Chương III Các loại máy thiết bị phân loại CHƯƠNG III CÁC MÁY VÀ THIẾT BỊ PHÂN LOẠI Trang III- Chương III Các loại máy thiết bị phân loại I ĐẠI CƯƠNG VÀ PHÂN LOẠI Quá trình gia công nguyên vật liệu công nghiệp VLXD thường sản phẩm có kích thước hạt không đồng nhất, sản phẩm chế tạo yêu cầu có kích thước xác định, hay chia vật liệu đập nghiền thành nhóm hạt có tỷ lệ phần trăm xác định muốn tách khỏi nguyên liệu tạp chất có hại ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm v.v tất trường hợp yêu cầu phải tiến hành phân loại nguyên vật liệu theo yêu cầu quy trình kỹ thuật Vì vậy, việc phân loại nguyên vật liệu sản phẩm có ý nghĩa quan trọng công nghiệp VLXD Để phân loại nguyên vật liệu tiến hành theo nhiều phương thức khác nhau: - Phương Phương Phương Phương pháp pháp pháp pháp phân phân phân phân loại khí ly không khí ly thủy lực ly điện từ II PHƯƠNG PHÁP PHÂN LOẠI CƠ KHÍ (SÀNG) II.1 Những khái niệm Phương pháp phân loại khí thực sàng Dùng sàng phân loại hay nhiều nhóm hạt khác Số nhóm hạt nhận phụ thuộc vào số lưới sàng mà vật liệu qua Nếu số lưới sàng n số nhóm hạt nhận n+1 II.1.1 Sơ đồ sàng Phương pháp phân loại sàng theo nhiều sơ đồ khác nhau: sàng hạt nhỏ khỏi hạt lớn, sàng hạt lớn khỏi hạt nhỏ, sàng liên hợp Trang III- Chương III Các loại máy thiết bị phân loại ‰ Sàng hạt nhỏ khỏi hạt lớn Theo sơ đồ hình (H.3.1) hạt nhỏ qua lỗ sàng có kích thước nhỏ trước, hạt có kích thước trung bình lọt qua lỗ sàng trung bình, sau hạt có kích thước lớn lọt qua lỗ sàng lớn Cuối hạt lớn nằm sàng ƒ Ưu điểm - Đơn giản, sửa chữa dễ dàng - Các nhóm hạt rơi dễ dàng vào phễu chứa tương ứng yêu cầu ƒ φ15 φ30 >φ60 φ60 0-15 1530-60 Hình 3.1 Sơ đồ sàng hạt nhỏ khỏi Khuyết điểm: - Khối vật liệu ban đầu, có hạt vật liệu lớn lại rơi vào sàng có kích thước nhỏ nhất, có cấu tạo mảnh nhất, nên dễ dàng làm cho sàng mau hỏng - Khi khối vật liệu rơi vào sàng nhỏ trước, hạt có kích thước lớn lỗ sàng che phủ phần lớn lỗ, gây khó khăn cho hạt nhỏ rơi qua sàng, hiệu suất sàng ‰ Sàng hạt lớn khỏi hạt nhỏ Theo sơ đồ sàng này, sàng có kích thước lỗ lớn nhất, sàng có kích thước lỗ nhỏ Sơ đồ dùng phổ biến công nghiệp VLXD Ø60 Ø30 Ø15 ƒ Ưu điểm: - Khối vật liệu rơi vào sàng có kích thước lỗ lớn, bảo đảm độ bền sàng - Những hạt vật liệu lớn trung bình không ngăn cản tách hạt nhỏ lọt qua sàng Ø>60 Ø30−Ø6 Ø15−Ø30 Ø0−15 Hình 3.2 Sơ đồ sàng hạt lớn khỏi hạt nhỏ ƒ Khuyết điểm: - Cần có máng phụ để dẫn nhóm hạt vào bun ke tương ứng Trang III- Chương III Các loại máy thiết bị phân loại ‰ Sàng liên hợp: Vật liệu trước tiên rơi sàng có kích thước trung bình, mặt sàng hạt có kích thước lớn rơi qua sàng có lỗ lớn, hạt nhỏ rơi qua sàng nhỏ Sơ đồ nằm vị trí trung gian, dung hòa ưu khuyết điểm sơ đồ sàng φ30 >φ60 φ15 φ15-30 φ 0-15 φ 30-60 Hình 3.3 Sơ đồ sàng liên hợp II.1.2 Hiệu suất sàng - Những hạt vật liệu qua lỗ sàng gọi sản phẩm sàng Ngược lại, hạt không lọt qua lỗ sàng gọi sản phẩm sàng Theo lý thuyết coi tất hạt có kích thước nhỏ kích thước lỗ sàng qua lỗ sàng Nhưng thực tế lại sàng phần hạt vật liệu có kích thước nhỏ kích thước lỗ sàng với sản phẩm sàng Để đánh giá chất lượng máy sàng trình sàng người ta dùng hệ số hiệu suất sàng η=A B A: lượng hạt sàng có k.thước yêu cầu thu sàng B: lượng hạt có kích thước yêu cầu thực tế nằm vật liệu ban đầu Hiệu suất sàng thường phụ thuộc vào yếu tố sau: - Độ ẩm vật liệu: đa số trường hợp vật liệu có độ ẩm cao hiệu suất sàng giảm - Bề dày lớp vật liệu: lớp vật liệu dày hiệu suất kém, mỏng suất giảm -Biên độ dao động: kích thước vật liệu lớn, yêu cầu cần phải tăng biên độ dao động - Máy sàng phân theo loại: + Sàng phẳng + Sàng thùng quay Trang III- Chương III Các loại máy