Đề tài Thiết kế máy rửa nông sản

2000 kg => (Tms)max = Tms . 2000 - Lực cản áp suất : xét cho 1 đơn vị Gọi P là áp suất tại 1 điểm trên bề mặt vật cản Aùp lực tác dụng lên 1 phân tố diện tích: dFp = (P – P0) ds Với P0: áp suất trên mặt thoáng. Tap = P.s = ∫dFp = ∫ (P – P0) ds = (P – P0)s = (Pa + P – P0)s Pa = P0 Vậy Tap = P.s = § .H. s s: Tiết diện đơn vị chiếu theo phương vuông góc phương vận tốc Thiết kế máy rửa nông sản CBHD: PGS-TS Nguyễn Thanh Nam SVTH: Lương Văn Lượng Trang 21 m = 2000kg = (Tap)max = Tap. 2000 Lực cản tổng cộng khi thực hiện công suất 2 tấn/giờ (Tc)max = (Tms)max + (Tap)max Công suất tối đa của lực cản tổng cộng: (Tc ) max . s Nc = -------------- (1) t * Lực cản tối đa của thiết bị cần thiết kế: Phụ thuộc hình dạng bồn rửa của thiết bị. Sơ bộ hình dạng bồn rửa là dạng khối chữ nhật. - Lực cản ma sát: (Tms) = Cms . ½ . P. V∞2 . s Ta có: Tms  (Tms)max khi s  s max Khi đó vật cần rửa đã điền đầy bồn rửa theo phương ┴ vận tốc (A-A) s max do người thiết kế qui định khi thiết kế kích thước bồn rửa. Vậy (Tms)max = Cms . ½ . P . V∞ 2 . s max - Lực cản áp suất: Tap = ∫ dFp = ∫ (P – P0) ds = P.s = s.h.δ Tap  (Tap)max khi s  s max Khi đó vật cần rửa cũng đã sắp xếp đầy bồn rửa theo phương // phương vận tốc (B – B). - Lực cản tổng cộng của thiết bị: (Tc)max = (Tms)max + (Tap)max Công suất tối đa của lực cản của thiết bị cần thiết kế: (Tc max) . s Nc = -------------- (2) t t: là thời gian được qui định rửa hết vật liệu trong bồn để máy làm việc theo công suất đã thiết kế. (1) và (2) là công suất tiêu hao không có ích trong quá trình làm việc của thiết bị. Do đó nên chọn ((Nc)min trong (1) và (2). Vậy công suất thủy lực thực sự cần thiết kế của máy là: Nm = Nn + (Nc)min 3.3. CÔNG SUẤT THỰC TẾ CỦA MÁY BƠM: 3.3.1. Chiều dài s của bồn rửa: Thiết kế máy rửa nông sản CBHD: PGS-TS Nguyễn Thanh Nam SVTH: Lương Văn Lượng Trang 22 - Phải đảm bảo được chiều dài s tối thiểu để xung lực của dòng tia có đủ thời gian làm sạch vật rửa trong quá trình chuyển động của vật trong bồn rửa. - Ta có: F = P . ω : F phụ thuộc vào: + ω : tiết diện dòng tia. Sơ bộ chọn  dòng tia: 10mm + P: áp suất tại đầu ra máy bơm: vì là máy sản xuất, có thể chọn 20m<P<60m (áp trung) Hay P>H.δ = 196000N/m2 - d = 10mm => ω = 0,0000786m2 sơ bộ tính F = P.s = 196000 . 