Đang tải... (xem toàn văn)
MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU3 CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNGError! Bookmark not defined. 1.1Giới thiệu chung6 1.2Các vấn đề đặt ra8 1.3 Phương pháp nghiên cứu8 1.4 Phạm vi giới hạn9 CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ BẾP ĐUN TRẤU HIẾM KHÍ10 2.1 Giới thiệu bếp đun trấu hiếm khí10 2.1.1 Nguyên lý cháy hiếm khí10 2.1.2 Nhiên liệu trấu12 2.1.3 Phân loại bếp đun hiếm khí13 2.1.4 Cấu tạo chung của bếp đun trấu hiếm khí16 2.1.5 Ưu điểm và hạn chế của bếp đun trấu hiếm khí17 2.2 Lịch sử phát triển bếp đun hiếm khí18 CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG MÔ HÌNH BẾP ĐUN TRẤU HIẾM KHÍ22 3.1 Lựa chọn phương án thiết kế bếp đun trấu hiếm khí22 3.2 Xây dựng mô hình cơ khí24 3.2.1 Buồng tro và chân bếp25 3.2.2 Buồng cháy26 3.2.3 Đầu đốt26 3.2.4 Hệ thống quạt gió28 3.3 Các chỉ số cần tính toán29 3.3.1 Năng lượng cần thiết29 3.3.2 Năng lượng đầu vào…………………………………………29 CHƯƠNG4 THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG31 4.1 Thiết kế và chế tạo buồng tro31 4.1.1 yêu cầu kĩ thuật31 4.1.2 Thiết kế32 4.2 Thiết kế và chế tạo buồng cháy.Error! Bookmark not defined. 4.2.1Yêu cầu kĩ thuật40 4.2.2 Thiết kế41 4.2.3Gia công35 4.3 Thiết kế và gia công đầu đốtError! Bookmark not defined. 4.3.1 Yêu cầu kĩ thuật49 4.3.2 Thiết kếError! Bookmark not defined. 4.3.3 Gia công55 4.4 Thiết kế hệ thống quạt gió58 4.5 Thiết kế và gia công chân bếpError! Bookmark not defined. 4.5.1 Yêu cầu kĩ thuật.Error! Bookmark not defined. 4.5.2 Thiết kế.Error! Bookmark not defined. 4.5.3 Gia công.Error! Bookmark not defined. 4.6 Thiết kế và gia công quai bếp.Error! Bookmark not defined. 4.6.1 Yêu cầu kĩ thuật.Error! Bookmark not defined. 4.6.2 Thiết kếError! Bookmark not defined. 4.6.3. Gia côngError! Bookmark not defined. CHƯƠNG V KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁError! Bookmark not defined. 5.1 Kết quả đề tàiError! Bookmark not defined. 5.2 Đánh giáError! Bookmark not defined. 5.3 Hướng phát triển của đề tàiError! Bookmark not defined. KẾT LUẬNError! Bookmark not defined. TÀI LIỆU THAM KHẢOError! Bookmark not defined. PHỤ LỤC……………………………………………………………………61
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN ……………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………… Hà nội, ngày….tháng….năm 2012 11 LỜI NÓI ĐẦU Con đường Công nghiệp hóa-hiện đại hóa của nước ta hiện nay đang trên đường gặt hái được những thành công nhất định Với mục đích cải thiện và từng bước nâng cao chất lượng đời sống nhân dân, yêu cầu đặt ra cho các ngành khoa học là phải trú trọng tới việc nghiên cứu và phát triển theo hướng phục vụ cho đời sống của người dân Là những sinh viên chuyên ngành Công nghệ kỹ thuật cơ khí, sau một thời gian được học tập tại trường ĐHCN Hà Nội, chúng em đã nhận thức được vai trò và tầm quan trọng của ngành cơ khí Đối với những sinh viên cuối khóa như chúng em, đồ án tốt nghiệp là cơ hội cho chúng em vận dụng tổng hợp những kiến thức đã học vào một sản phẩm cụ thể Với đề tài “Thiết kế và xây dựng mô hình bếp đun trấu hiếm khí”, chúng em mong muốn đóng góp một ý tưởng cho việc nâng cao chất lượng đời sống của nhân dân Bếp đun trấu hiếm khí chưa được sử dụng phổ biến ở nước ta, vì vậy trong quá trình thực hiện chúng em đã gặp một số khó khăn nhất định Nhưng do chủ động tìm tòi, nghiên cứu tài liệu, và đặc biệt, chúng em cảm ơn sâu sắc thầy giáo Nhữ Quý Thơ, người