Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số chính đến độ bền khung cực phóng lọc bụi tĩnh điện

Nội dung tài liệu: Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số chính đến độ bền khung cực phóng lọc bụi tĩnh điện

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ CƠNG THƯƠNG VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ NGUYỄN ANH TÙNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THƠNG SỐ CHÍNH ĐẾN ĐỘ BỀN KHUNG CỰC PHĨNG LỌC BỤI TĨNH ĐIỆN TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ Ngành: Kỹ thuật Cơ khí Mã số: 9520103 HÀ NỘI – 2023
2. Cơng trình được hồn thành tại: Viện Nghiên cứu Cơ khí - Bộ Cơng Thương Người hướng dẫn khoa học: 1. Người hướng dẫn: PGS.TS Hồng 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 Cơng Thương Tịa nhà trụ sở chính: số 4 đường Phạm Văn Đồng, quận Cầu Giấy, TP Hà Nội Vào hồi giờ phút, ngày tháng năm 2023. Cĩ thể tìm hiểu luận án tại: 1. Thư viện Quốc gia Việt Nam 2. Thư viện Viện Nghiên cứu Cơ khí
3. 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài luận án Theo Bộ Xây dựng cả nước hiện cĩ 29 nhà máy điện than đang hoạt động, như vậy cĩ 58 tổ máy cơng suất từ 200 MW đến 600 MW với khoảng gần 120 lị hơi đốt than thải khí bụi ra mơi trường với một khối lượng lớn. Hàm lượng bụi khí thải ra khỏi lị hơi khoảng 250 đến 350 mg/Nm3 và yêu cầu hàm lượng bụi thải ra mơi trường (tùy theo địa bàn đặt nhà máy) phải đạt từ 50 mg/Nm3 đến 100 mg/Nm3 [3]. Lọc bụi bằng điện cịn gọi là lọc bụi tĩnh điện (LBTĐ) là thiết bị cĩ 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 cĩ cường độ lớn. Dịng khí bụi đi qua buồng lọc cĩ lắp hệ cực phĩng điện làm ion hố 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 phĩng cĩ kết cấu là bộ khung được lắp các thanh gai phĩng điện làm ion hĩa 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 ngồi. Thời gian gần đây Viện Nghiên cứu Cơ khí – Bộ Cơng Thương đã thiết kế và đưa vào ứng dụng thành cơng tại các nhà máy nhiệt điện Vũng Áng 1, Thái Bình 1 và Nghi Sơn 2. Bộ cực phĩng 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 cĩ 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 cĩ giải pháp khoa học xác định độ bền cho khung cực phĩng chịu lực va đập (F) phù hợp cĩ chu kỳ của búa gõ và gia tốc rũ bụi (a) vẫn là vấn đề cĩ tính cấp thiết tại Việt Nam hiện nay. 2. Mục tiêu của đề tài luận án - Bằng thực nghiệm trên mơ hình tĩnh kết hợp mơ hình trong thực tiễn của buồng lọc cùng cơng suất xác định ảnh hưởng của 3 thơng số được tối ưu hĩa: 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 phĩng trong mơ 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 phĩng. 3. Đối tượng nghiên cứu Mơ hình tĩnh và mơ hình trong thục tiễn của buồng lọc bụi của LBTĐ nằm ngang để thực nghiệm tối ưu hĩa 3 thơng 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 mơ hình tĩnh kết hợp mơ hình trong thực tiễn của buồng lọc trong LBTĐ nằm ngang để tối ưu hĩa 3 thơng 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 phĩng chịu lực va chạm (F) của búa cĩ chu kỳ khơng đối xứng (nghĩa là hệ số đối xứng r = Pmin/ Pmax = 0) và các lực liên
