VIỆN CÔNG NGHỆ - BỘ CÔNG THƯƠNG

BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY XEO MINI
(MINI HATSCHECK) PHỤC VỤ CHO NGHIÊN CỨU
TẤM MỎNG BÊ TÔNG GIA CƯỜNG SỢI
CNĐT : TỐNG VĂN CƯỜNG 9032
2.6 Thit k con ln cng bng.
2.7 Thit k hp hỳt chõn khụng.
2.8 Thit k trc gaus.
2.9 Thit k bờ xeo.
2.10 Thit k
tang xeo.

4
6 7

9
19
27
29
30
31
32
33
34
34
35

46
47
48
50
51

3Mở đầu:

Năm 2003 2004 Viện Công nghệ đã nghiên cứu thành công dây chuyền sản


1.Khái quát về công nghệ sản xuất tấm mỏng xi măng gia cờng sợi
Trong công nghệ sản xuất tấm mỏng xi măng gia cờng sợi, dựa theo nồng
độ ban đầu của hỗn hơp xi măng, sợi, nớc ngời ta phân biệt.
Phơng pháp ớt: sản phẩm đợc tạo ra từ hỗn hợp ba thành phần chính
gồm ximăng - sợi - nớc (Hay còn gọi là huyền phù) có nồng độ 6-17%
Phơng pháp bán khô: sản phẩm đợc tạo từ huyền phù nồng độ 30-40%

Phơng pháp khô: sản phẩm đợc tạo từ hỗn hợp xi măng - sợi - nớc,
trong đó lợng nớc chỉ vừa đủ để xi măng thủy hóa. Tỷ lệ thành phần xi măng - sợi
chiếm tới 90%.
Thực tế việc phân loại trên, khái niệm về phơng pháp ớt và bán khô có
nhiều điểm tơng đồng vì sản phẩm đều đợc tạo theo phơng pháp công nghệ cơ
bản đó là phơng pháp lọc. Sự khác nhau của 2 phơng pháp trên chỉ là nồng độ
huyền phù.
Bởi vậy, nếu theo đặc trng công nghệ ta có thể phân biệt hai loại phơng
pháp chính tạo sản phẩm tấm mỏng xi măng gia cờng sợi. Đó là phơng pháp ớt
và phơng pháp khô.
Phơng pháp ớt (Phơng pháp lọc): sản phẩm đợc tạo từ huyền phù xi
măng - sợi có nồng độ khác nhau và bắt buộc phải khử lợng nớc d thừa
trong sản phẩm.
Phơng pháp
ớt đợc đặc trng bằng ba công đoạn công nghệ cơ bản:
+ Lọc: Tạo lớp sản phẩm trên bề mặt vật liệu xuyên nớc (Băng dạ,
lới.)

5
+ Khử nớc: Tách nớc từ lợp liệu đã lọc bằng cán, hút chân không.
+ Lèn chặt: Tiếp tục tách nớc từ lớp liệu đã học bằng tác động cơ
học (nén, ép, cán).

