Nghiên cứu mô phỏng xác định các thông số ảnh hưởng đến hoạt động của ổ khí tĩnh trong máy ly tâm tốc độ cao

Nghiên cứu mô phỏng xác định các thông số ảnh hưởng đến hoạt động ổ khí tĩnh trong máy ly tâm tốc độ cao, tối ưu hiệu suất và độ bền.

• Tác giả: Nguyễn Duy Tân
• Người hướng dẫn: PGS. Đặng Thiện Ngôn
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí
• Đề tài: Nghiên Cứu Mô Phỏng Ổ Khí Tĩnh Trong Máy Ly Tâm Tốc Độ Cao
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Giới thiệu chung về máy ly tâm
• 1.2. Phân loại máy ly tâm
• 1.2.1. Theo yếu tố phân ly
• 1.2.2. Theo công dụng của máy
• 1.2.3. Dựa vào phương pháp tháo bã
• 1.2.4. Theo cấu tạo chỗ tựa
• 1.3. Máy ly tâm trục đứng
• 1.3.1. Máy ly tâm trục đứng tốc độ thường
• 1.3.2. Máy ly tâm trục đứng tốc độ cao
• 1.3.2.1. Máy ly tâm trục đứng tốc độ cao kiểu đĩa
• 1.3.2.2. Máy ly tâm trục đứng tốc độ cao loại ống
• 1.4. Các máy ly tâm trục đứng công nghiệp sử dụng ở Việt Nam
• 1.4.1. Máy ly tâm dầu điều
• 1.4.1.1. Nguyên lý hoạt động
• 1.4.2. Máy ly tâm 3 chân
• 1.4.2.1. Nguyên lý hoạt động
• 1.4.3. Máy ly tâm chanh dây
• 1.4.3.1. Nguyên lý hoạt động
• 1.4.4. Đánh giá chung
• 1.5. Ứng dụng của ổ khí tĩnh
• 1.5.1. Nguyên lý hoạt động
• 1.5.2. Các thông số ổ khí tĩnh
• 1.6. Các nghiên cứu trong và ngoài nước
• 1.6.1. Các nghiên cứu ngoài nước
• 1.6.2. Các nghiên cứu trong nước
• 1.7. Ý kiến thảo luận và đề xuất nhiệm vụ của đề tài
• 1.7.1. Ý kiến thảo luận
• 1.7.2. Đề xuất nhiệm vụ của đề tài
• 2. CHƯƠNG 2: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Nội dung nghiên cứu
• 2.2. Phương pháp nghiên cứu
• 2.2.1. Phương pháp kế thừa
• 2.2.2. Phương pháp thu thập thông tin
• 2.2.3. Phương pháp tính toán thiết kế
• 2.2.4. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm
• 2.2.4.1. Vật liệu và thiết bị thực nghiệm
• 2.2.4.2. Trang thiết bị phục vụ thực nghiệm
• 2.2.4.3. Phương pháp đo đạc thực nghiệm
• 2.2.4.4. Phương pháp quy hoạch thực nghiệm
• 3. CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 3.1. Cơ sở lý thuyết về máy ly tâm
• 3.1.1. Cơ sở khoa học về máy ly tâm
• 3.1.2. Lực ly tâm và yếu tố phân ly
• 3.1.3. Bề mặt chất lỏng trong thùng
• 3.1.4. Lực kẹp ma sát nghiêng
• 3.2. Cơ sở lý thuyết về dòng chảy chất khí
• 3.2.1. Dòng chảy qua tấm phẳng song song
• 3.2.1.1. Dòng chảy qua rãnh chữ nhật
• 3.2.1.2. Dòng chảy qua rãnh tròn
• 3.2.2. Dòng chảy của chất khí xuyên qua các lỗ nhỏ
• 3.2.3. Dòng chảy qua rãnh nối tiếp
• 3.2.3.1. Dòng chảy qua rãnh nối tiếp trong ổ đỡ
• 3.2.3.2. Dòng chảy qua rãnh nối tiếp trong ổ chặn
• 3.3. Cơ sở tính toán thiết kế ổ khí tĩnh
• 3.4. Các loại vật liệu dùng để chế tạo ổ khí
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
• 4.1. Thiết kế máy ly tâm trục đứng tốc độ cao sử dụng ổ cơ
• 4.1.1. Yêu cầu thiết kế
• 4.1.2. Phương án thiết kế
• 4.1.2.1. Phương án 1 - Hai ổ bi đỡ chặn hai đầu trục
• 4.1.2.2. Phương án 2 - Hai ổ bi đỡ chặn bên dưới thùng
• 4.1.2.3. Phương án 3 - Hai ổ bi đỡ và một ổ bi chặn
• 4.1.2.4. Phương án 4 - Hai ổ bi đỡ chặn bên dưới thùng sử dụng khớp nối
• 4.1.3. Tính toán thiết kế máy ly tâm
• 4.2. Thiết kế ổ khí tĩnh cho máy ly tâm trục đứng tốc độ cao
• 4.2.1. Đề xuất phương án bố trí ổ khí tĩnh
• 4.2.2. Đề xuất kết cấu ổ khí tĩnh
• 4.2.2.1. Đề xuất kết cấu ổ đỡ khí tĩnh
• 4.2.2.2. Đề xuất kết cấu ổ chặn khí tĩnh
• 4.2.3. Đề xuất phương án chế tạo ổ khí tĩnh
• 4.2.4. Tính toán ổ đỡ khí tĩnh
• 4.2.5. Tính toán ổ chặn khí tĩnh
• 4.3. Chế tạo mô hình máy ly tâm trục đứng tốc độ cao sử dụng ổ khí tĩnh
• 4.4. Khảo nghiệm hoạt động
• 4.4.1. Khảo nghiệm không tải
• 4.4.1.1. Bố trí thí nghiệm
• 4.4.1.2. Kết quả khảo nghiệm
• 4.4.2. Khảo nghiệm có tải
• 4.4.2.1. Bố trí thí nghiệm
• 4.4.2.2. Tiến hành thí nghiệm
• 4.4.2.3. Kết quả khảo nghiệm
• 4.4.3. Qui hoạch thực nghiệm
• 4.4.3.1. Kết quả thí nghiệm đơn yếu tố
• 4.4.3.1.1. Kết quả thí nghiệm đơn yếu tố theo áp suất cung cấp
• 4.4.3.1.2. Kết quả thí nghiệm đơn yếu tố theo số vòng quay của trục chính
• 4.4.3.2. Kết quả thí nghiệm đa yếu tố
• 4.4.3.2.1. Chọn vùng nghiên cứu và giá trị biến thiên của thông số đầu vào
• 4.4.3.2.2. Xây dựng ma trận thực nghiệm
• 4.4.3.2.3. Kết quả thí nghiệm
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về Nghiên Cứu Mô Phỏng Ổ Khí Tĩnh Trong Máy Ly Tâm Tốc Độ Cao