đã giúp đỡ chúng em bằng những ý tưởng mới, những góp ý phù hợp và sáng tạo, giúp cho ý tưởng của chúng em được thành hiện thực Tuy nhiên chắc chắn không thể tránh khỏi những sai sót, vì vậy chúng em mong muốn nhận được những lời phê bình, những góp ý chân thành từ phía các thầy cô giáo để sản phẩm này hoàn thiện hơn và mang lại nhiều hữu ích hơn cho cuộc sống Chúng em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội ngày 15 tháng 12 năm 2012 Nhóm Sinh Viên thực hiện ĐỖ TRỌNG PHÚ NGUYỄN KHẮC CƯỜNG NGUYỄN THÀNH TOÁN TRẦN CÔNG PHA 22 MỤC LỤC CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Giới thiệu chung Hiện nay, gas là nhiên liệu được dùng để đun nấu khá phổ biến trên thế giới Riêng ở nước ta, bếp gas được hầu hết người dân thành thị dùng và đang 33 ngày càng tiến dần về nông thôn Sở dĩ bếp gas được sử dụng rộng rãi như vậy là do nó có nhiều ưu điểm nổi bật như: sử dụng thuận tiện và đơn giản, dễ điều chỉnh mức lửa to nhỏ, sạch sẽ không có muội than, nguồn cung cấp thuận tiện… Tuy nhiên cùng với sự tăng giá ko ngừng của giá xăng dầu thì giá gas cũng đang tăng lên nhanh chóng Tại thời điểm này, giá gas bán lẻ phổ biến khoảng 380.000 đồng/bình 12 kg Đối với một gia đình bình thường gồm 4-6 người và với mức sử dụng bình thường thì một bình gas đó sử dụng trong vòng 1.5 tháng Tính bình quân mỗi ngày phải bỏ ra 8,4 nghìn đồng cho việc đun nấu Đây là một khoản chi phí không nhỏ, đặc biệt là đối với người dân nông thôn thì việc bỏ ra một khoản tiền như vậy phục vụ đun nấu thực sự sẽ là khó khăn lớn Do mức giá gas cao như vậy nên vùng nông thôn nước ta, khoảng 65% dân số vẫn đang dùng bếp củi, than, đun nấu bằng rơm rạ hoặc cành khô, có hiệu suất thấp (89%) do một lượng lớn nhiệt của quá trình cháy bị tổn thất và phân tán ra môi trường Ở đô thị, một số gia đình vẫn đun bằng than đá, vừa chậm lại vừa độc hại Đây không phải là vấn đề của riêng nước ta mà hầu hết các nước trên thế giới cũng đang đối mặt với khó khăn này Giá cả của khí gas tăng cao cộng với những bất tiện khi đun nấu bằng các nhiên liệu khác như củi, than đá, dầu hỏa đã đặt ra vấn đề cần thiết là nghiên cứu, phát triển và tận dụng nguồn nhiên liệu khác dùng trong nấu nướng, vừa có thể mang những ưu điểm của khí gas mà giá lại rẻ hơn Để giải quyết khó khăn này, việc sử dụng năng lượng sinh khối để thay thế cho khí gas là một sự lựa chọn có triển vọng cao Sử dụng năng lượng sinh khối không chỉ có nhiều lợi ích cho người sử dụng mà còn góp phần giải quyết được một số vấn đề xã hội Cụ thể là: - Có thể dùng thay thế được cho bếp gas với những ưu điểm nổi bật như: sử dụng dễ dàng, thuận tiện, chất lượng lửa tốt, sạch sẽ, dễ điều chỉnh lửa, đặc biệt là nó tiết kiệm được nhiên liệu - Sử dụng bếp đun hiếm khí với năng lượng sinh khối có thể tận dụng được nguồn nhiên liệu dư thừa từ vỏ trấu, lá cây, mùn cưa, vỏ cà phê … nhằm giảm đáng kể chi phí dùng cho việc đun nấu trong các hộ gia đình So với dùng gas, tính tương đương 23 bình gas 12 kg có thể dùng thay thế bằng 1 tấn trấu Trong khi 23 bình gas, với giá trung bình 380 nghìn đồng/1bình 12kg thì chi phí cho 44 việc dùng gas trong 1 năm (khoảng 8 bình) là khoảng 3 triệu đồng tính theo giá gas hiện tại Còn nếu dùng trấu trong 1 năm hết khoảng 1,2 tấn, tính theo giá 200 đồng/1kg thì chi phí cho việc dùng trấu trong 1 năm hết khoảng hơn hai trăm nghìn đồng Theo tính toán của GS-TS Trần Bình (Công ty Khoa học - Công nghệ và Xây dựng NEWTECH Bình