Báo cáo Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị phụ tùng thay thế cho công nghiệp xi măng lò quay 1,4 triệu tấn năm - Tập 3: Nghiên cứu thiết kế quạt công nghiệp

250 trang yendo 5140

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Báo cáo Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị phụ tùng thay thế cho công nghiệp xi măng lò quay 1,4 triệu tấn năm - Tập 3: Nghiên cứu thiết kế quạt công nghiệp", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

bao_cao_nghien_cuu_thiet_ke_che_tao_thiet_bi_phu_tung_thay_t.pdf

Nội dung text: Báo cáo Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị phụ tùng thay thế cho công nghiệp xi măng lò quay 1,4 triệu tấn năm - Tập 3: Nghiên cứu thiết kế quạt công nghiệp

Bộ xây dựng Tổng Công ty Cơ khí Xây dựng 125D Minh Khai, Quận Hai Bà Tr−ng Hà Nội Báo cáo tổng kết Đề tài KHCN cấp nhà n−ớc Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị phụ tùng thay thế cho công nghiệp xi măng lò quay 1,4 triệu tấn năm M∙ số kc 06.07 chủ nhiệm đề tài : TS. Phạm Giao Du tập 3 nghiên cứu thiết kế quạt công nghiệp Thực hiện: võ sỹ huỳnh 5846-3 26/5/2006 Hà nội – 2005 Bản quyền 2005 thuộc TCTCKXD Đơn xin sao chép toàn bộ hoặc từng phần tài liệu này phải gửi đến Tổng Giám đốc TCTCKXD trừ tr−ờng hợp sử dụng với mục đích nghiên cứu
Bộ xây dựng Tổng Công ty Cơ khí Xây dựng tập 3 nghiên cứu thiết kế quạt công nghiệp Trần hồng lam
Tổng quan đề tài kc 06.07 .Đề tài “ Nghiên cứu, thiết kế chế tạo hệ thống thiết bị, phụ tùng thay thế cho công nghiệp xi măng lò quay 1,4 triệu tấn/năm” đ−ợc thực hiện với mục đích nghiên cứu, thiết kế và xây dựng qui trình công nghệ chế tạo một số thiết bị trong các khu công nghệ, phụ tùng trong dây chuyền sản xuất xi măng, b−ớc đầu chế tạo một số cụm. Phụ tùng nhằm từng b−ớc đáp ứng nhu cầu nội địa hoá các thiết bị trên. Đề tài tập trung vào nghiên cứu các thiết bị kho đồng nhất sơ bộ nh− máy rải liệu, máy rút liệu, máy nghiền con lăn, quạt công nghiệp và lọc bui tĩnh điện là những thiết bị không thể thiếu đ−ợc trong các dây chuyền sản xuất xi măng theo ph−ơng pháp khô. Trên cơ sở nghiên cứu tổng quan, phân loại các thiết bị phân tích các đặc tính, tính năng kỹ thuật, lựa chọn các kết cấu phổ biến nhất mang tính tiên tiến và phù hợp với khả năng công nghệ hiện có trong n−ớc, xây dựng ph−ơng pháp tính toán thiết kế các thông số chính của các thiết bị nh− máy nghiền con lăn, cơ cấu phân ly, quạt công nghiệp, lọc bụi tĩnh điện, ph−ơng pháp xác định độ đồng nhất của vật liệu và thiết kế một số ;oại thiết bị: Máy nghiền đứngdùng cho nghiền liệu công suất 280 t/g; quạt công nghiệp Q=1230 m3/p; lọc bụi tĩnh điện; máy rải, rút liệu; băng tải; gầu tải; vít tải. Trong thiết kế máy nghiền đứng đã áp dụng ph−ơng pháp phân tích phần tử hữu hạn để tính toán sức bền, đã xây dựng các thiết kế điều phần kiển tự động cho máy nghiền, lọc bụi tĩnh điên, máy rảt liệu, máy rút liệu. Hầu hết các phần tổng quan phân tích các thiết bị, ph−ơng pháp tính toán đ−ợc xây dựng lần đầu tiên. Trong phạm vi của đề tài đã thực hiện việc chế tạo và thử nghiện thực tế bộ điều khiển cao áp lọc bụi tĩnh điện và chế tao 12 tấn phụ tùng cho máy nghiền đứng 1
Danh sách những ng−ời thực hiện TT Họ và tên Chức vụ Học vị 1 Phạm Giao Du Chủ nhiệm đề tài Tiến sĩ 2 Võ Sỹ Huỳnh Tr−ờng ĐHBK PGS.TS 3 Lê Danh Liên Tr−ờng ĐHBK PGS.TS 4 Ngô Thành Phong Tr−ờng ĐH KHTN TP HCM GS.TS 5 Nguyễn Dũng Tr−ờng ĐH KHTN TP HCM PGS.TS 6 Ngô văn Thành Phân viện NC ĐT-TH-TĐH TP HCM Tiến sĩ 7 Trần Hồng Lam Trung tâm TBCN-IMI Ths. t/ động hoá 8 Phạm L−ơng Tuệ Tr−ờng ĐHBK GS.TS 9 Bùi Quốc Thái Tr−ờng ĐHBK Tiến sĩ 10 Lê Đình ánh Tr−ờng ĐHBK Kỹ s− 11 Nguyễn minh Ph−ơng TCT CKXD Kỹ s− 12 Trần văn Tuấn TCT CKXD Kỹ s− 13 Nguyễn minh Đức TCT CKXD Kỹ s− 14 Trần Văn Sơn Trung tâm TBCN-IMI Kỹ s− Nhiệt 15 Trần Kim Quế GĐ Trung tâm KM-IMI Kỹ s− đ/ l−ờng 16 Nguyễn Quý Bình GĐ Trung tâm CNC-IMI KS. c/ tạo máy 17 Vũ Hoài Nam GĐ Trung tâm TBCN-IMI KS. c/ tạo máy 18 D−ơng Hồng Quân Trung tâm DADT-IMI KS. c/ tạo máy 19 Nguyễn Vĩnh Kỳ GĐ Trung tâm KTMT-IMI KS. c/ tạo máy 20 Đỗ Trọng Bình Phó GĐ Trung tâm KTMT-IMI Kỹ s− Nhiệt 21 L−ơng Ngọc Ph−ợng Phó GĐ Trung tâm KTMT-IMI KS. T/ động hoá 2
Mục lục 1 Lời mở đầu 4 2 Tổng quan về công nghệ và thiết bị sản xuất xi măng 5 theo ph−ơng pháp khô ở Việt nam hiện nay 3 Phần máy nghiền đứng và thiết bị kho đồng nhất sơ bộ Quyển riêng 4 Lọc bụi tĩnh điện Quyển riêng 5 Nghiên cứu thiết kế quạt công nghiệp Quyển riêng 6 Kết luận và kiến nghị 28 7 Tài liệu tham khảo 30 3
Lời mở đầu Tr−ớc sự phát triển của mền kinh tế trong n−ớc, nhu cầu về vật liêu xây dựng trong đó xi măng đóng vai trò quan trọng và tăng không ngừng. Theo tính toán từ nay tới năm 2010 mỗi năm chúng ta phải đ−a vào vận các dây chuyền sản xuất xi măng công suất khoảng 3 triệu tấn/ năm. Tuy nhiên cho đến nay chúng ta vẫn nhập ngoại toàn bộ tiết bị công nghệ. Hiện mới chỉ có nghiên cứu thiết kế các thiết bị cho lò đứng, đối với các dây chuyền thiết bị trong các nhà máy xi măng ph−ơng pháp khô ch−a đ−ợc đầu t− nghiên cứu, vì thế việc từng b−ớc nghiên cứu chế tạo thiết bị phụ tùng cho các dây chuyền sản xuất xi măng ph−ơng pháp khô là cần thiết. Đề tài “ Nghiên cứu, thiết kế chế tạo hệ thống thiết bị, phụ tùng thay thế cho công nghiệp xi măng lò quay 1,4 triệu tấn/năm” là b−ớc đầu cho việc nghiên cứu, thiết kế từng b−ớc các thiết bị trong dây chuyền sản xuất xi măng lò quay ph−ơng pháp khô. Trên cơ sở các dây chuyền thiết bị nhập ngoại, Đề tài tập trung nghiên cứu, thiết kế các thiết bị kho đồng nhất sơ bộ, băng tải (B=0,8m; L=450m; N=300t/g), gầu tải (B-0,8m; H=80m; N=400t/g), vít tải (D=0,45m; L=15m; N=50t/g) đ−ợc sử dụng phổ biến trong các dây chuyền xi măng công suất 1,4 triệu tấn/năm. Lọc bụi tĩnh điện (Q=1230m3/p; n=3; F-26m2), quạt công nghiệp (Q=1239m3/p; P=2599Pa) và máy nghiền đứng (N-280-320t/g; Blaine=3200), xây dựng qui trình công nghệ chế tạo và chế tạo thử nghiệm bộ điều khiển cao áp lọc bụi tĩnh điện, 12 tấn phụ tùng cho máy nghiền đứng. Tổng kinh phí thực hiện đè tài 4990tr, đồng trong đó vốn cấp là 1350tr. đồng, đ−ợc triển khai thực hiên từ tháng 10/2001 đến 12/2004. 4
1.Tổng quan về công nghệ và thiết bị sản xuất xi măng theo ph−ơng pháp khô ở Việt nam hiện nay 1.1.Hiện trạng sản xuất xi măng ở Việt nam Trong 10 năm qua ngành công nghiệp vật liệu xây dựng nói chung và công nghiệp xi măng nói riêng của Việt nam đã không ngừng phát triển, đáp ứng cho nhu cầu xây dựng cơ sở vật chất của cả n−ớc không những về số l−ợng mà cả về chất l−ợng và chủng loại sản phẩm. Hiện nay mạng l−ới các nhà máy xi măng phân bố ở tất cả các vùng trong cả n−ớc với quy mô và công nghệ sản xuất khác nhau bao gồm: - 55 nhà máy xi măng lò đứng sản xuất theo ph−ơng pháp bán khô với quy mô công suất các lò đứng từ 140 tấn clanhke/ngày tới 240 tấn clanhke/ngày. - 3 nhà máy xi măng lò quay sản xuất theo ph−ơng pháp −ớt có công suất các lò quay là 413 tấn clanhke/ngày và 1.750 tấn clanhke/ngày. - 9 nhà máy xi măng lò quay sản xuất theo ph−ơng pháp khô có công suất các lò quay từ 3.000 tấn clanhke/ngày cho tới 5.800 tấn clanhke/ngày (kể cả các nhà máy xi măng liên doanh, Hoàng mai, Tam điệp và Hải phòng mới). Trong vòng 10 năm lĩnh vực này đã đ−ợc đầu t− khá đa dạng về quy mô công suất nhà máy (lớn, vừa, nhỏ), về hình thức đâù t− (nhà n−ớc, địa ph−ơng, liên doanh, t− nhân) và cả về nguồn vốn đầu t− (vốn tự có, vốn vay trong n−ớc, vốn vay n−ớc ngoài). 1.2.Vốn đầu t− Vốn đầu t− vào lĩnh vực xi măng giai đoạn 1991 - 2000 khoảng 1.495 triệu USD, trong đó: - Vốn đầu t− n−ớc ngoài (FDI): 20% - Vốn vay thiết bị trả chậm : 50% - Vốn trong n−ớc : 30% Trong bảng 1.1 giới thiệu các cơ sở sản xuất xi măng hiện có của Việt Nam. 5
Bảng 1.1. Các cơ sở sản xuất xi măng của Việt nam Danh mục các cơ sở Công suất thiết kế, Ph−ơng pháp triệu tấn xi măng/năm sản xuất I. Cơ sở của Bộ xây dựng 11,55 1. Cty xi măng Hải phòng 0,35 −ớt 2. Cty xi măng Hoàng thạch 2,3 khô 3. Cty xi măng Bút sơn 1,4 khô 4. Cty xi măng Bỉm sơn 1,8 khô + −ớt 5. Cty xi măng Hà tiên I+II 1,5 khô + −ớt 6. Cty xi măng Hoàng Mai 1,4 khô 7. Cty xi măng Tam Điệp 1,4 khô 8. Cty xi măng Hải Phòng mới 1,4 khô II. Cơ sở liên doanh 7.61 1. Cty xi măng Chinfong 1,4 khô 2. Cty xi măng Nghi sơn 2,15 khô 3. Cty xi măng Sao mai 1,76 khô 4. Cty xi măng Vân xá 0,5 khô 5. C.ty xi măng Phúc sơn 1.8 khô III. Cty xi măng lò đứng 3,957 bán khô IV Trạm nghiền xi măng 3.97 Tổng cộng 27.087 So với năm 1995 cả n−ớc có 4 nhà máy xi măng lò quay và 50 nhà máy xi măng lò đứng với tổng công suất thiết kế 4,45 triệu tấn/năm thì tới năm 2000 đã có 12 nhà máy xi măng lò quay và 55 nhà máy xi măng lò đứng với tổng công suất thiết kế 19,70 triệu tấn/năm (tăng 248 %). 1.3. Sản l−ợng và chất l−ợng xi măng Với việc đầu t− nh− trên, sản l−ợng xi măng của Việt nam đã có mức tăng tr−ởng khá mạnh đ−ợc giới thiệu ở bảng 1.2. Bảng 1.2. Sản l−ợng xi măng của Việt nam Năm 1995 2000 2001 2002 2003 2004 Sản l−ợng 6,81 13,91 16,38 20,55 24,38 26,4 xi măng 6
Qua bảng 1.1, 1.2 rõ ràng xi măng là lĩnh vực đ−ợc tập trung chỉ đạo đầu t− phát triển nên duy trì mức tăng tr−ởng cao. Sản l−ợng xi măng từ 1995 đến năm 2004 tăng hơn 4 lần từ 6,38 triệu tấn tăng lên 26,4 triệu tấn, tăng bình quân 31,6% năm. Xét theo từng kế hoach 5 năm thì mức tăng tr−ởng bình quân giai đoạn 1995 - 2000 là 15,58%/năm, giai đoạn 2000 - 2004 là 17.58 %/năm và dự kiến năm 2005 đạt trên 29 triệu tấn. Sản phẩm chính của các cơ sở lò quay là các loại xi măng poóclăng PC50, PC40 và PC30; xi măng poóclăng hỗn hợp PCB40, PCB30, trong đó xi măng mác cao đạt > 70%. Sản phẩm của các cơ sở xi măng nhà n−ớc và liên doanh đ−ợc trang bị công nghệ tiên tiến, thiết bị hiện đại, hệ thống kiểm tra chặt chẽ nên chất l−ợng xi măng sản xuất đạt các tiêu chuẩn Việt nam về các chủng loại xi măng poóclăng PC: TCVN 2682 - 1999 và xi măng poóclăng hổn hợp PCB: TCVN 6260 - 1997 và t−ơng đ−ơng với chất l−ợng xi măng của các n−ớc trong khu vực và trên thế giới. Cho tới nay đa số các cơ sở xi măng lò quay đã đ−ợc cấp chứng chỉ chất l−ợng ISO 9002. Các loại xi măng lò quay này có hàm l−ợng CaO tự do thấp < 1 %, hàm l−ợng kiềm thấp, độ mịn cao; cùng với các chủng loại xi măng đặc biệt bền sulphát, ít toả nhiệt đã và đang sử dụng rộng rãi trong các công trình vĩnh cửu ở khắp mọi miền đất n−ớc nh− thuỷ điện Hoà bình, thuỷ điện Yaly, cầu Mỹ thuận, đ−ờng hầm Hải vân v.v Trong khi đó các cơ sở xi măng lò đứng đ−ợc đầu t− chiều sâu bằng công nghệ, thiết bị của Trung quốc chủ yếu sản xuất xi măng thông dụng đạt chất l−ợng PCB30 phù hợp sử dụng trong các công trình không yêu cầu khắt khe về kỹ thuật nh− kênh m−ơng thuỷ lợi, đ−ờng bê tông nông thôn, nhà ở thấp tầng v. v 1.3. Công nghệ sản xuất Hiện tại ở Việt nam tồn tại 3 ph−ơng pháp công nghệ sản xuất xi măng khác nhau: - Ph−ơng pháp −ớt với tổng công suất thiết kế 1,129 triệu tấn/năm (5,97%) - Ph−ơng pháp khô với tổng công suất thiết kế 13,681 triệu tấn/năm (72,35%) - Ph−ơng pháp bán khô với tổng công suất thiết kế 4,1 tr. t./năm (21,68%) Trong đó công nghệ tiên tiến sản xuất xi măng theo ph−ơng pháp khô đóng vai trò chủ đạo trong sản xuất xi măng ở Việt Nam hiện nay, hơn nữa các dây chuyền công nghệ đ−ợc đầu t− càng về sau càng tiên tiến, hiện đại hơn dây chuyền tr−ớc với những thiết bị công nghệ tiên tiến, hiện đại của các hãng chế tạo thiết bị nỗi tiếng của thế giới nh− F.L.Smidth, Krupp Polysius, Pfeiffer, Fuller, Kobe, CPAG, H & B, Bedeschi, Elex, Loesch v.v Các công đoạn chính của dây chuyền sản xuất xi măng theo ph−ơng pháp khô này gồm: - Gia công đập nhỏ các nguyên liệu. 7
