IFM; 312C; 313; 313C; 313C-2DP+P; 313C-2DP;314; 314IFM; 314C-2DP+P; 314C-2DP; 315; 315-2DP; 315E-2DP; 316-2DP; 318-2 - CPU S7400: Liên hệ cataloge Siemens. 2. Mitsubishi: Họ FX 3. Omron: Họ CMQ 4. Controtechnique: Họ Compact TWD LCAA 10DRP; TWD LCAA 16DRP; TWD LCAA 24DRP... 5. ABB: Ba nhóm - AC 100M - AC 400M - AC 800M, đây là loại có 2 module CPU làm việc song song theo chế độ dự phòng nóng. 5.2.1 Tổng quan về họ PLC S7-200 của hãng Siemens. Có hai series: 21x (loại cũ không còn sản xuất nữa) và 22x (loại mới). Về mặt tính năng thì loại mới có ưu điểm hơn nhiều. Bao gồm các loại CPU sau: 221, 222, 224, 224XP, 226, 226XM trong đó CPU 224XP có hỗ trợ analog 2I/1O onboard và 2 port truyền thông. Bảng 5-1 Các loại CPU S7-200. Bảng 5-2 So sánh các thông số và đặc điểm kỹ thuật của series 22x. Bảng 5-3 Mã số và các thông số về điện áp nguồn và I/O. Bảng 5-4 Các thông số về công suất tiêu thụ và dòng điện I/O 5.2.2. Cấu trúc phần cứng của S7-200. 5.2.2.1. Hình dáng bên ngoài. 1. Các đèn trạng thái. Đèn RUN-màu xanh: Chỉ định PLC ở chế độ làm việc và thực hiện chương trình đã được nạp vào bộ nhớ chương trình. Đèn STOP-màu vàng: Chỉ định PLC ở chế độ STOP, dừng chương trình đang thực hiện lại (các đầu ra đều ở chế độ off). Đèn SF-màu đỏ, đèn báo hiệu hệ thống bị hỏng có nghĩa là lỗi phần cứng hoặc hệ điều hành. Ơ đây cần phân biệt rõ lỗi hệ thống với lỗi chương trình người dùng, khi lỗi chương trình người dùng thì CPU không thể nhận biết được vì trước khi download xuống CPU, phần mềm lập trình đã làm nhiệm vụ kiểm tra trước khi dịch sang mã máy. Hình 5-3 CPU S7-200 module. Đèn Ix.x-màu xanh: Chỉ định trạng thái On/Off của đầu vào số. Đèn Qx.x-màu xanh: Chỉ định trạng thái On/Off của đầu ra số. Port truyền thông nối tiếp: RS 485 protocol, 9 chân sử dụng cho việc phối ghép với PC, PG, TD200, TD200C, OP, mạng biến tần, mạng công nghiệp. 2. Công tắc chọn chế độ. Công tắc chọn chế độ RUN: Cho phép PLC thực hiện chương trình, khi chương trình gặp lỗi hoặc gặp lệnh STOP thì PLC sẽ tự động chuyển sang chế độ STOP mặc dù công tắc vẫn ở chế độ RUN (nên quan sát đèn trạng thái). Công tắc chọn chế độ STOP: Khi chuyển sang chế độ STOP, dừng cưỡng bức chương trình đang chạy, các tín hiệu ra lúc này đều về off. Công tắc chọn chế độ TERM: cho phép người vận hành chọn một trong hai chế độ RUN/STOP từ xa, ngoài ra ở chế độ này được dùng để download chương trình người dùng. 3. Vít chỉnh định tương tự. Mỗi CPU có từ 1 đến 2 vít chỉnh định tương tự, có thể xoay được một góc 2700, dùng để thay đổi giá trị của biến sử dụng trong chương trình. 4. Pin và nguồn nuôi bộ nhớ. Sử dụng tụ vạn năng và pin. Khi năng lượng của tụ bị cạn kiệt PLC sẽ tự động chuyển sang sử dụng năng lượng từ pin. 5.2.2.2. Giao tiếp với thiết bị ngoại vi. a) Thiết bị lập trình loại PGxx được trang bị sẵn phần mềm lập trình, chỉ lập trình được với ngôn ngữ STL. b) Máy tính PC: Hệ điều hành Win 95/98/ME/2000/NT4.x. Trên đó có cài đặt phần mềm Step7 Micro/Win 32 và Step7 Micro/Dos. Hiện nay hầu hết sử dụng Step7 Mcro/Win 32 version 3.0, 3.2, 4.0. V4.0 cho phép người lập trình có thể xem được giá trị, trạng