nghiên cứu thiết kế chếtạo hệ thống tự động kiểm tra và xác định khối lượng sản phẩm dạng bột trong các hệ thống si lô hình trụ bằng môttơ cảm biến tom tat

VIỆN MÁY VÀ DỤNG CỤ CÔNG NGHIỆP
PHÂN VIỆN MÁY VÀ DỤNG CỤ CÔNG NGHIỆP TẠI TP.HCM.
o0o



BÁO CÁO
TÓM TẮT ĐỀ TÀI.



NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG KIỂM TRA
VÀ XÁC ĐỊNH KHỐI LƯNG SẢN PHẨM DẠNG BỘT TRONG CÁC HỆ THỐNG
SI LÔ HÌNH TRỤ BẰNG MÔTƠ CẢM BIẾN.





Cơ quan chủ quản: Sở Khoa học và Công nghệ Tp.HCM
Cơ quan chủ trì: PHÂN VIỆN MÁY VÀ DCCN
Chủ nhiệm đề tài: KS. Nguyễn Văn Ân
Đòa chỉ: 275 Hùng Vương, F9, Q6, Tp. Hồ Chí Minh





TP.HỒ CHÍ MINH – 06/ 2007

VIỆN MÁY VÀ DỤNG CỤ CÔNG NGHIỆP
PHÂN VIỆN MÁY VÀ DỤNG CỤ CÔNG NGHIỆP TẠI TP.HCM.
o0o








BÁO CÁO
THỰC HIỆN ĐỀ TÀI.





NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỆ THỐNG
TỰ ĐỘNG KIỂM TRA VÀ XÁC ĐỊNH KHỐI LƯNG
SẢN PHẨM DẠNG BỘT TRONG CÁC HỆ THỐNG
SI LÔ HÌNH TRỤ BẰNG MÔTƠ CẢM BIẾN.

Cơ quan chủ quản: Sở Khoa học và Công nghệ Tp.HCM
Cơ quan chủ trì: PHÂN VIỆN MÁY VÀ DCCN
Chủ nhiệm đề tài: KS. Nguyễn Văn Ân
Đòa chỉ: 275 Hùng Vương, F9, Q6, Tp. Hồ Chí Minh





TP.HỒ CHÍ MINH – 05/ 2007


1


DANH SÁCH NHỮNG NGƯỜI THỰC HIỆN.

Stt Họ và Tên Học vò/
chức danh
khoa học
Ngành
chuyên
môn
Cơ quan công
tác

Ghi chú
1 NGUYỄN VĂN ÂN Kỹ sư Chế tạo
máy
PHÂN VIỆN
MÁY VÀ DCCN.

2 LÊ THANH SƠN Kỹ sư Chế tạo
máy
PHÂN VIỆN
MÁY VÀ DCCN.

3 NGUYỄN MINH KỲ

Thạc só Chế tạo
máy
PHÂN VIỆN
MÁY VÀ DCCN.

4 PHAN PHỤNG THÀNH Kỹ sư Chế tạo
máy
PHÂN VIỆN
MÁY VÀ DCCN.

5 DƯƠNG TRUNG HẢI Kỹ sư Tự động
hoá
PHÂN VIỆN
MÁY VÀ DCCN.

6 LÊ THANH PHƯƠNG Thạc só Tự động
hoá

PHÂN VIỆN
MÁY VÀ DCCN.

7 LÊ TRƯƠNG

Kỹ sư Tự động
hoá
ĐHBK Tp.HCM.

2

MỤC LỤC
Chương 1 TỔNG QUAN
1.1 Tình hình sử dụng hệ thống đo mức và báo khối lượng ở trên thế giới 4
1.2 Tình hình sử dụng hệ thống đo mức và báo khối lượng ở Việt Nam 6
1.3 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu. 6
Chương 2 ĐẶC TRƯNG CỦA VẬT LIỆU RỜI
2.1 Tính chất cơ lý của vật liệu rời. 8
2.2 Vật liệu hạt và khối hạt 9
2.3 Tính chất cơ lý của vật liệu ximăng trong silô 16
Chương 3 THỂ TÍCH – KHỐI LƯNG VẬT LIỆU TRONG SILÔ.
3.1 Các dạng silô thường gặp trong thực tế. 20
3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến sai số đo khối lượng ximăng trong silô. 22
3.3 Giải pháp công nghệ 26
3.4 Xác đònh thể tích – khối lượng của khối hạt trong silô. 26
Chương 4 THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐO KHỐI LƯNG TRONG
SILÔ.

4.1 Lựa chọn phương án thiết kế hệ thống đo 35
4.2 Tính toán các thiết bò trong hệ thống đo 42
4.3 Bản vẽ kỹ thuật (xem phụ lục) 54
Chương 5 HỆ ĐIỀU KHIỂN VÀ CHƯƠNG TRÌNH TÍNH KHỐI
LƯNG.

