Tính toán và thiết kế thiết bị ngưng tụ barômét

, ttb = 250C ta có Qtb = 5000. 0,5.(101 - 25) = 190000 kJ - Tổng lượng nhiệt cần cấp: Q1 = Qc + Qtb = 3258144 + 190000 = 3448144 kJ * Lượng nhiệt này được cấp bởi hơi nước bão hoà 7 at, theo bảng I.249 {I} ta có nhiệt độ của hơi nước là: th = 1640C Sau khi thực hiện quá trình trao đổi nhiệt nước sẽ ngưng tụ, nhiệt ngưng tụ nước bằng nhiệt ban đầu Theo bảng I.251{I} ta có: nhiệt lượng riêng của hơi nước ở p = 7at; t = 1640C là: i’= 2769 kJ/kg nhiệt lượng riêng của nước ngưng i” = 673,4 kJ/kg Lượng hơi nước cần cung cấp : D1 = = = 1645 kg * Thời gian để đun sôi cá là t1 = 40 phút, vậy lưu lượng hơi nước cần cấp trong thời này là: D1’ = 1645.= 2468 kg/h 2.1.3. Lượng nhiệt để bốc hơi: Quá trình bốc hơi xảy ra sau khi quá trình đun nóng cá đến nhiệt độ tối cao, trong suốt quá trình nhiệt độ không thay đổi - Lượng nước cần bốc hơi là : W = 75%. G1 = .8000 = 6000 kg - Nhiệt lượng cần để bốc hơi là: Q2 = W. r (kJ) trong đó r: nhiệt hoá hơi r = 2260 kJ/kg ta có Q2 = 6000.2260 = 13560000 kJ * Lượng hơi nước cần cung cấp D2 = = = 6470 kg Quá trình bốc hơi nước xảy ra trong thời gian t2 = 120 phút, vậy lưu lượng hơi cần cấp trong thời gian này là : D2’ = 6470. = 3235 kg/ h 2.1.4. Quá trình sấy cá: Sau quá trình bốc hơi, lượng nước thoát ra ngoài gần như hầu hết, lượng cá còn lại G3 = G1 - W = 2000 kg - Quá trình sấy cá với độ ẩm còn lại là w1= 30% xuống w2 = 10% Lượng ẩm cần bốc hơi trong quá trình sấy là: W3 = G1. = 2000. = 445 kg - Nhiệt lượng để sấy cá: Q3 = W3.r = 445. 2260 = 1005700 kJ - Lượng hơi nước cần cấp: D3 = = = 480 kg - Thời gian để thực hiện giai đoạn này lớn hơn hai giai đoạn trước, được tính theo công thức VII.53-{II}: t = trong đó b : hê số chứa của thùng là tỉ số diện tích chúa đầy vật liệu của thùng với diện tích tiết diện ngang của thùng, lấy b = 0,15 r : khối lượng riêng của vật liệu r = 1500 kg/m3 A: cường độ bốc hơi là lượng ẩm được lấy đi từ 1m3 thể tích thùng trong 1 giờ, A = 40 kg/m3h ta có t = = 75 phút Quá trình bốc hơi nước xảy ra trong thời gian t3 = 75 phút, vậy lưu lượng hơi cần cấp trong thời gian này là : D2’ = 480. = 384 kg/ h 2.1.5. Thời gian quá trình trong một mẻ: Đồ thị biểu diễn ba giai đoạn sấy Máy làm việc gián đoạn theo từng mẻ do đó tổng thời gian làm việc bao gồm thời gian phụ để chuẩn bị , thời gian cho quá trình sấy T = t1 + t2 + t3 + tp Trong đó: t1 là thời gian đun nóng đến nhiệt độ sôi t2 là thời gian bốc hơi t3 là thời gian sấy tp là thời gian phụ ta có T = 40 + 120 + 75 + 25 =260 phút 2.1.6. Bảng thống kê Giai đoạn Thời gian phút lưu lượng hơi cấp kg/h Lượng nhiệt cần kJ 1 T1 = 40 D1 = 2468 Q1 = 3448144 2 T2 = 120 D2 = 3235 Q2 =13560000  3 T3 =75 D3 = 384 Q3 = 1005700  ST = 235 SD = 6087 SQ = 18012844 2.2. Xác định kích thước của thiết bị: 2.2.1. Kích thước cơ bản: Khi tính toán thiết bị sấy cần phải biết cường độ của thùng theo dộ ẩm ( lượng ẩm được lấy đi từ 1m3 thể tích thùng trong 1giờ) A kg/m3 và đường kính thùng Dt. Theo tiêu chuẩn chọn đường kính thùng Dt = 2000 mm = 3 Thể tích thùng xác định theo giá trị của cường độ A Vt = m3 Chiều dài thùng Lt = m Tuy nhiên máy sấy làm việc gián đoạn, đồng thời lượng hơi ẩm thoát ra được hút ra ngoài bằng bơm chân không. Vậy chọn đường kính thiết bị D = 2 m chiều dài thiết bị L = 6 m - Đường kính trục rỗng d = 0,2 m - Rãnh xoắn là hình bán trụ được gắn vào cánh dĩa, với dr = 80 mm - Bước xoắn của rãnh xoắn là b = 300 m m - Bán kính của cánh đĩa Rc = 860 m m 2.2.2. Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt: Dựa vào kích thước của thiết bị đã xác định ở trên, tính bề mặt trao đổi nhiệt của thiết bị giữa hơi nước bão hoà và vật liệu cá. Việc tính toán bề mặt trao đổi nhiệt là rất quan trọng, là yếu tố ảnh hưởng đến toàn bộ quá trình sấy. Bề măt trao đổi nhiệt ảnh hưởng đến lượng hơi nước cần cấp, ảnh hưởng đến thời gian quá trình sấy. Nếu bề mặt trao đổi nhiệt lớn thì lượng nhiệt cấp cho cá sẽ tăng lên, đồng thời lượng nhiệt tổn thất cũng tăng lên. Với máy sấy cá, bề mặt trao đổi nhiệt được thiết kế chủ yếu là những bề mặt của rãnh xoắn ốc được hàn lên các cánh đĩa. Bề mặt này tiếp xúc với vật liệu thay đổi liên tục nhờ trục rỗng quay với tốc độ nhất định nên làm tăng quá trình tiếp xúc với vật liệu cũng như tăng quá trình trao đổi nhiệt. Với thiết kế bề mặt trao đổi nhiệt như thế cần phải bố trí nhiều cánh đĩa gần nhau, như vậy mới đảm bảo cho quá trình cấp nhiệt.Tuy nhiên sẽ làm cho không gian thùng sấy sẽ rất nhỏ, lượng vật liệu chưa trong thùng sấy it hơn, làm giảm năng suất. Để hợp lý hơn cho quá trình sấy, ta tăng bề mặt trao đổi nhiệt lên bằng cách dùng bao hơi trao đổi nhiệt ở phía ngoài, bao hơi phủ lên bên ngoài 2/3 vỏ thùng sấy, còn 1/3 vỏ thùng phía trên vẫn để nguyên. Như thế bề mặt truyền nhiệt tăng lên do đó có thể giảm số cánh đĩa xuống, đồng thời không gian chứa vật liêu sẽ tăng lên đảm bảo năng suất nhưng kích thước của thiết bị không tăng lên. Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt được xác định: F = F vỏ + Ftruc + Franh - Diện tích rãnh xoắn: Xem rãnh xoắn ốc ở bên một mặt cánh đĩa là một hình bán trụ cuốn thành hình xoắn ốc có đường kính là: dr = 80 m m Đường xoắn ốc có 2 tâm là O, hai điểm O1 O2 là tâm các đường tròn kế tiếp của rãnh xoắn ốc như trên hình vẽ 1/2 vòng xoắn đầu có tâm là O1, bán kính r1 = 150 mm, độ dài của vòng xoắn được tính: l1 = p.r1 1/2 vòng xoắn ốc thứ 2 có tâm O2, bán kính r2 = 300 mm, độ dài của vòng xoắn được tính: l2 = p.r2 1/2 vòng xoắn ốc thứ 3 có tâm O1, bán kính r2 = 450 mm, độ dài của vòng xoắn được tính: l3 = p.r3 1/2 vòng xoắn ốc thứ 4 có tâm O2, bán kính r2 = 600 mm, độ dài của vòng xoắn được tính: l4 = p.r4 Vậy hình xoắn ốc là tổng các vòng xoắn ốc đã xác định ở trên, có nghĩa đó là 1 hình bán trụ có chiều dài là: l = l1 + l2 + l3 + l4 + p.160 = p.(r1 + r2 + r3 + r4 + 160 ) Diện tích của hình bán trụ ở phần không tiếp xúc với cánh đĩa S1’ = (p.).l = (p.).p.(r1 + r2 + r3 + r4 +160) = (3,14.).3,14.