Báo cáo Nghiên cứu chế tạo hệ thống làm kín tích cực bằng phương pháp tăng áp dùng cho ổ trục chịu tải nặng làm việc môi trường nóng bụi

BỘ CÔNG THƯƠNG TỔNG CÔNG TY MÁY ĐỘNG LỰC & MÁY NÔNG NGHIỆP VIỆN CÔNG NGHỆ BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI Mà SỐ 245.07 RD/HĐ – KHCN Tên đề tài: Nghiªn cøu chÕ t¹o hÖ thèng lµm kÝn tÝch cùc b»ng ph−¬ng ph¸p t¨ng ¸p dïng cho æ trôc chÞu t¶i nÆng lµm viÖc trong m«i tr−êng nãng, bôi CƠ QUAN CHỦ QUẢN: BỘ CÔNG THƯƠNG CƠ QUAN CHỦ TRÌ: VIỆN CÔNG NGHỆ CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: KS. TĂNG BÍCH THỦY 6799 12/4/2008 HÀ NỘI, 3 – 2008 BỘ CÔNG THƯƠNG TỔNG CÔNG TY MÁY ĐỘNG LỰC & MÁY NÔNG NGHIỆP VIỆN CÔNG NGHỆ BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI Mà SỐ 245.07 RD/HĐ – KHCN Tên đề tài: Nghiªn cøu chÕ t¹o hÖ thèng lµm kÝn tÝch cùc b»ng ph−¬ng ph¸p t¨ng ¸p dïng cho æ trôc chÞu t¶i nÆng lµm viÖc trong m«i tr−êng nãng, bôi CƠ QUAN CHỦ TRÌ CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI KS. TĂNG BÍCH THUỶ HÀ NỘI, 3 – 2008 DANH SÁCH NHỮNG NGƯỜI THỰC HIỆN CHÍNH 1. KS. Tăng Bích Thuỷ CNĐT Viện Công Nghệ 2. TS. Đỗ Quốc Quang CTV Viện Công Nghệ 3. KS. Hoàng Việt Quang CTV Viện Công Nghệ 4. KS. Cao Văn Mô CTV Viện Công Nghệ 5. KS. Trần Xuân Thành CTV Viện Công Nghệ ` TBT_TTCK&T§H §Ò tµi 245.07.RD/H§-KHCN 1 môc lôc Trang môc lôc 1 ch−¬ng I: b¸o c¸o TỔNG QUAN 3 1. Tæng quan vÒ c¸c ph−¬ng ph¸p lµm kÝn 3 2. T×nh h×nh nghiªn cøu chung vÒ hÖ thèng lµm kÝn b»ng ph−¬ng ph¸p t¨ng ¸p. 8 ch−¬ng II: c¸c bµi to¸n khÝ ®éng c¬ b¶n, c¬ së lý thuyÕt cho tÝnh to¸n khÝ ®éng cña hÖ thèng lµm kÝn ®iÓn h×nh. 10 1. Dßng ch¶y gi÷a hai mÆt ph¼ng song song chuyÓn ®éng t−¬ng ®èi víi nhau 10 2. Dßng ch¶y gi÷a hai mÆt ph¼ng song song cè ®Þnh 11 3. Dßng ch¶y dõng trong èng 12 4. Dßng ch¶y trong khe hë gi÷a hai h×nh trô ®ång trôc vµ quay t−¬ng ®èi víi nhau 13 5. HiÖn t−îng khuÕch t¸n 14 ch−¬ng III: nghiªn cøu bµi to¸n khÝ ®éng cña hÖ thèng lµm kÝn æ trôc ®iÓn h×nh b»ng ph−¬ng ph¸p t¨ng ¸p 17 1. S¬ ®å nguyªn lý cña hÖ thèng lµm kÝn b»ng ph−¬ng ph¸p t¨ng ¸p. 17 2. Ph©n tÝch bµi to¸n khÝ ®éng cña hÖ thèng lµm kÝn ®iÓn h×nh. 18 3. ¸p dông hÖ thèng lµm kÝn cho æ trôc cña b¸nh l¨n trong m¸y nghiÒn ®øng. 29 ` TBT_TTCK&T§H §Ò tµi 245.07.RD/H§-KHCN 2 4. KÕt luËn vµ c¸c nguyªn t¾c tÝnh to¸n hÖ khÝ ®éng trong hÖ thèng lµm kÝn b»ng t¨ng ¸p. 33 ch−¬ng iV: thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o m« h×nh. Kh¶o nghiÖm hÖ thèng vµ ®¸nh gi¸ kÕt qu¶ 36 1. Mục đích khảo nghiệm. 36 2. Thiết kế và chế tạo mô hình. 37 3. Tính toán lắp đặt hệ thống làm kín ổ. 41 4. Chạy khảo nghiệm hệ thống làm kín. 45 5. Nhận xét kết quả khảo nghiệm và kết luận. 51 KÕt luËn 55 tµi liÖu tham kh¶o 57 ` TBT_TTCK&T§H §Ò tµi 245.07.RD/H§-KHCN 3 Ch−¬ng I b¸o c¸o tæng quan 1. Tæng quan vÒ c¸c ph−¬ng ph¸p lµm kÝnc: Trong ngµnh chÕ t¹o m¸y ng−êi ta sö dông nhiÒu ph−¬ng ph¸p còng nh− d¹ng c¬ cÊu lµm kÝn kh¸c nhau ®Ó bÝt kÝn c¸c bÒ mÆt cña mèi ghÐp nèÝ tÜnh vµ ghÐp nèi ®éng cña c¸c chi tiÕt m¸y nh−: c¸c mèi ghÐp ren cña ®−êng èng, c¸c mèi ghÐp gi÷a th©n æ l¨n, æ tr−ît víi trôc truyÒn, gi÷a pÝt t«ng vµ xi lanh... C¬ cÊu lµm kÝn ®−îc ph©n thµnh lo¹l tiÕp xóc, kh«ng tiÕp xóc vµ liªn hîp. C¬ cÊu lµm kÝn tiÕp xóc th−êng lµ c¸c vßng bÝt b»ng phít vµ vßng bÝt cao su. C¬ cÊu lµm kÝn kh«ng tiÕp xóc th−êng lµ c¸c kiÓu khe hë r·nh vßng gi÷a hai bÒ mÆt ®èi tiÕp cÇn lµm kÝn cã chøa dÇu hoÆc mì trong qu¸ tr×nh lµm viÖc. Tuú thuéc vµo m«i tr−êng, c¸c ®iÒu kiÖn lµm viÖc (vËn tèc, nhiÖt ®é, ¸p suÊt...) cña côm chi tiÕt m¸y cÇn lµm kÝn, ng−êi ta cã thÓ chän c¸c lo¹i c¬ cÊu lµm kÝn kh¸c nhau víi c¸c lo¹i vËt liÖu lµm kÝn kh¸c nhau. D−íi ®©y lµ ®Æc tÝnh cña mét sè vËt liÖu chÕ t¹o vßng bÝt t−¬ng øng víi c¸c m«i tr−êng lµm viÖc, ®iÒu kiÖn lµm viÖc cña côm chi tiÕt lµm kÝn. B¶ng 1. VËt liÖu chÕ t¹o vßng bÝt Vật liệu Môi trường làm việc Nhiệt độ môi trường, 0C max Áp suất môi trường làm việc N/mm2, max Chì Axit - 0,2 Cao su đặc Nước, không khí, chân không 30 0,3 Cactông kỹ thuật tẩm dầu Nước, dầu mỏ, dầu nhờn 40 1,0 Paronit Không khí 60 5,0 Cao su có các lớp vải bạt Nước, không khí 60 0,6 Policlovinyl Axit, xăng 60 4,0 Cao su có lưới (cốt) kim loại Nước, không khí 90 1,0 Policlovinyl ∏OH Xăng, dầu hoả, dầu nhờn 100 2,0 Đai vải bạt có cốt Nước, không khí 150 - Đồng Hơi 250 3,5 Amian kim loại có vỏ bọc bằng đồng Hơi 250 3,5 Đồng Nước 250 10,0 Nhôm Hơi 300 2,0 Nhôm Dầu mỏ, dầu nhờn 300-400 3,0-6,0 Amian kim loại có vỏ bọc bằng niken Hơi 300 2,0 Paronit ∏OH Nước, hơi 200 5,0 ` TBT_TTCK&T§H §Ò tµi 245.07.RD/H§-KHCN 4 Vật liệu Môi trường làm việc Nhiệt độ môi trường, 0C max Áp suất môi trường làm việc N/mm2, max Paronit ∏OH Hơi nước 450 5,0 Amian Hơi, khí đốt 450 0,15 Thép mềm Nước, hơi 470 10,0 a. Lµm kÝn mèi ghÐp tÜnh: Mèi ghÐp tÜnh th−êng lµ c¸c mèi ghÐp nèi èng vµ mèi ghÐp ren. HÝnh 1.1. Lµm kÝn mèi ghÐp nèi èng vµ mèi ghÐp ren. b. Lµm kÝn mèi ghÐp ®éng: Mèi ghÐp ®éng th−êng lµ c¸c mèi ghÐp gi÷a xi lanh vµ pÝt t«ng, c¸c mèi ghÐp trong c¸c æ trôc... C¸c kiÓu lµm kÝn mèi ghÐp ®éng ®−îc lùa chän phô thuéc vµo tèc ®é vµ h−íng dÞch chuyÓn t−¬ng ®èi cña c¸c chi tiÕt ®−îc lµm kÝn, thÓ lo¹i, nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt cña m«i tr−êng ®−îc lµm kÝn, t×nh tr¹ng cña m«i tr−êng xung quanh, sù rß rØ cho phÐp cña chÊt láng vµ khÝ. §Ó lµm kÝn mèi ghÐp ®éng cã thÓ sö dông vßng ®Öm cao su, vßng phít, vßng bÝt cao su cã cèt, n¾p cã c¸c r·nh vßng, c¬ cÊu lµm kÝn khuÊt khóc, c¬ cÊu lµm kÝn liªn hîp... §èi víi c¸c æ trôc lµm viÖc ë tèc ®é kh«ng lín h¬n 2m/s nªn dïng phít sîi len th« vµ nöa th«. Khi tèc ®é trªn 2m/s ®Õn 5m/s nªn dïng phít sîi len m¶nh. §èi víi c¸c kÕt cÊu quan träng lµm viÖc trong m«i tr−êng bôi bÈn hoÆc lµm viÖc ë nhiÖt ®é cao th× kh«ng nªn dïng vßng phít. Vßng bÝt b»ng cao su cã cèt kim lo¹i cã thÓ lµm kÝn c¸c mèi ghÐp ®éng cã tèc ®é ®Õn 20m/s vµ nhiÖt ®é t¹i chç tiÕp xóc cña vßng bÝt víi trôc tõ 45oC ®Õn 150oC nh−ng hiÖu qu¶ kh«ng cao, tuæi thä ng¾n v× d−íi t¸c dông cña nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt cao dÇn dÇn vßng bÝt sÏ bÞ biÕn d¹ng, bÞ mµi mßn... nªn sÏ mÊt t¸c dông lµm kÝn, bôi bÈn sÏ th©m nhËp vµo æ trôc g©y h− háng. ` TBT_TTCK&T§H §Ò tµi 245.07.RD/H§-KHCN 5 c. Mét sè c¬ cÊu lµm kÝn c¸c mèi ghÐp ®éng: §Öm kÝn cao su mÆt c¾t trßn th−êng dïng lµm kÝn cho c¸c thiÕt bÞ thuû lùc vµ khÝ nÐn víi tèc ®é dÞch chuyÓn cña c¸c mèi ghÐp nµy ®Õn 0.5 m/s. Chóng ®−îc dïng ®Ó lµm kÝn c¸c mèi ghÐp lµm viÖc ë ¸p suÊt : − §Õn 50 N/mm2 (500 kG/cm2) - trong c¸c mèi ghÐp cè ®Þnh vµ ®Õn 32 N/mm2 (320 kG/cm2) - trong c¸c mèi ghÐp ®éng, víi m«i tr−êng lµm viÖc lµ dÇu kho¸ng, nhiªn liÖu láng, ªmunxi, dÇu b«i tr¬n, n−íc ngät vµ n−íc biÓn; − §Õn 40 N/mm2 (400 kG/cm2) - trong c¸c mèi ghÐp tÜnh vµ ®Õn 10 N/mm2 (100 kG/cm2) – trong c¸c mèi ghÐp ®éng, víi m«i tr−êng lµm viÖc lµ kh«ngkhÝ nÐn. H×nh 1.2. Lµm kÝn dïng vßng ®Öm cao su kh«ng cã vßng b¶o vÖ. H×nh 1.3. Lµm kÝn dïng vßng ®Öm cao su víi c¸c vßng b¶o vÖ H×nh 1.4. Vßng ®Öm cao su dïng trong c¸c mèi ghÐp ren ` TBT_TTCK&T§H §Ò tµi 245.07.RD/H§-KHCN 6 H×nh 1.5. Lµm kÝn dïng vßng phít víi b¹c l¾p trªn trôc H×nh 1.6. Lµm kÝn dïng vßng phít ®−îc Ðp H×nh 1.7. Lµm kÝn dïng vßng phít kÕt hîp víi vßng bÝt cã r·nh vßng H×nh 1.8. Lµm kÝn dïng vßng phít kÕt hîp víi vßng bÝt khuÊt khóc H×nh 1.9. Lµm kÝn dïng vßng phít kÕt hîp víi vßng bÝt khuÊt khóc-r·nh vßng H×nh 1.10. Lµm kÝn dïng vßng bÝt cao su cã cèt – s¬ ®å g¸ l¾p. 1. Trôc 2. Vßng bÝt 3. Vßng ®ªm 4. B¹c ` TBT_TTCK&T§H §Ò tµi 245.07.RD/H§-KHCN 7 d. TÇm quan träng cña viÖc lµm kÝn æ trôc: ViÖc lµm kÝn c¸c æ trôc, nhÊt lµ ®èi víi æ trôc chÞu t¶i nÆng, lµm viÖc trong c¸c m«i tr−êng nhiÒu bôi vµ nãng cã tÇm quan träng ®Æc biÖt v× nã ¶nh h−ëng trùc tiÕp tíi chÊt l−îng lµm viÖc cña æ trôc, còng nh− ®é an toµn trong s¶n suÊt vµ tuæi thä cña thiÕt bÞ. Lµm kÝn æ lµ ®Ó ng¨n ngõa kh«ng cho bôi, n−íc hay c¸c dÞ vËt tõ bªn ngoµi th©m nhËp vµo, gi÷ cho chÊt b«i tr¬n trong æ kh«ng bÞ bÈn hay rß rØ ra ngoµi, t¨ng hiÖu qu¶ cho hÖ thèng b«i tr¬n, ®¶m b¶o æ trôc lµm viÖc æn ®Þnh, an toµn vµ t¨ng tuæi thä. Th«ng th−êng ng−êi ta lµm kÝn æ trôc b»ng gio¨ng, phít, vßng bÝt kÕt hîp c¸c lo¹i n¾p chÆn (n¾p cã r·nh vßng, n¾p cã r·nh khuÊt khóc...). Tuy nhiªn ®èi víi c¸c thiÕt bÞ cã æ trôc chÞu t¶i träng nÆng, lµm viÖc trong m«i tr−êng nãng, bôi, ®Æc biÖt lµ bôi cã tÝnh mµi mßn th× d−íi t¸c dông cña nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt cao, c¸c lo¹i gio¨ng, vßng bÝt sÏ bÞ biÕn d¹ng, bÞ mµi mßn... do ®ã mÊt t¸c dông lµm kÝn, bôi bÈn sÏ th©m nhËp vµo æ trôc g©y h− háng, thËm chÝ b¶n th©n chóng cßn trë thµnh t¸c nh©n g©y ph¸ huû æ trôc. §Ó t¨ng hiÖu qu¶ lµm kÝn còng nh− t¨ng ®é an toµn cho æ khi lµm viÖc trong m«i tr−êng nãng, bôi, chÞu t¶i träng lín, hiÖn nay trªn thÕ giíi ng−êi ta sö dông hÖ thèng lµm kÝn b»ng ph−¬ng ph¸p t¨ng ¸p. e. C¸c yªu cÇu kü thuËt khi l¾p c¸c c¬ cÊu lµm kÝn: ChÊt l−îng lµm kÝn cho c¸c mèi ghÐp phô thuéc chÊt l−îng c¸c lo¹i gio¨ng, vßng bÝt, vßng phãt, ®ång thêi ®Ó ®¶m b¶o hiÖu qu¶ lµm kÝn, khi l¾p r¸p c¸c c¬ cÊu lµm kÝn cÇn tu©n thñ c¸c yªu cÇu kü thuËt sau : − CÇn ®¶m b¶o c¸c vßng ®Öm, vßng bÝt... kh«ng bÞ nghiªng, vÆn lµm thay ®æi h×nh d¸ng h×nh häc cña c¸c chi tiÕt nµy. Kh«ng lµm h− háng vÒ c¬ häc, kh«ng g©y ra c¸c vÕt c¾t. − BÒ mÆt c¸c chi tiÕt ghÐp ph¶i s¹ch, kh«ng dÝnh c¸c chÊt g©y ¨n mßn, mµi mßn. − C¸c bÒ mÆt chi tiÕt tiÕp xóc víi vßng ®Öm, vßng bÝt… ph¶i ®−îc b«i tr¬n b»ng lo¹i dÇu kh«ng g©y t¸c ®éng cã h¹i cho vËt liÖu chÕ t¹o vßng lµm kÝn hoÆc b»ng c¸c chÊt láng c«ng t¸c cã tÝnh b«i tr¬n tèt. ` TBT_TTCK&T§H §Ò tµi 245.07.RD/H§-KHCN 8 − C¸c chi tiÕt cña mèi ghÐp lµm kÝn cÇn cã ®é nh¸m, kÕt cÊu phï hîp ®Ó l¾p r¸p dÔ dµng. Khi l¾p c¸c lo¹i vßng lµm kÝn cÇn sö dông dông cô g¸ chuyªn dïng thÝch hîp. 2. T×nh h×nh nghiªn cøu chung vÒ hÖ thèng lµm kÝn b»ng ph−¬ng ph¸p t¨ng ¸p: Lµm kÝn æ trôc b»ng ph−¬ng ph¸p t¨ng ¸p dùa trªn nguyªn lý dßng khÝ chØ di chuyÓn tõ n¬i cã ¸p suÊt cao tíi n¬i cã ¸p suÊt thÊp. §Ó ng¨n kh«ng cho bôi th©m nhËp vµo æ trôc, ng−êi ta cÊp khÝ vµo khoang æ vµ ®¶m b¶o ¸p suÊt trong khoang lµm viÖc cña æ cao h¬n so víi m«i tr−êng bªn ngoµi. HiÖu qu¶ cña lµm kÝn æ trôc b»ng ph−¬ng ph¸p t¨ng ¸p rÊt cao do khÝ s¹ch