Tính toán các thông số cơ bản máy phân ly

CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN MÁY PHÂN LY 4.1 Tính toán đường kính giới hạn của hạt trong vùng phân chia: Các thông số ban đầu: Độ nhớt động học của không khí: Tỉ trọng không khí ở điều kiện thường: Tỉ trọng hạt vật liệu ximăng: Đối với 0 < Re < 1 Đối với 1 < Re < 10 Đối với 10 < Re < 1000 Đối với các hạt có kích thước lớn hơn 1,8mm thì người ta không dung máy phân ly bằng dòng khí nữa. Vậy ta có thể điều chỉnh hệ số Renol để thu được loại hạt có kích thước phù hợp. 4.2 Đường kính vùng làm việc của máy phân ly Quá trình chuyển động của các phần tử về lý thuyết và thực nghiệm nói chung còn ít được nghiên cứu do tính phức tạp của nó. Thường còn chưa có phương pháp thể hiện một cách hoàn chỉnh cho tính toán các máy phân ly bằng khí các loại. Vì vậy sau khi lựa chọn sơ đồ nguyên lý phân ly việc xác định loại kích thước và chế tạo kết cấu máy cần được thực hiện trên cơ sở của kết cấu đó cho bằng với thực nghiệm được biết với cơ sở kinh nghiệm sử dụng các máy phân ly có cấu tạo tương tự. Việc tính toán các thông số thì theo các công thức lý thuyết gần đúng, có thay đổi thêm các hệ số điều chỉnh mới nhận được trong kết quả của thực nghiệm mô hình. Ở giai đoạn đầu của tính toán thiết kế, sau khi lựa chọn máy phân ly, cần đưa ra năng suất xác định đường kính của nó. Điều này có thể làm theo công thức thực nghiệm (2.91).[1]: (4.1) D - đường kính máy phân ly. G – Năng suất máy phân ly (t/giờ). - hệ số không đổi đối với máy phân ly với cùng một sơ đồ của vùng phân chia cơ bản và không phụ thuộc vào những điểm đặc biệt về kết cấu của máy phân ly. - Hệ số đối với các máy phân ly với cùng một sơ đồ của vùng phân chia phụ thuộc chủ yếu vào sự phân tán sản phẩm mịn, cũng như dạng vật liệu tạo thành, độ ẩm của nó và hình dạng hạt. Khi thu được xi măng được đặc trưng bởi sự còn lại trên lưới N0090 là 7-10% trong các máy phân ly tuần hoàn với vùng phân chia cắt ngang thì: = 0,375 và =1,19 – 1,20 Còn đối với vùng phân chia ly tâm dòng ngược: = 0,285 và =1,2 Công suất yêu cầu cho mỗi năm là 1.250.000 tấn mỗi năm. Chế độ làm việc 347 ngày trên năm. Mỗi ngày làm việc 24/24h. Vậy năng suất yêu cầu cho mỗi giờ là 150 tấn/h. Đối với phân ly tâm dòng ngược: Ta chọn = 0.285 và =1.2 Chọn D = 5m. 4.3 Công suất của máy phân ly: Từ công thức về năng suất của máy phân ly G D3.n (4.2) Trong đó G – năng suất, (T/h) n - số vòng quay của rotor , (vòng / phút) Vậy số vòng quay của rô to được xác định: =150 (T/h) Công suất của máy được xác định bằng công thức: (4.3) Việc xác định công suất máy phân ly bằng công thức trên chỉ là một thực nghiệm chung chung. Hiện nay, cơ sở lý thuyết xác định chính xác công suất của máy phân ly vẫn đang còn nghiên cứu. Các hãng sản xuất máy phân ly khác nhau có lý thuyết tính toán khác