Nghiên cứu mô phỏng ổ khí tĩnh trong máy ly tâm tốc độ cao là một lĩnh vực quan trọng trong kỹ thuật cơ khí. Ổ khí tĩnh giúp giảm thiểu ma sát và rung động, từ đó nâng cao hiệu suất hoạt động của máy ly tâm. Việc áp dụng công nghệ này không chỉ cải thiện năng suất mà còn giảm thiểu chi phí bảo trì. Các nghiên cứu hiện tại đang tập trung vào việc tối ưu hóa thiết kế và ứng dụng của ổ khí tĩnh trong các máy ly tâm hiện đại.

1.1. Ứng dụng của Ổ Khí Tĩnh Trong Máy Ly Tâm

Ổ khí tĩnh được sử dụng rộng rãi trong các máy ly tâm tốc độ cao, giúp nâng cao độ chính xác và giảm thiểu tiếng ồn. Công nghệ này cho phép máy hoạt động hiệu quả hơn trong các điều kiện khắc nghiệt.

1.2. Lợi ích Của Việc Nghiên Cứu Mô Phỏng

Nghiên cứu mô phỏng giúp xác định các thông số ảnh hưởng đến hoạt động của ổ khí tĩnh, từ đó tối ưu hóa thiết kế và nâng cao hiệu suất máy ly tâm.

II. Vấn Đề và Thách Thức Trong Nghiên Cứu Ổ Khí Tĩnh

Mặc dù ổ khí tĩnh mang lại nhiều lợi ích, nhưng vẫn tồn tại một số thách thức trong việc áp dụng công nghệ này. Các vấn đề như độ chính xác trong thiết kế, chi phí sản xuất và khả năng duy trì áp suất khí là những yếu tố cần được xem xét kỹ lưỡng. Việc nghiên cứu và phát triển các giải pháp cho những thách thức này là rất cần thiết để nâng cao hiệu quả của máy ly tâm.

2.1. Độ Chính Xác Trong Thiết Kế Ổ Khí Tĩnh

Độ chính xác trong thiết kế ổ khí tĩnh ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất của máy ly tâm. Cần có các phương pháp tính toán chính xác để đảm bảo ổ khí hoạt động hiệu quả.