- Đồng nhất các nguyên liệu trong các kho dài. - Nghiền phối liệu trong máy nghiền đứng con lăn công suất lớn theo chu trình kín nghiền, sấy liên hợp với máy phân ly khí động hiệu suất cao. - Đồng nhất bột liệu bằng xilô đồng nhất dòng liên tục nhiều cửa. - Hệ thống lò nung gồm tháp trao đổi nhiệt 2 nhánh 4, 5 tầng với buồng phân huỷ hiệu suất cao và lò quay 3 gối đỡ, có công suất 3.000 tấn clanhke/ngày tới 5.800 tấn clanhke/ngày. - Làm lạnh clanhke trong máy lạnh kiểu ghi hiệu suất cao. - Nghiền xi măng trong hệ thống nghiền chu trình kín với phân ly hiệu suất cao 2 cấp: nghiền sơ bộ băng máy nghiền đứng con lăn và nghiền kết thúc trong máy nghiền bi . - Đóng bao bằng máy đóng bao tự động dạng quay. - Xuất xi măng bao hoặc rời băng ôtô và tàu hoả. 1.4. Các chỉ tiêu kỹ thuật Chính nhờ đầu t− công nghệ tiên tiến và thiết bị hiện đại theo ph−ơng pháp khô nên sản xuất xi măng lò quay đã đạt mức thế giới về các chỉ tiêu d−ới đây: - Tiêu hao nhiệt năng : < 730 kcal/kg clanhke - Tiêu hao điện năng : < 100 KWh/ tấn xi măng - Sử dụng 100% than cám chất bốc thấp để nung lò quay 3 - Bảo vệ môi tr−ờng: hàm l−ợng bụi trong khí thải < 50 mg/Nm . Các thành phần SO2,. CO, NOx trong khí thải của lò nung đ−ợc khống chế chặt chẽ theo tiêu chuẩn quốc tế - Chất l−ợng clanhke : đạt tiêu chuẩn cho sản xuất xi măng poóc lăng PC 50 - Toàn bộ quá trình sản xuất đ−ợc điều khiển tự động ở phòng điều khiển trung tâm 1.5. Dây chuyền công nghệ sản xuất xi măng theo ph−ơng pháp khô có công suất 4.000 tấn clanhke/ngày (t−ơng đ−ơng 1,4 triệu tấn xi măng/năm) Công nghệ sản xuất của nhà máy xi măng công suất 4.000 tấn Clanke/ngày đ−ợc thiết kế theo công nghệ tiên tiến hiện nay trên thế giới: Sản xuất theo ph−ơng pháp khô, sử dụng tháp trao đổi nhiệt 2 nhánh 5 tầng với buồng phân huỷ và lò quay 3 gối đỡ, đốt bằng 100% than Antraxit chất bốc thấp; nhà máy đ−ợc trang bị hệ thống thiết bị đồng bộ từ công đoạn đập đá vôi tới xuất xi măng có mức độ tự động hoá và cơ giới hoá cao. Toàn bộ dây chuyền công nghệ sản xuất xi măng của nhà máy đ−ợc điều khiển từ phòng điều khiển trung tâm và đạt đ−ợc các chỉ tiêu kỹ thuật sau: - Chất l−ợng sản phẩm: Clanhke PC 50 theo tiêu chuẩn BS - Tiêu hao nhiệt năng, Kcal/kg clanhke: < 730 - Tiêu hao điện năng, KWh/tấn xi măng: < 100 8
- Nồng độ bụi khí thải, mg/Nm3 : < 50 1.5.1. Sơ đồ dây chuyền công nghệ sản xuất xi măng theo ph−ơng pháp khô ở Việt nam hiện nay Dây chuyền công nghệ sản xuất xi măng theo ph−ơng pháp khô hiện đang áp dụng trong các nhà máy xi măng lò quay của Việt nam đ−ợc mô tả theo sơ đồ d−ới đây Sơ đồ dây chuyền công nghệ của nhà máy xi măng lò quay sản xuất theo ph−ơng pháp khô Đá vôi Đá sét Phụ gia Thạch cao Than Đập Đập Đập Kho chứa Kho chứa Các kho Phụ gia ĐC Than Thạch cao Phụ giaXM Định l−ợng Định l−ợng Định l−ợng Nghiền liệu Nghiền than Xilô đồng nhất Tháp trao đổi nhiệt Lò quay Máy làm lạnh Xilô clanhke Định l−ợng Nghiền sơ bộ Nghiền kết thúc Xuất xi măng rời Xilô xi măng Đóng bao Xuất xi măng bao 9
1.5.2. Đặc tr−ng của các công đoạn công nghệ sản xuất xi măng 1.5.2.1. Đập đá vôi Trong các nhà máy xi măng, đá vôi là một trong những nguyên liệu chính để sản xuất. Quá trình đập đá vôi đóng một vai trò quan trọng trong toàn bộ hoạt động của tất cả các nhà máy xi măng, do đó máy đập đá vôi phải đ−ợc lựa chọn rất cẩn thận trên cơ sở các kinh nghiệm vận hành ở các nhà máy xi măng t−ơng tự. Hiện nay đá vôi đ−ợc khai thác chủ yếu bằng nổ mìn, việc đó làm cho trong các cục đá vôi to quá cở th−ờng lẫn nhiều sét và cát, làm cho trong miệng cấp của các máy đập đá vôi luôn phải chứa các cục đá vôi có kích th−ớc rất lớn và kèm thêm một số nguyên liệu khác có độ dính. Để giải quyết vấn đề trên, các hãng chế tạo thiết bị xi măng nỗi tiếng thế giới đã thiết kế loại máy đập búa kiểu va đập - hắt (Hammer Impact Crusher). Máy đập búa va đập - hắt là một hệ thống có tính thực tiển và kinh tế cho việc thực hiện đối với các loại nguyên liệu có độ mài mòn và độ dính. Trong loại máy đập búa truyền thống với miệng cấp vào nằm ở phía trên, các tảng đá rất to trong miệng cấp có thể cản trở hoạt động của các búa và làm kẹt máy đập búa. Máy đập búa va đập - hắt sẽ loại trừ đ−ợc sự nguy hiểm này và tiếp nhận rất tốt các tảng đá lớn vì hệ thống miệng cấp nằm ngang sẽ tạo đ−ợc 1 hoặc 2 cú đập do các trục cấp bên trong thực hiện. Các trục cấp bên trong của máy đập th−ờng nằm ngang, bảo đảm cho việc kiểm tra cấp liệu chính xác. Máy đập búa va đập - hắt có thể làm giảm kích th−ớc các tảng đá vôi lớn khai thác ở mỏ từ 2,5 m (khoảng 5 tấn) tới kích th−ớc cục đá vôi cấp cho máy nghiền liệu là 25 mm chỉ trong 1 cấp, nh− vậy tỷ số đập có thể đạt tới 100:1. Công suất của kiểu máy đập này có thể đạt 2.500 tấn/h cho loại máy có ghi ra và tới 3.000 tấn/h cho máy đập không có ghi ra. Trong máy đập búa va đập - hắt quá trình đập đ−ợc thực hiện qua 3 b−ớc: b−ớc 1 là va đập - hắt bởi các trục bên trong, b−ớc 2 các cục đá vôi đ−ợc nén và chặt giữa các búa và tấm đập và cuối cùng chúng đ−ợc đập giữa các búa và ghi ra. Quá trình đập nh− thế bảo đảm không thể có cục đá vôi nào quá kích th−ớc yêu cầu lọt qua khỏi máy đập . Tấm ghi ra điều chỉnh của máy đập va đập - hắt là 1 bộ phận kiểm tra kích th−ớc trên của sản phẩm đập và bảo đảm cho 1 dòng đá vôi đều đặn chảy tới băng tải. Các bộ phận chính của máy đập này gồm có các trục bên trong, trục búa, tấm đập điều chỉnh và các truyền động chính, phụ. Các −u điểm của kiểu máy đập búa va đập - hắt so với các loại máy đập búa truyền thống gồm: - Không yêu cầu phải có đập sơ bộ 10
- Làm giảm kích th−ớc các tảng đá vôi khai thác ở mỏ tới kích th−ớc cấp vào máy nghiền liệu chỉ trong 1 cấp. - Diện tích trạm đập nhỏ, chiều cao trạm thấp, đơn giản bố trí trong tổng mặt bằng và giảm giá xây dựng. - Có thể dễ dàng vào phía trong máy đập bằng cách mở phía trên máy đập bằng thuỷ lực. - Bảo d−ỡng hệ thống truyền động dễ dàng bởi sử dụng hộp số thay cho truyền động đai. - Tấm ghi ra cho phép kiểm tra chính xác kích th−ớc trên của sản phẩm đập và bảo đảm 1 dòng chảy đều đặn tới băng tải. Hiện nay trong các nhà máy xi măng của ta sử dụng các loại máy đập búa va đập – hắt (Impact crusher) có công suất từ 600 tấn/h tới 950 tấn/h, đ−ờng kính roto 2,0 m và chiều rộng 2,0 m. 1.5.2.2. Đập đá sét Đối với nguyên liệu đá sét th−ờng có độ ẩm, dẻo và dính, hiện nay chủ yếu sử dụng máy đập răng 2 trục (Tooth roller crusher), công suất 200 tấn/h tới 300 tấn/h. Kích th−ớc vào của các tảng sét tới 800 mm, kích th−ớc sau đập < 50 mm, đ−ờng kính các trục là 650 mm, chiều rộng là 2.200 mm. Máy này hoạt động có hiệu quả với loại nguyên liệu có độ dính cao. Kiểu máy này có vận tốc các trục nhỏ cho nên vận tốc các roto cũng khá thấp (1,5 – 3 m/s) và nó có các −u điểm sau: - Các tảng đá sét kích th−ớc lớn có thể đập dễ dàng. - Giảm mức độ mài mòn các chi tiết của máy trực tiếp tiếp xúc với đá sét đập - Tiêu hao điện năng thấp (0,2 – 0,5 Kwh/t). 1.5.2.3. Các nguyên liệu khác - Than chuyên chở về nhà máy đổ vào phễu tiếp nhận và vận chuyển theo băng tải vào kho tổng hợp. - Xỉ Pirit, thạch cao, phụ gia điều chỉnh và phụ gia xi măng chuyên chở về nhà máy dỡ vào phễu tiếp nhận và vận chuyển theo băng tải vào kho tổng hợp, riêng thạch cao và các loại phụ gia đ−ợc gia công đập nhỏ bằng 1 máy đập búa từ kích th−ớc cục ≤ 500 mm xuống kích th−ớc cục ≤ 25 mm) trong quá trình tiếp nhận. 1.5.2.4. Hệ thống kho đồng nhất sơ bộ nguyên liệu Trong sản xuất xi măng theo ph−ơng pháp khô, đồng nhất sơ bộ các nguyên liệu ban đầu đóng một vai trò quan trọng, nhằm giảm mức độ dao động, ổn định các nguyên liệu này tr−ớc khi đ−a vào nghiền phối liệu. Các nguyên liệu nh− đá vôi, đá sét 11
th−ờng có thành phần hoá học dao động khá lớn, sau khi đ−ợc gia công đập nhỏ đ−ợc đồng nhất sơ bộ trong các kho dài theo các ph−ơng pháp đồng nhất đ−ợc xác định tr−ớc. Có 2 ph−ơng pháp đồng nhất sơ bộ: đồng nhất chung các loại nguyên liệu và đồng nhất riêng lẽ từng nguyên liệu. Trong ngành công nghiệp xi măng chủ yếu sử dụng ph−ơng pháp đồng nhất riêng lẽ từng loại nguyên liệu. Các nguyên liệu sau khi đồng nhất sơ bộ đ−ợc phối liệu với nhau theo thành phần hoá học thiết kế và đ−a vào máy nghiền liệu qua các bunke và cân băng định l−ợng. Căn cứ vào kết quả phân tích thành phần hoá học hỗn hợp phối liệu ở đầu ra máy nghiền để điều chỉnh thành phần của nó các nguyên liệu sau khi gia công đập nhỏ mới tiến hành đồng nhất sơ bộ. Chất l−ợng nguyên liệu chất đống phụ thuộc vào ph−ơng pháp rải liệu. Thông th−ờng việc rải liệu tiến hành theo chiều dọc đống và khi rút thì rút theo chiều ngang. Nếu diện tích không đủ diện tích thì rải theo vòng tròn. Nh−ng chi phí để rải vòng cao hơn 40% so với đống ngang. a/ Kho đá vôi Đá vôi đ−ợc chứa và đồng nhất sơ bộ trong 1 kho dài. Đánh đống theo ph−ơng pháp Chevron (đống kiểu mái nhà) với thiết bị đánh đống là cần rải liệu băng tải di động chạy dọc theo đống liệu, nh− vậy cứ lớp liệu này chồng lên lớp khác ở dạng 2 mái. Rải liệu rất đơn giản từ một điểm có thể rải dọc đống theo mỗi tiết diện ngang. Khi điều chỉnh tốc độ máy đánh đống để có đ−ợc chiều dày các lớp theo ý muốn. Nếu thành phần hạt của vật liệu không đồng nhất thì những cục lớn hơn sẽ rơi và tích tụ lại ở chân đống. Thiết bị rút liệu là cầu xích gạt. Kho chứa dài có khả năng đồng nhất sơ bộ tốt, giảm đ−ợc độ dao động nguyên liệu. b/ Kho đá sét Đá sét là loại nguyên liệu có thành phần hoá học dao động nhiều và có độ dính. Để chứa và đồng nhất sơ bộ sử dụng loại kho dài có t−ờng ngăn 2 bên, đánh đống theo ph−ơng pháp rải thành từng lớp (Windrow) đ−ợc trang bị các thiết bị đánh đống và rút đá sét nên mức độ đồng nhất đạt cao 10:1, nhờ việc đá sét đ−ợc rải theo chiều dọc kho với nhiều lớp khác nhau, còn khi rút đá sét thì thực hiện theo mặt cắt ngang kho chứa. ở n−ớc ta đá sét cho sản xuất xi măng th−ờng có thành phần hoá học dao động khá lớn nên sử dụng loại kho này là rất thích hợp và đạt đ−ợc mức độ đồng nhất sơ bộ của đá sét cao làm cơ sở ổn định thành phần phối liệu, tuy rằng loại kho này có chi phí đầu t− cao hơn loại kho dài chứa đá vôi nêu trên. 12
c/ Kho nguyên liệu tổng hợp xỉ Pirit, thạch cao, phụ gia và than Các nguyên liệu xỉ Pirit, thạch cao, phụ gia và than đ−ợc chứa trong 1 kho dài. Thiết bị đánh đống là cần rải liệu di động và thiếtbị rút là gầu xúc bên. Than chứa thành 2 đống còn xỉ pirit, phụ gia và thạch cao chứa thành 1 đống. Các loại kho chứa đã đồng nhất sơ bộ đá vôi, đá sét và nguyên liệu tổng hợp trên đây là loại kho đang đ−ợc sử dụng rộng rãi hiện nay trên thế giới trong công nghệ đồng nhất sơ bộ nguyên liệu. 1.5.2.5. Nghiền phối liệu Đây là một trong những công đoạn đặc tr−ng nhất của sản xuất xi măng theo ph−ơng pháp khô: chuẩn bị phối liệu khô. Để thực hiện công việc này, các hãng cung cấp thiết bị xi măng đã nghiên cứu chế tạo thiết bị nghiền hiện đại là máy nghiền đứng con lăn. Trong thiết bị này thực hiện đồng thời 3 quá trình công nghệ: nghiền, sấy và phân ly. Phối liệu đ−ợc cấp vào trung tâm bàn nghiền và đ−ợc nghiền giữa bàn nghiền và các con lăn. Lực nghiền đ−ợc áp dụng là sự phối hợp giữa khối l−ợng tịnh của các con lăn và lực đ−ợc bổ sung qua các thanh kéo. Lực này đ−ợc điều chỉnh bởi hệ thống bơm thuỷ lực. Một đặc điểm quan trọng khác của máy nghiền này là các con lăn có thể nâng lên bất cứ lúc nào cần. Tr−ớc hết việc khởi động đ−ợc thực hiện rất dễ dàng với con lăn đ−ợc nâng. Khi môtơ chính chạy và việc cấp liệu đ−ợc đảm bảo thì con lăn hạ xuống và quá trình nghiền bắt đầu. Tiếp theo con lăn có thể đ−ợc nâng lên trong quá trình nghiền nếu cần thiết, ví dụ trong tr−ờng hợp cấp liệu thiếu. Việc cấp liệu cho máy nghiền đ−ợc điều chỉnh tự động dựa trên việc thay đổi áp lực khác nhau trên bàn nghiền. Bột liệu mịn đạt yêu cầu đ−ợc thu vào các xiclôn và vận chuyển về xilô đồng nhất, còn bột liệu thô từ phân li đ−ợc quay trở lại buồng nghiền. Bộ phận phân ly đ−ợc trang bị với 1 môtơ kiểm soát vận tốc tần suất để bảo đảm rằng bột liệu đã nghiền có độ mịn theo đúng yêu cầu. Sản phẩm đ−ợc tập hợp lại trong các xiclôn và một phần của khí gas có thể đ−ợc quay vòng trở lại, phần còn lại đ−ợc khử bụi trong lọc bụi tĩnh điện. Khí nóng từ tháp trao đổi nhiệt qua tháp điều hoà đ−ợc cấp vào máy nghiền đứng con lăn để sấy liệu. Quy trình sấy trong máy nghiền đ−ợc kiểm soát tự động thông qua nhiệt độ đi ra của khí từ máy nghiền và nhiệt độ đi ra này đ−ợc giữ không đổi bằng cách bổ sung n−ớc vào tháp làm lạnh hoặc vào máy nghiền. Máy nghiền đ−ợc cung cấp với 1 hệ thống tuần hoàn cơ và 1 hệ thống phun n−ớc. N−ớc có thể phun vào bàn nghiền tr−ớc mỗi con lăn hoặc là làm ổn định bàn nghiền đặc biệt trong qúa trình khởi động hoặc là để làm mát khí lò. 13
