BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CƠ QUAN CHỦ QUẢN: BỘ CÔNG THƯƠNG ĐỀ TÀI ĐỘC LẬP CẤP NHÀ NƯỚC BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG THIẾT BỊ SẢN XUẤT BÊ TÔNG DỰ LẠNH NĂNG SUẤT 120 M 3 /H DÙNG CHO XÂY DỰNG ĐẬP BÊ TÔNG KHỐI LỚN MÃ SỐ ĐỀ TÀI: ĐTĐL.2007 G/17 Cơ quan chủ trì đề tài: Viện Máy và Dụng cụ công nghiệp Chủ nhiệm đề tài: Tiến sỹ. Nguyễn Đức Minh 8948 HÀ NỘI - 2011 BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CƠ QUAN CHỦ QUẢN: BỘ CÔNG THƯƠNG ĐỀ TÀI ĐỘC LẬP CẤP NHÀ NƯỚC BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG THIẾT BỊ SẢN XUẤT BÊ TÔNG DỰ LẠNH NĂNG SUẤT 120 M 3 /H DÙNG CHO XÂY DỰNG ĐẬP BÊ TÔNG KHỐI LỚN MÃ SỐ ĐỀ TÀI: ĐTĐL.2007 G/17 Chủ nhiệm đề tài Viện Máy và Dụng cụ công nghiệp Tổng Giám đốc TS. Nguyễn Đức Minh TS. Đỗ Văn Vũ Bộ Khoa học và Công nghệ HÀ NỘI - 2011 danh sách những ngời thực hiện Họ và tên Chức danh Học vị Tham gia vào chơng mục Chủ nhiệm đề tài Nguyễn Đức Minh Chủ nhiệm đề tài Viện IMI TS I, II, IV, V, VII,VIII Các cán bộ thực hiện đề tài Trơng Hữu Chí Cố vấn, chỉ đạo khoa học kỹ thuật đề tài Viện IMI PGS.TS I, II, IV, VI, VIII Nguyễn Danh Tiến Nghiên cứu viên Viện IMI KS I, II Vũ Trọng Hiến Nghiên cứu viên CIE KS II, VII Hoàng Việt Hồng Nghiên cứu viên Viện IMI TS III Nguyễn Hữu Võ Nghiên cứu viên DIREA KS II, VI Lê Hồng Sơn Nghiên cứu viên Viện IMI ThS IV, V, VI, VII Nguyễn Tuấn Anh Nghiên cứu viên Viện IMI ThS II, VI, VII Lê Hoàng Hải Nghiên cứu viên Viện IMI KS II, VI, VII Phan Anh Dũng Nghiên cứu viên Viện IMI ThS II, VI, VII tóm tắt nội dung báo cáo tổng kết khoa học kỹ thuật đề tài Đáp ứng nhu cầu ngày một lớn của thực tiễn xây dựng các công trình hạ tầng cơ sở cho nền kinh tế, trong đó đặc biệt là các đập bê tông thủy công, thủy điện, căn cứ vào khả năng của đơn vị triển khai, năm 2007 Nhà nớc đã giao cho Viện Máy và Dụng cụ Công nghiệp thực hiện đề tài độc lập Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống thiết bị sản xuất bê tông dự lạnh năng suất 120 m3/h dùng cho xây dựng đập bê tông khối lớn mã số ĐTĐL.2007G/17. Mục tiêu hàng đầu của Đề tài là giúp cho các cơ sở nghiên cứu sản xuất trong nớc làm chủ đợc thiết kế, công nghệ chế tạo hệ thống bê tông dự lạnh hiện đại phục vụ cho xây dựng đập bê tông khối lớn. Bản Báo cáo này sẽ cung cấp cho ngời đọc những kết quả thu đợc sau thời gian thực hiện và hoàn thành toàn bộ các nội dung, mục tiêu của Đề tài. Do khối lợng công việc của Đề tài khá lớn và đa dạng, bao gồm từ các khâu nghiên cứu tổng quan, nghiên cứu cơ sở công nghệ cho tới nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống thiết bị, nên để đảm bảo bám sát yêu cầu Đề tài, đồng thời giữ đợc một mạch logic nhất quán giữa các phần, vốn đã đợc xác lập trớc trong nội dung thuyết minh đề tài, nên Báo cáo sẽ gồm các nội dung chính nh sau: Chơng 1. Nghiên cứu tổng quan tình hình trong và ngoài nớc; Khảo sát, nghiên cứu, đánh giá, so sánh các hệ thống thiết bị