5.1 Cấu trúc hệ thống 55
5.2 Chương trình điều khiển thu thập. 65
5.3 Bản vẽ và phần mềm điều khiển thu thập: (xem phụ lục). 71

3
Chương 6 KHẢO NGHIỆM TRÊN MÔ HÌNH.
6.1 Mục đích 72
6.2 Quy trình thực hiện khảo nghiệm 72
Chương 7 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.
7.1 Nội dung nghiên cứu đạt được 78
7.2 Hướng phát triển tiếp theo của đề tài 78

TÀI LIỆU THAM KHẢO 79

PHỤ LỤC ĐỀ TÀI.

1 Bản vẽ thiết kế (bản vẽ phần điện - cơ khí).
2 Hình ảnh thiết bò tại mô hình và công trường sản xuất.
3 Phần mềm điều khiển.


4
Chương 1 TỔNG QUAN

Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, sự cạnh tranh của các sản phẩm
ngày một gay gắt. Những yêu cầu về chất lượng, năng suất và giá thành sản phẩm
là nhân tố cơ bản để lựa chọn một sản phẩm nói chung và một hệ thống đo và xác
đònh khối lượng vật liệu rời trong silô nói riêng là phải phù hợp. Hệ thống đo mức
và xác đònh khối lượng vật liệu rời trong silô là một đề tài quan trọng và ứng dụng
nhiều trong ngành xây dựng, chế biến nông sản.
1.1 Tình hình sử dụng hệ thống đo mức và báo khối lượng ở trên thế giới.
Ở các nước phát triển như: Đức, Ý, Nhật, Mỹ thì thiết bò báo mức và đo khối

lượng vật liệu rời trong silô là rất cần thiết. Những thiết bò mà các nước phát triển
đang sử dụng là: thiết bò siêu âm, thiết bò laser, đầu đo lực (loadsell), v.v… Đây là
những thiết bò hiện đại. Mỗi loại có những ưu nhược điểm và mục đích sử dụng
khác nhau. Hai loại thiết bò đang sử dụng phổ biến hiện nay là: thiết bò siêu âm và
thiết bò laser.
- Thiết bò siêu âm: là loại thiết bò hiện đại và được sử dụng rấtù phổ biến
trong hệ thống silô chứa xi măng, tro bay, pozolan v.v…. Phương pháp đo mức
bằng siêu âm là xác đònh khoảng cách từ đỉnh silô đến mặt thoáng của vật
liệu trong silô. Từ đó sẽõ xác đònh thể tích và khối lượng vật liệu chứa trong
silô.









5

Hình 1.1 Hệ thống đo mức bằng siêu âm trong silô.
1- Đầu đo siêu âm.
2- Bộ xử lý tín hiệu và báo kết quả.
Các hãng chế tạo thiết bò siêu âm dùng để đo mức trong silô là:
PARKER JINYOUNG LTD - Hàn Quốc, VEGASON – Anh Quốc với khoảng
cách đo của từ 0,1 ÷ 70 mét.
- Thiết bò laser: Về cơ bản, nguyên lý đo khoảng cách vật liệu rời trong
silô bằng laser giống như nguyên lý đo khoảng cách vật liệu rời trong silô bằng
siêu âm nhưng khác nhau là thiết bò sử dụng.






1
2
1
2
3

6
Hình 1.2 Mô hình và thiết bò đo mức bằng laser.
1: Thiết bò đo nhiệt độ.
2: Thiết bò đo độ ẩm.
3: Thiết bò đo mức bằng laser.

Các hãng chế tạo thiết bò laser dùng để đo mức trong silô là: Acuity -
USA, Tool-UP – Anh Quốc với khoảng cách đo có thể đạt 60 mét.
1.2 Tình hình sử dụng hệ thống đo mức và báo khối lượng ở Việt Nam.
Trong tình hình hiện nay ở Việt Nam, hệ thống silô chứa vật liệu rời
như: tro bay, ximăng được sử dụng rất nhiều ở các công trình xây dựng. Hệ
thống báo mức và xác đònh khối lượng vật liệu rời trong silô chủ yếu là có
hai loại: đó là thiết bò đo mức bằng siêu âm và thiết bò đo mức bằng laser
nhưng được sử dụng rất ít vì: phải nhập ngoại với giá thành rất đắt, chi phí
sử dụng cao, bảo trì bảo quản khó khăn đặt biệt là ở khí hậu Việt Nam v.v…
Trong các silô chứa hiện nay, mô tơ cảm biến đang được sử dụng đo
mức của vật liệu rời trong silô rất rộng rãi và đã được thương mại hoá ở
nhiều nước trong đó có Việt Nam. Tuy nhiên mô tơ cảm biến hiện nay chỉ
báo mức đầy và mức hết.
1.3 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu.
1.3.1 Mục tiêu của đề tài:
Hiện nay môtơ cảm biến chỉ dùng để đo được hai mức là: mức đầy và
mức hết. Trong tình hình phát triển khoa học như hiện nay thì vấn đề này
không còn phù hợp. Mặc khác, hầu như chưa có đơn vò nào đầu tư nghiên
cứu đưa vào sử dụng trong khi nhu cầu sử dụng rất cao.
Chính vì vậy, mục tiêu của đề tài là nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ
thống tự động xác đònh mức và khối lượng vật liệu rời bên trong silô tại các
vò trí và thời điểm bất kỳ mà người sử dụng cần bằng mô tơ cảm biến.
1.3.2 Nội dung nghiên cứu của đề tài:

7
Mô hình mà chúng tôi dự đònh nghiên cứu là: Động cơ hộp số truyền
động làm trục tang quay, encoder được lắp đồng trục với trục tang. Mô tơ
cảm biến được đặt trong hộp bảo vệ kín. Khi trục tang quay thì mô tơ cảm
biến được nâng lên và hạ xuống theo yêu cầu thông qua sự điều khiển của
máy tính.

Hiện nay có rất nhiều loại vật liệu rời, do nhu cầu cấp bách của thực tế
nên đề tài giới hạn nghiên cứu với vật liệu rời điển hình là ximăng. Đề tài
nghiên cứu bao gồm các nội dung sau:
- Tính chất cơ lý của vật liệu rời.
- Quá trình cấp và thoát vật liệu silô, v.v… để xác đònh đường cong phân bố
của mặt thoáng (tức là mặt trên cùng của vật liệu trong silô).
- Các kết cấu cơ bản của silôâ gồm: các dạng nắp, thân và đề xuất cách lắp
đặt thiết bò có tính khả thi.
- Nghiên cứu các dạng mặt thoáng của vật liệu ở các vò trí trong silô.
- Xác đònh công thức tính khối lượng ximăng còn lại trong silô ở các thời
điểm bất kỳ.
- Nghiên cứu các phương án thiết kế hệ thống đo bằng mô tơ cảm biến.
- Xây dựng phần mềm và giao diện điều khiển, hiển thò các thông số về
mức, khối lượng v.v…. và các tiện ích khác trong quá trình hoạt động của
hệ thống đo này.
- Nghiên cứu tích hợp bộ điều khiển toàn thiết bò.







8


Chương 2 ĐẶC TRƯNG CỦA VẬT LIỆU RỜI.
2.1 Tính chất cơ lý của vật liệu rời [9].
2.1.1 Khối lượng riêng: là khối lượng của một đơn vò thể tích vật liệu không
có lỗ rỗng (đơn vò là: Tấn/m

3
;kg/dm
3
hoặc g/cm
3
).
Tuỳ từng loại vật liệu mà có những phương pháp xác đònh khối lượng
riêng khác nhau. Đối với những vật liệu hoàn toàn đặc được xác đònh bằng
cách cân và đo so với vật chuẩn. Đối với những vật liệu rỗng thì phải nghiền
nhỏ < 0,2mm hoặc những hạt vật liệu bé hơn thì được xác đònh bằng phương
pháp bình tỉ trọng.
Người ta có thể dùng khối lượng riêng để phân biệt những loại vật
liệu khác nhau, phán đoán một số tính chất của vật liệu và tính toán thành
phần của một số loại vật liệu.
2.1.2 Khối lượng thể tích
Khối lượng thể tích là khối lượng của một đơn vò thể tích vật liệu ở
trạng thái tự nhiên (kể cả lỗ rỗng).
Dựa vào khối lượng thể tích của vật liệu có thể phán đoán một số tính
chất của nó như: cường độ chòu lực, độ rỗng v.v , để lựa chọn phương tiện
vận chuyển , tính toán trọng lượng bản thân kết cấu v.v
Khối kượng riêng và khối lượng thể tích của một số vật liệu rời xây
dựng:
Vật liệu Khối lượng riêng (Kg/m
3
) Khối lượng thể tích (Kg/m
3
)
Ximăng 3050 - 3150 1100 - 1600
Tro khô 2000 400-600
Tro ướt 2400 700

