Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật cơ khí: Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số chính đến độ bền khung cực phóng lọc bụi tĩnh điện

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:27

Thêm vào BST

Báo xấu

13
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật cơ khí "Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số chính đến độ bền khung cực phóng lọc bụi tĩnh điện" được nghiên cứu với mục tiêu: Bằng thực nghiệm trên mô hình tĩnh kết hợp mô hình trong thực tiễn của buồng lọc cùng công suất xác định ảnh hưởng của 3 thông số được tối ưu hóa: khối lượng búa (m), chiều cao rơi (h) và hàm lượng bụi (η) đầu vào buồng lọc để thỏa mãn gia tốc rũ bụi (a) và đáp ứng lực gõ (F) của búa.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật cơ khí: Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số chính đến độ bền khung cực phóng lọc bụi tĩnh điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ NGUYỄN ANH TÙNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ CHÍNH ĐẾN ĐỘ BỀN KHUNG CỰC PHÓNG LỌC BỤI TĨNH ĐIỆN TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ Ngành: Kỹ thuật Cơ khí Mã số: 9520103 HÀ NỘI – 2023
Công trình được hoàn thành tại: Viện Nghiên cứu Cơ khí - Bộ Công Thương Người hướng dẫn khoa học: 1. Người hướng dẫn: PGS.TS Hoàng Văn Gợt Phản biện 1: PGS.TS Nguyễn Hữu Quang Phản biện 2: PGS.TS Phạm Đức Cường Phản biện 3: PGS.TS Lê Thu Quý Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Viện Họp tại: Viện Nghiên cứu Cơ khí – Bộ Công Thương Tòa nhà trụ sở chính: số 4 đường Phạm Văn Đồng, quận Cầu Giấy, TP Hà Nội Vào hồi …… giờ …… phút, ngày …… tháng …… năm 2023. Có thể tìm hiểu luận án tại: 1. Thư viện Quốc gia Việt Nam 2. Thư viện Viện Nghiên cứu Cơ khí
1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài luận án Theo Bộ Xây dựng cả nước hiện có 29 nhà máy điện than đang hoạt động, như vậy có 58 tổ máy công suất từ 200 MW đến 600 MW với khoảng gần 120 lò hơi đốt than thải khí bụi ra môi trường với một khối lượng lớn. Hàm lượng bụi khí thải ra khỏi lò hơi khoảng 250 đến 350 mg/Nm3 và yêu cầu hàm lượng bụi thải ra môi trường (tùy theo địa bàn đặt nhà máy) phải đạt từ 50 mg/Nm3 đến 100 mg/Nm3 [3]. Lọc bụi bằng điện còn gọi là lọc bụi tĩnh điện (LBTĐ) là thiết bị có khả năng đáp ứng yêu cầu trên. Các cực được cấp điện cao áp một chiều cỡ từ vài chục cho đến vài trăm (kV) để tạo thành một điện trường có cường độ lớn. Dòng khí bụi đi qua buồng lọc có lắp hệ cực phóng điện làm ion hoá các phần tử bụi (mang điện tích âm) với kích thước siêu nhỏ bay lơ lửng bị hút vào bề mặt tấm cực lắng (mang điện tích dương). Thiết bị quan trọng nhất trong LBTĐ là buồng lọc với bộ cực phóng có kết cấu là bộ khung được lắp các thanh gai phóng điện làm ion hóa các phần tử bụi và tấm cực lắng (mang điện tích dương) [3,29]. Tại Việt Nam trong hàng chục năm qua các thiết bị LBTĐ vẫn phải nhập ngoại đồng bộ từ nước ngoài. Thời gian gần đây Viện Nghiên cứu Cơ khí – Bộ Công Thương đã thiết kế và đưa vào ứng dụng thành công tại các nhà máy nhiệt điện Vũng Áng 1, Thái Bình 1 và Nghi Sơn 2. Bộ cực phóng khi bị hư, hỏng dẫn đến phải dừng hoạt động nhà máy để khắp phục, gây thiệt hại rất lớn cho ngành điện. Trong khi cả nước có hàng trăm thiết bị LBTĐ đang hoạt động. Đây là vấn đề đáng phải quan tâm nghiên cứu của các nhà khoa học nước ta. Do vậy, việc nghiên cứu để có giải pháp khoa học xác định độ bền cho khung cực phóng chịu lực va đập (F) phù hợp có chu kỳ của búa gõ và gia tốc rũ bụi (a) vẫn là vấn đề có tính cấp thiết tại Việt Nam hiện nay. 2. Mục tiêu của đề tài luận án - Bằng thực nghiệm trên mô hình tĩnh kết hợp mô hình trong thực tiễn của buồng lọc cùng công suất xác định ảnh hưởng của 3 thông số được tối ưu hóa: khối lượng búa (m), chiều cao rơi (h) và hàm lượng bụi (η) đầu vào buồng lọc để thỏa mãn gia tốc rũ bụi (a) và đáp ứng lực gõ (F) của búa; - Bằng thực nghiệm trên khung cực phóng trong mô hình tĩnh của buồng lọc bụi kết hợp ứng dụng kiểm bền mẫu thử đồng dạng, xây dựng được đường cong mỏi quan hệ giữa ứng suất bền mỏi (σm) và tuổi bền (N) của khung cực phóng. 