0,0000786 = 15,4N m.v2 F.s = ------- => 2F.s = m.v2 2 - Khi m = 1 : đơn vị khối lượng: 2Fs = v2 Ta có: s = 1 => v = 30,08 = 5,5m/s s = 2 => v = 61,60 = 7,8m/s s = 3 => v = 92,40 = 9,6m/s s = 4 => v = 123,2 = 11,1m/s s = 5 => v = 154 = 12,4m/s s = 6 => v = 184,8 = 13,6m/s Ta thấy s từ khi s>4, v tăng ít. Nếu chọn s lớn sẽ dẫn đến việc máy thiết kế sẽ lớn cồng kềnh gây lãng phí vật liệu, nhiên liệu, tiêu tốn nhiều nước và tiêu hao nhiều công suất vô ích. Khi s≤4, v tăng tương đối, chọn s trong khoảng này máy sẽ gọn hơn và tiết kiệm nguyên vật liệu hơn. Vậy chọn s = 3m. 3.3.2. Công suất thủy lực hữu ích: a) Kích thước khối nước trong bồn rửa (khối chữ nhật): Sơ bộ: - Dài 2500m - Rộng 800mm (rộng =1/3 chiều dài) - Cao 200mm (cao = 1,4 chiều rộng) Tổng diện tích bề mặt rửa: dt = 0,8 . 2,5 = 2m2 Thể tích khối nước rửa trong bồn: v = 0,8 . 0,2. 2,5 = 0,4m3 b) Xác định các thông số động học và động lực học của vật: Thiết kế máy rửa nông sản CBHD: PGS-TS Nguyễn Thanh Nam SVTH: Lương Văn Lượng Trang 23 - Động học: xét trong môi trường không khí, bỏ qua lực ma sát.Biết s= 3m, t=3600s. 2.s 2 . 3 Ta có: a =------- = ---------- = 0,436 . 10-6 m/s2 t (3600)2 v2 = a2t = 0,436 . 3600 = 0,00167 m/s - Động lực học: xét 1 đơn vị khối lượng (dm = 1kg) khi chuyển động trong môi trường không khí và tuân theo các thông số động học như trên thì nó sẽ chịu tác dụng của 1 đơn vị lực dF. v2 Ta có: dm = ------- = d.F.s (v = v2 ) 2 dm => F = ------- . v2 2s dm v2 v2 dF = ∫ ------- . v2 => ------ ∫dm ------ . m 2s s 2s v2 Fdv = ------- . m 2s (0,00167)2 m = 1 kg => Fdv = -------------- = 0,464.10-6N 6 m = 2000 kg => Fdv = (0,464. 10-6).2000 = 0,93.10-3N lực tác dụng lên toàn bộ khối lượng vật là: F = Fdv . 2000 = 0,93 . 10-3.2000 = 1,86N c) Công suất thủy lực hữu ích: Công của một đơn vị khối lượng: Adv = F . 3 = 1,86. 3 = 5,58J Công suất của 1 đơn vị khối lượng: F.3 5,58 Ndv = -------- = --------- = 0,00155W 3600 3600 Công suất của toàn bộ khối lượng vật là: N = Ndv . 2000 = 0,00155 . 2000 = 3,1W Do quá trình được thực hiện trong nước nên công suất thủy lực hữu ích là: Thiết kế máy rửa nông sản CBHD: PGS-TS Nguyễn Thanh Nam SVTH: Lương Văn Lượng Trang 24 N.103 3,1 . 103 Nnước = -------- = ----------- = 2583,34w = 2,6kw 1,2 1,2 3.3.3 Công suất tổn hao do lực cản của nước: a) Sơ bộ xác định các thông số của máy bơm: Bỏ qua lực cản của dòng nước, chọn công suất máy bơm nước: NB = 2,6kw Lực tối đa do dòng tia tác dụng: F . s. 2000 NB . t 2600.3600 NB = -------------- => ----------- = -------------- = 1560N/m2 t 2 . 2000 3.2000 - Chọn tiết diện dòng tia: - Tiết diện bồn rửa là 0,8m . 