Định, một tấn trấu tương đương với 415 lít khí đốt và 378 lít dầu hỏa Với giá trấu như vậy so với các nhiên liệu khác như than đá, dầu hỏa, củi đều thấp hơn rất nhiều - Giúp giải quyết vấn đề chất thải nông nghiệp Trấu, lá cây khô, mùn cưa, mạt bào … nếu không được dùng để đun nấu sẽ là một loại rác thải công nghiệp, thường bị vứt bỏ lãng phí ở các cánh đồng hay đốt bỏ không cần thiết, vừa chiếm diện tích lại gây ô nhiễm môi trường Riêng đối với trấu, theo số liệu ước tính ở nước ta hàng năm có khoảng 7.5 triệu tấn được thải ra từ các cơ sở xay xát Nhiều nhà máy, xí nghiệp đang phải đối mặt với việc xử lý lượng phế thải khổng lồ trên (không đủ mặt bằng kho chứa và thiếu đầu ra ) Chẳng hạn, một nhà máy xay xát có công suất trung bình 100 tấn/ca, 1 giờ sẽ thải ra 2,5 tấn trấu, 1 ngày là 60 tấn và 1 tháng là 1.800 tấn Với khối lượng riêng của trấu là 100-120 kg/m 3 thì phải cần một thể tích kho chứa trên 18.000 m3 - Bếp đun trấu hiếm khí làm việc theo nguyên lý hiếm khí, vì vậy nó giúp giảm lượng CO2 sinh ra trong không khí do việc đốt dư thừa nhiên liệu, góp phần bảo vệ môi trường và bảo vệ khí quyển, bảo vệ tầng Ozon - Bếp đun trấu hiếm khí giúp bảo vệ tài nguyên rừng Nếu sử dụng gỗ hoặc củi để đun nấu sẽ dẫn đến vấn nạn tàn phá rừng nghiêm trọng, từ đó gây ảnh hưởng đến thời tiết, gây ra bão lũ Nhưng với 847.45 kg gỗ hoặc 510.20 kg than củi có thể thay thế bằng một tấn trấu.Vì vậy dùng trấu giúp làm giảm tối đa hạn hán vào mùa khô và lũ lụt vào mùa hè - Việc phát triển loại bếp này sẽ tạo công ăn việc làm cho người dân Việt Nam, thúc đẩy thương mại phát triển trong việc kinh doanh phát triển mặt hàng này và những mặt hàng liên quan Nhận thấy bếp đun hiếm khí là một đề tài có rất có ích và khả năng thực hiện cao, thông qua nghiên cứu và đánh giá tính thực thi của đề tài, nhóm chúng em đã đặt ra nhiệm vụ của đề tài là: 55 1.2 Thiết kế mô hình cơ khí bếp đun trấu hiếm khí sao cho mô hình vừa gọn nhẹ vừa chắc chắn Tính toán điều chỉnh đảm bảo bếp cháy theo nguyên lý hiếm khí, đảm bảo chu cầu đun nấu cho hộ gia đình với chi phí thấp Các vấn đề đặt ra - Tìm hiểu các công thức tính năng suất tỏa nhiệt của trấu, năng lượng cần thiết để nấu chín thức ăn, dự tính thời gian cần thiết nấu chín thức ăn, từ đó tính ra đường kính, chiều cao của bếp và lượng trấu tiêu thụ cho mỗi lần sử dụng Đồng thời phải tính kích thước của buồng đựng tro, chân bếp sao cho bếp vừa gọn, vừa chắc chắn - Tính lưu lượng gió cần thiết, tính toán đường kính các lỗ thông khí bên trên và lỗ cấp khí xung quanh đầu đốt, đây là những thông số quan trọng đảm bảo bếp cháy hiếm khí với ngọn lửa xanh nhạt Từ việc tính toán lưu lượng gió để tính ra công suất của quạt gió - Đề tài này hướng đến người dân nông thôn và miền núi có thu nhập thấp, vì vậy cần tính toán và lựa chọn vật liệu đảm bảo tính chịu nhiệt cao và giá thành thấp nhất 1.3 Phương pháp nghiên cứu - Tìm hiểu tài liệu về các loại bếp cháy hiếm khí, nghiên cứu những mô hình đã được sử dụng ở trong nước và cả nước ngoài - Nghiên cứu về nguyên lý cháy hiếm khí và quá trình khí hóa của các nhiên liệu sinh khối, cụ thể là trấu - Dựa vào sự đánh giá ưu nhược điểm của các mô hình đã có và những yêu cầu đặt ra của đề tài để đưa ra bản thiết kế bếp đun trấu hiếm khí có tính khả thi cao nhất - Tiến hành làm mô hình theo bản thiết kế đã đề ra - Kiểm tra, thử nghiệm và đánh giá kết quả thử nghiệm, nếu có chỗ nào chưa đạt yêu cầu về phần cơ khí thì kịp