3. Đối tượng nghiên cứu Mô hình tĩnh và mô hình trong thục tiễn của buồng lọc bụi của LBTĐ nằm ngang để thực nghiệm tối ưu hóa 3 thông số: khối lượng búa (m), chiều cao rơi (h) và hàm lượng bụi (η) đầu vào buồng lọc đáp ứng chỉ tiêu đầu ra là gia tốc rũ bụi (a) và lực (F) gõ của búa. 4. Phạm vi nghiên cứu - Thực nghiệm trên mô hình tĩnh kết hợp mô hình trong thực tiễn của buồng lọc trong LBTĐ nằm ngang để tối ưu hóa 3 thông số: khối lượng búa (m), chiều cao rơi (h) và hàm lượng bụi (η) đầu vào buồng lọc bụi. - Trong nghiên cứu xét trường hợp khung cực phóng chịu lực va chạm (F) của búa có chu kỳ không đối xứng (nghĩa là hệ số đối xứng r = Pmin/ Pmax = 0) và các lực liên
2 quan: khối lượng tĩnh của khung cực phóng và khối lượng bụi bám trên bộ khung cực phóng, xung lực. Không xét bền mỏi do nhiệt độ, không xét mòn cơ học do bụi tác dụng vào hệ thống kim phóng điện trên thanh gai. 5. Phương pháp nghiên cứu - Ứng dụng thiết kế sàng lọc L9 để xác định các biến đầu làm cơ sở xây dựng quy hoạch thực nghiệm các biến đầu vào gồm: khối lượng búa (m), chiều cao rơi của búa (h) và lượng bụi bám trên khung cực phóng đặc trưng là hàm lượng bụi (η) đầu vào buồng lọc ảnh hưởng đến chỉ tiêu đầu ra là gia tốc rũ bụi (a) cho khung cực phóng và lực gõ (F) của búa; - Ứng dụng phương pháp kiểm bền mẫu đồng dạng với khung cực phóng theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 8185:2009 “Vật liệu kim loại – thử mỏi – phương pháp đặt lực dọc trục điều khiển được” để xây dựng đường cong bền mỏi thực nghiệm cho khung cực phóng. 6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 6.1 Ý nghĩa khoa học: - Bằng thực nghiệm trên mô hình tĩnh và mô hình trong thực tiễn của buồng lọc của thiết bị LBTĐ nằm ngang tối ưu hóa 3 thông số: khối lượng búa (m), chiều cao rơi (h) và hàm lượng bụi (η) đầu vào buồng lọc đáp ứng gia tốc rũ bụi (a) của khung cực phóng và lực va chạm (F) của búa; - Bằng thực nghiệm trên mô hình cực phóng với ứng dụng kiểm bền mẫu đồng dạng xây dựng được đường cong mỏi thực nghiệm theo lý thuyết của tác giả [65,67] quan hệ giữa ứng suất bền mỏi (σm) và tuổi bền tính bằng chu kỳ (N). 6.2. Ý nghĩa thực tiễn - Kết quả nghiên cứu có khả năng ứng dụng để thiết kế cho bộ khung cực phóng cho buồng lọc của LBTĐ nằm ngang có phân bố lực trên khung cực phóng tại các vị trí có lực đặt khác nhau và cho thiết bị LBTĐ công suất khác nhau. - Kết quả nghiên cứu cũng có thể sử dụng làm tài liệu tham khảo trong công tác giảng dạy và nghiên cứu. 7. Những đóng góp mới của luận án - Bằng thực nghiệm trên mô hình tĩnh kết hợp mô hình của buồng lọc trong thực tiễn có cùng công suất của thiết bị LBTĐ nằm ngang tối ưu hóa 3 thông số: khối lượng búa (m), chiều cao rơi (h) và hàm lượng bụi (η) đầu vào buồng lọc đáp ứng chỉ tiêu đầu ra là gia tốc rũ bụi (a) và lực gõ của búa (F) tương ứng; - Bằng thực nghiệm trên mô hình tĩnh và mô hình trong thực tiễn cùng công suất của buồng lọc bụi, xây dựng được đường cong mỏi thực nghiệm theo lý thuyết của các tác giả [59,61] về quan hệ giữa ứng suất bền mỏi (σm) và tuổi bền (N) của khung cực phóng.
