Nghiên cứu thiết kế máy ly tâm trục đứng sử dụng ổ khí tĩnh tại HCMUTE

Đồ án nghiên cứu hcmute nghiên cứu thiết kế máy ly tâm trục đứng sử dụng ổ khí tĩnh, thiết kế chi tiết, tính toán kỹ thuật theo tiêu chuẩn, đánh giá tính khả thi dự án.

• Tác giả: Đào Thanh Dự
• Người hướng dẫn: PGS.TS Đặng Thiện Ngôn
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM
• Chuyên ngành: Công Nghệ Chế Tạo Máy
• Đề tài: Nghiên cứu thiết kế máy ly tâm trục đứng sử dụng ổ khí tĩnh
• Loại tài liệu: đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Giới thiệu về máy ly tâm trục đứng

Máy ly tâm trục đứng là một thiết bị quan trọng trong ngành công nghiệp chế biến thực phẩm, đặc biệt là trong sản xuất tinh bột khoai mì. Máy ly tâm này hoạt động dựa trên nguyên lý lực ly tâm, giúp tách các thành phần trong hỗn hợp một cách hiệu quả. Việc thiết kế máy ly tâm trục đứng với ổ khí tĩnh không chỉ nâng cao hiệu suất mà còn giảm thiểu tiêu thụ năng lượng. Theo nghiên cứu, máy ly tâm trục đứng có khả năng xử lý công suất lên đến 20 kg/mẻ, với tốc độ trục chính từ 4000 đến 6000 vòng/phút. Điều này cho thấy sự cần thiết trong việc cải tiến công nghệ để đáp ứng nhu cầu sản xuất ngày càng cao.

1.1. Nguyên lý hoạt động của máy ly tâm

Nguyên lý hoạt động của máy ly tâm dựa trên lực ly tâm, nơi mà các hạt trong hỗn hợp được tách ra nhờ vào sự quay của trục. Khi trục quay, lực ly tâm tác động lên các hạt, khiến chúng di chuyển ra ngoài và tách ra khỏi chất lỏng. Việc sử dụng ổ khí tĩnh trong thiết kế máy ly tâm giúp giảm ma sát, từ đó nâng cao hiệu suất và độ bền của thiết bị. Các nghiên cứu cho thấy rằng việc áp dụng công nghệ này có thể cải thiện đáng kể hiệu suất tách và giảm thiểu tiêu thụ năng lượng trong quá trình vận hành.

II. Thiết kế máy ly tâm trục đứng sử dụng ổ khí tĩnh

Thiết kế máy ly tâm trục đứng sử dụng ổ khí tĩnh là một bước tiến quan trọng trong công nghệ chế tạo máy. Việc áp dụng công nghệ ly tâm hiện đại không chỉ giúp cải thiện hiệu suất mà còn giảm thiểu chi phí bảo trì. Các thông số thiết kế như kích thước, vật liệu và cấu trúc ổ khí tĩnh được tính toán kỹ lưỡng để đảm bảo máy hoạt động ổn định và hiệu quả. Theo tài liệu nghiên cứu, việc sử dụng ổ khí tĩnh giúp giảm thiểu độ rung và tiếng ồn trong quá trình vận hành, từ đó nâng cao trải nghiệm sử dụng cho người vận hành.

2.1. Các thông số thiết kế

Các thông số thiết kế của máy ly tâm bao gồm kích thước thùng, tốc độ quay, và loại vật liệu sử dụng cho ổ khí tĩnh. Việc lựa chọn vật liệu phù hợp không chỉ ảnh hưởng đến độ bền mà còn đến khả năng chịu tải của máy. Các nghiên cứu cho thấy rằng việc tối ưu hóa các thông số này có thể giúp máy hoạt động hiệu quả hơn, đồng thời giảm thiểu chi phí sản xuất. Đặc biệt, việc sử dụng phần mềm mô phỏng như ANSYS giúp đánh giá khả năng hoạt động của máy trước khi đưa vào sản xuất thực tế.

III. Ứng dụng thực tiễn của máy ly tâm trục đứng

Máy ly tâm trục đứng với ổ khí tĩnh có nhiều ứng dụng trong ngành công nghiệp chế biến thực phẩm, đặc biệt là trong sản xuất tinh bột khoai mì. Việc sử dụng máy ly tâm giúp tăng năng suất và chất lượng sản phẩm, đồng thời giảm thiểu thời gian sản xuất. Theo thống kê, máy ly tâm trục đứng có thể cải thiện hiệu suất tách tinh bột lên đến 30% so với các phương pháp truyền thống. Điều này không chỉ mang lại lợi ích kinh tế cho doanh nghiệp mà còn góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm trên thị trường.

