Chương 1: GIỚI THIỆU VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU 1. Giới thiệu chung về thiết bị vít tải vật liệu rời: Thiết bị vận chuyển liên tục vật liệu rời kiểu trục vít (Screw conveyor- Vít tải) đã được phát minh và sử dụng từ rất lâu đời. Hơn 2000 năm trước, nhà bác học nổi tiếng thời cổ đại Archimedes đã thiết kế và chế tạo vít tải dùng vận chuyển nước trong nhà máy đóng tàu cho vua Hiero of Syracuse, tuy nhiên từ đó vít tải vẫn không được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực công nghiệp cho đến khoảng hơn 200 năm trước đây, thiết bị vít tải đầu tiên được chế tạo bởi Evans năm 1785, sử dụng cánh vít xoắn bằng kim loại gắn trên lõi trục bằng gỗ, từ đó công nghệ cơ khí hóa này được ứng dụng đáp ứng các yêu cầu vận chuyển vật liệu rời trong hầu hết các nghành công nghiệp[1,3,6,8,10,12]. Cho đến nay, thiết bị vận chuyển liên tục kiểu vít tải vẫn tiếp tục không ngừng được cải tiến, hoàn thiện đáp ứng đa dạng các nhu cầu về vận chuyển vật liệu rời của nền kinh tế quốc dân, trong công nghiệp khai thác khoáng sản (than, cát.), trong nông nghiệp (các sản phẩm hạt ngũ cốc), trong xây dựng( cát, đá, xi măng.), trong công nghiệp hóa chất và dược phẩm.
Bên cạnh đó chúng cũng được sử dụng cho việc định lượng vật liệu chảy từ các thùng chứa hoặc bổ sung một khối lượng vật liệu nhất định trong các quá trình công nghệ chẳng hạn như định lượng để pha trộn các loại hỗn hợp vật liệu, từ thuốc nhuộm đến các vật liệu dạng hạt hoặc bột khác. Cấu trúc thông thường của một cụm thiết bị vít tải được minh họa tại hình 1. Các bộ phận cấu thành chính của thiết bị vít tải bao gồm: - Thân vỏ thiết bị vít tải: Dùng để gá lắp các cụm chi tiết, dẫn dòng vật liệu., trên thân vỏ lắp các cửa nạp liệu và xả liệu. - Cụm vít tải: Bao gồm dải cánh vít xoắn ốc có/hoặc không có trục dẫn.
- Cụm động cơ dẫn động: Bao gồm động cơ, giảm tốc. để dẫn động quay cho cánh vít tải. - Cụm nạp/xả liệu: Các cửa nạp và xả liệu được đấu nối trực tiếp lên khung vỏ vít tải. Cấu tạo của vít tải Nguyên lý hoạt động của vít tải rất đơn giản: Vật liệu rời được cấp vào vít tải thông qua thùng hoặc máng, cửa nhận liệu hoặc thiết bị cấp liệu chủ động là một vít tải khác, hệ quạt ly tâm…; Khi vít tải quay, nhờ ma sát giữa vật liệu và cánh vít, vật liệu sẽ được cánh vít vận chuyển trong ống vít tải từ cửa vào đến cửa ra một cách liên tục.
Về mặt cấu tạo, vỏ vít tải có 2 dạng cơ bản là dạng ống hoặc dạng máng chữ U tùy theo loại vật liệu cần vận chuyển, góc nghiêng làm việc của vít tải, yêu cầu về độ kín. Vỏ vít tải thường được chế tạo bằng vật liệu kim loại (thép, nhôm.) hoặc phi kim loại (Composite, gỗ. Vít tải được cấu thành từ một cánh xoắn xuyên suốt từ cửa vào đến cửa ra của vít tải(Hình 1.), tùy theo mục đích thiết kế mà bề mặt cánh xoắn có thể kín, hở, gián đoạn hoặc liên tục, bước xoắn cố định hoặc thay đổi; Cánh xoắn có thể được gắn lên một trục dẫn động xuyên tâm hoặc không có trục. Vít được dẫn động quay tròn quanh đường tâm nhờ bộ dẫn động cơ khí và động cơ (diesel, điện, thủy lực.