3 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ RŨ BỤI TRONG LỌC BỤI TĨNH ĐIỆN 1.1 Nguyên lý thu bụi bằng điện [11,55] Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý thu bụi tĩnh điện 1.2 Phân loại lọc bụi tĩnh điện [2, 50, 54, 55, 56] 1.3 Cấu tạo chung của thiết bị lọc bụi bằng điện nằm ngang [44,55] Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý cấu hình của thiết bị lọc bụi tĩnh điện nằm ngang với các thiết bị liên quan Hình 1.3 Sơ đồ kết cấu 3D buồng lọc bụi tĩnh điện nằm ngang a) Hệ thống điện cao áp Hình 1.4 Sơ đồ nguyên lý hệ thống điện của LBTĐ nằm ngang
4 b) Điện cực phóng a) b) Hình 1.5 Khung thanh cực phóng trên mô hình buồng lọc của LBTĐ nằm ngang c) Mô hình cấu tạo điện cực phóng [3,54,55] Hình 1.6 Mô hình treo khung cực phóng đồng bộ với tấm cực lắng Hình 1.7 Mô hình nguyên lý lọc bụi trong trường tĩnh điện Hình 1.7.1 Bộ gõ rũ bụi [19, 47,55] 1.4 Cơ chế lắng bụi trong buồng lọc bụi tĩnh điện Hình 1.9 Mô hình di chuyển của phần tử bụi khi chịu lực hút tĩnh điện 1.5 Giới thiệu về độ bền mỏi Đường cong mỏi: Đường cong mỏi là đường cong biểu diễn mối liên hệ giữa các ứng suất thay đổi với các số chu trình ứng suất tương ứng. Ứng suất thay đổi có thể
5 là ứng suất lớn nhất hoặc là biên độ ứng suất. Đường cong mỏi cổ điển S=f(N) còn gọi là đường cong Veller (Wohler's Curve). 1.6 Cấu tạo của khung cực phóng Hình 1.11 Hình ảnh bộ khung cực phóng lắp trong mô hình buồng lọc 1.7 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền mỏi của khung cực phóng và gia tốc rũ bụi: Lực gõ (F), xung lực (Gxl), khối lượng khung cực phóng (p), khối lượng bụi bám (f). 1.8. Tình hình nghiên cứu độ bền mỏi trong nước và trên thế giới 1.9.4 Nhiệm vụ của các đề tài luận án - Bằng lý thuyết kết hợp thực nghiệm trên mô hình tĩnh và mô hình trong thực tiễn của buồng lọc để tối ưu hóa 3 thông số: khối lượng búa (m), chiều cao rơi (h) và hàm lượng bụi (η) đầu vào buồng lọc tạo ra tốc rũ bụi (a) cho bộ khung cực phóng; - Bằng thực nghiệm trên mô hình tĩnh của buồng lọc xây dựng được đường cong quan hệ giữa ứng suất bền mỏi (σm) và tuổi bền (N) cho trước của khung cực phóng theo lý thuyết của tác giả [59,61]. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 1- Đã tổng quan được nguyên lý, cấu tạo, chức năng của lọc bụi tĩnh điện. Đặc biệt đã giới thiệu độ bền mỏi của kết cấu máy móc và đã chỉ ra các tải trọng chính như lực va đập của búa (F), xung lực và các thành phần tải trọng lớn như tải trọng bản thân và tải trọng của bụi bám làm hư, hỏng do mỏi cho khung cực phóng; 2- Đã phân tích và chỉ ra cần thực nghiệm xây dựng mối quan hệ giữa ứng suất mỏi (σm) do lực (F) và tuổi bền tính bằng chu kỳ (N) của khung cực phóng theo lý thuyết về bền mỏi của kết cấu kim loại dạng khung của tác giả Kogaiev [59, 61]; 3- Đã xác định nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài luận án: + Bằng lý thuyết kết hợp thực nghiệm để xác định lực gõ (F) của búa phù hợp, đáp ứng gia tốc rũ bụi (a) đồng thời thỏa mãn độ bền mỏi cho khung cực phóng và tấm cực lắng. + Bằng thực nghiệm trên mô hình tĩnh và mô hình thực tiễn của buồng lọc xây dựng đường cong mỏi quan hệ giữa ứng suất bền mỏi (σm) và tuổi bền (N) của khung cực phóng.
