Thiết kế và chế tạo mô hình điều
khiển máy khuấy trộn
Trang 1
MỤC LỤC
Lời cảm ơn.......................................................................................................................i
Tóm tắt đề tài..................................................................................................................ii
Mục lục..........................................................................................................................iii
Chöông 1 TỔNG QUAN 1
1.1 Giới thiệu về hề hệ thống khuấy trộn.................................................................. 1
1.2 Giới thiệu một số hệ thống khuấy trộn trong công nghiệp.............................. 2
1.3 Các chỉ tiêu đánh giá quá trình khuấy trộn...................................................... 2
1.3.1 Mức độ khuấy trộn............................................................................................... 2
1.3.2 Cường độ khuấy ................................................................................................... 2
1.3.3 Hiệu quả khuấy..................................................................................................... 3
Chương 2 NHIỆM VỤ CỦA LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 4
Chương 3 THIẾT KẾ HỆ CƠ CỦA MÔ HÌNH........................................................ 5
3.1 Tính tốn trục khuấy-trộn ..................................................................................... 5
3.1.1 Xác định vận tới hạn thứ nhất bằng đồ thị .......................................................... 7
3.1.2 Tính tốn trục khuấy-trộn congxon........................................................................ 8
3.1.2.1 Sơ đồ chịu lực.................................................................................................... 8
3.1.2.2 Tính trục theo bền............................................................................................ 10
3.1.2.3 Tính trục theo độ cứng..................................................................................... 13
3.1.2.4 Kiểm tra trục theo độ cứng.............................................................................. 16
3.1.2.5 Khoảng cách tối ưu giữa hai ổ đỡ................................................................... 16
3.1.2.6 Tính tốn trục theo ổn định ngang.................................................................... 16
3.1.3 Tính các ổ đỡ trục khuấy.................................................................................... 17
3.2 Tính bền cơ cấu khuấy........................................................................................ 17
3.2.1 Tính bền cơ cấu khuấy cánh thẳng..................................................................... 17
3.2.1.1 Tính chiều dày cánh của cơ khuấy.................................................................. 18
3.2.1.2 Xác định khoảng cách từ điểm đặt lực tới trục quay.................................. 19
Chương 4 BƠM THỦY LỰC.............................................................................. 21
5.4.3.3 Phương pháp đo............................................................................................42
5.4.4 Các loại cặp nhiệt thường dùng trong thực tế................................................44
5.5 Đo nhiệt độ bằng Diot và Tranzitor................................................................45
5.5.1 Đặc điểm chung-độ nhạy nhiệt.......................................................................45
5.5.2 Quan hệ điện áp-nhiệt độ................................................................................46
5.6 Cảm biến quang trong đo nhiệt độ.................................................................47
Chương 6 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO MỨC CHẤT LƯU................................52
6.1 Phương pháp thủy tĩnh....................................................................................53
6.2 Phương pháp điện.............................................................................................55
6.2.1 Cảm biến độ dẫn..............................................................................................55
6.2.2 Cảm biến tụ điện..............................................................................................55
6.3 Các phương pháp dùng bức xạ.......................................................................58
6.3.1 Phương pháp đo bằng hấp thụ tia
γ
................................................................58
6.3.2 Phương pháp đo bằng sóng siêu âm...............................................................58
GVHD : TS. NGUYỄN VĂN GIÁP SVTH : TẠ QUỐC HUY
Thiết kế và chế tạo mô hình điều
khiển máy khuấy trộn
Trang 3
Chương 7 LÝ THUYẾT MỜ TRONG ĐIỀU KHIỂN.......................................61
7.1 Khái niệm về tập mờ........................................................................................62
7.1.1 Định nghĩa.......................................................................................................62
7.1.2 Độ cao, miền xác định và miền tin cậy của tập mờ........................................63
7.1.2.1 Định nghĩa 1.................................................................................................63
7.1.2.2 Định nghĩa 2.................................................................................................64
7.1.2.3 Định nghĩa 3.................................................................................................64
7.2 Các phép tốn trên tập mờ................................................................................64
7.2.1 Phép hợp hai tập mờ........................................................................................64
7.2.2 Phép giao hai tập mờ.......................................................................................65
đơn giản.
