nghiên cứu thiết kế máy vận chuyển trấu bằng phương pháp khí động

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MÁY VẬN CHUYỂN TRẤU BẰNG
PHƯƠNG PHÁP KHÍ ĐỘNG
MỤC LỤC
Chương 1
MỞ ĐẦU
1.1 Đặt vấn đề
Chế biến và sản xuất lúa gạo là một trong những ngành kinh tế mũi nhọn
của nước ta đem lại doanh thu hàng tỉ USD cho nền kinh tế. Nhưng sản phẩm tạo
Trang 1
ra của ngành này không chỉ gồm gạo mà còn có tấm, cám và đặc biệt là trấu với
khối lượng rất lớn. Sản lượng lúa năm 2007 cả nước đạt 37 triệu tấn, trong đó, lúa
đông xuân 17,7 triệu tấn, lúa hè thu 10,6 triệu tấn, lúa mùa 8,7 triệu tấn (Nguồn Bộ
NN & PTNT) . Như vậy lượng vỏ trấu thu được sau xay xát tương đương 7,4 triệu
tấn. Còn theo TS Phạm Văn Lang (Báo Công nghiệp Việt Nam - số 35/2006) thì
sản lượng trấu ở khu vực đồng bằng sông Cửu Long lên tới 1,4-1,6 triệu tấn
(2006).
Trước đây do ít có những nghiên cứu và quan tâm cần thiết, nên chỉ có một
lượng nhỏ trấu được tái sử dụng chủ yếu để dùng đun nấu trong gia đình, đa phần
còn lại được xả thẳng xuống kênh mương, ảnh hưởng nghiêm trọng tới môi trường
nước và sông ngòi ở Đồng bằng sông Cửu Long. Hiện nay, việc ứng dụng trấu đã
khá rộng rãi và đa dạng, trấu không chỉ được dùng để làm chất đốt mà còn để làm
vật liệu xây dựng, thiết bị lọc nước Yêu cầu đặt ra lúc này là làm thế nào để thu
gom trấu, Việc thu gom đơn giản nhất là xúc đổ trấu vào các vật đựng như thúng,
bao tải… và vận chuyển tới nơi thu gom tập trung. Biện pháp này có ưu điểm là rẻ
tiền, đơn giản, phù hợp với xay xát nhỏ nhưng có khuyết điểm là tốn công lao
động và đặc biệt không hiệu quả khi lượng trấu vận chuyển lớn.
Từ đó, đòi hỏi một phương pháp vận chuyển đơn giản, hiệu quả hơn và
phương pháp vận chuyển khí động đã đáp ứng được yêu cầu này nhờ vào tốc độ
làm việc, sự gọn nhẹ, khả năng tự động hóa hoàn toàn, đơn giản và linh hoạt trong
vận hành và sử dụng. Tuy nhiên nó cũng có một số hạn chế nhất định đó là chi phí
năng lượng cao, tốc độ mài mòn lớn khi cần vận chuyển vật liệu có tính mài mòn

và không thích hợp khi vận chuyển vật liệu ẩm dính và cục to.
Nhờ có những ưu điểm trên, nên ngày nay phương pháp vận chuyển bằng
khí động được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp và nông nghiệp
khác nhau trên thế giới như dược phẩm, công nghệ thực phẩm, công nghệ sau thu
hoạch … Tuy nhiên, tại Việt Nam, việc ứng dụng máy vận chuyển vào nông
nghiệp nói chung và vỏ trấu nói riêng còn rất hạn chế. Trong nông nghiệp việc đi
sâu nghiên cứu và chế tạo loại thiết bị này vẫn chưa được đi sâu nghiên cứu và
phát triển.
Trang 2
Nhằm góp phần giới thiệu và làm rõ một số vấn đề trong phương thức vận
chuyển này, được sự đồng ý của ban chủ nhiệm khoa Cơ khí-Công nghệ, dưới sự
hướng dẫn của thầy TS. Lê Anh Đức, thầy Nguyễn Hải Đăng, thầy Nguyễn Thanh
Phong em tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu thiết kế máy hút trấu bằng
phương pháp khí động”
1.2 Mục đích và nhiệm vụ đề tài
− Mục đích đề tài:
+ Khảo nghiệm hút trấu bằng máy vận chuyển khí động hiện có.
+ Tính toán, thiết kế máy hút trấu bằng phương pháp khí động.
− Nhiệm vụ :
+ Để thực hiện mục đích trên, nhiệm vụ của đề tài bao gồm:
+ Tìm hiểu máy vận chuyển khí động có sẵn.
+ Đối tượng nghiên cứu: Vận chuyển khí động dạng di động Automat.
+ Tính toán thiết kế máy với năng suất 2000 kg/h.
+ Sửa chữa và khảo nghiệm máy thực tế.
+ Lập bản vẽ lắp và bản vẽ chi tiết.
1.3 Phạm vi nghiên cứu:
3.1.1 Phạm vi về nội dung nghiên cứu:
− Nghiên cứu tìm hiểu hệ thống vận chuyển khí động.
− Khảo nghiệm hệ thống thực tế.
− Tính toán thiết kế máy vận chuyển khí động năng suất 2000 kg/h.