Trong tất cả các nhà máy xi măng ở n−ớc ta (kể cả các liên doanh) đ−ợc xây dựng từ năm 1997 tới nay đều đã đ−ợc trang bị máy nghiền đứng con lăn để nghiền phối liệu khô, có công suất từ 300 tấn/h tới 400 tấn/h. Với máy nghiền đứng con lăn, kích th−ớc phối liệu cấp vào có thể tới 120 mm với độ ẩm 12%; còn độ mịn bột liệu sau nghiền đạt <10% trên sàng 009 với độ ẩm 1%. Hiện nay trên thế giới máy nghiền đứng con lăn là thiết bị tiên tiến hiện đại để nghiền phối liệu khô trong công nghệ sản xuất xi măng đang đ−ợc phổ biến rộng rãi nhờ tiết kiệm đ−ợc năng l−ợng nghiền và giảm chi phí xây dựng bao che. 1.5.2.6. Chứa và đồng nhất bột liệu Để thu nhận đ−ợc xi măng mác cao, bột liệu sau khi nghiền khô nhất thiết phải đ−ợc đồng nhất. Ngày nay do những tiến bộ v−ợt bậc của lĩnh vực khí động lực học và kỹ thuật khí nén, đã tạo điều kiện thực hiện đ−ợc quá trình đồng nhất bột liệu khô bằng khí nén. Bột liệu sau khi nghiền đ−ợc chứa và đồng nhất trong 1 xilô đồng nhất. Nguyên tắc vận hành của xilô này là dòng nhiều cửa. Độ đồng nhất đạt đ−ợc cao do bột liệu đ−ợc rút ở nhiều điểm với các vận tốc khác nhau. Hệ thống rót bột liệu cho xilô đ−ợc thực hiện nhờ hệ thống phân phối gồm các máng khí động cấp bột liệu tại các điểm trên đỉnh xilô. Khoảng đồng nhất ngắn cuối cùng của xilô đồng nhất thực hiện trong thùng hoá lỏng ở bên d−ơí xilô. Có 2 lý do cho thùng cở nhỏ này: để giảm thiểu độ cao của xilô và để tránh sự phân loại. Bột liệu luôn chứa các hạt thô và có tỷ trọng nặng hơn nh− thạch anh, quặng sắt. Nếu việc đồng nhất cuối cùng đ−ợc thực hiện trong thùng to, rộng sẽ đòi hỏi nhiều không khí tại nơi có áp suất cao hơn thì hạt nặng hơn có thể bị phân loại và đi vào lò quay làm cho nó hoạt động không ổn định. Thùng hoá lỏng d−ới xilô đ−ợc hoạt động nh− là 1 hệ thống cấp liệu lò nung. Hệ thống này dựa trên nguyên lý mất trọng l−ợng. Việc kiểm soát hệ thống mất trọng l−ợng đ−ợc tập hợp với xilô đồng nhất. Nguyên lý hoạt động là sự phối hợp giữa việc kiểm soát tỷ trọng và khối l−ợng. Khi thùng đ−ợc đổ đầy theo các chu kỳ và khi ch−a đổ đầy thì dạng kiểm tra là tỷ trọng. Còn trong suốt thời gian đổ đầy thì dạng kiểm tra là khối l−ợng nơi mà hệ thống bù độ chênh lệch của áp lực khác nhau trong thùng để đảm bảo tỷ lệ rút đ−ợc ổn định. Trong tất cả các nhà máy xi măng lò quay của chúng ta hiện nay, kể từ nhà máy xi măng Hoàng thạch đều bố trí các xi lô đồng nhất để chứa và đồng nhất bột liệu sau nghiền khô, có sức chứa 8.000 tấn, 9.000 tấn tới 20.000 tấn. Các −u điểm khi sử dụng xi lô đồng nhất gồm: chứa và đồng nhất thực hiện trong 1 xi lô, vốn đầu t−, chi phí vận hành và bảo d−ỡng thấp, hiệu quả đồng nhất cao. 14
Hệ thống rót bột liệu cho xilô đ−ợc thực hiện nhờ hệ thống phân phối gồm các máng khí động cấp bột liệu tại các điểm trên đỉnh silô tạo điều kiện thuận lợi cho việc đồng nhất và tăng hệ số sử dụng của xilô. 1.5.2.7. Cấp liệu lò nung Bột liệu từ xilô đồng nhất theo các hệ thống gầu nâng khác nhau cấp liệu cho lò quay, trong đó th−ờng bố trí 1 hệ thống gầu nâng dự phòng, bảo đảm khả năng cấp liệu liên tục cho lò quay trong tr−ờng hợp hệ thống gầu nâng chính bị trục trặc cần sửa chữa. 1.5.2.8. Hệ thống thiết bị nung và làm lạnh clanhke Tiết kiệm nhiệt năng trong các hệ thống thiết bị nung và làm lạnh clanhke khác nhau phụ thuộc chủ yếu vào kích th−ớc, số l−ợng tầng của tháp trao đổi nhiệt, tỉ lệ các nhánh phụ khí lò, thành phần phối liệu và chủng loại nhiên liệu sử dụng. Trong đó ý nghĩa quyết định cho việc tiết kiệm nhiệt năng là đã thiết lập các hệ thống tháp trao đổi nhiệt kiểu xiclôn, tạo điều kiện giảm nhiệt độ khí thoát ra xuống tới 3300 C mà tr−ớc đây ch−a thể đạt đ−ợc. Trong các nhà máy xi măng lò quay sản xuất theo ph−ơng pháp khô đều đ−ợc trang bị hệ thống thiết bị nung và làm lạnh clanhke gồm: - Tháp trao đổi nhiệt 1 hoặc 2 nhánh có 4, 5 tầng xiclôn với buồng phân huỷ. Phát minh đầu tiên về tháp trao đổi nhiệt với tên gọi ” Ph−ơng pháp và thiết bị để nạp bột liệu cho lò quay” do kỹ s− M. Fogel Iorgecen ( hãng Smidth) gữi cho Cục Phát minh n−ớc Cộng hoà Tiệp khắc năm 1932 và đ−ợc cấp Bằng phát minh số 48169 ngày 25/7/1935. Trong Bằng phát minh này đã nêu rõ các đặc điểm quan trọng nhất của tháp trao đổi nhiệt ( kể cả sử dụng nhiệt từ tháp này để sấy bột liệu) mà hiện nay đang áp dụng rộng rãi trong công nghiệp xi măng. Quá trình trao đổi nhiệt xẩy ra trong chuyển động giữa dòng liệu và khí nóng theo nguyên tắc ng−ợc chiều nhau ở trạng thái tầng sôi. Diện tích bề mặt lớn của bột liệu trong tháp trao đổi nhiệt tạo điều kiện cho quá trình trao đổi nhiệt thực hiện đ−ợc nhanh và mạnh hơn. Thời gian để lắng các hạt bột liệu trong các xiclôn tháp trao nhiệt sẽ giảm tỉ lệ thuận với bình ph−ơng đ−ờng kính của chúng. Trong khi đó buồng phân huỷ có tác dụng một mặt làm giảm đáng kể chiều dài lò quay, mặt khác làm tăng năng suất tối đa của lò quay trên cơ sở thực hiện quá trình phân huỷ cácbônát của các thành phần bột liệu đạt tới ( 92 – 95) %. Tháp trao đổi nhiệt 2 nhánh, 5 tầng với buồng phân huỷ: 15
Bảng 1.3 Tháp trao đổi nhiệt Tầng Đ−ờng kính, m áp suất, mm Wg 1 5,2 95 2 5,2 67 3 5,4 68 4 5,4 75 5 5,4 60 Buồng phân huỷ: D 7,2 m x H 26 m, thời gian l−u: 5 giây Quạt ID: 10.600 m3/phút, 850 mm Wg, 2.223 Kw. - Quá trình nung tạo thành clanhke đ−ợc thực hiện trong lò quay ngắn (so với ph−ơng pháp −ớt) có 3 gối đỡ, độ nghiêng 4%, độ nghiêng này là một trạng thái trung hoà lý t−ởng giữa vận tốc lò nung, mức tiêu thụ điện năng và loại trừ sự trào ng−ợc lại. Trong công nghiệp xi măng, lần đầu tiên kỹ s− Frideric Penx sử dụng lò quay để nung clanhke. Ban đầu Bằng phát minh về lò quay của ông với tên gọi “ Hoàn thiện thiết bị sản xuất xi măng” đ−ợc cấp ở Anh số 5442 ngày 2/5/1885 và sau đó đ−ợc cấp bằng phát minh ở Mỹ số 340357 ngày 20/4/1886. Trong buồng phân huỷ và lò quay sử dụng các hệ thống vòi phun đa kênh để đốt các loại nhiên liệu khác nhau nh− khí gaz, dầu và than đá.Lò quay 3 gối đỡ: D 4,55 m x L 71 m, t−ơng ứng thể tích lò 96 m3 và tải trọng lò khoảng 4,2 tấn Clanhke/24 h/m3. Nhiên liệu để đốt ở buồng phân huỷ và lò nung là 100% than cám 3A + 4A chất bốc thấp có sẵn ở Việt Nam. Tiêu tốn nhiên liệu là 730 Kcal/kg Clanhke. Tỷ lệ nhiên liệu đốt ở lò nung là (40 – 45)%, ở buồng phân huỷ (55 – 60)% và việc điều chỉnh tự động tỷ lệ nhiên liệu sẽ duy trì khoảng nhiệt độ làm việc không đổi trong các xiclôn nhằm ổn định chế độ nhiệt của lò nung - Máy lạnh là loại máy lạnh kiểu ghi 3 bậc, diện tích 98,6 m2, công suất 4.000 T/24h. Khối l−ợng khí lạnh sử dụng là 3,1 kg/kg Clanhke. Clanhke ra khỏi dôn nung ở nhiệt độ khoảng 1.2000 C đ−ợc làm lạnh bằng máy làm lạnh clanhke kiểu ghi 2- 3 bậc. Cuối máy làm lạnh bố trí 1 thiết bị đập kẹp hàm, bảo đảm cho kích th−ớc clanhke ra khỏi máy làm lạnh khoảng 25 mm và nhiệt độ khoảng 650C trên nhiệt độ môi tr−ờng. 16
Trong tháp trao đổi nhiệt, buồng phân huỷ và ở các dôn phản ứng toả nhiệt, dôn nung và dôn làm nguội của lò quay và máy lạnh làm việc ở chế độ nhiệt độ cao đều phải đ−ợc lót bằng các loại gạch chịu lửa cao nhôm và gạch chịu lửa kiềm tính khác nhau. 1.5.2.9. Nghiền than Khác với các loại nhiên liệu dầu hoặc khí gaz, than antraxit là nhiên liệu ở dạng rắn và cở hạt còn thô cho nên bắt buộc phải nghiền mịn và độ ẩm đạt yêu cầu mới có thể sử dụng đ−ợc. Hiện nay các nhà máy xi măng mới xây dựng gần đây đều bố trí thiết bị nghiền tiên tiến, hiện đại là máy nghiền đứng con lăn để nghiền than. Trong thiết bị này than antraxit đ−ợc nghiền mịn, sấy và phân ly. Than thô đ−ợc cấp vào máy ngiền đứng con lăn và đ−ợc nghiền mịn giữa các con lăn và bàn nghiền. Tác nhân sấy là khí thải từ máy làm lạnh clanhke. Hệ thống nghiền than đ−ợc trang bị chống cháy, chống nổ và than mịn sau khi nghiền đ−ợc chứa trong 2 két than mịn cấp cho hệ thống vòi phun của lò quay và buồng phân huỷ. Công suất các máy nghiền đứng con lăn nghiền than là 30 tấn/h và 40 tấn/h, mô tơ 710 Kw. Máy phân li, mô tơ 138 Kw. Quạt máy nghiền đứng con lăn: 2.740 m3/phút, 998 mm Wg, mô tơ: 610 Kw. Độ mịn than sau khi nghiền < 5% trên sàng 009, độ ẩm <1%. Quá trình cấp than và đốt than ở buồng phân huỷ và lò nung đều đ−ợc tự động hoá trên cơ sở nhiệt độ, hàm l−ợng khí CO, NOx đ−ợc khống chế chặt chẽ theo quy định. Để bảo đảm an toàn tuyệt đối chống cháy, nổ, công đoạn nghiền than đ−ợc trang bị các thiết bị an toàn gồm bộ phân tích khí CO , đo hàm l−ợng O2 và hệ thống cung cấp khí CO2 và khí trơ. 1.5.2.10. Nghiền xi măng Trong các nhà máy xi măng Hoàng thạch, Hà tiên công đoạn nghiền xi măng đ−ợc thực hiện theo công nghệ truyền thống nghiền 1 cấp trong máy nghiền bi. Nghiền xi măng là 1 trong những công đoạn tiêu tốn nhiều điện năng nhất. Do vậy nhằm tiết kiệm điện năng khi nghiền xi măng, trong các nhà máy xi măng đầu t− xây dựng sau năm 1997 tới nay (Chinfong, Bút sơn, Hoàng mai, Tam điệp) đều bố trí nghiền xi măng chu trình kín theo công nghệ tiên tiến nghiền 2 cấp đã đ−ợc áp dụng rộng rãi trong công nghệ nghiền xi măng trên thế giới: - Cấp 1 nghiền sơ bộ xi măng bằng máy nghiền đứng con lăn từ kích th−ớc 25 mm tới kích th−ớc hạt khoảng 1mm. - Cấp 2 nghiền kết thúc xi măng trong máy nghiền bi từ kích th−ớc cấp vào 1 mm tới độ mịn xi măng yêu cầu 3.200 cm2/g. 17
Trong các hệ thống nghiền xi măng này đều bố trí máy phân ly hiệu suất cao. Nhiệt độ xi măng sau khi nghiền 800 C. Riêng nhà máy xi măng Sao mai đã sử dụng 2 máy nghiền đứng con lăn LM 46, công suất 100 tấn/h để nghiền hỗn hợp clanhke và thạch cao ở nhà máy tại Hòn chông, sau đó vận chuyển về trạm Cát lái trộn với phụ gia đã nghiền sẵn thành các loại xi măng yêu cầu. Công suất các dây chuyền công nghệ nghiền xi măng 2 cấp 240 tấn/h gồm máy nghiền sơ bộ đứng con lăn, môtơ 1.400 Kw và máy nghiền bi, môtơ 6.013 kw. 1.2.11. Đóng bao và xuất xi măng Nhà máy đ−ợc trang bị hệ thống đồng bộ từ đóng bao đến xuất xi măng bao theo tuyến ôtô và tàu hoả. Với 4 máy đóng bao loại 8 vòi, 8 thiết bị xuất xi măng bao theo tuyến đ−ờng bộ và 4 thiết bị xuất xi măng bao theo tàu hoả, công suất mỗi thiết bị là 2.400 bao/h có khả năng đóng bao và xuất 100% xi măng bao theo tuyến ôtô hoặc tầu hoả. Đồng thời nhà máy có khả năng xuất xi măng rời cho ôtô theo 2 tuyến với công suất 100 T/h cho mỗi tuyến. Nh− vậy khả năng đóng bao và xuất xi măng bao, xi măng rời của nhà máy rất linh hoạt nhằm bảo đảm khả năng xuất hàng theo các yêu cầu vận tải. 1.5.2.12. Bảo vệ môi tr−ờng Tất cả các thiết bị đập, nghiền, phân ly tạo nhiều bụi hoặc các thiết bị vận chuyển, đ−ờng ống bơm vật liệu, bột than v.v đều đ−ợc làm kín để tránh bụi toả ra xung quanh. Tại các vị trí chuyển đổi đổ nguyên liệu cuối băng tải, gầu nâng, xilô v.v đều bố trí lọc bụi túi kiểu mới hiệu suất cao phù hợp với khí hậu nóng ẩm của Việt nam. Khí thải máy nghiền, lò nung đều đ−ợc khử bụi bằng lọc bụi tĩnh điện có hiệu suất lọc đạt < 50 mg/Nm3 tr−ớc khi thải ra môi tr−ờng. Việc sử dụng tháp trao đổi nhiệt 5 tầng và buồng phân huỷ kiểu mới, cũng nh− vòi phun đa kênh hiệu suất cao bảo đảm hạn chế việc phát sinh các khí có hại nh− NOx, COx. Đồng thời nhằm hạn chế tiếng ồn trang bị các thiết bị tiêu âm, vật liệu các âm và những nơi có tiếng ồn cao nh− đập đá vôi, đá sét, nghiền xi măng đ−ợc bố trí trong các nhà đặc biệt có t−ờng ngăn. 1.5.2.13. Hệ thống điều khiển tự động sản xuất Trong các nhà máy xi măng sản xuất theo ph−ơng pháp khô hiện nay, toàn bộ quá trình vận hành của dây chuyền công nghệ sản xuất xi măng đ−ợc điều khiển tự động từ phòng điều khiển trung tâm. Hệ thống điều khiển tự động hoá của nhà máy từ 18
khâu kiểm tra, đo l−ờng, xử lý thông tin, điều chỉnh và điều khiển hoạt động toàn bộ dây chuyền công nghệ sản xuất xi măng gồm các mức: - Mức 1 gồm các cơ cấu chấp hành nh− động cơ, van, thioết bik đo l−ờng,thiết bị biến đổi tín hiệu, các bộ điều khiển v.v - Mức 2 là hệ thống điều khiển quá trình sản xuất nh− các máy tính vận hành, các bộ điều khiển logic lập trình v.v - Mức 3 là các hệ thống đặc biệt nh− hệ thống giám sát thành phần phối liệu, hệ thống quét nhiệt độ võ lò, hệ thống tối −u hoá, hệ thống thiết kế, hệ thống thông tin quản lý và hệ thống truyền hình công nghiệp. Trên đây giới thiệu tóm tắt toàn bộ dây chuyền công nghệ tiên tiến sản xuất xi măng theo ph−ơng pháp khô đang đ−ợc áp dụng trong các nhà máy sản xuất xi măng của Việt nam hiện nay. Trong đó các thiết bị sản xuất chính từ đập đá vôi tới xuất xi măng và hệ thống điện, tự động hoá đều đ−ợc cung cấp từ các nhà chế tạo thiết bị xi măng nỗi tiếng thế giới nh− FLSmidth, Fuller, Polysius, Pfeifer, Bedeschi, Loesche, ABB, Haver- Boecker v.v Trong bảng 23 d−ới đây giới thiệu nguồn xuất xứ một số thiết bị chính trong các nhà máy xi măng lò quay hiện có ở Việt nam hiện nay. Bảng 1.4. Xuất xứ của một số thiết bị chính trong các nhà máy xi măng lò quay ở Việt nam hiện nay Danh mục các thiết bị chính Hãng cung cấp thiết bị 1. Máy đập va đập – hắt FLS, PSP, Krupp Polysius, Pfeiffer 2. Máy đập răng 2 trục Bedeschi 3.Máy đánh đống đá vôi FLS, Bedeschi 4.Máy rút đá vôi FLS, MVT 5.Máy đánh đống đá sét FLS, MVT, Marchin/Hashimoto 6. Máy rút đá sét FAM, FLS, MVT 7. Máy nghiền đứng con lăn (liệu) UBE, Loesche, FLS, Pfeiffer 8. Xilô đồng nhất BMH, IBAU, FLS, CPAG 9. Tháp trao đổi nhiệt MHI, Kobe, FLS, Onoda 10. Lò quay MHI, IKK, FLS, Kobe, Fuller, FCB, Polysius 11. Máy làm lạnh clanhke BMH, IKK, FLS, CPAG 12. Máy nghiền đứng con lăn (than) FLS, Loesche, UBE 13. Máy nghiền đứng con lăn (sơ bộ) xi MHI, Loesche, Kawasaki, UBE măng 19