- Biết và sử dụng thành thạo các port xuất nhập và ứng dụng timer của microcontroller
AT8951.
- Làm quen với các thiết bị điều khiển tự động.
2 DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM
- Mô hình máy trộn gồm các thiết bị:
• Hai bơm từ A và B bơm dung dịch vào bình khuấy, một bơm từ C có nhiệm vụ
hút hỗn hợp từ bình khuấy ra bể C, có lưu lượng 24l/ph.
• Hai cảm biến mức 61F-GN.
• Một cảm biến nhiệt độ MF-904.
• Một động cơ khuấy 24VDC.
• Một Rơ-le nhiệt.
• Một mạch điều khiển.
• Một thùng khuấy hình trụ với thể tích 20l, cao 400mm đường kính 250mm.
- Một bộ nạp vi xử lý.
3 NỘI DUNG THÍ NGHIỆM
3.1 Mô tả ví dụ ứng dụng:
Khi hệ thống máy trộn bắt đầu hoạt động, bơm A sẽ hút dung dịch thứ nhất từ bể A vào bình
khuấy với một dung lượng tùy từng theo yêu cầu cụ thể. Sau khi cấp vào bình khuấy một
dung lượng đúng theo yêu cầu, bơm A sẽ ngừng hoạt động và tiếp theo bơm B sẽ hút dung
dịch thứ hai từ bể B vào bình khuấy cũng với một dung lượng tùy từng yêu cầu cụ thể. Khi
đã cung cấp vào bình khuấy hai dung dịch có tỷ lệ đúng theo yêu cầu, động cơ khuấy và rơ-
le nhiệt bắt đầu hoạt động cho đến khi hỗn hợp trong bình khuấy được nung nóng tới một
nhiệt độ thích hợp. Khi đó cả động cơ khuấy và rơ-le nhiệt đều ngừng hoạt động. Tiếp theo
bơm C sẽ hút hỗn hợp vừa tạo thành từ bình khuấy ra bể C và kết thúc một quá trình khuấy.
3.2 Nguyên lý hoạt động
Ta thực hiện quá trình định lượng các dung dịch dựa vào cảm biến mức 61F-GN, đây là loại
cảm biến đo mức theo ngưỡng hoạt động dựa trên nguyên tắc dẫn diện giữa các que đo. Khi
thay đổi chiều dài các que đo ta có thể thay đổi được dung lượng của các dung dịch.
Một cách khác để thay đổi dung lượng các chất lỏng là định thì cho các bơm. Ta đã biết lưu
thành phần khác nhau.
• Tăng cường quá trình trao đổi nhiệt.
• Tăng cường quá trình trao đổi chất bao gồm quá trình chuyển khối và quá trình
hố học.
Ba loại quá trình điển hình này thực hiện với các loại đồng thể và dị thể khác nhau như
hệ lỏng-lỏng, lỏng-khí, lỏng-rắn.
GVHD : TS. NGUYỄN VĂN GIÁP SVTH : TẠ QUỐC HUY
Thiết kế và chế tạo mô hình điều
khiển máy khuấy trộn
Trang 6
1.2 GIỚI THIỆU MỘT SỐ HỆ THỐNG KHUẤY TRỘN TRONG CÔNG NGHIỆP
Theo nguyên lý làm việc người ta chia ra làm hai loại: liên tục và gián đoạn.
Loại làm việc gián đoạn gồm các loại sau:
• Máy khuấy thùng quay hình trụ nằm ngang, thẳng đứng, trục chéo, hình lục giác
nằm ngang, chữ V.
• Máy khuấy nằm ngang một trục, hai trục.
• Máy khuấy vít tải thẳng đứng.
• Máy khuấy lớp sôi có cánh đảo.
Loại làm việc liên tục gồm các loại sau:
• Máy trộn vít tải nằm ngang một trục, hai trục.
• Máy trộn ly tâm.
1.3 CÁC CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ QUÁ TRÌNH KHUẤY TRỘN
1.1 Mức Độ Khuấy Trộn
Là sự phân bố tương hỗ của hai hay nhiều chất sau khi trộn. Nó là chỉ tiêu để đánh giá
hiệu quả khuấy và có thể sử dụng để đánh giá cường độ khuấy.