nhau. Căn cứ vào lý thuyết tính toán máy phân ly của hãng FLSmidth: Công suất máy phân ly (công suất động cơ dẫn động rôto máy phân ly) được xác định theo công suất của máy nghiền: (4.4) Trong đó:: Công suất máy phân ly (kW). : Công suất máy nghiền (kW). Trong dây chuyền sản xuất ximăng của trạm nghiền phía Nam – nhà máy ximăng Hạ Long, công suất của máy nghiền được thiết kế là 7500kW. Vậy công suất động cơ dẫn động rôto máy phân ly được xác định: Căn cứ vào các loại máy phân ly của các hãng khác nhau hiện có trên thị trường, so sánh với loại máy thiết kế: kết cấu máy phân ly dùng quạt ngoài với các xyclone xung quanh, năng suất 150T/h, tốc độ quay trung bình của rôto là 72v/p và tham khảo ý kiến của giáo viên hướng dẫn. Chọn công suất cho máy phân ly: 4.4 Chọn động cơ cho máy phân ly: Công suất động cơ: kW (4.5) Trong đó: : Hiệu suất truyền động của bộ truyền. =0,95 a: Hệ số tra bảng. a = 1,2 (kW) Chọn động cơ loai: Air separator sepax, 500M-222 Môtor No: 531SR300. Với các thông số sau: Công suất: max 710kW Min 362kW Vận tốc: 85 – 171 v/phút. Mômen xoắn lớn nhất: 37500 Nm. Mômen quán tính: 9120 kGm2. Xác định bộ truyền: Vận tốc làm việc của rôto:= 72 v/p. Vận tốc của động cơ:= 85-171 v/p. Tỉ số truyền: (4.6) Chọn hộp giảm tốc cho bộ truyền: Hộp giảm tốc được lựa chọn thỏa mãn điều kiện: công suất 540 kW. Mômen xoắn đầu vào 37500 Nm và có tỉ số truyền i như trên. Chọn hộp giảm tốc H2.SV Với: Tỉ số truyền i = 2. Số vòng quay lớn nhất đầu vào n = 750 (1/giây). 4.5 Kiểm tra động cơ điện: Kiểm tra động cơ điện theo điều kiện quá tải. Việc kiểm tra động cơ theo điều kiện phát nóng chưa đủ, bởi vì có trường hợp động cơ đã được chonj phù hợp theo điều kiện phát nóng, nhưng lại làm việc quá tải không cho phép trong thời gian khởi động. Dòng điện khởi động chỉ xuất hiện trong thời gian rất ngắn, tuy nó ít ảnh hưởng đến sự phát nóng của động cơ, nhưng lại có tác hại rất xấu đến trường hợp đảo mạch. Nếu mômen khởi động xác định bằng tính toán lớn hơn mômen giới hạn thì động cơ không đồng bộ không thể khởi động được. Hơn nữa trong tính toán cũng cần lưu ý trường hợp điện áp của điện lưới giảm xuống (ví dụ giảm đi n lần so với điện áp định mức), mômen quay của động cơ sẽ giảm đi lần. Bởi vậy mômen khởi động cần thiết để tăng tốc cho quá trình truyền động điênh và kể cả trường hợp giảm điện áp do lưới điện cung cấp. Đối với động cơ không đồng bộ: So sánh tỉ số giữa mômen lớn nhất theo biểu đồ phụ tải chính xác và mômen định mức của động cơ với hệ số quá tải cho phép theo mômen định mức sao cho thoả mãn điều kiện: (4.7) Mmax: Mômen lớn nhất trong biểu đồ phụ tải. Trong đó: Mômen xoắn : Mx = 37500 Nm Tỉ số truyền hộp giảm tốc: i = 2 Mômen định mức của động cơ: (4.8) Trong đó: công suất định mức động cơ: Pdm= 682 kW ố vòng quay định mức động cơ: ndm= 168 (v/phút) Đối với