Vôi tôi 1300-1400 500

9
Cát khô - 1400-1650
Cát ướt - 1900-2050
Đá dăm khô 2620 1800

2.1.3 Độ rỗng
Độ rỗng là tỉ số giữa thể tích rỗng với thể tích tự nhiên của vật liệu.
Lỗ rỗng trong vật liệu gồm lỗ rỗng kín và lỗ rỗng hở. Lỗ rỗng hở là lỗ
rỗng thông với môi trường bên ngoài. Đối với vật liệu dạng hạt còn phân ra
lỗ rỗng trong hạt và lỗ rỗng giữa hạt. Vật liệu chứa nhiều lỗ rỗng kín thì
cường độ cao, cách nhiệt tốt, nhưng vật liệu chứa nhiều lỗ rỗng hở thì hút âm
tốt.
Độ rỗng vật liệu dao động trong phạm vi rộng từ 0 đến 98%. Dựa vào
độ rộng có thể phán đoán một số tính chất của vật liệu như: độ chòu lực, tính
chống thấm, các tính chất liên quan đến nhiệt độ, độ ẩm, cách âm v.v
2.1.4 Độ mòn
Độ mòn, hay độ lớn của vật liệu rời là đại lượng đánh giá kích thước
hạt của nó.
Độ mòn của vật liệu quyết đònh khả năng tương tác của chúng với môi
trường (khả năng hoạt động hoá học, khả năng phân tán trong môi trường),
đồng thời ảnh hưởng nhiều đến độ rỗng giữa các hạt. Vì vậy tuỳ từng loại
vật liệu và mục đích sử dụng mà người ta tăng hay giảm độ mòn của chúng.
Độ mòn của vật liệu có thể xác đònh bằng cách sàng (% lọt sàng) hay
bằng khả năng lắng đọng v.v
2.2 Vật liệu hạt và khối hạt [9].
Hạt vật liệu rời được đặc trưng bằng kích thước, hình dạng và khối
lượng riêng của chúng. Các hạt vật liệu đồng chất có khối lượng riêng bằng
khối lượng riêng trong toàn khối.

2.2.1 Hình dạng hạt

10
Hình dạng của một hạt vật liệu rời được biểu diễn bằng đại lượng gọi
là thừa số hình dạng λ độc lập với kích thước hạt. Thừa số λ liên hệ đến các
kích thước chính của hạt như sau: đặt chiều dài của một kích thước được chọn
tương đối là D
h
, gọi là đường kính hạt. Hình khối D
h
là cạnh và hình cầu D
h
là
đường kính, thì thể tích và diện tích bề mặt của hình khối là D
h
3
và 6D
h
2
, của
hình cầu là (π/6)D
h
3
và πD
h
2
. Với hai hình dạng này tỉ số diện tích bề mặt và
thể tích đều bằng 6/D
h
.

Thể tích của một hạt có hình dạng bất kỳ là:
v
h
= aD
h
3
và diện tích bề mặt là:
s
h
= 6bD
h
2

với a, b là các hằng số hình học chỉ tuỳ thuộc vào hình dạng hạt.
Ta có tỉ số giữa thể tích và diện tích bề mặt là:
λ
6)/(6
hh
h
h
D
ab
D
s
v
==

a
b
=

λ

với λ=1,5 – 1,7 cho các loại vật liệu nghiền.
2.2.2 Kích thước hạt
Nói chung, đường kính được xác đònh cho các hạt có kích thước bằng
nhau. Nhưng trong thực tế các hạt có kích thước không bằng nhau, vì vậy để
xác đònh kích thước các hạt người ta dùng đường kính tương đương đó là
đường kính của hạt hình cầu có cùng tỉ số diện tích bề mặt với thể tích. Đường
kính tương đương được xác đònh:

λ
h
h
h
tdh
D
s
v
D == 6
,

Theo quy ước, đường kính hạt biểu diễn theo các đơn vò khác nhau tùy
thuộc vào cỡ hạt. Với hạt thô là cm, hạt mòn (ximăng) là kích thước rây, hạt

11
rất mòn là micron hoặc milimicron, hạt siêu mòn thường được biểu diễn theo
diện tích bề mặt cho một đơn vò khối lượng hạt, m
2
/g.
2.2.3 Tính chất của khối hạt:

Một khối hạt vật liệu rời, đặc biệt khi hạt khô và không dính, có
nhiều tính chất giống như một lưu chất. Khối hạt tạo nên áp suất ở các phía
và lên vách thùng chứa, có thể chuyển động qua khe hở hoặc máng nghiêng.
Tuy nhiên, khi khối hạt và lưu chất có những điểm khác nhau như sau: các
hạt có thể lồng vào nhau dưới tác động của áp suất và không thể trượt lên
nhau cho đến khi lực tác động đạt đến một giá trò đáng kể. Hạt và khối hạt
thường chống lại sự biến dạng, nhưng khi lực tác động đủ lớn thì lớp hạt này
sẽ trượt lên lớp hạt khác xuất hiện sự ma sát đáng kể.
Khối hạt có tính chất sau:
+ Áp suất không bằng nhau về mọi phía.
+ Ứng suất tác động lên bề mặt khối hạt sẽ được truyền đi
khắp khối hạt tónh trừ khi khối hạt bò rỗng.
+ Mật độ khối hạt thay đổi theo độ nén chặt của khối hạt (tính
chất này thể hiện trong các silô chứa).
- Áp suất trong khối hạt:
Áp suất trong khối hạt theo phương pháp tuyến với áp suất tác động
thì có giá trò cực tiểu. Trong một khối hạt đồng nhất tỉ số giữa áp suất
pháp tuyến và áp suất tác động bằng hằng số K
’
, đó là một thông số đặt
trưng cho vật liệu. K
’
tuỳ thuộc vào hình dạng và khuynh hướng lồng vao
nhau của các hạt, vào tính kết dính giữa các bề mặt các hạt và mật độ
nén chặt của khối hạt. K
’
gần như độc lập với kích thước hạt trừ khi hạt
rất nhỏ và không còn lưu chuyển tự do.
K
’

là tỉ số giữa áp suất pháp tuyến với áp suất tác động.
Vậy:
'
'
1
1
sin
K
K
m
+
−
=
α


12
Và
m
m
K
α
α
sin1
sin1
'
+
−
=

- Các góc đặc trưng:
Góc hợp bởi mặt phẳng cụ thể nghiêng so với mặt nằm ngang tại đó
hạt bắt đầu trượt gọi là góc ma sát trong của vật liệu. Kí hiệu: α
m
. Tang
α
m
gọi là hệ số ma sát trong của vật liệu.
Khi hạt được đổ đóng trên mặt phẳng sẽ tạo nên khối hình nón, góc
tạo bởi đường sinh và mặt phẳng nằm ngang gọi là góc nghiêng tự nhiên
ở trạng thái tónh (α
r
).
Góc nghiêng đo ở điều kiện động học gọi là góc nghiêng động học.
2.2.4 Tồn trữ vật liệu rời
a. Tồn trữ dạng đống:
Cách tồn trữ này thường dùng cho các hạt khô, không hút ẩm,
không tan trong nước v.v Việc tính toán khối lượng vật liệu dựa vào
việc ước tính thể tích đống thường có dạng hình chóp rồi nhân với
khối lượng thể tích của vật liệu.
b. Tồn trữ trong bồn, silô:
Các vật liệu rắn có giá trò hoặc dễ bò phân huỷ khi chứa ngoài trời
đều phải được chứa trong bồn chứa. Các bồn chứa có thể có tiết diện
hình tròn hoặc hình chữ nhật, làm bằng bêtông hoặc bằng thép, có
kích thước lớn nhỏ tuỳ yêu cầu. Các thùng chứa được cấp liệu từ đỉnh
bằng một phương tiện vận chuyển vào và tháo liệu thường từ đáy.
- Áp suất trong bồn chứa:
Khi các hạt được chứa trong bồn, khối hạt sẽ tạo nên các áp suất
tác động lên thành bồn chứa có giá trò thường nhỏ hơn giá trò tính
toán. Ngoài ra còn có sự ma sát giữa tường và hạt vật liệu, và do hiện

tượng các hạt lồng vào nhau, nên sự ma sát này như truyền khắp khối
hạt. Lực ma sát tại tường có khuynh hướng làm giảm trọng lượng hạt
và làm giảm áp suất do khối hạt tác động lên đáy bồn chứa. Trong

13
trường hợp lực ma sát này đạt đến một độ lớn nhất đònh nó sẽ tạo
thành vòm, hay cầu nối trong khối hạt để phần khối hạt bên trên
không rơi xuống dù phần khối hạt bên dưới hạt được lấy ra.
Các công thức tính áp suất tác động [9]:
+ p suất tác động lên đáy bồn:
)1(
''2
/''2 rZK
b
B
T
e
K
gr
p
µ
µ
ρ
−
−=
(N/m
2
)
+ p suất tác động lên thân bồn:
p