th−êng xuyªn ®−îc ®−a vµo khoang æ t¹o líp ®Öm ng¨n c¸ch kh«ng cho bôi th©m nhËp vµo æ, gióp cho chÊt b«i tr¬n trong æ trôc lu«n s¹ch, ®¶m b¶o ®−îc ®é æn ®Þnh cña thiÕt bÞ trong qu¸ tr×nh lµm viÖc, t¨ng tuæi thä thiÕt bÞ vµ an toµn trong s¶n xuÊt. Ngoµi ra do th−êng xuyªn ®−a kh«ng khÝ vµo khoang æ nªn ph−¬ng ph¸p lµm kÝn nµy cßn cã t¸c dông lµm m¸t æ, gióp duy tr× kh¶ n¨ng b«i tr¬n cña c¸c lo¹i dÇu, mì. Khi lµm kÝn b»ng ph−¬ng ph¸p t¨ng ¸p, ng−êi ta th−êng kÕt hîp víi sö dông vßng bÝt cao su cã cèt kim lo¹i ®Ó chóng hç trî nhau, t¨ng hiÖu qu¶ lµm kÝn. T¸c dông lµm m¸t æ cña dßng khÝ cßn gióp cho kÐo dµi tuæi thä vßng bÝt. Víi nh÷ng tÝnh n¨ng −u viÖt nh− trªn, lµm kÝn b»ng ph−¬ng ph¸p t¨ng ¸p kÕt hîp víi vßng bÝt cao su cã cèt ®−îc c¸c h·ng s¶n xuÊt thiÕt bÞ chÞu t¶i nÆng, lµm viÖc trong m«i tr−êng nãng, bôi (nh− m¸y nghiÒn, m¸y c¸n, thiÕt bÞ ¸p lùc...) cña nhiÒu n−íc tiªn tiÕn trªn thÕ giíi ¸p dông rÊt nhiÒu. Cßn ë ViÖt Nam, ngµnh c«ng nghiÖp chÕ t¹o c¸c thiÕt bÞ c«ng nghiÖp cã æ trôc chÞu t¶i lín, lµm viÖc trong m«i tr−êng nãng, bôi ch−a ph¸t triÓn. C¸c thiÕt bÞ lo¹i nµy cña mét sè c¬ së trong n−íc ®Òu lµ thiÕt bÞ nhËp ngo¹i, nªn c¸c tµi liÖu vÒ nghiªn cøu tÝnh to¸n, thiÕt kÕ hÖ thèng lµm kÝn b»ng ph−¬ng ph¸p t¨ng ¸p hÇu nh− kh«ng cã, trong khi ®ã nhu cÇu chÕ t¹o m¸y nghiÒn ®Ó phôc vô ngµnh s¶n xuÊt xi m¨ng trong n−íc ngµy cµng cao. N¨m 2003 ÷ 2005, ViÖn C«ng NghÖ ®· thùc hiÖn ®Ò tµi khoa häc c«ng nghÖ cÊp nhµ n−íc "Nghiªn cøu thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o m¸y nghiÒn bét siªu mÞn hiÖu ` TBT_TTCK&T§H §Ò tµi 245.07.RD/H§-KHCN 9 suÊt cao øng dông trong c«ng nghiÖp”, m· sè KC.05.22. §Ò tµi nµy ®· hoµn thµnh vµ ®¹t ®−îc nh÷ng kÕt qu¶ næi bËt, ®· chÕ t¹o vµ øng dông thµnh c«ng M¸y nghiÒn ®øng kiÓu b¸nh l¨n øng dông trong C«ng nghiÖp s¶n xuÊt VËt liÖu x©y dùng, hiÖn ®ang vËn hµnh t¹i C«ng ty TNHH VLXD H¹ Long – TP. Hå ChÝ Minh. Víi nhu cÇu s¶n xuÊt kh«ng ngõng më réng, thiÕt bÞ ®ßi hái ph¶i cã chÕ ®é lµm viÖc æn ®Þnh, ®é bÒn cao, ®¸p øng ®−îc nhu cÇu t¨ng n¨ng suÊt cña thiÕt bÞ nghiÒn. V× vËy cÇn ph¶i hoµn thiÖn c¸c côm thiÕt bÞ, ¸p dông c¸c c«ng nghÖ míi ®Ó n©ng cao ®é æn ®Þnh, an toµn cña thiÕt bÞ khi lµm viÖc, ®¶m b¶o vÖ sinh m«i tr−êng c«ng nghiÖp, ®¸p øng c¸c yªu cÇu ngµy cµng cao cña c¸c nhµ s¶n xuÊt, còng nh− cña ®êi sèng x· héi mµ trong khu«n khæ §Ò tµi KC.05.22 ch−a cã ®iÒu kiÖn nghiªn cøu. Do cÊu t¹o, c¸c b¸nh nghiÒn cña m¸y nghiÒn ®øng bè trÝ ngay bè trÝ ngay trong kh«ng gian buång nghiÒn nªn æ trôc ph¶i lu«n lµm viÖc trong m«i tr−êng hçn hîp khÝ vµ vËt liÖu nghiÒn cã nång ®é bôi rÊt cao (bôi chÝnh lµ s¶n phÈm c«ng nghÖ), v× vËy viÖc lµm kÝn æ trôc lµ rÊt quan träng, ®¶m b¶o ®é æn ®Þnh cho thiÕt bÞ khi lµm viÖc, ®¶m b¶o ®é an toµn trong s¶n xuÊt vµ n©ng cao tuæi thä thiÕt bÞ. §Ò tµi “Nghiªn cøu chÕ t¹o hÖ thèng lµm kÝn tÝch cùc b»ng ph−¬ng ph¸p t¨ng ¸p, dïng cho æ trôc chÞu t¶i nÆng, lµm viÖc trong m«i tr−êng nãng, bôi” nh»m hoµn thiÖn hÖ thèng lµm kÝn æ trôc c¸c b¸nh l¨n nghiÒn trong hÖ thèng m¸y nghiÒn ®øng, gióp cho m¸y nghiÒn ho¹t ®éng æn ®Þnh h¬n, an toµn h¬n, ®¸p øng nhu cÇu më réng s¶n xuÊt hiÖn nay. C¸c néi dung cña ®Ò tµi lµ: − Nghiªn cøu, ph©n tÝch và giải bµi to¸n khÝ ®éng cña hÖ thèng lµm kÝn b»ng ph−¬ng ph¸p t¨ng ¸p. X©y dùng c¬ së cho việc lựa chọn sơ đồ kết cấu, lựa chọn các thông số khí động để đảm bảo hÖ thèng lµm kÝn b»ng ph−¬ng ph¸p t¨ng áp làm việc ổn định, đạt hiệu quả làm kín tối ưu. − TÝnh to¸n, thiÕt kÕ, chÕ t¹o hÖ thèng lµm kÝn ®iÓn h×nh b»ng ph−¬ng ph¸p t¨ng ¸p. Thiết kế, chế tạo mô hình để khảo nghiệm hệ thống làm kín. − Kh¶o nghiÖm hÖ thèng lµm kÝn b»ng ph−¬ng ph¸p t¨ng ¸p trªn m« h×nh kh¶o nghiÖm. §o ®¹c, ph©n tÝch và ®¸nh gi¸ c¸c th«ng sè kh¶o nghiÖm cña hÖ thèng. ` TBT_TTCK&T§H §Ò tµi 245.07.RD/H§-KHCN 10 Ch−¬ng II C¸c bµi to¸n khÝ ®éng c¬ b¶n, C¬ së lý thuyÕt cho tÝnh to¸n khÝ ®éng cña hÖ thèng lµm kÝn æ b»ng ph−¬ng ph¸p t¨ng ¸p Tr¹ng th¸i cña chÊt láng (khÝ) chuyÓn ®éng ®−îc x¸c ®Þnh khi c¸c hµm ph©n bè vËn tèc v = v(x,y,z,t) vµ hai ®¹i l−îng ®éng lùc nµo ®ã nh− ¸p suÊt p = p (x,y,z,t) vµ mËt ®é ρ = ρ (x,y,z,t) ®−îc x¸c ®Þnh. Sù ph©n bè vµ quy luËt thay ®æi ¸p suÊt, vËn tèc cña dßng ch¶y phô thuéc h×nh d¹ng, ®é nh½n, kÝch th−íc h×nh häc… cña vËt bao dßng ch¶y ®ã. §Ó ph©n tÝch vµ gi¶i bµi to¸n hÖ khÝ ®éng cho mét hÖ thèng cÇn ph¶i dùa trªn c¸c ®Þnh luËt tæng qu¸t cña chÊt láng (khÝ), ¸p dông c¸c d¹ng bµi to¸n khÝ ®éng c¬ b¶n. Sau ®©y lµ mét sè bµi to¸n khÝ ®éng ®iÓn h×nh cÇn thiÕt cho viÖc ph©n tÝch khÝ ®éng cña hÖ thống lµm kÝn: 1. Dßng ch¶y gi÷a hai mÆt ph¼ng song song chuyÓn ®éng t−¬ng ®èi víi nhau: Hai mặt phẳng song song chuyển động tương đối với nhau với vận tốc không đổi u. Chọn một trong hai mặt phẳng làm mặt phẳng x, z và hướng trục x theo hướng vận tốc u. Nhận thấy tất cả các đại lượng đều chỉ phụ thuộc vào toạ độ y, còn tại mọi nơi vận tốc chất lỏng đều dương theo trục x. Từ phương trình chuyển động cơ bản của chất lỏng, áp dụng cho chuyển động dừng ta có được công thức sau: 0= dy dp ; 02 2 = dy vd (Phương trình liên tục được đồng nhất thoả mãn). Từ đó p = const, v = y + b. Với y = 0 và y = h (h là khoảng cách giữa các mặt phẳng), lần lượt phải có: v = 0 và v = u. Ta được: v = uh y (2.1) Trong đó: u là tốc độ chuyển động tương đối giữa các mặt phẳng v là vận tốc theo bề dày của lớp chất lỏng. ` TBT_TTCK&T§H §Ò tµi 245.07.RD/H§-KHCN 11 Như vậy sự phân bố vận tốc của chất lỏng chứa giữa hai mặt phẳng song song chuyển động đối với nhau là theo hàm bậc nhất. Vận tốc trung bình của chất lỏng được xác định bởi vTB = ∫ = h uvdy h 0 2 1 (2.2) 2. Dßng ch¶y gi÷a hai mÆt ph¼ng song song cè ®Þnh: Xét dòng chảy dừng của chất lỏng giữa hai mặt phẳng song song cố định khi có gradien áp suất. Chọn hệ toạ độ như trong trường hợp (1), trục z hướng theo chiều chuyển động của chất lỏng. Các phương trình Navier – Stoker cho ta (hiển nhiên, vận tốc chỉ phụ thuộc vào toạ độ y): x p dy vd ∂ ∂= µ 1 2 2 ; 0=∂ ∂ y p Phương trình thứ hai chứng tỏ rằng áp suất không phụ thuộc vào y, nghĩa là nó không đổi theo bề dầy lớp chất lỏng giữa các mặt phẳng. Khi đó, trong phương trình thứ nhất của vế phải hàm số chỉ phụ thuộc x, còn ở vế trái - chỉ phụ thuộc y. Một phương trình như thế chỉ có thể được thực hiện khi cả hai vế đều là những đại lượng không đổi. Như vậy: const dx dp = nghĩa là áp suất là một hàm bậc nhất của tọa độ x theo chiều dòng chảy. Bây giờ, đối với vận tốc ta có: v = baxy dx dp ++2 2 1 µ Các hằng số a và b được xác định từ các điều kiện biên v = 0 với y = 0 và y = h. Kết quả thu được: v = )( 2 1 hyy dx dp −− µ (2.3) Như vậy khi có gradien áp suất, vận tốc của lớp chất lỏng giữa hai mặt phẳng song song cố định thay đổi theo hàm bậc hai, đạt giá trị cực đại ở giữa lớp. Giá trị trung bình của vận tốc theo bề dày của lớp chất lỏng bằng: dx dphV µ12 2 −= (2.4) ` TBT_TTCK&T§H §Ò tµi 245.07.RD/H§-KHCN 12 3. Dßng ch¶y dõng trong èng: Xét dòng chảy dừng của chất lỏng trong ống có tiết diện không đổi dọc theo toàn bộ chiều dài, trục x hướng theo chiều dài của ống. Vận tốc v của chất lỏng tại mọi nơi đều hướng theo trục x và chỉ là hàm của y và z. Phương trình liên tục được đồng nhất thỏa mãn, còn những thành phần theo trục y và z của phương trình Navier – Stokes lại cho ta 0// =∂∂=∂∂ zpzp , nghĩa là áp suất không đổi trên tiết diện của ống dẫn. Thành phần theo trục x của phương trình: gradvv t v ρ 1)( −=∇+∂ ∂ vp ∆+ ρ µ cho ta: dx dp z v y v µ 1 2 2 2 2 =∂ ∂+∂ ∂ Từ đó kết luận rằng dp/dx = const; do đó gradien áp suất có thể được viết dưới dạng lp /∆ , trong đó p∆ là hiệu áp suất tại các đầu của ống, l là độ dài của nó. Như vậy, sự phân bố vận tốc của dòng chất lỏng trong ống được xác định bởi một phương trình hai chiều thuộc loại constv =∆ . Phương trình này phải được giải với điều kiện biên v = 0 ở trên chu vi của tiết diện ống dẫn. Giải phương trình này cho ống có tiết diện tròn. Chọn gốc toạ độ cực tại tâm của ống, vì lý do đối xứng, ta có: v = v(r). Dùng biểu thức toán học Laplace trong các tọa độ cực, ta có: l p dr dvr dr d r µ ∆−=⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛1 Lấy tích phân, ta được: brar l pV ++∆−= ln 4 2 µ (2.5) Hằng số a cần được chọn bằng không, vì vận tốc phải hữu hạn trong toàn bộ tiết diện ống, kể cả tâm. Hằng số b được xác định từ đòi hỏi v = 0, khi giá trị r = R (R là bán kính của ống). Cuối cùng: ( )22 4 rR l pV −∆= µ (2.6) ` TBT_TTCK&T§H §Ò tµi 245.07.RD/H§-KHCN 13 Như vậy, theo tiết diện ống vận tốc được phân bố theo hàm bậc hai. Lượng chất lỏng Q đi qua tiết diện thẳng của ống trong một giây gọi là lưu lượng chất lỏng trong ống. Lượng chất lỏng đi qua phần tử hình vành khuyên π2 rdr của tiết diện ống trong một giây bằng ρ2πrvdr. Do đó: ∫= R rvdrQ 0 2πρ Nếu xét đến (2.5) , ta thu được : 4 8 R vl pQ ∆= π Lượng chất lỏng chảy tỷ lệ với lũy thừa bậc bốn của bán kính ống. 4. Dßng ch¶y trong khe hë gi÷a hai h×nh trô ®ång trôc vµ quay t−¬ng ®èi víi nhau: Xét chuyển động của chất lỏng ở giữa hai hình trụ dài vô hạn, đồng trục, quay quanh trục của chúng với vận tốc góc 1Ω và 2Ω ; R1 và R2 là các bán kính hình trụ, với R2 > R1. Chọn các toạ độ r, z, ϕ với trục z trùng với trục của các hình trụ. Vì lý do đối xứng, nên hiển nhiên: 0== rvvυ , )(rvv =ϕ , p=p(r) Phương trình Navier – Stokes trong toạ độ trụ trong trường hợp đang xét cho hai phương trình: r v dr dp 2ρ= (2.7) 01 22 2 =−+ r v dr dv rdr vd (2.8) Phương trình (2.5) có các nghiệm thuộc loại rn. Việc thay nghiệm dưới dạng này cho ta n = 1± , do đó v = r bar + Các hằng số a và b tìm được từ các điều kiện giới hạn, theo các điều kiện này, vận tốc chất lỏng trên mặt hình trụ trong và ngoài mặt hình trụ ngoài phải bằng vận tốc của hình trụ tương ứng: 111 Ω= Rv với 1Rr = và 222 Ω= Rv với r = R2. Kết quả ta thu được sự phân bố các vận tốc dưới dạng ` TBT_TTCK&T§H §Ò tµi 245.07.RD/H§-KHCN 14 v = rRR RRr RR RR 1)( 2 1 2 2 2 2 2 121 2 1 2 2 2 11 2 22 − Ω−Ω+− Ω−Ω (2.9) Mô men các lực ma sát tác dụng lên các hình trụ được xác định theo công thức: 2 1 2 2 2 2 2 121 1 )(4 RR RRM − Ω−Ω−= πµ (2.10) Mô men các lực tác dụng lên hình trụ ngoài M2 = -M1. Với 02 =Ω và với khe nhỏ giữa các hình trụ ( 212 RRR <<−≡δ ) công thức (2.10) có dạng δ µRSuM =2 (2.11) Trong đó RS π2≈ là diện tích mặt của một đơn vị dài hình trụ, còn Ru 1Ω= là diện tích bao quanh nó. 5. HiÖn t−îng khuÕch t¸n: Hiện tượng khuếch tán xảy ra khi chất lỏng là một hỗn hợp nhiều thành phần và không đồng đều trong thể tích chứa. Trong trong trường hợp này thì các phương trình thuỷ lực sẽ thay đổi một cách cơ bản. Thành phần của hỗn hợp được mô tả bằng nồng độ c, xác định bởi tỷ số giữa khối lượng của một trong các chất tham gia tạo thành hỗn hợp và khối lượng toàn phần của chất lỏng ở trong phần tử thể tích đang xét. Với thời gian, nói chung sự phân bố của nồng độ trong chất lỏng thay đổi. Sự biến thiên của nồng độ xảy ra theo hai cách: ¾ Thứ nhất: Biến thiên nồng độ do có chuyển động vĩ mô của chất lỏng. Mỗi phần của chất lỏng đã cho dịch chuyển như một khối có thành phần không thay đổi. Sự khuấy trộn thuần tuý cơ học của chất lỏng là một điển hình của sự thay đổi nồng độ do chuyển động vĩ mô; mặc dù thành phần của mỗi phần chất lỏng di chuyển không thay đổi, nhưng tại mỗi điểm cố định đã cho của không gian nồng độ chất lỏng chiếm vị trí đó thay đổi theo thời gian. Nếu bỏ qua các quá trình dẫn nhiệt và ma sát nội có thế đồng thời xảy ra, thì một sự biến thiên như thế của nồng độ là một quá trình nhiệt động lực thuận nghịch và không dẫn tới sự tiêu tán năng lượng. ` TBT_TTCK&T§H §Ò tµi 245.07.RD/H§-KHCN 15 ¾ Thứ hai: Sự biến thiên của thành phần có thể xảy ra do có sự chuyển vận các chất của hỗn hợp từ một phần chất lỏng này đến một phần khác. Sự san bằng nồng độ bằng sự biến thiên trực tiếp thành phần của mỗi phần chất lỏng được gọi là sự khuếch tán. Sự khuếch tán là quá trình không thuận nghịch và cùng với sự dẫn nhiệt và tính nhớt, nó là một trong các nguồn tiêu tán năng lượng trong hỗn hợp lỏng. Khi không có sự khuếch tán, thành phần của mỗi phần tử đã cho của chất lỏng vẫn không đổi khi chất lỏng dịch chuyển. Còn khi có sự khuếch tán, ngoài dòng v, ρ, c của chất đã cho cùng với toàn bộ chất lỏng, còn một dòng nữa dẫn tới sự chuyển vận các chất trong hỗn hợp cả khi không có sự dịch chuyển của chất lỏng xét về toàn bộ; đó là dòng khuếch tán. Mật độ dòng khuếch tán qua một đơn vị diện tích trong một đơn vị thời gian ký hiệu là i. Dòng khuếch tán i của chất sẽ xuất hiện do có mặt các gradien nồng độ và gradien nhiệt độ ở trong chất lỏng. Như vậy, dòng khuếch tán sẽ phụ thuộc vào cả gradien nhiệt độ và gradien nồng độ. Nếu gradien nhiệt độ và nồng độ không lớn, thì có thể coi i là hàm bậc nhất của độ nhớt động lựcµ và của nhiệt độ T. Dòng khuếch tán xuất hiện khi chỉ có gradien nồng độ được xác định bởi hệ số khuếch tán D; Còn đối với dòng khuếch tán gây bởi gradien nhiệt độ, thì được xác định bởi hệ số khuếch tán nhiệt kTD (đại lượng không thứ nguyên kT được gọi là tỷ số khuếch tán nhiệt). Dòng khuếch tán i không phụ thuộc vào gradien của áp suất (với µ∆ và T∆ đã cho). Đối với các hỗn hợp chất lỏng trong thành phần có các hạt lơ lửng thì sự khuếch tán được định nghĩa như sau: Do ảnh hưởng của chuyển động phân tử trong chất lỏng, các hạt lơ lửng trong chất lỏng đó thực hiện chuyển động Brown hỗn loạn. Giả sử tại một thời điểm ban đầu có một hạt như thế tại một điểm nào đó (gốc toạ độ). Có thể coi chuyển động tiếp sau của nó như một “sự khuếch tán” và xác xuất tìm thấy hạt ở trong một phần tử thể tích nào của khối chất lỏng giữ vai trò nồng độ. Hệ số khuếch tán của các hạt lơ lửng trong chất lỏng được xác định theo độ linh động của chúng. Để xác định ` TBT_TTCK&T§H §Ò tµi 245.07.RD/H§-KHCN 16 độ linh động của các hạt lơ lửng người ta giả sử các hạt này chịu tác dụng của một ngoại lực không đổi f. Trong trạng thái dừng, lực tác dụng lên mỗi hạt phải được cân bằng bởi lực cản do chất lỏng tác dụng lên hạt chuyển động. Khi các vận tốc không quá lớn, lực cản tỷ lệ với luỹ thừa bậc nhất của vận tốc. Nếu viết lực đó dưới dạng v/b, b là một hằng số, rồi cân bằng nó với ngoại lực f, ta thu được: v = bf, nghĩa là vận tốc của hạt thu được dưới tác dụng của ngoại lực tỉ lệ với lực đó. Hằng số b được gọi là độ linh động và về nguyên tắc, có thể được tính dựa vào các phương trình thuỷ động lực. Đối với các hạt có dạng hình cầu có bán kính R thì lực cản bằng f = Rvπµ6 , do đó, độ linh động bằng: R b πµ6 1= (2.12) Đối với các hạt không có dạng hình cầu, lực cản phụ thuộc vào phương chuyển động và được viết dưới dạng aikvk, trong đó aik là một tenxơ đối xứng. Khi tính độ linh động, cần phải lấy trung bình theo tất cả các hướng của hạt; nếu a1, a2, a3 là các giá trị chính của tenxơ đối xứng aik, thì ta thu được: ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ++= 321 111 3 1 aaa b (2.13) Độ linh động liên hệ với hệ số khuếch tán bằng hệ thức: D = Tb (2.14) Kết hợp với (2-12), hệ số khuếch tán của các hạt có dạng cầu được xác định theo công thức: D = R T πµ6 (2.15) Nh− vËy hÖ sè khuÕch t¸n phô thuéc vµo nhiÖt ®é, ®é nhít ®éng lùc vµ kÝch th−íc h¹t. Khi nhiÖt ®é cµng cao kh¶ n¨ng khuÕch t¸n cña c¸c h¹t l¬ löng trong chÊt láng cµng lín, cßn ®é nhít vµ kÝch th−íc h¹t cµng lín sÏ lµm gi¶m kh¶ n¨ng khuÕch t¸n cña chóng. ` TBT_TTCK&T§H §Ò tµi 245.07.RD/H§-KHCN 17 Ch−¬ng III nghiªn cøu bµi to¸n khÝ ®éng cña hÖ thèng lµm kÝn æ trôc ®iÓn h×nh b»ng ph−¬ng ph¸p t¨ng ¸p (sau ®©y gäi t¾t lµ hÖ thèng lµm kÝn, viÕt t¾t lµ HTLK) 1. S¬ ®å nguyªn lý cña hÖ thèng lµm kÝn: Lµm kÝn æ trôc theo ph−¬ng ph¸p t¨ng ¸p lµ ph−¬ng ph¸p thæi khÝ vµo khoang lµm viÖc cña æ, khÝ sÏ ®iÒn ®Çy c¸c ngãc ng¸ch trong khoang. Khi ¸p suÊt trong khoang lín h¬n ¸p suÊt bªn ngoµi, dßng khÝ sÏ qua khe hë ra ngoµi vµ cã t¸c dông ng¨n chÆn kh«ng cho bôi x©m nhËp vµo khoang æ. Ph−¬ng ph¸p lµm kÝn nµy dùa trªn hiÖn t−îng dßng khÝ sÏ chØ di chuyÓn tõ n¬i cã ¸p suÊt cao tíi n¬i cã ¸p suÊt thÊp. Nh− vËy ®iÒu kiÖn ®Ó ng¨n kh«ng cho bôi th©m nhËp vµo æ trôc lµ: pKO > pMT (3.1) Trong ®ã : pKO : ¸p suÊt trong khoang lµm viÖc cña æ. pMT : ¸p suÊt m«i tr−êng bªn ngoµi æ. §iÒu kiÖn (3.1) ta gäi lµ ®iÒu kiÖn c¬ b¶n hay chªnh ¸p trong HTLK. H×nh 3.1. S¬ ®å nguyªn lý cña HTLK Tuú thuéc vµo yªu cÇu thùc tÕ cña møc ¸p suÊt trong khoang æ, ng−êi ta cã thÓ dïng qu¹t ly t©m hoÆc dïng khÝ nÐn trùc tiÕp thæi khÝ vµo khoang æ ®Ó t¹o ¸p suÊt trong khoang æ lín h¬n ¸p suÊt m«i tr−êng bªn ngoµi, ®¶m b¶o ®iÒu kiÖn c¬ b¶n cña ph−¬ng ph¸p lµm kÝn b»ng t¨ng ¸p. ` TBT_TTCK&T§H §Ò tµi 245.07.RD/H§-KHCN 18 2. Ph©n tÝch bµi to¸n khÝ ®éng cña HTLK: Do liªn kÕt æ - trôc lµ mèi liªn kÕt ®éng, nªn lu«n lu«n ph¶i tån t¹i mét khe hë δ gi÷a phÇn chuyÓn ®éng (trôc quay) vµ phÇn cè ®Þnh. V× vËy kÕt cÊu ®iÓn h×nh ®Ó lµm kÝn æ trôc cña b¸nh l¨n trong m¸y nghiÒn ®øng b»ng ph−¬ng ph¸p t¨ng ¸p sÏ cã hai d¹ng sau: H×nh 3.2a. KÕt cÊu lµm kÝn æ trôc sö dông ph−¬ng ph¸p t¨ng ¸p (Vµnh trong quay, vµnh ngoµi ®øng yªn) H×nh 3.2b. KÕt cÊu lµm kÝn æ trôc sö dông ph−¬ng ph¸p t¨ng ¸p (Vµnh ngoµi quay, vµnh trong ®øng yªn) ` TBT_TTCK&T§H §Ò tµi 245.07.RD/H§-KHCN 19 Khi ¸p suÊt bªn trong khoang æ lín h¬n ¸p suÊt bªn ngoµi, nghÜa lµ ®¶m b¶o ®iÒu kiÖn c¬ b¶n cña ph−¬ng ph¸p lµm kÝn (3.1) th× t¹i khe hë gi÷a phÇn chuyÓn ®éng vµ phÇn cè ®Þnh lu«n cã mét dßng khÝ (Qδ) di chuyÓn tõ trong khoang æ ra m«i tr−êng bªn ngoµi, dßng khÝ ®ã cã t¸c dông bÞt vµ ng¨n chÆn khÝ bôi tõ ngoµi x©m nhËp vµo khoang æ. V× vËy tÝnh æn ®Þnh còng nh− c¸c th«ng sè khÝ ®éng cña dßng khÝ lµm kÝn, ®Æc biÖt lµ dßng trong khe sÏ cã t¸c ®éng tíi kh¶ n¨ng vµ hiÖu qu¶ lµm kÝn æ. Do ®ã ngoµi viÖc ®¶m b¶o ®iÒu kiÖn c¬ b¶n cña ph−¬ng ph¸p lµm kÝn th× cÇn nghiªn cøu, ph©n tÝch c¸c ®iÒu kiÖn ®Ó ®¶m b¶o tÝnh æn ®Þnh cña dßng khÝ lµm kÝn, ®Æc biÖt lµ dßng khÝ trong khe hë δ lµ kh«ng gian chuyÓn tiÕp gi÷a khoang æ vµ m«i tr−êng bªn ngoµi ®Ó ®¶m b¶o hiÖu qu¶ lµm kÝn cña hÖ thèng ®¹t møc tèi ®a. Tõ s¬ ®å nguyªn lý, ®iÒu kiÖn chªnh ¸p vµ c¸c d¹ng kÕt cÊu ®iÓn h×nh cña hÖ thèng lµm kÝn (h×nh 3.1, 3.2a vµ 3.2b), sau khi nghiªn cøu lý thuyÕt thuû khÝ ®éng lùc, ¸p dông c¸c d¹ng bµi to¸n khÝ ®éng c¬ b¶n cho hÖ khÝ ®éng trong HTLK, ta cã nh÷ng nhËn xÐt vµ ph©n tÝch sau: ¾ Khi lµm viÖc, phÇn æ trôc quay, vµnh lµm kÝn l¾p trªn æ quay theo, vµnh lµm kÝn l¾p trªn phÇn cè ®Þnh sÏ ®øng yªn. Dßng khÝ ®−îc hót tõ qu¹t (hoÆc hÖ thèng khÝ nÐn) qua hÖ thèng èng dÉn vµo khoang khÝ, theo c¸c lç khoan th«ng trªn moay ¬ vµ trong trôc ®iÒn ®Çy c¸c khoang trèng trong æ; dßng khÝ còng qua c¸c lç khoan th«ng trªn v¸ch ®i vµo khe hë δ (h×nh 3.2). Khi ®iÒu kiÖn chªnh ¸p ®−îc ®¶m b¶o, dßng khÝ sÏ qua khe hë ra ngoµi vµ bôi sÏ kh«ng thÓ x©m nhËp ®−îc vµo trong khoang æ. Víi kÕt cÊu nh− vËy, hÖ thèng lµm kÝn lµ hÖ thèng ®−êng èng hë vµ dßng trong khe hë sÏ lµ dßng ch¶y cña chÊt lßng gi÷a hai h×nh trô ®ång t©m vµ quay t−¬ng ®èi víi nhau. Theo tµi liÖu [4] trang 147 t¹i miÖng thæi (®Çu ra khe hë δ) cña hÖ thèng ®−êng èng hë cã ¸p suÊt tÜnh b»ng 0, ¸p suÊt toµn phÇn cña dßng khÝ b»ng ¸p suÊt ®éng. KÕt hîp víi (3.1), cã: pδ ≈ p®δ = KKTBg v γ 2 2 > pMT (3.2) ` TBT_TTCK&T§H §Ò tµi 245.07.RD/H§-KHCN 20 Trong ®ã γKK lµ träng l−îng riªng cña kh«ng khÝ. NÕu biÕt ¸p suÊt m«i tr−êng bªn ngoµi æ, ta cã thÓ x¸c ®Þnh ®−îc vËn tèc trung b×nh cña dßng khÝ trong khe qua c«ng thøc: vTB > KK MTgp γ 2 m/s (3.3) Dßng khÝ qua khe hë δ lµ dßng ch¶y cña chÊt láng gi÷a hai h×nh trô ®ång t©m vµ quay t−¬ng ®èi víi nhau nªn sù ph©n bè vËn tèc cña dßng theo mÆt c¾t khe hë ®−îc x¸c ®Þnh theo (2.9) v = rRR RRr RR RR 1)( 2 1 2 2 2 2 2 121 2 1 2 2 2 11 2 22 − Ω−Ω+− Ω−Ω Hay cã thÓ viÕt thµnh: v = rRR RRr RR RR 1 )( )( )( 12 2 2 2 121 12 2 11 2 22 + Ω−Ω++ Ω−Ω δδ (3.4) Nh− vËy vËn tèc cña dßng khÝ trong khe hë gi÷a hai h×nh trô ®ång t©m vµ quay t−¬ng ®èi víi nhau phô thuéc c¸c ®¹i l−îng: tèc ®é quay cña c¸c h×nh trô Ω1, Ω2; b¸n kÝnh c¸c h×nh trô R1, R2; ®é lín cña khe hë δ. KÕt hîp víi (3.3) cã: rRR RRr RR RR 1 )( )( )( 12 2 2 2 121 12 2 11 2 22 + Ω−Ω++ Ω−Ω δδ > KK MTgp γ 2 (3.5) NÕu biÕt b¸n kÝnh cña mét trong hai h×nh trô (gi¶ sö biÕt R1) vµ tèc ®é quay cña chóng, víi khe hë δ rÊt nhá (δ = R2 – R1<< R = 2 12 RR + ), chuyÓn ®éng cña chÊt láng gi÷a hai h×nh trô quay ®−îc coi lµ chuyÓn ®éng cña chÊt láng gi÷a hai mÆt ph¼ng song song chuyÓn ®éng t−¬ng ®èi víi nhau, lóc ®ã vËn tèc trung b×nh cña dßng ch¶y ®¹t ®−îc t¹i r = 2 12 RR + . Thay vµo (3.5) ta sÏ ®−îc mét bÊt ®¼ng