Giáo trình Máy xây dựng - Chương 3: Các loại máy và thiết bị phân loại

tạp chất có hại ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm v.v...tất cả những trường hợp đó đều yêu cầu phải tiến hành phân loại nguyên vật liệu theo yêu cầu của quy trình kỹ thuật. Vì vậy, việc phân loại các nguyên vật liệu hoặc sản phẩm có ý nghĩa quan trọng trong công nghiệp VLXD. Để phân loại nguyên vật liệu có thể tiến hành theo nhiều phương thức khác nhau: - Phương pháp phân loại cơ khí. - Phương pháp phân ly không khí - Phương pháp phân ly thủy lực - Phương pháp phân ly điện từ II. PHƯƠNG PHÁP PHÂN LOẠI CƠ KHÍ (SÀNG) II.1 Những khái niệm cơ bản Phương pháp phân loại cơ khí được thực hiện bằng sàng. Dùng sàng có thể phân loại được 2 hay nhiều nhóm hạt khác nhau. Số nhóm hạt nhận được phụ thuộc vào số lưới sàng mà vật liệu đi qua. Nếu số lưới sàng là n thì số nhóm hạt nhận được là n+1. II.1.1 Sơ đồ sàng Phương pháp phân loại bằng sàng có thể theo nhiều sơ đồ khác nhau: sàng hạt nhỏ khỏi hạt lớn, sàng hạt lớn khỏi hạt nhỏ, sàng liên hợp. Chương III. Các loại máy và thiết bị phân loại Trang III- 3 ‰ Sàng hạt nhỏ khỏi hạt lớn Theo sơ đồ hình (H.3.1) những hạt nhỏ sẽ đi qua lỗ sàng có kích thước nhỏ trước, tiếp theo những hạt có kích thước trung bình lọt qua lỗ sàng trung bình, sau đó những hạt có kích thước lớn sẽ lọt qua lỗ sàng lớn. Cuối cùng những hạt lớn nhất nằm trên sàng đi ra ngoài. ƒ Ưu điểm - Đơn giản, sửa chữa dễ dàng - Các nhóm hạt rơi dễ dàng vào các phễu chứa tương ứng yêu cầu. ƒ Khuyết điểm: - Khối vật liệu ban đầu, trong đó có những hạt vật liệu lớn lại rơi ngay vào sàng có kích thước nhỏ nhất, có cấu tạo mảnh nhất, nên dễ dàng làm cho sàng mau hỏng. - Khi khối vật liệu rơi vào sàng nhỏ trước, những hạt có kích thước lớn hơn lỗ sàng sẽ che phủ 1 phần lớn lỗ, gây khó khăn cho các hạt nhỏ rơi qua sàng, do đó hiệu suất sàng kém. ‰ Sàng hạt lớn khỏi hạt nhỏ Theo sơ đồ sàng này, sàng trên cùng có kích thước lỗ lớn nhất, sàng dưới cùng có kích thước lỗ nhỏ nhất. Sơ đồ này được dùng phổ biến trong công nghiệp VLXD ƒ Ưu điểm: - Khối vật liệu được rơi ngay vào sàng có kích thước lỗ lớn, do đó bảo đảm độ bền của sàng. - Những hạt vật liệu lớn và trung bình không ngăn cản sự tách các hạt nhỏ lọt qua sàng. ƒ Khuyết điểm: - Cần có máng phụ để dẫn các nhóm hạt vào các bun ke tương ứng. Hình 3.1 Sơ đồ sàng hạt nhỏ khỏi 0-15 15- 30-60 φ15 φ30 φ60 >φ60 Hình 3.2 Sơ đồ sàng hạt lớn khỏi hạt nhỏ Ø0−15 Ø30 Ø15 Ø60 Ø>60 Ø30−Ø6 Ø15−Ø30 Chương III. Các loại máy và thiết bị phân loại Trang III- 4 ‰ Sàng liên hợp: Vật liệu trước tiên rơi trên sàng có kích thước trung bình, tiếp theo mặt sàng trên những hạt có kích thước lớn rơi qua sàng có lỗ lớn, còn những hạt nhỏ rơi qua sàng nhỏ. Sơ đồ này nằm ở vị trí trung gian, dung hòa ưu khuyết điểm của 2 sơ đồ sàng trên. II.1.2. Hiệu suất sàng. - Những hạt vật liệu đi qua lỗ sàng được gọi là sản phẩm dưới sàng. Ngược lại, những hạt không lọt qua lỗ sàng được gọi là sản phẩm trên sàng. Theo lý thuyết có thể coi tất cả những hạt có kích thước nhỏ hơn kích thước lỗ sàng sẽ đi qua lỗ sàng. Nhưng trong thực tế bao giờ cũng còn lại trên sàng một phần những hạt vật liệu có kích thước nhỏ hơn kích thước lỗ sàng đi ra cùng với sản phẩm trên sàng. Để đánh giá chất lượng máy sàng và quá trình sàng người ta dùng hệ số hiệu suất sàng η = A B A: lượng hạt dưới sàng có k.thước yêu cầu thu được khi sàng. B: lượng hạt có kích thước yêu cầu thực tế nằm trong vật liệu ban đầu. Hiệu suất sàng thường phụ thuộc vào các yếu tố sau: - Độ ẩm của vật liệu: trong đa số trường hợp vật liệu có độ ẩm