( 150 + 300 + 450 + 600 +160) = 654677 mm2 = 0,655 m2 Một cánh đĩa có hai mặt là đường xoắn ốc, vậy bề mặt trao đổi nhiệt là: S1 = 2.0,655 = 1,3 m2 Chọn số cánh đĩa trên trục là : n = 30 đĩa Vậy tổng diện tích bề mặt trao đổi nhiệt trên cánh đĩa: Sranh = 1,3.30 = 39 m2 thân thùng cánh đĩa rãnh xoắn 1720 200 0 1 0 2 300 80 Hình vẽ cánh đĩa - Diên tích phần vỏ: là phần diện tích 2/3 bề mặt ngoài của vỏ hình trụ nằm ngang không tính phần đáy Vỏ trụ có đường kính là D = 2m, chiều dài L = 6 m ta có Fvo = = thay số vào ta có: Fvo = .3,14.2.6 = 25,12 m2 120 1320 - Diện tích phần trục rỗng: là phần diện tích còn lại của trục rỗng khi gán cánh đĩa lên đó: Ftruc = (2). L trong đó d là đường kính trục rỗng d = 0,2 m ta có Ftruc = 3,12.0,2.6 = 3.768 m2 Vậy tổng diện tích bề mặt trao đổi nhiệt: F = F vỏ + Ftruc + Franh = 39 + 25,12 + 3,768 = 67.88 m2 2.2.3.Tính số vòng quay của trục rỗng: Số vòng quay của trục máy sấy phụ thuộc vào chiều dài, góc nghiêng đặt thùng, thời gian vật liêu lưu lại trong thiết bị sấy, được xác định theo công thức {III}: n = vòng/phút trong đó: L chiều dài trục L = 6m t thời gian sấy t = 253 phút d đường kính của trục d = 0,2m m là hệ số phụ thuộc vào cấu tạo trục có gắn thêm cánh đĩa, m = 1 k là hệ số phụ thuộc vào phương thức sấy và tính chất vật liệu. chọn k = 0,7 sấy xuôi chiều Thay số vào ta được: n = = = 2,4 vòng /phút 2.2.4. Công suất cần thiết để làm quay trục: Theo công thức (VI.54)-{II}: N = 0,0013.d3.L.r.b.n kW trong đó : b là hệ số công suất phụ thuộc vào hệ số chứa và cánh đĩa, với hệ số với hệ số chứa b = 0,15 ta có b =0,026 L chiều dài trục L =6 m d là đường kính trục d = 0,2m r là khối lượng riêng của vật liệ sấy r = 1500 kg/m3 n số vòng quay của trục n =2,4 vòng/phút Thay số vào ta có: nếu tính cho cả cánh đĩa với đường kính dc = 1,72 m N = 0,0013.dc3.L.r.b.n = 0,0013. 1,723.6.1500.0,026.2,4 = 3,72 KW Vậy công suất cần thiết để làm quay trục là: N = 3,72 KW 2.3. Xác định hệ số trao đổi nhiệt: 2.3.1. Xác định hiệu nhiệt độ trung bình: Khi tính chế độ nhiệt độ của thiết bị trao đổi nhiệt, trước hết cần xác định đặc tính biến đổi nhiệt độ của chất tải nhiệt.Chọn sơ đồ chuyển động biểu diễn các đặc tính biến đổi nhiệt độ của các môi trường làmviệc: t(tb) giai đoại I Giai đoạn II Giai đoạn III tL tN + Giai đoạn thứ nhất: thể hiện trên hình vẽ,là quá trình đun nóng lên nhiệt độ sôi. Các thông số nhiệt độ: nhiệt độ hơi bão hào cấp: t1’ = 1640C nhiệt độ hơi nước ngưng tụ: t1’ = 1640C nhiệt độ cá vào : t2’ = 200C nhiệt độ bốc hơi: t2” = 1010C Hiệu nhiệt: DtL = t1’ – t2’ = 164 – 20 =1440C DtN = t1’ – t2” = 164 – 101 = 630C Hiệu nhiệt độ trung bình được xác định: = = 960C + Giai đoạn thứ hai: là quá trình bốc hơi, nhiệt độ quá trình không thay đổi. Các thông số nhiệt độ: nhiệt độ hơi nước: t1’ = 1640C nhiệt độ cá : t2” = 1010C Hiệu nhiệt độ trung bình: Dttb2 = 164 – 101 = 630C + Giai đoạn thứ ba: là quá trình sấy sau cùng, nhiệt độ của vật liệu sấy giảm. Các thông số nhiệt độ: nhiệt độ hơi nước t1’ = 1640C nhiệt đọ của cá ra t3” = 600C Hiệu nhiệt: DtL = t1’ – t2’ = 164 – 101 = 630C DtN = t1’ – t3’ = 164 – 60 = 1040C Hiệu nhiệt độ trung bình được xác định: = = 820C + Hiệu nhiệt độ trung bình của cả quá trình: Dttb = (Dt1 +Dt2 + Dt3 ) = (96 + 63 + 82) = 800C 2.3.2. Xác định hệ số cấp nhiệt từ hơi ngưng tụ đến thành thiết bị a1: Cường độ cấp nhiệt trong trường hợp này phụ thuộc vào tinh chất của hơi ngưng tụ, nhiệt lưu riêng của bề mặt ngưng tụ q hay chênh lệch nhiệt độ Dt = ts - tw, vị trí, hình dáng và cách bố trí bề mặt trao đổi nhiệt Trên cơ sơ những quyết định có tính chất lý thuyết về quá trình và công trình nghiên cứu thực nghiệm về quá trình ngưng tụ đã chứng minh rằng, hệ số cấp nhiệt phụ thuộc vào chế độ chảy qua lớp màng ngưng tụ và xác định bằng chuẩn số - tích số phức hợp ( GA, Pr, KK) Theo kết quả của phương pháp tính các số gần đúng liên tiếp, ta lấy = 0,276 và tính nhiệt độ lớp màng của chất ngưng tụ, mà trong trường hợp này là nhiệt độ cần xác định: tng = ts – 0,5..Dttb = 164 – 0,5.0,276.80 = 1520C ở nhiệt độ này các thông số vật lý và số Pơran của chất ngưng tụ chọn theo cá bảng số liệu theo bảng I.129 -{I} Cp = 4,312 kJ/kg0C ; l = 0,683 W/m0C u = 0,186.10 -6 m2/s ; Pr = 1,17 - ẩn nhiệt ngưng tụ khi nhiệt độ hơi bão hoà ở nhiệt độ t = 1640C r = 495,2 Kcal/kg - Hiệu số nhiệt độ riêng có trong chuẩn số ngưng tụ Kk Dt1 = t1’ – tw’ = 164 – 136 = 28 0C trong dố tw được tính theo công thức: tng = 0,5.(tw’ + t1’) tw’ = Vậy nhóm chuẩn số ( GA, Pr, KK) bằng : ( GA, Pr, KK) = = = 1,58.1014 Với trường hợp ( GA, Pr, KK) < 1015 dùng được phương trình chuẩn số tính toán: Nu1 = 1,15. ( GA, Pr, KK)1/4 = 1,15 (1,58.1014)1/4 = 4077 Hệ số cấp nhiệt từ hơi đến thành thiết bị: a1 = Nu1. = 4077. = 1392 2.3.3. Hệ số cấp nhiệt từ thành thiết bị đến vật liệu a2: Ta biết vật liệu sấy là cá với độ ẩm rất cao, sau khi vào máy sấy cá vừa được cấp nhiệt vừa được cánh đĩa khuấy trộn nên tạo thành một hỗn hợp lỏng, ta xem hỗn hợp lỏng này có tính chất như là nước Các tính chất của vật liệu sấy được xác định thông qua nhiệt độ trung bình của vật liêu sấy tc = t1’ - Dttb = 164 – 80 = 840C Thông số vật lý của nước ở nhiệt độ tc = 800C theo bảng I.129 -{I} Cp = 5,02 kJ/kg0C ; l = 0,665 W/m0C u = 0,416.10 -6 m2/s ; Pr = 2,66 Do vật liệu sấy được khuấy trộn bằng cánh đĩa nên chuẩn số Nu có dạng sau: Nu2 = 0,36. Re2/3.Pr1/3 trong đó ta lấy nhiệt độ trung bình của chất vật liệu sấy và vận tốc khuấy trộn làm các đại lượng cần xác định. Chuẩn số Re và Nu có dạng sau: Re = ; Nu = trong đó: - dc đường kính cánh khuấy d = 1,72 m - D đường kính thiết bị D = 2 m - n số vòng quay của trục n = 2,4 vòng/phút - n hệ số nhớt động học n = 0,416.10 -6 m2/s Ta có: Re = = = 3,64.106 Vậy Nu2 = 0,36. Re2/3.Pr1/3 = 0,36. (3,64.106)2/3.2,661/3 = 3639 Hệ số cấp nhiệt từ thành thiết bị đến vật liệu sấy: a2 = Nu2. = 3639. = 1210 2.3.4. Hệ số truyền nhiệt: Bài toán truyền nhiệt giữa một bên là trao đổi nhiệt đối lưu do hơi nước bão hoà ngưng tụ và một bên là trao đổi nhiệt giữa vật liệu sấy bốc hơi ẩm, có thể xem là bài toán truyền nhiệt qua tường phẳng. Nếu xem a1 là hệ số trao đổi nhiệt khi ngưng và a2 là hệ số trao đổi nhiệt từ thành thiết bị sang vật liệu sấy thì hệ số truyền nhiệt K được xác định: trong đó: d chiều dày vỏ thiết bị d = 10 mm l