3.1.2 Phạm vi về địa bàn nghiên cứu:
Địa điểm thực hiện: xưởng thực tập sản xuất,khoa cơ khí – ĐHBK
TPHCM.
3.1.3 Phạm vi đối tượng nghiên cứu:
Máy vận chuyển khí động với năng suất 2000 kg/h.
3.1.4 .Phạm vi về thời gian:
Máy được tính toán thiết kế và đặt tại xưởng thực tập sản xuất, khoa cơ khí-
công nghệ từ tháng 5 đến tháng 8 năm 2009.
1.4 Cấu trúc khóa luận:
Trang 3
Khóa luận bao gồm 5 chương:
Chương 1. Mở đầu. Chương này bao gồm: đặt vấn đề, mục tiêu và phạm vi
nghiên cứu.
Chương 2. Tổng quan. Chương này mô tả về nguyên lý hoạt động, cấu tạo
thiết bị của máy vận chuyển khí động và giới thiệu chung một số loại máy vận
chuyển khí động.
Chương 3. Nội dung và phương pháp nghiên cứu. Chương này trình bày cụ
thể những nội dung cần làm và những phương pháp áp dụng.
Chương 4. Kết quả nghiên cứu và thảo luận. Đây là chương quan trọng nhất
vì nó phản ánh những kết quả mà khóa luận nghiên cứu thu được.
Chương 5. Kết luận và đề nghị. Chương này sẽ tóm tắt lại kết quả thu được
và nêu ra những kết luận và đề nghị sau quá trình nghiên cứu.
Chương 2
TỔNG QUAN
2.1. Vật liệu trấu
2.1.1. Cấu tạo
Vỏ trấu do hai lá của gié lúa là vảy lá và mày
hoa tạo thành. Cả hai phần này được ghép liền với
nhau theo nếp dọc bằng một nếp gấp cài vào nhau.
Trang 4

Phần trên của hai mảnh của vỏ trấu chuyển thành đoạn cuối của vỏ trấu và cuối
cùng kết thúc thành một cái râu (awn).
2.1.2. Các đặc tính đặc trưng của trấu
− Tuỳ theo từng loại trấu mà trấu có chiều dài từ 5 – 10mm, chiều ngang
bằng 1/2 -1/3 chiều dài.
− Góc nghỉ của trấu từ 35 – 50 độ tuỳ theo ẩm độ và điều kiện nhiệt độ môi
trường.
− Thành phần thực tế của vỏ trấu thay đổi tùy theo giống lúa và có liên quan
tới các điều kiện đất đai mà cây lúa được trồng.
2.1.3. Ứng dụng vật liệu trấu
Từ lâu vỏ trấu đã được sử dụng làm chất đốt, hiện nay tại một số vùng nông
thôn trấu vẫn còn rất thông dụng. Thời gian gần đây khi công nghiệp tái sinh phát
triển trấu còn được ứng dụng để làm vật liệu xây dựng, thiết bị lọc nước, thiết bị
cách nhiệt …
2.2. Hệ thống vận chuyển khí động, lý thuyết và ứng dụng
2.2.1. Lý thuyết vận chuyển khí động
2.2.1.1. Nguyên lý vận chuyển vật liệu bằng phương pháp khí động
Nguyên lý vận chuyển vật liệu rời bằng phương pháp khí động là lợi dụng
khả năng chuyển động của dòng khí trong ống dẫn với tốc độ nhất định để mang
vật liệu từ chỗ này tới chỗ khác dưới trạng thái lơ lửng. Để cho vật chuyển động từ
chỗ nạp liệu đến chỗ thu liệu phải tạo ra được sự chênh lệch áp suất giữa hai đầu
ống, tức là phải tạo được áp lực bằng cách giảm áp suất ở cuối ống hút hoặc tăng
áp suất không khí ở đầu ống đẩy.
Theo lý thuyết thì có thể sử dụng dòng không khí để vận chuyển vật liệu rời
có khối lượng riêng và kích thước bất kì, nhưng vì tiêu hao năng lượng vận
chuyển tăng nhanh nhiều lần so với trọng lực của vật liệu, do vậy thường chỉ áp
dụng để vận chuyển vật liệu ngũ cốc, vật liệu rời có khối lượng bé (Trần Xoa, Hồ
Lễ Viên, 1978).
2.2.1.2. Chuyển động của phần tử rắn trong dòng khí
Trang 5

Điều kiện cơ bản để các phần tử rắn có thể lơ lửng trong không khí là: lực
tác dụng lên phần tử hạt rắn do dòng không khí chuyển động từ dưới lên gây ra
phải bằng hoặc lớn hơn trọng lượng bản thân của hạt.

v
S
F
G
P
Hình 1: Lực tác dụng lên phần tử vật chất trong dòng không khí
Lực tác dụng lên một phần tử hạt rắn gồm hai phần:
− Lực tác dụng lên tiết diện ngang của hạt (còn gọi là tiết diện trực đối) trực
giao với chiều chuyển động của dòng không khí:

F
g
v
KP
ρ
2
2
01
=
,kG
− Lực tác dụng do ma sát giữa không khí và bề mặt xung quanh của hạt:

S
g
v
P

ρλ
2
2
2
=
,kG
Nếu gọi P là lực tác dụng lên hạt rắn từ dưới lên trên thì:

S
g
v
F
g
v
KPPP
ρλρ
22
22
021
+=+=
Trong đó:
+K
0
– Hệ số tỷ lệ kể đến ảnh hưởng của sự chảy bọc quanh các hạt
của dòng không khí. Hệ số này phụ thuộc vào chuẩn số Re và kích thước của
phần tử lơ lửng.
+Đối với phần tử hình cầu hệ số K
0
thay đổi theo chuẩn số Re.
+F: Tiết diện trực đối lớn nhất của hạt theo phương trục đối xứng, m

2
.
+v: Vận tốc của dòng không khí trong ống dẫn, m/s.
Trang 6
+λ: Hệ số ma sát.
+S: Bề mặt xung quanh của hạt, m
2
.
+δ
kk
: Trọng lượng riêng của không khí, kg/m
3
.
Nếu tiết diện trực đối ứng với các trục đối xứng khác nhau của phần tử
không giống nhau thì lực tác dụng lên hạt sẽ phụ thuộc vào trục đối xứng nào của
trùng với chiều chuyển động của dòng không khí.
Điều kiện làm cho hạt rắn ở trạng thái lơ lửng trong không khí là:

S
g
v
F
g
v
KPG
ρλρ
22
22
0
+==

,m/s
− G: Trọng lượng của hạt, kg.
Từ phương trình trên ta rút ra được trị số v và đó chính là vận tốc treo, tức
vận tốc giúp hạt phần tử rắn lơ lửng trên không.