4. 2 quan: khối lượng tĩnh của khung cực phĩng và khối lượng bụi bám trên bộ khung cực phĩng, xung lực. Khơng xét bền mỏi do nhiệt độ, khơng xét mịn cơ học do bụi tác dụng vào hệ thống kim phĩng 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 phĩng 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 phĩng và lực gõ (F) của búa; - Ứng dụng phương pháp kiểm bền mẫu đồng dạng với khung cực phĩng 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 phĩng. 6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 6.1 Ý nghĩa khoa học: - Bằng thực nghiệm trên mơ hình tĩnh và mơ hình trong thực tiễn của buồng lọc của thiết bị LBTĐ nằm ngang tối ưu hĩa 3 thơng 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 phĩng và lực va chạm (F) của búa; - Bằng thực nghiệm trên mơ hình cực phĩng 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 cĩ khả năng ứng dụng để thiết kế cho bộ khung cực phĩng cho buồng lọc của LBTĐ nằm ngang cĩ phân bố lực trên khung cực phĩng tại các vị trí cĩ lực đặt khác nhau và cho thiết bị LBTĐ cơng suất khác nhau. - Kết quả nghiên cứu cũng cĩ thể sử dụng làm tài liệu tham khảo trong cơng tác giảng dạy và nghiên cứu. 7. Những đĩng gĩp mới của luận án - Bằng thực nghiệm trên mơ hình tĩnh kết hợp mơ hình của buồng lọc trong thực tiễn cĩ cùng cơng suất của thiết bị LBTĐ nằm ngang tối ưu hĩa 3 thơng 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 mơ hình tĩnh và mơ hình trong thực tiễn cùng cơng 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 phĩng.
5. 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
6. 4 b) Điện cực phĩng a) b) Hình 1.5 Khung thanh cực phĩng trên mơ hình buồng lọc của LBTĐ nằm ngang c) Mơ hình cấu tạo điện cực phĩng [3,54,55] Hình 1.6 Mơ hình treo khung cực phĩng đồng bộ với tấm cực lắng Hình 1.7 Mơ 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 Mơ 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 cĩ thể
7. 5 là ứng suất lớn nhất hoặc là biên độ ứng suất. Đường cong mỏi cổ điển S=f(N) cịn gọi là đường cong Veller (Wohler's Curve). 1.6 Cấu tạo của khung cực phĩng Hình 1.11 Hình ảnh bộ khung cực phĩng lắp trong mơ hình buồng lọc 1.7 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền mỏi của khung cực phĩng và gia tốc rũ bụi: Lực gõ (F), xung lực (Gxl), khối lượng khung cực phĩng (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 mơ hình tĩnh và mơ hình trong thực tiễn của buồng lọc để tối ưu hĩa 3 thơng 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 phĩng; - Bằng thực nghiệm trên mơ 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 phĩng 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 mĩc 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 phĩng; 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 phĩng 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 phĩng và tấm cực lắng. + Bằng thực nghiệm trên mơ hình tĩnh và mơ 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 phĩng.
8. 6 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ĐỘ BỀN MỎI CHO KHUNG CỰC PHĨNG 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 v . tb 0 Vì τ là đại lượng vơ cùng nhỏ nên l cũng là đại lượng vơ cùng nhỏ. Để đơn giản người ta đưa ra giả thiết trong quá trình va chạm cơ hệ khơng di chuyển vị trí. - Lực và xung lực va chạm: Khi va chạm ngồi 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 đĩ gọi là lực va chạm ký hiệu là N , chỉ xuất hiện trong quá trình va chạm. Thường khĩ xác định được trước lực va chạm nhưng quy luật biến đổi của nĩ cĩ thể được biểu diễn như (hình 2.1). Hình 2.1 Mơ 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. Thơng 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 vơ cùng nhỏ nên người ta đánh giá tác dụng của nĩ qua xung lực áp dụng định lý biến thiên động lượng cho hệ trong thời gian va chạm cĩ thể viết: 휏 휏 . ∆푣 = ∫ 퐹⃗⃗⃗⃗ . 푡 + ∫ ⃗⃗ . 푡 ( = 1 푛) (2.2) 0 0 휏 퐹⃗⃗⃗⃗ . 푡 Trong đĩ xung lực của lực thường ∫0 là rất nhỏ so với xung lực va chạm và ảnh hưởng của nĩ đến lượng biến đổi động lượng của hệ khơng 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: 휏 . ∆푣 = ⃗⃗ 푡 = 푆 (2.3) ∫0 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 thơi 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