Theo công thức Hixon-Tenry thì mức độ khuấy là
n
X
I
Trong đó
i
φ
,
0i
φ
là phần thể tích của cấu tử i trong mẫu thử và trong tồn bộ thiết bị.
2.2 Cường Độ Khuấy
Người ta thường dùng một trong các đại lượng sau đây biểu thị cường độ khuấy:
• Số vòng quay n của cánh khuấy.
• Vận tốc vòng V của đầu cánh khuấy.
• Chuẩn số Reynolds Re=
V
nd
2
đặc trưng cho quá trình khuấy.
• Công suất khuấy riêng: nghĩa là công suất chi phí để khuấy một đơn vị thể tích
V
N
N
v
=
(1-2)
0.3.3 Hiệu Quả Khuấy
Hiệu quả khuấy được xác định bằng năng lượng tiêu hao để đạt được hiệu ứng công
nghệ cần thiết. Thiết bị khuấy có hiệu quả cao nếu nó đạt được yêu cầu đề ra và tốn ít năng
lượng nhất và ngược lại.
GVHD : TS. NGUYỄN VĂN GIÁP SVTH : TẠ QUỐC HUY
Thiết kế và chế tạo mô hình điều
THIẾT KẾ HỆ CƠ CỦA MÔ HÌNH
3.1 TÍNH TỐN TRỤC KHUẤY TRỘN
Vì đây là mô hình thí nghiệm nên phần thuyết minh chỉ đưa ra phương pháp để tính tốn,
để có một kích thước chính xác cần các số liệu thực tế để thay vào công thức từ đó mới xác
định được kích thước thật của một hệ thống khuấy trộn.
Khi tính tốn trục khuấy phải biết được sơ đồ chịu lực của nó. Các điều kiện cơ bản để
trục khuấy có thể làm việc được chính là điều kiện bền và điều kiện ổn định, vì vậy cần phải
tính tốn trục khuấy theo các điều kiện dao động, theo độ cứng và theo điều kiện bền.
Việc tính tốn trục theo ổn định dao động chính là xác định kích thước của trục sao cho
vận tốc tới hạn ω
1
của nó thoả mãn với các yêu cầu về ổn định theo bản sau:
GVHD : TS. NGUYỄN VĂN GIÁP SVTH : TẠ QUỐC HUY
Thiết kế và chế tạo mô hình điều
khiển máy khuấy trộn
Trang 10
Bảng 3.1
Môi trường khuấy
Điều kiện ổn định của trục
Cứng Dẻo
Cơ cấu khuấy bản Các kiểu còn lại
Cơ cấu khuấy quay
rất nhanh
Khí
7.0
1
≤
Ω
ω
Ω
ω
6.0
1
≤
Ω
ω
Trục quay với vận tốc góc
30
n
π
=Ω
nhỏ hơn vận tốc góc tới hạn ω
1
gọi là trục cứng và
ngược lại (nghĩa là Ω>ω
1
) gọi là trục dẻo. Khi trục quay với tần số Ω=ω
1
thì sẽ dẫn tới cộng
hưởng, lúc này chuyển vị của trục sẽ tới vô cùng nếu không có lực cản.
Aûnh hưởng của sức cản tại các vùng xa cộng hưởng (các vùng làm việc) là không đáng
kể. Sức cản chỉ ảnh hưởng lớn lên chuyển vị của trục trong vùng cộng hưởng, còn hầu như
ít ảnh hưởng tới giá trị của tần số dao động riêng (tốc độ tới hạn) của trục. Trong tính tốn kỹ
thuật hoặc xác định đường kính trục từ điều kiện ổn định dao động rồi kiểm tra hoặc kiểm
tra trục theo điều kiện ổn định dao động và điều kiện cứng sau khi xác định kích thước của
nó từ điều kiện bền.