càng cao hiệu suất sàng càng giảm. - Bề dày lớp vật liệu: lớp vật liệu quá dày hiệu suất kém, nhưng quá mỏng năng suất giảm. -Biên độ dao động: nếu kích thước vật liệu lớn, yêu cầu cần phải tăng biên độ dao động. - Máy sàng có thể phân theo các loại: + Sàng phẳng + Sàng thùng quay Hình 3.3 Sơ đồ sàng liên hợp >φ60 φ30 φ15 φ15-30 φ 0-15 φ 30-60 Chương III. Các loại máy và thiết bị phân loại Trang III- 5 II.2 Máy sàng phẳng Sàng phẳng có thể phân thành các loại cơ bản sau: - Sàng ghi - Sàng lắc phẳng - Sàng lắc tròn - Sàng rung. II.2.1 Cấu tạo của mặt sàng Bộ phận làm việc chủ yếu của sàng là ghi hay lưới sàng. ‰ Ghi: có hai loại chính là ghi thanh và ghi tấm ƒ Ghi thanh: có cấu tạo bằng các thanh thép tròn đặt song song nhau, cách nhau 1 khoảng nào đó, tùy thuộc vào kích thước yêu cầu của sản phẩm dưới sàng. Sàng ghi thanh dùng để phân loại những vật liệu có kích thước lớn. ƒ Ghi tấm: là 1 tấm thép có đột lỗ tròn, ellip hay lỗ vuông.. Ghi tấm có lỗ tròn sản phẩm dưới sàng có kích thước đồng nhất hơn. Để vật liệu lọt dễ dàng qua lỗ sàng (không bị kẹt), bề dày của ghi nên < kích thước lỗ. Ghi tấm dùng để phân loại các vật liệu trung bình và vật liệu nhỏ. ‰ Lưới sàng: Được chế tạo bằng cách đan các sợi kim loại hay các sợi hữu cơ. cỡ sợi tùy thuộc vào loại sàng. Sàng lưới dùng để sàng những vật liệu nhỏ và mịn, có thể đạt từ 2,5mm - 40µm.Tiết diện sống của lỗ sàng lớn, chiếm 70% tổng diện tích của sàng. Kích thước của sàng được đặt trưng theo 3 hệ: - Hệ liên Xô: đặc trưng bằng kích thước lỗ (µm) Ví dụ: Sàng No 009 tương ứng kích thước lỗ 90 µm. - Hệ Đức: đặc trưng bằng số lỗ/cm hay số lỗ /cm2. Ví dụ: sàng No70 có nghĩa là 70 lỗ/cm hay 4900 lỗ/cm2 - Hệ Anh: đặc trưng bằng Mecso /dium Mecso số lỗ, dium: tấc anh = 25,4mm Ví dụ Số Mecso 180 có nghĩa là 180lỗ/25,4mm tương đương 72 lỗ/cm hay ≈ 4900 lỗ/cm2. Chương III. Các loại máy và thiết bị phân loại Trang III- 6 II.2.2. Xác định tốc độ hạt vật liệu trên sàng. Tốc độ hạt vật liệu trên sàng tùy thuộc vào tốc độ sàng. Nếu tăng tốc độ chuyển động của sàng, kéo theo tăng tốc độ chuyển động của hạt vật liệu trên sàng, dẫn đến tăng hiệu suất sàng. Nhưng nếu tăng tốc độ lớn quá sẽ làm giảm hiệu suất sàng. Vì với tốc độ quá lớn, hạt vật liệu sẽ vượt qua lỗ sàng mà không lọt qua lỗ. Vì vậy cần phải xác định tốc độ sàng hợp lý. Theo hình (H 3.4), giả sử hạt vật liệu có kích thước d, chuyển động với vận tốc v với sàng có kích thước lỗ D. Ta thấy các hạt vật liệu chuyển động qua lỗ theo quỹ đạo parabol Phương trình chuyển động theo quỹ đạo parabol như sau: =x vt (3.1a) = 2y gt 2 (3.1b) Mặt khác = −x D d 2 (3.2a) =y d 2 (3.2b) Thời gian rơi tự do của hạt: = = =2y 2.d dt g 2g g (3.3a) và  = =    x d g v D - t 2 d (3.3b) Qua thực nghiệm người ta thấy rằng, nếu d =D, hạt không thể lọt qua sàng; hạt chỉ có thể lọt qua sàng khi =d 0,8D hay =D d 0,8 Thay vào công thức trên ta có:  = =   d d g v - 2,36 d 0,8 2 d [m/sec] (3.4) Như vậy tốc độ chuyển động của hạt vật liệu trên sàng phụ thuộc vào kích thước hạt. Công thức trên chỉ dùng cho sàng đặt nằm ngang, nếu sàng đặt nghiêng, hạt đi qua lỗ cần có kích thước nhỏ hơn, đồng thời vận tốc hạt cũng giảm. Hình 3.4 Sơ đồ xác định vận tốc hạt trên sàng x D O O1 d v y Chương III. Các loại máy và thiết bị phân loại Trang III- 7 Kích thước hạt lớn nhất đi qua lỗ sàng đặt nghiêng xác định theo công thức = α αd Dcos - e sin (3.5) = α αv 2,36 Dcos - e sin [m/sec] (3.6) II.2.3 Sàng lắc phẳng Nguyên tắc làm việc của sàng lắc phẳng cơ bản dựa vào tác dụng của trọng lực, sức ì (lực quán tính) và lực ma sát. Sàng lắc phẳng được phân