Vít tải có thể được lắp đặt để vận chuyển vật liệu theo phương nằm ngang (horizontal conveyor), phương nghiêng (Inclined Conveyor) hoặc thẳng đứng (vertical conveyor) hoặc có thể kết nối các mô đun với nhau để kéo dài hoặc đổi hướng dòng vật liệu đáp ứng nhu cầu vận chuyển cụ thể (Hình 1.2: Các kiểu biên dạng cánh vít Hình 1.3: Cụm vít tải kết hợp vận chuyển ngang, thẳng đứng Với cấu tạo và nguyên lý hoạt động như vậy, thiết bị vít tải có nhiều ưu điểm như chế tạo đơn giản, kết cấu gọn nhẹ, hoạt động tin cậy, bảo dưỡng dễ dàng, và khả năng vận chuyển vật liệu rời một cách liên tục và an toàn. Bên cạnh các ưu điểm, vít tải cũng vẫn tồn tại khá nhiều vấn đề khó khăn như dẫn dòng vật liệu đi xa, việc chuyển hướng, đặc biệt là với góc lớn. Mặc dù cấu trúc cơ khí của vít tải có vẻ như rất đơn giản nhưng cơ chế hoạt động vận chuyển thì lại khá phức tạp. Biên dạng vít tải có tính chu kỳ, độ nghiêng vít tải, vận tốc quay của vít tải, khe hở hướng kính giữa vít và vỏ, kích thước và loại vật liệu cần vận chuyển.đều có ảnh hưởng nhất định đến năng suất tải của thiết bị cũng như mức độ 3 dòng chảy liệu.
Điều đó cho thấy khi thiết kế vít tải cần thiết phải có những tính toán và thực nghiệm cụ thể để xác định được các bộ thông số kỹ thuật, công nghệ phù hợp cho từng yêu cầu riêng biệt về công năng của thiết bị. Khái quát về lĩnh vực nghiên cứu: Như trên đã đề cập, thiết bị vít tải là loại thiết bị có lịch sử ra đời, tồn tại và phát triển lâu dài; chúng được sử dụng trong hầu hết các lĩnh vực công nghiệp, do đó các nghiên cứu liên quan đến thiết bị vít tải đã, đang được triển khai một cách sâu rộng trên phạm vi toàn thế giới, từ nghiên cứu cơ bản về lý thuyết tính toán đến công nghệ chế tạo, nâng cao hiệu suất vận chuyển, đối tượng phục vụ, an toàn và bảo vệ môi trường… Hiện tại ở Việt nam, nền kinh tế đã có bước hội nhập sâu rộng với thế giới, công nghiệp đảx có những bước phát triển đáng kể, chiếm tỷ trọng lớn trong kinh tế quốc dân; Công nghiệp khai khoáng, sản xuất vật liệu xây dựng, chế biến sản phẩm nông nghiệp, hóa chất.được đầu tư mạnh mẽ, sản lượng cao đòi hỏi phải cơ giới hóa công tác vận chuyển, xếp dỡ. Thực tế chúng ta đã và đang sử dụng rất nhiều thiết bị vận chuyển kiểu vít tải trong các nhà máy, xí nghiệp, công trường. Tuy nhiên hầu hết các thiết bị này đều được mua trực tiếp từ nước ngoài.
Cũng có một số thiết bị được chế tạo trong nước nhưng là nhỏ lẻ, mang tính vụ việc. Từ những nhận định trên cho thấy, lĩnh vực nghiên cứu về vít tải vận chuyển liên tục rất đa dạng và phong phú, còn nhiều vấn đề phải giải quyết, đặc biệt là nghiên cứu trong nước, phục vụ quá trình nội địa hóa sản phẩm công nghiệp. Tình hình chung: Như trên đã đề cập, thiết bị vận chuyển liên tục kiểu vít tải đã ra đời và tồn tại gần suốt chiều dài lịch sử của loài người, chính vì vậy liên tục được nghiên cứu, hoàn thiện, đáp ứng đa dạng yêu cầu vận chuyển của thực tế sản xuất, phù hợp với trình độ phát triển của khoa học công nghệ, đảm bảo các yêu cầu về an toàn, bảo vệ môi trường; Việc nghiên cứu, cải tiến để không ngừng nâng cao năng suất cũng như hiệu suất vận chuyển của thiết bị vít tải được đặc biệt quan tâm cả trong lẫn ngoài nước. Nghiên cứu về tính toán thiết kế, chế tạo: Nghiên cứu về tính toán thiết kế, chế tạo thiết bị vít tải vận chuyển vật liệu rời đã gần như hoàn thiện về lý thuyết, kỹ thuật và công nghệ chế tạo; Thiết bị vít tải đa dạng về 4 chủng loại, kích cỡ, năng suất cũng như phục vụ nhiều loại vật liệu khác nhau, có thể tham khảo các sản phẩm thiết kế như sau: Thiết bị bốc hàng rời dùng 1 vít tải (Simple screw ship unloader) Hình 1.a: Thiết bị nạo vét hàng rời dùng 1 trục vít tải Thiết bị bốc dỡ hàng rời của công ty Dongguan Yongrun Port Machinery Engineering có đặc điểm là vét hàng rời và đưa vào trục vít để từ đó đưa lên trên băng tải và đưa vào bờ.