thời bổ sung, sửa chữa sao cho đảm sao cho bếp cháy ổn định, lửa xanh, đều và ít khói trong quá trình cháy Cuối cùng là đưa ra đánh giá nhận xét kết quả đề tài và đưa ra phương hướng 66 phát triển cho đề tài 1.4 Phạm vi giới hạn Bếp đun trấu hiếm khí là một loại bếp có kích thước được chế tạo phụ thuộc vào nhu cầu về thời gian mỗi lần sử dụng và mức độ lửa cần dùng Tuy nhiên trong phạm vi một đồ án tốt nghiệp, với thời gian và kinh phí hạn hẹp, chúng em đã giới hạn mô hình bếp như sau: - Chỉ nghiên cứu và chế tạo loại bếp đun hiếm khí dùng nhiên liệu trấu - Bếp đun trấu hiếm khí trong đề tài này chỉ dùng trong dân sinh, phục vụ cho việc đun nấu trong các hộ gia đình, không dùng trong công nghiệp - Với mục đích sử dụng cho các hộ gia đình 4-5 người, bếp có kích thước vừa gọn với lò đựng trấu có đường kính là 150 mm, chiều cao 600mm Lượng trấu cho mỗi lần đun khoảng 1 kg và đun trong khoảng thời gian là 30-35 phút - Về vật liệu, để tiết kiệm chi phí, buồng cháy, buông tro và đầu đốt làm bằng thép tấm CT3, ba chân bếp làm bằng thép ống CT3, quai bếp làm bằng thép CT3 Ø10 - Với kích thước và vật liệu đã lựa chọn, tổng chi phí chế tạo ra mô hình này chúng em giới hạn trong khoảng 1 triệu đồng CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ BẾP ĐUN TRẤU HIẾM KHÍ 2.1 Giới thiệu bếp đun trấu hiếm khí 2.1.1 Nguyên lý cháy hiếm khí Các bếp cháy hiếm khí hoạt động theo nguyên tắc sản xuất ra các loại khí dễ cháy, chủ yếu là CO, từ nhiên liệu bằng cách đốt cháy nó với lượng không khí có hạn Nhiên liệu được đốt cháy chỉ đủ để chuyển đổi nhiên liệu thành than, oxy trong không khí và các khí phát sinh khác trong quá trình này phản ứng với 77 cacbon trong than ở nhiệt độ cao hơn, tạo ra chất dễ cháy là carbon monoxide (CO), hydro (H2), và khí mê-tan (CH4) Các loại khí, như khí carbon dioxide (CO2) và hơi nước (H2O) là những chất khó oxy hóa cũng được tạo ra trong quá trình khí hóa Bằng cách điều khiển lượng oxy trong không khí thông qua việc điều chỉnh tốc độ quạt gió ta có thể kiểm soát lượng không khí cần thiết đủ cho quá trình khí hóa Các phương trình hóa học diễn ra trong quá trình khí hóa: Cháy: C + O2 = CO2 C + H2O = CO + H2 CO + H2O = CO2 + H2 C + CO2 = 2 CO C + 2 H2 = CH4 CO, H2, CH4 là những khí cháy còn CO2, và hơi nước thì không Bảng dưới đây cho biết tỉ lệ các khí khi khí hóa trấu ở nhiệt độ rất cao (1000 0C): (Với độ ẩm trấu từ 10 – 40%) Khí Tỉ lệ (%) CO 26,1 – 15,0 H2 20,6 – 21,2 Ta thấy với độ ẩm càng thấp thì khí hóa ra nhiều khí cháy và ít khí không cháy hơn nhiều so với khi trấu bị ẩm CH4 0 Khí CH4 chỉ có thể được sinh ra khi nhiệt độ buồng phản ứng khoảng 400 – 5000C CO2 6,6 – 10,3 H2O 8,6 – 24,0 88 Những điều cần chú ý đối với quá trình khí hóa: - Nhiệt trị: Tốt nhất là đối với trấu vừa xay sát xong (trấu tươi), còn đối với các loại trấu đã để lâu ngày, mục, ẩm thì việc khí hóa sẽ khó hơn, cháy nhiều khói hơn, chất lượng lửa kém hơn - Độ ẩm của nhiên liệu: ảnh hưởng đến quá trình khí hóa, trấu có độ ẩm thấp dễ khí hóa hơn so với trấu có độ ẩm cao Trấu tươi thường có độ ẩm từ 10 – 12% rất thích hợp để sử dụng ngay, còn trấu để lâu ngày và có độ ẩm cao cần được sấy trước khi đưa vào khí hóa - Kích cỡ và hình dáng của nhiên liệu: Vỏ trấu dạng bột đòi hỏi áp suất cao của quạt để có thể khí hóa được Vỏ trấu kiểu cuộn phù hợp khí hóa hơn - Kích cỡ của các nhiên liệu phân phối: Vỏ trấu trộn với một số nhiên liệu rắn khác không thích hợp cho quá trình khí