2.2. Chi Phí Sản Xuất và Bảo Trì

Chi phí sản xuất ổ khí tĩnh có thể cao hơn so với các loại ổ truyền thống. Việc bảo trì cũng cần được xem xét để đảm bảo máy ly tâm hoạt động ổn định.

III. Phương Pháp Nghiên Cứu Mô Phỏng Ổ Khí Tĩnh

Phương pháp nghiên cứu mô phỏng ổ khí tĩnh bao gồm việc sử dụng các phần mềm mô phỏng hiện đại để phân tích động lực học và các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động của ổ khí. Các mô hình này giúp dự đoán hiệu suất và tối ưu hóa thiết kế trước khi chế tạo thực tế.

3.1. Sử Dụng Phần Mềm Mô Phỏng

Các phần mềm mô phỏng như ANSYS hoặc COMSOL được sử dụng để phân tích các thông số ảnh hưởng đến ổ khí tĩnh, từ đó đưa ra các giải pháp tối ưu.

3.2. Thực Nghiệm và Đánh Giá Kết Quả

Sau khi mô phỏng, các thử nghiệm thực tế được thực hiện để đánh giá độ chính xác của mô hình và hiệu suất của ổ khí tĩnh trong máy ly tâm.

IV. Kết Quả Nghiên Cứu và Ứng Dụng Thực Tiễn

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc sử dụng ổ khí tĩnh trong máy ly tâm tốc độ cao không chỉ giảm thiểu ma sát mà còn nâng cao hiệu suất hoạt động. Các thông số như áp suất khí và số vòng quay đã được xác định là những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến độ lệch tâm và độ nâng của máy.

4.1. Ảnh Hưởng Của Áp Suất Khí

Áp suất khí là yếu tố quyết định đến khả năng nâng của ổ khí tĩnh. Nghiên cứu cho thấy áp suất tối ưu giúp giảm thiểu độ lệch tâm trong quá trình hoạt động.

4.2. Kết Quả Thực Nghiệm

Kết quả thực nghiệm cho thấy máy ly tâm sử dụng ổ khí tĩnh hoạt động ổn định với độ lệch tâm thấp, cho phép đạt được năng suất cao hơn.

V. Kết Luận và Tương Lai Của Nghiên Cứu

Nghiên cứu mô phỏng ổ khí tĩnh trong máy ly tâm tốc độ cao đã mở ra nhiều cơ hội mới cho việc cải tiến công nghệ trong ngành cơ khí. Tương lai của nghiên cứu này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều ứng dụng thực tiễn hơn nữa, đặc biệt trong các lĩnh vực yêu cầu độ chính xác cao.

5.1. Tương Lai Của Ổ Khí Tĩnh

Công nghệ ổ khí tĩnh sẽ tiếp tục phát triển và được ứng dụng rộng rãi trong các máy móc hiện đại, giúp nâng cao hiệu suất và giảm thiểu chi phí bảo trì.

5.2. Đề Xuất Nghiên Cứu Tiếp Theo

Cần tiếp tục nghiên cứu để tối ưu hóa thiết kế ổ khí tĩnh và mở rộng ứng dụng của nó trong các lĩnh vực khác nhau, từ công nghiệp chế biến thực phẩm đến sản xuất máy móc chính xác.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Máy ly tâm trục đứng tốc độ cao là thiết bị quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp, đặc biệt trong chế biến thực phẩm và hóa chất, với năng suất phân ly khoảng 25 kg/h. Tuy nhiên, các máy ly tâm truyền thống sử dụng ổ cơ thường gặp phải các vấn đề về rung động mạnh, ma sát lớn và độ bền thấp khi hoạt động ở tốc độ cao (trên 2000 vòng/phút). Những hạn chế này ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và độ an toàn của máy. Đề tài nghiên cứu mô phỏng và xác định các thông số ảnh hưởng đến hoạt động của ổ khí tĩnh trong máy ly tâm tốc độ cao nhằm giảm ma sát, rung động và nâng cao độ chính xác vận hành.