3.1. Lợi ích kinh tế

Việc áp dụng máy ly tâm trục đứng trong sản xuất tinh bột khoai mì không chỉ giúp tăng năng suất mà còn giảm chi phí sản xuất. Các doanh nghiệp có thể tiết kiệm được chi phí điện năng và nhân công nhờ vào hiệu suất cao của máy. Hơn nữa, sản phẩm tinh bột đạt chất lượng cao hơn, từ đó mở rộng thị trường tiêu thụ. Theo các chuyên gia, việc đầu tư vào công nghệ máy ly tâm hiện đại sẽ mang lại lợi ích lâu dài cho các doanh nghiệp trong ngành chế biến thực phẩm.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU .1 Tính cấp thiết của đề tài.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài.1 Ý nghĩa khoa học .2 Ý nghĩa thực tiễn .3 Mục tiêu nghiên cứu đề tài .1 Mục tiêu tổng quát .2 Mục tiêu cụ thể .4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .1 Đối tượng nghiên cứu: .2 Phạm vi nghiên cứu. 4 xi do an 1.5 Phương pháp nghiên cứu .1 Cơ sở phương pháp luận .2 Các phương pháp nghiên cứu cụ thể .6 Kết cấu của đồ án tốt nghiệp. 5 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN .1 Giới thiệu về cây khoai mì.4 Thành phần dinh dưỡng củ khoai mì .5 Phân bố cây khoai mì .1 Tình hình trồng cây khoai mì trên thế giới.2 Tình hình trồng cây khoai mì ở Việt Nam .6 Sản lượng củ khoai mì trên thế giới và Việt Nam .1 Trên thế giới .2 Tình hình sản xuất tinh bột khoai mì ở Việt Nam .1 Tinh bột khoai mì .2 Sản lượng tiêu thụ khoai mì.3 Thực trạng sản xuất tinh bột khoai mì ở Việt Nam .1 Sản xuất thủ công .2 Sản xuất công nghiệp .3 Quy trình công nghệ sản xuất tinh bột khoai mì điển hình ở các nhà máy Việt Nam. 31 xii do an 2.3 Các loại máy ly tâm sản xuất tinh bột .1 Máy ly tâm làm việc gián đoạn .1 Máy ly tâm 3 chân.2 Máy ly tâm kiểu treo .3 Máy li tâm tự động cạo bã .2 Máy ly tâm làm việc liên tục .1 Máy ly tâm đẩy bã bằng pittong .2 Máy ly tâm vít xoắn nằm ngang .3 Máy ly tâm tháo bã bằng lực ly tâm .4 Máy li tâm cao tốc .4 Máy ly tâm trục đứng .1 Máy ly tâm trục đứng tốc độ thường: .1 Máy ly tâm trục đứng kiểu treo .2 Máy ly tâm trục đứng ba chân .2 Máy ly tâm trục đứng tốc độ cao .1 Máy ly tâm trục đứng cao tốc kiểu đĩa .2 Máy ly tâm trục đứng cao tốc loại ống .5 Những vấn đề tồn đọng trong máy ly tâm trục đứng .6 Định hướng nghiên cứu.

52 CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT .2 Máy lắng ly tâm .1 Lực ly tâm và yếu tố phân li. 54 xiii do an 3.2 Bề mặt chất lỏng trong thùng .3 Vận tốc lắng .4 Năng suất lắng .5 Công suất động cơ .3 Máy lọc ly tâm .1 Năng suất của máy lọc ly tâm .2 Hệ số sử dụng .4 Lực kẹp ma sát nghiêng .1 Giời thiệu về dao động .2 Dao động của máy ly tâm trục đứng .2 Các rung động sinh ra trong quá trình làm việc .1 Mất cân bằng động .2 Không đồng trục .4 Bánh răng bị mòn .6 Độ lệch tâm tại ngõng trục .7 Lực khí động và áp lực thủy động .8 Sự biến dạng .9 Lựa chọn thiết bị không phù hợp.10 Do sự cộng hưởng.3 Giải pháp khắc phục .1 Giảm kích thích .2 Dùng giảm chấn. 71 xiv do an CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MÁY LỌC LY TÂM TRỤC ĐỨNG SỬ DỤNG Ổ CƠ .1 Yêu cầu thiết kế .2 Phương án thiết kế: .3 Tính toán thiết kế .1 Thiết kế thùng .2 Lực ly tâm .3 Vận tốc lắng .4 Năng suất lắng .5 Năng suất của máy lọc ly tâm.6 Công suất của động cơ.7 Thiết kế đai .8 Khoảng cách trục a .9 Xác định số đai z .10 Chiều rộng và đường kính ngoài bánh đai .11 Lực căng đai ban đầu và lực tác dụng lên trục .12 Thiết kế trục .1 Chọn vật liệu chế tạo trục.2 Xác định đường kính sơ bộ các đoạn trục .3 Xác định khoảng cách các gối đỡ và điểm đặt lực. 85 xv do an 4.13 Xác định các thông số của trục .1 Xác định các thông số và chiều của các lực từ các chi tiết máy .2 Xác định đường kính và chiều dài các đoạn trục .14 Tính kiểm nghiệm trục .1 Tính kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi .2 Tính kiểm nghiệm trục về độ bền tĩnh .3 Tính kiểm nghiệm trục về cứng uốn .4 Kiểm tra ứng suất trên phần mềm SolidWorks 2015 .16 Tính toán lực kẹp ma sát nghiêng: .17 Dao động do giảm chấn gây ra .4 Mô hình thiết kế tổng thể máy ly tâm trục đứng sử dụng ổ cơ.