Thiết bị này có một ưu điểm là có thể dỡ tải hàng rời có độ kết dính cao nhu than đá, đất v. Tuy nhiên năng suất thấp hơn so với loại dùng gàu tải. Thiết bị vít tải có ống dẫn mềm của hãng Flexicon Corporation Hình 1.b: Thiết bị vít tải mềm. 5 Đặc điểm nổi bật là vỏ và vít tải có thể dễ dàng uốn cong, dễ dàng đổi hướng dòng vật liệu theo yêu cầu công nghệ và vị trí lắp đặt.
Tuy nhiên năng suất vận chuyển thấp, chiều dài vận chuyển bị hạnh chế. Thiết bị vít tải tổ hợp của hãng Screw Conveyor Corp Với thiết kế kiểu mô đun, các vít tải được sử dụng rất nhiều trong các dây chuyền chế biến nông sản, xi măng.c Các kiểu lắp đặt thiết bị vít tải Thiết bị vít tải vận chuyển thẳng đứng của hãng Heilig Mixers Thiết bị vít tải theo phương thẳng đứng đảm bảo khả năng vận chuyển liên tục lên các tháp với không gian lắp đặt chật hẹp.d Thiết bị vít tải vận chuyển thẳng đứng Thiết bị vít tải của công ty TNHH Băng tải Thành công 6 Vít tải được chế tạo từ thép không rỉ, là vật liệu chịu mài mòn, ăn mòn và nhiệt độ cao, lắp đặt trong công nghiệp hóa chất và thực phẩm.e: Thiết bị vít tải vận chuyển trong công nghiệp hóa chất 1. Các nghiên cứu về ảnh hưởng của khe hở hướng kính đến năng suất: Theo các nghiên cứu lý thuyết, khe hở hướng kính giữa vỏ và vít tải nên thật nhỏ để đảm bảo năng suất vận chuyển, tuy vậy, trên thực tế, đôi khi các hạt vật liệu không thể dịch chuyển xuyên qua khe hở này và gây kẹt, điều đó làm cho vít tải bị nghẽn và có thể bị dừng lại không hoạt động được. Tuy nhiên, ngược lại nếu khe hở hướng kính này tăng lên quá lớn thì năng suất vận chuyển lại giảm rất nhanh do vật liệu có xu hướng chảy ngược lại chiều vận chuyển thông qua khe hở và không được vận chuyển Nghiên cứu về ảnh hưởng của khe hở hướng kính giữa trụ biên cánh vít tải và vỏ chứa vít tải đến năng suất vận chuyển của thiết bị đã được thực hiện và đạt được rất nhiều thành tựu, có thể kể đến như sau: Tại [1], khe hở hướng kính rất nhỏ, chỉ độ vài mm.
Khe hở hướng kính cần phải nhỏ để ngăn cản các hạt vật liệu dịch chuyển xuyên qua. Tuy nhiên, trên thực tế, khe hở này cũng có thể làm kẹt vật liệu khi vận tốc quay trục vít tăng lên. Nguyên do của vấn đề tắc nghẽn đó chính là quán tính của vật liệu. Để giảm vấn đề tắc nghẽn, khe hở hướng kính sẽ phải tăng lên.
Tuy nhiên khi khe hở hướng kính tăng lên thì năng suất vận chuyển lại giảm đi.