hệ số truyền nhiệt vật liệu làm thiết bị , chon vật liệu thép CT3, ở nhiệt độ Dttb = 800C ta có l = 50,2 W/m0C thay số vào == 573 W/m2 0C Do có nhiều chất cặn bẩn bám vào thành thiết bị nên lấy hệ số sử dụng bề mặt trao đổi nhiệt là: j = 0,85 Vậy hệ số truyền nhiệt : K = j.K0 = 0,85.573 = 487 W/m2 0C 2.3.5. Quá trình truyền nhiêt: Phương trình cơ sở đối với sự tính toán quá trình trao đổi nhiệt là: Q = k.F.Dttb.t trong đó - Q : nhiệt lượng cần cấp W.h - F : diện tích bề mặt trao đổi nhiệt, m2 - Dttb : hiệu nhiệt độ trung bình, 0C - K : hệ số trao đổi nhiệt, W/m2 0C - t : thời gian quá trình sấy , h Do quá trình cấp nhiệt diễn ra theo từng giai đoạn khác nhau, vì vậy cần áp dụng phương trình cho từng giai đoạn. Trong ba giai đoạn thì giai đoạn cấp nhiệt cho quá trình bốc hơi là lớn nhất, đồng thời thời gian cấp nhiệt theo yêu cầu là nhỏ nhất. Vậy ta kiểm tra với lượng nhiệt cần cấp như thế có đảm bảo thời gian cho quá trình. ta có Q2 = k.F.Dttb2.t2 nhiệt lượng cấp cho giai đoạn thư hai Q2 = 13560000 kJ Dttb2 = 630C ; K = 487 W/m2 0C ; F = 67.88 m2 Vậy thời gian : = = 1,8 h = 108 phút Mặt khác theo lý thuyết giai đoạn cấp nhiệt cho quá trìng bốc hơi cần thời gian lá 120 phút, vậy thời gian cấp nhiệt thực tế là ít hơn. Để đảm bảo lượng nhiệt cung cấp ta giảm áp suất hơi bão hoà của hơi nước xuống thấp hơn 7at, khi đó nhiệt độ của hơi nước và nước ngưng sẽ thấp hơn III. Tính toán cơ khí cho thiết bị sấy: 3.1. Tính bích thiết bị: 3.1.1. Xác định kích thước cơ bản: Do thiết bị sấy cần bảo đảm độ chân không trong quá trình sấy do đó hai bích phía hai đầu thùng sấy phải đảm bảo tiêu chuẩn. Dựa vào đường kính của thiết bị ta xác định được kích thước của bích: Đường kính trong của thiết bị: Dt = 2000 mm Đường kính ngoài của thiết bị: D0 = 2015 mm Ta có: Đường kính ngoài bích: D = 2141 mm Đường kính tâm bulông: Db = 2090 mm D1 = 2060 m Bu lông M20, db = 28 mm, Z = 44 cái Bề dày bích: h = 32 m m 3.1.2. Lực vận hành Tính bích giữa thân và nắp thùng khuấy: + Tính bu lông ghép bích: Theo {V} ta có lực nén chiều trục sinh ra do xiết bu lông: Dt - đường kính trong của thiết bị, Dt = 2000 mm. p - áp suất môi trường trong thiết bị, p = 0,1 N/mm2. Dtb - đường kính trung bình của đệm. Các loại đệm bít kín chọn vật liệu đệm là thép không rỉ với nhiệt độ lớn nhất của môi trường là 2000C. Dtb = 2040 mm. b0 – bề rộng tính toán của đệm b0 = ( 0,5 á 0,8 ) b b – bề rộng thực của đệm, b = 10 mm -> b0 = 50 mm. m – hệ số áp suất riêng, phụ thuộc vào vật liệu và loại đệm. q0 - áp suất riêng cần thiết để làm biến dạng dẻo đệm. Giá trị đại lượng q0 với thép m = 5,5 : q0 =120 ( N/ mm2 ) nên lực ép chiều trục sinh ra do xiết chặt bu lông: Lực cần thiết ép chặt đệm ban đầu: Q2 = p. Dtb .b0 .q0 = p.2040.50.120 = 3,85.106 (N) Lực tác dụng lên bu lông là: Q = Q1 + Q2 = 8,75.106 (N) Lực tác dụng lên một bu lông theo công thức : với z: số bu lông đã chọn là z = 44 chiếc. Đường kính chân ren của bu lông xác định theo công thức: Chọn dt = 32 mm. với [s]- ứng suất cho phép của vật liệu làm bu lông. Tra bảng {II} ứng suất cho phép