làm 2 loại: - Sàng lắc dọc: + Sàng lắc dọc theo mặt phẳng nghiêng lưới sàng + Sàng lắc dọc theo 1 góc α đối với mặt phẳng nghiêng của lưới sàng. - Sàng lắc tròn Trong công nghiệp VLXD chủ yếu là sử dụng sàng lắc dọc. ‰ Sàng lắc dọc theo mặt phẳng nghiêng của lưới sàng Hình 3.4. Sơ đồ sàng lắc dọc theo mặt phẳng nghiêng của lưới sàng G.cosα r G.sinα F Pu G α 3 4 a1 = ω2.r a2 = ω2.r 5 f = (0.3 – 0.45) tgϕ 2 1 Hình 3.5 Sơ đồ xác định vận tốc hạt trên sàng nghiêng D Dcosα esinα dmax v e α esinα Chương III. Các loại máy và thiết bị phân loại Trang III- 8 ƒ Cấu tạo và nguyên lý hoạt động Sàng gồm có thành sàng (1) gắn với sàng dưới (2), thanh kéo (3) và (4) được gắn vào thành sàng. Sàng chuyển động xuôi ngược dọc theo mặt phẳng nghiêng của lưới sàng nhờ động cơ truyền chuyển động đến ổ trục lệch tâm đối xứng (5). ƒ Xác định số vòng quay thích hợp của trục lệch tâm Khi sàng chuyển động lui tới (ngược xuôi) với gia tốc nhỏ, những hạt vật liệu trên lưới sàng sẽ ở trạng thái yên tĩnh tương đối (do lực ma sát). Nếu tăng gia tốc đến 1 giới hạn nào đó những hạt vật liệu sẽ chuyển ngược theo sàng. Khi đó lực ì của hạt vật liệu sẽ thắng lực ma sát giữa hạt vật liệu và lưới sàng. Vì vậy gia tốc tới hạn cần thiết để hạt vật liệu có thể chuyển dịch ngược xuôi theo sàng được xác định như sau: Gọi a1: gia tốc tới hạn để vật liệu có sự chuyển động tương đối đi xuống. Điều kiện để hạt vật liệu đi lên theo sàng dốc ( theo hình vẽ) ≥ + αuP F Gsin (3.7) Pu: lực quán tính của cục vật liệu gây ra bởi gia tốc a mà π= ω = 2 2 2 n ra r 900 (3.8) với: r - độ lệch tâm n - số vòng quay của trục lệch tâm [v/ph] π= = = = 2 2 2 u G G n r Gn r P ma a g 900g 900 (3.9) với F- lực ma sát, = αF Gf cos Thay vào công thức trên ta có: ≥ α + α 2Gn r Gf cos Gsin 900 (3.10) Như vậy, điều kiện để hạt vật liệu chuyển động tương đối đi lên theo sàng α + α≥ f cos sinn 30 r [v/ph] (3.11) Điều kiện để hạt vật liệu chuyển động tương đối đi xuống theo sàng: + α ≥ αuP Gsin Gf cos (3.12) hay + α ≥ α 2Gn r Gsin Gf cos 900 Chương III. Các loại máy và thiết bị phân loại Trang III- 9 α − α≥ f cos sinn 30 r (3.13) Mặt khác ta thấy, khi α + α< f cos sinn 30 r vật liệu cũng chuyển động đi xuống,vậy điều kiện để hạt vật liệu chuyển động đi xuống theo sàng α + α α − α≥ ≥f cos sin f cos sin30 N 30 r r (v/ph) (3.14) Để đánh giá sự trượt của vật liệu trên mặt sàng yêu cầu độ dốc α của sàng phải nhỏ hơn góc ma sát ϕ của vật liệu: ϕ < α (3.15) ‰ Sàng lắc dọc theo một góc α so với mặt phẳng nghiêng của lưới sàng ƒ Cấu tạo và nguyên lý hoạt động Cấu tạo: của lưới sàng này tương tự như sàng lắc dọc theo mặt phẳng nghiêng, chỉ khác đối với loại sàng này là lực quán tính Pu không hướng dọc theo lưới sàng mà hướng theo phương tạo với mặt phẳng nghiêng của lưới sàng một góc α. Phân tích Pu theo 2 thành phần : Thành phần vuông góc và song song với mặt phẳng nghiêng lưới sàng : = α = α u1 u u2 u P P sin P P cos (3.16) a α Pu G G.cosα Pucosα Pusinα G.sinα 3 Hình 3.5a Sàng lắc dọc theo một góc α đối với mặt phẳng nghiêng của lưới sàng 4 1 Chương III. Các loại máy và thiết bị phân loại Trang III- 10 Thành phần lực ma sát ( )= α αF f Gcos - Pusin Điều kiện để vật liệu chuyển động tương đối đi xuống: ( )α + α > α αu uP cos Gsin f Gcos - P sin (3.17) Thay = 2 u Gn r P 900 và chia 2 vế cho αGcos ta được: + α > α 2n r (1 ftg ) f - tg 900 (3.18) với ϕf = tg Î ϕ α> = ϕ α+ ϕ α 2n r tg - tg tg( - ) 900 1 tg tg (3.19) ϕ − α> tg( )n 30 r [v/ph] (3.20) Điều kiện để vật liệu chuyển động tương đối đi lên: α > α + α + αu uP cos f(Gcos P sin ) Gsin (3.21) với = α + αuF f(Gcos P sin ) , biến