0,2m không thể bố trí 1 vòi phun mà cần phải bố trí nhiều vòi phun để đảm bảo áp lực của dòng tia sẽ phân bố đều lên tiết diện của vật rửa vốn nằm phân bố rãi rác trong bồn. - Chiều cao: h = 0,2 : bố trí 3 đường ống phun tia. - Chiều rộng bồn rửa: R = 0,8m : phân bố ống khoảng 15 lổ phun. Khoảng cách giữa 2 lổ phun K = 45mm. - Bồn thuộc loại bơm áp có cột áp trung, gọi áp suất tại đầu phun tia là: Pp. Ta có: Pp ≥ 20m. Hay Pp ≥ 20 . 9,8 . 103 = 196000N/m2 F = Pp . ω với Pp ≥ 196000N/m2 F = 1560N F 1560 Vậy ω ≤ ----- = ----------- = 0,0796m2 Pp 196000 Tổng số lổ phun tia: Z = 3 . 15 = 45 ω 0,0796 Tiết diện 1 lổ phun: ωL = ------ = ----------- = 0,000177m2 45 45 ωL 0,000177 ω1 = π. R2 => R = -------- = ------------- = 0,0075m π 3,14 R = 7,5mm =>  15mm Thiết kế máy rửa nông sản CBHD: PGS-TS Nguyễn Thanh Nam SVTH: Lương Văn Lượng Trang 25 Để Pp > 196000Nm2 => thì ωL < 0,000177m2 Hay d < 15mm Vậy chọn d R = 5mm Tiết diện đầu ra của bơm: ω = ωL . 45 = (0,005)2 .  . 45 = 0,0035m2 Aùp lực của dòng tia lớn nhất tại miệng lổ phun: Fmax 1560 Pmax = ---------- = ---------- = 445714,3Nm2 ω 0,0035 Pmax 445714,3 Chiều cao cột áp H = ---------- = -------------- = 45,5m δ 9,8 . 103 Vận tốc dòng tia ngang miệng vòi: 1 2 Pmax δ Pmax = --- P.v02 => v02 = ---------- (∫ = ------ ) 2 ∫ g => v02 = 2gH => v0 = 2gH = 2. 9,8 . 45,5 = 29,8m/s Lưu lượng dòng tia: N 2600 N = δ . g. H => Q = -------- = ------------------- = 0,0058m3/s δ. H 9,8 . 103 . 45,5 = 5,8 l/s Sau khi ra khỏi vòi phun, phần tử của nước sẽ tương tác với khối lượng của vật thể (m) và cùng với (m) chuyển động với vận tốc C. Ta có: pQv0 = (pQ + m) C C  Cmax khi m  mmin (mmin = khối lượng đơn vị = 1kg) pQv 103 . 0,0058 . 29,7 C = ------------ = ------------------------ = 25,4m/s pQ + m (103 . 0,0058 + 1) b) Lực cản của dòng nước: * Lực cản tối đa theo công suất (2 tấn/giờ) - Lực ma sát: Tms = Cxms . ½ P . v∞2 . s Thiết kế máy rửa nông sản CBHD: PGS-TS Nguyễn Thanh Nam SVTH: Lương Văn Lượng Trang 26 Trong đó: Cxms = CF = 2320-1/5 . 0,074 = 0,016 (đối với lớp biên rối) v∞ = 25,4m/s s: tiết diện đơn vị. Chọn thể tích đơn vị: v = 0,001m3 3v 3 . 0,001 V = 4/3 R3 => R = ----- = ------------ = 0,062m 4 4 . 3,14 S = . R2 = (0,062)2 = 0,01209m2 Tms = 0,016 . ½ . 103 . (25,4)2 . 0,01209 = 62,4N/m2 M = 2000kg => (Tms)max = 62,4 . 2000 = 124799,75N/m2 - Lực cản áp suất: Tap = ∫dFp = ∫(P – P0)ds = P.s = δ . h . s H = 0,2m s = 0,01209m2 Tap = δ . h . s = 9,8 . 103 . 0,2 . 0,01209 = 23,7N/m2 M = 2000 kg => (Tap)max = 23,7 . 2000 = 47392,8N/m2 - Lực cản tổng cộng: (Tc)max = (Tap)max + (tap)max = 124799,75 + 47392,8 = 172192,55N/m2 Công suất của lực cản: (Tc)max . 3 172192,55 . 3 Nc = ------------ = ------------------- = 143,5w (a) 3600 3600 = 0,143kw Lực cản tối đa của thiết bị cần thiết kế: - Lực của ma sát: (Tms) = Cxms . ½ . P . v∞2 . s smax = 0,2 . 