9. 7 mức độ nhất định tuỳ thuộc vào tính chất đàn hồi của vật. Căn cứ vào mức độ hồi phục của vật ta cĩ thể chia va chạm thành ba loại: + Va chạm mềm là va chạm mà sau giai đoạn biến dạng vật khơng cĩ khả năng hồi phục tức là khơng cĩ giai đoạn hồi phục. + Va chạm hồn tồn đàn hồi là va chạm mà sau khi kết thúc va chạm vật lấy lại nguyên hình dạng ban đầu. + Va chạm khơng hồn tồn 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: = 푆2 (2.4) 푆1 Với khái niệm trên ta thấy ứng với va chạm mềm k = 0; với va chạm hồn tồn đàn hồi k =1 và va chạm khơng hồn tồn 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 푣⃗⃗⃗1 và 푣⃗⃗⃗⃗2 . Pháp tuyến chung của hai mặt tiếp xúc 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 tốn va chạm xây dựng mơ hình của bộ gõ rũ bụi cơ khí 2.3.1 Nguyên lý hoạt động của búa gõ rũ bụi và khung cực phĩng Hình 2.3. Mơ hình hĩa va chạm búa gõ vào dầm dưới của khung cực phĩng 2.4 Cơ sở tính tốn độ bền khung cực phĩng [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 phĩng chủ yếu do mỏi bởi lực gõ của búa cĩ chu kỳ; - Sự hư, hỏng của gai phĩng điện trên thanh cực phĩng do bị mịn cơ học bởi mài mịn của bụi trong quá trình làm việc;
10. 8 - Trong luận án này chỉ giới hạn khảo sát tuổi bền mỏi của khung cực phĩng. 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 mơ men uốn Hình 2.12 Sơ đồ lực tác dụng lên đầu dầm trên của khung dạng chữ П Trong đĩ: 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 trịn một chu kỳ gõ. Khung cực phĩng cĩ thể sơ đồ hĩa (hình 2.12). Theo tác giả [61] khi khung dạng chữ П (trùng với dạng sơ đồ xoay ngược lên 180o của khung cực phĩng) 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 cĩ 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 mơ hình dạng khung cực phĩng (hình 2.13). Hình 2.13 Đồ thị mơ phỏng đường cong thực nghiệm quan hệ giữa ứng suất mỏi σmax và chu kỳ N
11. 9 2.5.4 Chu kỳ va đập của búa lên khung cực phĩng 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 sĩng 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 cĩ lực va chạm và sự phụ thuộc của nội lực trong chi tiết bị va chạm với lực tiếp xúc khi cĩ 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 phĩng; 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 phĩng 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”.
12. 10 CHƯƠNG 3: MƠ HÌNH THÍ NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1 Mơ hình thực nghiệm a) Hình ảnh mơ hình khung cực phĩng: Mơ hình thí nghiệm là bộ khung cực phĩng đồng bộ cả hệ thanh gai cĩ tỷ lệ 1/1, cĩ kích thước hình học, kết cấu, vật liệu tương tự như bộ khung cực phĩng trong thực tiễn của buồng lọc cơng 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 cịn đầu kia liên kết với thanh đứng của khung. Bản vẽ 2D (hình 3.1b). b) Các thơng số chính của mơ hình (Hình 3.1b) Hình 3.1 Mơ hình khung phĩng tại xưởng thực nghiệm của Viện Nghiên cứu Cơ khí và bản vẽ 2D khung cực phĩng 3.3 Mẫu thử kiểm bền mỏi khung cực phĩng 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 cĩ cài đặt phần mềm của hãng Hottinger Brüel & Kjỉr (Đan Mạch), phục vụ thao tác xử lý thơng 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.