hóa Sự không đồng đều về kích cỡ của các nhiên liệu sẽ làm khó khăn cho quá trình cácbon hóa vỏ trấu, điều này gây ảnh hưởng đến quá trình khí hóa - Trong quá trình khí hóa, cột nhiên liệu và tro gây ra sức cản đối với quạt trong việc thổi dòng không khí Độ lớn của áp suất phụ thuộc vào độ dày của cột cũng như tính chất của nhiên liệu và tro Yêu cầu về khí cấp: So với cháy trực tiếp, khí hóa là quá trình cháy yếm khí nên cần lượng không khí ít hơn so với cháy hoàn toàn Phương trình cân bằng hóa học của cháy hoàn toàn cần 4,7kg không khí cho 1 kg trấu, mật độ không khí bình thường là 1,25 kg/m3 nên cần 3,76 m3 không khí/ 1kg trấu.Để khí hóa cần khoảng 30 - 40% lượng khí trong cân bằng hóa học, vì vậy lượng khí cần để khí hóa 1kg \ ứng: ảnh hưởng đến chất lượng của ngọn lửa gas, duy trì nhiệt độ buồng phản ứng cao làm cho quá trình khí hóa tốt hơn Dưới đây là một số thông tin cơ bản về quá trính khí hóa trấu - - ST T Nội dung 1 Tỉ lệ tối ưu cho khí hóa trấu là 0,32 2 Vận tốc khí gas ở bể mặt khoảng 8,5 -9 cm/s, 20 – 23 cm/s đối với 99 lớp tro 3 Bình thường phạm vi hoạt động của khí hóa từ 900 -10000C 4 Khí hóa chậm và đóng bánh là những vấn đề thường gặp ở những buồng phản ứng 15 -30 cm 5 Dư lượng thu được sau quá trình khí hóa là khoảng 30 -40% thể tích hoặc 25 – 35% trọng lượng ban đầu 6 Hiệu quả của khí hóa trấu khoảng từ 55,8 - 66,5 % 7 Làm mát khí trong quá trình khí hóa có thể gây ra muội 8 Độ ẩm của trấu lên đến 30% vẫn có thể khí hóa được 9 Tỷ lệ khí hóa trấu thay đổi trong khoảng 110 – 210 kg/m2 h Khí hóa từ trấu cũng độc khi có nồng độ lớn, vì vậy hãy chú ý khi sử dụng 2.1.2 Nhiên liệu trấu Trấu sinh ra trong quá trình xát gạo Nó thu được sau khi thóc đi qua bộ phận xát và được chuyển ra ngoài máy thông qua quạt hút Lượng trấu thu được phụ thuộc vào khả năng xay xát Máy xát có công suất cao thì trong 1h có thể tạo ra rất nhiều trấu Trấu thu được có thể ở dạng nguyên hoặc vụn, điều này phụ thuộc vào dạng máy được sử dụng Trấu ở dạng nguyên thường được sử dụng vì nó đạt hiệu quả khí hóa theo mong muốn 1kg thóc có thể sản sinh ra 200g trấu Điều đó có nghĩa là khoảng 20% trọng lượng của thóc được chuyển thành trấu, tất nhiên là còn phụ thuộc vào loại thóc đem xay xát Vì thế, trong 1h có thể thu được 200kg trấu từ 1 tấn thóc Với việc hoạt động xay xát 10h 1 ngày thì có thể thu được tổng cộng là 2 tấn trấu Một vài nghiên cứu đã chỉ ra rằng trấu thu được từ máy xát có hàm lượng độ ẩm từ 10% đến 16%, và trong môi trường ẩm ướt nó có thể lên 20% Trọng lượng riêng của khối trấu tính cả việc nén và không nén là khoảng từ 100 đến 120kg/m3 Nó mang năng lượng khoảng 300 kcal/kg và khi cháy hoàn toàn sẽ sinh ra khoảng 15-20% tro mà thành phần chủ yếu là thạch anh (90%) Trong trường hợp trấu được đốt cháy hoàn toàn, thì 1 kg trấu cần 4.7 kg không khí.Để 10 10 + Đảm bảo các lỗ phải nằm trên 2 hai đường tròn Ø100 và Ø120 + Vòng trong 40 lỗ, vòng ngoài 50 lô và khoảng cách giữa các lỗ là 4mm - Máy: Khoan bàn KC1000 + Thông số máy: Đường kính khoan tối đa 16 Độ côl lỗ trục chính MT3 Hành trình trục chính 70 (mm) Tốc độ trục chính 1400 v/p Khoảng cách từ trục chính đến chân đế 340 (mm) Khoảng cách từ trục chính đến bàn làm việc 160 (mm) Kích thước 470x270x1000 (mm) Trọng lượng 70 (kgs) * Nguyên công 7: Hàn mặt thoát khí với trụ trong - Mục đích của nguyên công: + Tạo độ kín cho buồng cháy, đảm bảo khí từ buồng cháy chỉ thoát ra qua lỗ thoát khí - Yêu cầu kĩ thuật: + Mối