ď chuong5 nhom5

Bộ Môn: Máy & Thiết Bị Công Nghiệp Hóa Chất Dầu Khí
Học Phần: Cơ Sở Tính Toán Máy Hóa Chất- Dầu Khí
Chương 5
THÙNG QUAY, LÒ QUAY
Giảng viên: TS. Vũ Hồng Thái
Nhóm 5:
1. Nguyễn Văn Thanh
2. Hoàng Thị Thái
3. Trần Duy Thăng
4. Trần Văn Thành
5. Đỗ Quang Thiện
6. Nguyễn Thanh Tuấn
7. Phạm Hoa Tới
8. Huỳnh Minh Tiến
9. Nông Ngọc Tuân
10.Trương Văn Tú



NỘI DUNG CẦN ĐẠT
1. Khái niệm.
2. Sự chuyển động của vật liệu trong thùng quay.
3. Cách lắp ráp vành đai, con lăn đỡ, con lăn chắn.
4. Lực tác dụng lên các con lăn.
5. Xác định các kích thức của vành đai và con lăn.
6. Xác định các tải trọng.
7. Xác định phản lực ở các vị trí đỡ.
8. Kiểm tra độ bền mối hàn thân thùng.
9. Xác định lực tác dụng lên vành đai lắp tự do.
10.Tính điều kiện bền uốn của vành đai lắp tự do.
11.Tính điều kiện bề uốn của vành đai lắp cứng vào thân thùng.

12.Xác định ứng suât tiếp giữa vành đai và con lăn


I. Khái niệm
Trong các ngành công nghiệp hóa chất, thực phẩm,
vật liệu xây dựng ….Người ta thường dùng thùng
quay, lò quay để thực hiện các quá trình như sấy, trộn,
sàng phân loại và nung nóng các vật liệu ở dạng rắn
Loại thiết bị này thường có kích thước lớn, khối
lượng và làm việc ở nhiệt độ thường hoặc ở nhiệt độ
cao (như sấy, nung). Do chúng có kích thước và khối
lượng lớn nên không thể dùng trục lắp vào hai đầu
thùng làm cho chúng quay được.


I. Khái niệm
• Để truyền chuyển động cho thùng quay hoặc lò
quay ta dùng bánh răng vòng lắp ở thân thùng và
các vành đai đặt ở trên các con lăn đỡ.
• Với thùng quay có đường kính thùng có thể lên
đến 2m và chiều dài lên đến 10 – 12 m. Còn đối
với lò quay thì đường kính thân lò có thể lên đến
5m và chiều dài lò có thể lên đến 180m.
• Độ nghiêng của thùng so với mặt phẳng ngang lấy
từ 10 đến 50. Tốc độ quay của thùng từ 1 đến 10
vòng/phút.



II. SỰ CHUYỂN ĐỘNG CỦA VẬT LIỆU

TRONG THÙNG QUAY.
Người ta dùng thiết bị loại thùng quay đặt nằm ngang hoặc nằm
nghiêng để thực hiện nhiều quá trình khác nhau, vì vậy đặc tinh
chuyển động của vật liệu ở trong các máy đó không như nhau.
VD:
- Quỹ đạo phẳng: vật liệu trong máy trộn thùng quay, máy
nghiền bi hình thùng…
- Quỹ đạo không gian: máy sấy thùng quay, lò nung quay,
máy sàng thùng quay


II. SỰ CHUYỂN ĐỘNG CỦA VẬT LIỆU
TRONG THÙNG QUAY.
1- Thân thùng.
2- Vành đai.
3- Bánh răng.
4- Hệ con lăn đỡ.
5- Hệ con lăn đỡ.
6- Hộp giảm tốc.
7- Động cơ điện.
8- Bánh răn dẫn.
9- Hộp tháo liệu.

Hình 5-2 các chi tiết chủ yếu thùng quay


Đặc tính chuyển động của vật liệu trong
thùng phụ thuộc vào thông số .
Đường
kính

thùng

Tốc độ Hệ số ma Hệ số ma
sát vật
quay của
sát vật
liệu với
thùng.
liệu.
bề mặt
thùng.

Hệ số
nội ma
sát cua
vật liệu
và góc
nghiêng
đặt thùng

Ở máy sấy thùng quay và lò nung phải chọn các thông số sao cho
bề mặt tiếp xúc giữa vật liệu và chất tải nhiệt là lớn nhất và thời
gian lưu của vật liệu ở trong thùng là tối ưu nhất để thực hiện tốt
quá trình sấy hoặc nung.