Tính tốn trục theo điều kiện cứng nhằm kiểm tra xem chuyển vị dài ở trạng thái động
của trục tại các tiết diện đặc biệt (như nơi đặc hộp đệm, nơi có thể xảy ra va chạm giữa cánh
ω
dcx
x
NC
M
=
Ở đây: N
đc
– công suất động cơ, W
ω – vận tốc góc của trục, s
-1
C
x
– hệ số dao động tải, thường lấy 1.1-1.6
• Kiểm tra độ cứng của trục tại các tiết diện nguy hiểm như hộp đệm, chỗ mắc
cánh khuấy nếu gần thành thiết bị:
cpi
ff
≤
(3-2)
GVHD : TS. NGUYỄN VĂN GIÁP SVTH : TẠ QUỐC HUY
Thiết kế và chế tạo mô hình điều
khiển máy khuấy trộn
Trang 11
Trong đo:
i
f
– độ võng của trục tại tiết diện nguy hiểm
m
1
– khối lượng một met chiều dài trục, kg/m
α – hệ số, phụ thuộc vào tỉ lệ khối lượng cơ cấu khuấy và khối lượng trục
k
Lm
m
k
=
1
và phụ thuộc vào tỉ lệ chiều dài
β
=
L
l
; m
k
-khối lượng cơ cấu khuấy, kg; l-
khoảng cách giữa cơ cấu khuấy và một gối đỡ.
3.1.2 Tính tốn trục khuấy trộn consol
3.1.2.1 Sơ đồ chịu lực
Lực tác dụng lên trục khuấy bao gồm momen xoắn M
x
sinh ra do trở lực của môi trường
(momen xoắn tác dụng từ bộ truyền động tới để cân bằng với momen xoắn sinh ra do trở lực
của môi trường), lực hướng kính F
r
và lực hướng trục F
a
d
k
– đường kính cánh khuấy, m
K
N
– hệ số công suất
Công suất khuấy và momen trung bình là những đại lượng thay đổi theo thời gian do việc
thay đổi phân bố vận tốc dẫn đến thay đổi áp suất làm sản sinh dao động (do không cân
bằng). Như vậy khi tính bền cần phải chú ý đến momen xoắn lớn nhất
xxx
MCM
'
=
(3-5)
Trong đó:
'
x
C
- hệ số dao động tải lấy bằng 1.1-1.6
Để tiện lợi và an tồn trong tính tốn người ta thay công suất khuấy trộn bằng công suất
động cơ N
đc
GVHD : TS. NGUYỄN VĂN GIÁP SVTH : TẠ QUỐC HUY
Thiết kế và chế tạo mô hình điều
khiển máy khuấy trộn
Trang 12
) và được xác định theo công thức:
rF
x
cr
Nr
M
FF
==
(3-7)
Trong đó: N
c
– số cánh của động cơ
r
F
– khoảng cách của điểm đặt lực F
r
đến trục quay, m
M
x
– momen xoắn tính theo công thức
==
π
ρ=
4
d
v2F
2
k
2
z1a
Nếu thay
1a
z
F
N
v
=
sẽ có
3
2
1a
AN2F
ρ=
Trong đó
1a
F
– lực chiều trục gây ra do sức cản chất lỏng đi theo chiều trục, N
ρ – khối lượng riêng của môi trường khuấy, kg/m
3
π
=
Trong đó
aø
a
F
– lực chiều trục do áp suất dư, N
p – áp suất dư, N/m
2
d
t
– đường kính trục tại nơi đặt hộp đệm, m
Tổng lực chiều trục tác dụng lên trục khuấy là:
2a1aa
FFF
+=
Nếu môi trường khuấy có nguy cơ đông cứng hoặc đặc thì có thể xuất hiện momen xoắn
quá tải M
xmax
của động cơ, như vậy :
GVHD : TS. NGUYỄN VĂN GIÁP SVTH : TẠ QUỐC HUY
Thiết kế và chế tạo mô hình điều
khiển máy khuấy trộn
Trang 13
dcdc
xT
x
x
M
M
n
NN
M
M
M
maxmax
955000
ω
(3-8)
Trong đó
xT
x
M
M
max
=2.7 – hệ số quá tải động cơ
N
đc
– công suất động cơ, W
n
p
– số vòng quay trục khuấy, vg/ph
ω – vận tốc góc trục khuấy, rad/s
ω
M
xk
– momen xoắn trở lực của cánh khuấy khi khởi động, Nm
I
1
– tổng momen quán tính của khối lượng chuyển động nằm trên tiết diện
A - A quy về tiết diện trục khuấy,
tddc
IiII
+=
2
1
(với I
dc
là momen quán tính
của động cơ, I
2
là tổng momen quán tính của cơ cấu khuấy)
Momen xoắn cực đại tác dụng lên trục ở tiết diện A-A là:
.