)(
2
0
SFK
g
G
v
kk
treo
λ
ρ
+
=
Trong đó:
−
4
10*2;
2
−
==
β
λρ
β
g
đối với bề mặt nhẵn;

4
10*5
−
=
β
đối với bề mặt nhám.
− Đối với hạt hình cầu có đường kính d, m và trọng lượng riêng δ
h
, kg/m
3
:

hkkkk
d
GS
g
v
F
g
v
KP
δ
π
δλδ
622
322
0
==+=
(1)
Thành phần của lực ma sát trong phương trình (1) không đáng kể, có thể bỏ

qua, từ đó:

0
3,3
K
d
v
h
treo
δ
=
,m/s
Thông thường đối với hệ thống vận chuyển khí động Re = (0,5 ÷ 7).10
5
K
0
= 0,5.
Lúc đó:
htreo
dv
δ
7,4=
Trường hợp ống dẫn nằm ngang thì lực P sẽ tác dụng trực giao với phương
của lực G, do đó hạt sẽ rơi xuống và lăn theo thành ống. Phần không khí bị cuốn
Trang 7
theo các hạt sẽ gây ra một sức đẩy P’ nào đó làm cho hạt lại được bốc trở lên, rồi
lại rơi xuống, cứ thế hạt bị tải đi theo dòng không khí.

P
G

v
Hình 2: Chuyển động của phần tử hạt vật liệu trong ống nằm ngang.
Để xác định vận tốc lơ lửng trong trường hợp ống ngang, giáo sư V.N.
Lêvinxơn trên cơ sở lý thuyết đã đưa ra công thức sau đây dùng cho hạt rắn có
hình kéo dài (hình lăng trụ).

σπϕϕ
dl
G
v
treo
)1( −
=
Trong đó :
−
σ
: Mật độ không khí, kg.s
2
/m
4
.
− l : Bề dài hạt hình lăng trụ, m.
− d : Đường kính hạt lăng trụ, m.
−
v
v'
=
ϕ
: Tỷ số vận tốc tịnh tiến của hạt và vận tốc của dòng không khí.
Trong thực tế, vận tốc làm việc của hệ thống vận chuyển khí động phải lớn

hơn vận tốc treo để dòng không khí có khả năng lôi cuốn được những hạt vật liệu
đọng lại dưới lòng ống nằm ngang khi hệ thống làm việc trở lại sau một thời gian
ngừng hoạt động.
2.2.1.3. Các thông số có liên quan trong quá trình tính toán
Các thông số kỹ thuật của máy vận chuyển bằng khí động bao gồm: năng
suất vận chuyển Q (kg/h), sơ đồ ống dẫn, tính chất cơ lý của vật liệu vận chuyển.
Khi thiết kế người ta phải tính toán các thông số chủ yếu như:
− Chi phí không khí yêu cầu cho việc vận chuyển Q
kk
(m
3
/giây).
− Áp suất không khí P để thắng được các loại trở lực (N/m
2
).
− Đường kính cần thiết của ống dẫn d (m).
− Công suất động cơ để kéo quạt cao áp hoặc máy nén N (Kw).
Trang 8
− Và các đại lượng khác…
a) Vận tốc không khí và các thông số có liên quan trong quá trình tính
toán
Vận chuyển vật liệu bằng không khí yêu cầu vận tốc khí tương đối cao
nhưng đồng thời cũng tạo nên độ giảm áp suất lớn do ma sát giữa các phần tử và
làm mòn nghiêm trọng đường ống vận chuyển. Do vậy quan trọng nhất trong tính
toán thiết kế thiết bị vận chuyển bằng khí động là phải chọn đúng vận tốc của
không khí trong đường ống. Nếu vận tốc không khí vận chuyển quá cao sẽ dẫn đến
tăng chi phí năng lượng quá mức và có thể gây tổn thương vật liệu vận chuyển,
ngoài ra còn làm tăng kích thước và tăng giá thành thiết bị. Ngược lại, khi vận tốc
không khí V
kk

không đủ lớn, thiết bị vận chuyển sẽ bị quá tải dẫn đến hiện tượng
ùn tắc trong đường ống. Để giảm thiểu những hiệu ứng xấu này, vận tốc khí nên
giữ ở mức thấp có thể được.
• V
kk
được xác định dựa trên vận tốc treo theo công thức:
V
kk
=k
ϕ
*V
treo
Trong đó :
− V
treo
-vận tốc treo (m/s ).
− k
ϕ
-hệ số phụ thuộc vào mức độ phức tạp của tuyến đường vận chuyển, mật
độ hỗn hợp và cơ lý tính của vật liệu.
+ Với hạt: k
ϕ
= 1,25 ÷2,5;
+ Với các loại ngũ cốc: k
ϕ
= 1,5 ÷3,7;
+ Với rơm và cỏ khô: k
ϕ
= 1,5 ÷ 2,5;
Nhằm tránh ùn tắc trong ống người ta dùng các giá trị lớn của k

ϕ
Để đại
diện cho lượng vật liệu được vận chuyển trong đường ống của hệ thống ta sử dụng
đại lượng nồng độ khối lượng tương đối hỗn hợp µ, là tỷ số giữa khối lượng vật
liệu vận chuyển với khối lượng không khí dịch chuyển trong một đơn vị thời gian.

kgkhongkhi
kgvatlieu
m
m
kk
t
==
µ
Trong đó :
Trang 9
− m
t
- khối lượng nguyên liệu tải trong ống (kg);
+ m
kk
- khối lượng không khí trong đường ống (kg);
+ µ

- là nồng độ khối lượng tương đối hỗn hợp;
Đại bộ phận thiết bị dùng trong nông nghiệp và tại các xí nghiệp chế biến
có nồng độ khối lượng µ