2-1. Sự chuyển động hạt vật liệu trong thùng.
Xét một tiết diện ngang vuông góc với đường trục của
một thùng trụ nằm ngang có bán kính R.

Xét lực td nửa dưới

a

xét lực td nửa trên

b


Giả sử hạt vật liệu P , m, w thì hạt vật liệu chịu
tác dụng 3 lực:
- Trọng lực: mg
- Lực ly tâm: mω2R

- Lực ma sát mà trị số của nó phụ thuộc vào vị
trí của hạt P ở trong thùng.
Dưới tác dụng lực ma sát, hạt vật liệu “dính”
vào bề mặt thùng và quay cùng thùng. Có thể
xảy ra 2 trường hợp :


1. Khi hạt vật liệu P nằm phía dưới đường kính ngang của thùng :

Trọng lực là m.g.sinβ
lực ma sát f(m.R. + m.g.cosβ)

- Nếu

m.g.sinβ = f( m.R. + m.g.cosβ)

(5-1)

thì hạt vật liệu dừng lại và sẽ trượt theo mặt thùng quay. ( Góc β gọi là


GÓC NÂNG của hạt vật liệu (β < 2 ) , f là hệ số ma sát hạt vật liệu ).

Thay cos   1  sin 2 

vào phương trình (5-1), có:

g .sin   fR 2  f .g 1  sin 2 
Giải phương trình này với sinβ, có:
R 2  g 2 (1  f 2 )  f 2 R 2 2
sin   f .
g (1  f 2 )

(5-2)


* Nếu

ω→0 ( thùng sẽ không quay ) và hệ số ma sát f = tgφ
( φ là góc ma sát ), thì :

sin  

f
1 f

2

nghĩa là



tg
1  tg 
2

 tag .cos  sin 

β=φ

KẾT LUẬN: - Góc β cần phải bé hơn


2

, bởi vì hạt vật liệu

nằm cao hơn đường kính ngang thì không thể nằm yên không chuyển
động, mà nó chỉ có thể hoặc là rời khỏi mặt thùng hoặc là cùng quay
với thùng.
- Tốc độ quay thùng < Tốc độ quay tới hạn (

  th
).

2. Khi hạt vật liệu nằm cao hơn đường kính ngang của
thùng.
Trọng lực: m.g.sinθ
Lực ly tâm: mRω2
Tại thời điểm góc dời θ thỏa mãn điều kiện : m.g.sinθ = mRω2
(5-3)
R
Hạt vật liệu sẽ không dính vào mặt
sin       2     
thùng, nó rời khỏi mặt thùng rơi xuống
g
hay
(5-4)
theo quỹ đạo parabol.
R 2

   1

g
2
* Nếu
thì
=> hạt vật liệu P ở vị trí cao nhất.
R 2
   1
R 2  1 
g
* Nếu
hay
=> hạt vật liệu cùng quay với thùng.

R
th 
g
TỐC ĐỘ TỚI HẠN biểu thị:
(5-5)


2-2 Sự chuyển động của hạt vật liệu theo thùng.

Nhận thấy hệ số ma sát khi vật liệu chuyển động (fo) nhỏ hơn hệ số ma
sát khi nó đứng yên f.
Khi hạt vật liệu nâng lên đạt góc  (theo phương trình 5-2) thì nó tự
dừng lại, thùng vẫn quay. Hạt vật liệu trượt theo mặt thùng, hệ số ma sát
giảm từ f dến fo, điều kiện phương trình (5-2) bị phá vỡ và vật liệu trượt
xuống dừng lại là góc

1

ứng với hệ số ma sát fo ,nhưng vì theo quán

tính nên hạt trượt xuống thấp hơn góc

và dừng lại góc mới

2

.

Ở đây sinh ra hệ số ma sát f và vật liệu lại được nâng lên rồi tụt xuống,
cứ thế tiếp tục chuyển động.