13. 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 cĩ 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 phĩng : 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 dị L9 để xét và xác định các thơng 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 cĩ dạng: y = a0 + a1x1 + a2x2 + a3x3 a4 x1 x2 + a5 x1x3 +a6 x2 x3 + a7 x1x2 x3 (3.1) Trong đĩ: 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 cĩ thể chọn mơ hình hồi quy tuyến tính là phương trình hồi quy biểu diễn mối liên hệ giữa 3 yếu tố là khối lượng
14. 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) cĩ 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 thơng 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 cĩ 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 cĩ phương trình tổng cho lực gõ (F) quát cĩ 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 mơ hình thực nghiệm buồng lọc tĩnh và lựa chọn được mơ hình thực nghiệm là buồng lọc cơng 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 cĩ xuất xứ từ các nước cơng 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 phĩng đồng thời vẽ biểu đồ quá trình va chạm giữa búa và khung cực phĩng 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 phĩng. 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 thơng số: (m), (h) và (η); quan hệ giữa lực (F) và các thơng 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 phĩng thơng 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.
15. 13 CHƯƠNG 4: LẬP PHƯƠNG TRÌNH HỒI QUY THỰC NGHIỆM GIỮA GIA TỐC RŨ BỤI (A) VÀ LỰC GÕ BÚA (F) VỚI CÁC THƠNG SỐ CƠNG NGHỆ, XÂY DỰNG ĐƯỜNG CONG MỎI THỰC NGHIỆM CHO KHUNG CỰC PHĨNG 4.1 Lựa chọn bộ thơng 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 thơng 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 đĩ: 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 mơ 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 thơng số: (m), (h) và (η); quan hệ giữa lực (F) và các thơng 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 mơ hình buồng lọc tĩnh. 4.2.2 Sơ đồ đo lực va chạm của búa và gia tốc trên khung cực phĩng Hình 3.32 Sơ đồ đo lực va chạm của búa và gia tốc trên khung cực phĩng Hình 4.1 Đồ thị so sánh kết quả thực nghiệm và tính tốn lực va chạm Hình 4.1.1 Đồ thị lực va chạm của búa gõ và xung lực
16. 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 phĩng 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 “Mơ hình quy luật biến đổi lực trong va chạm theo thời gian”. Ghi chú: Chi tiết giá trị đo cho tồn 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 phĩng Hình 4.2 Đồ thị đo 9 điểm chính trên khung cực phĩng 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) 훈 (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
17. 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 ơ độc lập nhau. Ơ gĩc 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 cĩ độ dốc (3210-2970)/2 = 120 và cuối cùng là η cĩ độ dốc (3110-3090)/2 = 10. Độ dốc của đồ thị nào càng lớn, thì ảnh hưởng của biến được vẽ trên đồ thị đĩ đến hàm mục tiêu càng mạnh. Như vậy, biến m cĩ ảnh hưởng mạnh nhất đến hàm mục tiêu; biến η cĩ 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
18. 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 hố 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
19. 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 dị và kết quả đo lực rũ bụi (F) STT m (kg) h (m) 훈 (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