< 8 ÷10 với vận tốc V
kk

= 10 ÷ 30 m/s. Vận tốc V
kk
thông
dụng được sử dụng từ 15 đến 25 m/s.
Trong quá trình thiết kế và tính toán hệ thống, các hệ số
µ
và V
kk
thường
được lựa chọn dựa theo dạng vật liệu và khối lượng riêng của chúng.
Khi chọn µ cần lưu ý rằng, tuyến đường của máng vận chuyển khí động
phức tạp thì nồng độ khối lượng hỗn hợp càng giảm.
• Từ đó, ta có được lưu lượng không khí:

kk
t
kk
G
Q
δµ
*
=
Trong đó :
−
δ
kk

– khối lượng riêng của không khí:
+
δ

kk
= 1,2 kg/m
3
đối với điều kiện áp suất khí quyển.
+
δ
kk
= 1,6 – 2,0 kg/m
3
khi áp suất cao trong hệ thống.
+
δ
kk
= 0,8 0,95 kg/m
3
khi áp suất thấp trong đường ống.
− Q
kk
–lưu lượng không khí (m
3
/ s)
− Q
t
– Năng suất vận chuyển tính toán (tấn/h)
• Đường kính ống vận chuyển khi tốc độ không khí thay đổi d
o
(m)

kkkkm
t

kk
kk
VK
Q
V
Q
d
***
*4
*
*4
0
δππ
==
Với tiết diện ngang của ống S (m
2
):
kk
kk
V
Q
S =
Đường kính ống trong thiết bị với vận tốc không đổi: xác định phụ thuộc
vào sự thay đổi chi phí không khí.
Trang 10
Khi có các tiết diện của ống dẫn khác nhau ta có :

11
22
2

1
1
2
2
1
kk
kk
kk
kk
kk
kk
VS
VS
Q
Q
P
P
===
δ
δ

kkOkkB
kk
kk
hay
P
P
δδ
δ
δ

==
2
1
2
1
Đưa giá trị δ
kkB
vào công thức (3) ta nhận được:

kkBkkm
t
VPK
PQ
d
****
**4
0
0
δπ
=
Trong đó :-
− P
0
và δ
kk0
tương ứng với áp suất và khối lượng riêng của không khí khi ra
khỏi ống dẫn, P
0
= 0,1 Mpa
− P

B
và δ
kkB
tương ứng áp suất và khối lượng riêng không khí ở các mặt cắt
tính toán.
Vận tốc ở mọi mặt cắt của ống dẫn khi d
o
= costant tỷ lệ thuận với áp suất:

B
kk
P
P
VV
0
0
*=
Thiết bị vận chuyển khí trong thực tế gồm hai loại :
− Loại có đường kính ống dẫn ổn định thì tiện lợi trong sử dụng, chi phí công
suất thấp.
− Loại có đường ống dẫn thay đổi nhưng vận tốc không thay đổi.
Đối với thiết bị vận chuyển khí động trong nông nghiệp thường áp dụng
đường kính ống dẫn không thay đổi trên toàn bộ chiều dài, cột áp của nó là sự
chênh lệch áp suất được tạo ra ở phía cuối ống dẫn để thắng tất cả trở lực được
phát sinh khi vận chuyển vật liệu. Sự chênh lệch áp suất bằng tổng tất cả tổn thất
áp suất (tổn thất cột áp) trên các đoạn của thiết bị vận chuyển.
b) Tổng tổn thất cột áp
Tổng tổn thất cột áp bao gồm: tổn thất khi chuyển tải trong ống dẫn, khi di
chuyển vật liệu và không khí trong ống dẫn, khi nâng vật liệu và không khí lên
phía trên trong các khuỷu ống và ống nhánh.

Trang 11
Cột áp toàn phần P (N/m
2
) của thiết bị vận chuyển khí động bao gồm:
• Cột áp suất động P
đ
(N/m
2
) hay vận tốc động cần thiết để thắng quán tính
không khí và vật liệu nghĩa là dùng để cung cấp cho nó vận tốc V
t
và V
kk
(m/s).
)72,01(
2
2
µ
δ
+=
g
V
p
kkk
d
Đối với ống dẫn khí, không có vật liệu thì áp suất động
g
V
p
kkk

d
2
2
δ
=
Như vậy cột áp động tỷ lệ thuận với bình phương vận tốc, và phụ thuộc vào
hệ số mật độ khối lượng, nhưng không phụ thuộc vào diện tích, tiết diện ống dẫn.
• Áp suất tĩnh (N/m
2
) là chi phí áp lực cần thiết để vượt qua ma sát trong
ống dẫn P
t
’, thắng trở lực cục bộ ở các bộ phận như: các khuỷu, miệng ống hút,
van xả liệu, Siclon tách bụi, ống mềm… và đủ sức nâng vật liệu lên trên cao trong
quá trình vận chuyển P
t
.
p
t
= µ . δ
kk
. g . h
• Tổn thất áp suất do ma sát P’
t
khi không khí chuyển động trong ống
có chiều dài L
T
được xác định theo công thức :

2

kk
t
'
2
0
kk
V
d
L
kP
T
δ
λ
=
Trong đó:
− L
T
- Chiều dài ống tải liệu
− k
λ
- hệ số lực cản do ma sát, có giá trị gần đúng 0,014 ÷ 0,020 : k
λ

được
tính theo
+ k
λ
= 0,0032 + 0,211R
e

- 0,237
( theo Hukypa∆3e )
+ k
λ
= 0,3164 / Re
0,25
( theo auycy )
+ k
λ
= 0,0125 + 0,0011 / d
T
( theo eccy )
Trang 12
* Với R
e
là hệ số Reunon
0
0
*
µ
dV
R
kk
e
=
* Với µ
0
= 14,9. 10
-6
m

2
/
s
(hệ số nhớt động học đối với không khí).

kk
kk
δ
η
µ
=
0
Trong đó:
− η
kk
là hệ số nhớt tuyệt đối của không khí
• Tổn thất áp suất để thắng trở lực cục bộ (P
cb
)
Trở lực cục bộ được xác định theo áp suất động qua k
ξ