L
= K’p
B
(N/m
2
)
+ p suất thuỷ tónh của chất lỏng tương đương:
p = ρgZ
T
(N/m
2
)
Trong đó:
K’: Hệ số
r: Bán bính bồn (m).
ρ
b
: Khối lượng thể tích vật liệu trong bồn (Kg/m
3
).
g: Gia tốc trọng trường (m/s
2
).
µ’: Hệ số ma sát.
Z
T
: Chiều cao khối hạt trong bồn (m).
- Chuyển động của vật liệu ra khỏi bồn chứa:
Vật liệu rời có khuynh hướng chuyển động ra khỏi bồn chứa qua
cửa tháo liệu ở gần đáy bồn, tuy nhiên tốt nhất là qua đáy bồn. Áp

suất thân bồn luôn nhỏ hơn áp suất đáy bồn ở cùng một độ sâu trong
lớp vật liệu, ngoài ra khi vật liệu chuyển động ra ở thân bồn sẽ làm
tăng đáng kể áp suất tác động lên các phía khác của thân bồn.
Thông thường đáy bồn chứa là hình côn được điều tiết bằng một
van hoặc bộ phận tháo liệu quay. Áp suất tại đáy bồn trong trường
hợp này nhỏ hơn giá trò tính toán.
Dòng chuyển động của vật liệu ra khỏi bồn chứa theo hai dạng:

14
+ Dạng chuyển động cả khối: nghóa là cả khối vật liệu chuyển
động cả khối vật liệu ra khỏi bồn từ dưới lên trên (hình 2.1.a).
+ Chuyển động dạng phễu: nghóa là khối hạt tại trục chuyển
động (đường tâm của bồn chứa) ra trước và từ trên xuống dưới (hình
2.1.b).













Hình 2.1 (a) Chuyển động cả khối [13] (b) Chuyển động dạng phễu [13].

15




(c) Chuyển động có rung [10].
Dòng chuyển động cả khối (hình 2.1.a) giúp cho vật liệu tháo dễ dàng
mà không cần dụng cụ hỗ trợ. Với dòng chảy dạng phễu dòng vật liệu có
thể bò tắc và cần dụng cụ hỗ trợ để khôi phục dòng chảy. Một yếu tố
quan trọng để thiết kế bồn chứa là góc nghiêng tự nhiên của vật liệu, giá
trò này dùng để xác đònh góc côn của đáy bồn chứa. Công thức xác đònh
dòng chảy cả khối:
2
45
m
o
α
β
+≥

Với α
m

: Góc ma sát trong của vật liệu (với ximăng α
m
= 50 – 55
o
).
Việc tháo liệu ra khỏi bồn chứa theo thứ tự là vật liệu ở giữa bồn ra
trước, sau đó mới đến lớp vật liệu trên mặt bên thân bồn (hình 2.1.b).
Trên bề mặt lớp vật liệu sẽ tạo hình côn. Lớp vật liệu sát đáy và thân
bồn sẽ ra sau cùng. Vật liệu sẽ trượt vào giữa thùng theo góc gần bằng
góc ma sát trong của vật liệu. Nếu vật liệu bổ sung thêm vào ở phía trên
bồn bằng với lượng vật liệu tháo ra ở đáy thì lớp vật liệu nằm gần thân
bồn sẽ không ra được bất kể thời gian tháo liệu là bao lâu. Công thức xác
đònh dòng chảy dạng phễu:
2
45
m
o
α
β
+≤ .
Trong sản xuất hiện nay, khi tháo liệu ra khỏi silô đôi khi liệu bò kẹt
không ra được. Nguyên nhân là tại cửa thoát liệu bò tạo vòm, để khắc
phục hiện tượng này người ta tiến hành rung (hình2.1.c).
Một số tiêu chuẩn khác cho hai dạng dòng chảy:
Dòng chảy cả khối
Dòng chảy dạng phễu
1. Các hạt bò phân cách nhưng sẽ
giảm đi tháo liệu.
1. Các hạt bò phân cách và duy tuỳ sự phân cách
này.

16
2. Dòng vật liệu đồng nhất.
3. Mật độ không đổi.

4. Không có vùng chết trong khối
hạt.
5. Dòng vật liệu đều.
6. Các loại bột đã loại khí sẽ không
bốc lên khi tháo liệu.
7. Bồn chứa có thể thiết kế để
không phân cách vật liệu hoặc
hoạt động như một thiết bò trộn.
8. Dụng cụ chỉ thò lượng vật liệu
trong bồn hoạt động tốt, tin cậy.
2. Phần vật liệu đầu tiên sẽ ra cuối cùng.
3. Vật liệu có thể bò giữ lại trong vùng chết cho
đến khi vật liệu được tháo hết hoàn toàn.
4. Vật liệu có thể tạo vòm trong khối hạt và lỗ
hổng khi tháo liệu.
5. Dòng vật liệu không đều.