2 xkxA
MIM
+=
ω
từ các công thức trên ta rút ra công thức xác định momen xoắn cực đại tác dụng lên trục
cánh khuấy là
ruB
M
rN
lFM
⋅⋅==
11
Giá trị phản lực tại ổ đỡ A và B là :
F
x
c
uB
rrA
ar
Ml
Na
M
a
l
FF
2
1
⋅
=
=
a
x
Mx
a
l
FM
uBru
1
1
khi
ax
≤≤
1
0
( )
+=
τσσ
Trong đó: σ
uB
, τ
xB
– tương ứng là ứng suất uốn và ứng suất cắt tại B
M
uB
, M
x
– momen uốn và momen xoắn lúc làm việc tại B
W
u
, W
x
– momen chống uốn và chống xoắn tại tiết diện B
Ứng suất tương đương tính theo công thức trên mang đặc trưng biến đổi chu kỳ. Giá trị
của nó cần thoả mãn điều kiện:
1
−
≤
cptdB
σσ
Trong đó
1
−
cp
σ
– ứng suất cho phép mỏi, N/m
2
k
d
– hệ số độ lớn tra theo bảng sau
Bảng 3.2
Đường
kính trục
mmd
k
,
10 20 30 40 50 70 80 90 100
Hệ số
độ lớn
d
k
1 0.9 0.8 0.75 0.7 0.65 0.62 0.6 0.59
Đường kính trục là:
3
1
1
6
1
2
3
1
3
4
1
316
=
−
cp
x
x
uB
k
M
M
M
d
σπ
Độ bền đứt tại tiết diện B được kiểm tra với hai trường hợp:
GVHD : TS. NGUYỄN VĂN GIÁP SVTH : TẠ QUỐC HUY
Thiết kế và chế tạo mô hình điều
khiển máy khuấy trộn
Trang 15
1. Nếu môi trường có nguy cơ đông cứng hoặc đông đặc thì tải trọng gây đứt
nguy hiểm nhất chỉ là tải trọng xoắn M
x
nên trục muốn bền phải thoả mãn điều
kiện:
cp
k
x
d
M
τ
β
b
– hệ số tác dụng bậc, đối với ổ đỡ thường lấy 1.1÷1.2
2. Nếu môi trường không có nguy cơ đông cứng hoặc đông lạnh thì tải trọng
gây đứt nguy hiểm nhất là tải trọng khởi động. Lúc này ứng suất tương đương tính
theo công thức:
5.0
2
3
'
3
4
1
316
cp
ứng suất cắt cho phép
3.1.2.3 Tính trục theo độ cứng
Tính trục theo độ cứng chính là kiểm tra xem chuyển vị hướng kính của trục tại các tiết
diện nguy hiểm có thoả điều kiện:
cpi
ff
≤
(3-10)
Chuyển vị hướng kính của trục khuấy:
Chuyển vị đàn hồi hướng kính (độ võng đàn hồi) của trục khuấy xác định bởi phương
trình đàn hồi
uti
MfEJ
−=
''
trong đó f
i
– độ võng đàn hồi của trục khuấy tại tiết diện đang xét
M
u
– momen tại tiết diện đó, Nm
J
i
– momen quán tính tại tiết diện đang xét, mm
4
E – modun đàn hồi của vật liệu trục
Tích phân phương trình trên một lần và hai lần khi
ax
uB
i
uBi
Các hằng số tích phân C
1
và C
2
xác định theo điều kiện biên: f
1
=0 khi x
1
=0 và khi
x
1
=a.Thay các điều kiện biên này vào phương trình trên ta sẽ có một hệ phương trình hai ẩn
GVHD : TS. NGUYỄN VĂN GIÁP SVTH : TẠ QUỐC HUY
Thiết kế và chế tạo mô hình điều
khiển máy khuấy trộn
Trang 16
số C
1
và C
2.