thái cũng như đồ thị của các biến. Nhưng chỉ sử dụng được trên máy tính có cài đặt hệ điều hành Window 2000/ WinNT và PLC loại version mới nhất hiện nay. Sau đây là cách cài đặt và giao tiếp giữa PC-PLC: Hình 5-4 Sơ đồ mạch điện giao tiếp giữa CPU 221 loại AC/DC/RLY và cơ cấu chấp hành. Hình 5-5 Sơ đồ mạch giao tiếp giữa CPU 224 AC/DC/RLY với sensor và cơ cấu chấp hành. Hình 5-6 Sơ đồ mạch giao tiếp giữa CPU 224 DC/DC/DC với sensor và cơ cấu chấp hành. DC/DC/DC_Nguồn nuôi 24VDC. Nguồn nuôi cảm biến 24VDC. Đầu ra Transitor hở colector nguồn cung cấp 24VDC. 5.2.2.3. Mở rộng cổng vào ra. Số module mở rộng tuỳ thuộc vào từng loại CPU, số module tương ứng với từng loại CPU được trình bày theo bảng 5.3. Cách mắc nối các module mở rộng được mắc nối tiếp (theo một móc xích) về phía bên phải của module CPU. Các module số hoặc tương tự đều chiếm chỗ trên bộ đệm vào/ra tương ứng với đầu vào/ra của module. Ví dụ về cách khai báo địa chỉ trên các module mở rộng: Hình 5-6 Ghép nối CPU 224XP với module mỏ rộng. Hình 5-7 Ghép nối CPU 212 với module mở rộng. Hình 5-8 Ghép nối CPU 214 hoặc 215 với module mở rộng. 5.3. Chương trình lập trình PLC điều khiển hệ thống. 5.3.1. Bảng cấu hình ngõ vào và ra của PLC. Sử dụng PLC loại CPU226 có 24 cổng vào và 16 cổng ra. Do số cổng ra không đủ để đạp ứng nhu cầu sử dụng do đó ta cần phải sử dụng thêm một modul mở rộng với 8 cổng ra. Modul được gắn vào CPU266 do đó ta có tất cả là 24 cổng ra. Bảng 5-1 Các địa chỉ đầu vào-ra của PLC 5.3.2 Chương trình lập trình PLC của hệ thống. KẾT LUẬN Bước đầu làm quen với việc tính toán thiết kế một vấn đề kỹ thuật trong thực tế, đặc biệt là hệ thống xử lý bụi của nhà máy xi măng Hải Vân là công việc tính toán với khối lượng khá lớn. Trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết về phương pháp xử lý bụi, em đã lựa chọn được phương án xử lý bụi hợp lý và tính toán để chọn và bố trí các thiết bị trong hệ thống phù hợp với điều kiện thực tế cho nhà máy xi măng Hải Vân. Các kết quả tính toán có độ tin cậy, phù hợp với điều kiện khai thác và sử dụng thực tế từ phía nhà máy. Qua đó, có thể áp dụng để thay thế các thiết bị hiện có trong hệ thống chung của nhà máy hiện nay. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Văn Phước, “Kỹ thuật xử lý chất thải công nghiệp”. TPHCM. NXB ĐHQG 2005. [2] Nguyễn Văn May. “Bơm quạt máy nén”. Hà Nội. NXBKH và KT 2001. [3] Nguyễn Văn Chí. “Thông gió”. Hà Nội. NXB Xây dựng 2001. [4] Trần Ngọc Chấn. “Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải T1, T2, T3” Hà Nội. NXB KHKT. [5] Hoàng Bá Chư. “Bơm quạt máy nén công nghiệp” . Hà Nội. NXB KHK 2005. [6] Nguyễn Trọng Hiệp. “Thiết kế chi tiết máy”. Hà Nội. NXB GD 2004. [7] Các thông số đầu vào của công ty xi măng Hải Vân do phòng kỹ thuật cung cấp. [8] Bùi Văn Chén. “Kỹ thuật sản xuất xi măng poociăng và các chất kết dính”. Hà Nội. 1984. [9] Lê Cung. “Giáo trình máy nâng chuyển”. Đà Nẵng. 2004. [10] Lâm Tăng Đức. “Giáo trình điều khiển logic”. Đà Nẵng. 2003. [11] Novas “Giáo trình tập lệnh PLC S7 200”. Đà Nẵng. 2003 [12] Novas, “Giáo trình bài tập S7 200”. Đà Nẵng. 2003. PHỤ LỤC MỤC LỤC Trang