6. Mật độ có thể thay đổi.

7. Bồn chứa hoạt động tốt với hạt to, chuyển
động tự do.
8. Dụng cụ chỉ thò phải đặt ở vò trí thích hợp.


2.3 Tính chất cơ lý của vật liệu ximăng trong silô.

Hiện nay có rất nhiều loại ximăng như:
+ Ximăng la mã.
+ Ximăng pooclăng.
+ Ximăng pooclăng rắn nhanh.
+ Ximăng pooclăng bền sunfat.
+ Ximăng có phụ gia hữu cơ.
+ Ximăng pooclăng có phụ gia vô cơ.
+ Ximăng pooclăng trắng và màu.
+ Ximăng aluminat.
+ Ximăng nở.
+ Ximăng không co ngót.
+ v.v
Tuy nhiên, ximăng pooclăng vẫn là ximăng sử dụng nhiều nhất.
2.3.1 Khái niệm chung

17
Ximăng pooclăng là chất dính kết vô cơ rắn trong nước, chứa khoảng
70-80% silicat canxi. Nên còn có tên gọi là ximăng silicat. Nó là sản phẩm
nghiền mòn của clinke với phụ gia thạch cao (3-5%). Clinke ở dạng hạt được
sản xuất bằng cách nung cho đến kết khối hỗn hợp chứa cacbonat canxi và
alumosilicat.
2.3.2 Tính chất của ximăng pooclăng:
- Độ nhỏ: Ximăng có độ nhỏ (mòn) cao sẽ dễ tác dụng với nước, rắn chắc
nhanh. Độ nhỏ có thể xác đònh bằng cách sàng trên sàng N
o
008 (4900
lỗ/cm
2
) và đo tỉ diện tích của bề mặt ximăng (cm
2

/g). Đối với ximăng
bình thường yêu cầu lượng sót trên sàng không quá 15%(có nghóa là hơn
85% hạt có kích thước nhỏ hơn 80µK), tương ứng với tỉ diện tích là 2500-
3000 cm
2
/g.
- Khối lượng riêng: khối lượng riêng của ximăng (không có phụ gia
khoáng) là 3,05-3,15 g/cm
3
. Còn khối lượng thể tích tuỳ theo độ lèn chặt:
đối với ximăng xốp là 1100 Kg/m
3
; đối với ximăng lèn chặt trung bình là
1300 Kg/m
3
; đối với ximăng lèn chặt mạnh là 1600 Kg/m
3
.
- Tính ổn đònh thể tích: Khi ximăng rắn chắc thể tích của nó thường thay
đổi. Điều đó chủ yếu là là do sự trao đổi nước giữa hồ ximăng và môi
trường (nước tự do và nước trong các gen). Thông thường nếu rắn chắc
trong không khí thì ximăng bò co, còn trong môi trường nước có thể không
co hoặc nở chút ít.
2.3.3 Một số ximăng đặc biệt:
Để chế tạo ximăng đặc biệt người ta dùng những biện pháp sau:
+ Điều chỉnh thành phần khoáng vật và cấu trúc của clinke
ximăng.
+ Dùng phụ gia vô cơ và hữu cơ để điều chỉnh tính chất và tăng
hiệu quả kinh tế.
+ Điều chỉnh độ mòn và thành phần hạt của ximăng.

18
- Ximăng pooclăng rắn nhanh: Ximăng rắn nhanh có hàm lượng C
3
S và
C
3
A không nhỏ hơn 60-65% và tỷ diện tích phải đạt đến 3500 – 4000
cm
2
/g.
- Ximăng pooclăng bền sunfat: Nó được sản xuất như ximăng thường nhưng
thành phần khoáng vật được quy đònh chặt chẽ hơn, đặt biệt phải hạn chế
thành phần C
3
S. Để sản xuất ximăng pooclăng bền sunfat có thể sử dụng
phụ gia bền sufat như : xỉ, puzolan v.v
- Ximăng có phụ gia hữu cơ: Phụ gia hoạt động bề mặt có tác dụng làm
tăng độ dẻo cho bêtông và vữa, hoặc làm giảm lượng nước nhào trộn và
giảm lượng dùng ximăng từ 10-20%. Ngoài ra, nó còn làm tăng độ đặc và
tính chống thấm cho bêtông. Các phụ gia hữu cơ bề mặt dùng cho
ximăng như: chủ yếu là nhóm chất dầu và chất nhựa.
- Ximăng pooclăng có phụ gia vô cơ: Phụ gia vô cơ hoạt tính là phụ gia sau
khi nhào trộn với vôi trắng trong không khí và nước thì tạo ra một loại hồ
có khả năng rắn chắc trong không khí thì rắn chắc được cả trong nước.
Phụ gia vô cơ hoạt tính có thể có sẵn trong thiên nhiên như các đá trầm
tích điatômít, trepen, đá có nguồn gốc núi lửa v.v
- Ximăng pooclăng trắng và màu: Clinke của ximăng trắng được sản xuất
từ đá vôi và đất sét sạch, nung bằng nhiên liệu không có tro, khi nghiền
tránh để lẫn bụi sắt. Ximăng màu được chế tạo bằng cách nghiền chung

các chất tạo màu vô cơ với clinke ximăng trắng. Ximăng pooclăng trắng
và màu được dùng trong vữa và bêtông trang trí.
- Ximăng aluminat: Ximăng aluminat có đặt tính là có cường độ cao và
rắn chắc nhanh. Nó được sản xuất bằng cách nghiền clinke chứa aluminat
canxi thấp kìm. Để sản xuất ximăng aluminat thường dùng đá vôi và đá
vôi giàu nhôm như quặng bauxit.