Giải hệ này ta tìm được C
1
= -a
2
/6 và C
2
= 0.Thay các giá trị C
M
f
uB
với
=
1
2
max
27
3
EJ
aM
f
uB
tại x
1
=a/3
Góc xoay của tiết diện trục trong đoạn
ax
≤≤
1
0
−=
Tại ổ đỡ B có góc xoay:
1
'
1
3EJ
aM
f
uB
B
−=
Tương tự tích phân phương trình đường đàn hồi trong khoảng
lx
≤≤
2
0
với M
u
tính
theo công thức:
( )
−=−=
l
x
=
+
−=
4
2
3
3
2
2
2
2
12
0 llx
−≤≤
(lúc này J
i
=J
1
) có các điều kiện sau: f
2
=0 và
1
'
2
3EJ
aM
f
uB
−=
tại x
2
=0 thay các giá trị này vào công thức trên ta có hệ phương trình hai ẩn là C
3
và C
4
. Giải
hệ này ta được C
3
=a/3 và C
4
⋅+
−=
3
2
2
2
2
2
2
2
2
22
1
'
2
3
2
6
3
) có các điều kiện biên:
( ) ( )
21
'
2
'
2
JJJJ
ii
ff
==
=
và
( ) ( )
21
22
JJJJ
ii
ff
==
=
tại x
2
=l-l
1
. Từ đó ta xác định được C
3
và C
4
−
+−
−
−
−−+
−=
3
1
2
1
2
1
32
1
l
l
l
l
l
l
l
x
J
J
l
x
l
x
lJ
axJ
EJ
lM
f
l
l
J
J
lJ
aJ
l
x
++=
11
3
2
1
3
1
1
2
2
J
J
l
l
l
a
EJ
lM
f
uB
k
Nếu trục không có bậc J
1
=J
2
thì:
B
oB
f
S
f
+=
2
(3-11)
Trong đó: S
A
,
S
B
– khoảng dịch chuyển theo hướng kính do chế tạo của ổ A và B, có thể
xác định theo công thức
1
4
10)51(
tBA
dSSS
−
÷===
f
A
, f
B
-biến dạng đàn hồi của ổ A và B, có thể xác định theo công thức sau
1
4
S
d
f
d
f
d
f
Do biến dạng này sẽ xuất hiện góc nghiêng của trục tại ổ so với đường nối tâm hai ổ:
+
=
a
ff
arctg
BA 00
α
và như vậy sẽ xuất hiện độ võng của trục không biến dạng là:
1
2
1
001
−=
a
x
ff
−
++×+
+=
11
ff
≤
3.1.2.5 Khoảng cách tối ưu giữa hai ổ đỡ
Khoảng cách tối ưu giữa hai ổ đỡ ứng với chuyển vị nhỏ nhất của trục gọi là khoảng cách
tối ưu a
tư
. Muốn xác định khoảng cách tối ưu ta lấy đạo hàm của độ võng theo khoảng cách a
giữa hai ổ đỡ rồi cho nó bằng không, nghĩa là:
0
=
da
df
i
từ đó có thể rút ra (khi J
1
= J
2
):
uB
tö
M
EJf
a
10
6
=
Khoảng cách tối ưu thường chưa phải là khoảng cách hợp lý. Vì nếu ta chọn khoảng
cách tối ưu thì phản lực tại các ổ đỡ có thể sẽ rất lớn, dẫn tới kích thước các ổ đỡ cũng sẽ
lớn. Điều này sẽ không kinh tế và không tiện lợi.
3.1.2.6 Tính tốn trục theo ổn định ngang
k
=
1
ω
m – khối lượng dao động, xác định theo công thức
tk
mmmm 24.0
1
++=
với m
k
– khối lượng cơ cấu khuấy, kg
m
l
– khối lượng chất lỏng cùng dao động theo với tốc độ[f], kg
k – độ cứng của trục tại chổ mắc cánh khuấy
Khối lượng chất lỏng cùng dao động có thể xác định nhờ giả thuyết rằng thể tích chất
lỏng cùng dao động chính là thể tích tạo nên bởi một cánh của cơ cấu khuấy khi quay.