Như vậy: Σ∆
cb
=
g
V
kk
kk
2

*
2
δ
(K’.µ + 1) ΣKi
Trong đó:
− K’ phụ thuộc vào vận tốc làm việc của không khí
− ΣKi - tổng các hệ số thực nghiệm tương ứng của các vị trí có trở lực cục bộ
Trở lực cục bộ phát sinh ở các khuỷu khi giảm hoặc tăng đường kính ống.
(Các ống dẫn với cút uốn đột ngột đã làm tăng lực cản, vì thế khuyến cáo không
được khuyến khích sử dụng nhiều trong hệ thống ). Lực cản cục bộ tại các khuỷu
phụ thuộc vào góc nghiêng α và tỷ lệ bán kính cong R
α
với đường kính ống dẫn.
Tổng cột áp toàn phần của thiết bị là:
P =P
d
+ P’t + P
T
+ P
cb
Trong thiết bị khí nén luôn luôn có hiện tượng rò rỉ và nén khí, vì thế chi
phí không khí, nhận được theo tính toán cần tăng thêm từ 3 - 5%.
2.2.1.4. Các thiết bị trong hệ thống vận chuyển khí động
Về cơ bản, hệ thống vận chuyển khí động khá đơn giản và rất phù hợp cho
việc vận chuyển vật liệu dạng bột hay dạng hạt trong kho bãi, nhà xưởng. Yêu cầu
hệ thống là có một nguồn khí nén, thường là không khí, một thiết bị cung cấp, một
đường ống vận chuyển và một thiết bị tiếp nhận để tháo liệu và thoát khí. Hệ
thống hoàn toàn khép kín và nếu cần, hệ thống có thể hoạt động mà không cần có
những phần di chuyển đến tiếp xúc với vật liệu cần vận chuyển.
Trang 13

Hình 3: Các thành phần cơ bản của hệ thống vận chuyển khí động
2.2.1.4.1. Cyclon
a) Cấu tạo và nguyên lý làm việc
Cyclon là thiết bị lọc trong đó
hình thành lực ly tâm để tách hạt rắn
ra khỏi không khí.
.
Hình 4: Nguyên lý hoạt động của
Cyclon thông thường.
Không khí mang hạt rắn được
đưa vào phần trên của cyclon bằng ống lắp theo phương tiếp tuyến với vỏ ngoài
hình trụ của cyclon.
Nhờ thế, dòng không khí sẽ có chuyển động xoắn ốc bên trong vỏ hình trụ
và hạ dần về phía dưới. Khi gặp phần đáy hình phễu dòng không khí bị đẩy ngược
trở lên, trong khi đó nó vẫn giữ chuyển động xoắn ốc và thoát ra ngoài qua ống
thoát khí. Trong quá trình chuyển động xoắn ốc, các hạt rắn chịu tác dụng của lực
ly tâm làm cho chúng có xu hướng tiến dần về phía vỏ hình trụ hoặc đáy hình
phễu rồi chạm vào thành thiết bị và rơi xuống dưới.
b) Tính toán và lựa chọn Cyclon
Các kích thước của một cyclon hoạt động tối ưu sẽ phụ thuộc vào các ứng
dụng thực tế của nó, đó là dựa trên tính chất của vật liệu rắn được tách ra và yêu
cầu về hiệu suất tách. Nói chung, khi thiết kế cần tránh sử dụng các cyclon có kích
thước quá lớn, có thể làm gia tăng khả năng của hệ thống bằng cách nối song song
Trang 14
các cyclon nhỏ hơn. Hầu hết các sản phẩm thương mại ngày nay thường có đường
kính nhỏ hơn 3m.
Hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại Cyclon khác nhau với công suất
và hiệu suất rất đa dạng, nhưng về độ thông dụng thì tại có một vài loại như sau:
− Cyclon SIOT có thể áp dụng để tách các loại hạt rắn khỏi không khí thoát

với điều kiện vật liệu rắn không phải là sợi và không dính kết năng suất từ 1500
đến 10000m
3
/h.
− Cyclon xoắn SDK thuộc loại có sức cản khí động lớn và được lắp đặt khi
cần hiệu suất làm sạch cao.
− Cyclon LIOT là Cyclon do Viện nghiên cứu kĩ thuật bảo hộ lao động
Lêningrat nay là Petecbua – Liên bang Nga đề xuất có hiệu suất lọc đối với bụi có
kích thước ≥ 40µm.
Hình 6: Các kích thước thông dụng của một cyclon
c) Tính toán Cyclon
Người ta tính toán hay lựa chọn Cyclon bằng nhiều phương pháp khác nhau
nhưng trước hết cần phải có các số liệu sau: Lưu lượng không khí cần được làm
sạch Q(kg/m
3
); Nồng độ hạt rắn trong không khí C
b
(g/m
3
); khối lượng riêng của
hạt rắn δ(kg/m
3
), hiệu suất làm sạch yêu cầu.
Những thông số cần thiết cho quá trình tính toán và lựa chọn có thể theo
các bước sau:
1. Chọn Cyclon và lựa chọn vận tốc chuyển động tối ưu của dòng khí trong
thiết bị:
− Đối với Cyclon SN có thể tiếp nhận v
u
= (3,5 – 4,5)m/s

− Đối với hình côn xoắn SDK v
u
= (1,7 – 2)m/s
− Đối với Cyclon SIOT… v
u
= 1,0m/s
− Đối với Cyclon Claipedcki OEKDM v
u
= 3,3m/s
2. Tính toán tiết diện cần thiết của Cyclon, m
2

u
đay
v
Q
F =
(m
2
)
3. Xác định đường kính Cyclon sau khi giả thiết số lượng Cyclon là n.
Trang 15

n
F
D
*785,0
=
(m)
Đường kính Cyclon cần được làm tròn số .