và công nghệ sản xuất bê tông dự lạnh trên các góc độ kỹ thuật, kinh tế, môi trờng. Chơng 2. Nghiên cứu công nghệ dự lạnh bê tông và cốt liệu xây dựng trên cơ sở sử dụng các chất tải lạnh khác nhau Chơng 3. Nghiên cứu các quá trình lắng lọc nớc, khí nhiễm bẩn khi dùng làm lạnh vật liệu xây dựng dạng hạt Chơng 4. Xây dựng quy trình tính toán thiết kế hệ thống cho thiết bị sản xuất bê tông dự lạnh cỡ lớn Chơng 5. Nghiên cứu thiết kế hệ thống thiết bị sản xuất bê tông dự lạnh công suất 120 m 3 /h Chơng 6. Nghiên cứu thiết kế một số thiết bị lạnh tiêu chuẩn dùng cho dự lạnh bê tông khối lớn Chơng 7. Chế tạo, lắp ráp và thử nghiệm hệ thống thiết bị sản xuất bê tông dự lạnh công suất 120 m 3 /h Chơng 8. Kết luận và Kiến nghị; Các Phụ lục và Tài liệu tham khảo. Trong phần này, các văn bản kỹ thuật nh báo cáo chuyên đề, các bộ thiết kế, các bộ quy trình, các biên bản kiểm tra đợc trình bày đầy đủ. Do tính chất, mục tiêu của các hạng mục đề tài rất khác nhau, và khối lợng nghiên cứu thiết kế khá lớn, nên phơng pháp trình bày và nội dung trình bày của các chơng cũng khác nhau, và thờng đợc đa ra dới dạng ngắn gọn, tập trung trình bày các nét chính, các chi tiết tiêu biểu, ít đa ra các tính toán phân tích quá tỷ mỷ. Trong trờng hợp cần tìm hiểu đầy đủ hơn, ngời đọc có thể xem tại phần các phụ lục, hoặc tài liệu tham khảo. Ngoài ra, đề tài cũng có một bộ các ảnh chụp, video clip phục vụ cho nắm bắt kỹ hơn những hình thức, phơng pháp, nội dung và kết quả thực hiện của đề tài. mục lục Nội dung Trang ắ quyển 1: (gồm 5 Chơng: từ Chơng 1 đến hết Chơng 5) chơng 1 tổng quan đề tài; Khảo sát, nghiên cứu, đánh giá, so sánh các hệ thống thiết bị và công nghệ sản xuất bê tông dự lạnh trên các góc độ kỹ thuật, kinh tế, môi trờng 1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nớc 1 1.2 Mục tiêu và phạm vi đề tài 7 1.3 Khảo sát các công nghệ & thiết bị bê tông dự lạnh 7 1.4 So sánh, đánh giá các hệ thống thiết bị & công nghệ bê tông dự lạnh 12 chơng 2 nghiên cứu công nghệ dự lạnh bê tông và cốt liệu xây dựng trên cơ sở sử dụng các chất tải lạnh khác nhau 2.1 Khái quát về các quá trình trao đổi nhiệt và các dạng thiết bị dùng cho dự lạnh bê tông 17 2.2 Nghiên cứu, xác định các thông số nhiệt, vật lý đặc trng của các vật liệu dạng hạt dùng cho sản xuất bê tông thông dụng tại Việt nam 20 2.3 Nghiên cứu, xác định các thông số dòng chảy của nớc, không khí qua khối vật liệu dạng hạt và các yếu tố ảnh hởng 28 2.4 Nghiên cứu quá trình làm lạnh khối vật liệu xây dựng dạng hạt với các chất tải lạnh khác nhau 48 chơng 3 nghiên cứu các quá trình lắng lọc nớc, khí nhiễm bẩn khi dùng làm lạnh vật liệu xây dựng dạng hạt 3.1 Khảo sát, nghiên cứu độ nhiễm bẩn nớc làm lạnh vật liệu xây dựng dạng hạt 83 3.2 Nghiên cứu, đề xuất phơng pháp, công nghệ và thiết bị lắng lọc 85 chơng 4 Xây dựng quy trình tính toán thiết kế hệ thống cho thiết bị sản xuất bê tông dự lạnh cỡ lớn 4.1 Nghiên cứu, phân tích nhiệm vụ thiết kế hệ thống thiết bị sản xuất bê tông dự lạnh 111 4.2 Tính toán xác định nhu cầu nhiệt lạnh, chọn lựa công nghệ, tính chọn thiết bị lạnh. 112 4.3 Thiết kế sơ bộ các cụm thiết bị phụ trợ cho sản xuất bê tông dự lạnh 116 4.4 Thiết kế tổng thể hệ thống thiết bị sản xuất bê tông dự lạnh 121 chơng 5 Nghiên cứu thiết kế hệ thống thiết bị sản xuất bê tông dự lạnh năng suất 120 m 3 /h 5.1 Nghiên cứu, tính toán, lựa chọn và phân bổ nguồn lạnh 125 5.2 Nghiên cứu, thiết kế các thiết bị làm lạnh bằng nớc lạnh vật liệu xây dựng dạng hạt 132 5.3 Nghiên cứu, thiết kế, tính chọn các thiết bị vận chuyển, lu trữ các chất làm lạnh 135 5.4 Nghiên cứu thiết kế các thiết bị phụ trợ quá trình dự lạnh bê tông 145 5.5 Nghiên cứu thiết kế hệ thống thiết bị sử dụng tro bay độ ẩm cao 156 5.6 Nghiên cứu, thiết kế các thiết bị nguồn lạnh : máy sản xuất nớc lạnh chuyên dụng cho trạm bê tông dự lạnh ; máy sản xuất đá vảy/đá mảnh. 170 5.7 Nghiên cứu thiết kế hệ thống điện động lực, điện và khí nén điều khiển trạm trộn bê tông lạnh 171 5.8 Nghiên cứu, chọn lựa, tích hợp toàn bộ hệ thống thiết bị sản xuất bê tông dự lạnh công suất 120 m3/h 187 ắ quyển 2: (gồm 3 Chơng: từ chơng 6 đến hết chơng 8 ) chơng 6 Nghiên cứu thiết kế chế tạo một số thiết bị lạnh tiêu chuẩn dùng cho dự lạnh bê tông khối lớn 6.1 Nghiên cứu thiết kế chế tạo máy sản xuất nớc lạnh chuyên dụng cho trạm trộn bê tông dự lạnh công suất lạnh 250 RT (chiller) 200 6.2 Nghiên cứu thiết kế chế tạo máy sản xuất đá vảy/đá mảnh 20 Tấn/24h 242 chơng 7 Chế tạo, lắp ráp và thử nghiệm hệ thống thiết bị sản xuất bê tông dự lạnh năng suất 120 m3/h 7.1 Đặc điểm quy trình công nghệ chế tạo, lắp ráp, thử nghiệm một số thiết bị điển hình 282 7.2 Một số hình ảnh chế tạo, lắp ráp và thử nghiệm một số cụm thiết bị chính 332 7.3 Lắp ráp, chạy thử nghiệm tổng thể toàn hệ thống 342 7.4 Đánh giá kết quả chạy thử nghiệm và chất lợng toàn hệ thống 354 chơng 8 kết luận và kiến nghị 8.1 Kết luận 359 8.2 Kiến nghị 364 tài liệu tham khảo 366 danh mục các báo cáo, phụ lục kèm theo 371 bảng ký hiệu a Hệ số dẫn nhiệt độ (temperature diffusibility) m 2 /s Hệ số trao đổi nhiệt W/m 2 K B Bề rộng cơ cấu, thiết bị (băng tải, xích ) m Bio Chuẩn số đồng dạng nhiệt Biot - BOD Nhu cầu oxy sinh hóa mg/ Hệ số bão hòa dòng chảy - c p Nhiệt dung riêng đẳng áp kJ/kgK COD Nhu cầu oxy hóa học mg/ COP Hệ số hiệu quả (Coefficient Of Performance, - tỷ số công suất lạnh sản ra trên công suất điện tiêu thụ) - Cu Đơn vị đo độ mầu nớc (ô nhiễm) - D Đờng kính (hạt, trục, chi tiết máy, thiết bị) m Hiệu số (nhiệt độ, áp suất) K, Pa Độ hổng của khối vật liệu hạt - Hiệu suất (động cơ, bộ truyền động, thiết bị, quá trình) - F Diện tích mặt cắt m 2 Fo Chuẩn số đồng dạng thời gian Fourier - , Độ cầu của hạt (cốt liệu) - G Khối lợng kg g Gia tốc trọng trờng m/s 2 Trọng lợng riêng N/m 3 H, h Chiều cao (cột liệu, cột áp, thiết bị) m I Nội năng (Enthalpy); Dòng điện kJ/kg, kJ/A i Tỷ số truyền (bộ truyền động, hộp số) - K Hệ số thấm - L Chiều dài thiết bị; Kích thớc hình học đặc trng dòng chảy m Hệ số dẫn nhiệt W/mK LMTD hiệu nhiệt độ trung bình logarit K M, m Khối lợng, cấp phối liệu kg, kg/m 3 à Độ nhớt động lực Pa.s N Công suất (động cơ, thiết bị) kW n Tốc độ (động cơ, trục) rpm, v/ph NTU Đơn vị đo độ đục của nớc (ô nhiễm) - Nu Chuẩn số đồng dạng nhiệt Nusselt - Độ nhớt động học m 2 /s P Công suất động cơ kW p áp suất N/m 2 , Pa PAA Poliacrylamit - pH chỉ số nồng độ ion H + của dung dịch - Pr Chuẩn số đồng dạng dòng chảy Prandtl - Q Công suất lạnh kW q Dòng nhiệt W/m 2 Re Chuẩn số đồng dạng dòng chảy Reynolds - Khối lợng riêng kg/m 3 S Năng suất bê tông (hệ thống, thiết bị) m 3 /h s Bớc ống, chiều dày vật liệu m SS Hàm lợng chất rắn lơ lửng (huyền phù) mg/ ứng suất MPa T Nhiệt độ o C, K TS Tổng lợng chất rắn trong nớc (ô nhiễm) mg/ Thời gian quá trình s, m, phút Nhiệt độ không thứ nguyên U, u Tốc độ (băng tải, lắng cặn ) m/s V Thể tích m 3 W Tốc độ dòng chảy m/s Các chỉ số dới a Cốt liệu e quá trình, thiết bị bay hơi ice nớc đá i thứ i w nớc in, 1 vào KK không khí out, 2 ra bh bão hòa b lớp, cột c ngng tụ p hạt comp quá trình, thiết bị nén l lỏng, nớc [...]... hành 01 hệ thống thiết bị sản xuất bê tông dự lạnh công suất 120 m3/h để sản xuất bê tông lạnh dùng cho xây dựng đập bê tông kh i lớn, đảm bảo các yêu cầu công nghệ bê tông dùng cho đập kh i lớn: nhiệt độ bê tông sau khi trộn 8-15oC, đáp ứng yêu cầu các lo i bê tông thờng (CVC) và bê tông đầm lăn (RCC) 3 Góp phần đảm bảo chất lợng, tiến độ thi công các công trình thuỷ i n trọng i m quốc gia, các đập. .. nghệ & thiết bị bê tông dự lạnh 1.3.1 Mục tiêu và yêu cầu 1.3.1.1 Mục tiêu của khảo sát các trạm, hệ thống thiết bị sản xuất bê tông dự lạnh là tìm hiểu, thu thập cơ sở, số liệu thực tiễn, bao gồm các mặt thiết bị, công nghệ và i u kiện ứng dụng, cho quá trình nghiên cứu thiết kế của đề t i, đặc biệt cho nhiệm vụ xây dựng quy trình tính toán, lựa chọn công nghệ làm lạnh, thiết kế hệ thống cho thiết. .. độ gây ô nhiễm không khí vii viii ix(-) x(-) xi(-) xii xiii xiv xv(-) xvi(-) tợng dự lạnh vi(-) t i lạnh - Đ i Khả năng dự lạnh bê tông pháp, chất v Phơng Xu hớng giảm năng suất hệ thống tự iv(-) thứ Khả năng đồng đều nhiệt độ hỗn hợp Số iii bê tông Khả năng trộn đồng đều cấp ph i hỗn hợp dự lạnh ii hệ thống Xu hớng biến động cấp ph i & độ sụt đánh giá i( -) Các chỉ tiêu 1 Nớc lạnh- Cốt C C C TH TB TB... càng lớn và phức tạp của sản xuất bê tông lạnh: i u kiện m i trờng khắc nghiệt, quy mô sản xuất nâng cao, chủng lo i, cấp ph i, vật liệu sản xuất cũng nh công nghệ đổ bê tông thay đ i, ng i ta đã nghiên cứu và đa vào thực tiễn sản xuất nhiều phơng pháp, thiết bị và công nghệ làm lạnh bê tông Về tổng thể, một thiết bị sản xuất bê tông lạnh bao gồm thiết bị trộn bê tông tự động đợc tích hợp hệ thống. .. quan t i quá trình làm lạnh hỗn hợp bê tông) , thiết kế tích hợp hệ thống thiết bị (giữa các thiết bị