Mục tiêu chính của nghiên cứu là thiết kế, chế tạo mô hình máy ly tâm trục đứng tốc độ cao sử dụng ổ khí tĩnh, đồng thời khảo nghiệm thực nghiệm để đánh giá ảnh hưởng của các thông số như số vòng quay, áp suất khí đến độ lệch tâm và độ nâng của ổ khí. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào máy ly tâm trục đứng tốc độ cao công suất nhỏ, với mô hình thực nghiệm tại thành phố Hồ Chí Minh trong giai đoạn 2015-2017. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc ứng dụng ổ khí tĩnh thay thế ổ cơ truyền thống, góp phần nâng cao hiệu suất, giảm chi phí bảo trì và tăng tính cạnh tranh cho sản phẩm cơ khí trong nước.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Lý thuyết máy ly tâm trục đứng tốc độ cao: Phân loại máy ly tâm theo số vòng quay và công dụng, đặc biệt tập trung vào máy ly tâm trục đứng tốc độ cao với số vòng quay từ 5000 đến 10000 vòng/phút, dùng để phân ly huyền phù mịn và nhũ tương.
• Lý thuyết ổ khí tĩnh: Ổ khí tĩnh là loại ổ trượt không tiếp xúc, sử dụng màng khí mỏng được cấp áp suất cao để nâng đỡ trục quay, giảm ma sát và rung động. Các thông số quan trọng gồm áp suất khí, lưu lượng khí, khe hở giữa trục và ổ, vị trí và kích thước lỗ cấp khí.
• Mô hình toán học mô phỏng dòng khí và lực ly tâm: Sử dụng các phương trình Reynolds và mô hình dòng chảy khí qua các rãnh nhỏ để tính toán áp suất phân bố và lực nâng trong ổ khí tĩnh.
• Khái niệm chính: Độ lệch tâm (e), độ nâng (h), áp suất khí (P), số vòng quay (n), ma sát, rung động, độ cứng vững của ổ.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Thu thập từ tài liệu chuyên ngành, các nghiên cứu trong và ngoài nước về máy ly tâm và ổ khí tĩnh, kết hợp với dữ liệu thực nghiệm từ mô hình máy ly tâm trục đứng tốc độ cao công suất 25 kg/h được thiết kế và chế tạo tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh.
• Phương pháp phân tích: Kết hợp mô phỏng kỹ thuật số và thực nghiệm để khảo sát ảnh hưởng của các thông số đầu vào (áp suất khí, số vòng quay) đến các chỉ tiêu hoạt động (độ lệch tâm, độ nâng). Sử dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm đa yếu tố để xây dựng ma trận thí nghiệm và phân tích kết quả.
• Timeline nghiên cứu: Thực hiện từ tháng 5/2015 đến tháng 10/2017, gồm các giai đoạn: khảo sát tài liệu, thiết kế mô hình, chế tạo thiết bị, tiến hành thí nghiệm không tải và có tải, phân tích dữ liệu và hoàn thiện luận văn.
• Cỡ mẫu và chọn mẫu: Mô hình máy ly tâm trục đứng tốc độ cao với công suất 25 kg/h, sử dụng ổ khí tĩnh được thiết kế đặc biệt phù hợp với điều kiện sản xuất trong nước. Các thí nghiệm được lặp lại nhiều lần để đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy của số liệu.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ảnh hưởng của số vòng quay và áp suất khí đến độ lệch tâm (e): Kết quả thực nghiệm cho thấy độ lệch tâm e (mm) phụ thuộc vào bình phương số vòng quay n (vòng/phút) theo phương trình: $$ e = 0.69442 \times 10^{-10} \times n^2 $$ Ở số vòng quay 5000 vòng/phút và áp suất khí 4,7 bar, độ lệch tâm đạt khoảng 0,0326 mm, cho thấy sự ổn định cao của máy khi sử dụng ổ khí tĩnh.

2. Ảnh hưởng của số vòng quay và áp suất khí đến độ nâng (h): Độ nâng h (mm) cũng tỷ lệ thuận với bình phương số vòng quay theo phương trình: $$ h = 0.1069 \times 10^{-10} \times n^2 $$ Tại điều kiện vận hành tối ưu, độ nâng đạt 0,0335 mm, đảm bảo lớp khí bôi trơn đủ dày để giảm ma sát và rung động.

3. Chế độ hoạt động hợp lý của máy ly tâm: Qua khảo nghiệm, chế độ vận hành tối ưu được xác định gồm số vòng quay n = 5000 vòng/phút, áp suất khí ổ đỡ 4,7 bar và ổ chặn 5 bar, với độ lệch tâm và độ nâng nhỏ, giúp máy hoạt động êm, ổn định và an toàn.