99 CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ MÁY LY TÂM TRỤC ĐỨNG SỬ DỤNG Ổ KHÍ TĨNH .2 Cơ sở lý thuyết của ổ khí tĩnh .1 Cơ sở lý thuyết về dòng chảy chất khí .1 Dòng chảy qua tấm phẳng song song .2 Dòng chảy qua rãnh chữ nhật .3 Dòng chảy qua rãnh tròn .4 Dòng chảy của chất khí xuyên qua các lỗ nhỏ .5 Dòng chảy qua rãnh nối tiếp .3 Cơ sở tính toán thiết kế ổ khí tĩnh. 114 xvi do an 5.4 Các loại vật liệu dùng để chế tạo ổ khí .5 Thiết kế máy ly tâm trục đứng sử dụng ổ khí tĩnh .1 Thiết kế ổ khí tĩnh.2 Phương án bố trí truyền động .3 Phương án bố trí ổ khí tĩnh .4 Phương án thiết kế ổ đỡ khí tĩnh .5 Phương án thiết kế ổ chặn khí tĩnh .6 Lựa chọn phương án .6 Tính toán các thông số ổ khí tĩnh .1 Tính toán ổ đỡ khí tĩnh .2 Tính toán ổ chặn khí tĩnh .7 Mô hình tổng thể máy ly tâm trục đứng sử dụng ổ khí tĩnh .8 Mô phỏng dòng khí trên phần mềm Ansys Workench (Version 15) .2 Mô phỏng trên phần mềm. 136 KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ. 147 TÀI LIỆU THAM KHẢO.