thøc bËc ba víi Èn lµ R2. VÒ nguyªn t¾c ta cã thÓ x¸c ®Þnh ®−îc R2 (cã nghÜa lµ x¸c ®Þnh ®−îc khe hë δ) b»ng c¸ch gi¶i bÊt ®¼ng thøc nãi trªn. Tuy nhiªn viÖc gi¶i bÊt ®¼ng thøc kh¸ phøc t¹p vµ chØ x¸c ` TBT_TTCK&T§H §Ò tµi 245.07.RD/H§-KHCN 21 ®Þnh ®−îc mét kho¶ng c¸c gi¸ trÞ nµo ®ã cña δ chø kh«ng ph¶i lµ mét gi¸ trÞ cô thÓ. B©y giê ta xÐt tÝnh æn ®Þnh cña dßng ch¶y trong khe hë gi÷a hai h×nh trô ®ång t©m vµ quay t−¬ng ®èi víi nhau: Tài liệu [1] trang 166 ÷ 171 cho thấy dßng ch¶y trong khe gi÷a hai h×nh trô quay cã d¹ng h×nh pháng xuyÕn, gäi lµ nh÷ng xo¸y Taylor ®−îc xÕp ®Òu ®Æn däc theo chiÒu dµi khe hë (Xem h×nh 3.3) vµ ®¹i l−îng gi÷ vai trß hÖ sè Reynold: v R 211Ω hay v R 222Ω x¸c ®Þnh “lo¹i chuyyÓn ®éng” của dßng chất lỏng víi c¸c gi¸ trÞ ®· cho cña c¸c tû sè 2 1 R R vµ 2 1 Ω Ω . H×nh 3.3. H×nh chiÕu ®−êng dßng ch¶y trong khe hë gi÷a hai h×nh trô quay cïng chiÒu nhau (theo mÆt ph¼ng kinh tuyÕn cña c¸c h×nh trô) TÝnh æn ®Þnh cña dßng ch¶y trong khe phô thuéc vµo gi¸ trÞ cña tû sè 2 11 2 22 R R Ω Ω (xem h×nh 3.4). Khi 2 11 2 22 R R Ω Ω >1 (hay 211 2 22 RR Ω>Ω ) th× dßng trong khe lu«n lµ dßng æn ®Þnh, ng−îc l¹i khi 2 11 2 22 R R Ω Ω <1 (hay 211 2 22 RR Ω<Ω ) vµ víi sù t¨ng ®ñ lín cña sè Reynold bao giê dßng trong khe còng lµ dßng kh«ng æn ®Þnh. §−êng th¼ng 211 2 22 RR Ω=Ω lµ ®−êng tiÖm cËn ph©n chia gi÷a miÒn æn ®Þnh vµ kh«ng æn ®Þnh cña dßng chÊt láng trong khe hë gi÷a hai h×nh trô ®ång t©m vµ quay cïng phÝa. ` TBT_TTCK&T§H §Ò tµi 245.07.RD/H§-KHCN 22 H×nh 3.4. TÝnh æn ®Þnh cña dßng ch¶y trong khe hë gi÷a hai h×nh trô quay a. MiÒn g¹ch g¹ch lµ miÒn cã dßng æn ®Þnh b. MiÒn kh«ng g¹ch lµ miÒn cã dßng kh«ng æn ®Þnh. Tr−êng hîp giíi h¹n khi δ→ 0 (δ = R2 – R1<< R = 2 12 RR + , chuyÓn ®éng cña chÊt láng gi÷a hai h×nh trô quay lµ chuyÓn ®éng cña chÊt láng gi÷a hai mÆt ph¼ng song song chuyÓn ®éng t−¬ng ®èi víi nhau. ChuyÓn ®éng nµy lµ æn ®Þnh víi mäi trÞ sè cña sè Re = δu/v (u lµ vËn tèc t−¬ng ®èi cña c¸c mÆt ph¼ng). Nh− vËy dßng khÝ trong khe æn ®Þnh víi mäi trÞ sè Re khi khe hë δ→ 0 hay khi khe hë δ cµng nhá (δ << R = )( 2 1 21 RR + th× dßng trong khe cµng æn ®Þnh. Nãi c¸ch kh¸c nÕu D = 2R cµng lín th× th× dßng chÊt láng trong khe sÏ cµng dễ æn ®Þnh v× khi D lín th× gi¸ trÞ tuyÖt ®èi cña δ cã thÓ t¨ng lªn mµ vÉn ®¶m b¶o ®iÒu kiÖn δ << R = )( 2 1 21 RR + . Tõ ®å thÞ h×nh 3.4, xÐt víi tr−êng hîp c¬ cÊu lµm kÝn theo kiÓu h×nh 3.2a, vµnh trong quay víi tèc ®é Ω1, vµnh ngoµi ®øng yªn Ω2= 0. Lóc nµy tû sè 2 11 2 22 R R Ω Ω = 0 <1 nªn dßng trong khe lu«n lµ dßng kh«ng æn ®Þnh. Ng−îc l¹i ttr−êng hîp c¬ cÊu lµm kÝn theo kiÓu h×nh 3.2b, vµnh ngoµi quay víi tèc ®é Ω2, vµnh trong ®øng yªn Ω1= 0. Tr−êng hîp nµy tû sè 2 11 2 22 R R Ω Ω →∞ >1 nªn dßng trong khe lu«n lµ dßng æn ®Þnh. Tãm l¹i tõ ph©n tÝch trªn cã kÕt luËn nh− sau: ` TBT_TTCK&T§H §Ò tµi 245.07.RD/H§-KHCN 23 Ngoµi ®iÒu kiÖn ®¶m b¶o c¬ b¶n cña ph−¬ng ph¸p lµm kÝn b»ng t¨ng ¸p, cã nghÜa lµ cã sù chªnh ¸p suÊt gi÷a khoang æ vµ m«i tr−êng bªn ngoµi (®iÒu kiÖn 3.1), tÝnh æn ®Þnh cña dßng khÝ trong khe hë quyÕt ®Þnh tÝnh æn ®Þnh cña ph−¬ng ph¸p lµm kÝn hay lµ quyÕt ®Þnh chÊt l−îng vµ hiÖu qu¶ lµm kÝn b»ng ph−¬ng ph¸p t¨ng ¸p. §Ó ®¶m dßng trong khe hë æn ®Þnh th× chiÒu réng khe hë ph¶i rÊt nhá so vãi b¸n kÝnh trung b×nh. VËy cÇn chän ®−êng kÝnh trung b×nh D = 2R lµ lín ®Ó ®¶m b¶o khe hë lu«n rÊt nhá t−¬ng ®èi so víi D. V× ®©y lµ ph−¬ng ph¸p lµm kÝn b»ng dßng khÝ, do vËy tÝnh æn ®Þnh cña dßng khÝ sÏ ¶nh h−ëng tíi chÊt l−îng vµ hiÖu qu¶ lµm kÝn. Khi dßng khÝ trong khe æn ®Þnh, vËn tèc dßng khÝ æn ®Þnh, kh¶ n¨ng lµm kÝn cña hÖ thèng còng æn ®Þnh theo. Theo ph©n tÝch trªn ta nhËn thÊy víi kÕt cÊu h×nh 3.2b th× víi mäi gi¸ trÞ δ vµ trÞ sè Reynold, dßng trong khe hë lu«n lµ dßng æn ®Þnh. Cßn theo kÕt cÊu h×nh 3.2a, dßng trong khe chØ æn ®Þnh víi c¸c gi¸ trÞ δ ®ñ nhá (δ << R = )( 2 1 21 RR + vµ víi trÞ sè Reynold ®ñ lín. Tuy nhiªn xÐt toµn hÖ thèng th× kÕt cÊu nh− h×nh 3.2a gän h¬n, dßng ch¶y thuËn h¬n, kh«ng bÞ ®æi h−íng nh− kÕt cÊu h×nh 3.2b, thªm vµo ®ã gi¸ trÞ δ còng kh«ng nªn chän qu¸ lín ®Ó ®¶m b¶o tÝnh æn ®Þnh cña dßng khÝ trong khe; nªn tuú thuéc vµo gi¸ trÞ cô thÓ cña b¸n kÝnh trung b×nh R cña hai h×nh trô quay mµ chän kiÓu kÕt cÊu vµ gi¸ trÞ cña khe hë δ. ¾ Theo tµi liÖu [3] trang 87, l−u l−îng cña dßng khÝ qua khe hÑp gi÷a c¸c h×nh trô ®−îc tÝnh theo c«ng thøc : Qδ = l pD δ µ δπ ∆ 12 3 (3.5) Suy ra : ∆pδ = 312 δπ µ δ D lQ (3.6) Víi: D = 2R = )( 2 1 21 DD + vµ δ = )(2 1 12 DD − Ta biÕt: Qδ = Fδ vTB = πDδvTB (3.7) ` TBT_TTCK&T§H §Ò tµi 245.07.RD/H§-KHCN 24 VËy: ∆pδ = 212δ µ TBlv (3.8) Nh− vËy tæn thÊt ¸p suÊt trong khe hÑp tû lÖ nghÞch víi luü thõa bËc hai chiÒu réng khe hÑp, tû lÖ thuËn víi ®é nhít ®éng lùc, víi vËn tèc dßng khÝ trong khe vµ víi chiÒu dµi khe hÑp. C«ng thøc (3.8) lµ c«ng thøc tÝnh tæn thÊt ¸p suÊt cña dßng khÝ trong khe hë gi÷a hai h×nh trô ®ång t©m, ®øng yªn. NÕu ta thay vTB lµ vËn tèc dßng khÝ qua khe hë gi÷a hai h×nh trô quay, cã thÓ x¸c ®Þnh ®−îc gÇn ®óng tæn thÊt ¸p suÊt trong khe hë gi÷a hai h×nh trô quay. §−êng kÝnh trung b×nh D t¨ng mµ δ kh«ng ®æi th× Qδ t¨ng, c«ng suÊt ®éng c¬ do ®ã còng t¨ng. §−êng kÝnh trung b×nh D phô thuéc vµo kÕt cÊu nªn bÞ h¹n chÕ, khe hë δ l¹i kh«ng nªn chän qu¸ lín ®Ó ®¶m b¶o dßng trong khe æn ®Þnh, nªn Qδ còng kh«ng thÓ qu¸ lín. Nh− vËy nªn chän D1 (hoÆc D2) lín nhÊt cã thÓ ®Ó l−u l−îng dßng qua khe hë kh«ng qu¸ nhá. Khi khe hë rÊt nhá δ = R2 - R1 << R = )(2 1 21 RR + , chuyÓn ®éng cña chÊt láng gi÷a hai mÆt trô quay cã thÓ coi nh− chuyÓn ®éng cña chÊt láng gi÷a hai mÆt ph¼mg song song chuyÓn ®éng t−¬ng ®èi víi nhau. Khi ®ã vËn tèc trung b×nh vTB cña dßng khÝ ®¹t ®−îc t¹i gi÷a khe (khi r = )(2 1 21 RR + vµ ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc (2.2) : vTB = 2 1 u víi u lµ vËn tèc chuyÓn ®éng t−¬ng ®èi cña hai mÆt ph¼ng. Trong truêng hîp nµy u = v1= Ω1R1, do ®ã vËn tèc trung b×nh ®−îc tÝnh gÇn ®óng theo c«ng thøc: vTB = 2 1 Ω1R1. Nh− vËy khi δ thay ®æi th× vËn tèc trung b×nh cña dßng khÝ thay ®æi nh−ng kh«ng nhiÒu, trong khi ®ã tæn thÊt ¸p suÊt ∆p thay ®æi vµ phô thuéc vµo khe hë δ theo hµm bËc hai. Theo (3.8) th× tæn thÊt ¸p suÊt phô thuéc δ theo d¹ng ®−êng cong hypecbol, khi δ → 0 th× ∆pδ → ∞ vµ δ → ∞ th× ∆pδ → 0. ` TBT_TTCK&T§H §Ò tµi 245.07.RD/H§-KHCN 25 H×nh 3.5. Sù phô thuéc cña tæn thÊt ¸p suÊt dßng khÝ vµo chiÒu réng khe hë gi÷a hai h×nh trô quay Nh×n vµo ®å thÞ h×nh 3.5, nhËn xÐt thÊy khi δ cµng nhá, sù thay ®æi nhá cña δ sÏ lµm ∆pδ thay ®æi rÊt nhanh: ®−êng cong ∆pδ(δ) cã ®é dèc lín, cßn khi δ cµng lín th× khi δ thay ®æi ∆pδ thay ®æi nh−ng kh«ng nhiÒu b»ng khi gi¸ trÞ δ nhá: ®−êng cong ∆pδ(δ) cã ®é dèc nhá h¬n và møc ®é phô thuéc cña ∆pδ vµo δ thay ®æi t¹i giá trị δ =1 mm (δ > 1 mm th× δ2 > δ, δ < 1 mm th× δ2 < δ). VËy ®Ó tæn thÊt ¸p suÊt trong khe thay ®æi kh«ng râ rÖt khi δ thay ®æi, nªn lÊy δ ≥ 1mm. Tuy nhiªn δ kh«ng thÓ qu¸ lín vì ph¶i ®¶m b¶o ®iÒu kiÖn δ = R2 - R1 << R = )(2 1 21 RR + ®Ó ®¶m b¶o dßng trong khe æn ®Þnh, gi¸ trÞ δ ®−îc coi lµ nhá hay kh«ng phô thuéc vµo ®−êng kÝnh trung b×nh cña hai h×nh trô D, khi D lớn nªn lÊy δ lín nh−ng kh«ng nªn lín qu¸ ®Ó vÉn ®¶m b¶o δ << D 2 1 , khi D nhá ph¶i chän δ nhá nh−ng kh«ng nªn lÊy δ < 1mm (trong tr−êng hîp D rÊt nhá chän δ < 1mm nh−ng kh«ng nhiÒu). §èi víi chiÒu dµi khe hÑp kh«ng nªn chän qu¸ dµi g©y tæn thÊt ¸p suÊt lín, nh−ng nÕu qu¸ ng¾n, dßng trong khe sÏ kh«ng kÞp æn ®Þnh. ¾ Trong m¸y nghiÒn ®øng, t¹i khe hë δ cã sù chªnh lÖch nång ®é bôi vµ nhiÖt ®é gi÷a khoang bªn trong æ vµ m«i tr−êng bªn ngoµi nªn xuÊt hiÖn gradien nhiÖt ®é vµ gradien nång ®é, v× thÕ sÏ xuÊt hiÖn dßng khuÕch t¸n qua khe hë. Trong m¸y nghiÒn ®øng, m«i tr−êng bªn ngoµi æ chÝnh lµ buång nghiÒn nªn cã rÊt nhiÒu c¸c h¹t s¶n phÈm l¬ löng, nªn cã kh¶ n¨ng c¸c h¹t bôi sÏ ` TBT_TTCK&T§H §Ò tµi 245.07.RD/H§-KHCN 26 khuÕch t¸n qua khe hë δ b»ng viÖc thùc hiÖn c¸c chuyÓn ®éng Brow (môc 6 ch−¬ng II). Khi s¶n phÈm ®Çu ra cµng mÞn th× kh¶ n¨ng khuÕch t¸n cña c¸c h¹t bôi l¬ löng trong buång nghiÒn cµng cao do hÖ sè khuÕch t¸n phô thuéc vµo nhiÖt ®é, vµo ®é linh ®éng cña c¸c h¹t bôi theo c«ng thøc D = R T πµ6 ®èi víi c¸c h¹t bôi cã d¹ng h×nh cÇu vµ D = 321 111( 3 1 aaa T ++ ) ®èi víi h¹t cã h×nh d¹ng kh¸c (môc 5 ch−¬ng II). Víi nh÷ng ph©n tÝch nh− trªn th× khi ®iÒu kiÖn c¬ b¶n (chªnh ¸p) cña ph−¬ng ph¸p lµm kÝn ®−îc ®¶m b¶o vµ dßng khÝ trong hÖ thèng lµm kÝn æn ®Þnh, kh¶ n¨ng bôi vÉn cã thÓ x©m nhËp ®−îc vµo khoang æ do hiÖn t−îng khuÕch t¸n. V× vËy cÇn kÕt hîp lµm kÝn b»ng ph−¬ng ph¸p t¨ng ¸p víi lµm kÝn b»ng vßng bÝt cao su ®Ó ®¶m b¶o tèi ®a hiÖu qu¶ lµm kÝn. §ång thêi cÇn xem xÐt chän l−u l−îng dßng khÝ qua khoang æ phï hîp ®Ó dßng khÝ l−u th«ng trong khoang æ lµm gi¶m ®−îc nhiÖt ®é trong khoang gióp cho c¸c vßng bÝt còng nh− chÊt b«i tr¬n æ l©u háng. ¾ PhÇn trªn ta ®ang xÐt dßng ch¶y qua khe hë gi÷a hai h×nh trô quay cã trôc ®ång t©m, nghÜa lµ khe hë δ = const theo c¶ chiÒu däc trôc vµ theo chu vi h×nh trô. Tuy nhiªn thùc tÕ c¸c trôc cña æ th−êng chÞu t¶i nªn ®−êng t©m trôc bÞ biÕn d¹ng cong mét l−îng f, ngoµi ra cßn do sai sè trong chÕ t¹o vµ l¾p r¸p nªn th−êng khe hë δ ≠ const theo c¶ hai chiÒu trªn. ViÖc gi¶i bµi to¸n vÒ chuyÓn ®éng cña chÊt láng nhít trong khe hë gi÷a hai h×nh trô quay, kh«ng song song vµ kh«ng ®ång t©m lµ bµi to¸n rÊt phøc t¹p nªn ®Ó ®¬n gi¶n, ta coi nh− kh«ng cã biÕn d¹ng cña ®−êng t©m trôc. Sau ®ã lý luËn nh− sau: XÐt khe hë khi ®−êng t©m trôc bÞ biÕn d¹ng cong ®i mét l−îng f (biÕn d¹ng cña æ trôc khi chÞu t¶i), th× theo chu vi h×nh trô t¹i mÆt c¾t ra cña khe hë sÏ cã ®é lÖch t©m gi÷a trô ngoµi vµ trong, ®é lÖch t©m ®ã chÝnh lµ f. Khi ®ã theo chu vi h×nh trô vµ t¹i mÆt c¾t ra khe hë sÏ thay ®æi trong kho¶ng: δmin ≤ δ ≤ δmax, trong ®ã gi¸ trÞ: δmax = δ + f vµ δmin = δ - f (xem h×nh 3.5). ` TBT_TTCK&T§H §Ò tµi 245.07.RD/H§-KHCN 27 Cßn theo chiÒu däc trôc, thùc tÕ khe hë δ ≠ const, nh−ng víi chiÒu dµi khe hë kh«ng lín, biÕn d¹ng ®−êng t©m h×nh trô kh«ng lín, ta coi nh− δ kh«ng ®æi theo chiÒu däc trôc. Theo (2.9) th× khi δ = R2- R1 cµng lín (víi R1 x¸c ®Þnh) th× tèc ®é dßng qua khe sÏ gi¶m ®i nh−ng kh«ng ®¸ng kÓ, nh− vËy t¹i phÇn khe hë δ L max vËn tèc cña dßng sÏ nhá nhÊt, cã nghÜa lµ ¸p suÊt toµn phÇn trong