19
- Ximăng nở và ximăng không co ngót: Ximăng nở là loại chất dính kết
tổng hợp của một số chất kết dính hoặc của nhiều loại ximăng. Có nhiều
thành phần gây nở, nhưng hiệu quả nhất là 3CaO.Al
2
O
3
.3CaSO
4
.31H
2
O.
Ximăng nở chống thắm nước là chất kết dính rắn nhanh. Nó
được sản xuất bằng cách trộn lẫn ximăng aluminat (70%), thạch cao
(20%) và hroaluminat canxi cao kìm (10%).
Ximăng pooclăng nở là chất dính kết rắn trong nước được chế
tạo bằng cách nghiền chung clinke của ximăng pooclăng (58-63%), xỉ
hoặc clinke aluminat (5-7%), thạch cao (7-10%) hoặc các phụ gia hoạt
tính khác (23-28%). Nó có độ đặc và tính chống thắm nước cao, có
khả năng nở trong nước và trong không khí.

20






Chương 3 THỂ TÍCH – KHỐI LƯNG VẬT LIỆU TRONG SILÔ.
3.1 Các dạng silô thường gặp trong thực tế.
Hiện nay, trong thực tế có rất nhiều dạng silô khác nhau. Dưới đây là
một số dạng silô thường gặp:
1. Bộ lọc (Thường là dạng lọc túi).
2. Silô.
3. Ống cấp liệu.

21






Hỡnh 3.1 Siloõ hỡnh truù kớch thửụực lụựn. Hỡnh 3.2 Siloõ hỡnh truù kớch thửụực

nhoỷ.


22

Hình 3.3 Silô hình chữ nhật
Trong đó, các kích thước: L, D,R, a, thường làm theo yêu cầu thực tế
(mặt bằng, không gian công tác, lưu trữ, kết cấu, v.v ). Khi thiết kế silô nên
thiết kế silô có hướng thoát liệu chính tâm và ở đáy vì tận dụng được góc
chảy tự nhiên của vật liệu.

23
3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến sai số đo khối lượng ximăng trong silô.
Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến khối lượng thể tích ximăng trong silô,
khối lượng ximăng trong silô phụ thuộc vào: nhiệt độ, độ ẩm, khối lượng thể
tích, quy luật phân bố mặt thoáng, chiều sâu đo.
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình đo như sau:
a. Xét ảnh hưởng của nhiệt độ (T) đến khối lượng ximăng trong silô.
Nhiệt độ trong lòng silô (ở giữa khối lượng ximăng trong silô) nằm
trong khoảng từ 48 – 55
O
C (số liệu thực nghiệm) và nhiệt độ này luôn luôn
không đổi. Vì vậy, ta coi như ảnh hưởng của nhiệt độ đến khối lượng ximăng
trong silô là không đáng kể.
b. Xét ảnh hưởng của độ ẩm (ψ) đến khối lượng ximăng trong silô.
Độ ẩm tương đối trong lòng silô (ở giữa khối ximăng trong silô) nằm
trong khoảng từ 2,5-3,5%. Độ ẩm tăng thì khối lượng ximăng tăng và khối
lượng thể tích giảm. Tuy nhiên, trong khoảng độ ẩm từ 2,5-3,5% thì khối
lượng thể tích ximăng thây đổi không đáng kể. Vì vậy, ta coi như ảnh hưởng
của độ ẩm đến khối lượng ximăng trong silô bằng không.

c. Xét ảnh hưởng của khối lượng thể tích ximăng theo chiều cao:
Khối lượng thể tích của ximăng trong silô được phân bố theo chiều
cao của ximăng trong silô. Chiều cao càng lớn thì khối lượng thể tích càng
lớn. Tuy nhiên với nhiều loại vật liệu rời, khi chiều cao lớp vật liệu gấp ba
lần đường kính thì thêm vật liệu vào không làm ảnh hưởng đến áp suất tại
đáy bồn [9 - tr.25]. Vì các hạt ở đáy đã lèn chặt vào nhau (độ xốp rất nhỏ).
Bằng số liệu thực nghiệm (Phòng KCS - Công ty MêKông) ta thấy
khối lượng thể tích theo chiều sâu trong silô như sau:
ρ
đ
= 1,10 ρ
c
= 1,60

9000