4. Tính vận tốc thực tế của dòng khí trong Cyclon:

2
0
**785,0 Dn
Q
v =
(m/s)
Vận tốc thực tế trong Cyclon không nên vượt quá 15% so với vận tốc tối ưu
v
u
đã chọn, nếu không thỏa mãn ta có thể chọn lại đường kính D.
2.2.1.4.2. Máy quạt
a) Định nghĩa và cấu tạo
Quạt là bộ phận rất quan trọng trong hệ thống vận chuyển khí động. Đó là
thiết bị dùng để tạo ra sự chuyển động của không khí trong không gian hoặc trên
đường ống. Ngoài ra, quạt còn được sử dụng rộng rãi như một chi tiết máy móc
trong một số thiết bị công nghệ.
Theo cấu tạo và nguyên lý hoạt động quạt được chia ra làm hai loại chính là
quạt ly tâm và quạt hướng trục (gọi tắt là quạt trục).
Dù là quạt ly tâm hay quạt trục, áp suất tạo ra được là nhờ có tác dụng xoáy
và nén của bánh xe cánh quạt.
Để đặc trưng cho quạt cùng một xêri (mã
hiệu) nhưng số cỡ quạt khác nhau, ta sử dụng
một thông số- gọi là chỉ số vận tốc hay “số vòng
quay riêng” n
y
xác định theo biểu thức sau:

4/3

*
p
nQ
n
y
=
Trong đó:
− n – số vòng quay làm việc của quạt,
vòng/phút.
− Q và p – lần lượt là lưu lượng thể tích m
3
/s và hiệu số áp suất kG/m
2
do
quạt gây ra khi làm việc với số vòng quay n đã cho.
Trang 16
Tất cả các quạt khác cỡ số nhưng cùng một mã hiệu – tức cùng một số sơ
đồ khí động và cấu trúc hình học sẽ có cùng một chỉ số vận tốc n
y
. Do đó, chỉ số n
y
cũng có thể được sử dụng để phân loại và đánh giá chất lượng quạt.
b) Xác định các kích thước chủ yếu của quạt ly tâm
Quạt ly tâm có cấu tạo tương đối đơn giản, do đó trong nhiều trường hợp
thực tế khi không có quạt do Nhà máy chuyên dụng sản xuất ta có thể tiến hành
chế tạo tại chỗ. Khi gặp phải trường hợp đó chúng ta có thể sử dụng phương pháp
của GS M.P.Kalinuskin để xác định các kích thước chủ yếu của quạt.
Hình 5: Các kích thước chính của quạt ly tâm loại đơn giản
Số liệu ban đầu cần biết tới là: lưu lượng không khí cần thiết (m
3

/s); Áp
suất toàn phần p(kG/m
3
) ứng với khối lượng riêng không khí δ
kk
= 1,2 kg/m
3
và số
vòng quay n(v/ph).
Trình tự tính toán như sau:
1. Trên cơ sở số liệu ban đầu đã cho, trước tiên xác định chỉ số vận tốc n
y
theo công thức (*).
2. Đường kính miệng hút của quạt được xác định từ điều kiện đảm bảo tổn
thất năng lượng ít nhất trong bánh xe cánh quạt:

3
0
*5,3
n
Q
D =
3. Đường kính trong của bánh xe cánh quạt có thể nhận từ điều kiện đảm bảo
tổn thất năng lượng ít nhất trong bánh xe cánh quạt:

01
DD =
4. Đối với bánh xe cánh quạt có bề rộng không đổi b = const và cánh quạt
uốn cong ra trước khi β
2

< 90
0
ta có:

y
n
DD
60
*
02
=
5. Bề dày B của vỏ quạt có thể được xác định xuất phát từ điều kiện miệng
thổi của quạt có tiết diện vuông và tiết diện bằng diện tích miệng hút:
4
2
0
2
D
D
π
=
Do đó:
0
*885,0 DB =
Trang 17
6. Bề rộng bánh xe cánh quạt được xác định theo công thức:
b =(1,2
÷
2,5)
4

0
D
= (1,2
÷
2,5)D
0
7. Kích thước mở rộng A của vỏ quạt:

02
*
3
2
90
D
n
DA
y
==
8. Kích thước hình vuông cấu tạo của vỏ quạt

Aa *
4
1
=
Từ đó ta vẽ được vỏ quạt và bánh xe cánh quạt
9. Số lượng cánh quạt:

12
12
*

DD
DD
Z
−
+
=
π
Sau đó qui tròn cho bằng bội số của 4 hoặc của 6.
10.Góc vào và ra của không khí trong rãnh giữa 2 cánh quạt được lấy trong
phạm vi:

β
1
= 100 ÷ 140
0
và
β
2
= 20 ÷ 45
0
Quạt ly tâm xác định theo phương pháp này đảm bảo hiệu suất η = 0,55 ÷
0,6.
11.Công suất điện tiêu thụ của quạt:

η
*102
* pQ
N
quat
∆

=
(kW)

c) Chọn động cơ
Chúng ta có thể lựa chọn động cơ dựa theo công suất tiêu thụ điện thực tế
của toàn hệ thống:
trđtruc
quat
tt
NK
N
ηη
*
*
=
Trong đó:
− K: hệ số dự trữ thực tế của hệ thống, hệ số này xuất hiện do trong thực tế
còn có rất nhiều tổn thất khác mà chúng ta chưa kể đến một cách đầy đủ.
Trang 18
− Đối với quạt ly tâm có cánh uốn cong ra trước: K = 1,1 ÷ 1,15
− Đối với quạt ly tâm có cánh uốn cong ra sau và quạt trục: K = 1,05 ÷ 1,1
−
η
trđ
: hiệu suất truyền động giữa động cơ và quạt.
Khi truyền động bằng puli và đai truyền tiết diện hình thang
η
trđ
= 0,9 ÷ 0,95
Nếu bánh xe cánh quạt lắp trực tiếp lên trục động cơ:

η
trđ
= 1
−
η
trục
: hiệu suất truyền động, có giá trị phụ thuộc vào chủng loại, số lượng và
tình trạng ổ trục, ổ bi.
Sau khi xác định được công suất tính toán N
tt
ta tiến hành chọn động cơ có
công suất gần nhất về phía lớn hơn so với công suất tính toán.
2.2.1.4.3. Các thiết bị đi kèm
a) Vòi hút
Vòi hút có tác dụng tránh cho nguyên
liệu làm nghẹt ống và giữ tốc độ thổi ổn
định. Nguyên liệu được cung cấp vào đường
ống qua một ống bao ngoài tại điểm kết thúc
của đường ống, dòng khí sơ cấp sẽ cung cấp
trực tiếp vào ống thông qua các khoảng
trống hình vành khuyên được tạo sẵn.
Hình 7 : Cấu trúc của một đầu hút vật liệu tiêu biểu
Các thông số cơ bản của vòi hút vật liệu
Chiều dài “a” của ống bao phải đủ dài để đảm bảo toàn bộ ống không bị vùi
lấp trong vật liệu khi nó di chuyển.
Trang 19
Hình 8: các dạng hoạt động tiêu biểu của đầu hút vật liệu:
a, ống bao dài ra ngoài đường ống b, đầu hút có tiết lưu không khí
c, ống bao co vào trong tương đối so với đường ống
Vị trí điểm cuối của ống bao có liên quan tới điểm kết thúc của đường ống,

“b”, nó phụ thuộc vào loại nguyên liệu được vận chuyển. Nhưng, nó cũng làm ảnh
hưởng tới nồng độ khối lượng tương đối của hỗn hợp khí - rắn được hút vào trong
hệ thống.
Như trên hình 8 thể hiện trong các trường hợp chỉ có trường hợp ống bao
thụt vào sau điểm kết thúc đường ống, trường hợp c, không khí vào trong đường
ống một cách đơn giản hơn và dễ dàng kéo vật liệu theo nó.
Chúng ta có thể kiểm soát lượng khí hút vào máy thông qua kết cấu ống
bao. Ngoài ra, ta có thể kiểm soát nồng độ tương đối của hỗn hợp thông qua việc
sử dụng dòng khí thứ cấp như trong hình 7.
b) Van tăng tốc (bộ phận cung cấp kiểu Venturi)
Bộ phận này làm việc dựa trên nguyên lý giảm diện tích mặt cắt ngang của
đường ống nơi vật liệu được cung cấp từ thùng chứa hoặc cyclon thu hồi, nó có tác
dụng khắc phục sự rò khí lên khoang trên van định lượng.
Tác động của việc giảm diện tích thổi trong khi giữ nguyên lưu lượng khí là
sự gia tăng vận tốc không khí đi qua kéo theo đó là sự giảm áp tại họng thổi. Nhờ
đó mà nguyên liệu được hút xuống và thổi vào đường ống một cách dễ dàng, khắc
phục được hiện tượng rò khí do áp suất ngược.
Trang 20

Hình 9:Nguyên lý hoạt động của van tăng tốc.
Trong thực tế, van tăng tốc trong hệ thống vận chuyển khí động thường
được thiết kế đi kèm với một van cánh bướm (van định lượng) nhằm kiểm soát
lượng vật liệu đi vào hệ thống, hoặc tránh để không khí lọt lên buồng cung cấp khi
hệ thống vận chuyển ở áp suất cao.

Hình 10: Thiết kế thường thấy của một van tăng tốc.
2.2.2. Phân loại
(David Mills và CTV, 2004) Hệ thống vận chuyển khí động rất đa dạng về
chủng loại và mẫu mã, nói chung tất cả chúng đều phù hợp cho việc vận chuyển
các loại vật liệu dạng hạt, khô, rời.

Trang 21
Hình 11: Sơ đồ minh họa các loại hệ thống vận chuyển khí động hoạt động với
một nguồn khí đơn.
Việc lựa chọn nguyên lý hoạt động cho hệ thống có thể dựa trên bảng phân
loại trên đây. Nhằm dễ dàng trong việc chọ lựa hệ thống thích hợp có thể chia các
loại hệ thống khí động thành từng cặp như sau:
a) Phân loại theo cách tác động của dòng khí lên vật liệu
Vận chuyển bằng phương pháp khí động: Không khí chuyển động trong
ống kín theo một phương nào đó ở trạng thái dòng loãng hay dòng đặc làm hạt bị
kéo theo và chuyển động dọc theo tuyến ống vận chuyển.
Vận chuyển bằng phương pháp thông khí: Không khí được đưa vào đều đặn
từ dưới lên qua lưới, bản xốp, vải… Vật liệu bão hòa với không khí trở nên lơ
lửng và linh động, nó có thể chảy theo máng nghiêng hoặc chảy ra từ lỗ tháo của
boongke. Phương pháp vận chuyển này tiêu tốn không khí ít (không khí tiêu tốn
chỉ cần đủ để bão hòa vật liệu).
b) Phân loại theo chủng loại hệ thống (hệ thống đóng và hệ thống mở)
c) Phân loại theo cách bố trí quạt, máy nén (hệ thống dạng hút, hệ thống dạng
đẩy và hệ thống hỗn hợp)
d) Phân loại theo tính cơ động của hệ thống (hệ thống cố định và hệ thống di
động)
e) Phân loại theo áp suất hoạt động của hệ thống (hệ thống áp suất thấp và hệ
thống áp suất cao).
f) Phân loại theo mức độ cải tiến của hệ thống (hệ thống thông thường và hệ
thống cải tiến)
g) Phân loại theo mức độ liên kết của hệ thống (hệ thống đơn lẻ và hệ thống
phức tạp)
h) Phân loại theo kiểu hoạt động của hệ thống (hệ thống hoạt động theo mẻ và
hệ thống họat động liên tục)
i) Phân loại theo nồng độ tương đối của hỗn hợp (hệ thống dòng đặc hệ thống
dòng loãng)