20. 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 (cĩ hồnh độ 4,303 trên đồ thị) của vùng loại bỏ giả thuyết đảo. Các giá trị ảnh hưởng (đã chuẩn hĩa) 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 cĩ ảnh hưởng đáng kể. Những yếu tố cĩ biểu diễn nằm về bên trái đường giới hạn là những yếu tố cĩ ảnh hưởng yếu. Đồ thị cho thấy các yếu tố đều cĩ ảnh hưởng khơng đáng kể tới F. Phương trình hồi quy cĩ 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 phĩng: 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 phĩng 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 phĩng tuân theo quy luật hàm lũy thừa cĩ dạng sau: b1 . X a = bo e (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
21. 19 Hình 4.10 Đồ thị phân bố gia tốc (a) trên khung cực phĩng theo hàm lũy thừa 4.6 Thực nghiệm xác định biến thiên gia tốc trên khung cực phĩng Nhận xét: Đồ thị thực nghiệm (hình 4.11) đã cho thấy: - Các giá trị gia tốc vùng tác động lực (F) búa gõ cĩ giá trị gia tốc rũ bụi là lớn nhất sau đĩ đạt giá trị ổn định và khơng tuân theo quy luật tắt dần. - Khi thơi lực tác dụng từ búa gõ thì sự lan truyền sĩng ứng suất trong khung cực phĩng sẽ chấm dứt và quá trình rũ bụi cũng chấm dứt theo. - Quy luật phân bố gia tốc rũ bụi trong khung là phi tuyến, nên cần phải cĩ một hàm số phi tuyển để thể hiện quy luật phân bố giá trị gia tốc trên khung cực phĩng. - Gia tốc sĩng ứng suất trong dầm khung cực phĩng trên mơ hình buồng lọc phân bố đều trên bề mặt của khung cĩ giá trị xấp xỉ như nhau, tạo tỷ lệ hai gia trị kề cận xấp xỉ bằng 1. - Kết quả thực nghiệm là căn cứ xác định giá trị lực (F) va chạm của búa vào dầm khung cực phĩng, phù hợp gia tốc rũ bụi (a) và đồng thời thỏa mãn độ bền của khung cực phĩng và làm cơ sở so sánh độ bền của tấm cực lắng cĩ đảm bảo an tồn khơng. 4.7 Lập phương trình quan hệ giữa lực gõ (F) với gia tốc rũ bụi (a) Phương trình hồi quy mơ tả quan hệ giữa lực gõ búa với gia tốc rũ bụi của trên mặt khung cực phĩng: a = 794.5 + 3,99 F F – Lực gõ cần thiết tác động vào khung cực phĩng a – Giá trị gia tốc rũ bụi mà lực gõ tạo ra trên khung cực phĩng 4.8 Tính tốn độ bền mỏi của khung cực phĩng Trong một bộ cực phĩng của lọc bụi tĩnh điện gồm 9 khung cĩ cấu tạo, kích thước hình học và chịu đặc tính của tải trọng của mỗi khung hồn tồn như nhau. Do vậy phương án tính tốn độ bền chỉ cần khảo sát 01 khung của cực phĩng là đủ để đánh giá độ bền của cả hệ 9 khung trong buồng lọc. 4.9 Xây dựng đường cong mỏi cho khung cực phĩng 4.9.1 Thử bền mẫu kéo theo mẫu kéo phù hợp tiêu chuẩn TCVN 197-1:2014 “Vật liệu kim loại - Thử kéo - Phần 1: Phương pháp thử ở nhiệt độ phịng”
22. 20 4.9.2 Các bước xây dựng đường cong mỏi thực nghiệm cho khung cực phĩng Bước 1: Xác định căn cứ xây dựng đường cong mỏi thực nghiệm Để xác định bền mỏi cho mỗi loại chi tiết và vật liệu cụ thể chỉ cĩ thể bằng phương pháp thực nghiệm [59, 61] Bước 2: Xác định đặc điểm tải trọng trên khung cực phĩng (hình 2.12): Dầm AB và CD của khung cực phĩng chịu tác dụng của một số tải trọng gồm: lực va chạm do lực gõ (F), xung lực (Gxl), tải trọng tĩnh là tự trọng P=280kg (2800N) cĩ điểm đặt tại giữa thanh ngang của khung, tải trọng do bụi bám trong 1 chu kỳ gõ: f= 20kg (200N) cũng cĩ điểm đặt giữa thanh ngang. Cả 2 thành phần lực: F, Gxl và khối lượng bụi bám (f). Bước 3: Xác định đặc điểm cấu tạo của khung cực phĩng: Kích thước vị trí nguy hiểm nhất là tại mặt cắt tại A và B, kích thước tại A và B là ống đường kính ngồi: D = 27,2 mm, thành dày 2,8 mm (nghĩa là