động cơ không đồng bộ, hệ số phải kể đến trường hợp điện áp lưới cung cấp giảm đi 15% so với điện áp định mức. (4.9) Với (Bội số mômen cực đại). Vậy động cơ được chọn thoả mãn điều kiện quá tải. 4.6 Xác định lượng ra cần thiết của vật liệu từ máy nghiền (4.10) Trong đó: Gn - lượng vật liệu đi vào máy phân ly từ máy nghiền (kg/giây). k- số vòng tuần hoàn – giá trị của nó nằm trong khoảng từ 3 - 5 đối với các máy nghiền. Theo điều kiện kỹ thuật trên sản phẩm mịn và theo thông số kinh nghiệm về công nghệ đã cho. Ta thiết lập kích thước cho phép được giới hạn lớn hơn hạt trong sản phẩm tinh. 4.7 Xác định lưu lượng khí yêu cầu: Lưu lượng khí được xác định theo công thức: (2.93).[1]: (m3/giây) (4.11) Trong đó: C- nồng độ cho phép giới hạn của sản phẩm mịn trong không khí nên lấy C = 0.36 kg/m3. Tới giá trị này của C không tính đến ảnh hưởng lên quá trình phân ly của sự tương tác các hạt lẫn nhau. Kinh nghiệm sử dụng các hệ thống nghiền chu trình kín cho thấy những kết quả làm việc tốt nhất đạt được khi trong vật liệu đưa đến phân ly từ máy nghiền có chứa 20% - 30% sản phẩm tinh. Vậy chọn lưu lượng khí yêu cầu là 115 m3/s. 4.8 Chiều cao cánh dẫn hướng: Chiều cao cánh dẫn hướng được xác định theo công thức: (2.92).[1]: (4.12) Trong đó: Q - Lưu lượng khí ( ) d - Đường kính nhỏ nhất của hạt vật liệu. Rc - bán kính cánh (m). n - vận tốc cánh quay của rôto (v/ph). x - Hệ số đánh giá mức độ đưa khí vào vòng xoáy (Phụ thuộc vào số cánh, chiều dài, bán kính phân bố). Thường chọn x = 0,6 -0,8 Với Đường kính cánh dẫn hướng lấy bằng 0,7 lần đường kính vỏ ngoài máy phân ly: Dc = 0,7.5 = 3,5 (m) Kiểm tra lại chiều cao cánh dẫn hướng trong biên phân chia: (4.13) Vậy chiều cao cánh dẫn hướng phù hợp. Chiều cao vùng lắng: Việc tính toán vùng lắng của sản phẩm tinh được tiến hành theo hạt chịu tác động nhỏ nhất. Trong công thức tính toán khác với công thức tính cho máy phân ly cyclo người ta tính đến vận tốc quay của không khí và của hạt tại đường ra từ quạt. (4.14) Trong đó: DH - Đường kính vỏ trong của máy. DH = 5m DB - Đường kính ngoài của máy. DB = 4,98m H- độ cao vùng lắng. dmin- đường kính của hạt chịu tác động nhỏ nhất. 4.9 Tính toán quạt hút cho máy phân ly: Từ lưu lượng của máy Q ta tính được công suất của quạt: (4.15) Trong đó: H – Áp suất quạt tính theo mm H20.Thường thì áp suất của quạt từ 90 đến 100 mm H20. Trong tính toán cho máy phân ly thường chọn H = 99,2 mm H20. : Hệ số hiệu dụng của quạt =60÷75% (kW). Công suất động cơ: kW (4.16) Trong đó: : Hiệu suất truyền động của bộ truyền. =0,85 a: Hệ số tra bảng. a = 2,2 (kW) Chọn động cơ loai: FLS Fan LG 90 Thông số của thiết bị quạt khí: Lưu lượng khí của quạt là : 115 m3/s Kiểu quạt được chọn: FLS Fan LG 90 (hướng xoay theo phương trái). Kích thước quạt kiểu: Size 450 Đường kính cánh quạt: 4500mm Công suất yêu