GVHD : TS. NGUYỄN VĂN GIÁP SVTH : TẠ QUỐC HUY
Thiết kế và chế tạo mô hình điều
khiển máy khuấy trộn
Trang 19
3.1.3 Tính các ổ đỡ trục khuấy
Tính các ổ đỡ với các phản lực ổ đỡ như sau:
Ổ đỡ trên vừa chịu lực hướng kính được tính theo công thức
F
x
c
uB
rrA
a
ti
a
F
pd
F
+=
π
Ổ dưới chỉ chịu lực hướng kính:
+=
l
a
1
a
M
F
uB
rB
Trong đó a – khoảng cách giữa hai ổ đỡ, m
d
ti
– đường kính trục tại chỗ mắc hộp đệm, m
Để đảm bảo một loại ổ kích thước cho sẵn có thể chịu được lực nói chung thì cần phải
chọn khoảng cách a hợp lý. Thường tỉ lệ
p
– hệ số trở lực của môi trường, C’
p
= f (Re,F
r
)
Để tính tốn tiện lợi cần chuyển lực phân bố diện tích (áp suất) thành lực phân bố độ dài
q(r) (N/m)
trong đó b – chiều cao cánh khuấy, m
GVHD : TS. NGUYỄN VĂN GIÁP SVTH : TẠ QUỐC HUY
bvCpbrq
p
ρ
2'
)(
==
Thiết kế và chế tạo mô hình điều
khiển máy khuấy trộn
Trang 20
Lực phân bố q(r) phân bố chiều dài của cánh cơ cấu khuấy theo quy luật mũ. Trong thực
tế ta chỉ cần tính bền ở tiết diện nguy hiểm nhất, vì thế hồn tồn cho phép chuyển sơ đồ tương
đương với F
C
chính là hợp lực tác dụng lên cánh (gọi tắc là lực cánh) đặt tại điểm đặt lực
nằm trên đường trục của cánh và có khoảng cánh tới trục quay là r
k
. Tỉ số r
F
/ r
k
C
Nr
M
F
=
(3-15)
Thay giá trị của F
C
vào công thức trên ta có:
α
cos
1
max
C
x
k
F
k
b
u
N
M
r
r
r
r
M
2
n
T
– hệ số an tồn chảy, n
T
=2÷3
3.2.1.2 Xác định khoảng cánh từ điểm đặt lực tới trục quay
• Đối với thùng khuấy có tấm chắn khi chảy rối vận tốc tiếp tuyến của chất lỏng coi
như bằng không. Như vậy, vận tốc tương đối của cánh khuấy chính bằng vận tốc vòng của
cánh khuấy, nghĩa là:
v=ωr (3-17)
Như vậy:
brCrq
p
22'
)(
ρω
=
Lực cánh tác dụng lên một phân tố diện tích dA=bdr của cánh khuấy là:
GVHD : TS. NGUYỄN VĂN GIÁP SVTH : TẠ QUỐC HUY
Thiết kế và chế tạo mô hình điều
khiển máy khuấy trộn
Trang 21
bdrrCdrrqdF
pC
22'
2
1
)(
=
f
b
r
r
c
x
xc
rdF
N
M
M
α
cos
Khoảng cách r
F
giữa điểm đặt lực F
C
và trục quay của cơ cấu khuấy xác định theo công
thức:
x
F
r
r
r
r
r
FN
M
r
α
Khi đường kính bạc cơ cấu khuấy r
b
=(0÷0.5)r
k
thì r
F
=(075÷0.805)r
k
• Đối với thùng khuấy không tấm chắn có cơ cấu khuấy làm việc ở chế độ khuấy rối
(Re
k
>10
4
) sẽ không tồn tại vận tương đối giữa cánh cơ cấu khuấy và môi trường khi r<r
0
(r
0
-
−=
r
r
rr
bC
rq
p
ωω
ρω
Lực cản tác dụng lên một phân tố diện tích dA = b.dr của cánh khuấy là:
dr
r
r
rr
bC
drrqdF
p
drrqdF
p
r
r
r
r
c
kk
2
75.0
0
0
2'
2
)(
00
r
r
c
c
x
xc
k
75.0
0
0
2'
2
cos
cos
0
αρω
α
Sau khi lấy tích phân ta có:
GVHD : TS. NGUYỄN VĂN GIÁP SVTH : TẠ QUỐC HUY
Thiết kế và chế tạo mô hình điều
khiển máy khuấy trộn
Trang 22
0
75.1
0
2'
9
49
8
9
32
1
8
cos
kkk
p
c
x
r
r
r
r
r
r
bC
N
M
αρω
Khoảng cách r
F
giữa điểm đặt lực và trục quay cũng xác định từ công thức sau bằng cách
thay F
+
−
−
5
24
1
9
49
8
9
32
1
4
3
kkk
kkk
k
F
r
r
r
r
r
r
r
r
r
r
r
r
r
r
Qua thực nghiệm cho ta thấy r
tích).