6 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ĐỘ BỀN MỎI CHO KHUNG CỰC PHÓNG 2.1 Cơ sở lý thuyết va chạm của hai vật rắn [1,62,64] - Đoạn đường dịch chuyển trong thời gian va chạm l:  l   v.dt  vtb. 0 Vì τ là đại lượng vô cùng nhỏ nên l cũng là đại lượng vô cùng nhỏ. Để đơn giản người ta đưa ra giả thiết trong quá trình va chạm cơ hệ không di chuyển vị trí. - Lực và xung lực va chạm: Khi va chạm ngoài các lực thường như trọng lực, lực cản v.v., vật cản chịu tác dụng của phản lực nơi tiếp xúc (Lực tác dụng tương hỗ). Chính lực này là nguyên nhân tạo nên gia tốc chuyển động của vật. Lực đó gọi là lực va chạm ký hiệu là N , chỉ xuất hiện trong quá trình va chạm. Thường khó xác định được trước lực va chạm nhưng quy luật biến đổi của nó có thể được biểu diễn như (hình 2.1). Hình 2.1 Mô hình quy luật biến đổi lực trong va chạm theo thời gian Vì gia tốc trong va chạm là rất lớn nên lực va chạm N cũng rất lớn. Thông thường lực va chạm lớn hơn rất nhiều so với lực thường F. Mặt khác lực va chạm lại biến đổi rất rõ trong thời gian va chạm vô cùng nhỏ nên người ta đánh giá tác dụng của nó qua xung lực áp dụng định lý biến thiên động lượng cho hệ trong thời gian va chạm có thể viết: 𝜏 𝜏 𝑚 𝑘 . ∆𝑣 𝑘 = ∫ ⃗⃗⃗⃗𝑘 . 𝑑𝑡 + ∫ ⃗𝑁 . 𝑑𝑡 𝐹 (𝑘 = 1 … 𝑛) (2.2) 0 0 𝜏 Trong đó xung lực của lực thường ∫0 ⃗⃗⃗⃗𝑘 . 𝑑𝑡 là rất nhỏ so với xung lực va chạm và 𝐹 ảnh hưởng của nó đến lượng biến đổi động lượng của hệ không đáng kể. Người ta đưa ra giả thiết là bỏ qua tác dụng của lực thường. Ta viết biểu thức biến thiên động lượng của hệ trong va chạm như sau: 𝜏 𝑚 𝑘 . ∆𝑣 𝑘 = ∫ ⃗𝑁 𝑑𝑡 = 𝑆 0 (2.3) Biểu thức (2.3) là phương trình cơ bản trong quá trình va chạm - Biến dạng và hệ số hồi phục: Quan sát quá trình va chạm người ta chia ra hai giai đoạn: giai đoạn biến dạng và giai đoạn hồi phục. Giai đoạn biến dạng trong thời gian τ1 từ lúc bắt đầu va chạm cho đến khi vật thôi biên dạng. Giai đoạn hồi phục trong thời gian τ2 từ khi kết thúc giai đoạn biến dạng đến khi lấy lại hình dạng ban đầu đến
7 mức độ nhất định tuỳ thuộc vào tính chất đàn hồi của vật. Căn cứ vào mức độ hồi phục của vật ta có thể chia va chạm thành ba loại: + Va chạm mềm là va chạm mà sau giai đoạn biến dạng vật không có khả năng hồi phục tức là không có giai đoạn hồi phục. + Va chạm hoàn toàn đàn hồi là va chạm mà sau khi kết thúc va chạm vật lấy lại nguyên hình dạng ban đầu. + Va chạm không hoàn toàn đàn hồi là va chạm mà sau khi kết thúc va chạm vật lấy lại một phần hình dạng ban đầu. Để phản ánh tính chất hồi phục của vật ở giai đoạn hai (giai đoạn hồi phục) ta đưa ra khái niệm hệ số hồi phục k, k bằng tỷ số giữa xung lực giai đoạn 2 và giai đoạn 1: 𝑆2 𝑘= (2.4) 𝑆1 Với khái niệm trên ta thấy ứng với va chạm mềm k = 0; với va chạm hoàn toàn đàn hồi k =1 và va chạm không hoàn toàn đàn hồi 0 < k < 1. 2.2 Lý thuyết va chạm xuyên tâm của hai vật chuyển động tịnh tiến [1,64] Xét hai vật chuyển động tịnh tiến va chạm vào nhau tại I. Gọi vận tốc khối tâm của các vật trước va chạm lần lượt là ⃗⃗⃗1 và ⃗⃗⃗⃗2 . Pháp tuyến chung của hai mặt tiếp xúc 𝑣 𝑣 của hai vật tại I, đường n1In2 được gọi là đường va chạm. Ðường nối hai khối tâm của hai vật ClIC2 được gọi là đường xuyên tâm (Hình 2.2). Hình 2.2. Sơ đồ va chạm xuyên tâm của hai vật rắn 2.3 Ứng dụng bài toán va chạm xây dựng mô hình của bộ gõ rũ bụi cơ khí 2.3.1 Nguyên lý hoạt động của búa gõ rũ bụi và khung cực phóng Hình 2.3. Mô hình hóa va chạm búa gõ vào dầm dưới của khung cực phóng 2.4 Cơ sở tính toán độ bền khung cực phóng [17, 65, 66] Kết quả khảo sát về các hiện tượng hư, hỏng của các bộ phận trong hệ cực của buồng lọc bụi cho thấy: - Hư, hỏng búa, tấm cực lắng và cực phóng chủ yếu do mỏi bởi lực gõ của búa có chu kỳ; - Sự hư, hỏng của gai phóng điện trên thanh cực phóng do bị mòn cơ học bởi mài mòn của bụi trong quá trình làm việc;