14. Máy nghiền bi xi măng FLS, MHI, UBE, FCB, Polysius 15. Máy đóng bao xi măng Ventomatic, Haver & Boecker 16. Lọc bụi tĩnh điện Elex, FLS Miljo 17. Hệ thống điều khiển quá trình Siemens, FLS, MHI, ABB 1.5.3. Thiết bị công nghệ Nhà máy xi măng đ−ợc trang bị hệ thống thiết bị đồng bộ phù hợp với dây chuyền sản xuất và phù hợp công suất của lò quay là 4.000 tấn Clanhke/ngày. Hệ thống thiết bị công nghệ đồng bộ gồm: a/ Hệ thống thiết bị trong dây chuyền công nghệ sản xuất chính Hệ thống thiết bị trong dây chuyền công nghệ sản xuất chính giới thiệu ở bảng 24. Bảng 1.5. Thiết bị trong dây chuyền công nghệ sản xuất chính Số hiệu Thiết bị hạng mục - Thiết bị chính 131 Máy đập đá vôi 133 Máy đập đá sét 141 Băng tải vận chuyển đá vôi tới kho 143 Băng tải vận chuyển đá sét tới kho 151 Kho đá vôi 153 Kho đá sét 222/224 Tiếp nhận , đập thạch cao, phụ gia , vận chuyển vào kho pirit, thạch cao, phụ gia và than 331 Cấp liệu máy nghiền liệu 341 Máy nghiền liệu 361 Xilô CF và cấp liệu lò 421 Tháp trao đổi nhiệt 431 Lò nung 441 Máy làm lạnh 471 Vận chuyển Clanke tới kho 461 Máy nghiền than 20
481 Xilô Clanke 521 Vận chuyển Clanke từ kho 541 Máy nghiền xi măng 551 Vận chuyển xi măng 621 Xilô xi măng 641 Máy đóng bao và xuất xi măng 731 Phòng điều khiển trung tâm 771 Phòng thí nghiệm 738 Hệ thống vận chuyển mẫu thí nghiệm - Hệ thống thiết bị phụ trợ 741 Hệ thống khí nén 751 Hệ thống dầu 761 Trạm xử lý n−ớc 762 Trạm xử lý n−ớc thải - Hệ thống thiết bị phục vụ 810 X−ởng sửa chữa cơ khí 820 X−ởng sửa chữa xe máy 830 X−ởng sửa chữa điện, điện tử 840 Kho vật t− 841 Kho vật liệu chịu lửa 842 Kho dầu mỡ 871 Cầu cân b/ Hệ thống kỹ thuật điện, điều khiển tự động và đo l−ờng Toàn bộ dây chuyền sản xuất trong nhà máy đ−ợc cơ khí hoá toàn bộ kết hợp tự động hoá ở mức độ cao. Việc điều khiển tự động hoá đ−ợc thực hiện tại phòng điều khiển trung tâm. c/ Phụ tùng thay thế Trong các nhà máy xi măng công suất lớn th−ờng có 1 khối l−ợng phụ tùng thay thế cho 2 năm vận hành sản xuất. 21
1.6. Tình hình nội địa hoá thiết bị sản xuất của các nhà máy xi măng lò quay 1.6.1. Tình hình nội địa hoá thiết bị sản xuất xi măng của một số nhà máy xi măng lò quay đã xây dựng ở Việt nam Tình hình nội địa hoá thiết bị sản xuất xi măng của một số nhà máy xi măng lò quay đã xây dựng ở Việt nam giới thiệu ở bảng 25. Bảng 1.6. Tình hình nội địa hoá thiết bị sản xuất xi măng của một số nhà máy xi măng lò quay TT Tên nhà máy Địa điểm xây Công suất, Tổng Đã Tỷ lệ dựng tấn trọng l−ợng chế tạo nội địa clanhke/ thiết bị , tấn trong n−ớc, hoá (%) ngày tấn 1 Nhà máy xi măng Kinh Môn 3.300 9.984 2.016 20,2 Hoàng Thạch II Hải H−ng 2 Nhà máy xi măng Kim Bảng Hà 4.000 16.545 5.100 30,8 Bút Sơn Nam 3 Nhà máy xi măng Tam Điệp 4.000 16.121 5.669 35,2 Tam Điệp Ninh Bình 4 Nhà máy xi măng Nghi sơn 5.800 28.000 13.000 46,4 Nghi Sơn Thanh Hoá 1.6.2. Tình hình nội địa hoá các nhóm thiết bị sản xuất của một nhà máy xi măng công suất 4.000 tấn clanhke/ngày ở Việt nam 1.6.2.1. Tình hình nội địa hóa của từng nhóm thiết bị sản xuất Tình hình nội địa hóa của từng nhóm thiết bị sản xuất giới thiệu trong bảng 26. Bảng 1.7. Tình hình nội địa hóa của từng nhóm thiết bị sản xuất TT Nhóm thiết bị Số Tổng Đã nội Tỷ lệ đã l−ợng trọng l−ợng, địa hoá, nộiđịa tấn tấn hoá, % 1 Băng tải cao su 57 1.352,6 744,9 55,1 2 Cấp liệu tấm và băng tải xích 8 245,8 54,5 22,2 22
3 Gầu nâng 9 491,4 332 67,5 4 Vít tải 17 37,8 14,6 38,7 5 Máng khí động 27 53,8 48,3 89,7 6 Palăng (23 bộ ), cầu trục (7 bộ ) 30 113,6 41,1 36,2 7 Lọc bụi , quạt gió 60 1.626,2 1070,6 65,8 8 Vật liệu bảo ôn 369 0 0 9 Thiết bị phi tiêu chuẩn còn lại 2.767,5 2.767,5 100 10 Các thiết bị chính* (không kể động cơ ) 4.122,7 593,7 14,4 11 Gạch chịu lửa cao nhôm 1.445,5 0 0 12 Gạch chịu lửa kiềm tính 1.200 0 0 13 Động cơ điện các loại 191 136,7 0 0 14 Các trạm biến áp ,tủ phân phối. 432,3 0 0 15 Cáp điện các loại, giá cáp, ống luồn cáp, 663,9 0 0 nối đất , chống sét 16 Chiếu sáng, thông gió, điều hoà, báo 147,4 0 0 cháy, cảnh báo 17 Hệ thống điều khiển tự động hoá gồm : -HT điều khiển qúa trình 20 0 0 -HT lấy mẫu khí, mật độ bụi 7,8 0 0 -HT điều khiển lò,làm nguội, nghiền, 0,56 0 0 theo dõi gạch chịu lửa -HT thí nghiệm, lấy mẫu, kiểm soát 6,3 0 0 phối liệu. 18 Hệ thống thông tin nội bộ 4,1 0 0 19 Cân ô tô 0,5 0 0 20 Thiết bị khí nén 3,95 0 0 21 Thiết bị cấp dầu 173,2 0 0 22 Thiết bị xử lý n−ớc cấp 103,2 0 0 23 Thiết bị xử lý n−ớc thải 2 0 0 24 X−ởng cơ khí 47,8 0 0 25 X−ởng sửa chữa xe máy 11,6 0 0 26 Xe cần trục, xe xúc lật trong nhà máy 104 0 0 27 Thiết bị cứu hoả (ô tô chữa cháy, bơm) 95,9 0 0 23
28 Thiết bị cho kho, dụng cụ khác 7,6 0 0 29 Các thiết bị khác: Van các loại, bộ chỉ 211 0 0 thị mức 30 Các vật liệu khác: Sơn, thép nêm, bu 115,9 0 0 lông các loại, que hàn Cộng 16.121 5.669 35,2% *Ghi chú: Nhóm các thiết bị sản xuất chính của nhà máy xi măng công suất 4.000 tấn clanhke/ngày gồm: 1. Máy đập đá vôi (kiểu impact), 600 t/h. 2. Máy cán 2 trục, 300 t/h. 3. Máy đánh đống kho đá vôi, 600 t/h 4. Cầu rút liệu kho đá vôi, 300 t/h. 5. Máy rải liệu kho đất sét, 300 t/h 6. Cầu rút liệu, 140 t/h. 7. Các loại cân băng định l−ợng 8. Máy nghiền đứng con lăn (nghiền liệu), 320 t/h 9. Lò nung 4.000 tấn clanhke./ngày, tháp trao đổi nhiệt, buồng phân huỷ. 10. Máy làm lạnh clanhke kiểu ghi, 4.000 t/ngày 11. Băng gầu thép vận chuyển clanhke, 250 t/h: 12. Máy nghiền đứng con lăn (nghiền sơ bộ xi măng), 240 t/h. 13. Máy nghiền bi xi măng 240 t/h. 14. Máy đóng bao xi măng 100 t/h. 15. Máy nghiền đứng con lăn (nghiền than), 30 t/h 16. Xi lô đồng nhất 20.000 tấn. 1.6.2.2. Mô tả các phần của thiết bị sản xuất đã đ−ợc nội địa hoá và đang nhập ngoại Mô tả các phần của thiết bị đã đ−ợc nội địa hoá và đang nhập ngoại đ−ợc giới thiệu ở bảng 27. 24
Bảng 1.8. Mô tả các phần của thiết bị đ∙ đ−ợc nội địa hoá và đang nhập ngoại TT Thiết bị Phần chế tạo trong n−ớc Phần nhập ngoại Băng tải cao su Khung băng, đối trọng, vỏ che -Puly, hộp số, động cơ, 1 băng, gối đỡ, giá đỡ con lăn, các băng, con lăn, Pulycăng, nắp bảo vệ, căng băng, các kết cấu tấm đế, phanh, vòng bi, cơ thép khác cấu làm sạch băng, cơ cấu dừng khẩn cấp Khung băng, vỏ che băng, các nắp -Puly, Hộp số, Động cơ, 2 Cấp liệu tấm và bảo vệ, các kết cấu thép khác Băng, con lăn, tấm đế, cơ băng tải xích cấu đảo chiều, vòng bi, cơ cấu dừng băng, xích, gối đỡ con lăn, hệ thống bôi trơn 3 Gầu nâng Giá đỡ, thân gầu, gầu, các nắp bảo -Puly, Hộp số, Động cơ, vệ, các kết cấu thép khác Băng, xích, tang dẫn động Giá đỡ, vỏ, ruột vít bao gồm cánh -Khớp nối, Hộp số, động cơ, 4 Vít tải và trục, các kết cấu thép khác gối đỡ trung gian, vòng bi, hệ thống bôi trơn 5 Máng khí động Giá đỡ, vỏ, vòi thổi khí, vòng làm -Quạt gió, Động cơ, vải kín, các kết cấu thép khác Polyester 6 Palăng (23 bộ), cầu Dầm cầu trục, xe con, các kết cấu -Toàn bộ phần còn lại của trục (7 bộ) thép khác palăng và cầu trục Vỏ, Giá đỡ, các nắp bảo vệ, các kết -Toàn bộ phần còn lại: Điện 7 Lọc bụi, quạt gió cấu thép khác (Thang, ống nối ) cực, cao áp, túi vải, hệ thống khí nén, điều khiển, các loại van 8 Các thiết bị chính Khung vỏ, giá đỡ, hộp. Toàn bộ phần còn lại. 1.7. Phát triển sản xuất xi măng của Việt nam tới năm 2010 ở n−ớc ta trong lĩnh vực sản xuất xi măng đã v−ơn lên tiếp cận trực tiếp với những công nghệ sản xuất xi măng tiên tiến của thế giới. Trong những năm gần đây một số nhà máy xi măng (kể cả liên doanh) đã đ−ợc xây dựng theo công nghệ sản xuất tiên tiến ph−ơng pháp khô với dây chuyền công nghệ 1 lò quay công suất lớn từ 4.000 tấn tới 5.800 tấn clanke/ngày (Chinfong, Bút sơn, Sao mai, Nghi sơn, Hoàng mai, Tam điệp). Trong các nhà máy này đều sử dụng hệ thống tháp trao đổi nhiệt 2 nhánh 5 tầng xiclon 25
và lò quay với buồng phân huỷ đốt bằng 100% than cám chất bốc thấp của Quảng ninh. Các thiết bị công nghệ chủ yếu nh− máy nghiền đứng con lăn nghiền liệu và nghiền than, xilô đồng nhất, máy lạnh kiểu ghi , máy nghiền đứng con lăn nghiền sơ bộ kết hợp với máy nghiền bi nghiền kết thúc xi măng đều đ−ợc trang bị trong các nhà máy trên. Quá trình sản xuất đều đ−ợc điều khiển tự động từ phòng điều khiển trung tâm. Xi măng Việt nam hiện đang có −u thế hơn hẳn các n−ớc ASEAN là nhu cầu tiêu thụ xi măng của thị tr−ờng nội địa rất lớn và ngày mỗi gia tăng. Theo Quyết định số 115/2001/QĐ - TTg ngày 01 tháng 8 năm 2001 của Thủ t−ớng Chính phủ phê duyệt Quy hoạch tổng thể phát triển ngành công nghiệp Vật Liệu Xây Dựng Việt nam đến năm 2010 thì nhu cầu xi măng năm 2005 là 24 triệu tấn/năm và năm 2010 là 37 triệu tấn/năm, trong khi đó công suất thiết kế của toàn ngành xi măng Việt nam đến năm 2000 mới đạt 19,70 triệu tấn/năm. Do vậy nền công nghiệp xi măng Việt nam đang có nhu cầu đầu t− phát triển rất lớn, nếu không thực hiện kịp thời các dự án đầu t− xi măng ngay từ bây giờ thì hàng năm n−ớc ta sẽ phải nhập khẩu một khối l−ợng xi măng rất lớn. Về công nghệ sản xuất, trong bản Quy hoạch cũng chỉ rõ cần phải kết hợp và nhanh chóng tiếp thu công nghệ tiên tiến, thiết bị hiện đại của thế giới với thiết bị chế tạo trong n−ớc để sớm có đ−ợc nền công nghệ, thiết bị tiên tiến và hiện đại, tự động hoá ở mức cao, bảo đảm cho sản phẩm xi măng và bảo vệ môi tr−ờng đạt tiêu chuẩn quốc tế. Theo dự báo năm 2002 nhu cầu tiêu thụ xi măng trong n−ớc khoảng 18 triệu tấn (tăng 11,2% so với năm 2001), do vậy cân đối giữa nguồn sản xuất với nhu cầu tiêu thụ xi măng, Bộ Xây dựng đã đề nghị và đ−ợc Thủ t−ớng Chính phủ cho phép nhập khẩu 2 triệu tấn clanhke. Vừa qua ngày 2 tháng 5 năm 2002, sau khi thống nhất ý kiến với Bộ Th−ơng mại và các cơ quan liên quan, Bộ Xây dựng vừa có văn bản đề nghị Thủ t−ớng Chính phủ cho phép trong năm 2002 nhập thêm 1 triêụ tấn clanhke. Để đáp ứng cho nhu cầu xi măng đang ngày mỗi tăng nh− nêu trên, từ nay tới năm 2010 một số nhà máy xi măng lò quay mới có công suất lớn sẽ đ−ợc đầu t− xây dựng ở Việt nam đ−ợc giới thiệu ở bảng 28. Với 11 dự án xây dựng nhà máy xi măng lò quay mới (tổng công suất thiết kế 16,5 triệu tấn xi măng/năm) sẽ đ−ợc đầu t− xây dựng nh− trên, một khối l−ợng thiết bị sản xuất xi măng khổng lồ sẽ đ−ợc lắp đặt trong các nhà máy xi măng này. Trong đó một khối l−ợng không nhỏ các thiết bị cũng sẽ đ−ợc chế tạo trong n−ớc, nhằm tiết kiệm ngoại tệ nhập khẩu, giảm suất đầu t− cho các nhà máy xi măng. Đây là một cơ hội to lớn, mở ra một h−ớng mới phát triển chế tạo thiết bị sản xuất xi măng lò quay, đồng 26
thời cũng là một thách thức rất lớn cho ngành cơ khí chế tạo của đất n−ớc ta. Đáp ứng đầy đủ khối l−ợng và chất l−ợng phần thiết bị chế tạo trong n−ớc này sẽ chứng tỏ năng lực và sự tr−ởng thành v−ơn lên nhanh chóng của đội ngũ công nhân, kỹ s−, cán bộ ngành cơ khí chế tạo của chúng ta. Bảng 1.9. Danh mục các dự án xây dựng nhà máy xi măng lò quay tới năm 2010 Tên nhà máy Công suất xi măng, Chủ đầu t− Địa điểm triệu tấn/năm 1. Nhà máy xi măng Thái 1,4 Tổng công ty xây Võ nhai, nguyên dựng Công nghiệp Thái nguyên Việt nam 2. Nhà máy xi măng Hạ long 2,0 Tổng Cty Sông Đà Hoành bồ, Quảng ninh 3. Nhà máy xi măng Thăng 2,2 Cty xây lắp, XNK Hoàn cầu, long vật liệu & Kthuật Quảng ninh XD; Bảo Việt; Cty XNK tổng hợp HN 4. Nhà máy xi măng sông 1,4 Tổng Cty xây dựng Quảng trạch, Gianh miền Trung Quảng bình 5. Nhà máy xi măng Thanh 2,0 Công ty xi măng Thanh long, long Hà tiên 1 Bình ph−ớc 6. Nhà máy xi măng Quảng trị 0,8 Tổng công ty Cam lộ, xây dựng Hà nội Quảng trị 7. Nhà máy xi măng Quang 2,3 Tổng công ty xuất Quang hanh, hanh nhập khẩu xây Quảng ninh dựng (Vinaconex) 8. Nhà máy xi măng Hoàng 1,4 Tổng công ty lắp Kim môn, thạch III máy (Lilama) Hải d−ơng 9. Nhà máy xi măng Sơn la 0,6 Tỉnh Sơn la Hát lót, Sơn la 27
10. Nhà máy xi măng Phúc 1,8 Liên doanh giữa Hải d−ơng sơn Cty World Cement- Đài loan với Cty xi măng Hải d−ơng và NH Công th−ơng Việt nam 11. Nhà máy xi măng Phú thọ 0,6 Tỉnh Phú thọ Phú thọ 28