4. So sánh với máy ly tâm sử dụng ổ cơ truyền thống: Máy ly tâm sử dụng ổ khí tĩnh giảm đáng kể rung động và ma sát, không cần thiết bị giảm chấn phức tạp như lò xo hay cao su giảm chấn, đồng thời nâng cao độ chính xác và tuổi thọ thiết bị.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của sự cải thiện hiệu suất là do ổ khí tĩnh không có tiếp xúc vật lý giữa trục và ổ, giảm ma sát và rung động phát sinh. Việc áp dụng áp suất khí nén cao tạo lớp màng khí mỏng nâng đỡ trục, giúp máy vận hành ổn định ở tốc độ cao. Kết quả phù hợp với các nghiên cứu quốc tế về ổ khí tĩnh trong máy công cụ chính xác và thiết bị y tế, đồng thời khẳng định tính khả thi của công nghệ này trong điều kiện sản xuất cơ khí Việt Nam.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa số vòng quay và độ lệch tâm, độ nâng, cũng như bảng tổng hợp các thông số vận hành tối ưu. So sánh trực quan với máy ly tâm sử dụng ổ cơ truyền thống sẽ làm nổi bật ưu điểm vượt trội của ổ khí tĩnh.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Ứng dụng ổ khí tĩnh trong máy ly tâm công nghiệp: Khuyến nghị các cơ sở sản xuất máy ly tâm trục đứng tốc độ cao công suất nhỏ áp dụng ổ khí tĩnh để nâng cao hiệu suất và giảm chi phí bảo trì trong vòng 1-2 năm tới.

2. Tối ưu hóa thiết kế ổ khí tĩnh: Đề xuất nghiên cứu tiếp tục về các thông số hình học của ổ khí như kích thước lỗ cấp khí, khe hở và vị trí lắp đặt nhằm tăng khả năng chịu tải và độ bền, thực hiện trong giai đoạn 2024-2025.

3. Đào tạo kỹ thuật viên vận hành và bảo trì: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về công nghệ ổ khí tĩnh cho kỹ thuật viên tại các nhà máy để đảm bảo vận hành hiệu quả, dự kiến triển khai trong 6 tháng đầu năm 2024.

4. Phát triển nguồn cung cấp khí nén chất lượng cao: Đầu tư hệ thống máy nén khí ổn định, đảm bảo áp suất và lưu lượng khí phù hợp cho ổ khí tĩnh, nhằm duy trì hiệu suất máy ly tâm, thực hiện song song với việc ứng dụng ổ khí tĩnh.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư thiết kế máy công nghiệp: Nghiên cứu giúp hiểu rõ về thiết kế và ứng dụng ổ khí tĩnh trong máy ly tâm tốc độ cao, từ đó cải tiến sản phẩm và nâng cao chất lượng thiết bị.

2. Nhà quản lý sản xuất trong ngành chế biến thực phẩm và hóa chất: Áp dụng kết quả nghiên cứu để lựa chọn công nghệ máy ly tâm phù hợp, giảm chi phí bảo trì và tăng năng suất.

3. Giảng viên và sinh viên ngành kỹ thuật cơ khí: Tài liệu tham khảo quý giá cho việc giảng dạy và nghiên cứu về ổ khí tĩnh, máy ly tâm và các công nghệ giảm ma sát trong cơ khí chính xác.

4. Doanh nghiệp sản xuất thiết bị cơ khí: Hỗ trợ phát triển sản phẩm mới ứng dụng ổ khí tĩnh, nâng cao tính cạnh tranh trên thị trường trong nước và quốc tế.

Câu hỏi thường gặp

1. Ổ khí tĩnh là gì và có ưu điểm gì so với ổ cơ truyền thống?
   Ổ khí tĩnh là loại ổ trục không tiếp xúc, sử dụng màng khí mỏng để nâng đỡ trục quay, giảm ma sát và rung động. Ưu điểm gồm giảm tiếng ồn, tăng độ chính xác, hoạt động ổn định ở tốc độ cao và tuổi thọ lâu dài.

2. Các thông số nào ảnh hưởng lớn nhất đến hoạt động của ổ khí tĩnh trong máy ly tâm?
   Số vòng quay (n) và áp suất khí (P) là hai thông số chính ảnh hưởng đến độ lệch tâm (e) và độ nâng (h) của ổ khí, từ đó quyết định hiệu suất và độ ổn định của máy.

3. Máy ly tâm trục đứng tốc độ cao sử dụng ổ khí tĩnh có thể áp dụng cho công suất lớn không?
   Nghiên cứu tập trung vào công suất nhỏ khoảng 25 kg/h, tuy nhiên công nghệ ổ khí tĩnh có thể mở rộng cho các máy công suất lớn hơn với thiết kế phù hợp và nguồn khí nén đủ mạnh.

4. Chi phí đầu tư cho ổ khí tĩnh so với ổ cơ truyền thống như thế nào?
   Ổ khí tĩnh có chi phí đầu tư ban đầu cao hơn do yêu cầu hệ thống khí nén và thiết kế chính xác, nhưng bù lại giảm chi phí bảo trì, tăng tuổi thọ và hiệu suất vận hành, giúp tiết kiệm chi phí tổng thể.