8 - Trong luận án này chỉ giới hạn khảo sát tuổi bền mỏi của khung cực phóng. 2.5. Cơ sở lý thuyết của bền mỏi chi tiết dạng kết cấu khung [65,67] 2.5.1 Các dạng biểu đồ của khung dạng chữ П chịu mô men uốn Hình 2.12 Sơ đồ lực tác dụng lên đầu dầm trên của khung dạng chữ П Trong đó: F-lực gõ của búa; Gxl là xung lực; P- khối lượng của khung; f- Khối lượng của bụi bám trên bề mặt của khung tròn một chu kỳ gõ. Khung cực phóng có thể sơ đồ hóa (hình 2.12). Theo tác giả [61] khi khung dạng chữ П (trùng với dạng sơ đồ xoay ngược lên 180o của khung cực phóng) chịu lực tác động tại điểm (B) là vị trí va chạm của lực (F) của búa gõ. 2.5.2 Cơ sở lý thuyết xây dựng đường cong mỏi cho chi tiết và bộ phận máy: Tác giả Pisarenko và Kogaiev [59,62] đã rút ra kết luận quan trọng: Để xác định giới hạn bền mỏi với một chu kỳ N cho từng chi tiết từ vật liệu cụ thể khác nhau thì chỉ có thể bằng thực nghiệm. Phương pháp xây dựng đường cong mỏi là thực nghiệm. Các tác giả [59,61] thử nghiệm trên 12 mẫu thử bền mỏi đã xác định được giới hạn bền mỏi cho chi tiết dạng khung. Kết quả thực nghiệm thu được đã xây dựng được đường cong thực nghiệm cho mô hình dạng khung cực phóng (hình 2.13). Hình 2.13 Đồ thị mô phỏng đường cong thực nghiệm quan hệ giữa ứng suất mỏi σmax và chu kỳ N
9 2.5.4 Chu kỳ va đập của búa lên khung cực phóng Hình 2.14 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của búa gõ trong lọc bụi tĩnh điện (Hình vẽ từ khảo sát thực tiễn tại nhà máy nhiệt điện Vũng Áng) 1-Động cơ liền giảm tốc; 2- Khớp nối; 3- Trục búa; 4- Sơ đồ bố trí búa; 5- Búa KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 1. Ứng dụng lý thuyết va chạm xuyên tâm 2 vật rắn kim loại để xác định ứng suất lan truyền sóng và tạo ra gia tốc rũ bụi; 2. Đã phân tích và định hướng nghiên cứu xác định các tham số liên quan đến lực tiếp xúc khi có lực va chạm và sự phụ thuộc của nội lực trong chi tiết bị va chạm với lực tiếp xúc khi có lực va chạm; 3. Đã xây dựng được sơ đồ lực tác dụng lên đầu dầm trên của khung cực dạng chữ П gồm các thành phần lực: F - lực gõ của búa; Gxl - xung lực; P - khối lượng của khung; f - khối lượng của bụi bám trên bề mặt của khung trong một chu kỳ gõ. Đây là cơ sở để xây dựng đường cong mỏi thực nghiệm cho khung cực phóng; 4. Đã nghiên cứu phương pháp xây dựng đường cong mỏi thực nghiệm của các tác giả [59,61] và phương pháp xây dựng đường cong mỏi cho khung cực phóng từ thép CT3 bằng thực nghiệm trên mẫu thử bền kéo và bền mỏi theo TCVN 8185:2009 “Vật liệu kim loại – thử mỏi – phương pháp đặt lực dọc trục điều khiển được”.
10 CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1 Mô hình thực nghiệm a) Hình ảnh mô hình khung cực phóng: Mô hình thí nghiệm là bộ khung cực phóng đồng bộ cả hệ thanh gai có tỷ lệ 1/1, có kích thước hình học, kết cấu, vật liệu tương tự như bộ khung cực phóng trong thực tiễn của buồng lọc công suất 1.000.000 m3 khí thải bụi /giờ (Hình 3.1a). Dầm dưới một đầu nối với đe để búa gõ và liên kết với thanh đứng của khung còn đầu kia liên kết với thanh đứng của khung. Bản vẽ 2D (hình 3.1b). b) Các thông số chính của mô hình (Hình 3.1b) Hình 3.1 Mô hình khung phóng tại xưởng thực nghiệm của Viện Nghiên cứu Cơ khí và bản vẽ 2D khung cực phóng 3.3 Mẫu thử kiểm bền mỏi khung cực phóng 3.3.1 Mẫu kiểm bền kéo và bền mỏi: a) Mẫu bền kéo b) Mẫu bền mỏi 3.4 Trang thiết bị đo lường trong thí nghiệm 3.4.1 Thiết bị đo gia tốc: Thiết bị đo gia tốc là thiết bị cao cấp của hãng Bruel & Kjaer - Đan Mạch [30][47]. Bộ thiết bị đo gia tốc bao gồm: 01 máy tính Dell có cài đặt phần mềm của hãng Hottinger Brüel & Kjær (Đan Mạch), phục vụ thao tác xử lý thông tin và lưu trữ file dữ liệu đo; 01 bộ xử lý tín hiệu LAN-XI 3160-B-042; 01 cảm biến gia tốc Triaxial DeltaTron Accelerometer.