của vật liệu làm bu lông [s] phụ thuộc vào nhiệt độ {s}=280 N/mm2 với thép 25X2MFA. - ứng suất tác dụng lên bu lông được xác định theo công thức {II}: 3.2. Tính toán bộ truyền động: 3.2.1. Chọn động cơ: Chọn động cơ điện để dẫn động máy móc hoặc các thiết bị công nghệ là giai đoạn đầu tiên trong qúa trình tính toán thiết kế máy. Trong trường hợp dùng hộp giảm tốc và động cơ thì việc chọn đúng loại động cơ ảnh hưởng rất nhiều đến việc lựa chọn hộp giảm tốc cũng như bộ truyền ngoài hộp. Muốn chọn đúng động cơ cần hiểu rõ đặc tính và phạm vi hoạt động của từng loại. Với thiết bị này ta chọn động cơ điện xoay chiều ba pha không đồng bộ rô to ngắn mạch với ưu điểm: kết cấu đơn giản, giá thành tương đối hạ, dễ bảo quản, làm việc tin cậy, có thể mắc trực tiếp vào lưới điện ba pha không cần biến đổi dòng điện. Nhược điểm là: hiệu suất và công suất thấp (so với động cơ ba pha đồng bộ), không điều chỉnh được vận tốc ( so với động cơ một chiều và động cơ ba pha không đồng bộ rôto dây cuốn). Nhờ có nhiều ưu điểm cơ bản, động cơ xoay chiều ba pha không đồng bộ rôto ngắn mạch được sử dụng rất phổ biến trong các nghành công nghiệp. Để dẫn động các thiết bị vận chuyển, băng tải, xích tải, thùng trộn. Công suất động cơ: Trong đó: + k = 2: hệ số quá tải khi khởi động. + htd : hiệu suất truyền động: htd =hgt .ho8 .hnt. .hđ .hx Với: hgt = 0,97: hiệu suất hộp giảm tốc. ho = 0,99: hiệu suất ổ. hnt= 0,95: hiệu suất nối trục. hx = 0,96: hiệu suất bộ truyền xích hd =0,95: hiệu suất bộ truyền đai ị htd =0,97. 0,998. 0,95.0.96.0,95 = 0,775 + hhd = 0,9 : hiệu suất hộp đệm. Do đó công suất động cơ: Ta có công suất động cơ Nđc = 9,34 (KW) và số vòng quay của trục khuấy là n = 2,4 vòng/phút. Do đó, theo trang 238 bảng phụ lục (P1.3 - VI). Các thông số kỹ thuật của động cơ 4A chọn kiểu động cơ: 4A- 132M4Y3 với các thông số: . Công suất N = 11 kW. . Vận tốc vòng n = 1458 vòng/phút. . Cos j = 0,87. . h = 89% . . TMax/ TDN = 2,2 . . TK/ TDN = 2 . Theo trang 242 bảng phụ lục (P1.7- VI). Kích thước của động cơ 4A: . Kích thước lắp đặt: L30 = 530; H31 = 350; D30 = 302. . Trọng lượng động cơ G = 93 kg. 3.2.2. Xác định bộ truyền động: Trong các hệ dẫn động cơ khí thường sử dụng các bộ truyền bánh răng hoặc trục vít dưới dạng một tổ hợp biệt lập, được gọi là hộp giảm tốc. Hộp giảm tốc là cơ cấu truyền động bằng ăn khớp trực tiếp, có tỉ số truyền không đổi và được dùng để giảm vận tốc góc và tăng mômen xoắn. Tuỳ theo tỉ số truyền chung của hộp giảm tốc, người ta phân ra hộp giảm tốc một cấp và hộp giảm tốc nhiều cấp. Tuỳ theo loại truyền động trong hộp giảm tốc phân ra: hộp giảm tốc bánh răng trụ, hộp giảm tốc bánh răng côn hoặc côn - trụ, hộp giảm tốc trục vít, trục vít - bánh răng hoặc bánh răng - trục vít, hộp giảm tốc bánh răng hành tinh, hộp giảm tốc bánh răng vòng và động cơ - hộp giảm tốc. Hộp giảm tốc được sử dụng rộng rãi trong các nghành cơ khí, luyện kim hoá chất,… 3.2.2.1. Xác định tỷ số truyền của hệ dẫn động nđ/c – số vòng quay của động cơ đã chọn, vòng/phút. nlv – số vòng quay của trục máy công tác, vòng/phút. Phân