hàn phải đều, không gây rỗ, thủng cho chi tiết 57 57 + Đảm bảo hình dáng hình học và vị trí tương quan giữa các kích thước của chi tiết + Sau khi hàn, các mối nối phải được làm sạch, không để lại xỉ, bề mặt được mài nhẵn - Máy: + Chọn máy hàn điện Inverter LG-150 + Thông số kĩ thuật của máy: Dòng điện hàn tồi đa (A) 16 Công suất (KVA) 4 Tần số (Hz) 50 Đường kính que hàn (mm) 3 * Nguyên công 8: Hàn mặt bích trên với ống trụ ngoài và ống trụ trên - Mục đích của nguyên công: + Cố định và ghép nối 2 ống trụ với nhau - Yêu cầu kĩ thuật: 58 58 + Mối hàn phải đều, không gây rỗ, thủng cho chi tiết + Đảm bảo độ vuông góc giữa mặt bích dưới và 2 ống trụ + Sau khi hàn, các mối nối phải được làm sạch, không để lại xỉ, bề mặt đánh bóng - Máy: + Chọn máy hàn điện Inverter LG-150 + Thông số kĩ thuật của máy: Dòng điện hàn tồi đa (A) 16 Công suất (KVA) 4 Tần số (Hz) 50 Đường kính que hàn (mm) 3 * Nguyên công 9: Hàn mặt bích dưới với ông trụ trong và ngoài - Mục đích của nguyên công: + Cố định và ghép nối 2 ông trụ tạo thành hình đầu đốt 59 59 - Yêu cầu kĩ thuật: + Mối hàn phải đều, không gây rỗ, thủng cho chi tiết + Đảm bảo hình dáng hình học và vị trí tương quan giữa các kích thước của đầu đốt + Sau khi hàn, các mối nối phải được làm sạch, không để lại xỉ, bề mặt đánh bóng - Máy: Vs 2 = - 2.16 × AFR 2.16 × 4 = = 3384 (m / h) 2 90 × π × D 90 × 3.14 × 0.003 2 hay Vs 2 = 3384 = 0.94(m / s ) 3600 - - - - - Các lỗ thứ cấp được bố trí phía gần dưới của vòng trụ ngoài để cung cấp oxi cho quá trình cháy Việc bố trí vị trí các lỗ này như vậy sẽ làm nóng không khí chứa ôxy có trong không khítrước khi nó được đưa lên phản ứng với khí cháy giúp cho quá trình cháy xảy ra dễ dàng hơn và mạnh mẽ hơn - Kiềng giữ nồi được hàn vào mép tiếp giáp trụ ngoài và mặt bích nhằm nâng cao khả năng chịu lực và đảm bảo độ bền khi bếp hoạt động ở nhiệt độ cao - Tay cầm đầu đốt được làm dài và được lắp phía dưới của trụ ngoài nhằm tránh việc nóng chi tiết này bếp cháy, gây khó khăn cho việc cầm thiết bị 4.3.3 Gia công * Nguyên công 1: Tạo phôi 60 60 - - Phôi được cắt từ nguyên liệu thép tấm với kích thước như hình vẽ thiết kế, bao gồm phôi cho các thành phần: Phần trụ trong, trụ ngoài, trụ trên mặt, thoát khí, mặt bích trên và dưới và kiềng bếp - Mục đích của nguyên công: + Chế tạo phôi phù hợp với kết cấu của bộ phận và của cả sản phẩm + Đảm bảo phân phối đủ lượng dư gia công đạt yêu cầu kĩ thuật - Yêu cầu kĩ thuật: + Phôi không bị cong vênh, nứt, mẻ + Đảm bảo độ nhẵn các bề mặt * Nguyên công 2: Cắt các mặt bích - Mục đích của nguyên công: + Tạo ra các mặt bích để hàn các khối trụ trong nguyên công sau - Yêu cầu kĩ thuật: + Đảm bảo đúng kích thước đường kính trong và ngoài + Bề mặt không bị cong vênh - Máy: + Chọn máy dập thủy lực YHD41-63 + Thông số kĩ thuật của máy Chọn máy hàn điện Inverter LG-150 + Thông số kĩ thuật của máy: Dòng điện hàn tồi đa (A) 16 Công suất (KVA) 4 61 61 Tần số (Hz) 50 Đường kính que hàn (mm) 3 * Nguyên công 10: Hàn tay cầm cho đầu đốt - Mục đích của nguyên công: + Tạo tay cầm cho đầu đốt - Yêu cầu kĩ thuật: + Mối hàn phải đều, không gây rỗ, thủng cho chi tiết + Đảm bảo hình dáng hình học và độ chắc chắn + Sau khi hàn, ối nối phải được làm sạch, không để lại xỉ, bề mặt đánh bóng - Máy: + Chọn máy hàn điện Inverter LG-150 + Thông số kĩ thuật của máy: Dòng điện hàn tồi đa (A) 16 62 62 Công suất (KVA) 4 Tần số (Hz) 50 Đường kính que hàn (mm) 3 * Nguyên công 11: Hàn kiềng cho