11 Hình 3.13 Hình ảnh cảm biến gia tốc kế sử dụng 3.4.2 Thiết bị đo lực búa gõ Bộ thiết bị đo lực gõ búa bao gồm: 01 máy tính MSI có cài đặt phần mềm phân tích DEWESoft của hãng Kistler phân tích dữ liệu đo; bộ thu dữ liệu DEWESoft 43A; Cảm biến áp điện Piezo Force sensor Kistler 9340A1 (vật liệu áp điện là thạch anh). Hình 3.29. Cảm biến lực Piezo Force sensor Kistler 9340A1 sử dụng để thí nghiệm 3.5 Chu kỳ gõ và tuổi bền mỏi của khung cực phóng : Điện cực lắng Thời gian gõ liên tục Thời gian dừng Trường số 1 5 ph 10ph Trường số 2 5 ph 25ph Trường số 3 5 ph 45ph 3.6 Phương pháp nghiên cứu Áp dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp phương pháp thực nghiệm: 3.6.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Lý thuyết bền mỏi áp dụng thử bền mỏi phù hợp tiêu chuẩn TCVN 8185:2009 “Vật liệu kim loại – thử mỏi – phương pháp đặt lực dọc trục điều khiển được”. 3.6.2 Nghiên cứu phương pháp thiết kế thực nghiệm: Các bước thiết kế 2 bước thực nghiệm như sau: Bước 1: Thiết kế thực nghiệm thăm dò L9 để xét và xác định các thông số ảnh hưởng đến gia tốc rũ bụi (a) và lực gõ (F). Kiểm tra ANOVA xác định tính phù hợp của các yếu tố khảo sát sàng lọc. Nếu đạt yêu cầu tiến hành lập phương trình bậc 2 rút gọn có dạng: y = a0 + a1x1 + a2x2 + a3x3 a4 x1 x2 + a5 x1x3 +a6 x2 x3 + a7 x1x2 x3 (3.1) Trong đó: y - Lực gõ búa; x1 - Giá trị biến số khối lượng búa(m1);x2 - Giá trị biến chiều cao rơi búa (h);x3 - Hàm lượng bụi vào buồng lọc (ղ); a1 - a7 - Hệ số tương tác; ao - Hệ số tự do. Căn cứ vào điều kiện làm việc của bộ gõ rũ bụi ta có thể chọn mô hình hồi quy tuyến tính là phương trình hồi quy biểu diễn mối liên hệ giữa 3 yếu tố là khối lượng
12 búa m (x1), chiều cao rơi h (x2) và hàm lượng bụi đầu vào η (x3) và gia tốc rũ bụi a (y), phương trình dạng tổng quát như sau: a = ao + a1m + a2h + a3η a4 m.h + a5 m.η +a6 h.η + a7 m.h.η (3.2) Giải phương trình (3.2) bằng phần mềm Minitab tìm được các hệ số: ao, a1, a2, a3,... sẽ nhận được phương trình hồi quy thực nghiệm. Tương tự như trên ta lập được phương trình hồi quy thực nghiệm cho lực gõ (F) có dạng: F= ao +a1 m +a2 h + a3 m.h (3.3) Bước 2: Thiết kế ma trận bước 2 Lập phương trình hồi quy thực nghiệm trên cơ sở bộ thông số đã lựa chọn tại bước 1. Tiến hành xây dựng ma trận bước 2. Tương tự 2 bước như trên ta tiến hành thiết kế thực nghiệm cho các yếu tố ảnh hưởng đến lực (F) của búa gõ. Từ kết quả của ma trận bước 2 (27 thí nghiệm) ta lập phường trình hồi quy thực nghiệm có dạng tổng quát như sau: a = a0 + a1m + a2h + a3η a4 m.h + a5 m.η +a6 h.η + a7 m.h.η Thực hiện các bước tương tự ta có phương trình tổng cho lực gõ (F) quát có dạng: F= ao +a1 m +a2 h + a3 m.h Giải phương trình (3.3) bằng phần mềm Minitab tìm được các hệ số: ao, a1, a2, a3,... sẽ nhận được phương trình hồi quy thực nghiệm. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 1- Đã xây dựng được mô hình thực nghiệm buồng lọc tĩnh và lựa chọn được mô hình thực nghiệm là buồng lọc công nghiệp trong thực tiễn cùng kích thước và đặc tính kỹ thuật để thực nghiệm. 2- Đã lựa chọn được trang thiết bị hiện đại chuyên dụng từ các hãng có xuất xứ từ các nước công nghiệp tiên tiến và lập sơ đồ lưới để đo gia tốc rũ bụi (a) và lực va chạm (F) của búa cùng xung lực (Gxl) tại 9 điểm trên dầm khung cực phóng đồng thời vẽ biểu đồ quá trình va chạm giữa búa và khung cực phóng bằng phần mềm EWESoft chuyên dụng trong quá trình va chạm. 3- Đã lựa chọn và thiết kế, chế tạo mẫu thử bền kéo và bền mỏi phù hợp TCVN 8185:2009 “Vật liệu kim loại – thử mỏi – phương pháp đặt lực dọc trục điều khiển được” để kiểm bền cho khung cực phóng. 4- Đã lựa chọn phương pháp nghiên cứu lý thuyết thiết kế thực nghiệm 2 bước làm cơ sở lý thuyết xây dựng các phương trình hồi quy thực nghiệm quan hệ giữa gia tốc (a) và các thông số: (m), (h) và (η); quan hệ giữa lực (F) và các thông số (m) và (h), giữa lực (F) và (a). 5- Đã phân tích quan hệ biến thiên gia tốc rũ bụi (a) trong khung cực phóng thông qua trọng số Ki+1/Ki của gia tốc trên 9 điểm đo để xác định quy luật biến thiên gia tốc (a) là dạng hàm mũ: a = b0 + b1F.