nguồn lạnh nh chiller, máy đá vảy v i các thiết bị làm lạnh vật liệu r i hoặc hỗn hợp bê tông) , tính toán chọn lựa hoặc thiết kế chế tạo các thiết bị nguồn lạnh, thiết bị làm lạnh vật liệu r i hoặc hỗn hợp bê tông, gi i quyết các b i toán t i u, hợp lý hoá về công suất lạnh tiêu thụ, về đảm bảo m i trờng... làm lạnh cốt liệu hoặc hỗn hợp 1.4.1.2 Các chỉ tiêu thiết bị vi Th i gian xây dựng, thiết kế và triển khai hệ thống t i hiện trờng vii Tu i bền các cụm thiết bị chính viii Mức độ tự động hoá 1.4.2 Các chỉ tiêu kinh tế ix Suất đầu t ban đầu: Bao gồm tổng chi phí thiết bị, vận chuyển , lắp đặt và chuyển giao công nghệ, đa vào sản xuất của toàn hệ thống, quy cho đơn vị sản phẩm là mét kh i bê tông lạnh. .. nitơ lỏng có giá trị thực tiễn đầu tiên trên thế gi i nh LIN, Cryocrete ([9]) Các hệ thống lạnh dùng cho làm lạnh bê tông đ i h i công suất lớn hàng triệu kilocalorie m i giờ trở lên, làm việc liên tục trong những i u kiện khắc nghiệt về m i trờng Cho t i nay đã có những hớng xây dựng thiết bị nh sau: Sử dụng trực tiếp các hệ thống lạnh sẵn có trên thị trờng máy lạnh dùng cho chế biến sản xuất h i. .. phần cấp ph i iii Độ đồng đều nhiệt độ hỗn hợp bê tông: Nhằm đánh giá khả năng phân ph i nhiệt lạnh của hệ thống lạnh t i mẻ trộn, từ đó còn gián tiếp tác động t i sự đồng đều của mẻ trộn iv Khả năng dự lạnh: Là nhiệt độ dự lạnh danh định của hệ thống v Xu hớng thay đ i th i gian công nghệ, th i gian trộn (giảm năng suất toàn hệ thống) : Xác định độ giảm năng suất hệ thống sản xuất bê tông d i tác động... Star Ice (USA), Scotsman (Italia), Snowkey (China), ReFriend (China), Trung tâm Nghiên cứu Thiết bị và Công nghệ Bê tông Thợng H i (China) chuyên về thiết bị chế tạo đá vảy, đá mảnh, thiết bị sản xuất nớc lạnh (chiller) hoặc không khí lạnh Trong hệ thống làm lạnh vật liệu xây dựng nh vữa bê tông, bên cạnh thiết bị cung cấp chất làm lạnh (chiller, máy đá vảy, máy đá mảnh ), nhóm các thiết bị trao đ i. .. dựng thiết bị tích hợp hệ thống trên cơ sở chọn lựa một số thiết bị lạnh chuyên dùng làm lạnh bê tông v i các thiết bị phụ trợ đợc thiết kế chế tạo t i chỗ, nhằm có đợc những u i m về chất lợng thiết bị chính, đồng th i giảm chi phí đầu t ban đầu Chỗ dựa về thiết bị và một phần công nghệ làm lạnh bê tông cho các cơ sở phát triển là khá nhiều hãng sản xuất thiết bị lạnh công nghiệp có mặt khắp n i nh . đề t i Viện IMI PGS.TS I, II, IV, VI, VIII Nguyễn Danh Tiến Nghiên cứu viên Viện IMI KS I, II Vũ Trọng Hiến Nghiên cứu viên CIE KS II, VII Hoàng Việt Hồng Nghiên cứu viên Viện IMI TS. III Nguyễn Hữu Võ Nghiên cứu viên DIREA KS II, VI Lê Hồng Sơn Nghiên cứu viên Viện IMI ThS IV, V, VI, VII Nguyễn Tuấn Anh Nghiên cứu viên Viện IMI ThS II, VI, VII Lê Hoàng H i Nghiên. giao cho Viện Máy và Dụng cụ Công nghiệp thực hiện đề t i độc lập Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống thiết bị sản xuất bê tông dự lạnh năng suất 120 m3/h dùng cho xây dựng đập bê tông khối