đầu đốt - Mục đích của nguyên công: + Cố định 3 chân kiềng - Yêu cầu kĩ thuật: + Mối hàn phải đều, không gây rỗ, thủng cho chi tiết + Đảm bảo hình dáng hình học và vị trí tương quan giữa ba chân kiềng với đầu đốt + Sau khi hàn, các mối nối phải được làm sạch, không để lại xỉ, bề mặt đánh bóng - Máy: + Chọn máy hàn điện Inverter LG-150 + Thông số kĩ thuật của máy: 63 63 Dòng điện hàn tồi đa (A) 16 Công suất (KVA) 4 Tần số (Hz) 50 Đường kính que hàn (mm) 3 * Nguyên công 12: Mài phẳng mặt dưới của đđầu đốt - Đá mài: + Chọn đá mài dạng đĩa2T∏ + Vật liệu mài: Cô ranh đông điện trắng Ct (Oxit nhôm trắng) + Độ hạt: chọn nhóm hạt mài, độ hạt 25 + Độ cứng đá mài: mềm vừa, cấp độ MV1 + Tổ chức đá mài: số hiệu cấu trúc 5, tỉ lệ thể tích vật liệu mài: 50% - 60% + Cấp độ chính xác của đá mài: cấp Ђ (Mài được các cấp) 4.4 Thiết kế hệ thống quạt gió Quạt gió có nhiệm vụ cung cấp dòng không khí cho quá trình khí hóa xảy ra và duy trì liên tục Với kiểu bếp cháy từ trên xuống phải lựa chọn loại quạt có 64 64 công suất tương đối cao Thông thường để cháy hết 1kg trấu cần khoảng 4.5kg không khí cung cấp ở đây ta sử dụng bộ cảm biến nhiệt độ để nắp vào bếp trấu và khi bộ cảm biến cảm nhận sử lí điều khiển cánh quạt nhanh hay chậm tùy vào nhiệt độ trong bếp Quạt gió công suất lớn đòi hỏi phải có hệ thống điều tốc tốt, đảm bảo số vòng quay của trục quạt gió nằm trong giới hạn quy định Với quạt gió công suất nhỏ, việc xoay cánh thường hay dùng phương pháp ly tâm của khối lượng quay Khi tốc độ gió thay đổi sẽ làm tốc độ quay của quạt thay đổi, lực ly tâm của vật quay cũng thay đổi Nếu gió lớn, vận tốc gió tăng, lực ly tâm tăng lên, tác dụng lên cơ cấu xoay cánh quạt làm giảm diện tích bề mặt hứng gió, dẫn đến hạn chế mức độ tăng tốc độ quay của quạt Khi gió dịu đi, vận tốc gió giảm xuống, quạt gió tự xoay dần về vị trí ban đầu, để duy trì tốc độ quay của quạt gió trong phạm vi cho phép Kết cấu máy sử dụng lực ly tâm để xoay cánh quạt tương đối đơn giản, nhưng có nhược điểm là đáp ứng chậm, độ chính xác điều chỉnh thấp, khoảng biến thiên tốc độ quay của quạt quá lớn Nguyên lý làm việc của hệ thống xoay cánh như sau: Đặt cho trục quạt gió một giới hạn tốc độ cho phép; khi nhiệt độ trong bếp nhỏ hơn quy định, trục quạt sẽ quay nhanh hơn, bộ phận cảm biến nhận được tín hiệu, chuyển đến bộ điều khiển, bộ điều khiển so sánh với tốc độ quay quy định, phát tín hiệu đến động cơ bước, động cơ xoay cánh một góc để tăng bề mặt quạt gió; khi nhiệt độ trong bếp giảm động cơ sẽ xoay cánh quay trở lạimột góc hẹp để giảm gió vào bếp Bằng cách này, tốc độ quay của trục quạt gió được điều chỉnh kịp thời, khoảng dao động của tốc độ quay tương đối nhỏ Việc thay đổi lượng gió tuân theo những nguyên lý cơ bản về khả năng sử dụng gió và khả năng tối ưu của quạt gió Về nguyên tắc, nhiệt đọ trong bếp phải được duy trì Do đó, quạt gió phải thu nhận tốt dược nhiệt độ trong bếp.Trong trường hợp toàn bộ nhiệt độ được quạt gió thu nhận, thì vận tốc gió đằng sau quạt gió sẽ bằng không Đối với hệ tối ưu, số 65 65 phần trăm cực đại của năng lượng gió có thể thu nhận được tính theo công thức do Carl Betz đưa ra năm 1927 : Pmax V3 = 0,593 0 Ar 2 Trong đó : P là mật độ năng lượng Ar V0 là diện tích quét của cánh quạt gió là vận tộc gió ban đầu - Mật độ năng lượng trên một đơn vị thể tích dòng chảy không khí Số 0,593 được gọi là giới hạn Betz hoặc hệ số Betz Bằng phương pháp phân tích đơn giản về động lượng đối với động