13 CHƯƠNG 4: LẬP PHƯƠNG TRÌNH HỒI QUY THỰC NGHIỆM GIỮA GIA TỐC RŨ BỤI (A) VÀ LỰC GÕ BÚA (F) VỚI CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ, XÂY DỰNG ĐƯỜNG CONG MỎI THỰC NGHIỆM CHO KHUNG CỰC PHÓNG 4.1 Lựa chọn bộ thông số thực nghiệm của búa gõ: khối lượng búa gõ (m), chiều cao rơi búa (h) và hàm lượng bụi vào buồng lọc (η) đến thông số đầu ra là gia tốc rũ bụi (a) và lực gõ (F) tương ứng, sử dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm trực giao. 4.1 Khối lượng búa: (m) là: 6 kg ≤ m ≤ 8 kg 4.1.1 Giới hạn gia tốc rũ bụi trong chi tiết dạng trục: Gia tốc rũ bụi (a): (300 g ≤ a ≤ 350 g) [62,68]. Trong đó: g-gia tốc trọng trường (m/s2); 4.1.2 Giới hạn của hàm lượng bụi đầu vào buồng lọc η (mg/Nm3): từ 250-350 mg/Nm3. 4.2 Kết quả thực nghiệm trên mô hình buồng lọc 4.2.1 Mục đích thực nghiệm: Áp dụng thiết kế thực nghiệm 2 bước làm cơ sở lý thuyết xây dựng các phương trình hồi quy thực nghiệm quan hệ giữa gia tốc (a) và các thông số: (m), (h) và (η); quan hệ giữa lực (F) và các thông số (m) và (h), giữa lực (F) và (a) và ứng dụng lý thuyết về bền mỏi bằng thực nghiệm của các tác giả [59,61] để xây dựng được đường cong mỏi thực nghiệm trên mô hình buồng lọc tĩnh. 4.2.2 Sơ đồ đo lực va chạm của búa và gia tốc trên khung cực phóng Hình 3.32 Sơ đồ đo lực va chạm của búa và gia tốc trên khung cực phóng Hình 4.1 Đồ thị so sánh kết quả thực nghiệm và tính toán lực va chạm Hình 4.1.1 Đồ thị lực va chạm của búa gõ và xung lực
14 Đồ thị của các phương án khối lượng m = 6,7,8 kg ứng với chiều cao rơi của búa h = 0,49, 0,53, 0, 57 m. Kết quả thu được: + Các giá trị của lực (F) gõ của búa với khung cực phóng biến thiên từ 454 N - 620 N và xung lực biến thiên từ 12,508 - 18,68 Ns. + Đồ thị biến thiên của lực (F) từ thời điểm bắt đầu va chạm đến thời điểm chấm dứt va chạm trong thời gian siêu nhỏ: 0,54 s - 0,06 s; - Hình dạng đồ thị tương tự lý thuyết của tác giả [1] thể hiện trên hình 2.1 “Mô hình quy luật biến đổi lực trong va chạm theo thời gian”. Ghi chú: Chi tiết giá trị đo cho toàn bộ các thí nghiệm đo gia tốc được trình bày trong Phụ lục 02 của luận án. 4.3 Xây dựng đồ thị kết quả đo gia tốc trên 9 điểm khung cực phóng Hình 4.2 Đồ thị đo 9 điểm chính trên khung cực phóng 4.4 Xác định hàm hồi quy thực nghiệm 4.4.4 Xác định các yếu tố ảnh hưởng chính đến gia tốc rũ bụi (a) (Bảng 4.12) Bảng 4.12 Ma trận thí nghiệm L9 (32 +3) và kết quả đo gia tốc rũ bụi STT m (kg) h (m) 𝛈 (mg/Nm3) Gia tốc rũ bụi a (m/s2) 1 6 0.49 250.00 2831.00 2 6 0.53 300.00 2905.77 3 6 0.57 350.00 3064.95 4 7 0.49 300.00 2888.66 5 7 0.53 350.00 3203.55 6 7 0.57 250.00 3121.00 7 8 0.49 350.00 3201.75 8 8 0.53 250.00 3239.00 9 8 0.57 300.00 3270.26 10 8 0.57 350.20 3510.00 11 8 0.57 349.15 3495.00 12 8 0.57 350.15 3505.00
15 Hình 4.4. Đồ thị ảnh hưởng của các nhân tố tới gia tốc (a) Nhận xét: Trên hình 4.4, ba đồ thị ảnh hưởng của 3 biến được vẽ trong ba ô độc lập nhau. Ô góc trên bên trái của đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của biến khối lượng của búa (m), nhận thấy trên đồ thị, khi m thay đổi từ 6 kg đến 8 kg, biểu đồ a dốc nhất trong các nhân tố, hàm mục tiêu thay đổi từ 2920 (m/s2) đến 3275(m/s2). Độ dốc của đồ thị này là (3275-2920)/2 = 177,5. So sánh định tính cho ta thấy, độ dốc của đồ thị ảnh hưởng của m là lớn nhất; tiếp đến là đồ thị h có độ dốc (3210-2970)/2 = 120 và cuối cùng là η có độ dốc (3110-3090)/2 = 10. Độ dốc của đồ thị nào càng lớn, thì ảnh hưởng của biến được vẽ trên đồ thị đó đến hàm mục tiêu càng mạnh. Như vậy, biến m có ảnh hưởng mạnh nhất đến hàm mục tiêu; biến η có ảnh hưởng yếu nhất. Hình 4.5 Biểu đồ Pareto đánh giá mức độ các yếu tố ảnh hưởng tới gia tốc (a) Phân tích hồi quy-phương sai Bảng 4.13 Bảng phân tích phương sai (Analysis of Variance) Source DF Adj SS Adj MS F-Value P-Value Model 7 602327 86047 15.51 0.009 Linear 3 238883 79628 14.35 0.013 m 1 135467 135467 24.41 0.008 h 1 54044 54044 9.74 0.036