đường kính trong d = 21,6 mm), vật liệu thép CT3, ứng suất chảy cho phép [σch] = 328,17 MPa. Khối lượng búa 6 kg ≤ m ≤ 8 kg; chiều cao rơi của búa 0,49 m ≤ H ≤ 0,57 m. c) Kiểm mẫu bền kéo cho mẫu thép CT3 Thử bền kéo được kiểm bền trên mẫu thử (trình bày theo bản vẽ 3.4, chương 3). Kéo kiểm bền trên máy United Calibration Corporation HFM500KN. Đường cong kiểm bền (hình 4.14): Hình 4.14 Đường cong bền kéo mẫu thử thực nghiệm trên máy của hãng United Calibration Corporation Nhận xét: Từ dạng đường cong 4.14 cho thấy; Giới hạn chảy: ch = 328,17 MPa; giới hạn kéo đứt: kđ = 418,44 MPa Bước 4: Xác dịnh phương trình đồng dạng b′ upss Smax = Sgh(ε∞ + a′Π 10 ) (4.5) Smax= -1’: ứng suất lớn nhất tại khâu yếu nhất gây ra phá hủy (điểm B hình 4.16) Sgh=-1: giới hạn mỏi của mẫu thử mỏi chuẩn tại chu kỳ ứng suất No ε∞: hệ số ảnh hưởng của kích thước tuyệt đối tới sức chống phá huỷ mỏi của chi tiết
23. 21 up: phân vị với xác suất phá huỷ P%; khi Smax ≤ Sgh thì P (Smax ≤ Sgh) = 0 ss: độ lệch bình phương trung bình của đại lượng ngẫu nhiên lg (max-u); a’,b’: các hằng số của vật liệu làm chi tiết, phản ánh đặc trưng cấu trúc của vật liệu và điều kiện làm việc thực tế của chi tiết. Π: được gọi là chỉ tiêu đồng dạng phá hủy mỏi. (cĩ bản xác nhận kèm trong phụ lục 2) Bước 5: xây dựng đường cong mỏi thực nghiệm cho khung cực phĩng Dựa trên cơ sở thơng số đầu vào là đường cong mỏi thực nghiệm trên mẫu thử, xây dựng được biểu đồ đường cong mỏi thực nghiệm của thép CT3 (hình 4.15). Hình 4.15 Đường cong mỏi thực nghiệm của thép CT3 – thí nghiệm trên mẫu thử tiêu chuẩn Chu kỳ bền mỏi của khung cực phĩng dự kiến: [C] = 0.8 x 2,016 x 105 = 1,61 x 105 (chu kỳ) Thử bền mẫu mỏi theo tiêu chuẩn TCVN 8185:2009 “Vật liệu kim loại – thử mỏi – phương pháp đặt lực dọc trục điều khiển được” Bảng 4.25. Thơng số thí nghiệm xây dựng đường cong mỏi CT3 Mẫu Tải trọng Momen quán Số chu trình Ứng suất mỏi mẫu (kg) tính (cm4) (MPa) 1 43 0.0396263 6.57 x105 249.9 2 40 0.0396263 9.98 x105 231.8 3 37 0.0396263 2.09 x106 215.7 4 36 0.0396263 2.40 x106 212.6 5 34 0.0396263 4.62 x106 197.6 6 32 0.0396263 7.90 x106 185.4 7 31 0.0396263 1.00 x107 181.3 8 31 0.0396263 1.00 x107 181.3
24. 22 Phát triển bộ thơng số ứng suất mỏi cho khung cực phĩng theo bảng 4.26. Bảng 4.26 Bộ thơng số ứng suất mỏi cho khung cực phĩng Ứng suất mỏi mẫu Hệ số đồng Ứng suất mỏi Số chu trình tương đương (MPa) dạng ứng suất khung (MPa) 285 1.140 249.9 1.11 x105 274 1.182 231.8 1.69 x105 272 1.185 229.45 *1.8 x105 256 1.187 215.7 3.53 x105 251 1.181 212.6 4.06 x105 238 1.204 197.6 7.80 x105 226 1.219 185.4 1.34 x106 221 1.219 181.3 1.69 x106 Từ đĩ dựng được đường cong mỏi của khung cực phĩng (hình 4.16): Hình 4.16 Đường cong mỏi thực nghiệm của khung cực phĩng Nhận xét: Áp dụng ứng suất lớn nhất tìm được từ phần mềm mơ phỏng max=229,45 N; Xác 5 định được tuổi bền dựa bằng số chu kỳ gõ cho khung cực phĩng N0 ~ 1,8x10 chu kỳ (tương đương 6,25 năm); So với chu kỳ dự kiến trước là 7 năm thì sai lệch ~11%, nguyên nhân sai lệch phỏng đốn do sai số đo và sai số chế tạo khung. Từ kết quả thí nghiệm đạt được cho thấy: So với ứng suất bền giới hạn của khung cực phĩng từ thép CT3, ứng suất bền [max] = 229,45 MPa do tác dụng của lực gõ F = 558,14 N với khối lượng búa 8 kg và chiều cao rơi h = 0,57 m đáp ứng độ bền cho phép của khung cực phĩng từ thép CT3 từ thực nghiệm [σch_CT3] = 328,17 MPa và thỏa mãn độ bền cho phép của tấm cực lắng từ thép CT0: [σch_CT0] = 304,23 MPa (ГОСТ-3SP /PS 380/94).