5. Làm thế nào để bảo trì và vận hành ổ khí tĩnh hiệu quả?
   Cần duy trì nguồn khí nén sạch, ổn định áp suất, kiểm tra khe hở và lỗ cấp khí định kỳ, đồng thời đào tạo kỹ thuật viên vận hành đúng quy trình để đảm bảo hiệu suất và tuổi thọ ổ khí.

Kết luận

• Đã thiết kế và chế tạo thành công mô hình máy ly tâm trục đứng tốc độ cao sử dụng ổ khí tĩnh công suất 25 kg/h.
• Xác định được mối quan hệ giữa số vòng quay, áp suất khí với độ lệch tâm và độ nâng của ổ khí tĩnh qua các phương trình thực nghiệm.
• Chế độ vận hành tối ưu gồm số vòng quay 5000 vòng/phút, áp suất khí ổ đỡ 4,7 bar và ổ chặn 5 bar, đảm bảo máy hoạt động ổn định, giảm rung động và ma sát.
• Ổ khí tĩnh giúp nâng cao hiệu suất, giảm chi phí bảo trì và tăng độ chính xác vận hành so với ổ cơ truyền thống.
• Đề xuất tiếp tục nghiên cứu tối ưu thiết kế và đào tạo kỹ thuật viên để ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp trong thời gian tới.

Các doanh nghiệp và cơ sở nghiên cứu nên phối hợp triển khai ứng dụng ổ khí tĩnh trong máy ly tâm tốc độ cao, đồng thời đầu tư phát triển công nghệ khí nén và đào tạo nhân lực để nâng cao năng lực sản xuất trong nước.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề Trong các máy móc có chuyển động tương đối, ổ trục là một bộ phận rất quan trọng giúp cho các trục có thể thực hiện các chuyển động quay hoặc tịnh tiến một cách dễ dàng nhờ giảm thiểu được ma sát. Trong thực tiễn, ổ trục có rất nhiều loại nhưng có thể chia làm hai loại là có tiếp xúc và không có tiếp xúc. Loại có tiếp xúc phổ biến là các loại ổ lăn, ổ trượt cơ,… với các chức năng đỡ trục khi chuyển động quay hoặc tịnh tiến hoặc chức năng chặn chuyển động theo chiều dọc trục. Các loại ổ cơ này đang được sử dụng rất rộng rãi trong công nghiệp cũng như được ứng dụng trong các sản phẩm gia dụng.

Tuy nhiên khi sử dụng ổ cơ cần lưu ý đến một số vấn đề như: số vòng quay thấp, ma sát, rung động và tiếng ồn do sự tiếp xúc lăn/trượt giữa ngõng trục và ổ. Do vậy, trong thực tế việc áp dụng ổ trục cơ cho các ứng dụng tốc độ cao khá hạn chế, đòi hỏi các ổ được thiết kế và chế tạo đặc biệt. Loại ổ trục không tiếp xúc là các loại ổ khí, ổ thủy lực, ổ từ, ổ hỗn hợp,… Khác với các loại ổ trục cơ, ổ khí sử dụng dòng khí nén áp suất cao để nâng/chặn trục khi thực hiện chuyển động quay hoặc tịnh tiến mà không có sự tiếp xúc giữa phần tĩnh và phần động. Như vậy, khí là phần đệm giữa ổ trục và ngõng trục giúp nâng cao hiệu suất cho các hệ truyền động nhờ giảm thiểu được ma sát trong ổ nên ít gây ra rung động, giảm tiếng ồn, cho phép hoạt động với số vòng quay lớn nên nâng cao được độ chính xác truyền động của các thiết bị máy móc, đáp ứng được yêu cầu của những máy móc vận hành với số vòng quay lớn.

Do vậy, ổ khí ứng dụng trong các thiết bị, máy móc yêu cầu độ chính xác cao được xem là một công nghệ tiên tiến và thân thiện với môi trường. Các loại ổ khí có một vai trò lớn trong các máy có tốc độ quay của trục cao và có thể hoạt động được trong những môi trường đặt biệt mà các hệ truyền động sử dụng ổ trục cơ không thể làm việc hoặc làm việc đòi hỏi chi phí bảo dưỡng cao. Những nghiên cứu mới về ổ khí thường tập trung chủ yếu tại các nước phát triển như Nhật, Mỹ, Pháp, Đức,… và phát triển khá mạnh trong những năm gần đây [9]. Ngày nay, ổ khí cũng đang là vấn đề được nhiều quốc gia khác như Trung Quốc, Hàn Quốc, Đài Loan, Séc,… quan tâm.