4.1 BƠM CĨ LƯU LƯỢNG RIÊNG KHƠNG DƯƠNG (BƠM LY TÂM)
Một cơ cấu có lưu lượng riêng khơng dương điển hình là bơm ly tâm trong đó lưu lượng
cung cấp từ bơm sẽ giảm khi áp suất cản của hệ thống tăng. Nếu cửa thốt của bơm ly tâm
hồn tồn bị chặn thì bơm sẽ ngừng hoạt động, và lưu lượng cung cấp là zero. Bơm ly tâm
được minh hoạ ở hình 4.1 với các đặc tính của hệ thống. Bánh cơng tác quay và làm cho lưu
chất bị hút vào cổng vào của bơm và sau đó lưu chất được đưa ra cổng thốt bởi tác động của
lực ly tâm.
Bơm có lưu lượng riêng khơng dương được ứng dụng giới hạn trong việc cung cấp thêm
(trợ giúp) cho các hệ thống bơm lưu lượng riêng dương chính, cho các hệ thống chuyển dịch
lưu chất, cho các hệ thống làm nguội và điều hồ.
Hình 4.1 Bơm ly tâm: sơ đồ hoạt động và đường đặc tính lưu lượng/áp suất
4.2 BƠM CĨ LƯU LƯỢNG RIÊNG DƯƠNG (BƠM THỂ TÍCH)
Bơm lưu lượng riêng dương được trình bày ở hình 4.2
Xem khoảng dịch chuyển của bơm là L và vận tốc của bơm là n
p
(vòng/ phút). Vậy lưu
lượng riêng cho một vòng :
GVHD : TS. NGUYỄN VĂN GIÁP SVTH : TẠ QUỐC HUY
Cổng
Thoát
Quạt Hút
Cổng vào
thông"mắt"
Lưu Lượng
Áp Suất Tối
Đa
Thiết kế và chế tạo mô hình điều
khiển máy khuấy trộn
Trang 24
p
là momen xoắn trung bình,
và P
p
là lượng tăng áp qua bơm. Khi đó:
Lưu lượng bơm lý thuyết =Lưu riêng trong một vòng
×
Số vòng quay trong một phút
=Dp
×
np
Lưu lượng thật của bơm luôn nhỏ hơn lưu lượng lý thuyết do sự rò rỉ và thất thốt ở bên
trong hệ thống:
Lưu lượng thật của bơm/Lưu lượng lý thuyết = hiệu suất thể tích
=
v
p
η
khi đó:
pp
p
v
nD
Q
p
×
=
η
Hiệu suất thể tích của bơm sẽ giảm khi áp suất tồn phần qua bơm tăng và tốc độ tăng
GVHD : TS. NGUYỄN VĂN GIÁP SVTH : TẠ QUỐC HUY
đặc biệt của một vật thể đặc biệt: nó không cho phép gán cho một giá trị nhiệt độ một ý
nghĩa vật lý riêng. Chỉ có xuất phát từ các định luật nhiệt động học mới có thể xác định
thang nhiệt độ có đặc trưng tổng quát cho mọi trường hợp.
GVHD : TS. NGUYỄN VĂN GIÁP SVTH : TẠ QUỐC HUY
Copyright: Tài liệu đại học ©