đổi tương tự như trên, ta có: ϕ + α> tg( )n 30 r [v/ph] (3.22) G Pu α Gcosα PuSinα PuCosα GSinα F Hình 3.5b Chương III. Các loại máy và thiết bị phân loại Trang III- 11 Như vậy, điều kiện để vật liệu chuyển động đi xuống theo sàng: ϕ + α ϕ − α> >tg( ) tg( )30 n 30 r r [v/ph] (3.23) Từ hình (H.3.5b) ta thấy điều kiện để hạt vật liệu tung lên khỏi sàng khi α > αuP s in Gcos (3.24) Thay = 2 u Gn r P 900 ta xác định được điều kiện vật liệu bị tung lên khi số vòng quay của trục: > α 30 n rtg [v/ph] (3.25) Thực tế số vòng quay của trục lệch tâm luôn luôn nhỏ hơn số vòng quay tính toán vì hạt vật liệu không bị tung lên. Tuy nhiên lực Pusinα cũng làm chấn động vật liệu, làm cho quá trình sàng tốt hơn. ‰ Xác định công suất của sàng lắc phẳng Công suất tiêu hao cần thiết khi sàng làm việc gồm: - Công suất tiêu hao để lắc toàn khối - Công suất tiêu hao để khắc phục các lực cản khác. Theo lý thuyết, đối với sàng lắc phẳng công suất tiêu hao ở ½ chu kỳ đầu làm việc sẽ được hoàn lại trong ½ chu kỳ làm việc sau. Nhưng thực nghiệm cho thấy vì có sự phân tán lực và có sự tiêu hao năng lượng để khắc phục các lực cản khác, cho nên khi tính toán có thể không tính đến việc hoàn lại năng lượng động học trong ½ chu kì làm việc sau: π= = = 22 2 2 2 2mv G n r Gr n A 2 2 900g 900 [kG.m] (3.26) Khi trục lệch tâm quay n vòng trong 1 phút, công suất tiêu hao = =× 2 3An Gr n N 60 75 4050000 [ml] (3.27) Đối với sàng lắc phẳng hệ số tác dụng hữu ích η= 0,7, công suất của động cơ: = 2 3 dc Gr n N 2.800.000 [ml] (3.28) trong đó: G - trọng lượng của vật liệu [KG] r - độ lệch tâm [m] Chương III. Các loại máy và thiết bị phân loại Trang III- 12 II.2.4 Sàng rung Sự chấn động của sàng rung được tạo nên bởi lực quán tính, lực va đập hoặc lực điện từ. Căn cứ vào phương thức tạo nên chấn động, có thể phân loại sàng rung theo: - Sàng rung quán tính - Sàng rung điện từ - Sàng rung do va đập Trong công nghiệp sản xuất VLXD chủ yếu sử dụng sàng rung quán tính. ‰ Sàng rung quán tính ƒ Cấu tạo: Trên khung chấn động (1), đặt trục lệch tâm không cân bằng (2), quay trong ổ trục (3). Trên khung chấn động có đặt các thanh ngang (4) đỡ các lưới sàng (5) có kích thước lỗ khác nhau. Một đầu sàng được bắt chặt vào tấm căng 6 đầu kia bắt vào tấm căng (7) nối liền với bulông (8). Cách kết cấu này cho phép điều chỉnh độ căng của sàng dễ dàng. Toàn khung chấn động, sàng và bộ phận rung động được đặt trên hệ thống lò xo (9). Hệ thống lò xo (9) được lắp trên giá cố định (10). ƒ Nguyên lý hoạt động Khi trục lệch tâm quay xuất hiện lực ly tâm quán tính luôn luôn thay đổi phương chiều theo mặt phẳng vuông góc vơi trục. Qua đó hệ thống lò xo cùng với khung chấn động bị dao động theo tất cả các phương làm cho sàng rung động để sàng vật liệu. Pu 1 6 9 10 3 2 Hình 3.6a Sơ đồ cấu tạo sàng rung quán 7 4 5 Chương III. Các loại máy và thiết bị phân loại Trang III- 13 Biểu đồ dao động của sàng phụ thuộc vào phụ tải không cân bằng của trục lệch tâm, vào độ cứng của hệ thống lò xo và vào cách bố trí lò xo. Lực ly tâm quán tính Pu có thể phân thành 2 thành phần theo phương nằm ngang và thẳng đứng: = α = α u1 u u2 u P P sin P P cos (3.29) α: góc tạo bởi phương của lực ly tâm với trục thẳng đứng. Dưới tác dụng của lực ly tâm quán tính sàng chấn động, các điểm của sàng vạch thành quỹ đạo ô-van.Sàng được đặt nghiêng một góc 5-15o ‰ Xác định năng suất của sàng rung Sàng rung thường được dùng để sàng cát, sỏi, đá dăm có hàm ẩm tương đối thấp W = 3÷5%. Sàng thường có kích thước lỗ vuông 5÷100mm Năng suất của sàng rung được xác định bằng những công thức thực nghiệm