1 Do tính phức tạp cũng như yêu cầu cao trong việc chế tạo nên các loại ổ này thường được sử dụng trong các máy chính xác cao như máy đo Smart CMM, máy CNC chính xác cao, máy mài siêu tinh,… [9] và đang được nghiên cứu để ứng dụng rộng rãi cho các loại máy khác. Máy ly tâm trục đứng tốc độ cao là một trong các loại máy có yêu cầu cao về chế độ hoạt động như: số vòng quay cao (n > 2000 v/p), độ lệch tâm nhỏ, êm (ít rung động),… nên được coi là máy chính xác cao. Hiện tại máy ly tâm trục đứng có mặt trên thị trường có kết cấu là trục đứng được lắp đặt 2 ổ trục cơ ở một đầu trục, đầu trục còn lại mang thùng ly tâm. Các ổ trục cơ chính xác có giá thành cao và phải đặt hàng trước với thời gian dài.

Khi lắp đặt, thay thế đòi hỏi nhân viên kỹ thuật phải có trình độ tay nghề cao cũng như phải được bảo trì, bảo dưỡng thường xuyên. Một số ổ còn yêu cầu phải giải nhiệt bằng khí, nước, dầu hoặc hỗn hợp dầu - khí. Vấn đề được đặt ra là sao cho có thể khắc phục được các tồn tại kể trên với chi phí chấp nhận được trong điều kiện kỹ thuật Việt Nam. Với sự định hướng đó, đề tài “Nghiên cứu mô phỏng xác định các thông số ảnh hưởng đến hoạt động của ổ khí tĩnh trong máy ly tâm tốc độ cao” đã được triển khai với mục đích đánh giá khả năng ứng dụng của ổ khí tĩnh trong máy ly tâm tốc độ cao.

Các thông số ảnh hưởng đến hoạt động của ổ khí tĩnh như khoang khí, áp suất làm việc, lưu lượng, số vòng quay đến hoạt động máy ly tâm trục đứng tốc độ cao sẽ được khảo nghiệm, đánh giá. Kết quả đạt được sẽ cho phép đánh giá tính khả thi của việc ứng dụng ổ khí tĩnh trong máy ly tâm tốc độ cao trong thực tiễn. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 2.1 Mục tiêu chung Nghiên cứu tính toán, thiết kế ổ khí tĩnh có thể sử dụng trong máy ly tâm tốc độ cao, tiến hành đánh giá ảnh hưởng của các thông số chính đến hoạt động của ổ khí tĩnh trong máy ly tâm trục đứng tốc độ cao bằng kỹ thuật mô phỏng và thực nghiệm.2 Mục tiêu cụ thể Từ mục tiêu chung đã nêu trên, mục tiêu cụ thể của đề tài cần đạt được như sau: - Khảo sát về máy ly tâm tốc độ cao, đặc biệt dòng máy ly tâm trục đứng, 2 thường được sử dụng trong công nghiệp; - Tính toán thiết kế mô hình máy ly tâm trục đứng tốc độ cao sử dụng ổ khí tĩnh; - Chế tạo mô hình máy ly tâm trục đứng tốc độ cao sử dụng ổ khí tĩnh phục vụ thực nghiệm; - Đánh giá ảnh hưởng của các thông số chính đến hoạt động của ổ khí tĩnh trong máy ly tâm trục đứng tốc độ cao bằng phương pháp thực nghiệm. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 3.1 Ý nghĩa khoa học - Đề xuất được kết cấu ổ khí tĩnh có khả năng ứng dụng trong công nghiệp; - Phân tích, đánh giá được ảnh hưởng của các thông số như số vòng quay n (v/p), áp suất khí P (bar) đến độ lệch tâm e (mm) và độ nâng h (mm) cũng như xác định được chế độ làm việc hợp lý của máy ly tâm tinh bột khoai mì trục đứng tốc độ cao sử dụng ổ khí tĩnh.2 Ý nghĩa thực tiễn - Xác định được kết cấu ổ khí tĩnh khả thi có thể chế tạo, lắp đặt cho các máy ly tâm cao tốc trục đứng công suất nhỏ đang được sử dụng phổ biến ở Việt Nam với trình độ sản xuất cơ khí ở khu vực thành phố Hồ Chí Minh.