Kết luận và kiến nghị Đề tài “ Nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống thiết bị phụ tùng cho công nghiệp xi măng lò quay 1,4 triệu tấn năm.” đã đạt đ−ợc những mục tiêu đề ra, đã tạo ra các sản phẩm bao gồm : - Các nghiên cứu tổng quan về các thiết bị nh− máy nghiền đứng, thiết bị phân ly, thiết bị kho đồng nhất sơ bộ, quạt, lọc bụi tĩnh điện đ−ợc áp dụng trong công nghiệp sản xuất xi măng - Xây dựng các ph−ơng pháp tính toán các thông số công nghệ, tính toán thiết kế các thiết bị trên. - Thực hiện thiết kế 8 thiết bị , bao gồm cả phần thiết kế phần điều khiển tự động, xây dựng công nghệ chế tạo. - Chế tạo một hệ điều khiển lọc bụi tĩnh điện (1tr−ờng) bao gồm hệ điều khiển theo ch−ơng trình và tủ điện - Chế tạo 1bộ nguồn cao áp có điều khiển của lọc bụi tĩnh điện bao gồm biến thế cao áp, bộ chỉnh l−u và điều khiển chỉnh l−u. - Chế tạo 12 tấn phụ tùng cho máy ngiền đứng Bộ điều khiển cao áp cùng bộ nguồn sau khi chế tạo đã đ−ợc thử nghiệm tại nhà máy xi măng Lạng sơn và đã hoạt động tốt. Phụ tùng cho máy nghiền đứng đ−ợc chế tạo đ−ợc kiểm nghiệm tại nhà máy và đã đ−ợc chuyển tới nhà máy xi măng Hoàng thạch để thử nghiệm. Qua quá trình khảo sát thực hiện đề tài cũng nh− tham gia vào việc chế tạo các thiết bị t−ơng tự nh− sản phẩm của đề tài, trên nhóm tác giả có thể khẳng định việc thiết kế, chế tạo phần lớn các sản phẩm của đề tài có thể thực hiện trong n−ớc. Việc chế tạo trong n−ớc sẽ góp phần phát triển ngành cơ khí chế tạo nói chung và cơ khí chế tạo thiết bị phụ tùng xi măng trong n−ớc, tiết kiệm ngoại tệ. Các kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ là tài liệu cho việc thiết kế, chế tạo . Tuy nhiên vì hầu hết sản phẩm của đề tài là những thiết bị có giá trị lớn, phức tạp và là những thiết bị chủ chốt trong các công đoạn công nghệ của nhà máy cho nên việc chuyển tứ nghiên cứu thiết kế sang chế tạo cần có nghiên cứu thực nghiệm thiết bị cũng nh− các cơ cấu, hỗ trợ trong việc đ−a áp dụngvào thực tế. Đề tài này đã đ−ợc hoàn thành trong khuôn khổ ch−ơng trình KC06. Tr−ớc hết nhóm tác giả xin chân thành cảm ơn Bộ KHCN và nhất là Ban Chủ nhiệm ch−ơng 29
trình KC06 đã tạo mọi điều kiện, giúp đỡ chúng tôi trong việc thực hiện đề tài này. Chúng tôi cũng xin cám ơn nhà máy Xi măng Lạng sơn, Công ty xi măng Hoàng thạch, Bỉm sơn cũng nh− Công ty xi măng Bút sơn, Hoàng mai, Kiên l−ơng giúp đỡ chúng tôi trong quá trình khảo sát, thử nghiệm tại các cơ sở trên. 30
Tài liệu tham khảo 1. Dự án điều chỉnh qui hoạch phát triển công nghiệp xi măng ở Việt nam đến năm 2010 và định h−ớng đến năm 2020. Bộ Xây dựng. Viện Khoa học Công nghệ Vật liệu Xây dựng 4/2005 2. Những chính sách kinh tế vĩ mô điều chỉnh phát triển công nghiệp xi măng Trung Quốc. Bộ Xây dựng. Trung tâm tin hoc số 3/2004 3. Atox Raw Mill; Fuller Roller Mill; OK Verticall Roller Mill; Atox Coall Mill; Stacker and Reclaimer Systems brochures for preliminary project planning from www.flsmidth.com 4. Sarren Worre Jorgensen “ Verticall Roller Mill for Grinding of Cement and Slag” Cemento-Hormigon N0 144 11/2002 5. Sarren Worre Jorgensen; F.L.Smidth &Co. A/S; Denmark “LV Technology Optimises Verticall Roller Mill” Cemento-Hormigon N0 135 4/2001 6. Erik Birch; F.L.Smidth &Co. A/S; Denmark and Brian P.Keefe “Experience with the OK Roller Mill” Asian Cement and Construction Material Magazin N0 121 9/1998 7. Robert T.Wehr “Roller Mill Sussesses of the 1990s” Cement Review Magazin N0 126 4/1999 8. Kawasaki Heavy Industries LTD “CK Roller Mill”; CKP Mill (Kawasaki Pregrinding Systems) 9. “Roller Gringding Technology by Kawasaki Heavy Inducstries” International Conference on advanced Technology for Cement Inducstry in Hanoi 11/2002 10. Raw Material Grinding Quadropol from WWW.Polysusa.com 11. Loesch Roller Mill for Cement and Blast Furnace Slag 6/1995 12. Separator type RAKM – Instruction F.L. Smidth 13. Advanced Mill Technology. Cetec 2000-20001 14. Erection Manual – Claystacker 250/14.5 15. Erection Manual – Bridge reclaimer LHO 150/22.5 16. SIMATIC S7-400 System, Technical Documentation, Siemens.2001 17. SIMATIC driver, Technical Documentation, Siemens.2001 18. SIMATIC Total Integrated Automation,Siemens,2001 19. Robert N, Bateson, “Introduction to Control System Technology” Maxwell- Macmililan Inter.Edition, USA, Newjork,1996 31
20. Sapoznhikov M. IA. Mekhanhitreskoe oborudovonhie dlia proizvodstva stroitelnukh materialov I izdelia. Mashgiz 1962 21. Sapoznhikov M. IA. Drozdov N.E. Spravochnhic po oborudovanhiu zavodov strpitelnukh materialov. Gostroiizdat. 1959 22. Bokshtein S. IA. Morgulie M. L. Vozdushn−e Klassiphikator−, primenhiaemue v promushlennosti stroitelnux materialov. Zbornhix No2, VNHII stroimash, 1964 23. Banhit Ph. g. maltrin a. d puleulavlivanhie i otristka gazov v promushlennosti stroitelnux materialov. 1967. 24. Noel de Wet “Homogenizing/Blending in South Africa- An Apdate” Bulk Solids Handling 1/1994 25. G. Fischer “ Portal Bridge Scraper Reclaimer for multi-purpose blending Bed Stores”. ZKG Internatianal 26. G. Fischer “ Power Station Coal Yard Using Scraper Reclaimer – 25 Years of Experience” VGB Kraftwerkstechnik. Volume 7. N0 10. 10/1997 27. G. Fischer “ Circular Storage Yard for Bulk Materials”. Volume 19. N0 2. Bulk Solids Handling 4-6/1999 28. Performances – SCHADE. AUMUND Group OK vertical roller mill 29. A. D. Bruk và các tg khác: Sentrobezn−e Ventilator−. Chịu trách nhiệm xuất bản: T. S. Solomakhova. Moscova Mashinostroenie, 1975 30. Ing. Dr. Techn. O. Back. Ventilatoren Entwurf und Berechnung, Halle 1955. Bản dịch tiếng Nga. 31. Dr. Ing. Bruno Eck. Fans. Design and operation of Centrifugal, axial- Flow and Cross- flow fans. Pergamon Press. Oxford New York Toronto. Sydney Braun Schweig. 32. Kand. Techn. Nayk Ph. G. Galimzianov. Ventilator−. Atlas Konstruksii. Izdatelstvo "Mashinostroenie", Moscova 1968. 33. Raokhman B. S. Priamaia Zadatra opchekanhia dvuxmernoi reshiotki profilei. Trud− SKTI, V−puskơ 61, 1965. 34. Kanton A. IU., Kazatrkov L. IA. Opchekanhia mnogoriadnoi reshiotki na Osesimmetrichn−x poverkhnochiax toka v sloie peremennoi tolshin−. "Izveschie Vozov Energechika" 1970, N06, Str. 83-89. 32
35. UJOV V. M và các tác giả khác, Làm sạch bụi khí thải công nghiệp. M.CHIMIA –1981 36. UJOV V. M, Làm sạch khí thải công nghiệp bằng lọc bụi tĩnh điện .M.CHIMIA –1967 37. RUSANOV A. A. Sổ tay lọc bụi và tro bay, M.ENERGIA- 1983 38. IURENEV V. M và LEBEDEV P. D. Sổ tay kỹ thuật nhiệt,M.ENERGIA - 1975 39. ROTHEM⇐HLE , Công nghệ năng l−ợng và môi tr−ờng. Lọc bụi tĩnh điện, APPARATEBAU ROTHEM⇐HLE. GERMANY 40. UJOV V. M và VALDERBERG A. I, Làm sạch bụi khí thải công nghiệp ,M.CHIMIA –1981 41. RUXIN C. A ,Sổ tay các thiết bị thông gió các nhà máy chế tạo máy, M. MASINOSTROENIE – 1964 42. Nguyễn Bính, Điện tử công suất Nhà xuất bản KHKT Hà nội 2001 33
BKH&CN – BXD – BKH&CN TCTCKXD BKH&CN – BXD TCTCKXD TCTCKXD BKH&CN – BXD BKH&CN Bộ khoa học và công nghệ – Bộ Xây dựng Tổng Công ty Cơ khí Xây dựng 813 Đ−ờng Giải Phóng, Quận Hai Bà Tr−ng, Hà nội Báo cáo chuyên đề của Đề tài: “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị, phụ tùng thay thế cho công nghiệp xi măng lò quay 1,4 triệu tấn năm” M∙ số: KC- 06- 07 CN thuộc ch−ơng trình KC – 06 Nội dung chuyên đề: “Nghiên cứu thiết kế quạt công nghiệp” TS. Phạm Giao Du Hà nội - 2005 1
Danh sách những ng−ời tham gia thực hiện đề tài TT Họ và tên Chức Học hàm, học vị, Ghi chú danh chuyên ngành 1 Võ Sỹ Huỳnh Chủ trì PGS. TS. Máy Khoa Cơ khí ĐHBK thực hiện thuỷ khí 2 Lê Danh Liên Thành viên PGS. TS. Máy Khoa Cơ khí ĐHBK thuỷ khí 3 Phạm L−ơng Tuệ Thành viên GS. TS. Máy và Viện Khoa học và thiết bị nhiệt Công nghệ Nhiệt lạnh ĐHBK 4 Bùi Quốc Thái Thành viên TS. Máy thuỷ khí Khoa Cơ khí ĐHBK 5 Lê Đình ánh Thành viên KS. Máy thuỷ khí Khoa Cơ khí ĐHBK 3
Thông tin tóm tắt chuyên đề "Nghiên cứu thiết kế quạt công nghiệp" Chuyên đề "Nghiên cứu thiết kế quạt công nghiệp" là đề tài nhánh thuộc đề tài chính: "Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị, phụ tùng thay thế cho công nghiệp xi măng lò quay 1,4 triệu tấn năm" Mã số: KC-06-07CN do TS. Phạm Giao Du Tổng công ty cơ khí xây dựng làm chủ nhiệm đề tài. Nội dung yêu cầu đối với đề tài nhánh: 1. Nghiên cứu tổng quan ứng dụng quạt công nghiệp trong công nghiệp sản xuất xi măng, đặc tính kết cấu và động học của quạt. 2. Xây dựng ph−ơng pháp tính toán thiết kế quạt. 3. Thiết kế 01 quạt công nghiệp với thông số Q = 1230m3/ph, p = 8916Pa. 4. Phân tích khí động học của quạt. 5. Tính bền bánh công tác của quạt. 6. Xây dựng ph−ơng pháp kiểm tra cân bằng tĩnh và động bánh công tác của quạt. 7. Thiết lập công nghệ chế tạo bánh công tác của quạt. Kết quả đạt đ−ợc: 1. Đã nghiên cứu tổng quan quạt công nghiệp, đặc tính dòng chảy và động học của quạt, ứng dụng quạt trong công nghiệp xi măng. 2. Đã phân tích đặc tính kết cấu và đặc tính làm việc của quạt sử dụng trong các nhà máy sản xuất xi măng ở n−ớc ta nh− NM xi măng Bỉm Sơn, Hoàng Thạch, Tam điệp. 3. Đã xây dựng ph−ơng pháp và ch−ơng trình tính toán thiết kế quạt. 4. Đã ứng dụng ph−ơng pháp tính toán để tính kiểm tra 02 quạt thực quạt 24-26 và 32- 03 đang sử dụng trong nhà máy xi măng Bỉm Sơn. 5. Đã thiết kế 01 quạt công nghiệp cao áp công suất lớn: L−u l−ợng Q = 1230 m3/ph, áp suất p = 8916 Pa, vòng quay làm việc n = 980 v/ph, nhiệt độ o làm tmax ≈ 100 C. 6. Đã tính toán phân bố vận tốc và áp suất trên prôphin cánh bánh công tác của quạt để đánh giá đặc tính động học của quạt. 7. Đã tính bền bánh công tác là chi tiết chịu lực quan trọng nhất của quạt. 8. Đã xây dựng ph−ơng pháp kiểm tra cân bằng tĩnh và động bánh công tác của quạt. 9. Đã xây dựng ph−ơng pháp công nghệ chế tạo bánh công tác của quạt. Chủ trì đề tài nhánh PGS. TS. Võ Sỹ Huỳnh Tr−ờng ĐHBK Hà nội 4
Mục lục Trang Phần I. Tổng quan nghiên cứu, ứng dụng quạt công nghiệp 7 I. Giới thiệu chung về quạt 7 II. Các thông số hình học của quạt ly tâm 7 III. Các thông số làm việc và động học của quạt 10 IV. Các đại l−ợng không thứ nguyên 10 V. Sơ đồ dòng chảy trong bánh công tác của quạt 11 VI. Cột áp lý thuyết của quạt 13 VII. Quạt lò và quạt hút khói 20 VIII. Tổng quan ph−ơng pháp tính toán thiết kế quạt 32 Phần II. Ph−ơng pháp tính toán thiết kế quạt ly tâm 37 I. Xác định các thông số kết cấu của bánh công tác 37 II. Xây dựng biên dạng cánh bánh công tác 43 III. Tính toán thiết kế buồng xoắn 44 IV. Tính toán động học dòng chảy trong chảy bao l−ới cánh bánh công tác quạt ly tâm - Xác định phân bố vận tốc và áp suất trên prôphin của l−ới cánh. 46 Phần III. Tính toán thiết kế quạt công nghiệp 54 I. Tính toán minh hoạ ph−ơng pháp tính- Tính toán quạt cao áp dùng trong nhà máy sản xuất xi măng 54 - Quạt 24 - 26 54 - Quạt 32 - 03 61 II. Tính toán thiết kế quạt mới 67 II.1. Tính toán các thông số kết cấu cơ bản. 67 II.2. Xây dựng tiết diện kinh tuyến của bánh công tác và biên dạng cánh của quạt. 73 II.3 Tính toán thiết kế buồng xoắn 75 III. Nghiên cứu động học dòng chất lỏng chảy bao l−ới cánh - Tính phân bố vận tốc và áp suất trên chu tuyến prôphin của l−ới cánh bánh công tác. 76 Phần IV. Tính bền một số chi tiết của quạt 91 A. Cơ sở lý thuyết tính bền đĩa cánh bánh công tác 91 I. Tính bền chung đĩa cánh bánh công tác 91 II. Tính bền đĩa sau của bánh công tác 92 III. Tính bền đĩa tr−ớc của bánh công tác 94 B. Tính bền đĩa sau và đĩa tr−ớc của quạt 96 I. Tính bến sơ bộ đĩa sau 96 II. Tính bền chính xác đĩa sau 97 III. Tính bền đĩa tr−ớc bánh công tác 100 Phần V. Cân bằng tĩnh và cân bằng động rô to quạt ly tâm 102 I. Sự cân bằng tĩnh và cân bằng động 102 II. Cân bằng tĩnh 104 III. Cân bằng động 105 5
IV. Ví dụ tính toán cân bằng động 109 Phần VI. Quy trình công nghệ chế tạo bánh công tác quạt ly tâm 111 I. Ph−ơng pháp tạo phôi 111 II. Gia công cơ 112 III. Cân bằng bánh công tác sau khi gia công cơ 113 IV. Kiểm tra và nghiệm thu 113 Kết luận 114 Tài liệu tham khảo 115 Phụ lục 116 Phụ lục I I.1 Ch−ơng trình tính toán thiết kế bánh công tác quạt ly tâm 117 I.2 Ch−ơng trình tính phân bố vận tốc và áp suất trên prôphin l−ới cánh 138 Phụ lục II Các bản vẽ thiết kế quạt ly tâm 151 6