cơ gió trục ngang tìm được hệ số công suất cực đại của nó là 16/27 tức là 59,3% Điều này đã được Betz chứng minh (1927) Hiển nhiên đây là trường hợp số cánh vô hạn (trở lực bằng không) là điều kiện của một động quạt gió lý tưởng Trong thực tế có 3 nhân tố làm giảm nhỏ hệ số công suất cực đại: (1) Phía sau quạt gió tồn tại dòng xoáy (2) Số cánh của quạtgió là có hạn (3) Cd/Cl không bằng 0 Cl là hệ số nâng, Cd là hệ số cản Cl = L 1 ρV 2 A 2 D Cd = 1 ρV 2 A 2 66 66 trong đó : ρ - mật độ không khí (kg/m3) V - vận tốc dòng không khí (gió) không bị nhiễu loạn A - Diện tích hình chiếu của cánh (diện tích hứng gió) m2 L - Lực nâng D - Lực cản Như vậy, khi thay đổi diện tích bề mặt hứng gió của cánh quạt, thì hiệu suất sử dụng năng lượng gió của quạt gió thay đổi, tức là thay đổi lực tác dụng lên cánh làm quay turne Khi gió tăng tốc độ, năng lượng gió tăng lên, nhưng công suất trên trục quạt gió hầu như không tăng lên Hệ thống thiết bị khai thác năng lượng gió rất khác nhau về kích thước, hình dạng và dạng năng lượng cuối cùng nhận được Nói chung hệ thống thiết bị khai thác năng lượng gió có các phần: Bộ góp sức gió, chuyển động sơ cấp, thiết bị sản sinh năng lượng cuối cùng Hiện nay trong các hệ thống tự động thường sử dụng động cơ bước để thực hiện các chuyển động rời rạc Động cơ bước làm việc được là nhờ có bộ chuyển mạch điện tử, đưa các tín hiệu điều khiển vào các cuộn dây stato, theo thứ tự và tần số nhất định Tổng số góc quay của rôto tương ứng với số lần chuyển mạch, chiều quay và tốc độ quay của rôto phụ thuộc vào thứ tự chuyển đổi và tần số chuyển đổi Động cơ bước thực chất là động cơ đồng bộ nhưng không quay liên tục mà làm việc ở chế độ quay rời rạc, có khả năng cố định rôto ở những vị trí cần thiết Như vậy có thể sử dụng động cơ bước để thực hiện xoay cánh quạt gió đi một góc nhỏ hoăc lớn làm thay đổi tốc độ quay của cánh quạt, tương ứng với tín hiệu điều khiển được truyền đến động cơ phải làm việc tốt -THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ QUAY CỦA QUẠT GIÓ 67 67 Hình 1 Mô hình Quạt gió bằng cá Để kiểm nghiệm lại cơ sở lý thuyết đã nêu ở trên, chúng em tiến hành thiết kế, chế tạo mô hình điều khiển tốc độ quay của quạt gió bằng cách sử dụng động cơ bước xoay cánh Mô hình thí nghiệm được trình bày trên Hình 1 Để tạo nên gió , chúng tôi đã dùng một quạt có công suất 12V, có thể thay đổi vô cấp tốc độ tùy chỉnh Tốc độ quay của quạt được thay đổi bằng máy biến tần, có công suất 12V, phạm vi thay đổi tần số từ 0 đến 75 Hz 68 68 - Cánh quạt được chế tạo từng cánh rời theo tính toán thiết kế Sử dụng 3 cánh, lắp vào 3 trục để xoay được - - Động cơ bước được lắp ở mặt sau của mâm gá của cánh quạt quay cùng với quạt - Lắp mâm gá cánh quạt vào trục quay chính - trục quạt - Trên trục quay chính có lắp 5 vành trượt để truyền động điện cho các động cơ bước Cuối trục quay chính có lắp bánh răng để truyền động cho cánh quạt - Máy phát điện nhận cơ năng từ trục cánh quạt, qua cặp bánh răng tăng tốc - Bộ hiển thị cảm nhận nhiệt độ cho biết nhiệt độ trong bếp như thế nào - Cảm biến nhiệt độ nhận biết sự thay đổi nhiệt độ của bếp , truyền tín hiệu về bộ chuyển đổi; tín hiệu được đưa qua bộ so sánh; sau khi so sánh với tốc độ chuẩn, bộ so sánh phát tín hiệu chuyển qua bộ điều khiển; bộ điều khiển tác động lên động cơ bước để xoay cánh quạt Ba động cơ bước và bộ truyền trục vít bánh vít được chọn cùng loại, để đảm bảo góc xoay của ba cánh là như nhau 69 69