Hầu nh 100% sợi gia cờng đợc định hớng trong mặt phẳng sản
phẩm.
Bán thành phẩm không cần phải áp dụng biện pháp ép tăng cờng nếu
không có yêu cầu đặc biệt về tỉ trọng sản phẩm.
Song phơng pháp Hatschek có những nhợc điểm cơ bản là sử dụng nhiều
nớc, quá trình tạo sản phẩm rất nhạy cảm với chất lợng nguyên liệu, sợi gia
cờng, xi măng và nớc.
2. Những tính chất đặc trng của máy xeo và yêu cầu kỹ thuật thiết kế máy
xeo mini
2.1 Những tính chất đặc trng của máy xeo:
Máy xeo tên thờng gọi là dàn xeo. Đây là thiết bị tạo tấm phẳng, thiết bị
quan trọng nhất của dây chuyền sản xuất. Dàn xeo hoạt động theo nguyên lý lọc
huyền phù trên tang lới. Đây là phơng pháp công nghệ ớt phơng pháp
Hatschek mang tên nhà phát minh.
Theo phơng pháp Hatschek sản phẩm đợc tạo từ huyền phù xi măng - sợi
gia cờng có nồng độ khác nhau (6% - 15%). Phơng pháp Hatschek đợc đặc
trng bằng ba công đoạn công nghệ cơ bản:
Lọc: tạo sản phẩm trên tang lới.
Khử nớc: tách nớc từ lớp liệu đã lọc bằng tác động cơ học và hút
chân không.
Lèn chặt lớp liệu: tiếp tục tách nớc từ lớp liệu bằng tác động cơ học:
nén, ép, cán.
Dàn xeo là thiết bị đồng bộ phải đáp ứng đợc 3 yêu cầu công nghệ cơ bản
trên và các yêu cầu kỹ thuật khác.
Các công đoạn công nghệ cơ bản theo phơng pháp Hatschek đ
ợc thực hiện
đồng thời trên dàn xeo trong thời gian rất ngắn. Bởi vậy để thiết kế chế tạo máy xeo
mini phục vụ công tác thí nghiệm và khai thác nó một cách hiệu quả, trớc hết ta
cần phải phân tích, nắm vững yêu cầu công nghệ và yêu cầu kỹ thuật của dàn xeo
nói chung và các cụm, chi tiết của nó nói riêng.

động của áp suất thủy tĩnh, nớc thấm xuyên qua lới vào trong lòng tang lới, còn
sợi gia cờng đợc giữ lại trên lới và tạo thành lớp phin lọc bổ xung và giữ lại hạt
xi măng đang lơ lửng trong huyền phù. Từng bớc lớp liệu đợc lọc tăng dần và
hình thành màng trên lới tang lới (tang xeo), còn nớc từ trong lòng tang xeo
đợc chảy ra ngoài từ hai phía đầu tang xeo(tang lới). Khi tang lới quay trên bề
mặt lới của tang lới sẽ hình thành lớp liệu sợi gia cờng xi măng hay còn gọi là
màng xeo. Màng xeo đợc tách nớc một phần dới tác dụng của áp lực nén của
trục gauss 3 và chuyển lên băng dạ 4. Sau khi màng xeo đợc chuyển lên băng dạ,
tang lới đợc rửa sạch và trên tang lới lại có thể bắt đầu tạo màng xeo. Sự hình
thành màng xeo đợc bắt đầu từ điểm a và kết thúc tại điểm b. Màng xeo đợc tách
nớc tiếp ở hộp hút chân không 5. Dới tác dụng của áp lực tang định hình 6 và con
lăn nén chính 7 màng xeo đợc lèn chặt và tách khỏi băng dạ 4 và cuộn lên tang
định hình. Băng dạ sau khi chuyển màng xeo lên tang định hình đợc làm sạch bởi
ống phun nớc (9) và con lăn đánh băng (8). Trình tự mới tiếp nhận màng xeo lại
bắt đầu. Trục khuấy 10 có nhiệm vụ khuấy đều liệu trong bể và chống lắng. 10
2.3. Lọc huyền phù trên tang lới (tang xeo)
2.3.1. Quá trình lọc và hình thành màng xeo
Tang xeo đợc lắp trong bể xeo, trong đó đợc liên tục cấp huyền phù sợi - xi
măng. Đó là dạng lới lọc kiểu tang hoạt động liên tục dới tác dụng của áp suất
thuỷ tĩnh của huyền phù.
Tang xeo và bể xeo đợc mô tả trên hình 4 và hình 5

Hình 4. Tang xeo Hình 5. Bể xeo
Huyền phù trong bể xeo choán khoảng không giữa bể xeo và tang xeo. Tang xeo

12
Năng suất dàn xeo xác định bằng tổng năng suất của tang lới. Bởi vậy trong
tính toán ngời ta xác định bằng cách xác định tổng chiều dày màng xeo trên đơn vị
diện tích các tang lới của quá trình lọc huyền phù. Chất lợng và chiều dày màng
xeo phụ thuộc
vào rất nhiều yếu tố công nghệ nh độ mịn của ximăng, thành phần
khoáng của ximăng, chất lợng, tỉ lệ và độ tơi của sợi trong huyền phù, nhiệt độ
huyền phù và nhiều yếu tố công nghệ khác Hầu nh tất cả các yếu tố trên đợc
phản ảnh trong phơng trình lọc huyền phù trên tang lới do Giáo s TSKH.
.. đa ra : [2]


BVA
V
t
+=
2
.

Trong đó: - A

, B

là hằng số phơng trình lọc
- t là thời gian lọc (giây)
- V là khối lợng lọc đạt đợc sau thời gian t giây từ đơn vị
diện tích lới lọc (cm
3
/cm
2

D
h
K =

trong đó h - chiều sâu ngập
huyền phù, D là đờng kính tang xeo.


- độ nhớt của nớc phụ thuộc vào nhiệt độ (g.giây/cm
2
)
S - chỉ só nén màng xeo phụ thuộc vào loại sợi gia cờng (cứng, trung
bình, mềm). Chỉ số này dao động từ 0,48 ữ 0,86.
- nồng độ huyền phù trong bể xeo (g/cm
3
)
K
c
- hệ số cản lọc

13
Hệ số cản lọc K
c
ảnh hởng bởi chất lợng liệu và huyền phù. Hệ số
cản lọc càng nhỏ, tính chất lọc càng tốt. Theo kết quả thí nghiệm hệ số cản lọc
này dao động từ 200 -1200 cm
3
/g
2
.

c
P
= áp suất thủy tĩnh khi thí nghiệm = 25 g/cm
2

0
nồng độ huyền phù khi thí nghiệm = 0,08 g/cm
3
Để thuận tiện cho tính khối lợng lọc phục vụ tính năng suất tang xeo và dàn
xeo ta biến đổi phơng trình lọc nh sau:


BVA
V
t
+=
2
.o
V
t
BVA =+

2Hay
0

Ta có phơng trình sau:

023
11
3
=++ qypy

Kết quả giải phơng trình trên

3
3
1
2
11
3
3
1
2
11
pqqpqqy ++++=14
Thay giá trị

A
t
q
2
1






+








+








+=





A

[giây]
Trong đó L là chiều dài khai triển phần tang lới ngập trong huyền phù [cm]
V
bd
là tốc độ băng dạ cm/giây
- Tốc độ lọc trung bình trên tang lới tính theo công thức:

t
V
v
e
=
[cm/giây]
Biết giá trị thể tích lọc từng bể ta có thể xác định chiều dày màng xeo cho từng
tang lới bể thứ nhất, thứ hai, thứ 3 sau khi đã ép nớc qua tang định hình. Ta
ký hiệu chiều dày màng xeo cho từng bể khi lọc là
1
,
2
,
30
111
1





2
, v
3
là thể tích lọc trên đơn vị diện tích lới tang xeo tơng ứng
cho bể xeo 1, 2, 3 -
1
,
2
,
3
- nồng độ huyền phù tơng ứng từng bể.
K
r
- hệ số thủy hóa = 1,11
K
y1
, K
y2
, K
y3
là hệ số thu hồi
Hệ số thu hồi là chỉ số đánh giá khả năng bao nhiêu vật rắn (hạt, sợi trong pha
rắn) trong huyền phù đợc lọc và giữ trên lới lọc. Các thí nghiệm đặc biệt đợc

15
tiến hành ở phòng thí nghiệm (Liên Xô) trên tang lới đờng kính 1000
mm và nồng độ huyền phù từ 0,06 đến 0,15 g/cm
3
và xác định hệ số thu hồi K
y

et

c) áp lực thuỷ tĩnh
d) áp lực thuỷ động của dòng lọc
e) Lực ma sát giữa màng xeo và huyền phù
P
ms

f) Lực bám dính giữa màng xeo và tang xeo
P
bd

Chúng ta phải xác định trong điều kiện nào màng xeo có thể bị phá huỷ.
Vị trí nguy hiểm nhất có thể phá huỷ màng xeo trong quá trình tang xeo quay là
điểm 0, điểm tang quay thoát khỏi huyền phù. Tại điểm này lực giữ lớp liệu do áp

16
suất thuỷ tĩnh và thuỷ động là nhỏ nhất, còn lực bám dính màng xeo vào tang xeo
coi nh không đổi.
Tại điểm 0 việc tạo màng xeo kết thúc. Khối lợng màng đạt giá trị lớn nhất, và
tất nhiên lực li tâm lớn nhất.