khe sÏ nhá nhÊt t¹i miÒn cã khe hë max. Nh− vËy nÕu ®iÒu kiÖn chªnh ¸p t¹i phÇn khe hë δ L max ®¶m b¶o th× trªn toµn bé khe hë δ ≠ const ®iÒu kiÖn nµy còng ®−îc ®¶m b¶o. Do lu«n ph¶i tån t¹i khe hë gi÷a phÇn quay vµ phÇn cè ®Þnh trong c¬ cÊu lµm kÝn æ nªn: δL min > 0 hay δ > f (3.9) §iÒu kiÖn (3.9)gäi lµ ®iÒu kiÖn ®¶m b¶o khe hë biÕn d¹ng trong HTLK. Trong c¸c thiÕt bÞ nghiÒn, ®Ó ®¶m b¶o kh¶ n¨ng lµm viÖc d−íi ¸p lùc cao, ®é cøng c¸c trôc cña b¸nh nghiÒn rÊt lín nªn nãi chung ®é biÕn d¹ng f nhá, do ®ã víi δ > f vÉn ®¶m b¶o lµ khe hë hÑp δ << R = )( 2 1 21 RR + . H×nh 3.5. Khe hë δ trong tr−êng hîp trôc bÞ biÕn d¹ng Theo tµi liÖu [3] trang 87, l−u l−îng dßng ch¶y trong khe hë gi÷a hai h×nh trô khi cã ®é lÖch t©m e lín h¬n l−u l−îng dßng khi hai h×nh trô ®ång t©m. NÕu gäi l−u l−îng dßng khÝ qua khe hë δ gi÷a hai h×nh trô ®ång t©m lµ ` TBT_TTCK&T§H §Ò tµi 245.07.RD/H§-KHCN 28 Qδ th× l−u l−îng dßng qua khe hë khi hai h×nh trô cã ®é lÖch t©m e sÏ ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: QδE = Qδ ( 2 2 2 31 δ e+ ) (3.10) khi ®é lÖch t©m lín nhÊt (e = δ) cã : QδE max = 2.5 Qδ. VËy khi tÝnh l−u l−îng cho hÖ thèng lµm kÝn th× l−u l−îng tÝnh sÏ lµ l−u l−îng qua khe hë cã ®é lÖch t©m f. ¾ C«ng suÊt tiªu thô ®iÖn cña hÖ thèng lµm kÝn ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: NHT = k Q HTHT PQ η102 ∆ , Kw (3.11) Trong ®ã: QHT l−u l−îng cÇn thiÕt cña hÖ thèng. ∆PHT tæn thÊt ¸p trong toµn hÖ thèng. ηQ hiÖu suÊt, phô thuéc lo¹i qu¹t k lµ hÖ sè dù tr÷ ( k = 1.1 ÷ 1.3 ). Nh− vËy ®Ó c«ng suÊt ®iÖn tiªu thô gi¶m th× hoặc là l−u l−îng QHT giảm, hoặc tæn thÊt ¸p suÊt trong toµn hÖ thèng ∆PHT gi¶m hoặc là cả hai đều giảm. Trong hÖ thèng lµm kÝn b»ng ph−¬ng ph¸p t¨ng ¸p, l−u l−îng Q kh«ng nªn chän qu¸ nhá do ngoµi t¸c dông lµm kÝn dßng khÝ cßn cã t¸c dông lµm m¸t khoang æ gióp chÊt b«i tr¬n vµ vßng bÝt kh«ng bÞ háng nhanh. Do ®ã ®Ó gi¶m c«ng suÊt tiªu thô th× nªn gi¶m tèi ®a tæn thÊt ¸p suÊt trong toµn hÖ thèng. Trong HTLK l−u l−îng dßng khÝ trong hÖ thống chÝnh lµ l−u l−îng dßng qua khe hë δ. Vậy để lưu lượng dòng qua khe lớn ở mức thích hợp thì diện tích khe hở Fδ phải lớn, Fδ = πDδ nên Fδ sẽ lớn khi D và δ lớn. Nhưng theo lý luận ở trên thì nên lấy D lớn để δ có thể lấy lớn mà vẫn đảm bảo là rất nhỏ tương đối so với R (D), đồng thời khi giá trị tuyệt đối của δ lớn sẽ làm giảm tổn thất áp suất trong khe hở, làm giảm tổn thất trong hệ thống. ` TBT_TTCK&T§H §Ò tµi 245.07.RD/H§-KHCN 29 Tæn thÊt ¸p suÊt ∆PHT trªn toµn hÖ thèng lµ tæng c¸c tæn thÊt ¸p suÊt thµnh phÇn, nªn ∆PHT lµ nhá khi c¸c ∆P thµnh phÇn lµ nhá nhÊt cã thÓ. Do ®ã khi thiÕt kÕ hÖ thèng ®−êng èng hîp lý sao cho tæn thÊt ¸p suÊt trong c¸c kh©u cña hÖ thèng lµ nhá mµ vÉn ®¶m b¶o c¸c yªu cÇu kü thuËt kh¸c nh− tÝnh æn ®Þnh cña dßng trong toµn hÖ thèng, ®é bÒn c¬ khÝ … 3. ¸p dông HTLK cho æ trôc cña b¸nh l¨n trong m¸y nghiÒn ®øng: 3.1 S¬ ®å hÖ thèng: H×nh 3.6 S¬ ®å HTLK ¸p dông cho m¸y nghiÒn ®øng Qu¹t 1: dïng cho hÖ thèng lµm kÝn Qu¹t 2: dïng cho hÖ ph©n ly s¶n phÈm 3.2 HÖ khÝ ®éng trong buång nghiÒn cña m¸y nghiÒn ®øng: 3.2.1 Ph©n tÝch hÖ khÝ ®éng trong buång nghiÒn cña m¸y nghiÒn ®øng: ¾ Trong m¸y nghiÒn ®øng, m«i tr−êng bªn ngoµi khoang æ chÝnh lµ buång nghiÒn. Dßng ch¶y trong buång nghiÒn lµ dßng hçn hîp khÝ bôi ch¶y rèi, nªn ®Ó x¸c ®Þnh ®−îc ¸p suÊt t¹i mçi ®iÓm lµ mét viÖc rÊt khã kh¨n, chØ cã thÓ x¸c ®Þnh ®−îc ¸p suÊt t¹i c¸c mÆt c¾t ®Æc biÖt. Theo tµi liÖu [6] ¸p suÊt ®éng t¹i mÆt c¾t A – A (mÆt trªn vµnh ph©n t¸n khÝ vµ bªn d−íi líp liÖu nghiÒn) ®−îc x¸c ®Þnh theo ®iÒu kiÖn: Dßng khÝ thæi qua vµnh phun ph¶i cã ¸p lùc ®ñ lín ®Ó ®Èy bung lªn ®−îc líp vËt liÖu ®· nghiÒn trµn ra trªn m©m nghiÒn vµ ph©n t¸n líp vËt liÖu nµy ra. Nãi c¸ch ` TBT_TTCK&T§H §Ò tµi 245.07.RD/H§-KHCN 30 kh¸c lµ ph¶i t¸ch rêi c¸c h¹t vËt liÖu vµ truyÒn cho chóng ®éng n¨ng ban ®Çu ®Ó chóng bay lªn vïng ph©n ly. Cã nghÜa lµ : p®A≥ GVL= δγVL (3.12) Thùc tÕ, ®Ó thæi bung ®−îc líp s¶n phÈm nghiÒn th× dßng khÝ ph¶i cã ¸p suÊt ®éng lín h¬n gi¸ trÞ x¸c ®Þnh theo (3.12) v× cßn ph¶i kÓ ®Õn thµnh phÇn lùc ®Ó th¾ng ®−îc ma s¸t gi÷a c¸c h¹t víi nhau. Sau khi thæi bung vµ ph©n t¸n c¸c h¹t vËt liÖu, dßng khÝ ph¶i ®¹t ®−îc vËn tèc ®ñ lín ®Ó n©ng ®−îc c¸c h¹t vËt liÖu ë tr¹ng th¸i treo bay lªn. Nh− vËy trong m¸y nghiÒn ®øng kiÓu b¸nh l¨n, ®Ó ph©n ly ®−îc s¶n phÈm th× ph¶i t¹o ®−îc dßng khÝ bôi chuyÓn ®éng theo h×nh xo¸y tr«n èc h−íng lªn trªn, hay ¸p suÊt trong buång nghiÒn ph¶i ®¶m b¶o gi¶m dÇn theo chiÒu ®øng. §Ó dßng khÝ bôi trong buång nghiÒn kh«ng ph× ra ngoµi, ¸p suÊt trong buång nghiÒn ph¶i nhá h¬n ¸p suÊt bªn ngoµi. ¸p suÊt toµn phÇn t¹i mäi ®iÓm trong buång nghiÒn sÏ lµ: pBN = p t + p® = γKK H + KKTBg v γ 2 2 2 (3.13) Trong ®ã : pt lµ ¸p suÊt tÜnh p® lµ ¸p suÊt ®éng vTB2 lµ vËn tèc cña dßng khÝ trong buång nghiÒn γKK träng l−îng riªng cña kh«ng khÝ ë nhiÖt ®é x¸c ®Þnh. ¸p suÊt m«i tr−êng bªn ngoµi buång nghiÒn lµ ¸p suÊt khÝ quyÓn, nh−ng ®Ó ®¶m b¶o tuyÖt ®èi kh«ng cã bôi ph× ra ngoµi t¹i mäi ®iÓm trong buång nghiÒn th× pBN < 0. KÕt hîp víi (3.13) cã : pBN = γKK H + KKTBg v γ 2 2 2 < 0, cã nghÜa lµ ¸p suÊt ®éng ph¶i ng−îc chiÒu víi ¸p suÊt tÜnh. 3.2.2 §iÒu kiÖn chªnh ¸p trong HTLK cña m¸y nghiÒn ®øng: Theo ph©n tÝch ë phÇn trªn, v× ¸p suÊt trong buång nghiÒn lµ ©m nªn nÕu ¸p suÊt cña dßng khÝ trong khe hë δ lµ d−¬ng th× ®iÒu kiÖn chªnh ¸p ` TBT_TTCK&T§H §Ò tµi 245.07.RD/H§-KHCN 31 ®−îc ®¶m b¶o vµ nh− vËy ®iÒu kiÖn c¬ b¶n cña ph−¬ng ph¸p lµm kÝn (®iÒu kiÖn 3.1) trong m¸y nghiÒn ®øng sÏ trë thµnh: pδ ≈ p®δ = KKTBg v γδ 2 2 > 0 (3.14) 3.2.3 §iÒu kiÖn vÒ vËn tèc cña dßng khÝ lµm kÝn: Trong buång nghiÒn cña m¸y nghiÒn ®øng, b¸nh nghiÒn ®−îc bè trÝ nghiªng 15o so víi ph−¬ng ®øng (h×nh 3.7) nªn khe hë δ nghiªng so víi mÆt ph¼ng ngang gãc 15o. Trong tr−êng hîp kÕt cÊu lµm kÝn theo h×nh 3.2a th× miÖng khe hë sÏ chóc xuèng ph¸i d−íi. Trong khi ®ã do m«i tr−êng trong buång nghiÒn lµ m«i tr−êng khÝ ®éng, ®Ó ph©n ly ®−îc s¶n phÈm nghiÒn th× vËn tèc dßng hçn hîp khÝ bôi (c¸c h¹t bôi l¬ löng chÝnh lµ s¶n phÈm c«ng nghÖ) ph¶i ®ñ lín ®Ó cã thÓ n©ng ®−îc c¸c h¹t s¶n phÈm tíi tr¹ng th¸i treo, h−íng cña vËn tèc n©ng c¸c h¹t bôi lµ h−íng th¼ng lªn, do ®ã ngoµi viÖc ®¶m b¶o ®iÒu kiÖn chªnh ¸p (3.14) th× vËn tèc cña dßng khÝ trong khe ph¶i lín h¬n vËn tèc n©ng cña c¸c h¹t bôi bªn ngoµi buång nghiÒn theo ph−¬ng trùc diÖn víi khe hë δ. Cã nghÜa lµ: vδ > vN δ (3.15) Trong ®ã: vN δ lµ vËn tèc n©ng cña dßng hçn hîp khÝ - bôi trong buång nghiÒn theo ph−¬ng trùc diÖn víi khe hë (vN δ = vN sin 15o). vδ vËn tèc dßng khÝ trong khe hë lµm kÝn. vN lµ vËn tèc n©ng cña dßng hçn hîp khÝ - bôi. Theo tµi liÖu [6], ®Ó cã thÓ n©ng ®−îc c¸c h¹t s¶n phÈm lªn vïng ph©n ly s¶n phÈm nghiÒn th× vËn tèc n©ng cña dßng khÝ ®éng ph¶i ®ñ lín ®Ó n©ng ®−îc c¸c h¹t s¶n phÈm cã ®−êng kÝnh dmax trong hçn hîp khÝ – bôi ®Õn tr¹ng th¸i treo. Cã nghÜa lµ : vN ≥ k.vtr max (3.16) Trong ®ã: vtr max lµ vËn tèc treo cña h¹t s¶n phÈm dmax k lµ hÖ sè t¨ng vËn tèc thùc tÕ so víi vËn tèc treo (phô thuéc vµo hµm l−îng vËt liÖu η trong dßng khÝ ). ` TBT_TTCK&T§H §Ò tµi 245.07.RD/H§-KHCN 32 Theo sè liÖu thùc tÕ cña nhiÒu lo¹i m¸y nghiÒn ®øng (Tµi liÖu 6), nÕu s¶n phÈm ®Çu ra yªu cÇu d¶i h¹t cã ®−êng kÝnh dsp ≤ 0.05 mm th× ®−êng kÝnh h¹t lín nhÊt trong hçn hîp khÝ – bôi dmax = 0.12 mm. Coi c¸c h¹t s¶n phÈm nghiÒn lµ h×nh cÇu, vËn tèc treo cña h¹t ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: vtr max = 4.7 VLd γmax (m/s) (3.17) KÕt hîp víi (3.16), ®iÒu kiÖn (3.15) ®Ó cã thÓ n©ng ®−îc c¸c h¹t s¶n phÈm nghiÒn ®¹t yªu cÇu lªn vïng ph©n ly trë thµnh: vN ≥ 4.7 k. VLd γmax (3.16*) H×nh 3.7. Bè trÝ b¸nh nghiÒn trong buång nghiÒn Tõ h×nh (3.7) ta còng nhËn thÊy r»ng, kÕt cÊu lµm kÝn theo h×nh 3.2b cã t¸c dông ng¨n ®−îc thµnh phÇn dßng khÝ theo ph−¬ng trùc diÖn víi khe hë δ tèt h¬n v× khi ®ã miÖng khe hë h−íng lªn trªn. Nh− vËy, ®èi víi m¸y nghiÒn ®øng ngoµi viÖc ®¶m b¶o ®é chªnh ¸p th× dßng khÝ lµm kÝn cßn ph¶i ®¹t ®−îc vËn tèc lín h¬n vËn tèc n©ng cña c¸c h¹t bôi trong buång nghiÒn theo ph−¬ng trùc diÖn víi khe hëδ. §èi víi s¶n phÈm cña ®Ò tµi KC.05.22 th× t¹i vïng chuyÓn tiÕp gi÷a buång nghiÒn vµ vïng ph©n ly, vËn tèc n©ng vN = 3.53m/s. Nh− vËy trong m¸y nghiÒn ®øng, vËn tèc dßng khÝ lµm kÝn t¹i khe hë ph¶i ®¶m b¶o ®iÒu kiÖn: vδ > 0.914 m/s. ` TBT_TTCK&T§H §Ò tµi 245.07.RD/H§-KHCN 33 4. KÕt luËn vµ c¸c nguyªn t¾c tÝnh to¸n hÖ khÝ ®éng trong HTLK: Sau khi ph©n tÝch hÖ khÝ ®éng trong khe hë lµm kÝn, ta rót ra kÕt luËn vµ c¸c nguyªn t¾c c¬ b¶n trong tÝnh to¸n hÖ thèng lµm kÝn b»ng t¨ng ¸p nh− sau: a. TÝnh to¸n hÖ thèng lµm kÝn ph¶i ®¶m b¶o ®iÒu kiÖn c¬ b¶n cña nguyªn lý lµm kÝn b»ng ph−¬ng ph¸p t¨ng ¸p, cã nghÜa lµ ®¶m b¶o ®iÒu kiÖn chªnh ¸p (3.1). §èi víi m¸y nghiÒn ®øng, do b¸nh nghiÒn bè trÝ nghiªng so víi ph−¬ng th¼ng ®øng vµ m«i tr−êng ngoµi khoang æ lµ m«i tr−êng khÝ ®éng nªn cßn ph¶i ®¶m b¶o vËn tèc dßng khÝ lµm khÝ trong khe hë ph¶i lín h¬n vËn tèc n©ng c¸c h¹t vËt liÖu nghiÒn lªn vïng ph©n ly (thµnh phÇn trùc diÖn víi khe hë). b. HiÖu qu¶ lµm kÝn cña hÖ thèng phô thuéc vµo tÝnh æn ®Þnh cña dßng khÝ qua khe hë. Theo ph©n tÝch trªn th× ®Ó dßng trong khe æn ®Þnh, kÕt cÊu lµm kÝn ph¶i tho¶ m·n mét trong hai ®iÒu kiÖn: ¾ KÕt cÊu lµm kÝn ®¶m b¶o ®iÒu kiÖn: Ω2R22 > Ω1R12 (3.18). Khi ®ã dßng trong khe hë sÏ æn ®Þnh víi mäi gi¸ trÞ cña sè Reynol. Cã nghÜa lµ víi kÕt cÊu lµm kÝn d¹ng vµnh ngoµi quay (Ω2> 0), vµnh trong ®øng im (Ω1 = 0) (xem h×nh 3.2b) sÏ t¹o dßng lu«n æn ®Þnh v× lu«n tho¶ m·n ®iÒu kiÖn Ω2R22 > Ω1R12. §iÒu ®ã cã nghÜa lµ nÕu ta chän d¹ng kÕt cÊu nµy th× ®iÒu kiÖn t¹o dßng trong khe æn ®Þnh mÆc nhiªn ®−îc tho¶ m·n, khi ®ã viÖc chän gi¸ trÞ khe hë δ lín hay nhá chØ nh»m ®¶m b¶o viÖc sö dông n¨ng l−îng tèi −u. §iÒu kiÖn (3.18) ta gäi lµ ®iÒu kiÖn t¹o dßng æn ®Þnh tuyÖt ®èi. Riªng ®èi víi m¸y nghiÒn ®øng do m«i tr−êng bªn ngoµi khe hë lµ buång nghiÒn nªn kh«ng nªn chän khe hë δ qu¸ lín cã thÓ ¶nh h−ëng tíi m«i tr−êng khÝ ®éng trong buång nghiÒn do l−u l−îng dßng qua khe lín. ¾ Tr−êng hîp ®iÒu kiÖn (3.18) kh«ng ®−îc ®¶m b¶o th× gi¸ trÞ khe hë lµm kÝn ph¶i ®¶m b¶o ®iÒu kiÖn khe hë hÑp: δ << R (3.19). Nh− vËy gi¸ trÞ cña khe hë δ ®−îc coi lµ hÑp hay kh«ng phô thuéc vµo ` TBT_TTCK&T§H §Ò tµi 