Phần I. Tổng quan nghiên cứu, ứng dụng quạt công nghiệp. I. Giới thiệu chung về quạt. Quạt công nghiệp là thiết bị có ứng dụng rộng r∙i trong nền kinh tế quốc dân. Công dụng: - Thông gió cho nhà ở, công sở, khách sạn, công x−ởng, trong các đ−ờng hầm lò khai thác khoáng sản, trong các nhà máy điện Trong nhà máy thuỷ điện Hoà bình sử dụng 3 trạm quạt công suất lớn để l−u thông không khí trong nhà máy và đ−ờng hầm. Mỗi trạm bố trí 3-4 quạt, công suất mỗi quạt trên 1000kW. - Hút bụi than, bụi xi măng và các loại bụi khác trong các nhà máy nhiệt điện, nhà máy xi măng và hút khí độc trong các phân x−ởng hoá chất. - Vận chuyển khí cung cấp cho quá trình chuyển hoá trong dây chuyền sản xuất đặc dụng. Trong nhà máy sản xuất xi măng dùng rất nhiều quạt với công suất từ vài trăm tới vài nghìn kW để vận chuyển hỗn hợp khí lạnh và khí nóng trong các quá trình chuyển hoá với nhiệt độ của chất khí đạt tới 350- 400oC và với áp suất quạt rất cao trên 1000 mm cột n−ớc. - Vận chuyển hạt rắn theo đ−ờng ống nh− quạt vận chuyển than, các loại hạt ngũ cốc dùng để vận chuyển từ trên kho bãi xuống tầu thuyền và ng−ợc lại và vận chuyển trong quá trình sản xuất. - Cấp không khí cho các lò đốt, cấp khí nóng cho các quá trình sấy, thổi không khí làm mát các bộ trao đổi nhiệt. Quạt công nghiệp gồm 2 loại: - Quạt cánh dẫn và quạt thể tích. Quạt cánh dẫn có số l−ợng lớn, phạm vi làm việc rất rộng . Quạt thể tích (cơ bản là quạt số 8- quạt root) sử dụng trong phạm vi hẹp với l−u l−ợng nhỏ và cột áp cao. - Quạt cánh dẫn phân theo h−ớng dòng chảy trong phạm vi bánh công tác làm 2 loại: Quạt ly tâm và quạt h−ớng trục. - Quạt ly tâm có l−u l−ợng trung bình và nhỏ và cột áp cao. - Quạt h−ớng trục có l−u l−ợng lớn, cột áp thấp. Quạt h−ớng trục có phạm vi sử dụng hẹp hơn so với quạt ly tâm và có số l−ợng ít hơn. II. Các thông số hình học của quạt ly tâm. - Quạt ly tâm có 3 bộ phận chính: buồng hút, bánh công tác và buồng đẩy (xem hình 1.1), trong đó bánh công tác là bộ phận quan trọng nhất, nó biến đổi cơ năng thành động năng và áp năng. 7
1 Hình 1.1 Sơ đồ cấu tạo của quạt ly tâm. 1. Bánh công tác, 2. ống dẫn dòng vào, 3. Buồng xoắn - Kích th−ớc cơ bản của bánh công tác (xem hình 1.2) bao gồm: Đ−ờng kính vào D1 và đ−ờng kính ra D2 của bánh công tác, Chiều rộng ở cửa vào b1 và ở cửa ra b2 của bánh công tác, Góc đặt cánh ở cửa vào β1 và ở cửa ra β2 của bánh công tác, Biên dạng cánh bánh công tác, Góc ôm cánh χ, Chiều dài dây cung cánh L, B−ớc cánh t. Độ mau cánh τ = L/ttb là tỷ số của chiều dài dây cung prôphin với b−ớc trung bình của cánh. Trong đó, π(D + D ) B−ớc trung bình của cánh t = 1 2 , tb 2Z Z - là số cánh của bánh công tác. Z 3 2 1 - Hình 1.2 Bánh công tác của quạt 1. Đĩa tr−ớc, 2. Đĩa sau, 3. Lá cánh 8
β β 2 β2 2 β2 R1 β1 β1 β1 β1 R1 θ θ R4 R4 D1 D2 a) b) c) d) Hình 1.3 ảnh h−ởng của góc β2 tới kết cấu bánh công tác của quạt. - Quạt ly tâm đ−ợc chia làm 3 loại phụ thuộc vào góc ra β2 của cánh (hình 1.3): o Quạt cánh cong sau β2 90 , (hình 1.3,b), o Quạt cánh mép ra h−ớng kính β2 = 90 , (hình 1.3,d). - Hình dạng biên dạng cánh có 3 loại (xem hình 1.4): Cánh dạng cung cong có độ dầy không đổi (hình 1.4,a), Cánh có biên dạng prôphin khí động (hình 1.4,b). Cánh dạng tấm phẳng độ dày không đổi (hình 1.4,c), a) b) c) Hình 1.4. Các loại biên dạng cánh bánh công tác. a. Cánh cong chiều dầy không đổi, b. Cánh biên dạng prôphin khí động, c. Cánh dạng tấm phẳng độ dầy không đổi 9
III. Các thông số làm việc và động học của quạt: - Cột áp toàn phần H, đơn vị cột áp kG/m2 t−ơng đ−ơng 1mm cột n−ớc. Cột áp toàn phần của quạt bằng tổng cột áp tĩnh và cột áp động: H = HT + Hđ , (1.1) HT - Cột áp tĩnh, Hđ - Cột áp động - áp suất động của dòng khí ở cửa ra của quạt, 1 H = ρC2 . (1.2) d 2 r L−u l−ợng trọng l−ợng của quạt G, đơn vị kG/s hay kG/h. L−u l−ợng thể tích của quạt Q, đơn vị m3/s hay m3/h. L−u l−ợng thể tích của quạt không thay đổi, L−u l−ợng trọng l−ợng của quạt thay đổi theo điều kiện áp suất và nhiệt độ. G = γQ, Trong điều kiện th−ờng (nhiệt độ t = 20oC, áp suất p = 760mm cột thuỷ ngân, độ ẩm χ = 50%) γ = 1,2 kG/m3. - Công suất của quạt gồm công suất hữu ích và công suất trên trục. Công suất hữu ích - công suất dòng khí nhận đ−ợc khi vận chuyển qua quạt: Nhi = QH/102, kW, (1.3) Công suất trên trục Ntr, - công suất quạt tiêu thụ trong quá trình làm việc, đơn vị là kW hay ml (mã lực). - Hiệu suất của quạt ηq đ−ợc xác định bằng: QH ηq = . (1.4) 102N tr Quạt công suất lớn sẽ có hiệu suất cao hơn. - Góc ra của cánh có ảnh h−ởng lớn tới hiệu suất. o β2 > 90 - lợi về kích th−ớc nh−ng hiệu suất thấp ηq 90 , nh−ng hiệu suất thấp. IV. Các đại l−ợng không thứ nguyên. - Số vòng quay đặc tr−ng: n Q ns = , vg/ph. (1.5) ()H / ρ 3 / 4 [n] - vg/ph, [Q] - m3/s, [H] - kG/m2, [ρ] - kGs2/m4. 10
- Số vòng quay riêng: n Q ny = , vg/ph. (1.5') H3 / 4 H - Cột áp không thứ nguyên: H = , (1.6) 2 ρU2 Q - L−u l−ợng không thứ nguyên: Q = , (1.7) F2U2 102N - Công suất không thứ nguyên: N = , (1.8) 3 ρU2F2 Trong đó: 2 U2 = ωR2, (m/s), F2 = πD2b2, (m ). - Đ−ờng kính riêng (đặc tính hình học riêng): −1/ 2 1/ 4 Dy = D2Q H , (1.9) V. Sơ đồ dòng chảy trong bánh công tác của quạt. - Dòng chảy trong bánh công tác của quạt - dòng tổng hợp của hai chuyển động: chuyển động t−ơng đối và chuyển động theo. Chuyển động t−ơng đối là chuyển động của dòng khí so với hệ trục chuyển động gắn với bánh công tác. → Vận tốc của chuyển động t−ơng đối - W . Chuyển động theo là chuyển động quay của bánh công tác ứng với trục đối xứng của nó (đó là hệ trục cố định gắn với bề mặt trái đất). → Vận tốc chuyển động theo - U . Chuyển động tuyệt đối ≡ Chuyển động t−ơng đối + Chuyển động theo. → Vận tốc chuyển động tuyệt đối - C : → → → C = U+ W . (1.10) Ba thành phần vận tốc t−ơng đối, tuyệt đối và vận tốc theo hợp thành tam giác vận tốc của dòng chảy (xem hình 1.5). - Các vận tốc thành phần: πn πn Vận tốc theo: U = ωR, → U = R = D . 1 30 1 60 1 πn U = D . (1.11) 2 60 2 11
C2u W2 C2 C2m U1 C1 W1 U1 Hình 1.5. Tam giác vận tốc ở cửa vào và cửa ra của bánh công tác. Vận tốc kinh tuyến: Q CR = Q/F → CR1 = , πD1b1 Q CR2 = . (1.12) πD2b2 Đối với quạt dòng vào thẳng C1U = 0: 2 2 W1 = C1R + U1 , và góc vào β1 bằng: tgβ1 = C1R/U1. (1.13) Để tính tới ảnh h−ởng của chuyển động quay, góc đặt cánh β1C ở mép vào th−ờng lấy lớn hơn góc đặt cánh β1 tính toán: β1C - β1 = α. α - gọi là góc va hay góc tới. T−ơng ứng ở lối ra: C2R tgβ2 = , (1.13') U2 − C2U C2U là thành phần vận tốc tuyệt đối theo ph−ơng u ở lối ra của bánh công tác, C2U đ−ợc xác định từ ph−ơng trình cột áp của quạt. 12
VI. Cột áp lý thuyết của quạt. Cột áp lý thuyết Hlt: Hlt = ρ(C2UU2 - C1UU1) (1.14) Cột áp thực: H = εHlt - ∆H, (1.14') ε - Hệ số kể tới ảnh h−ởng của số cánh dẫn hữu hạn. ε xác định phụ thuộc góc ra β2 của cánh và vận tốc dòng chảy. ∆H - Tổn thất cột áp của quạt. Phụ thuộc cột áp, quạt chia làm 3 loại: Quạt cột áp thấp, quạt cột áp trung bình và quạt cột áp cao. 1. Quạt cột áp thấp (hình 1.6). H ≤ 150kgc/m2 (≈150mm cột n−ớc). Quạt thấp áp có thể nối trực tiếp với trục động cơ dẫn động hoặc nối gián tiếp thông qua bộ truyền. Công suất loại quạt này t−ơng đối nhỏ vài trục kW trở lại. Đặc tính của 1 loại quạt cột áp thấp cho trên hình 1.7. 2. Quạt cột áp trung bình (hình 1.8). H ≤ 250mm cột n−ớc với l−u l−ợng lớn ∼ 150.000 m3/h. Quạt cột áp trung bình có nhiều dạng kết cấu: Quạt hút 1 phía và quạt hút 2 phía. Quạt hút 1 phía th−ờng có bánh công tác lắp công sôn trên trục, các gối đỡ ở về một phiá của quạt. Quạt hút 2 phía nhằm tăng gấp đôi l−u l−ợng so với quạt hút 1 phía. Bánh công tác nằm giữa hai gối đỡ. Công suất quạt loại này khá lớn có thể hàng trăm đến hàng ngàn kW. Đặc tính của 1 loại quạt cột áp trung bình đ−ợc cho trên hình 1.9. 3. Quạt cột áp cao (hình 1.10). Cột áp H ⇒ hàng trăm tới hàng ngàn mm cột n−ớc. L−u l−ợng ⇒ hàng trăm m3/h. Loại quạt này có kết cấu hút 1 phía và hút 2 phía. Công suất quạt ⇒ hàng trăm tới hàng ngàn kW. Đặc tính của 1 loại quạt cột áp cao đ−ợc cho trên hình 1.11. [Đối với quạt cột áp cao đòi hỏi ng−ời thiết kế phải chọn sơ đồ khí động tối −u với kết cấu hợp lý đảm bảo độ bền và tuổi thọ cao của quạt. o Góc ra β2 của quạt đ−ợc chọn nhỏ hơn 90 (cánh cong về phía sau) để đảm bảo hiệu suất cao của quạt. Song vận tốc U2 của quạt loại này tăng rất lớn o so với quạt có góc β2 > 90 (do đ−ờng kính quạt tăng). Vì vậy đối với quạt loại này đòi hỏi kết cấu phải đủ cứng và đủ bền]. 13
B Hình 1.6. Sơ đồ kết cấu của quạt cột áp thấp Ц4-70 14
b/ c/ Hình 1.7. Sơ đồ khí động và đặc tính quạt cột áp thấp Ц 4-70 15
HìnhHình 1.8. Sơ1.8. đồ Sơ kết đồ cấu kết quạt cấu quạtcột áp cột trung áp trung bình bìnhЦ4-100/2 Ц4-100/2 16
HìnhHình 1.9. 1.9.Sơ đồ Sơ khí đồ độngkhí động và đặc và đặctính tính quạt quạt cột ápcột trung áp trung bình bình Ц 4-76 Ц4-76 17
Hình 1.10. Sơ đồ kết cấu quạt cột áp cao hai miệng hút ВЦПД8 18
Hình 1.11. Sơ đồ khí động và đặc tính quạt cột áp cao hai miệng hút ВЦПД 8 19
VII- Quạt lò, quạt hút khói và các loại quạt sử dụng trong nhà máy xi măng. - Dùng để cấp không khí và hút khí cho các nồi hơi của các nhà máy nhiệt điện và các lò công nghiệp, đặc biệt các lò quay đứng và ngang của các nhà máy xi măng. Nhà máy xi măng Hoàng Thạch cũng nh− Nhà máy xi mămg Bỉm Sơn sử dụng rất nhiều quạt lò để cấp gió, hút khí và vận chuyển hỗn hợp khí- bụi xi măng ở nhiệt độ cao tới vài trăm oC. áp suất của quạt từ hàng trăm tới hàng ngàn mm cột n−ớc. Công suất tiêu thụ của các loại quạt này tới hàng chục ngàn kW. - Quạt lò có nhiều dạng kết cấu: một miệng hút (hình 1.12) và hai miệng hút (hình 1.13; 1.14 và 1.15). Loại quạt một miệng hút th−ờng có ống hút côn thẳng, bánh công tác lắp công sôn trên trục, ổ đỡ bố trí ở một phía của quạt. ở loại quạt 2 miệng hút, ống hút gồm hai phần, phần trực tiếp nối với miệng hút của quạt có dạng vành khuyên, còn phần ngoài chuyển tiếp từ ống tròn tới vành khuyên h−ớng thẳng góc với trục. Quạt có ổ đỡ bố trí về hai phía của quạt. Quạt một miệng hút công suất lớn cũng có thể bố trí ổ đỡ về hai phía của quạt. Khi đó, ống hút sẽ có dạng nh− đối với quạt hai miệng hút. - Một số loại quạt sử dụng trong nhà máy xi măng Bỉm sơn và Hoàng Thạch nh− sau (các hình 1.16; 1.17 và 1.18): Quạt 37 - 21: áp suất hút là - 100 mmH2O Quạt 36 - 24: cột áp hút - 200 mmH2O. Quạt 44 - 55: Cột áp tĩnh - 400 mmH2O. Trong đó cột áp hút tĩnh bằng 380 mmH2O. Quạt 35 - 45: Cột áp toàn phần ≡ 600 mmH2O, trong đó cột áp hút ≡ 550 mmH2O. Quạt 44 - 16: Cột áp tổng ≡ 900 mmH2O Quạt 32- 03: Cột áp hút ≡ 965 mmH2O Các quạt 24- 26, 17 - 31 có cột áp tổng ≡ 1200 mmH2O và 1050 mmH2O. Trong đó cơ bản là cột áp hút 1150 mmH2O và 1000 mmH2O. Nhiệt độ khí lò nằm trong giới hạn nhiệt độ cao từ 90oC đến 400oC. Với nhiệt độ cao hầu hết các khí có trọng l−ợng riêng nhỏ hơn 1kG/m3. Công suất quạt nhỏ nhất là 180 KW, lớn nhất trên 3000 KW. Các bộ phận chính của quạt dùng trong các nhà máy xi măng. - Bánh công tác: Bánh công tác quạt xi măng gồm các đĩa may ơ và đĩa ngoài đ−ợc hàn với cánh. 20
Để đảm bảo hiệu suất cao cánh quạt xi măng là cánh cong phía sau, o o góc ra cánh β2 < 90 . Các nhà chế tạo chọn góc β2 = 55 ữ 75 . - Hầu hết cánh dạng tấm phẳng. Tuổi thọ quạt xi măng không cao vì làm việc ở nhiệt độ cao và chịu sự ăn mòn của bụi, hỗn hợp khí (với thành phần CO2 ≈ 21,4%; H2O ≈ 16,4%; O2 ≈ 6,3%; N2 ≈ 55,8%; SO2 ≈ 0,1%) và chịu ứng suất nhiệt và khí động biến thiên (dạng mỏi kim loại) nên tuổi thọ của cánh quạt không quá 6 năm. Sử dụng cánh quạt tấm phẳng dễ thay thế. Sau khi thay cánh quạt mới thì vẫn đảm bảo đặc tính quạt. - Vật liệu cánh quạt th−ờng chọn thép hợp kim có thành phần cac bon nhỏ C ≤ 0,8% và Crôm lớn Cr ≥ 13%. Vật liệu cứng và dẻo chịu đ−ợc sự ăn mòn và chịu mỏi. Có thể sử dụng các loại thép trắng dạng tấm. - Số cánh bánh công tác trong khoảng 11 ữ 13 cánh. - Trục và ổ trục quạt: Nh− đã nêu trên quạt nhà máy xi măng có cột áp, l−u l−ợng và công suất lớn. Hai ổ phân bố về hai phía bánh công tác để giảm tải trọng tác dụng lên ổ. Đoạn trục lắp ghép với bánh công tác có đ−ờng kính t−ơng đối lớn và là trục rỗng để giảm trọng l−ợng trục mà đảm bảo độ bền trục. Hai đầu trục ở hai ổ nhỏ hơn đ−ờng kính trục ở phần lắp bánh công tác và hai đoạn trục này là trục đặc. Hai gối đ−ợc lắp 2 ổ bi trụ kép. ổ đ−ợc làm kín hai mặt của gối, ổ đ−ợc bôi trơn bằng dầu (xem hình vẽ kết cấu trục ổ quạt 32- 03) - Vỏ quạt: Vỏ quạt gồm hai phần: buồng dẫn vào và buồng dẫn ra. Buồng dẫn ra là buồng xoắn ốc, tiết diện tăng dần và tiết diện là hình chữ nhật. Buồng dẫn vào đối với quạt có kết cấu ổ ở hai phía bánh công tác có dạng nửa xoắn, tiết diện hình chữ nhật. Đối với quạt 2 miệng hút có 2 buồng dẫn dòng vào kiểu nửa xoắn ốc bố trí ở hai phía của quạt. Vỏ đ−ợc thiết kế, chế tạo thành 2 nửa: Nửa trên và nửa d−ới đ−ợc ghép với nhau bằng bu lông. Kết cấu hai nửa vỏ quạt tiện cho việc lắp đặt, tháo lắp, sửa chữa. Khi lắp quạt th−ờng lắp rô to quạt và cân chỉnh 2 ổ đỡ quạt tr−ớc. Sau đó lắp hai nửa vỏ quạt vào và nối đ−ờng ống dẫn vào và ra qua một đoạn măng xông mềm. - Điều chỉnh l−u l−ợng qua hệ thống cánh tấm phẳng bố trí trên đ−ờng ống hút quạt. Thông qua hệ điều chỉnh trục vít thay đổi độ mở cánh tấm phẳng để thay đổi l−u l−ợng. Nhận xét chung về quạt sử dụng trong các nhà máy xi măng: - Quạt có cột áp cao từ hàng trăm đến một nghìn mmH2O - Quạt có l−u l−ợng lớn nên công suất quạt khá lớn từ hàng trăm đến hàng nghìn kW. - Nhiệt độ hỗn hợp khí đi qua quạt t−ơng đối lớn từ 100o C đến 200oC. 21
- Tuổi thọ quạt không cao trong khoảng 50.000 giờ - Quạt cánh cong phía sau góc ra cánh nhỏ hơn 90o - Biên dạng cánh phổ biến là cánh phẳng - Kết cấu quạt phân bố 2 ổ ở hai phía bánh công tác - Vỏ quạt có kết cấu hai nửa. Các quạt sử dụng trong nhà máy xi măng Bỉm Sơn. Quạt số 1: Quạt 44 - 55. Q = 1 900 m3/ph, t = 95o, γ = 0,9358 kG/m3, phút = - 380 mmH2O, pđẩy = + 20 mmH2O, n = 1 480 vòng/phút, Nq = 160kW; Ndc = 180 KW; η = 77,6%. Quạt số 2: Quạt 37 - 21. Q = 6 600 m3/ph, t = 270o, γ = 0,6289 kG/m3, phút = - 100 mmH2O, n = 740 vg/ph, Nq = 153 kW; 2 2 Nđc = 185 kW, mD = 1 725 kG/m , ηtĩnh = 70,5%. Trọng l−ợng roto = 2 735 kG, Trọng l−ợng Stato = 9 000 kG, Quạt số 3: Quạt 35 - 45. 3 o o 3 Q = 1 230 m /ph, t = 80 (tthiết kế = 120 ), γ = 0,9087 kG/m , phút = - 550 mmH2O, pđẩy = 50 mmH2O, n = 980 vg/ph, Nq = 156 kW, Nđc = 185 kW, ηtĩnh = 77,3 %. Quạt số 4: Quạt 36 - 24. 3 o o Q = 7 900 m /ph, t = 300 , tthiết kế = 420 , 3 γ = 1 910 kG/m , phút = - 200 mmH2O, pđẩy = 0 mmH2O, n = 980 vg/ph, Nq = 328 kW, Nđc = 390 kW, ηtĩnh = 78,7 %. Quạt số 5: Quạt 44 - 16. 3 o o 3 Q = 3 000 m /ph, t = 95 (tthiết kế = 120 ), γ = 0,8934 kG/m , phút = - 700 mmH2O, pđẩy = 200 mmH2O, n = 980 vg/ph, Nq = 306 kW, Nđc = 400 kW, ηtĩnh = 83,3 %, 2 2 mD = 14435 kG/m , Groto= 7 775 kG, GStato = 20 425 kG, Thời gian làm việc = > 50 000 giờ. Quạt số 6: Quạt 17 - 31. Q = 6650 m3/ph, t = 90o, γ = 0,99 kG/m3, phút = - 1.050 mmH2O, n = 980 vg/ph, Nq = 1.540 kW, Nđc = 1.900 kW, Đ−ờng kính 4 650 mm. Quạt số 7: Quạt 32 - 03. 3 o o- Q = 9200 m /ph, t = 320 , tthiết kế = 400 , 22
phút = - 965 mmH2O, n = 980 vg/ph, Nq = 1.650 kW, Nđc = 2.100 kW, ηtĩnh = 87,9 %, Groto = 9 932 kG, GStato = 23 432 kG. Quạt số 8: Quạt 24 - 26. 3 o o Q = 10 667 m /ph, t = 90 , tthiết kế = 150 , 3 γ = 0,9035 kG/m , phút = - 1 050 mmH2O, pđẩy = 50 mmH2O, n = 980 vg/ph, Nq = 2.303 kW, Nđc = 2.900 kW, 2 2 ηtĩnh = 83,3 %, mD = 14 435 kG/m , Groto= 7 775 kG, GStato = 12 650 kG, Thời gian làm việc : > 50 000 giờ. Một số quạt sử dụng trong nhà máy xi măng Tam Điệp Ninh Bình: 1. Quạt nhiên liệu 341.090: Kiểu: DHRV50.1800 L−u l−ợng: (định mức và lớn nhất): 165/191,9m3/s áp suất (định mức và lớn nhất): 764/944mmH2O Công suất động cơ: 2.400 kW 2. Quạt lọc bụi đệm của lò và nhiên liệu Kiểu: MT- 400 L−u l−ợng (định mức và lớn nhất): 139/175 m3s áp suất (định mức và lớn nhất): 130/182 mmH2O Công suất động cơ: 460 kW 3. Quạt tháp trao đổi nhiệt Kiểu : F18TDRR L−u l−ợng (định mức và lớn nhất): 156/177,2 m3/s áp suất (định mức và lớn nhất): 614/850mmH2O Công suất động cơ: 2.223 kW 4.Quạt lọc bụi làm lạnh ghi Kiểu: MT- 4005 L−u l−ợng (định mức và lớn nhất): 107/155,8 m3/s áp suất (định mức và lớn nhất): 100/168 mmH2O Công suất động cơ: 400 kW 5. Quạt nghiền than Kiểu: HAF. 200.200 L−u l−ợng (định mức và lớn nhất): 43/45,6 m3/s áp suất (định mức và lớn nhất): 925/998 mmH2O Công suất động cơ: 610 kW 6. Quạt nghiền xi măng 23
Kiểu: MT- 250 SS250 L−u l−ợng (định mức và lớn nhất): 90/94,2 m3/s áp suất (định mức và lớn nhất): 596/602 mmH2O Công suất động cơ: 936 kW ở trong n−ớc, Nhà máy chế tạo bơm Hải d−ơng đã chế tạo quạt thấp áp và trung áp với công suất nhỏ theo mẫu n−ớc ngoài để đáp ứng cho việc thông gió với quy mô nhỏ. Song ch−a có các công trình nghiên cứu tính toán thiết kế phần dẫn dòng của quạt và biên dạng cánh quạt. Về mặt công nghệ cũng ch−a có các công trình nghiên cứu chế tạo quạt công suất lớn, áp suất và nhiệt độ cao. Vừa qua Tổng công ty Cơ khí Xây dựng (COMA) đã chế tạo vỏ cho một số quạt của dây chuyền sản xuất xi măng II Bỉm sơn theo thiết kế của Nhật, còn phần rô to của quạt thì các Công ty Nhật cấp. Trong các nhà máy xi măng, số l−ợng quạt sử dụng rất nhiều, công suất quạt cũng rất lớn, nh−ng tuổi thọ của quạt quá thấp chỉ đ−ợc 4-5 năm. Phần cánh quạt tuổi thọ còn thấp hơn chỉ sử dụng đ−ợc 2-3 năm là phải thay thế. Vì vậy việc nghiên cứu thiết kế chế tạo quạt công nghiệp là rất cấp thiết. Đề tài "Nghiên cứu thiết kế quạt công nghiệp" nhằm đáp ứng tính cấp thiết của thực tiễn, cung cấp thiết bị, phụ tùng thay thế cho các nhà máy sản xuất xi măng và nhằm thúc đẩy sự phát triển của ngành cơ khí trong n−ớc. Đề tài gồm các nội dung sau: 1. Thiết lập ph−ơng pháp tính toán thiết kế quạt. 2. Nghiên cứu phân tích ảnh h−ởng của các thông số hình học và động học của quạt. 3. Tính toán chảy bao cánh để đánh giá đặc tính khí động học của quạt. 4. Thiết kế kỹ thuật 01 quạt công nghiệp cột áp cao và công suất lớn. 5. Xây dựng quy trình công nghệ chế tạo, đo kiểm và cân bằng động cho quạt. 24
Hình 1.12. Sơ đồ kết cấu quạt mỏ một miệng hút ВЦ 32 25
Hình 1.13. Sơ đồ khí động và đặc tính của quạt hai miệng hút ВЦBД a/ Sơ đồ khí động quạt Ц35-20x2, b/ Đặc tính không thứ nguyên 26
Hình 1.14. Sơ đồ kết cấu quạt mỏ hai miệng hút ВЦД 16 27
Hình 1.15. Sơ đồ kết cấu quạt hút khói hai miệng hút ДH 28
Hình 1.16. Sơ đồ kết cấu quạt hai miệng hút 24 - 26 29
Hình 1.17. Sơ đồ kết cấu quạt hai miệng hút 44 -16 30
Hình 1.18. Sơ đồ kết cấu quạt hai miệng hút 32 - 03 31
VIII. Tổng quan ph−ơng pháp tính toán thiết kế quạt. Ph−ơng pháp tổng quát tính toán thiết kế quạt bao gồm các phần: 1. Xác định kích th−ớc cơ bản của quạt, 2. Xây dựng biên dạng cánh, 3. Tính phân bố vận tốc và áp suất trên prôphin cánh, 4. Đánh gía tổn thất trong chảy bao l−ới cánh, 5. Thiết kế kết cấu quạt và tính bền một số chi tiết chính. Trên thực tế khi thiết kế quạt ng−ời ta có thể không thực hiện tất cả các công việc nh− kể trên. Đặc biệt việc tính toán tổn thất trong chảy bao l−ới cánh quạt ly tâm rất phức tạp do không thể tính hết mọi yếu tố tác động trong dòng chảy. Vì vậy khi thiết kế quạt ng−ời ta chỉ có thể đánh giá sơ bộ tổn thất và hiệu suất của quạt. Đánh giá chính xác đặc tính làm việc của quạt chỉ có thể thông qua thực nghiệm. Trong các nội dung nghiên cứu ở trên, nội dung 4 chúng tôi chỉ đề cập sơ bộ. Hình 1.19. Biểu đồ phạm vi làm việc của quạt theo l−u l−ợng và cột áp t−ơng đối Q và H . 1. Quạt ly tâm hai cấp, 2. Quạt ly tâm một cấp một miêng hút, 3. Quạt ly tâm h−ớng kính, 4. Quạt h−ớng trục, 5. Quạt ly tâm hai miệng hút Phần 1 là phần quan trọng phụ thuộc vào thông số làm việc ban đầu của quạt. Ngoài 2 thông số cơ bản để thiết kế quạt là l−u l−ợng và cột áp của quạt còn có số vòng quay làm việc của quạt và một số điều kiện nh− nhiệt độ, nồng độ hạt rắn trong không khí, độ ẩm và kích th−ớc yêu cầu đảm bảo hiệu suất của quạt. 32
Để xác định kích th−ớc cơ bản của quạt có nhiều ph−ơng pháp, trong đó có 2 ph−ơng pháp cơ bản: 1. Ph−ơng pháp thứ nhất (theo tác giả [1]). Dựa vào số vòng quay đặc tr−ng ny xác định các giá trị cột áp và l−u l−ợng không thứ nguyên H và Q theo biểu đồ trên hình 1.19. Trên biểu đồ biểu thị quan hệ thống kê thực tế đại l−ợng p vàQ ứng với các gía trị số vòng quay đặc tr−ng là hằng số khác nhau. Biểu đồ này có 5 vùng ứng với các loại quạt có kết cấu khác nhau. Song ph−ơng pháp này không đ−ợc ứng dụng rộng rãi vì ch−a thật chính xác so với thực tế. Trong việc thiết kế quạt việc chọn kích th−ớc quạt phụ thuộc vào nhiều yếu tố yêu cầu cho lần đầu nh− hiệu suất, kích th−ớc, kết cấu Ví dụ: Thiết kế quạt trung áp với thông số p, Q, n. Nếu yêu cầu cần đảm bảo hiệu suất cao, giảm tổn thất năng l−ợng, o thì chọn góc ra β2 90 , khi đó đ−ờng kính D2 sẽ nhỏ. Nh− vậy, với một giá trị số vòng quay đặc tr−ng ny có thể chọn nhiều cặp giá trị cột áp và l−u l−ợng p và Q , song cặp giá trị nào sẽ thích hợp với giá trị góc ra của cánh. Trong ph−ơng pháp này không có sự lý giải chặt chẽ. 2. Ph−ơng pháp thứ 2. Cho các thông số: áp suất p, l−u l−ợng Q và số vòng quay làm việc n. Kích th−ớc quạt - đ−ờng kính D2 đ−ợc xác định theo cột áp, còn các kích th−ớc khác D1, b1, b2 đ−ợc xác định theo l−u l−ợng và vòng quay. Việc xác định kích th−ớc quạt phụ thuộc vào việc chọn các hệ số. Ví dụ: hệ số vận tốc Ko để chọn vận tốc Co khi tính đ−ờng kính vào Do: 3 2 Co = ko Qlt n , (1.15) 4Qlt 2 Do = + db . (1.16) πCo Trong đó, hệ số vận tốc ko = 0,06 - 0,08. Hay đơn giản hơn tính đ−ờng vào của quạt theo công thức: Q D = K 3 lt , (1.17) o d ω 33
Trong đó kd = 1,7 - 2,1. Để tính đ−ờng kính D2 cần tính chọn vận tốc U2 phụ thuộc vào hệ số cột áp ψ: 2∆p U = , (1.18) 2 ρψ Trong đó, U2 - vận tốc vòng ở cửa ra của quạt, U2 = ωD2/2, ∆p - áp suất tính toán thiết kế quạt, ρ - Khối l−ợng riêng của không khí. Việc chọn hệ số cột áp ψ để xác định vận tốc U2 phụ thuộc vào góc ra β2 của quạt. Theo ph−ơng pháp này có 3 giới hạn max của hệ số ψ cho 3 tr−ờng o o o hợp: góc β2 90 , ψmax ≤ 2,2. Ph−ơng pháp này cho phép thiết kế quạt đáp ứng đ−ợc các điều kiện ban đầu. Chúng tôi dựa vào ph−ơng pháp thiết kế 2 để tính toán thiết kế quạt. Ph−ơng pháp này sẽ đ−ợc trình bày cụ thể trong phần sau. Phần 2. Xây dựng biên dạng cánh trong phạm vi bánh công tác cũng đ−ợc nhiều tác giả trong lĩnh vực chuyên ngành máy cánh dẫn nghiên cứu, đặc biệt trong lý thuyết cánh của máy cánh dẫn cũng đề cập t−ơng đối đầy đủ. Xây dựng cánh và khảo sát dòng chảy trong máng dẫn của máy cánh đ−ợc thực hiện theo các mô hình toán sau: Bài toán 1 toạ độ, Bài toán 2 toạ độ - bài toán phẳng, Bài toán 3 toạ độ - không gian 3 chiều. 1. Bài toán 1 toạ độ. Bài toán áp dụng đối với bánh công tác quạt ly tâm cánh dạng trụ. Prôphin cánh có dạng tấm phẳng hoặc cung tròn. Tr−ớc tiên xác định góc đặt cánh ở cửa vào (β1) và cửa ra (β2) theo giá trị vận tốc trung bình ở tiết diện vào và ra của bánh công tác. Trên cơ sở các góc β1 và β2 xác định đ−ợc và vị trí bán kính mép vào (R1) và mép ra (R2) ta có thể xây dựng prôphin cánh theo 2 ph−ơng pháp sau: Ph−ơng pháp hình học: Theo ph−ơng pháp này đ−ờng trung bình của prôphin cánh (hay đ−ờng nhân) đ−ợc xây dựng là đ−ờng cong tiếp tuyến ở hai đầu với các cạnh bên của góc tạo với dây cung các góc β1 ở lối vào và β2 ở lối ra của cánh bánh công tác. Prôphin có độ dầy nhận đ−ợc bằng cách "đắp" độ dầy t−ơng ứng trên đ−ờng nhân prôphin. 34
Ph−ơng pháp điểm: Theo ph−ơng pháp này đ−ờng trung bình của prôphin cánh đ−ợc xây dựng dựa theo ph−ơng trình tích phân sau: R o 180 2 dr ϕ = ∫ , (1.19) π β R1 rtg Trong đó, ϕo - góc ôm cánh trên mặt chiếu bằng, βo - góc đặt cánh t−ơng ứng các điểm có bán kính r. Ph−ơng pháp 1 toạ độ đ−ợc ứng dụng rộng rãi nhất trong thiết kế quạt vì ph−ơng pháp này đơn. giản. Các cánh có prôphin dạng tấm phẳng hay cung tròn cũng đơn giản, dễ chế tạo mà vẫn đảm bảo hiệu suất yêu cầu. 2. Bài toán 2 toạ độ - bài toán phẳng. Ph−ơng pháp 2 toạ độ thiết kế biên dạng cánh và khảo sát dòng chảy trong máng dẫn giữa các lá cánh đ−ợc thực hiện đối với dãy cánh tròn xoay. Giải bài toán chảy bao dãy cánh tròn th−ờng dùng ph−ơng pháp ánh xạ đ−a về dãy cánh thẳng. Để thiết kế cánh trong bài toán 2 toạ độ th−ờng thay dãy cánh mỏng bằng các xoáy γ(s) phân bố trên đ−ờng nhân prôphin. (xem hình 1.20). Cánh có độ dầy ngoài quy luật phân bố γ(s) còn thêm quy luật phân bố nguồn và hút ±q(s). Hình 1.20. Sơ đồ tính cánh bánh công tác theo ph−ơng pháp phân bố xoáy Để khảo sát chuyển động của dòng chảy trong máng dẫn th−ờng sử dụng bài toán thuận d−ới dạng ph−ơng trình tích phân. 35
Ph−ơng pháp này đ−ợc sử dụng trong thiết kế máy thuỷ lực canh dẫn kiểu h−ớng trục, đặc biệt là đối với bơm và tua bin n−ớc. Song trong thiết kế quạt ng−ời ta ít sử dụng vì ph−ơng pháp này rất phức tạp và hiệu quả không hơn nhiều so với các ph−ơng pháp khác. 3. Bài toán- 3 toạ độ - không gian 3 chiều . Ngoài 2 toạ độ trên mặt phẳng Z đối với dãy cánh tròn hay dãy cánh thẳng còn thêm một toạ độ đặc tr−ng cho độ dầy lớp dòng h(s) biến thiên giữa các mặt dòng. Bài toán không gian 3 chiều đ−ợc thực hiện t−ơng tự nh− bài toán 2 toạ độ (bài toán phẳng). Biên dạng cánh đ−ợc xây dựng bằng ph−ơng pháp phân bố xoáy γ(s) trên cung mỏng hoặc phân bố xoáy γ(s) và nguồn ±q(s) trên đ−ờng nhân prôphin. Trong quá trình tính toán tính thêm ảnh h−ởng thông số độ dầy biến thiên h(s). Ph−ơng pháp này th−ờng đ−ợc ứng dụng để thiết kế cánh tua bin thuỷ lực h−ớng trục. Trong tính toán thiết kế quạt ph−ơng pháp này ít sử dụng vì tính toán quá phức tạp.Trong 3 ph−ơng pháp nêu trên, khi tính toán thiết kế quạt th−ờng chỉ dùng ph−ơng pháp 1 toạ độ, vì ph−ơng pháp này thoả mãn đ−ợc yêu cầu thiết kế cánh quạt dạng trụ đơn giản, dễ chế tạo, tối −u về kết cấu, dễ cân bằng. Trong phần tính toán thiết kế quạt, chúng tôi sẽ trình bày cách xây dựng cánh theo ph−ơng pháp 1 toạ độ. 36