0,8 = 0,16m2 Tms = 0,016 . ½ .103 . (25,4)2 . 0,16 = 825,8N/m2 - Lực của áp suất: Tap = δ . H . s Thiết kế máy rửa nông sản CBHD: PGS-TS Nguyễn Thanh Nam SVTH: Lương Văn Lượng Trang 27 smax = 0,8 . 2,5 = 2m2 Tap = 9,8 . 10 . 0,2 . 2 = 3920N/m2 - Lực cản tổng cộng của thiết bị: Tc = Tms + Tap = 825,8 + 3920 = 4745,8N/m2 Khi tính smax theo 2 phương vuông góc với nhau, lúc đó xem như vật thể đã chất đầy trong bồn rửa. Thể tích bồn rửa: vb = 0,2 . 0,8 . 2,5 = 0,4m3 Khối lượng tối đa của vật chứa trong bồn có thể đạt M = 300 – 350 kg. Chọn m = 300kg Theo công suất 2 tấn/giờ thì 300kg phải tiêu tốn khoảng thời gian rửa là 540s. Tc . 3 4745,8 . 3 Nc = --------- = --------------- = 26,4w (b) 540 540 = 0,026kw So sánh giữa (a) và (b). Ta chọn (b) (Nc)min = 0,026kw Công suất thủy lực cần thiết: Nct = 2,6 + 0,026 = 2,626kw. 3.4. TỔN THẤT ĐƯỜNG ỐNG MÁY BƠM 3.4.1. Giới thiệu chung về hệ thống đường ống: 3.4.1.1.Khái niệm: Sức cản thủy lực xuất hiện trong chất lỏng nhớt. Sức cản này gây ra tổn thất năng lượng của chất lỏng hay còn gọi tổn thất cột nước. Người ta phân biệt ra 2 dạng tổn thất cột nước. a) Sức cản ma sát (tổn thất dọc đường): Phân bố dọc theo chiều dài dòng chảy một cách đều đặn (đối với dòng chảy đều) hoặc gần như vậy (đối với dòng chảy đổi dần). Phần năng lượng của dòng chảy tiêu hao để khắc phục sức cản này gọi là tổn thất dọc đường (hđ). Tổn thất này tỉ lệ thuận với chiều dài dòng chảy. b) Sức cản cục bộ: Thiết kế máy rửa nông sản CBHD: PGS-TS Nguyễn Thanh Nam SVTH: Lương Văn Lượng Trang 28 Xảy ra tập trung ở một số khu vực, tại đó dòng chảy chịu sự biến dạng cục bộ hay biến đổi đột ngột. Phần năng lượng tiêu hao của chất lỏng để khắc phục sức cản này gọi là tổn thất cục bộ (hc). Nói chung tổn thất này không phụ thuộc chiều dài dòng chảy mà phụ thuộc vào dạng hình học của sức cản cục bộ. Sức cản cục bộ xảy ra độc lập. Với giả thiết các dạng tổn thất trên xảy ra độc lập với nhau thì tổn thất năng lượng hw của dòng chảy có thể viết như sau: hw = ∑hđ + ∑hc 3.4.1.2 .Mục đích yêu cầu của hệ thống đường ống: - Vận chuyển nước từ bể chứa đến miệng phun tia. Tạo cho nước có một năng lượng nhất định và truyền năng lượng này đến sản phẩm cần rửa bằng máy bơm cánh dẫn. - Khi vật rắn và chất lỏng nhớt bao quanh có chuyển động tương đối với nhau thì giữa chúng sẽ phát sinh lực cản. Đó là sức cản thủy lực, sức cản này được xác định bởi tác dụng của lực ma sát giữa vật và chất lỏng. Lực ma sát được tạo nên từ độ chênh áp suất ở trước và sau