sau: Bảng 3.1. Năng suất của các loại sàng rung Vị trí sàng và vật liệu sàng Công thức [m3/h] Sàng rung đặt nằm ngang, sàng hỗn hợp cát sỏi = 1 2V 0,8F.q.k .k Sàng rung đặt nằm ngang, sàng vật liệu đập = 1 2V 0,65F.q.k .k Sàng rung đặt nghiêng, sàng hỗn hợp cát sỏi = 1 2V 0,5F.q.k .k Sàng rung đặt nghiêng, sàng vật liệu đập = 1 2V 0,4F.q.k .k Trong đó: F: tiết diện của sàng [m2] q: năng suất riêng đối với 1m2 tiết diện sàng [m3/h], tra bảng. k1: hệ số phụ thuộc vào hàm lượng % sản phẩm dưới sàng có trong vật liệu ban đầu. k2: hệ số phụ thuộc vào hàm lượng % sản phẩm dưới sàng có kích thước nhỏ hơn ½ kích thước của lỗ sàng. Chương III. Các loại máy và thiết bị phân loại Trang III- 14 Hình 3.6b Hệ thống máy sàng rung Chương III. Các loại máy và thiết bị phân loại Trang III- 15 II.3 Sàng thùng quay II.3.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động ‰ Cấu tạo Sàng gồm thùng quay (1) đặt trên các con lăn (2). Thùng quay được đặt nghiêng một góc 7o, nó quay được nhờ động cơ (3) qua hệ giảm tốc (4), hệ thống bánh khía (5). Vật liệu được nạp vào đầu sàng qua phễu nạp liệu (6). ‰ Nguyên lý hoạt động: Khi sàng thùng quay làm việc, dưới tác dụng của lực ma sát và lực ly tâm, vật liệu được nâng lên đến một độ cao nào đó, đến khi trọng lực của vật liệu thắng lực ma sát vật liệu bị trượt xuống; đồng thời do sàng được đặt nghiêng (độ dốc 7o), vật liệu được chuyển dịch dọc theo sàng.Trong quá trình trượt và chuyển dịch như vậy vật liệu bị phân loại lọt qua các lưới sàng có kích thước lỗ tương ứng với kích thước của vật liệu yêu cầu. Sàng thùng quay thường được dùng để phân loại vật liệu khô trong công nghiệp VLXD như dùng để rửa hoặc phân loại sa mốt, cát, sỏi, đá dăm,v.v... ‰ Ưu điểm: Cơ bản của loại sàng thùng quay là quay chậm đều, không rung động trong khi làm việc, nên có thể đặt sàng ở trên tầng cao của nhà, hoặc trên các thiết bị di chuyển. ‰ Khuyết điểm: Khi sàng vật liệu khô bụi nhiều, bề mặt làm việc của sàng nhỏ (12÷20% tổng diện tích của sàng), đồng thời khi sàng làm việc vật liệu bị đảo lộn kém, do đó hiệu suất thấp. 4 3 2 2 6 5 Hình 3.7 Sơ đồ nguyên lý máy sàng thùng quay Chương III. Các loại máy và thiết bị phân loại Trang III- 16 II.3.2 Xác định số vòng quay hợp lý của sàng thùng quay Khi sàng không chuyển động cục vật liệu nằm ở vị trí A. Điểm A được xác định bằng góc β= ϕ Trong đó: ϕ - góc ma sát giữa vật liệu với bề mặt lưới sàng, lực ma sát lúc này bằng = αF Gf cos Khi sàng quay cục vật liệu chịu 1 lực ly tâm quán tính = = 2 2 u mv Gv P R gR (3.30) Trong đó: v - tốc độ quay của sàng [m/sec] R - bán kính thùng quay [m] G - trọng lượng của vật liệu [KG] Lực ly tâm quán tính Pu gây nên lực ma sát = 2 u u Gv F = fP f R (3.31) Như vậy, khi sàng quay, tổng lực ma sát giữa vật liệu và bề mặt lưới sàng tăng lên: = + = α∑ 2ms u GvF F F fGcos + f R (3.32) Do lực ma sát tổng này cục vật liệu được nâng lên đến điểm B. Đến khi đó trọng lực G của cục vật liệu thắng lực ma sát, cục vật liệu trượt xuống, khi đó: G Gsinα Gcosα Pu Fu α β=ϕ B Hình 3.8 Sơ đồ xác định sô vòng quay hợp lý của sàng thùng quay A Chương III. Các loại máy và thiết bị phân loại Trang III- 17 α = α + 2fGv Gsin fGcos gR (3.33) Thay = ϕ = ϕ ϕf tg sin cos giải phương trình trên ta có : πα ϕ = ϕ = ϕ = ϕ 2 2 2 2 2v n R n R Sin( - ) s in sin sin gR 900.gR 900 (3.34) Î = α ϕ ϕn 30 s in( - ) R sin [v/ph] (3.35) Khi sàng làm việc bình thường, góc α = 40 ÷ 45o. Vì sàng có lỗ nên hệ số ma sát f tăng, f = 0,7 ( )ϕ = = ≈ oarctgf arctg 0,7 35 (3.37) Thay ϕ và α vào công thức trên ta có: = o o o sin (40 - 35 ) n 30 R sin35 (3.38a) = ÷n 