148 xvii do an DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Thành phần dinh dưỡng củ khoai mì [14].2: Các giống khoai mì bản sao phổ biến ở Việt Nam [14].1: So sánh các phương án .2: Các ký hiệu tính toán thiết kế.3: Bảng thống kê thiết kế đai thang .4: Bảng thông số ổ lăn .5: Thông số ký thuật của máy ly tâm trục đứng sử dung ổ cơ .1: Mối quan hệ giữa Kg và h [10]-63 .2: Giá trị Kgo tối ưu tại các giá trị khác nhau của 𝜀 [10]-73 .3: Các thông số của ổ đỡ khí.4: Các thông số ổ chặn khí .5: Thông số ký thuật của máy ly tâm trục đứng sử dung ổ cơ .134 xviii do an DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH Hình 2.1: Cây khoai mì và củ khoai mì .2: Lát cắt ngang, màu sắc vỏ củ và thịt củ .3: Lá và củ khoai mì đắng .4: Củ và tinh bột khoai mì vàng .6: Củ khoai mì trắng.8: Diện tích và sản lượng khoai mì năm 2015 tại một số quốc gia [15] .9: Diễn biến sản lượng khoai mì Việt Nam năm 2015-2016 [15] .10: Tinh bột khoai mì .11: Sản xuất tinh bột khoai mì bằng phương pháp sản xuất thủ công [13].12: Rửa củ và bóc vỏ .14: Bột nhão và dụng cụ để tách bã .17: Lắng tách bột.18: Bẻ vụn và sấy khô .19: Quy trình chung sản xuất tinh bột khoai mì [13].20: Hệ thống máy bóc và làm sạch vỏ [13] .21: Máy rửa củ khoai mì [13] .24: Máy rây bàn chải [13] .25: Sơ đồ rửa tách tinh bột tự do từ cháo [13] .26: Sơ đồ làm việc của cyclon nước [13] .27: Quy trình công nghệ sản xuất tinh bột khoai mì ở nhà máy chế biến tinh bột khoai mì Quãng Ngãi [13] .28: Máy ly tâm tốc độ thường. 33 xix do an Hình 2.29: Máy ly tâm tốc độ cao .30: Công dụng lọc các huyền phù .31: Máy ly tâm tháo bã bằng tay .32: Máy ly tâm tháo bã bằng dao.33: Máy ly tâm tháo bã bằng vít tải .34: Máy ly tâm tháo bã bằng pittông .35: Phân loại máy ly tâm theo cấu tạo chỗ tựa.36: Máy ly tâm 3 chân .37: Máy ly tâm kiểu treo .38: Máy ly tâm tự động cạo bã .39: Máy ly tâm đẩy bã bằng pittong.40: Máy ly tâm vít xoắn nằm ngang .41: Máy ly tâm liên tục rôto hình nón tự tháo bã.42: Máy phân ly chất lỏng loại đĩa .43: Máy phân ly cao tốc loại ống .44: Máy ly tâm hình côn tháo vật lắng bằng sức ly tâm .45: Máy ly tâm trục đứng kiểu treo .46: Máy ly tâm ba chân .47: Hình dạng chung của máy phân ly.48: Máy ly tâm cao tốc loại đĩa .49: Kết cấu máy ly tâm cao tốc loại đĩa .50: Máy ly tâm cao tốc loại ống .51: Kết cấu đầu trên của ống .1: Nguyên lý lắng ly tâm .2: Độ thị xác định yếu tố phân ly 𝐹𝑝.3: Bề mặt chất lỏng khi thùng quay [2].4: Bề mặt chất lỏng khi thùng quay với vận tốc lớn .5: Diễn biến của cường độ dòng điện I và số vòng quay n của .6: Lực kẹp ma sát nghiêng. 65 xx do an Hình 3.7: Chu kì hệ dao động cưỡng bức .8: Mô hình dao động cưỡng bức kích động lực .9: Mô hình dao động cưỡng bức kích động bởi khối lượng lệch tâm .1: Mô hình lắp 2 ổ bi đỡ -chặn nằm 2 đầu thùng quay .2: Mô hình lắp 2 ổ bi đỡ - chặn nằm dưới thùng quay .3: Mô hình lắp 2 ổ bi đỡ - 1 ổ bi chặn .4: Mô hình lắp ổ bi đỡ chặn – khớp nối .5: Mô hình của thùng quay .6: Bề mặt chất lỏng khi thùng quay .7: Các lực tác động vào vật chuyển động tròn với vân tốc ω .9: Truyền động đai thang .10: Tiết diện đai thang .11: Khoảng cách trục a .12: Lực căng đai F0 .13: Lực tác dụng lên trục Fr .16: Biểu đồ momen tại các điểm A,B .17: Xác định đường kính tại A và B .18: Kiểm nghiệm độ cứng uốn tại B .24: Ứng suất của trục .25: Chuyển vị của trục .26: Kết quả kiểm tra độ bền mỏi của trục .27: Các thông số hình học ổ lăn.28: Khi chưa tác động .29: Khi chịu một lực tác dụng và sinh ra dao động cưỡng bức.30: Tổng thể máy ly tâm trục đứng sử dụng ổ cơ được thiết kế bằng .31: Các cụm máy ly tâm trục đứng sử dụng ổ cơ .32: Cụm truyền động chính. 100 xxi do an Hình 4.33: Phân rã cụm truyền động chính ổ cơ .34: Mặt cắt cụm truyền động chính ổ cơ .1: Bố trí các lỗ cấp khí.2: Đường cong phân bố áp suất .3: Dòng chảy của chất khí giữa các tấm song song [10].4: Ổ chặn có một lỗ cấp khí ở tâm .5: Ổ chặn hình khuyên có nhiều lỗ cấp khí .6: Mối quan hệ giữa CD và K [10] .7: Ổ đỡ dùng khe hở đường chu vi .8: Đặc điểm của ổ chặn với rãnh hình tròn [10]-61 .9: Phân bố áp suất trong ổ khí [12] .10: Mối quan hệ giữa khả năng chịu tải và tỉ số lệch tâm [12] .11: Mối quan hệ giữa Kgo và khả năng chịu tải [12] .12: Các loại lỗ cấp khí [12] .13: Phương án bố trí truyền động.14: Phương án bố trí ổ khí tĩnh.15: Kết cấu ổ đỡ khí tĩnh phương án 1 .