Hình 7. Sơ đồ lực tác dụng lên màng xeo trên bề mặt tang xeo
Ta xét điều kiện cân bằng mảnh màng xeo tại điểm 0 có diện tích là dF.
(Hình 7). Dới tác dụng của các lực ta có thể xác định tốc độ tang xeo V
tx
gây
hiện tợng tách màng xeo khỏi tang xeo dới tác dụng của lực li tâm (chứng
minh của .)
V

với tang xeo (g/cm
2
) giá trị này theo thí nghiệm
D - Đờng kính tang xeo : cm
Thông thờng tang xeo ngập trong huyền phù 0,7 đờng kính D
nên h

= 0,3D
G
AC
- Khối lợng (giá trị bề mặt riêng) màng xeo (g/cm
2
)
g - Gia tốc trọng trờng = 981 cm/gy
2

P
et

P
bdt
P
ms
P
bd
G
AC

17
Giá trị bề mặt riêng màng xeo G


Giả sử đờng kính tang xeo D = 100cm, lực bám dính theo thí nghiệm, P
bd
= 1,59
g/cm
2
(1,59 g/cm
2
) thay vào công thức trên ta có:

64,0
1005,0981
100.5,0
)100.3,0100.5,0(64,0
59,1







+
=
tx
V377=
tx

Trong màng mỏng mikro [2] sợi - xi măng bắt đầu ngừng chuyển động và hình
thành cấu trúc. Trong khi đó sợi và hạt xi măng trong vùng [3] vẫn chuyển động
trong dòng chảy tầng và khó hình thành cấu trúc vì thành phần sợi - xi măng vẫn
chuyển dịch vào cấu trúc màng mikro [2].
Trong điều kiện hình thành cấu trúc ban đầu màng mỏng mikro [2] có thể coi là
vật liệu có tính chất nh vật dẻo - nhớt, đặc trng bằng chỉ số: độ nhớt dẻo
d

và
ứng suất trợt giới hạn
o

. Huyền phù trong vùng [3] là hệ vô định hình coi nh là
chất lỏng có độ nhớt cao và có giá trị bằng độ nhớt dẻo
d

.

19
Nh vậy ta sẽ xem xét, phân tích ma sát giữa màng xeo và huyền phù ta phân
tích ma sát giữa màng mỏng mikro [2] và vùng huyền phù [3].
Nếu lực ma sát lớn hơn ứng suất trợt giới hạn của màng xeo, màng xeo bắt đầu
chảy, nói một cách khác nó bị phá vỡ - trôi.
Trong điều kiện nồng độ huyền phù trong bể không đổi, tại điểm O là điểm dễ
phá vỡ màng xeo nhất. (Điểm tang xeo thoát khỏi huyền phù).
Điều kiện bảo toàn màng xeo tại điểm O xác định bằng điều kiện:

txdO
V.


= 1,17
Song phải nên nhớ nếu huyền phù không chuyển động, không đợc khuấy đều
nó dẫn đến hiện tợng tự hình thành cấu trúc, độ nhớt dẻo sẽ tăng đáng kể, dẫn đến
việc tăng lực ma sát và phá vỡ màng xeo, nhất là ở vùng tang xeo thoát ra khỏi
huyền phù. Bởi vậy trong bể xeo buộc phải có thiết bị khuấy. Song nếu khuấy mãnh
liệt ở vùng tang xeo thoát khỏi huyền phù. Bởi vậy trong bể xeo buộc phải có thiết
bị khuấy. Song nếu khuấy mãnh liệt ở vùng tang xeo thoát khỏi huyền phù cũng dẫn
đến việc trôi màng xeo.
2.4. Công đoạn khử nớc màng xeo và trang thiết bị
Khi công đoạn lọc hình thành màng xeo kết thúc theo mỗi chu kỳ một vòng
quay của tang xeo, nó đợc chuyển lên băng dạ kỹ thuật. Ngay sau đấy là các công
đoạn khử nớc.
2.4.1. Khử nớc màng xeo bằng áp lực trục Gauss.
Trục Gauss có kết cấu nh hình 10

20

Hình 9. Trục Gauss
Bộ phận quan trọng của trục Gauss là lớp cao su bọc ngoài mềm. Sơ đồ bố trí
trục Gauss trên tang xeo xem hình 9.