tỷ số truyền của hệ dẫn động: chọn kết cấu truyền động giữa động cơ và hộp giảm tốc, do đó tỉ số truyền của hộp giảm tốc là: Uh = 24. Với tỉ số truyền này ta chọn hộp giảm tốc bánh răng trụ hai cấp. 3.2.2.2. Phân tỷ số truyền của hệ dẫn động: ut = un . uh un - tỉ số truyền của các bộ truyền ngoài hộp giảm tốc. ( un có thể là tỉ số truyền của bộ truyền đai uđ, bộ truyền xích ux, của bộ truyền bánh răng u br … ) là tích của các tỉ số truyền của các bộ truyền này. uh - tỉ số truyền của hộp giảm tốc. Chọn bộ truyền của hộp giảm tốc là truyền động bánh răng trụ hai cấp, tỷ số truyền là : uh = 24 Chọn bộ truyền ngoài hộp giảm tốc gồm : Truyền động xích từ động cơ đến hộp giảm tốc, tỷ số truyền ux = 5 Truyền động đai từ hộp giảm tốc đến trục, tỷ số truyền uđ = 4 Sơ đồ truyền động cho trục 1- Động cơ điện ; 2 – Truyền động xích: 3 – Hộp giảm tốc 4 – truyền động đai: 5: Khớp nối 3.2.2.3. Xác định sơ bộ các bộ truyền động: 2.3.1. Bộ truyền xích: Đĩa nhỏ có số vòng quay cùng trục động cơ : n = 1458 vòng/phút Với tỷ số truyền là: ux = 5, ta có số vòng quay của đĩa lớn nx = vòng/phút Số răng của đĩa nhỏ: z1 = 22; Số răng của đĩa lớn: z2 = ux.z1 = 5.22 = 110 Chọn bộ truyền xích một dây có bước xích : p = 25,4 mm khoảng cách trục: a = 40.p = 40 .25,4 = 1016 mm Đường kính đĩa xích: = = 178 mm = = 889 mm 2.3.2. Bộ truyền hộp giảm tốc: Với tỷ số truyền uh = 24, chọn hộp giảm tốc bánh răng trụ hai cấp, Chọn hộp giảm tốc 2 cấp phân phối tỷ số truyền trong hộp giảm tốc uh cho các cấp theo bảng 3.1-Trang 43-{VI}: u1 = 6,48 u2 = 3,5 Số vòng quay của trục một băng số vòng quay trục đĩa lớn của bộ truyền xích n1 = 291,6 vòng/phút Số vòng quay trục hai: (vòng/phút) Số vòng quay trục hai: (vòng/phút) 2.3.3. Bộ truyền đai: Số vòng quay của đai nhỏ : n = vòng/phút Chọn đường kính đai nhỏ: d1 = 300 mm đường kính đa lớn: d2 = ud.d1(1-e) = 4.300.(1 - 0,02) = 1200 mm Khoảng cách trục : a = 1,5.( d1 + d2 ) = 1,5.(1200+300) = 2250 mm 3.3. Tính kiểm tra bền cho hệ thống: 3.3.1.Kiểm tra bền cho vỏ thiết bị sấy: Thiết bị vỏ mỏng khi chụi áp suất ngoài hoặc áp suất chân không vượt qua giá trị tới hạn, sẽ mất tính ổn định. Tức là mất hình dạng ban đầu và bị bẹp thành nhiều múi, mặc dầu ưng suất nến trong vỏ đang thấp hơn ứng suất cho phét rất nhiều. Thiết bị sấy là loại vỏ trụ ngắn có thể bẹp thành nhiều múi cho nên có nhiều giá trị áp suất tới hạn tuỳ theo số múi. áp suất tính toán bên ngoài tác dụng lên thành thiết bị bao gồm áp suất do độ chân không trong thiết bị và áp suất trong bao hơi gây ra là: pn = pck + ph = 0,7.106 + 0,1.106 = 0,8.106 N/m2 Trong đó: - pck áp suất gây ra bởi độ chân không, pck= 0,1.106 N/m2 - ph áp suất gây ra do hơi bão hoà, ph = 0,7.106 N/m2 Kiểm tra điều kiện theo XIII.30- {II}: và điều kiện theo XIII.31- {II}: „ = 0,00528 „ 0,523 trong đó D : đường kính của thiết bị D = 2000 mm L : chiều cao thiết bị H = 6000 mm Et : môđun đàn hồi ở nhiệt độ t của thành thiết bị Et = 191 .109 N/m2 (tại t = 500C) Vì thỏa mãn hai điều trên nên ta có thể tính chiều dày thoe công thức XIII.32-{II}: S = 