vật. Chính lực ma sát là nguyên nhân trực tiếp làm bong tróc các phần tử không cần thiết bám dính bên ngoài sản phẩm. Do đó hệ thống đường ống phun tỉa phải tạo được chuyển động tương đối giữa vật và dòng chất lỏng. - Đảm bảo các dòng tia sẽ được phân bố đều trong bể rửa và nước trong bể luôn ở trạng thái chuyển động trong quá trình rửa (làm việc). Áp lực tại mỗi miệng phun tia phải bằng nhau. 3.4.1.3. Sơ đồ bố trí hệ thống đường ống (Hình 3.4) a) Cách bố trí: Thiết kế máy rửa nông sản CBHD: PGS-TS Nguyễn Thanh Nam SVTH: Lương Văn Lượng Trang 29 - Một đường ống hút nối bơm với bể chứa nước thông qua khớp nối và lưới chắn rác trước khi vào bơm chằm loại bỏ bớt cặn rác còn sót lại trong bể chứa. - Một đường ống đẩy (A) dẫn nước từ bơm lên bể rửa, sau khi vào bể rửa đường ống chính sẽ được phân ra 3 đường ống nhánh. Rải dọc theo chiều ngang bể rửa nhằm đảm bảo áp lực dòng tia rải đều toàn bộ diện tích bể rửa. - Một đường ống đẩy (B) rẽ nhánh từ đường (A) với tiết diện lớn hơn nhằm làm giảm vận tốc và áp suất dẫn nước đến tăng quay rửa xối lên vật trước khi ra khỏi bể rửa. b) Cấu tạo: Hệ thống đường ống được thiết kế theo tiêu chuẩn như sau: Vị trí ống Vật liệu Đường kính (m) Chiều dài (m) Đầu nối Chi tiết điều chỉnh Thẳng 900 Rẽ 3 Ống hút (1) Thép Schedule 42,164 1,5 01 Ống đẩy (2) Thép Schedule 28,83 6 01 01 03 01 van an toàn Ống đẩy (3) Thép Schedule 48,26 3 01 04 01 điều chỉnh Q Thép Schedule 01 van kiểm tra * Số lổ phun tia trên đường ống nhánh: Thiết kế máy rửa nông sản CBHD: PGS-TS Nguyễn Thanh Nam SVTH: Lương Văn Lượng Trang 30 Ta có chiều dài ống nhánh: l = 0,7m Khoảng cách giữa 2 lổ: K = 0,1m Do 2 đầu không có lổ phun nên số lổ trên 1 nhánh là: 0,5 lổ. Tổng số lổ của hệ thống phun tia: ∑S1 = 5. 3 = 15 lổ 3.4.2. Cơ sở tính toán đường ống thủy lực: Đường ống dùng để vận chuyển chất lỏng. Tùy theo nhiệm vụ mà hệ thống đường ống có thể là đường ống dài hoặc đường ống ngắn. Trong tính toán thủy lực đường ống, người ta căn cứ vào tổn thất cục bộ so với tổn thất dọc đường mà chia đường ống ra làm 2 loaị: - Đường ống dài: là đường ống trong đó tổn thất dọc đường được xem là chủ yếu thường: m αv2 h ∑Hc + ------ ≤ (5 – 10%) ∑Hd i=1 2g i=1 - Đường ống ngắn: là loại ống có tổn thất cục bộ đáng kể so với tổn thất dọc đường. m αv2 h ∑Hc + ------ > 10%) ∑Hd i=1 2g i=1 Trong phạm vi luận văn ta chỉ xét hệ thống thủy lực là đường ống ngắn, dòng chảy trong ống là dòng có áp. Chảy đều trạng thái là chảy rối. Về mặt thủy lực, hệ thống đường ống tốt là hệ thống dẫn chất lỏng đến nơi tiêu thụ đúng yêu cầu về lưu lư