25. 23 Như vậy kết quả đạt được thỏa mãn yêu cầu đa mục tiêu của luận án, nghĩa là với lực gõ búa (F) đáp ứng độ bền của khung cực phĩng, tạo được gia tốc rũ bụi (a), đồng thời đảm bảo độ bền của tấm cực lắng. KẾT LUẬN CHƯƠNG 4 1- Đã lập được sơ đồ đo lực va chạm của búa (F) và gia tốc rũ bụi (a) trên khung cực phĩng, sử dụng thiết bị đo tiên tiến với phần mềm chuyên dụng xác định được đồ thị biến thiên của lực va chạm (F), xung lực (Gxl) và gia tốc rũ bụi (a) trên khung cực phĩng; 2- Trên cơ sở kết quả thực nghiêm đã xây dựng được ma trận 33= 27 với 3 tham số đầu vào là khối lượng búa (m), chiều cao rơi (h) và hàm lượng bụi (η) đầu vào buồng lọc thỏa mãn chỉ tiêu đầu ra là gia tốc rũ bụi (a) và đáp ứng lực gõ (F) phù hợp của búa. Từ đã lập được 2 phương trình hồi quy thực nghiệm quan trọng, đáp ứng mục tiêu của luận án là: 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 F= 14 + 31,7 m + 678 h + 24 m.h 3- Đã lập được phương trình giải được bài tốn đa mục tiêu theo yêu cầu của mục tiêu luận án là bằng nghiên cứu thực nghiệm đã xác định bộ thơng số gồm: m = 8 kg, số lần va đập trong 1 chu kỳ n = 3,133, chiều cao rơi của búa h = 0,57 m, lực va đập tối đa Ftn = 558,14 N đảm bảo tuổi bền cho khung cực phĩng và đồng thời thỏa mãn gia tốc rũ bụi (a) và đáp ứng độ bền cho tấm cực lắng; 4- Đã Áp dụng lý thuyết về bền mỏi bằng lý thuyết của các tác giả [65,67], ứng dụng mơ phỏng số với mẫu thử bền kéo và mẫu thử bền mỏi đồng dạng với khung cực phĩng thơng qua hệ số đồng dạng xây dựng được đường cong mỏi thực nghiệm cho khung cực phĩng trên mơ hình buồng lọc tĩnh tại xưởng thực nghiệm của Viện Nghiên cứu Cơ khí; 5- Từ kết quả thí nghiệm xác định gia tốc trên 9 điểm trên khung cực phĩng cho thấy biến thiên gia tốc theo quy luật hàm số mũ và đã lập được quan hệ giữa búa gõ và gia tốc rũ bụi (a) cĩ dạng: y ̂x = b0 + b1x. 6- Kết quả của đường cong thực nghiệm đã xác định bộ thơng số gồm: m = 8 kg, số lần va đập trong 1 chu kỳ n = 3,133, chiều cao rơi của búa h = 0,57 m, lực va đập tối đa Ftn = 558,14 N và ứng suất bền -1 = 229,45 MPa, đáp ứng tuổi bền 6,25 năm, tương ứng chu kỳ (C): C = 1,8 x 105 (chu kỳ), thỏa mãn gia tốc rũ bụi (a) và đáp ứng độ bền của tám cực lắng.