10 R 15 R [v/ph] (3.38b) Trong tính toán kỹ thuật thường chọn: =n 12 R [v/ph] (3.39) Thường tốc độ quay của thùng quay v = 0,7÷1,0 [m/sec] III. PHƯƠNG PHÁP PHÂN LY KHÔNG KHÍ Việc phân loại những vật liệu khô ở dạng bột mịn có kích thước nhỏ hơn 80µm, dùng sàng hoàn toàn không có lợi về mặt kinh tế, bởi vì dùng sàng năng suất sẽ rất thấp. Để phân loại những vật liệu khô ở dạng bột mịn thích hợp nhất là được phân loại bằng phương pháp phân ly không khí. Việc sử dụng thiết bị phân ly không khí được ứng dụng rộng rãi trong các nhà máy sản xuất VLXD để phân loại những vật liệu khô được nghiền mịn theo chu trình kín (nghiền xi măng) hoặc sấy nghiền liên hợp theo chu kín (sấy nghiền hỗn hợp phối liệu, sấy nghiền than...). Với phương pháp này không khí hay khí nóng đi qua thiết bị phân ly không khí vừa có tác dụng sấy nóng vật liệu, lại vừa có tác dụng phân ly vật liệu, tách những hạt vật liệu có kích thước lớn quay về máy nghiền để nghiền lại, do đó hiệu quả đập nghiền tăng rất cao. Chương III. Các loại máy và thiết bị phân loại Trang III- 18 Thiết bị phân ly không khí được chia làm 3 loại chính: - Thiết bị phân ly không khí loại đi qua - Thiết bị phân ly không khí loại cánh quay - Thiết bị phân ly không khí loại kín. III.1. Thiết bị phân ly không khí loại đi qua ‰ Cấu tạo và nguyên tắc làm việc: Hỗn hợp không khí và vật liệu theo ống (1), với tốc độ 18÷20 m/sec ( đối với hạt có d = 5mm) được thổi vào khoảng không gian giữa nón ngoài (2) và nón trong (3). Do tiết diện mở rộng nên tốc độ của dòng khí giảm xuống 4÷6m/sec. Những hạt có kích thước lớn, do giảm động năng, dưới tác dụng của trọng lực rơi xuống đáy nón ngoài theo ống tháo 4 quay trở lại máy nghiền (phân ly lần thứ nhất). Hỗn hợp không khí và vật liệu có tốc độ giới hạn nhỏ hơn tốc độ của dòng khí tiếp tục đi vào nón trong (3) theo phương tiếp tuyến với thành nón nhờ những cánh định hướng (5). Do chuyển động xoáy hỗn hợp không khí và vật liệu xuất hiện lực ly tâm quán tính. Dưới tác dụng của lực ly tâm quán tính, những hạt có kích thước tương đối lớn lại rơi xuống theo thành nón 3 theo ống dẫn 4 trở lại máy nghiền ( phân ly lần thứ hai) Hỗn hợp không khí và vật liệu mịn còn lại tiếp tục đi lên qua ống 6 ra khỏi thiết bị phân ly đi vào thiết bị lắng (cyclon) thu hồi đưa đi sử dụng. 7 5 1 2 3 7 6 Hình 3. 9 Sơ đồ nguyên lý thiết bị phân ly không khí loại đi qua 4 Chương III. Các loại máy và thiết bị phân loại Trang III- 19 Có thể điều chỉnh quá trình làm việc của thiết bị phân ly hay nói một cách khác, điều chỉnh độ mịn của sản phẩm (3) theo hai cách sau: ƒ Thay đổi tốc độ dòng khí: giảm tốc độ dòng khí đến 1 giới hạn nào đó, sẽ tăng độ mịn của sản phẩm, nhưng năng suất giảm và ngược lại. ƒ Thay đổi góc nghiêng của bảng định hướng 5: nếu bảng định hướng hướng vào tâm, làm giảm dòng xoáy, kéo theo lực ly tâm quán tính giảm, do đó độ mịn của sản phẩm cũng giảm. Góc định hướng được điều chỉnh nhờ vòng quay (7). Thiết bị phân ly không khí loại đi qua có thể phân ly vật liệu có kích thước hạt tương ứng với lượng còn lại trên sàng No009 từ 10÷12%. Năng suất đạt 7÷8 T/h, tùy thuộc vào kích thước của thiết bị. III.2 Thiết bị phân ly không loại cánh quay. ‰ Cấu tạo và nguyên tắc làm việc: Hình 3.10 Sơ đồ nguyên lý thiết bị phân ly không khí loại cánh quay 2 4 7 5 1 6 8 3 Chương III. Các loại máy và thiết bị phân loại Trang III- 20 Thiết bị gồm các cánh hướng tâm (1) quay nhanh.Hỗn hợp không khí và vật liệu được thổi vào ống (2), đi lên nón (3). Do tiết diện mở rộng, nên tốc độ dòng khí giảm nhiều. Những hạt vật liệu có kích thước lớn, giảm động