- Ứng dụng ổ khí tĩnh giúp nâng cao hiệu suất cho các hệ truyền động nhờ giảm thiểu được ma sát, rung động trong ổ và cho phép nâng cao độ chính xác truyền động cũng như đáp ứng được yêu cầu hoạt động với số vòng quay lớn của các máy ly tâm tốc độ cao. - Từng bước tự chủ được công nghệ, tăng cường ứng dụng ổ khí tĩnh giúp giảm bớt sự phụ thuộc vào các ổ cơ có giá thành cao, thời gian đặt hàng dài,… giúp tăng tính cạnh tranh của các sản phẩm cơ khí chế tạo trong nước. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 4.1 Đối tượng nghiên cứu của đề tài - Ổ khí tĩnh và các loại ổ liên quan; - Máy ly tâm trục đứng tốc độ cao, các thiết bị/máy ly tâm tốc độ cao trong và ngoài nước có liên quan.2 Phạm vi nghiên cứu của đề tài Trong khuôn khổ thời gian và phạm vi đề tài, các nội dung sau sẽ được tập trung thực hiện nghiên cứu: - Các nội dung nghiên cứu tập trung về ổ khí tĩnh và các dòng máy ly tâm trục đứng tốc độ cao, dòng máy được sử dụng nhiều trong công nghiệp và rất phổ biến ở các cơ sở sản xuất vừa và nhỏ. - Thiết bị chế tạo để tiến hành thực nghiệm là mô hình máy ly tâm trục đứng tốc độ cao.

Trong đó thùng quay ly tâm được thay thế bằng một đĩa tròn có cùng đường kính và khối lượng tương đương. - Các thiết bị khác không nằm trong phạm vi tính toán, thiết kế của đề tài. Kết cấu của đề tài Kết cấu của đề tài gồm có 4 chương với các nội dung sau: - Mở đầu Giới thiệu tính cấp thiết, nhu cầu thực tế và cơ sở lựa chọn đề tài, ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài. - Chương 1: Tổng quan Trình bày tổng quan về máy ly tâm, ổ khí tĩnh và ứng dụng của ổ khí tĩnh.

Các nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan đến ổ khí tĩnh, các tồn tại của các thiết bị hiện có và các định hướng nghiên cứu của đề tài cũng được phân tích, định rõ. - Chương 2: Nội dung và phương pháp nghiên cứu Đề cập các nội dung nghiên cứu và thực hiện của đề tài cùng các phương pháp nghiên cứu được sử dụng trong đề tài. - Chương 3: Cơ sở lý thuyết Cơ sở lý thuyết về máy ly tâm trục đứng tốc độ cao; cơ sở lý thuyết về ổ khí tĩnh, hệ thống công thức để tính toán, thiết kế ổ khí tĩnh. - Chương 4: Kết quả nghiên cứu Trình bày, phân tích, đánh giá các kết quả nghiên cứu triển khai thực hiện đề tài.

4 Chế tạo mô hình máy ly tâm trục đứng tốc độ cao, ổ khí tĩnh, các khảo nghiệm trên thực tế và kết quả phân tích đánh giá. - Kết luận và kiến nghị - Phụ lục 5 Chương 1 TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu chung về máy ly tâm 1.1 Giới thiệu Ly tâm là một quá trình được sử dụng để tách hoặc cô đặc các phần tử lơ lửng trong môi trường chất lỏng. Cơ sở lý thuyết của công nghệ này dựa vào tác động của trọng lực lên các phần tử lơ lửng trong chất lỏng, phần tử có khối lượng, kích thước các hạt và mật độ khác nhau sẽ lắng ở những tốc độ khác nhau tương ứng với trọng lượng của chúng. Lực ly tâm được sử dụng để tách các phần tử trong dung dịch và tăng tốc độ lắng bằng một thiết bị được gọi là máy ly tâm [1].1: Nguyên lý ly tâm [1] 1.2 Phân loại máy ly tâm Có nhiều cách để phân loại các kiểu ly tâm khác nhau.

Trong thực tế máy ly tâm được phân loại như sau [2]: 1.1 Theo yếu tố phân ly - Máy ly tâm tốc độ thường dùng để phân ly huyền phù có nồng độ khác nhau (trừ huyền phù mịn). - Máy ly tâm tốc độ cao dùng để phân ly huyền phù mịn và dung dịch keo. 6 a) Máy ly tâm tốc độ thường b) Máy ly tâm tốc độ cao Hình 1.2: Phân loại máy ly tâm theo yếu tố phân ly [2] 1.2 Theo công dụng của máy - Máy ly tâm dùng để lọc các huyền phù mà pha phân tán gồm các hạt tinh thể hoặc để tách nước của các vật liệu rắn ngậm nước.