245.07.RD/H§-KHCN 34 ®−êng kÝnh trung b×nh cña hai h×nh trô quay (®−êng kÝnh trong vµ ngoµi cña c¸c vµnh lµm kÝn). §iÒu kiÖn (3.19) ta gäi lµ ®iÒu kiÖn æn ®Þnh dßng t−¬ng ®èi. §ể có thể chọn được δ lớn, tạo được áp suất, lưu lượng dòng trong khe lớn, tăng hiệu quả làm kín và làm mát ổ, đồng thời giảm được tổn thất khí động mà dòng trong khe vẫn ổn định, cần chọn đường kính trung bình lớn nhất có thể để có thể chọn được δ lớn. Trường hợp không gian bị hạn chế, yêu cầu kết cấu làm kín có kích thước nhỏ gọn ta bắt buộc phải chọn kết cấu theo hình 3.2a thì điều kiện (3.19) là điều kiện bắt buộc để đảm bảo dòng khí trong khe hở làm kín ổn định, nhằm đảm bảo HTLK đạt được hiệu quả làm kín tốt nhất. c. ViÖc x¸c ®Þnh chiÒu réng khe hë làm kÝn δ cßn ph¶i ®¶m b¶o khi æ trôc chÞu t¶i lín bÞ biÕn d¹ng, khe hë δ lóc ®ã kh«ng ®ång ®Òu nh−ng khe hë min ph¶i lín h¬n gi¸ trÞ ®é biÕn d¹ng cña trôc, hay khe hë lµm kÝn ph¶i ®¶m b¶o ®iÒu kiÖn khe hë biÕn d¹ng trong HTLK (3.9). Chiều dài khe hở cũng được cân nhắc cho phù hợp, không nên quá ngắn hoặc quá dài. Nếu quá ngắn thì giảm được tổn thất áp suất trong khe nhưng dòng trong khe sẽ không kịp ổn định khi đi qua khe hẹp, còn quá dài thì sẽ tăng tổn thất áp suất trong khe. d. TÝnh to¸n tæn thÊt ¸p suÊt toµn phÇn cña hÖ thèng lµm kÝn theo kÕt cÊu cña c¬ cÊu lµm kÝn c¬ khÝ vµ hÖ ®−êng èng. HÖ thèng lµm kÝn ph¶i ®−îc thiÕt kÕ theo nguyªn t¾c thiÕt kÕ hÖ thèng khÝ ®éng nãi chung: T¹o ®−îc dßng ch¶y trong hÖ thèng æn ®Þnh ë møc tèi ®a, tæn thÊt ¸p suÊt cña toµn hÖ thèng lµ nhá nhÊt, ®¹t hiÖu suÊt sö dông n¨ng l−îng tèi −u. Tæn thÊt ¸p suÊt trªn toµn hÖ thèng lµ tæng c¸c tæn thÊt ¸p suÊt tõng phÇn, trong ®ã tæn thÊt ¸p suÊt tõng thµnh phÇn lµ tæng c¸c tæn thÊt do ma s¸t vµ tæn thÊt ¸p suÊt côc bé. ∆PHT = Σ ∆Pi (3.20) ∆Pi = ∆Pms + ∆Pcb (3.21) ` TBT_TTCK&T§H §Ò tµi 245.07.RD/H§-KHCN 35 Trong ®ã : ∆Pms = R.l (3.22) R = ϕ γ g v F U 2 2 , kG/m2/m R lµ ¸p suÊt do ma s¸t trªn 1m èng dÉn (phô lôc 3, tµi liÖu 4). ϕ lµ hÖ sè kh«ng thø nguyªn. U lµ chu vi −ít cña tiÕt diÖn èng, m. F lµ diÖn tÝch mÆt c¾t ngang èng, m2. v lµ vËn tèc trung b×nh cña chÊt láng (khÝ) trong èng, m/s. g lµ gia tèc träng tr−êng, m/s2. l lµ chiÒu dµi ®o¹n èng, m. γ lµ träng l−îng ®¬n vÞ cña chÊt láng (khÝ) trong èng, kG/m3. Vµ ∆Pcb = ξ γg v 2 2 , kG/m2 (3.23) ξ lµ hÖ sè søc c¶n côc bé, phô thuéc vµo h×nh d¹ng vµ kÝch th−íc cña ch−íng ng¹i vËt (th−êng ®−îc x¸c ®Þnh b»ng thùc nghiÖm, tra phô lôc 4 tµi liÖu 4). e. Qua khe hë δ cã thÓ sÏ xuÊt hiÖn dßng khuÕch t¸n hoÆc sù khuÕch t¸n cña c¸c h¹t l¬ löng trong buång nghiÒn, nªn ®Ó t¨ng hiÖu qu¶ lµm kÝn cÇn kÕt hîp víi lµm kÝn b»ng vßng bÝt. f. CÇn chó ý chän l−u l−îng dßng khÝ qua khe hë lớn thÝch hîp ®Ó có tác dụng lµm gi¶m nhiÖt ®é trong khoang ổ, gióp cho vßng bÝt vµ chÊt b«i tr¬n æ kh«ng bÞ háng, t¨ng c−êng kh¶ n¨ng b«i tr¬n, t¨ng c−êng tuæi thä cña æ, nhưng kh«ng lµm ¶nh h−ëng tíi m«i tr−êng ph©n ly trong buång nghiÒn. g. Khi tÝnh to¸n tæn thÊt ¸p suÊt, l−u l−îng trong toµn hÖ thèng ®Ó tÝnh c«ng suÊt ®iÖn tiªu thô, l−u l−îng của hệ thống lµ l−u l−îng qua khe hë cã tÝnh ®Õn biÕn d¹ng trôc (khe hë kh«ng ®ång t©m). ViÖc chän qu¹t ph¶i ®¶m b¶o điều kiện vÒ l−u l−îng và chiÒu cao cét ¸p : QQ > QHT (3.24) Vµ HQ > ∆PHT (3.25) ` TBT_TTCK&T§H §Ò tµi 245.07.RD/H§-KHCN 36 Như vậy hiệu suất sử dụng quạt sẽ là lớn nhất khi QHT và ∆PHT đều xấp xỉ lưu lượng và cột áp của quạt. Kết cấu làm kín rất phức tạp nên gây ra tổn thất áp suất hệ thống lớn, còn lưu lượng thường nhỏ do diện tích khe hở không quá lớn, vì vậy cần chọn khe hở sao cho lưu lượng của hệ thống là lớn nhất có thể và thiết kế hệ thống làm kín sao cho tổn thất áp trong hệ thống là nhỏ nhất (vẫn đảm bảo các điều kiện dòng ổn định), như vậy sẽ đạt được hiệu suất sử dụng quạt lớn nhất. C«ng suÊt ®éng c¬ qu¹t cho hÖ thèng lµm kÝn ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: NQ = k Q QQ HQ η102 , Kw (3.26) Trong ®ã: QQ l−u l−îng cña qu¹t. HQ chiÒu cao cèt ¸p cña qu¹t. ηQ hiÖu suÊt, phô thuéc lo¹i qu¹t k lµ hÖ sè dù tr÷ ( k = 1.1 ÷ 1.3 ). ` TBT_TTCK&T§H §Ò tµi 245.07.RD/H§-KHCN 37 Ch−¬ng IV thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o m« h×nh. Kh¶o nghiÖm hÖ thèng vµ ®¸nh gi¸ kÕt qu¶ 1. Mục đích khảo nghiệm: ViÖc ph©n tÝch gi¶i bµi to¸n khÝ ®éng cña hÖ thèng lµm kÝn trong ch−¬ng III ®· gióp cho ta cã h−íng lùa chän c¸c th«ng sè kÕt cÊu cña HTLK nh−: gi¸ trÞ khe hë δ, ®−êng kÝnh trung b×nh D, chiÒu dµi khe hë gi÷a hai vµnh lµm kÝn… và lựa chọn sơ đồ kết cấu làm kín. Song trong quá trình phân tích, để đơn giản cho việc giải bài toán khí động nên đã tạm bỏ qua một số điều kiện và tham số thực tế, thªm vµo ®ã hÖ thèng lµm kÝn æ l¹i cã kÕt cÊu kh¸ phøc t¹p, nªn kÕt qu¶ tÝnh to¸n chØ mang tÝnh t−¬ng ®èi. ViÖc kh¶o nghiÖm hệ thống làm kín sÏ gióp ta kiÓm nghiÖm ®−îc kÕt qu¶ ph©n tÝch vµ x¸c ®Þnh ®−îc trong thùc tÕ c¸c th«ng sè khÝ ®éng cña hÖ thèng vµ c¸c mèi liªn hÖ phô thuéc gi÷a chóng. Kh¶o nghiÖm HTLK cßn gióp tÝch luü ®−îc kinh nghiÖm khi x¸c ®Þnh c¸c th«ng sè khÝ ®éng cña hÖ thèng vµ hiÖu chØnh hÖ thèng khi lµm viÖc. Khảo nghiệm hệ thống làm kín sẽ cho kết quả chính xác nếu hệ thống được khảo nghiệm trên máy nghiền đứng, nhưng điều này là khó thực hiện vì như vậy phải dừng sản xuất. Vậy cần phải tạo ra mô hình có kết cấu cơ khí và môi trường khí động tương đối giống với môi trường trong buồng nghiền của máy nghiền đứng nhưng nhỏ hơn về kích thước để các số liệu khảo nghiệm mang tính tương tự, đảm bảo độ tin cậy nhất định. Mô hình phải có kết cấu t¹o ®−îc kh«ng gian kÝn chøa hçn hîp khÝ – bôi gọi là buồng bụi tương tự buồng nghiền, bên trong là b¸nh xe quay t−¬ng tù b¸nh nghiÒn. Dïng qu¹t ph©n ly thæi khí qua hệ thống đườnng ống vào không gian chứa bụi, phân tán và t¹o m«i tr−êng khÝ bôi. HÖ thèng này phải ®iÒu chØnh ®−îc ¸p suÊt ®Ó t¹o ®−îc ¸p suÊt ©m t−¬ng tù ¸p suÊt trong buång nghiÒn cña m¸y nghiÒn ®øng. ` TBT_TTCK&T§H §Ò tµi 245.07.RD/H§-KHCN 38 2. ThiÕt kÕ vµ chÕ t¹o m« h×nh : a. Chän c¸c th«ng sè c¬ b¶n cña c¬ cÊu lµm kÝn trong m« h×nh : §iÒu kiÖn chªnh ¸p trong buång bôi cña m« h×nh kh¶o nghiÖm sÏ gièng nh− ®iÒu kiÖn chªnh ¸p trong buång nghiÒn cña m¸y nghiÒn ®øng. pδ > 0. Do b¸nh xe ®−îc bè trÝ theo ph−¬ng th¼ng ®øng nªn vN δ = vN sin 0o = 0 nªn ®iÒu kiÖn (3.15) ®−¬ng nhiªn ®−îc ®¶m b¶o khi ®iÒu kiÖn chªnh ¸p (3.14) ®−îc ®¶m b¶o. TiÕn hµnh thö nghiÖm víi c¸c gi¸ trÞ khe hë kh¸c nhau vµ theo hai s¬ ®å kÕt cÊu h×nh 3.2a vµ 3.2b. Cô thÓ lµ: Theo s¬ ®å kÕt cÊu h×nh 3.2a cã b¸n kÝnh h×nh trô trong R1= 80 mm, b¸n kÝnh h×nh trô ngoµi R2 = (80 + δ) mm, b¸nh xe quay víi vËn tèc n1 = 100v/ph (hay Ω1 = 10,5 rad/s), Ω2 = 0. Theo s¬ ®å kÕt cÊu h×nh 3.2b cã b¸n kÝnh h×nh trô ngoµi R1= 100 mm, b¸n kÝnh h×nh trô trong R2 = (100 + δ) mm, b¸nh xe quay víi vËn tèc n2 = 100v/ph (hay Ω2 = 10,5 rad/s), Ω1 = 0. Theo ph©n tÝch môc 2 ch−¬ng III, với kích thước của R1, R2 như trên thì bán kính trung bình R = 1/2 (R1+R2) lµ nhá nªn ®Ó ®¶m b¶o điều kiện khe hở hẹp δ << R = )( 2 1 21 RR + ta chän c¸c gi¸ trÞ cña khe hë δ trong c¶ hai tr−êng hîp kÕt cÊu là nhỏ, cụ thể: δ = 0.3 mm; δ = 0.5 mm; δ = 0.8 mm; δ = 1.0 mm; δ = 1.5 mm. Víi c¸c gi¸ trÞ δ ®· chän, tÝnh vËn tèc, ¸p suÊt vµ tæn thÊt ¸p suÊt (hay trë lùc) cña dßng khÝ t−¬ng øng trong khe hë. Víi nhiÖt ®é trong khe hë δ gi÷a hai h×nh trô tδ = 30oC (lín h¬n nhiÖt ®é kh«ng khÝ ngoµi m«i tr−êng do ma s¸t cña dßng khÝ víi hai h×nh trô), t−¬ng øng víi nhiÖt ®é nµy cã hÖ sè nhít ®éng lùc µKK = 18,6 . 10-6 kg.s/m2, träng l−îng riªng γKK = 1.165 kg/m3. ` TBT_TTCK&T§H §Ò tµi 245.07.RD/H§-KHCN 39 B¶ng 2. C¸c th«ng sè tÝnh to¸n vÒ khÝ ®éng trong khe hë (m« h×nh kh¶o nghiÖm) víi c¸c gi¸ trÞ khe hë kh¸c nhau. C¸c th«ng sè khÝ ®éng trong khe hë δ (khi R1 = 80 mm; Ω1 = 10,5 rad/s ; Ω2 = 0 ) δ (mm) Fδ (mm2) vTB (mm/s) QδE max (m3/h) pδ (KG/m2) ∆pδ (KG/m2) 0.3 151.0 418.0 0.56 10.38 x 10-3 15.6 0.5 252.0 417.8 0.96 10.36 x 10-3 5.6 0.75 378.6 417.4 1.42 10.34 x 10-3 2.5 1 505.5 417.0 1.90 10.33 x 10-3 1.4 1.5 760.7 416.4 2.86 10.30 x 10-3 0.6 C¸c th«ng sè khÝ ®éng trong khe hë δ (khi R1 = 100 mm ; Ω2 = 10,5 rad/s ; Ω1 = 0) δ (mm) Fδ (mm2) vTB (mm/s) QδE max (m3/h) pδ (KG/m2) ∆pδ (KG/m2) 0.3 188.7 527.0 0.90 16.49 x 10-3 19.9 0.5 314.8 528.3 1.50 16.57 x 10-3 7.14 0.75 472.8 529.9 2.25 16.67 x 10-3 3.18 1 631.1 531.6 3.02 16.78 x 10-3 1.79 1.5 949.1 534.8 4.57 16.98 x 10-3 0.81 Nhìn vào các số liệu trong bảng 2 ta có nhận xét : + Khi vµnh trong quay, vµnh ngoµi ®øng yªn (Ω2 = 0), ®ối với mỗi giá trị bán kính (đường kính) của vành làm kín, khi chiều rộng khe hở δ tăng lên th× vËn tèc dßng trong khe gi¶m ®i, do ®ã ¸p suÊt cña dßng trong khe gi¶m ®i. Cßn khi vµnh trong ®øng yªn (Ω1= 0), vµnh ngoµi quay, ®ối với mỗi giá trị bán kính (đường kính) của vành làm kín, khi chiều rộng khe hở δ tăng lên th× vËn tèc dßng trong khe t¨ng lªn, do ®ã ¸p suÊt cña dßng trong khe còng t¨ng lªn. C¶ hai tr−êng hîp th× khi δ thay ®æi, áp suất dòng trong khe thay đổi nhưng không nhiều, tr−êng hîp khi Ω1= 0 sÏ cã lîi h¬n v× khi δ t¨ng (nÕu vÉn ®¶m b¶o lµ nhá t−¬ng ®èi víi D ®Ó dßng æn ®Þnh) th× ¸p ` TBT_TTCK&T§H §Ò tµi 245.07.RD/H§-KHCN 40 suÊt cña dßng trong khe còng t¨ng. Lưu lượng dòng khí tăng lên khi khe hở tăng, còn tổn thất áp trong khe giảm rõ rệt. + Khi chiều rộng khe hở và tốc độ quay của các vành làm kín không đổi, bán kính (đường kính) của vành làm kín tăng, vận tốc dòng trong khe tăng nên áp suất, lưu lượng dòng và tổn thất áp trong khe đều tăng theo và khá rõ rệt. + Lưu lượng dòng qua khe hở chính là lưu lượng của toàn hệ thống, còn tổn thất áp suất trong khe chỉ là một thành phần của tổn thất áp trong hệ thống mà thôi. Do vậy để tạo áp suất dòng trong khe lớn có lợi cho điều kiện cơ bản của nguyên lý làm kín bằng phương pháp tăng áp (điều kiện chênh áp), đồng thời tạo điều kiện cho việc chọn giá trị tuyệt đối của khe hở δ lớn mà vẫn đảm bảo khe hở δ là nhỏ tương đối so với bán kính (đường kính) trung bình R của hai vành làm kín thì cần chọn R lớn. Khi R lớn, lưu lượng dòng tăng sẽ có tác dụng lưu thông và làm mát ổ, còn giá trị tuyệt đối của khe hở lớn sẽ làm giảm tổn thất áp trong khe. Nh ư vậy hoàn toàn phù hợp với những phân tích trong mục 2 chương III. b. ThiÕt kÕ m« h×nh kh¶o nghiÖm cho HTLK : §Ó thu ®−îc kÕt qu¶ kh¶o nghiÖm cã ®é tin cËy, m« h×nh kh¶o nghiÖm cÇn ph¶i cã kÕt cÊu t−¬ng tù nh− kÕt cÊu cña b¸nh nghiÒn vµ lµ sù thu nhá cña b¸nh nghiÒn trong m¸y nghiÒn ®øng. H×nh 4.1. B¶n vÏ l¾p cña m« h×nh kh¶o nghiÖm. ` TBT_TTCK&T§H §Ò tµi 245.07.RD/H§-KHCN 41 C¸c b¶n vÏ chi tiÕt cña m« h×nh kh¶o nghiÖm xem trong phô lôc. c. ChÕ t¹o, l¾p ®Æt m« h×nh : H×nh 4.2. Buång kÝn chøa b¸nh xe quay (buång bôi) H×nh 4.3. Tñ ®iÖn ®iÒu khiÓn cña HTLK b»ng ph−¬ng ph¸p t¨ng ¸p ` TBT_TTCK&T§H §Ò tµi 245.07.RD/H§-KHCN 42 3. TÝnh to¸n, l¾p ®Æt HTLK: a. S¬ ®å hÖ thèng làm kín: KÕt qu¶ kh¶o nghiÖm sÏ cµng chÝnh x¸c nÕu ta t¹o ®−îc hÖ thèng cã kÕt cÊu t−¬ng tù nh− hÖ thèng cña m¸y nghiÒn ®øng bao gåm : Buång bôi (t−¬ng tù buång nghiÒn), hÖ ph©n t¸n bôi gåm: qu¹t 2 vµ hÖ thèng ®−êng èng dïng ®Ó thæi vµ ph©n t¸n bôi trong buång bôi (ph©n ly s¶n phÈm), hÖ thèng ®−êng èng vµ c¬ cÊu lµm kÝn æ trôc b¸nh nghiÒn. H×nh 4.4. S¬ ®å hÖ thèng ®−êng èng lµm kÝn cho m« h×nh kh¶o nghiÖm b. C¸c th«ng sè khÝ ®éng vµ chän qu¹t cho hÖ thèng lµm kÝn: − TÝnh s¬ l−îc tæn thÊt trªn toµn hÖ thèng theo kÕt cÊu cô thÓ cña hÖ thèng lµm kÝn trong æ. − TÝnh l−u l−îng trong tr−êng hîp ®é lÖch t©m lµ lín nhÊt QδE. − Chän qu¹t vµ tÝnh c«ng suÊt ®éng c¬ trªn c¬ së tæn thÊt ¸p toµn hÖ thèng vµ QδE (víi tr−êng hîp lín nhÊt) theo c«ng thøc (3.11). ` TBT_TTCK&T§H §Ò tµi 245.07.RD/H§-KHCN 43 H×nh 4.5. B¶n vÏ hÖ thèng ®−êng èng lµm kÝn c. M« t¶ hÖ thèng : HÖ thèng lµm kÝn bao gåm 03 côm chi tiÕt : − Côm b¸nh xe quay vµ c¬ cÊu lµm kÝn æ trôc b»ng ph−¬ng ph¸p t¨ng ¸p gåm hai vµnh lµm kÝn, khoang chøa khÝ vµ hÖ thèng c¸c lç khoan th«ng, côm nµy ®ãng vai trß b¸nh nghiÒn trong m¸y nghiÒn ®øng vµ quay trong buång kÝn gäi lµ buång bôi. Buång bôi cã cöa quan s¸t, cã hép chøa bôi ®Ó ®−a bôi vµo trong vµ cã thÓ më ra dÔ dµng khi thay c¸c vµnh lµm kÝn cã kÝch th−íc kh¸c nhau trong qu¸ tr×nh ch¹y kh¶o nghiÖm. B¸nh xe ®−îc l¾p trªn v¸ch quay vµ cã thÓ më ®−îc b»ng khíp b¶n lÒ (h×nh 4.6). H×nh 4.6. B¸nh xe quay trong buång bôi cã thÓ më ra quan s¸t dÔ dµng ` TBT_TTCK&T§H §Ò tµi 245.07.RD/H§-KHCN 44 − HÖ thèng ph©n t¸n bôi ®ãng vai trß hÖ ph©n ly s¶n phÈm trong m¸y nghiÒn ®øng. §éng c¬ dÉn ®éng hÖ thèng ph©n t¸n bôi cã thÓ thay ®æi ®−îc tèc ®é vµ c¸c van ®iÒu chØnh l¾p trªn ®−êng èng dÉn khÝ gióp ®iÒu chØnh ®−îc c¸c th«ng sè khÝ ®éng (l−u l−îng, ¸p suÊt…) trong buång bôi (buång nghiÒn gi¶ ®Þnh) trong qu¸ tr×nh hiÖu chØnh vµ kh¶o nghiÖm hÖ thèng. − HÖ thèng ®−êng èng dÉn khÝ lµm kÝn b»ng ph−¬ng ph¸p t¨ng ¸p : cho phÐp th¸o l¾p dÔ dµng trong qu¸ tr×nh kh¶o nghiÖm. − Tñ ®iÖn vµ ®iÒu khiÓn ®−îc l¾p biÕn tÇn ®Ó thay ®æi tèc ®é ®éng c¬. H×nh 4.6. ¶nh hÖ thèng ph©n t¸n bôi cña m« h×nh kh¶o nghiÖm H×nh 4.7. ¶nh hÖ thèng lµm kÝn cña m« h×nh kh¶o nghiÖm ` TBT_TTCK&T§H §Ò tµi 245.07.RD/H§-KHCN 45 H×nh 4.8. M« h×nh kh¶o nghiÖm HTLK b»ng ph−¬ng ph¸p t¨ng ¸p d. C¸c th«ng sè kü thuËt cña HTLK : − §éng c¬ liÒn gi¶m tèc : N = 2.2 KW, tèc ®é ®Çu ra n = 100 v/ph ®Ó dÉn ®éng b¸nh xe. − Qu¹t ly t©m sè N03.2 : L = 1500 m3/h, H = 70 KG/m2 ; ®éng c¬ : N = 1.1 KW, n = 2200 v/ph ®Ó dÉn ®éng hÖ ph©n t¸n bôi. − Qu¹t ly t©m QLT 2500 – 100 : L = 2800 m3/h, H = 100 mm H2O, ®éng c¬ N = 2.2 KW, n = 2860 v/ph ®Ó dÉn ®éng hÖ lµm kÝn. e. Ho¹t ®éng cña m« h×nh kh¶o nghiÖm HTLK : §Ó ®¶m b¶o bôi kh«ng lät vµo khoang æ, khi khëi ®éng vµ dõng hÖ thèng, khi khëi ®éng hÖ thèng ph¶i tu©n theo tr×nh tù nh− sau : − Tr−íc tiªn khëi ®éng hÖ thèng lµm kÝn, ®Ó vµi phót cho hÖ thèng lµm kÝn lµm viÖc æn ®Þnh, t¹o ¸p suÊt trong khoang æ cao h¬n ¸p suÊt bªn ngoµi. − Khëi ®éng côm b¸nh xe (m¸y nghiÒn ho¹t ®éng). − Cuèi cïng khëi ®éng hÖ thèng ph©n t¸n bôi (hÖ thèng ph©n ly s¶n phÈm trong m¸y nghiÒn) ®Ó t¹o m«i tr−êng khÝ ®éng t−¬ng tù trong buång nghiÒn : hçn hîp khÝ – bôi ch¶y rèi trong buång bôi. §iÒu chØnh ¸p suÊt trong buång bôi (buång nghiÒn) lµ ¸p suÊt ©m b»ng c¸c van ®iÒu chØnh hay thay ®æi tèc ®é ®éng c¬ b»ng biÕn tÇn sao cho ®¶m b¶o ®iÒu kiÖn pδ > 0 (®iÒu kiÖn chªnh ¸p trong m¸y nghiÒn ®øng). ` TBT_TTCK&T§H §Ò tµi 245.07.RD/H§-KHCN 46 Khi dõng hÖ thèng tr×nh tù sÏ ng−îc l¹i : − Dõng hÖ thèng ph©n t¸n bôi. − Dõng côm b¸nh xe. − Dõng hÖ thèng lµm kÝn. 4. Ch¹y thö vµ kh¶o nghiÖm HTLK: a. Giíi thiÖu vÒ dông cô vµ ph−¬ng ph¸p ®o: Dông cô ®o ¸p suÊt lµ èng Pit« kiÓu hçn hîp , 02 d©y nèi mÒm vµ ¸p kÕ h×nh ch÷ U. − èng ®o ¸p Pit« kiÓu hçn hîp gåm hai èng lång vµo nhau, ®−êng kÝnh èng ngoµi tõ 6 ÷ 10mm, ®−îc uèn cong 90o. Mòi èng trong cã d¹ng èng kim tiªm. èng ngoµi bÞt kÝn ®Çu nh−ng trªn th©n èng ë kho¶ng c¸ch ba lÇn ®−êng kÝnh èng kÓ tõ mòi èng cã khoan 2÷ 4 lç nhá cã ®−êng kÝnh 0.5 ÷ 0.6mm. c) H×nh 4.9. èng ®o ¸p suÊt (èng Pi t«) a vµ b) èng ®o ¸p suÊt toµn phÇn c) èng ®o ¸p suÊt tæng hîp − ¸p kÕ h×nh ch÷ U : Gåm èng thuû tinh h×nh ch÷ U ®Æt trªn thang chia ®é. PhÝa trªn èng cã lç ®Ó ®æ n−íc vµo. Trªn ®Õ cña ¸p kÕ cã ®Æt hai niv« vµ 3 bu l«ng ®Ó c¨n chØnh ¸p kÕ th¨ng b»ng theo hai ph−¬ng. Cã mét nót trßn ë gi÷a, phÝa d−íi ` TBT_TTCK&T§H §Ò tµi 245.07.RD/H§-KHCN 47 èng ®Ó vi chØnh ®é cao cét n−íc ®Õn ®óng v¹ch ph©n ®é gióp ®äc ®é chªnh lÖch cét ¸p (mmH2O) ®−îc chÝnh x¸c. H×nh 4.10. ¸p kÕ ch÷ Uvµ c¸c bé phËn c¨n chØnh. − C¸c èng nèi mÒm : 02 èng b»ng cao su trong, mÒm vµ co gi·n ®−îc, ®−êng kÝnh èng kho¶ng φ8 mm. ` TBT_TTCK&T§H §Ò tµi 245.07.RD/H§-KHCN 48 H×nh 4.11. D©y nèi mÒm vµ èng ®o ¸p suÊt tæng hîp. − C¸ch ®o ¸p suÊt trªn ®−êng èng : Khi ®o ®Æt mòi èng trùc diÖn víi h−íng dßng khÝ. Tuú theo c¸ch nèi èng mÒm víi ¸p kÕ ch÷ U mµ ta cã thÓ ®o ®−îc 3 lo¹i ¸p suÊt kh¸c nhau: ¸p suÊt toµn phÇn, ¸p suÊt tÜnh vµ ®éng. §é chªnh cét n−íc trªn ¸p kÕ ch÷ U chÝnh lµ ¸p suÊt toµn phÇn, ¸p suÊt tÜnh hoÆc ¸p suÊt ®éng (h×nh 4.10). a) b) H×nh 4.10. S¬ ®å ®o ¸p suÊt dßng khÝ trong ®−êng èng a) §−êng èng ®Èy (¸p suÊt d−¬ng) ; b) §−êng èng hót (¸p suÊt ©m) 1- ¸p suÊt otµn phÇn ; 2- ¸p suÊt tÜnh ; 3- ¸p suÊt ®éng ` TBT_TTCK&T§H §Ò tµi 245.07.RD/H§-KHCN 49 b. Ch¹y thö vµ hiÖu chØnh m« h×nh vµ toµn hÖ thèng. − Ch¹y thö toµn bé hÖ thèng ®Ó kiÓm tra ®é kÝn cña hÖ thèng ®−êng èng, kiÓm tra sù ho¹t ®éng cña c¸c côm thiÕt bÞ, kiÓm tra ho¹t ®éng cña c¸c ®éng c¬, qu¹t, hép sè … − §iÒu chØnh c¸c van 1, 2, 3, 4 hoÆc thay ®æi tèc ®é ®éng c¬ ®Ó ®iÒu chØnh ¸p suÊt trong buång bôi. Cô thÓ : + Buång bôi : ®iÒu chØnh ¸p suÊt ph¶i cã gi¸ trÞ ©m pBN < 0 t−¬ng tù buång nghiÒn, ®o ¸p suÊt b»ng èng ®o pit« vµ ¸p kÕ h×nh ch÷ U. KÕt qu¶ ®o : pBN = -1.5 ®Õn – 10 (mm H2O) tuú thuéc vµo vÞ trÝ cña c¸c van ®iÒu chØnh. + Khoang khÝ cña hÖ thèng lµm kÝn : ®o b»ng thiÕt bÞ trªn, kÕt qu¶ ®o : pKO = 94 ®Õn 97 (mm H2O). − §iÒu chØnh ¸p suÊt trong buång bôi t−¬ng tù ¸p suÊt trong buång nghiÒn cña m¸y nghiÒn ®øng pBN < 0, ®ång thêi ®¶m b¶o ®iÒu kiÖn chªnh ¸p : ¸p suÊt trong khoang æ ph¶i lín h¬n ¸p suÊt trong buång bôi hay pKO> pBN. c. Ch¹y kh¶o nghiÖm vµ ®o ®¹c c¸c th«ng sè khÝ ®éng: − Kh¶o nghiÖm hÖ thèng trong ®iÒu kiÖn chªnh ¸p ®−îc ®¶m b¶o. Cô thÓ lµ: pKO = 95> pBN = -10 (mm H2O). Bôi xi m¨ng th−êng xuyªn ®−îc ®−a vµo buång bôi ®Ó t¹o m«i tr−êng khÝ bôi t−¬ng ®èi gièng víi m«i tr−êng khÝ bôi trong buång nghiÒn. − Ch¹y kh¶o nghiÖm hÖ thèng lµm kÝn víi hai d¹ng kÕt cÊu lµm kÝn c¬ b¶n: D¹ng kÕt cÊu vµnh ngoµi quay, vµnh trong ®øng im (H×nh 3.2b) vµ d¹ng kÕt cÊu vµnh ngoµi ®øng im, vµnh trong quay (h×nh 3.2a). §èi víi tõng d¹ng kÕt cÊu ch¹y kh¶o nghiÖm víi nhiÒu gi¸ trÞ khe hë lµm kÝn δ, ®−êng kÝnh D = 1/2 (D1 + D2) kh¸c nhau (b¶ng1). §èi víi tõng gi¸ trÞ δ vµ D ch¹y kh¶o nghiÖm hÖ thèng 6 giê trong ®iÒu kiÖn chªnh ¸p pKO> pBN ®−îc ®¶m b¶o. ` TBT_TTCK&T§H §Ò tµi 245.07.RD/H§-KHCN 50 − Chó ý miÖng hót cña hÖ thèng lµm kÝn ph¶i cã l−íi ng¨n bôi, ®¶m b¶o khÝ vµo khoang æ ph¶i lµ khÝ s¹ch. Sau ®ã më buång bôi, th¸o æ b¸nh xe ®Ó quan s¸t. − TiÕn hµnh ®o c−êng ®é dßng ®iÖn cho tõng tr−êng hîp ®Ó x¸c ®Þnh c«ng suÊt ®iÖn tiªu thô thùc tÕ t−¬ng øng theo c«ng thøc P = 1,732ηUI cosϕ . B¶ng 3. C¸c sè liÖu ®o ®¹c kh¶o nghiÖm vÒ c−êng ®é dßng ®iÖn ®Ó tÝnh c«ng suÊt tiªu thô ®iÖn thùc tÕ (øng víi c¸c gi¸ trÞ khe hë vµ ®−êng kÝnh D kh¸c nhau) TT D1 (mm) D2 (mm) δ (mm) C−êng ®é dßng LK (A) C«ng suÊt tiªu thô (KW) 1.1 160 163 1.5 2.9 1.31 1.2 160 162 1.0 2.9 1.31 1.3 160 161.5 0.75 2.9 1.31 1.4 160 161 0.5 2.8 1.27 1.5 160 160.6 0.3 2.8 1.27 2.1 200 203.0 1.5 4.6 2.08 2.2 200 202.0 1.0 4.6 2.08 2.3 200 201.5 0.75 4.5 2.04 2.4 200 201.0 0.5 4.5 2.04 2.5 200 200.6 0.3 4.5 2.04 d. KÕt qu¶ kh¶o nghiÖm: Khi ®¶m b¶o ®iÒu kiÖn chªnh ¸p pKO> pBN trong buång bôi cña m« h×nh, tiÕn hµnh kh¶o nghiÖm toµn hÖ thèng khi cã ch¹y vµ kh«ng ch¹y HTLK, víi mçi gi¸ trÞ khe hë, ®−êng kÝnh trung b×nh vµ d¹ng kÕt cÊu t−¬ng øng, sau khi ch¹y kh¶o nghiÖm trong thêi gian lµ 6h, më buång bôi, th¸o æ b¸nh xe vµ quan s¸t, ®èi chøng, nhãm ®Ò tµi cã nh÷ng nhËn xÐt nh− sau: − Khi ch¹y m« h×nh kh¶o nghiÖm kh«ng cã hÖ thèng lµm kÝn æ b»ng ph−¬ng ph¸p t¨ng ¸p, kiÓm tra thÊy l−îng bôi x©m nhËp vµo khoang æ rÊt nhiÒu và t¹o thµnh líp bôi dµy. ` TBT_TTCK&T§H §Ò tµi 245.07.RD/H§-KHCN 51 − Khi chạy khảo nghiệm có hệ thống làm kín quan sát thấy l−îng bôi x©m nhËp vµo khoang æ gi¶m ®i râ rÖt, chØ cã mét chót rÊt Ýt bôi b¸m vµ gi¶m dÇn tõ ngoµi khe hë vµo trong khoang æ. − Tr−êng hîp cã ch¹y hÖ thèng lµm kÝn th× với kết cấu vành ngoài quay, vành trong đứng im (hình 3.2b) thì lượng bụi xâm nhập vào khoang ổ ít hơn so với kết cấu vành trong quay (3.2a) (bụi gần như không có). − C«ng suÊt ®iÖn tiªu thô t¨ng nh−ng kh«ng nhiÒu khi gi¸ trÞ khe hë t¨ng vµ t¨ng râ rÖt khi gi¸ trị D = 1/2 (D1 + D2) t¨ng. §iÒu ®ã cho thÊy khi khe hë vµ D t¨ng, l−u l−îng t¨ng nhiÒu h¬n so víi ®é gi¶m cña tæn thÊt ¸p suÊt trong toµn hÖ thèng (mặc dù khi đường kính trung bình D tăng thì thành phần tổn thất áp suất trong khe tăng đáng kể). H×nh 4.11. H×nh ¶nh më buång bôi, th¸o b¸nh xe ®Ó quan s¸t khoang æ. e. Nhận xét kết quả khảo nghiệm và kết luận: Sau khi ch¹y kh¶o nghiÖm m« h×nh hÖ thèng lµm kÝn b»ng ph−¬ng ph¸p t¨ng ¸p 10 ngµy trong ®iÒu kiÖn chªnh ¸p trªn víi c¸c gi¸ trÞ khe hë δ vµ ®−êng kÝnh trung b×nh cña hai vµnh lµm kÝn D khác nhau, víi hai d¹ng kÕt cÊu lµm kÝn kh¸c nhau (®¶m b¶o ®iÒu kiÖn t¹o dßng æn ®Þnh tuyÖt ®èi vµ t−¬ng ®èi) ta rót ra nh÷ng nhËn xÐt vµ kÕt luËn sau : ¾ ViÖc