1,25.Dt. + C = 1,25.2.0,00528 + C = 13,2 + C ,m trong đó: C đại lượng bổ sung phụ thuộc vào độ ăn mòn, độ bào mòn và dung sai của chiều dày: C = C1 + C2 + C3 = 1 + 0 + 0,8 = 1,8 m m chọn C1 = 1mm; C2 = 0 mm; C3 = 0,8mm Vậy chiều dày vỏ thiết bị lấy S = 15mm 3.3.2. Kiểm tra bền trục: Trục chịu tác dụng bởi trọng lực của các đĩa, ta xem như trục chịu tải trọng phân bố đều trên đoạn chiều dài mà trục gắn các cánh đĩa. * Xác định tải trọng tác dụng lên thùng: Các cánh đĩa có hình vằn khăn với đường kính trong và ngoài là: d = 110 mm; D = 860 mm ; bề dày h = 9 mm Khối lượng của một cánh đĩa: m = r.V (kg) Trong đó: - r là khối lượng riêng của vật liệu làm trục, chọn thép CT3 có khối lượng riêng r = 7580 kg/m3 - V thể tích của cánh đĩa: V = (p.D2/4 - p.d2/4).h = (3,14.8602/4 – 3,14.1102).9 = 5140000 mm3 Vậy m = 7580.0,00514 = 40 kg Có 30 cánh đĩa trên trục, vậy tải trọng tác dụng lên thùng là: P = 30.g.m = 30.9,81.40 = 11772 N Tải trọng phân bố đều tác dụng lên trục: q = P/L = 11772/6 = 1926 N/m * Mô men uốn lớn nhất tác dụng lên trục: Mu = q.L.(a + L/2) = 1926.6.( 0,5 + 6/2) = 41202 N.m *Mô men xoắn sinh ra khi trục quay: Mx = 9736. (N.m) Trong đó: - N công suất tiêu hao N = 3,72 KW - n số vòng quay của trục n = 2,4 vòng/phút Thay số vào ta có: Mx = 9736. = 97,36.15090,8 N.m * Mô men tính toán khi thùng chịu uốn và chịu xoắn: M = N.m * Mô men chống uốn: W = 0,785.d3.S (cm3 ) Trong đó: d là đường kính ngoài trục d = 22 cm S là chiều dày của trục S = 1 cm Ta có W = 0,785.d3.S = 0,785.223.1 = 8358 (cm3 ) Vậy ứng suất sinh ra : s = N/cm2 Vật liệu làm trục là thép CT3 có ứng suất cho phép là : [s] = 40.000 N/cm2 mà theo tính toán ta có : s = 420 N/cm2 < [s] = 40.000 N/cm2 Vậy trục đảm bảo bền. * Xác định độ võng của trục: Độ võng lớn nhất của trục là điểm chính giữa 0, theo Vêrêsaghin ta có: yo = Trong đó: - W = = = 188748 N.m2 - Mk = (L/2+a).4/3 = (6/2 + 0,5).4/3 = 4,6 - E môđun đàn hồi E = 2,2.107 N/cm2 - J mômen quán tính J = cm4 Vậy độ võng yo = = = 1,1 cm khoảng cách giữa cánh đĩa với thân thùng : s = 3cm > y0 = 1,1cm Vậy khoảng cách đảm bảo a L/2 L/2 b q M yo 3.3.3. Chọn ổ lăn cho trục : Tải trọng hướng tâm: Fr = 11772 N Tải trọng dọc trục: Fa = 0 Mô men uốn Mu = 41202 N.m Mô men xoắn Mx = 15090,8 N.m Vậy chọn ổ đũa ngắn đỡ theo bảng P2.8-{VI}: khí hiệu ổ 2416 đường kính trong d = 200 mm đường kính ngoài D = 450 mm chương ii: tính toán và thiết kế thiết bị barômét I. Giới thiệu chung về thiết bị ngưng tụ Barụmột Thiết bị ngưng tụ là 1 bộ phận rất quan trọng và cần thiết đối với hệ thống thiết bị cụ đặc dưới chõn khụng. Vỡ trong ngành cụng nghiệp hoỏ chất, cụng nghiệp thực phẩm…khụng yờu cầu thu nước ngưng sạch, cho nờn thường dựng thiết bị ngưng tụ hỗn hợp, nú cú ưu điểm là đơn giản, rẻ tiền hơn thiết bị ngưng tụ bề mặt. Nguyên tắc làm việc chủ yếu trong các thiết bị ngưng tụ trực tiếp là cho hơi nước và nước làm lạnh phun trực tiếp vào nhau. Hơi nước vào thiết bị từ dưới lên, nước làm lạnh được phun từ trên thiết bị xuống. Nước lạnh thu nhiệt lượng do hơi nước thải ra và hơi ngưng tụ lại trộn