cầu của quạt là : 620 kW (tra phụ lục 6 theo lưu lượng khí). Số vòng quay tối đa: 990 vòng / phút Khối lượng của quạt: 22000 Kg Áp suất làm việc: 6800 Pa (tra theo phụ lục 6) Nhiệt độ dòng khí làm việc: 900C Nhiệt độ làm việc và độ rung của quạt: Nhiệt độ ở ổ trục rôtô quạt + Báo động: 980C + Quạt dừng hoạt động: 1100C Độ rung của quạt tại ổ của rôto (mm/s): + Báo động: 7.1 mm/s + Quạt dừng: 11.0 mm/s Kiểm tra động cơ điện: Kiểm tra động cơ điện theo điều kiện quá tải. Việc kiểm tra động cơ theo điều kiện phát nóng chưa đủ, bởi vì có trường hợp động cơ đã được chọn phù hợp theo điều kiện phát nóng, nhưng lại làm việc quá tải không cho phép trong thời gian khởi động. Dòng điện khởi động chỉ xuất hiện trong thời gian rất ngắn, tuy nó ít ảnh hưởng đến sự phát nóng của động cơ, nhưng lại có tác hại rất xấu đến trường hợp đảo mạch. Nếu mômen khởi động xác định bằng tính toán lớn hơn mômen giới hạn thì động cơ không đồng bộ không thể khởi động được. Hơn nữa trong tính toán cũng cần lưu ý trường hợp điện áp của điện lưới giảm xuống (ví dụ giảm đi n lần so với điện áp định mức), mômen quay của động cơ sẽ giảm đi lần. Bởi vậy mômen khởi động cần thiết để tăng tốc cho quá trình truyền động điênh và kể cả trường hợp giảm điện áp do lưới điện cung cấp. Đối với động cơ không đồng bộ: So sánh tỉ số giữa mômen lớn nhất theo biểu đồ phụ tải chính xác và mômen định mức của động cơ với hệ số quá tải cho phép theo mômen định mức sao cho thoả mãn điều kiện: (4.17) Mmax: Mômen lớn nhất trong biểu đồ phụ tải. Mmax= Trong đó: Mômen xoắn : Mx = 6437 (kW) Tỉ số truyền hộp giảm tốc: I = 1 Mômen định mức của động cơ: (4.18) Trong đó: công suất định mức động cơ: Pdm= 620 (kW)Số vòng quay định mức động cơ: nm= 150v/phút Đối với động cơ không đồng bộ, hệ số phải kể đến trường hợp điện áp lưới cung cấp giảm đi 15% so với điện áp định mức. , với (Bội số mômen cực đại). Vậy động cơ được chọn thoả mãn điều kiện quá tải. 4.10 Xác định kích thước tính toán cơ bản- biên phân chia. Theo số liệu ta có mối tương quan thực nghiệm sau giữa kích thước hạt lớn nhất trong sản phẩm tinh và biên phân chia. Biên phân chia Kích thước hạt lớn nhất trong sản phẩm tinh >100 100-25 25-3 21/2. 2. . Kích thước của hạt lớn nhất được hiểu là kích thước trung bình của các hạt lớn nhất khối lượng của nó trong sản phẩm tinh chiếm không lớn hơn 0.2-0.1%. Trong trường hợp nếu giá trị bề mặt giới hạn được cho bằng các điều kiện kỹ thuật để xác định biên phân chia cần phải biết hàm tương quan giữa bề mặt giới hạn và biên phân chia. Tính toán vùng phân chia cơ bản theo công thức (4.19) Trong đó: Q - Lưu lượng khí ( ) d - Đường kính nhỏ nhất của hạt vật liệu. Rc - bán kính cánh (m). n - vận tốc cánh quay của rôto (v/ph). x - Hệ số đánh giá mức độ đưa khí vào vòng xoáy (Phụ thuộc vào số cánh, chiều dài, bán kính phân