j) Phân loại theo đường vận chuyển (hệ thống thổi theo đường ống và hệ thống
thổi theo kênh)
Trang 22
2.2.3. Các sơ đồ vận chuyển vật liệu bằng phương pháp khí động
(Nguyễn Trọng Khuôn và CTV, 1983) Sự vận chuyển nguyên liệu có thể
thực hiện theo nhiều sơ đồ khác nhau. Tuy nhiên, ta cũng có thể qui ra 4 sơ đồ
chính sau đây:
− Sơ đồ 1: Ống dẫn thẳng đứng. Sơ đồ này kinh tế nhất vì lưu lượng khí nhỏ
nhất và vì vậy tổn thất do ma sát giảm và ít mài mòn thiết bị.
− Sơ đồ 2: Ống dẫn thẳng đứng có đoạn cuối nằm ngang, người ta tăng lượng
không khí lớn hơn so với sơ đồ 1 vì thế nồng độ hạt rắn giảm.
− Sơ đồ 3: Gồm đoạn ống nằm ngang ngắn, tiếp đến là ống thẳng đứng và
cuối cùng là đoạn ống nằm ngang. Sơ đồ này cần có lượng không khí lớn và do đó
nồng độ hỗn hợp giảm.
− Sơ đồ 4: Ống dẫn có đường đi tùy ý. Sơ đồ này thường áp dụng cho hệ
thống dài 100 – 1000m.
Hình 13: Sơ đồ đường ống vận chuyển vật liệu bằng phương pháp khí động.
2.2.4. Khảo sát nguyên lý hoạt động của 1 số máy vận chuyển bằng phương pháp
khí động thông dụng
Thực tế từ 4 sơ đồ bố trí đường ống vận chuyển nêu trên, căn cứ vào cách
phân loại máy vận chuyển theo áp suất, người ta đã chọn lựa và thiết kế ra 3 sơ đồ
máy vận chuyển chính và thông dụng trong thực tiễn:
− Khi đường vận chuyển ngắn và vật liệu được thu nhận từ nhiều điểm thì
hợp lý là dùng phương pháp hút, nó đảm bảo thiết bị làm việc tốt, cho phép dùng
những bộ phận thu nhận vật liệu cũng như các máy thổi khí đơn giản.
− Khi đường vận chuyển dài thì thường dùng phương pháp thổi.
Trang 23
− Khi đường vận chuyển dài và vận chuyển từ nhiều điểm khác nhau đến một
điểm thì người ta dùng phương pháp hỗn hợp hút thổi kết hơp.
2.2.4.1. Sơ đồ máy vận chuyển khí động ở áp suất thấp và trung bình

1
2
3
4
6
5
7
8
Hình 14:Nguyên lý vận chuyển dạng hút (dòng loãng)
a) Nguyên lý hoạt động
Người ta làm giảm áp suất ở cuối tuyến vận chuyển bằng cách bố trí máy
hút khí ở cuối tuyến vận chuyển. Khi máy làm việc các phần tử trong ống hút 2; 4;
5 nằm trong trạng thái chân không. Tổn thất áp suất trong hệ thống này nhỏ hơn 1
atmotphe. Vật liệu chuyển động trong hệ thống đó gọi là vận chuyển bằng phương
pháp hút.
b) Hoạt động
Miệng hút (2) hút vật liệu cùng với không khí từ đống nguyên liệu. Hạt vật
liệu được trôi trong hệ thống ống dẫn (3) vào bộ phận thu liệu (4). Nguyên liệu
được tách ra khỏi không khí lắng xuống đáy cyclon đi qua cửa van thoát liệu (6)
rồi rơi xuống khu vực thu hồi nguyên liệu. không khí có lẫn bụi từ bộ phận tách
của cyclon (4), theo ống dẫn (5) vào bộ lọc, tại đây bụi được giữ lại hoặc lắng
xuống đáy cyclon và được đưa ra ngoài qua van xả (6). Không khí sạch sau khi
được tách bụi lại tiếp tục đi vào thiết bị tạo chân không (7) và được thổi ra ngoài.
Trang 24
c) Đặc điểm
Các thiết bị loại hút thuận tiên ở chỗ nó đáp ứng được các yêu cầu thu nhận
nguyên liệu dạng rời từ nhiều trạm chứa và chuyển đến một trạm thu duy nhất. Ví
dụ, khi hút và chuyển vật liệu từ xà lan vào các kho chứa, hạt vật liệu được hút
vào các miệng hút bố trí ở các khoang khác nhau của xà lan sau đó nhập chung

vào một đường ống vận chuyển chính và chuyển đến kho thu hồi vật liệu. Thiết bị
này thích hợp cho việc vận chuyển ở cự ly ngắn đơn giản. Độ chân không trong
các thiết bị hút đạt từ 0,3atm đến 0,4atm và đôi khi đạt đến 0,7atm.
2.2.4.2. Sơ đồ nguyên lý hệ thống vận chuyển vật liệu dạng thổi

Hình 15: Nguyên lý máy vận chuyển dạng thổi
a) Nguyên lý
Thiết bị tạo áp cung cấp một lượng không khí có áp suất cao, vận tốc cao
vào trong đường ống vận chuyển. Một mặt nguyên liệu được cấp vào phễu chứa
liệu được van xả chuyển xuống đường ống tải. Ngay tại cửa thoát của van xả, vật
liệu nhận được động năng khá lớn từ thiết bị thổi cung cấp bị đẩy đi trong đường
ống vận chuyển và chạy tới bộ phận tách liệu ở cuối tuyến vận chuyển. Tại cyclon
tách, hạt vật liệu từ từ lắng xuống đáy cyclon và được chuyển ra ngoài rồi rơi
xuống khu vực thu hồi. Ống vận chuyển có thể có nhiều nhánh để có thể cùng một
lúc chuyển liệu cho nhiều bộ phận thu hồi ở nhiều vị trí khác nhau.
b) Đặc điểm
So với hệ thống vận chuyển theo kiểu hút thì vận chuyển theo kiểu đẩy có
những ưu điểm:
Trang 25