Dới tác dụng của trọng lợng bản thân trục Gauss và bộ phận gia tải (có thể là đối trọng, lò
xo, pittông khí nén). Màng xeo đợc ép nớc và lèn chặt lần đầu. Về nguyên tắc phải nén màng
xeo và giải phóng nớc nhiều nhất để khi tiếp các công đoạn sau đợc thuận tiện. Song lu ý
việc đó có thể gây nhanh hỏng tang xeo (lới tang xeo).
Trục Gauss đợc bố trí lệnh tâm so với tang xeo trong góc 17
0
- 25
0
. Phụ thuộc

B - Chiều trọng tấm lắc (cm)
Trong trờng hợp thay đối trọng bằng pít tông xi lanh khí nén ta có thể điều
chỉnh lực gia tải linh hoạt hơn Theo thiết kế cải tiến của Trung tâm Cơ khí và Tự
động hoá.
Trong trờng hợp lợng nớc đợc giải phóng quá nhiều khi ép trục Gauss, nớc
không kịp thoát ra hai bên cạnh băng dạ kỹ thuật. Nếu không có biện pháp xử lý,
nớc sẽ tập trung trong khoảng gần trục Gauss, bắt đầu thấm qua băng dạ gây rời rã
màng xeo, gây tác hại đến năng suất chất lợng sản phẩm.
2.4.2. Khử nớc màng xeo bằng hút chân không
Màng xeo sau khi khử nớc bằng ép trục Gauss, nó có độ ẩm khoảng 49%
55%. Sau khi qua hộp hút chân không độ ẩm màng xeo còn khoảng 39%
ữ 42%.
Hình 12 và 13 mô tả nguyên lý kết cấu hộp hút chân không và hệ hút chân không.

22
Trong dµn xeo Hatschek, hÖ hót ch©n kh«ng lµ thiÕt bÞ phô trî, song lµ thiÕt bÞ ®¶m
b¶o n¨ng suÊt vµ chÊt l−îng s¶n phÈm.

Hệ hút chân không để tách nớc cho dàn xeo Hatschek thờng đợc gọi là hệ hút
chân không cao. Khi thiết kế, chế tạo, sử dụng phải đảm bảo các yêu cầu công
nghệ, sử dụng. 1- Hộp hút chân không phải bảo đảm tốc độ giải phóng nớc, ít gây mòn băng kỹ thuật, dễ vệ
sinh.
2- áp lực hút chân không không nên chọn cao quá vì nó có thể gây ra việc tăng
cờng thất thoát các hạt nhỏ amiăng - xi măng. Việc lựa chọn phải theo tiêu chí
thất thoát vật liệu ít nhất, thông
thờng áp suất tại hộp hút chân không khoảng P = 250 mm Hg - 350 mmHg
tơng đơng 346
ữ 485 cm H
2
O.
3- Trong thời gian làm việc, chất lợng của băng dạ kỹ thuật ngày càng kém đi (độ
xuyên nớc kém). Bởi vậy trong hệ hút chân không cao phải có van điều khiển
lu lợng hút.
4- Chiều rộng hộp hút chân không phải bảo đảm đủ thời gian băng kỹ thuật đi qua
để giải phóng nớc. Nếu các điều kiện công nghệ khác không đổi, khi tăng tốc
độ băng dạ phải tăng chiều rộng hộp hút chân không. Trong trờng hợp không
Hình 12c

b
= 380 1/cm
2
)
q - Trọng lợng khô sản phẩm sợi xi măng
(tính cho 1cm
2
với

độ dày 0,1 mm) Tính theo công
thức q= 0,9.

o
.0,1
Ví dụ trọng lợng riêng sản phẩm sợi - xi măng
=
1,7 g/cm
3

q = 0,9.1,7.0,1 = 0,153 g/cm
2 - áp lực ở hộp hút chân không (cm H
2
O)
Ví dụ chọn
= 350 mm Hg = 485 cm H
2
O