26. 24 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ a) Kết luận: 1- Đã lập được sơ đồ đo lực va chạm của búa (F) và gia tốc rũ bụi (a) trên khung cực phĩng, sử dụng thiết bị đo tiên tiến với phần mềm chuyên dụng xác định được đồ thị thay đổi của lực va chạm (F), xung lực (Gxl) và thay đổi của gia tốc rũ bụi (a) trên khung cực phĩng; 2- Trên cơ sở kết quả thực nghiệm đã xây dựng được ma trận bước 2 (27 thí nghiệm) với 3 tham số đầu vào là khối lượng búa (m), chiều cao rơi (h) và hàm lượng bụi (η) đầu vào buồng lọc thỏa mãn chỉ tiêu đầu ra là gia tốc rũ bụi (a) và đáp ứng lực gõ (F) phù hợp của búa. Từ kết quả thực nghiệm đã lập được 2 phương trình hồi quy thực nghiệm quan trọng, đáp ứng mục tiêu của luận án là: 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 F= 14 + 31,7 m +678 h + 24 m.h 3- Đã thiết kế các bước thực nghiệm để từng bước tối ưu hĩa một số thơng số cơng nghệ gồm: m = 8 kg, số lần va đập trong 1 chu kỳ n = 3,133, chiều cao rơi của búa h = 0,57 m, lực va đập tối đa Ftn = 558,14 N, đáp ứng đa mục tiêu là: đảm bảo tuổi bền cho khung cực phĩng và đồng thời thỏa mãn gia tốc rũ bụi (a) và đáp ứng độ bền cho tấm cực lắng; 4- Đã áp dụng lý thuyết về bền mỏi bằng lý thuyết của các tác giả [59,61], áp dụng mẫu thử bền kéo và mẫu thử bền mỏi đồng dạng với khung cực phĩng thơng qua hệ số đồng dạng (П) xây dựng được đường cong mỏi thực nghiệm cho khung cực phĩng trên mơ hình buồng lọc tĩnh tại xưởng thực nghiệm của Viện Nghiên cứu Cơ khí; 5- Từ kết quả của đường cong thực nghiệm đã xác định bộ thơng số gồm: m = 8 kg, số lần va đập trong 1 chu kỳ n = 3,133, chiều cao rơi của búa h = 0,57 m, lực va đập tối đa Ftn = 558,14 N và ứng suất bền -1 = 229,45 MPa, đáp ứng tuổi bền của khung cực phĩng 6,25 năm, tương ứng chu kỳ: C = 1,8 x 105 (chu kỳ), thỏa mãn gia tốc rũ bụi (a) và đáp ứng độ bền của tấm cực lắng. b) Kiến nghị: - Tiếp tục nghiên cứu ứng dụng kết quả của luận án cho LBTĐ nằm ngang cĩ cơng suất khác nhau; - Nghiên cứu xác định tuổi bền của cực phĩng do tác dụng của nhiệt độ cĩ chu kỳ trong buồng lọc thay đổi.
27. DANH MỤC CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 1. Nguyen Anh Tung, Hoang Van Got, Nguyen Tien Sy, Nguyen Duc Toan, 2023, “Collision theory application to investigate rapping hammer force and electrode frame lifespan in dust filters”, Journal European Chemical Bulletin ISSN 2063- 5346. (SCOPUS Q3). 2. Nguyen Anh Tung, Hoang Van Got, Nguyen Tien Sy, Nguyen Duc Toan, 2023, “Empirical Study on the Relationship between Cyclic Rapping Force and the Lifespan of Discharge Electrode Frames in Dust Filter Chambers”, Journal European Chemical Bulletin ISSN 2063-5346. (SCOPUS Q3). 3. Nguyen Anh Tung, Phan Dang Phong, Hoang Van Got, Hoang Trung Kien, 2023, “Optimization of parameters affecting the hammer rapping force to ensure the durability of the discharge electrode frame, dust removal acceleration and durability of the collecting electrode plate in the electrostatic precipitator.”, The 6th International Conference on Engineering Research and Applications – ICERA 2023 (đã cĩ chấp nhận đăng báo, SCOPUS Q4).