Phần II. Ph−ơng pháp tính toán thiết kế quạt ly tâm. I. Xác định các thông số kết cấu của bánh công tác. Để tính toán thiết kế quạt cần cho tr−ớc các thông số làm việc sau: 3 2 L−u l−ợng Q- m /s, áp suất tĩnh ∆pt hoặc áp suất toàn phần ∆p - kG/m , vòng quay làm việc n - v/ph, nhiệt độ làm việc ToC. Trình tự tính toán nh− sau: 1. Chọn sơ bộ hiệu suất quạt: Hiệu suất chung η = 0,65 ữ 0,80, Hiệu suất l−u l−ợng ηQ = 0,9 ữ 0,95, Hiệu suất thuỷ lực ηtl = 0,8 ữ 0,92, Hiệu suất cơ khí ηck = 0,85 ữ 0,97. Việc chọn hiệu suất quạt còn phụ thuộc vào loại quạt và đặc điểm của quạt. Hiệu suất chung của quạt phải bằng tích của 3 hiệu suất thành phần. Xác định các thông số làm việc của quạt: 2. Cột áp toàn phần của quạt: Đối với quạt dùng trong mỏ hoặc ở các nhà máy sản xuất xi măng, sử dụng chủ yếu là cột áp tĩnh, vì vậy thông th−ờng cột áp tĩnh có giá trị bằng 95% cột áp toàn phần. Khi đó ta có cột áp toàn phần của quạt bằng: ∆p = ∆pt/0,95. Công suất của quạt: 9,81Q∆p N = , kW. (2.1) η Trong đó, Q - l−u l−ợng tính bằng m3/s, ∆p - Cột áp làm việc toàn phần của quạt tính bằng kG/m2 (≈ mm cột n−ớc). 3. Khối l−ợng riêng của không khí: Khối l−ợng riêng ρ của không khí phụ thuộc nhiệt độ và áp suất làm việc và đ−ợc xác định theo ph−ơng trình trạng thái của chất khí: p ρ = , RTg Trong đó: p - áp suất, T- nhiệt độ tuyệt đối ở điều kiện làm việc, ToK = 273 + toC, g - gia tốc rơi tự do. 4. Đ−ờng kính trục quạt: Tr−ờng hợp trục công sôn (xem hình 2.1) ta xác định sơ bộ đ−ờng kính trục theo công thức: 37
B2 B1 Do D1 dtr D2 Hình 2.1 Sơ đồ kết cấu bánh công tác quạt ly tâm N d = (150 ữ170)3 , mm. (2.2) n Trong đó: công suất N tính bằng kW, vòng quay n - v/ph. Đ−ờng kính trục tính đ−ợc làm tròn theo dãy số tự nhiên. Tr−ờng hợp trục suốt: N d = (200 ữ 250)3 , mm. (2.2') n 5. Xác định đ−ờng kính ra của bánh công tác: Đ−ờng kính ra của bánh công tác của quạt xác định theo vận tốc vòng ở lối ra của bánh công tác, phụ thuộc vào cột áp toàn phần và hệ số cột áp theo công thức: 2∆p U = lt . (2.3) 2 ρψ Trong đó: ∆plt - cột áp lý thuyết của quạt ∆plt = ∆p/ηtl. ψ - Hệ số cột áp. Hệ số cột áp ψ của quạt đ−ợc xác định theo bảng 1 phụ thuộc vào loại quạt và dạng cánh công tác đ−ợc chọn. 38
Bảng 1. Một số thông số kết cấu cơ bản của quạt Loại cánh công Quạt thấp áp Quạt áp Quạt cao áp tác ∆p ≤ 100 trung bình ∆p = 300 - 1200 mmH2O ∆p = 100 - 300 mmH2O mmH2O Cánh mép ra d1/d2= 0,75- 0,85 d1/d2 ≤ 0,65 d1/d2 ≤ 0,55 h−ớng kính Z = 16 - 36 Z = 12 - 20 Z = 16 - 20 (dùng cho quạt ψ = 1,0 - 1,2 ψ = 1,3 - 1,4 ψ = 1,4 - 1,5 công suất nhỏ và β = 30- 40o o o trung bình) 1 β1 = 30- 45 β1 = 35- 50 Cánh cong sau d1/d2=0,75- 0,85 d1/d2 ≤ 0,6 d1/d2 ≤ 0,5 (dùng cho quạt Z = 20 - 60 Z = 10 - 24 Z = 10 - 24 công suất lớn và ψ = 0,7 - 0,9 ψ = 1,0 - 1,1 ψ = 1,2 - 1,4 trung bình) o o o β1 = 30- 40 β1 = 30- 45 β1 = 35- 50 o o o β2 = 40- 55 β2 = 40- 60 β2 = 40- 70 Cánh cong tr−ớc d1/d2=0,8- 0,9 d1/d2=0,70-0,75 d1/d2= 0,60- 0,65 (chỉ dùng cho Z = 30 - 60 Z = 24 - 36 Z = 24 - 36 quạt nhỏ) ψ = 1,6 - 1,8 ψ = 1,8 - 2,0 ψ = 1,8 - 2,2 o o o β1 = 40- 50 β1 = 55 - 70 β1 = 60 - 75 o o o β2 = 130- 140 β2 = 100 -120 β2 = 100 -120 o β2 - β1 ≤ 90 Cánh thẳng: Tr−ờng hợp riêng của cánh cong sau khi bán kính đ−ờng trung bình của cánh bằng ∞. Góc β1 và β2 có quan hệ sau: cosβ2 = (r1/r2)cosβ1. Có vận tốc vòng U2 ta xác định đ−ờng kính ra của bánh công tác bằng: D2 = 2U2/ω, (2.4) Trong đó: ω - vận tốc góc của bánh công tác, ω = πn/30. 6. Xác định các thông số vào: a/ Tr−ớc hết xác định đ−ờng kính vào Do. Đ−ờng kính vào Do xác định theo quan hệ sau: 3 3 Do = K D Q = (0,95 −1,64) Qo . (2.5) Trong đó: - KD – hệ số thực nghiệm KD = 0,95- 1,64. - Qo - l−u l−ợng quy dẫn: Qo = Q/(F2U2), 2 - F2 – Diện tích đặc tr−ng của bánh công tác của quạt: F2= πD2 /4. - U2 – Vận tốc vòng ở đ−ờng kính ra của bánh công tác: U2 = ωR2. - ω - Vận tốc góc: ω = πn/30. - n – Số vòng quay trong 1 phút. 39
b/ Đ−ờng kính D1 đ−ợc lấy xấp xỉ bằng đ−ờng kính Do . Đối với quạt cao áp đ−ờng kính D1 có giá trị trong khoảng 0,4- 0,5 Chọn cho D1 giá trị trong khoảng trên ta tính đ−ợc đ−ờng kính D1: D1 = D1 D2. (2.6) c/ Chiều rộng cánh bánh công tác ở cửa vào: b1. Khác với bơm ly tâm, trong quạt ly tâm, diện tích cửa vào của cánh bánh công tác th−ờng bằng hoặc lớn hơn diện tích vào của quạt, tức là F1 ≥ Fo. Bởi vậy ở đây ta tính chiều rộng cánh bánh công tác ở cửa vào "b1" theo hai cách và chọn giá trị lớn nhất trong hai cách tính ở trên. * b1 xác định theo l−u l−ợng Qlt và vận tốc dòng vào C1m. ' Qlt b1 = , (2.7) πD1C1m Vận tốc kinh tuyến C1m xác định theo vận tốc vòng U1 và góc đặt o cánh β1. Góc đặt cánh β1đ−ợc chọn tr−ớc theo bảng (1) β1= 30- 40 . β1t− ≈ 35o. C1m = U1tgβ1 = ωR1tgβ1. * b1 xác định theo diện tích cửa vào của quạt: 2 2 " Do − d tr b1 = . (2.8) 4D1 Chiều rộng cánh b1 lấy giá trị lớn nhất trong hai giá trị tính toán ở trên và đ−ợc làm tròn. 7. Xác định chiều rộng cánh bánh công tác ở cửa ra: b2. Chiều rộng cánh công tác ở cửa ra cũng đ−ợc xác định theo hai cách: a/ Chiều rộng b2 xác định theo động học dòng chảy bằng quan hệ: D1 W1∞ sinβ1 b2 = b1 . (2.9) D2 W2∞ sinβ2 Góc β2 cũng đ−ợc chọn tr−ớc sơ bộ theo bảng (1). Đối với quạt cao o áp cánh cong sau β2 = 40- 70 . Tỷ số vận tốc t−ơng đối ở cửa vào và cửa ra của cánh bánh công tác đ−ợc chọn tr−ớc: W1∞/W2∞ = 1,5. Cánh mở rộng ở cửa ra để tăng khả năng tạo cột áp tính cho bánh công tác. b/ Chiều rộng b2 xác định theo điều kiện vận tốc kinh tuyến ở cửa vào và ra của bánh công tác nh− nhau: b2 = b1.D1/D2. (2.10) Ta chọn giá trị b2 lớn nhất từ các giá trị tính toán và làm tròn. 8. Xác định lại góc vào và góc ra thực của cánh bánh công tác. 40
a/ Góc dòng vào của cánh bánh công tác đ−ợc xác định nh− sau: - Góc dòng vào không nhiễu: K1C1,m tgβ1,o = . (2.11) U1 Trong đó, K1 - hệ số chèn dòng ở cửa vào, chọn sơ bộ K1 = 1,1 - 1,15; C1m - Vận tốc kinh tuyến ở cửa vào của cánh bánh công tác ch−a kể tới ảnh h−ởng của chiều dầy cánh. - Tính tới ảnh h−ởng của lực ly tâm góc dòng vào đ−ợc cộng thêm góc va ∆β (= 3-10o). β1 = β1,o + ∆β. (2.12) b/ Góc dòng ra của cánh bánh công tác đ−ợc xác định bằng: K2C2m tgβ2 = . (2.13) U2 − C2u Trong đó: K2 - Hệ số chèn dòng ở cửa ra của cánh bánh công tác, chọn sơ bộ K2 = 1,05- 1,1; C2m - Vận tốc kinh tuyến ở cửa ra của cánh bánh công tác ch−a kể tới ảnh h−ởng của chiều dầy cánh; C2U- Thành phần vận tốc xoáy ở cửa ra của cánh bánh công tác: C2u = ∆plt/(ρU2); ∆plt- cột áp lý thuyết toàn phần của quạt, ρ - khối l−ợng riêng của chất khí vận chuyển. 9. Xác định số cánh của bánh công tác và hệ số chèn dòng ở cửa vào và cửa ra của cánh bánh công tác. Số cánh Z của bánh công tác đ−ợc chọn dựa theo bảng (1). Số cánh Z cũng có thể xác định sơ bộ bằng công thức sau: D + D β + β Z = K 2 1 sin 2 1 (2.14) D2 − D1 2 Số cánh của bánh công tác đ−ợc chọn tuỳ thuộc vào dạng cánh và áp suất làm việc của quạt. Hệ số chèn dòng tại tiết diện vào K1 và tiết diện ra K2 đ−ợc xác định bằng các công thức sau: t K = 1 , 1 t − δ / sinβ 1 1 1 (2.15) t2 K2 = . t2 − δ2 / sinβ2 Trong đó: 41
- t1 và t2 là b−ớc cánh tại tiết diện vào và ra của cánh bánh công tác. T−ơng ứng ta có: t1 = πD1/Z1, t2 = πD2/Z2. - δ1 và δ2 - chiều dầy cánh bánh công tác tại tiết diện vào và ra. Chiều dầy cánh bánh công tác đ−ợc chọn trên cơ sở đảm bảo độ bền của lá cánh và giảm độ chèn dòng của lá cánh để tăng khả năng thoát và hiệu suất làm việc của bánh công tác. - β1 và β2 - Góc đặt cánh tại tiết diện vào và ra của cánh. Sau khi tính, nếu sai số ∆K giữa hệ số tính toán K và hệ số chọn Ko lớn hơn 3% thì cần phải tính lại. Cần phải đảm bảo K1 − K1o ∆K1 = .100% ≤ 3%. (2.16) K1 K2 − K2o ∆K2 = .100% ≤ 3%. (2.16') K2 10. ảnh h−ởng của số cánh dẫn hữu hạn. Khi xây dựng ph−ơng trình cột áp của máy cánh dẫn ng−ời ta giả thiết số cánh dẫn nhiều vô cùng. Trên thực tế số cánh là hữu hạn. Số cánh càng ít thì ảnh h−ởng của nó tới cột áp càng lớn. ảnh h−ởng của số cánh dẫn hữu hạn tới cột áp đ−ợc đánh giá bằng hệ số p (theo Lomakin) hoặc bằng hệ số ε (theo Stadola). Tính tới ảnh h−ởng của số cánh dẫn hữu hạn cột áp thực tế sẽ có giá trị bằng: ∆p η ∆p = lt∞ tl , (2.17) 1 + p Hay ∆p= εηtl∆plt∞ . (2.18) Trong đó: ηtl - hiệu suất thuỷ lực của quạt. Hệ số p đ−ợc xác định bằng: 2ψ 1 p = , (2.19) 2 Z 1 − (R1 / R2 ) Hệ số ψ = (0,55 ữ 0,65) + 0,6 sinβ2, Hệ số ε đ−ợc xác định bằng: U2 π ε = 1 − sinβ2 . (2.20) C2U Z Cột áp lý thuyết vô cùng xác định theo các thành phần vận tốc bằng: ∆plt∞ = ρU2C2U, Trong đó, C2U = U2 - C2mctgβ2. Cột áp ∆p nhận đ−ợc theo tính toán không đ−ợc khác quá 3% so với cột áp thực tế yêu cầu. Nếu sai số cột áp lớn quá 5% phải chọn lại góc β2 hoặc đ−ờng kính D2. 42
∆p* − ∆p ∆p = .100% ≤ 5%. (2.21) ∆p Để tính tới ảnh h−ởng của số cánh hữu hạn, góc β2 đ−ợc chọn lại nh− sau: Trong tr−ờng hợp khi bán kính cung cong của cánh bằng vô cùng có thể xem cánh dẫn cong sau là một bản phẳng. Khi đó góc β2 đ−ợc xác định theo quan hệ: R1 cosβ2 = cosβ1. (2.22) R2 Xác định cột áp lý thuyết vô cùng ∆plt∞ theo góc β2 mới này và xác định cột áp thực ∆p để so sánh với cột áp cho trong thông số thiết kế. Nếu điều kiện ∆p ≤ 3% không thoả mãn phải chọn lại góc β2 cho phù hợp. II. Xây dựng biên dạng cánh bánh công tác. Lá cánh của bánh công tác với nS nhỏ th−ờng có dạng trụ. Với các lá cánh dạng trụ th−ờng ứng dụng ph−ơng pháp điểm để tính toán thiết kế biên dạng cánh (bài toán không gian một chiều). Các bánh công tác có nS lớn lá cánh có dạng cong không gian (cong hai chiều), khi đó biên dạng cánh đ−ợc xây dựng bằng ph−ơng pháp biến hình bảo giác. ở đây ta đề cập chủ yếu ph−ơng pháp điểm để xây dựng biên dạng cánh trụ. Việc tính toán thiết kế cánh trụ dựa trên cơ sở ph−ơng trình vi phân đ−ờng nhân (đ−ờng trung bình) của cánh trong mặt chiếu bằng (xem hình 2.2). dr dθ = . (2.23) r.tgβ Hình 2.2. Sơ đồ xây dựng prôphin cánh bánh công tác quạt ly tâm bằng ph−ơng pháp điểm 43
Tích phân ph−ơng trình trên trong giới hạn tử R1 đến R2 và nhân biểu thức trên với 180o/π ta sẽ nhận đ−ợc góc bao toàn phần của cánh trong hình chiếu bằng: 180o R2 dr θ = ∫ . (2.24) c π β R1 r.tg Trong đó: β là góc đặt của cánh tại điểm bán kính bất kỳ đ−ợc xác định bằng công thức: δ C' sinβ = + m . (2.25) t W C'm - Thành phần vận tốc kinh tuyến của dòng chảy dọc theo bán kính ch−a kể đến ảnh h−ởng của chèn dòng. W - Vận tốc t−ơng đối dọc theo lá cánh. t - B−ớc cánh. Tích phân trên đ−ợc tiến hành d−ới dạng bảng. Ký hiệu 1 = B(r), đối với bán kính R bất kỳ ta xác định đ−ợc góc bao: r.tgβ k o k 180 Bi + Bi+1 θk = ∑ ∆ri . (2.26) π i=1 2 Trình tự tính toán toạ độ đ−ờng nhân prôphin cánh ri và θi đ−ợc cho d−ới dạng bảng. Trong đó, vận tốc t−ơng đối tại tiết diện vào và ra của cánh bánh công tác đ−ợc xác định bằng: Cm1 Cm2 W1 = , W2 = . sinβ1 sinβ2 Quy luật phân bố vận tốc kinh tuyến, vận tốc t−ơng đối và độ dầy prôphin dọc theo bán kính đ−ợc lấy theo quy luật tuyến tính. III. Tính toán thiết kế Buồng xoắn. Bộ phận dẫn dòng ra của quạt ly tâm th−ờng có dạng buồng xoắn. Tiết diện buồng xoắn có thể chữ nhật, tròn hoặc vuông. Thông th−ờng chiều rộng B của tiết diện buồng xoắn th−ờng lớn hơn nhiều so với chiều rông ở cửa ra b2 của bánh công tác. ở đây chủ yếu đề cập tính toán buồng xoắn tiết diện chữ nhật với chiều rộng B > b2 và với tiết diện ra cho tr−ớc của ống xả (Fra = B x C). Việc tính toán buồng xoắn dựa trên cơ sở ph−ơng trình đ−ờng xoắn ốc (Ph−ơng trình logarit) sau: r ϕo lg = . (2.27) r2 k 44
Trong đó, r2 và r - t−ơng ứng bán kính tiết diện buồng xoắn ở cửa vào và ra (hình 2.3), ϕo - góc t−ơng ứng của tiết diện, k - hệ số buồng xoắn, đ−ợc tính bằng biểu thức: 360 k = , (2.28) r + C lg 2 r2 C - chiều cao tiết diện ra của ống xả. Chiều cao tiết diện ra của ống xả có thể xác định theo đồ thị phụ thuộc của tỷ lệ C/r2 vào góc (360 - ϕ) (hình 2.3b). Còn chiều rộng B của tiết diện ra xác định từ quan hệ: r2 + C Q360 = 2,3Br2C2U lg . (2.29) r2 Trong tr−ờng hợp cho tr−ớc vận tốc ở tiết diện ra của ống xả (buồng xoắn) ta có thể xác định diện tích tiết diện ra bằng: Fra = Q/Vra= BxC. Vận tốc ra Cra còn có thể xác định theo áp suất động (∆pđ) ở tiết diện ra của buồng xoắn: 2g∆p 2∆p C= d = d . (2.30) ra γ ρ Thông th−ờng áp suất động tại tiết diện ra của buồng xoắn chỉ bằng 5 -10% so với áp suất toàn phần của quạt. Nếu ∆pđ = 5%.∆p thì ta có: 0,1∆p C = . (2.31) ra ρ Cho các góc ϕ t−ơng ứng của buồng xoắn ta sẽ xác định định đ−ợc bán kính ngoài r t−ơng ứng của buồng xoắn và sẽ xây dựng đ−ợc toàn bộ buồng xoắn. Bán kính vào của tiết diện buồng xoắn tại vị trí l−ỡi gà th−ờng lấy lớn hơn bán kính ra của bánh công tác r2. Có thể lấy D vbx = 1,03 D2. 45