16 η 1 650 650 0.12 0.749 2-Way Interactions 3 16676 5559 1.00 0.478 m*h 1 4522 4522 0.81 0.418 m*η 1 8223 8223 1.48 0.290 h*η 1 10764 10764 1.94 0.236 3-Way Interactions 1 2133 2133 0.38 0.569 m*h*η 1 2133 2133 0.38 0.569 Error 4 22198 5549 Total 11 624525 4.4.4.2 Thiết kế thí nghiệm bước 2 Bảng 4.14 Ma trận thí nghiệm bước 2 và kết quả đo gia tốc rũ bụi a Biến Thực Biến mã hoá Gia tốc trung bình STT m h  X1 X2 X3 a 1 6 0.49 250 -1 -1 -1 2,831 2 6 0.49 300 -1 -1 0 2,888 3 6 0.49 350 -1 -1 1 2,803 4 6 0.53 250 -1 0 -1 2,877 5 6 0.53 300 -1 0 0 2,906 6 6 0.53 350 -1 0 1 2,908 7 6 0.57 250 -1 1 -1 2,919 8 6 0.57 300 -1 1 0 2,890 9 6 0.57 350 -1 1 1 3,065 10 7 0.49 250 0 -1 -1 2,978 11 7 0.49 300 0 -1 0 2,889 12 7 0.49 350 0 -1 1 2,859 13 7 0.53 250 0 0 -1 3,051 14 7 0.53 300 0 0 0 3,020 15 7 0.53 350 0 0 1 3,204 16 7 0.57 250 0 1 -1 3,121 17 7 0.57 300 0 1 0 3,177 18 7 0.57 350 0 1 1 3,207 19 8 0.49 250 1 -1 -1 3,105
17 20 8 0.49 300 1 -1 0 3,160 21 8 0.49 350 1 -1 1 3,202 22 8 0.53 250 1 0 -1 3,239 23 8 0.53 300 1 0 0 3,304 24 8 0.53 350 1 0 1 3,327 25 8 0.57 250 1 1 -1 3,337 26 8 0.57 300 1 1 0 3,270 27 8 0.57 350 1 1 1 3,404 b) Phân tích phương sai và phương trình hồi quy a = 18762 - 2112 m - 31647 h - 55.7 η + 4229 m*h + 6.94 m*η + 103.9 h*η - 12.8 m*h*η 4.4.5 Phân tích thí nghiệm các nhân tố ảnh hưởng đến lực gõ (F) a) Thiết kế thí nghiệm sàng lọc Bảng 4.18. Ma trận thí nghiệm thăm dò và kết quả đo lực rũ bụi (F) STT m (kg) h (m) 𝛈 (mg/Nm3) Lực gõ F(N) 1 6 0.49 250.00 472.317 2 6 0.53 300.00 462.541 3 6 0.57 350.00 519.022 4 7 0.49 300.00 481.322 5 7 0.53 350.00 517.601 6 7 0.57 250.00 511.483 7 8 0.49 350.00 532.196 8 8 0.53 250.00 511.377 9 8 0.57 300.00 551.140 10 8 0.57 350.20 549.200 11 8 0.57 349.15 516.200 12 8 0.57 350.15 597.200
18 Hình 4.7. Biểu đồ Pareto đánh giá mức độ các yếu tố ảnh hưởng tới F Nhận xét: Trên đồ thị hình 4.8, Minitab sử dụng giá trị mức ý nghĩa α để vẽ đường giới hạn (có hoành độ 4,303 trên đồ thị) của vùng loại bỏ giả thuyết đảo. Các giá trị ảnh hưởng (đã chuẩn hóa) được biểu diễn dưới dạng các thanh nằm ngang. Các yếu tố ứng với thanh biểu diễn vượt quá bên phải đường giới hạn là các giá trị có ảnh hưởng đáng kể. Những yếu tố có biểu diễn nằm về bên trái đường giới hạn là những yếu tố có ảnh hưởng yếu. Đồ thị cho thấy các yếu tố đều có ảnh hưởng không đáng kể tới F. Phương trình hồi quy có dạng: Regression Equation in Uncoded Units. F= 14+31,7m +678h + 24m.h Nhận xét: Từ phương trình hồi quy thực nghiêm cho thấy: Tham số độc lập h và m ảnh hưởng lớn nhất đến lực gõ F tiếp theo là lực tương tác h và thứ 3 là m. 4.5 Xây dựng đồ thị hàm hồi quy phân bố gia tốc trên khung cực phóng: Thí nghiệm cho phương án khối lượng búa và chiều cao rơi lớn nhất: m = 8 kg, h = 0,57 m. h=0,57m, kết quả ghi trong bảng 4.22. Bảng 4.22. Kết quả đo của 9 điểm trên dầm khung cực phóng STT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Gia 3050 3335 3364 3370 3383 3460 3491 3469 3531 tốc(m/s2) Tỷ lệ 1,09 1,008 1,001 1,001 1,02 1,007 0,99 1,01 Ki+1/ki K1/K2 K3/K2 K4/K3 K5/K4 K6/K5 K7/K6 K8/K7 K9/K8 Quy luật phân bố gia tốc rũ bụi trong khung cực phóng tuân theo quy luật hàm lũy thừa có dạng sau: a = bo eb1 . X (4. 3) Bảng 4.23 Giá trị tương quan của lực gõ với gia tốc trung bình TT Lực F (N) Gia tốc trung bình, a (m/s2) 1 472,32 3000 2 492,95 3250 3 558,14 3500