năng, dưới tác dụng của trọng lực, tách khỏi dòng khí rơi xuống đáy nón theo ống (4) trở lại máy nghiền. Hỗn hợp không khí và vật liệu tiếp tục đi lên các cánh quay (1). Nhờ các cánh quay nhanh, tạo nên dòng xoáy. Các hạt có kích thước tương đối lớn dưới tác dụng của lực ly tâm quán tính bị văng ra đập vào đĩa (5), mất động năng rơi theo thành trong của nón (3), theo ống dẫn (4) trở lại máy nghiền. Hỗn hợp không khí và vật liệu mịn tiếp tục đi lên theo ống dẫn (6) ra khỏi thiết bị phân ly không khí đi và các thiết bị lắng thu hồi. Thiết bị phân ly không khí loại cánh quay có thể phân loại những hạt vật liệu có kích thước tương đối lớn ( 100µm), nhưng cũng có thể phân loại được những hạt vật liệu rất mịn qua sàng No004 ( >10000 lỗ/cm2) với hiệu suất khá cao khoảng 99%. So sánh với thiết bị phân ly không khí loại đi qua, thiết bị phân ly không khí loại cánh quay ưu việt hơn là có thể điều chỉnh sự làm việc của thiết bị bằng cách thay đổi tốc độ quay của cánh quay, mà không làm mất sự ổn định của dòng khí, còn thiết bị phân ly không khí loại đi qua, khi thay đổi góc nghiêng của cánh định hướng, thì trở lực của hệ bị thay đổi, do đó phá vỡ sự thay đổi của dòng khí. III.3 Thiết bị phân ly không khí loại kín. Vật liệu từ bunke chứa được nạp vào thiết bị phân ly không khí, qua ống dẫn (1), đổ trực tiếp xuống đĩa phân phối (2). Đĩa phân phối (2) gắn chặt vào trục quay (3). Trục (3) quay nhờ động cơ (4) qua hệ giảm tốc (5). Trục quay với tốc độ 250÷400 v/ph. Dưới tác dụng của lực ly tâm quán tính, vật liệu bị văng ra chung quanh những hạt có kích thước lớn đập vào thành phễu trong (6), mất động năng rơi xuống đáy phễu, theo ống dẫn (7) trở về nghiền nghiền lại. Những hạt vật liệu có kích thước nhỏ bị cuốn lên trên theo dòng khí được tạo ra do quạt (8). Những hạt có kích thước tương đối lớn gặp cánh quay ly tâm (9) bị văng ra thành phễu trong (6) mất động năng rơi xuống đáy phễu theo ống dẫn (7) trở về lại máy nghiền. Hỗn hợp không khí và vật liệu đạt kích thước yêu cầu sẽ tiếp tục chuyển động trong khoảng không gian giữa phễu trong (6) và và phễu ngoài (10). Dưới tách dụng của trọng lực và một phần áp lực của không khí tách ra khỏi dòng khí rơi xuống đáy phễu (10). Theo ống dẫn (11) dẫn về các thiết bị chứa. Dòng khí đã tách khỏi vật liệu đi qua những tấm chắn (12) trở lại phễu trong (6) tiếp tục phân ly vật liệu, tạo thành một chu trình kín. Chương III. Các loại máy và thiết bị phân loại Trang III- 21 Hình 3.11b Thiết bị phân ly không khí loại kín 1 4 5 8 6 12 10 11 7 6 9 2 3 H ình 3.11a Hệ thống phân ly không khí loại kín Hình 3.12 Thiết bị phân ly không khí Chương IV. Các loại máy Tiếp liệu Trang IV-1 CHƯƠNG IV MÁY TIẾP LIỆU Chương IV. Các loại máy Tiếp liệu Trang IV-2 I. GIỚI THIỆU CHUNG Để đảm bảo năng suất và điều chỉnh liều lượng nguyên liệu vào các máy đập nghiền hay các thiết bị gia công nhiệt cần phải sử dụng các máy tiếp liệu. Các máy tiếp liệu được thực hiện theo hai phương pháp chính: - Tiếp liệu theo phương pháp thể tích - Tiếp liệu theo phương pháp trọng lượng Việc lựa chọn phương pháp tiếp liệu thích hợp có liên quan chặt chẽ đến phương pháp gia công nguyên liệu (khô hay ướt), kích thước vật liệu, độ chính xác yêu cầu... Trong các nhà máy sản xuất VLXD thường sử dụng phổ biến phương pháp tiếp liệu theo thể tích. Phương pháp tiếp liệu theo thể tích tuy không chính xác hoàn toàn, nhưng thiết bị có cấu tạo đơn giản. Vì vậy, nó được sử dụng rộng rãi đến mức sai số giữa các cấu tử cho phép 1÷1,5 %. Máy tiếp liệu thể tích có nhiều loại: - Máy tiếp liệu đĩa - Máy tiếp liệu vít xoắn - Máy