bố). Thường chọn X = 0,6 -0,8 Với Đường kính cánh dẫn hướng lấy bằng 0,7 lần đường kính vỏ ngoài máy phân ly: Dc = 0,7.5 = 3,5 (m) Vậy Vậy kích thước hạt lớn nhất trong trong sản phẩm tinh với biên phân chia : Từ 3 – 25: Từ 25 – 100: >100: 4.11 Tính toán vùng lắng hổ trợ trong miền phụ (m) (4.20) Trong đó: - biên phân chia tại vùng phụ. - bán kính của lưới tính theo mép trong của cánh. - độ cao của cánh ở chớp. Q - Lưu lượng khí ( ). x - Hệ số đánh giá mức độ đưa khí vào vòng xoáy (Phụ thuộc vào số cánh, chiều dài, bán kính phân bố). Thường chọn x = 0,6 -0,8 Với - góc của bán kính được vẽ bằng cánh của chóp đến vòng trong cùng với đường dọc cánh trong. Từ việc hình thành kết cấu ta lựa chọn R và tính sự ảnh hưởng của tới giá trị của biên phân chia ứng với các giá trị h khác nhau, những giá trị này được lựa chọn từ điều kiện là giá trị có thể gấp với giá trị ở trong vùng phân ly cơ bản. Từ công thức trên cũng có thể tiến hành tính toán các máy phân ly dòng thông qua với các cánh định hướng được bố trí theo tiếp tuyến. Cần phải lưu ý rằng do có những vấn đề chưa được nghiêng cứu về lực cản trong những nơi có dòng xoay nên việc xác định cột áp cần được xác định theo cách tương tự với tính toán của chuyển động của khí trong ống, điều này thường dẫn đến sự sai số khá lớn. 4.12 Tính toán thiết kế chi tiết máy 4.12.1 Tính toán trục nối giữa hộp giảm tốc và rôto: Khối lượng của lồng rôto là m = 4800N Momen xoắn của trục là: (4.21) Với P : công suất ra của trục P = 682kW n : số vòng quay của trục n = 72 vòng/phút  Chọn đường kính trục: 170mm. -Diện tích mặt cắt ngang: F (4.22) -Mômen chóng xoắn: Wz (4.23) Ứng suất pháp do Fn: Ứng suất tiếp do Mz: Theo điều kiện bền thứ 3 ta có: (4.24) Chọn thép có: . (4.25) Trong đó: (4.26) Hệ số an toàn n được xác định trên cơ sở phân tích các yếu tố ảnh hưởng sau đây: -Mức độ quan trọng, tuổi thọ của công trình, chi tiết. -Tính chất của vật liệu. -Mức độ chính xác của giả thiết tính toán, trình độ và phương pháp thi công. -Tính chất của các lực tác dụng. -Xem xét tới mức độ, khả năng phát triển trong tương lai. Chọn hệ số an toàn: a = 1,5. Vậy chọn vật liệu làm trục là thép cácbon cường độ cao. Kiểm tra trục theo điều kiện cứng: (4.27) Trong đó: - Gốc xoắn do Mz gây ra. - Gốc xoắn cho phép. Vì lực dọc có giá trị tương đối nhỏ nên ta có thể bỏ qua khi tính toán kiểm tra theo điều kiện cứng. (4.28) Trong đó l- Chiều dài trục. G- Mô đun trượt. Jp- Mômen quán tính cực của mặt cắt lấy đối với tâm Vậy trục thỏa mãn điều kiện cứng. 4.12.2 Chọn loại ổ lăn: Tùy theo điều kiện làm việc cụ thể để ta chon ổ đỡ sao cho phù hợp với các yếu tố như: trị số, phương chiều và đặc tính thay đổi của tải trọng tác dụng lên ổ là tải trọng tĩnh hay tải trọng thay đổi, vận tốc và thời gian phục vụ của ổ, các chỉ tiêu về kinh tế… Để chọn ổ ta tiến