kh¶o nghiÖm HTLK trªn m« h×nh cho kÕt qu¶ hoµn toµn phï hîp víi viÖc ph©n tÝch khÝ ®éng vµ c¸c ®iÒu kiÖn æn ®Þnh dßng trong khe hë lµm kÝn trong ch−¬ng 3 cña §Ò tµi. §iÒu ®ã cho thÊy qu¸ tr×nh ph©n ` TBT_TTCK&T§H §Ò tµi 245.07.RD/H§-KHCN 52 tÝch khÝ ®éng vµ ¸p dông c¸c bµi to¸n c¬ b¶n ®Ó gi¶i ®èi víi hÖ khÝ ®éng trong HTLK lµ cã thÓ tin cËy ®−îc vµ hoµn toµn cã thÓ ¸p dông c¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu cña §Ò tµi lµm c¬ së lý thuyÕt vµ øng dông cho viÖc tÝnh to¸n, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o HTLK b»ng t¨ng ¸p cho c¸c æ trôc nãi chung vµ æ trôc cña b¸nh nghiÒn nãi riªng. ¾ HÖ thèng lµm kÝn b»ng ph−¬ng ph¸p t¨ng ¸p ®−îc thiÕt kÕ, chÕ t¹o ®Ó kh¶o nghiÖm trªn m« h×nh ®· ®¹t ®−îc c¸c yªu cÇu ®Ò ra: t¹o ®−îc m«i tr−êng khÝ ®éng t−¬ng tù m«i tr−êng trong buång nghiÒn cña m¸y nghiÒn ®øng, ®iÒu chØnh ®−îc ¸p suÊt trong buồng bụi để ®¶m b¶o ®iÒu kiÖn chªnh ¸p gi÷a khoang æ vµ buång bôi: pKO = 95 > pBN = - 10 (mm H2O). Tr−êng hîp yªu cÇu ¸p suÊt trong khoang æ rÊt lín ta cã thÓ dïng hai qu¹t nèi tiÕp nhau ®Ó t¨ng ¸p, hoÆc dïng khÝ nÐn thæi th¼ng vµo khoang æ ®Ó ®¶m b¶o ®iÒu kiÖn chªnh ¸p. ¾ Ph−¬ng ph¸p lµm kÝn æ trôc b»ng t¨ng ¸p, ®Æc biÖt lµ víi kÕt cÊu lµm kÝn tho¶ m·n ®iÒu kiÖn t¹o dßng æn ®Þnh tuyÖt ®èi (3.18) ®· h¹n chÕ gÇn nh− hoµn toµn l−îng bôi cã kh¶ n¨ng x©m nhËp so víi khi kh«ng ch¹y hÖ thèng lµm kÝn v× b¶n th©n kÕt cÊu vµnh ngoµi quay, vµnh trong ®øng im ®· mÆc nhiªn tho¶ m·n ®iÒu kiÖn dßng æn ®Þnh: Ω2R22 > Ω1R12 (v× Ω2> 0, Ω1 = 0). Ngoµi t¸c dông lµm kÝn æ, ph−¬ng ph¸p æ trôc b»ng dßng khÝ cßn cã t¸c dông lµm m¸t khoang æ do cã sù l−u th«ng khÝ, gióp cho c¸c chÊt b«i tr¬n vµ vßng bÝt kh«ng bÞ háng, t¨ng tuæi thä vßng bi, ®ång nghÜa víi an toµn vµ t¨ng tuæi thä thiÕt bÞ. ¾ §èi víi hÖ thèng lµm kÝn æ cña b¸nh l¨n nghiÒn trong m¸y nghiÒn ®øng, kÝch th−íc b¸nh nghiÒn lín, kÕt cÊu lµm kÝn kh«ng bÞ h¹n chÕ qu¸ kh¾t khe vÒ kÝch th−íc, do vËy ®Ó dßng trong khe hë æn ®Þnh ®¹t hiÖu qu¶ lµm kÝn cao cÇn ph¶i chän kÕt cÊu lµm kÝn theo s¬ ®å vµnh ngoµi quay (s¬ ®å 3.2b). Víi kÕt cÊu nh− vËy th× ®iÒu kiÖn dßng trong khe hë æn ®Þnh ®−îc mÆc nhiªn tho¶ m·n, dßng sÏ æn ®Þnh tuyÖt ®èi víi mäi trÞ sè Reynol. Nh− vËy viÖc thiÕt kÕ, chÕ t¹o HTLK trong m¸y nghiÒn ®øng hiÖn cã cña ®Ò tµi KC.05.22 theo s¬ ®å 3.2a vµo n¨m 2005 ` TBT_TTCK&T§H §Ò tµi 245.07.RD/H§-KHCN 53 lµ ch−a thËt tèi −u khi §Ò tµi lùa chän kÕt cÊu theo s¬ ®å 3.2a, v× khi lùa chän kÕt cÊu nµy nhÊt thiÕt ph¶i ®¶m b¶o ®iÒu kiÖn æn ®Þnh t−¬ng ®èi (3.19) cña dßng trong khe, cã nghÜa lµ ®¶m b¶o khe hë lµm kÝn cµng nhá cµng tèt. Nh−ng do kÝch th−íc æ vµ kÝch th−íc b¸nh nghiÒn rÊt lín, viÖc chÕ t¹o vµ l¾p r¸p chÝnh x¸c kh¸ khã kh¨n, b¸nh nghiÒn chÞu t¶i lín nªn trôc biÕn d¹ng, nªn viÖc ®¶m b¶o khe hë lµm kÝn cµng nhá cµng tèt trong thùc tÕ lµ t−¬ng ®èi khã. H¬n n÷a khi khe hë nhá dÉn tíi l−u l−îng khÝ qua khe hë gi¶m, lµm gi¶m kh¶ n¨ng lµm m¸t æ, ®iÒu nµy kh«ng cã lîi cho vßng bÝt vµ b«i tr¬n, trong khi ®ã t¸c dông ng¨n ngõa bôi l¹i kh«ng tèt b»ng lùa chän kÕt cÊu h×nh 3.2b. Tãm l¹i ®èi víi m¸y nghiÒn ®øng, hÖ thèng lµm kÝn ph¶i ®−îc lùa chän theo kÕt cÊu h×nh 3.2b ®Ó dßng trong khe mÆc nhiªn æn ®Þnh víi mäi gi¸ trÞ cña sè Reynol vµ víi mäi gi¸ trÞ khe hë lµm kÝn. ViÖc chän gi¸ trÞ khe hë δ sÏ chØ cßn ®ãng vai trß tèi −u vÒ l−u l−îng dßng lµm kÝn, ®¶m b¶o viÖc lµm m¸t æ thÝch hîp vµ kh«ng ¶nh h−ëng tíi m«i tr−êng khÝ ®éng trong buång nghiÒn, gi¶m yªu cÇu vÒ ®é chÝnh x¸c chÕ t¹o vµ l¾p r¸p, ®¶m b¶o sö dông n¨ng l−îng tèi −u. ¾ C¸c kÝch th−íc cô thÓ kh¸c cña kÕt cÊu c¬ khÝ hÖ lµm kÝn nh− : kÝch th−íc khoang khÝ, kÝch th−íc khoang æ, kÝch th−íc c¸c lç khoan th«ng trªn v¸ch, trªn trôc còng nh− sè l−îng lç khoan trªn v¸ch cÇn ®¶m b¶o t¹o dßng æn ®Þnh, ®ång thêi h¹n chÕ tæn thÊt ¸p suÊt (tæn thÊt côc bé) ®Õn møc tèi ®a, ®¶m b¶o hiÖu qu¶ sö dông ®iÖn n¨ng tèi −u nhÊt. §Ó gi¶m tæn thÊt ¸p suÊt cña toµn hÖ thèng th× ph¶i gi¶m tæn thÊt ¸p suÊt tõng thµnh phÇn. VÝ dô: KÝch th−íc khoang khÝ nªn lÊy phï hîp ®Ó diÖn tÝch mÆt c¾t gi÷a èng vµ khoang khÝ kh«ng qu¸ chªnh lÖch lµm gi¶m tæn thÊt ¸p suÊt côc bé v× hÖ sè c¶n côc bé phô thuéc vµo tû sè diÖn tÝch cña hai mÆt c¾t, tû sè nµy cµng nhá th× tæn thÊt côc bé cµng lín. ThÓ tÝch khoang æ nªn chän lín thÝch hîp ®Ó ®¶m b¶o l−îng khÝ l−u th«ng lín, ®ång thêi lµm æn ®Þnh dßng sau khi ®i qua c¸c lç th«ng trªn v¸ch nh−ng kh«ng ¶nh h−ëng ®Õn ®é biÕn d¹ng vµ chÞu lùc cña trôc do trôc ph¶i dµi ra. Sè l−îng vµ kÝch th−íc c¸c lç khoan th«ng trªn ` TBT_TTCK&T§H §Ò tµi 245.07.RD/H§-KHCN 54 v¸ch lín nhÊt cã thÓ ®Ó dµn ®Òu khÝ trong khoang æ tr−íc khi ®i vµo khe hë nh−ng ph¶i ®¶m b¶o ®é chÞu lùc cña v¸ch ®ì b¸nh l¨n. [Xem h×nh 3.2a vµ 3.2b]. ¾ Tæn thÊt ¸p suÊt cña toµn hÖ thèng phô thuéc gi¸n tiÕp vµo ®é nh¸m bÒ mÆt cña hÖ thèng èng vµ c¸c c¬ cÊu lµm kÝn vµ hÖ sè ma s¸t th«ng qua vËn tèc dßng khÝ. NÕu ®é nh¸m vµ hÖ sè ma s¸t cña vËt liÖu chÕ t¹o èng, c¸c vµnh lµm kÝn cao sÏ lµm gi¶m tèc ®é dßng khÝ, do ®ã cÇn ®¶m b¶o ®é nh¸m thÝch hîp, vËt liÖu chÕ t¹o c¸c vµnh lµm kÝn cÇn chän cã hÖ sè ma s¸t nhá vµ cã ®é chÞu mßn cao. ¾ KÕt hîp hai ph−¬ng ph¸p lµm kÝn b»ng ph−¬ng ph¸p t¨ng ¸p víi lµm kÝn b»ng vßng bÝt cao su cã cèt sÏ hç trî lÉn nhau trong viÖc n¨n chÆn bôi x©m nhËp vµo khoang æ. §ång thêi dßng khÝ l−u th«ng th−êng xuyªn trong khoang æ lµm gi¶m nhiÖt ®é trong khoang, h¹n chÕ sù biÕn d¹ng nhiÖt cña vßng bÝt. Ng−îc l¹i vßng bÝt ng¨n chÆn c¸c h¹t bôi x©m nhËp vµo khoang æ do khuÕch t¸n, gióp ®¹t ®−îc hiÖu qu¶ lµm kÝn ë møc tèi ®a. ¾ Ph¶i cã bé phËn läc bôi ë miÖng hót cña hÖ thèng lµm kÝn vµ ph¶i lµm s¹ch c¸c ®−êng èng cña hÖ lµm kÝn tr−íc khi ®−a vµo sö dông. Nh− vËy sÏ ®¶m b¶o dßng khÝ trong hÖ thèng lµm kÝn lµ khÝ s¹ch (t−¬ng ®èi) nh»m n©ng cao hiÖu qu¶ vµ chÊt l−îng lµm kÝn. ` TBT_TTCK&T§H §Ò tµi 245.07.RD/H§-KHCN 55 KÕt luËn §Ò tµi “Nghiªn cøu chÕ t¹o hÖ thèng lµm kÝn tÝch cùc b»ng ph−¬ng ph¸p t¨ng ¸p, dïng cho æ trôc chÞu t¶i nÆng, lµm viÖc trong m«i tr−êng nãng, bôi” ®· thùc hiÖn ®−îc c¸c nội dung và môc tiªu ®Ò ra: − Nghiªn cøu, ph©n tÝch và giải bµi to¸n khÝ ®éng cña hÖ thèng lµm kÝn ®iÓn h×nh b»ng ph−¬ng ph¸p t¨ng ¸p. − TÝnh to¸n, thiÕt kÕ, chÕ t¹o hÖ thèng lµm kÝn b»ng ph−¬ng ph¸p t¨ng ¸p. Thiết kế, chế tạo mô hình, tạo được môi trường khí động tương tự môi trường khí động trong buồng nghiền của máy nghiền đứng để khảo nghiệm hệ thống làm kín. − Kh¶o nghiÖm thành công hÖ thèng lµm kÝn b»ng ph−¬ng ph¸p t¨ng ¸p trªn m« h×nh kh¶o nghiÖm. Kết quả đo đạc c¸c th«ng sè kh¶o nghiÖm cña hÖ thèng cho thấy: với điều kiện áp suất cụ thể của mô hình khảo nghiệm pKO = 95 > pBN = -10 (mmH2O) nghĩa là điều kiện chênh áp đảm bảo, quan sát bằng mắt khoang ổ khi chạy hệ thống khảo nghiệm với hai chế độ: có và không chạy hệ thống làm kín, kết quả cho thấy: với trường hợp có chạy hệ thống làm kín ổ, đã ngăn chặn được gần như hoàn toàn lượng bụi xâm nhập vào khoang ổ so với không chạy hệ thống làm kín. Đối với hệ thống làm kín trong máy nghiền đứng, do đòi hỏi áp lực khí trong hệ thống làm kín lớn hơn nhiều so với mô hình nên phương án sử dụng khí nén đưa vào hệ thống làm kín sẽ có hiệu quả về chất lượng làm kín cũng như hiệu quả kinh tế hơn so với sử dụng quạt để tăng áp. Phải đảm bảo khí đưa vào hệ thống làm kín là khí sạch, do đó cần phải có bộ phận lọc bụi khí trước khi đưa vào hệ thống làm kín. − Bước đầu x©y dùng được cơ së lý thuyết và thực nghiệm cho việc tÝnh to¸n, thiÕt kÕ, chÕ t¹o hÖ thèng lµm kÝn ®iÓn h×nh b»ng ph−¬ng ph¸p t¨ng ¸p, đảm bảo hÖ thèng làm việc ổn định, đạt hiệu quả làm kín tối ưu. ` TBT_TTCK&T§H §Ò tµi 245.07.RD/H§-KHCN 56 Mặc dù việc khảo nghiệm chưa nhiều, nhưng với những kết quả trùng khớp đạt được trong nghiên cứu cơ sở lý thuyết và khảo nghiệm trên mô hình, hoàn toàn có thể áp dụng hệ thống làm kín bằng phương pháp tăng áp để làm kín các ổ trục của bánh lăn trong máy nghiền đứng năng suất 15 T/h, đảm bảo ngăn chặn được bụi không cho xâm nhập vào ổ, đồng thời có tác dụng làm mát ổ, giúp cho chất bôi trơn và vòng bít không bị hỏng, tạo điều kiện làm việc tốt nhất cho ổ trục. Trên cơ sở đó tạo điều kiện cho máy nghiền làm việc ổn định, an toàn, tăng tuổi thọ thiết bị, nhằm hoàn thiện và tạo cơ hội để thương phẩm hóa sản phẩm này. Nhóm Đề tài xin chân thành cảm ơn lãnh đạo các Vụ, Ban, Ngành của Bộ Công – Thương, đặc biệt là Vụ Khoa Học – Công Nghệ đã tạo điều kiện giao cho Viện Công Nghệ thực hiện Đề tài này. Nhóm Đề tài cũng xin chân thành cảm ơn lãnh đạo Viện Công Nghệ, lãnh đạo Trung tâm Cơ khí & Tự động hóa và các phòng ban chức năng đã động viên, kiểm tra, đốc thúc và tạo điều kiện để chúng tôi hoàn thành nhiệm vụ được giao. ` TBT_TTCK&T§H §Ò tµi 245.07.RD/H§-KHCN 57 tµi liÖu tham kh¶o 1 Л . Д . Ландау и Е. М. Лифшиц Гидродинамика. Издание Четвертое, Cтереотипное Москва “Наука”. 1998 2 Hoµng B¸ Ch−, Tr−¬ng Ngäc TuÊn Sæ tay “Thuû khÝ ®éng lùc häc øng dông” Nhµ xuÊt b¶n khoa häc vµ kü thuËt. 2006 3 GS. TSKH Vò Duy Quang Thuû khÝ ®éng lùc øng dông. Nhµ xuÊt b¶n x©y dùng. 2005 4 GS. TrÇn Ngäc ChÊn Kü thuËt th«ng giã Nhµ xuÊt b¶n x©y dùng. 1998 5 Hoµng ThÞ HiÒn ThiÕt kÕ th«ng giã c«ng nghiÖp Nhµ xuÊt b¶n x©y dùng. 2000 6 KS. Ng« Quèc H−ng vµ c¸c céng t¸c viªn – ViÖn C«ng nghÖ – Tæng C«ng ty M§L & MNN - Bé C«ng Th−¬ng. ThuyÕt minh vµ thiÕt kÕ §Ò tµi KHCN cÊp nhµ n−íc KC.05.22: “Nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o M¸y nghiÒn bét siªu mÞn hiÖu suÊt cao øng dông trong C«ng nghiÖp”. Hµ Néi. 2005. ` TBT_TTCK&T§H §Ò tµi 245.07.RD/H§-KHCN 58 7 Frank P. Bleier Fan Handbook. Selection, Aplication and Design. Boston, Massachusetts Burr Ridge, Ilinois. 8 R.V. Giles et al. Theory and Problems of Fluid Mechanics and Hydraulics. Schaum’s Outline Series. New York. 1994. 9 Potter M.C. - Wiggert D.C. Mechanics of Fluid. Brooks/Cole, USA. 2002 10 Hoµng B¸ Ch−, Ph¹m L−¬ng TuÖ, Tr−¬ng Ngäc TuÊn. B¬m, qu¹t, m¸y nÐn c«ng nghiÖp. Nhµ xuÊt b¶n khoa häc vµ kü thuËt. 2005 11 “Morning Star Cement” Roller Mills – General Information “Holderbank” 12 Robert L. Mott Machine Elements in Mechanical Design. Second Edition University of Dayton, New Jersey. 13 В. И. Анурев Cпровочник Конструктура Машиностроителя. В Трех Томах Москва “Машиностроение”. 1998