tiếp liệu băng - Máy tiếp liệu hòm - Máy tiếp liệu máng lắc - Máy tiếp liệu trống quay II. MÁY TIẾP LIỆU ĐĨA II.1 Cấu tạo và nguyên tắc làm việc Máy tiếp liệu đĩa được dùng để định hướng thể tích các vật liệu dạng bột hoặc dạng hạt, cần cung cấp liên tục cho các loại máy nghiền hay các loại máy khác. 1 R r 3 4 2 7 8 5 6 Hình 4.1 Sơ đồ nguyên lý làm việc của máy tiếp liệu dạng đĩa Chương IV. Các loại máy Tiếp liệu Trang IV-3 ‰ Cấu tạo: Máy gồm có một ống hình trụ (1) gắn dưới đáy bunke chứa nguyên liệu. Đĩa (2) quay tròn nhờ động cơ truyền chuyển động đến hệ bánh khía (3) qua trục (4) gắn liền với đĩa. Vật liệu từ bunke rơi xuống đĩa tạo thành hình nón. Khi đĩa quay, vật liệu nằm trên đĩa bị gạt ra khỏi đĩa nhờ cánh gạt (5). Lượng vật liệu bị gạt ra ngoài sau một vòng quay có thể điều chỉnh bằng 2 cách: - Quay vô lăng (6) để điều chỉnh cánh gạt (5) - Quay vô lăng (7) để nâng hay hạ vòng (8) trượt trên ống (1) để điều chỉnh chiều cao vật liệu trên đĩa. II.2 Xác định số vòng quay của đĩa Điều kiện để vật liệu trên đĩa không bị văng ra xun g quanh khi: lt msP < F (4.1) hay < 2mv mgf R Æ π < 2 2 2R n gf 900R (4.2) Î <n 30 f R [v/ph] Î < 16,5n R hay < 23,5n D (4.3) Trong đó: f - hệ số ma sát giữa vật liệu và đĩa, thường f = 0,3 m - khối lượng của vật liệu [Kg sec2/m] g - gia tốc trọng trường [m/sec2] R - bán kính lớn nhất của nón vật liệu trên đĩa [m] n - số vòng quay của đĩa [v/ph] II.3 Xác định năng suất máy tiếp liệu đĩa. Năng suất máy tiếp liệu đĩa phụ thuộc vào số vòng quay n và thể tích vật liệu bị cắt sau một vòng quay bởi cánh gạt (5). Năng suất của máy tiếp liệu đĩa được xác định bằng công thức: ( )π = γ + π  2 2 2hQ 60n R r + Rr - r h3 [T/h] (4.4a) Hoặc  π= γ  ϕ ϕ  2h h Q 60n r - tg 3tg [T/h] (4.4b) Chương IV. Các loại máy Tiếp liệu Trang IV-4 Trong đó: R - bán kính ngoài của vòng liệu bị cắt bằng cánh gạt [m] r - bán kính mép trên của cánh gạt đến tâm đĩa [m] h - chiều cao của vòng liệu bị cắt (chiều cao cánh gạt) [m] n - số vòng quay của đĩa [v/ph] ϕ - góc chảy tự nhiên của vật liệu γ - Trọng lượng thể tích của vật liệu [T/m3] III. MÁY TIẾP LIỆU VÍT Trong công nghiệp VLXD máy tiếp liệu vít được sử dụng rộng rãi. Nó có tác dụng vừa tiếp liệu, vừa trộn, vừa vận chuyển. III.1 Cấu tạo và nguyên lý làm việc Máy gồm có máng hay ống kim loại (1). Trục quay (2) xuyên qua ống kim loại (1) và tựa trên 2 ổ trục đỡ (3). Trên trục có lắp vít xoắn (4). Ở vị trí có lỗ tháo (5) có đoạn vít xoắn (6) lắp theo chiều ngược, với mục đích bảo vệ cho vật liệu khỏi bị kẹt. Trục vít quay nhờ động cơ (7) truyền chuyển động đến hệ bánh khía (8), vật liệu được nạp qua cửa nạp liệu (9). Khi trục vít quay, vật liệu di chuyển dọc theo máng mà không quay theo cánh vít (giống như vặn ê-cu vào ren), là do ma sát giữa vật liệu và thành máy. F= Gf (4.5) Trong đó: G - Trọng lượng vật liệu f - hệ số ma sát giữa vật liệu và thành máy. Đối với vật liệu ẩm, dính (đất sét ẩm, vôi tôi) khi vận chuyển, sau một thời gian vật liệu dính vào vít và trục, đồng thời quay theo vít và trục, làm cho tốc độ di chuyển dọc chậm lại. Vì vậy, người ta thường cấu tạo các cánh vít gián đoạn: S Hình 4.2 Sơ đồ nguyên lý máy tiếp liệu vít 123 4 6 9 5 8 7 Chương IV. Các loại máy Tiếp liệu Trang IV-5 III.2 Xác định năng suất Năng suất máy tiếp liệu vít được xác định theo công thức: π γ ϕ 2 D Q = 60. s.n. . 4 [T/h] (4.6) Trong đó: D - dường kính của vít xoắn [m] s - bước vít [m] n - số vòng quay của trục vít [v/ph] ϕ - hệ số tơi và đổ đầy γ - trọng lượng thể tích của vật liệu [T/m3] III.3 Xác định công suất Đối với máy tiếp liệu vít đặt nằm ngang,