hành theo tình tự sau: -Tùy điều kiện sử dụng chọn loại ổ đỡ. -Xác định hệ số khả năng làm việc để chọn kích thước ổ. Do kết cấu không chịu lực dọc trục (4.29) : Hệ số kể đến vòng nào của ổ là vòng quay :Hệ số nhiệt độ : Hệ số tải trọng động : Tải trọng hướng tâm Tra bảng ta có các thông số sau: Vậy: Hệ số khả năng làm việc : (4.30) n: Số vòng quay của ổ(vg/ph) h: Thời gian phụ vụ(giờ) Chọn: Tra bảng ta có giá trị: Chọn loại ổ lăn có Tra theo phụ lục 9 chọn ổ đũa lồng cầu hai dãy 24144 CC/W33 Với các thông số kỹ thuật như sau: d (mm) D (mm) B (mm) C (kN) C0 (kN) Độ mỏi Pu (kN) Vận tốc V (v/p) Vận tốc g/h M Kg Kiểu 220 370 150 2120 3350 285 1000 1400 67.0 24144 CC/W33 Kích thước cơ bản của ổ đũa: 4.12.3 Tính chọn khớp nối: a)Tính chon khớp nối cho trục vào của hộp giảm tốc Mômen trên trục vào của hộp giảm tốc: Trong đó: Mdm : Mômen định mức của động cơ. Mdm = 3958,1 kGm Mômen tính toán của khớp : (4.31) : Hệ số tính đến mức độ quan trọng của cơ cấu : Hệ số tính đến chế độ làm việc của cơ cấu Vậy: b)Tính chon khớp nối cho trục ra của hộp giảm tốc Mômen trên trục vào của hộp giảm tốc: Trong đó: Mdm: Mômen định mức của động cơ Mdm = 3958,1 kGm i: Tỉ số truyền hộp giảm tốc i = 2 Mômen tính toán của khớp : (4.32) : Hệ số tính đến mức độ quan trọng của cơ cấu : Hệ số tính đến chế độ làm việc của cơ cấu Vậy: Dựa vào ta chọn khớp : Chọn Khớp nối N-EUPEX A280 giữa trục động cơ và trục vào hộp giảm tốc Chọn khớp nối N-EUPEX A610 giữa trục ra hộp giảm tốc và trục nối với rôto Kiểu Kích thước (mm) BxH N-EUPEX A280 280x95 N-EUPEX A610 610x260 4.13 Tính toán các xyclôn ra liệu thành phẩm: Các xyclôn vừa có tác dụng nhận vật liệu ximăng đã được phân ly ra từ máy phân ly chính, vừa có tác dụng tách bụi dạng khô. Tức là hỗn hợp ximăng thành phẩm cùng dòng khí sau khi đi qua các xyclôn thì ximăng thành phẩm sẽ được đưa ra riêng một cửa nằm ở phía dưới, khí cùng bụi ximăng có kích thước cực nhỏ sẽ được đưa ra ngoài theo một cửa khác ở bên trên xyclôn và sau đó được đưa trở lại quạt, tiếp tục cung cấp khí cho quá trình phân ly. Đường kính xyclôn càng nhỏ hiệu quả tách càng cao. Để đảm bảo năng suất và chất lượng tách, người ta thường lắp các xyclôn thành cụm có chung cửa ra vào. Đường kính xyclôn tới 1000mm có thể dùng để tách bụi cho hỗn hợp có độ bụi 200 đến 400 , tách được bụi kích thước 5 đến 10 micromet. Hiện nay cơ sở tính toán các thông số kết cấu của xyclôn bằng lý thuyết chính xác vẫn đang còn nghiên cứu, do đó việc thiết kế để xác định các thông số kết cấu của xyclôn dựa trên cơ sở kinh nghiệm. Máy phân ly với kết cấu 4 xyclôn xung quanh với năng suất 150T/h, kết cấu của xyclôn được chon trên cơ sở thực tế như sau: Đường kính ngoài của xyclôn: 3830mm. Chiều dài phần trụ: 4110mm. Chiều dài phần côn: 4651mm. Chiều dày thành xyclôn: 8mm. Đường kính cửa xả: 450mm.