• Gọi
là tốc độ góc hạt vật liệu theo thùng,
tương ứng (
)

là góc nâng

Gia tốc tương ứng hạt vật liệu gồm 2 thành phần:
- Gia tốc ly tâm hướng theo
bán kính thùng ( Rω02 )

- Gia tốc tiếp tuyến

(
là tốc độ góc của hạt vật liệu trượt xuống).
- Gia tốc theo của hạt vật liệu cùng chuyển động với thùng cho
bằng gia tốc ly tâm
, ở đây
.
- Hạt vật liệu còn chịu tác dụng gia tốc côriolit
.
- Lực ly tâm hướng kính:
ép hạt vật liệu vào mặt thùng gây ra lực ma sát f0=mR(ω+ ω0)2


Theo phương tiếp tuyến với quỹ đạo chuyển động, hạt vật liệu chịu tác dụng lực :

Và của lực thành phần tiếp tuyến trọng lực

Điều kiện cân bằng như sau:
Biến đổi, có:

(5-6)
Phương trình (5-6) phương trình chuyển động hạt vật liệu theo thùng quay.
Khảo sát trường hợp hạt vật liệu rơi theo thành thùng khi thùng không chuyển
động (
)
Phương trình (5-6) sẽ có dạng :

Nghĩa là có dạng phương trình becnouli :


Giải phương trình này :
Thay :

Ta được :
Giải tích phân vế phải (5-10) ta được :
Và
Tương tự tìm được :


Thay giá trị hai tích phân (5-11)và (5-12) vào (5-10) có :
(5-13)
Để tìm hằng số tích phân C ta dựa vào điều kiện ban đầu. Lúc bắt đầu chuyển động
có
và lúc đó góc ban đầu
, ( là góc ma sát ), nên có:
(5-14)
Từ đó tìm C, thay C vào phương trình (5-13), có:

Cho giá trị góc
rồi theo phương trình (5-14) tính được tốc độ chuyển động
theo hạt vật liệu
.Còn tốc độ dài hạt vật liệu trượt theo thùng
.


2-3 Sự chuyển động khối vật liệu trrong thùng.
Xét một tiết diện của thùng vuông góc với đường trục của nó, khối vật
liệu hình viên phân có góc ở tâm là
và diện tích F bằng :
Gỉa thiết góc

, còn tốc quay của thùng

.

hình 5-4: sơ đồ lực tác dụng lên phân tố khối vật liệu trong thùng.


-

Khi thùng quay, khối vật liệu chịu tác dụng của lực ma sát, lực ly tâm và
trọng lực được nâng lên đến độ cao nào đó, đặc trưng bằng góc nâng
của
trọng tâm C của khối vật liệu .
Trọng tâm C nằm cách thùng một đoạn:

Ta cũng giả thiết :

và
- Trên diện tích của viên phân ta xét một phân tố ABDE được giới hạn bởi hai
đoạn AB và DE song song bán kính OC , bởi dây cung BD và cung tròn
- Tìm chiều cao h của phân bố theo quan hệ hình học như sau:
Mà
Do đó
Dây cung
Vậy diện tích của phân bố ABDE là:


1.Trọng lực dP, có xu hướng kéo khối vật liệu tụt xuống và thành phần
trọng lực (vuông góc với mặt thùng) :
(5-15)
2.Lực ly tâm :

(v tốc độ vòng của thùng, m/s)

Cả hai lực pháp tuyến này sinh ra lực ma sát:

(5-16)
(5-17)

A - Momen của lực ma sát đối với điểm O, bằng :
(5-18)
Biến đổi ta có:
(5-20)
B - Momen của trọng lực đối với điểm O, bằng:
(5-21)

Thay gía trị của F và R0 ở trên vào, có:
(5-22)
Muốn cho hệ thống cân bằng thì hai momen này phải bằng nhau,
nghĩa là:
(5-23)
Ta rút ra được :
(5-24)
Trong đó :

Thay

vào phương trình (5-25), có :


Tìm được:
(5-26)
KẾT LUẬN :
Nếu
(ở đây φ là góc nghiêng tự nhiên của vật liệu ) thì
khối vật liệu không chuyển động.
Nếu
khối vật liệu chuyển động đi lên sau đó tụt
xuống và cứ thế đi lên rồi tụt xuống dần dần đi ra khỏi thùng


III. CÁCH LẮP RÁP VÀNH ĐAI, CON
LĂN ĐỠ, CON LĂN CHẶN
1: Lắp ráp vành
đai
2: Lắp ráp con lăn

đỡ

3:Lắp ráp con lăn
chặn