thiết bị phân loại II.2 Máy sàng phẳng Sàng phẳng phân thành loại sau: - Sàng ghi - Sàng lắc phẳng - Sàng lắc tròn - Sàng rung II.2.1 Cấu tạo mặt sàng ‰ Bộ phận làm việc chủ yếu sàng ghi hay lưới sàng Ghi: có hai loại ghi ghi ƒ Ghi thanh: có cấu tạo thép tròn đặt song song nhau, cách khoảng đó, tùy thuộc vào kích thước yêu cầu sản phẩm sàng Sàng ghi dùng để phân loại vật liệu có kích thước lớn ƒ Ghi tấm: thép có đột lỗ tròn, ellip hay lỗ vuông Ghi có lỗ tròn sản phẩm sàng có kích thước đồng Để vật liệu lọt dễ dàng qua lỗ sàng (không bị kẹt), bề dày ghi nên < kích thước lỗ Ghi dùng để phân loại vật liệu trung bình vật liệu nhỏ ‰ Lưới sàng: Được chế tạo cách đan sợi kim loại hay sợi hữu cỡ sợi tùy thuộc vào loại sàng Sàng lưới dùng để sàng vật liệu nhỏ mịn, đạt từ 2,5mm - 40µm.Tiết diện sống lỗ sàng lớn, chiếm 70% tổng diện tích sàng Kích thước sàng đặt trưng theo hệ: - Hệ liên Xô: đặc trưng kích thước lỗ (µm) Ví dụ: Sàng No 009 tương ứng kích thước lỗ 90 µm - Hệ Đức: đặc trưng số lỗ/cm hay số lỗ /cm2 Ví dụ: sàng No70 có nghĩa 70 lỗ/cm hay 4900 lỗ/cm2 Hệ Anh: đặc trưng Mecso /dium Mecso số lỗ, dium: tấc anh = 25,4mm Ví dụ Số Mecso 180 có nghĩa 180lỗ/25,4mm tương đương 72 lỗ/cm hay ≈ 4900 lỗ/cm2 - Trang III- Chương III Các loại máy thiết bị phân loại II.2.2 Xác định tốc độ hạt vật liệu sàng Tốc độ hạt vật liệu sàng tùy thuộc vào tốc độ sàng Nếu tăng tốc độ chuyển động sàng, kéo theo tăng tốc độ chuyển động hạt vật liệu sàng, dẫn đến tăng hiệu suất sàng Nhưng tăng tốc độ lớn làm giảm hiệu suất sàng Vì với tốc độ lớn, hạt vật liệu vượt qua lỗ sàng mà không lọt qua lỗ Vì cần phải xác định tốc độ sàng hợp lý d v O1 O y x D Hình 3.4 Sơ đồ xác định vận tốc hạt sàng Theo hình (H 3.4), giả sử hạt vật liệu có kích thước d, chuyển động với vận tốc v với sàng có kích thước lỗ D Ta thấy hạt vật liệu chuyển động qua lỗ theo quỹ đạo parabol Phương trình chuyển động theo quỹ đạo parabol sau: x = vt (3.1a) Mặt khác y = gt 2 (3.1b) x =D−d (3.2a) y=d2 (3.2b) Thời gian rơi tự hạt: t= v= 2y = g 2.d = 2g d g (3.3a) x  d g = D t   d (3.3b) Qua thực nghiệm người ta thấy rằng, d =D, hạt lọt qua sàng; hạt lọt qua sàng d = 0, 8D hay D = d 0, Thay vào công thức ta có:  d d g v= -  = 2,36 d  0,  d [m/sec] (3.4) Như tốc độ chuyển động hạt vật liệu sàng phụ thuộc vào kích thước hạt Công thức dùng cho sàng đặt nằm ngang, sàng đặt nghiêng, hạt qua lỗ cần có kích thước nhỏ hơn, đồng thời vận tốc hạt giảm Trang III- Chương III Các loại máy thiết bị phân loại dmax esinα D v e esinα Dcosα α Hình 3.5 Sơ đồ xác định vận tốc hạt sàng nghiêng Kích thước hạt lớn qua lỗ sàng đặt nghiêng xác định theo công thức d = D cos α - e sin α (3.5) v = 2, 36 (3.6) D cos α - e sin α [m/sec] II.2.3 Sàng lắc phẳng Nguyên tắc làm việc sàng lắc phẳng dựa vào tác dụng trọng lực, sức ì (lực quán tính) lực ma sát Sàng lắc phẳng phân làm loại: - Sàng lắc dọc: + Sàng lắc dọc theo mặt phẳng nghiêng lưới sàng + Sàng lắc dọc theo góc α mặt phẳng nghiêng lưới sàng - Sàng lắc tròn Trong công nghiệp VLXD chủ yếu sử dụng sàng lắc dọc ‰ Sàng lắc dọc theo mặt phẳng nghiêng lưới sàng r a1 = ω2.r a2 = ω2.r f = (0.3 – 0.45) tgϕ G.sinα Fα Trang III- Pu G.cosα G Hình 3.4 Sơ đồ sàng lắc dọc theo mặt phẳng nghiêng lưới sàng Chương III Các loại máy thiết bị phân loại ƒ Cấu tạo nguyên lý hoạt động Sàng gồm có thành sàng (1) gắn với sàng (2), kéo (3) (4) gắn vào thành sàng Sàng chuyển động xuôi ngược dọc theo mặt phẳng nghiêng lưới sàng nhờ động truyền chuyển động đến ổ trục lệch tâm đối xứng (5) ƒ Xác định số vòng quay thích hợp trục lệch tâm Khi sàng chuyển động lui tới (ngược xuôi) với gia tốc nhỏ, hạt vật liệu lưới sàng trạng thái yên tĩnh tương đối (do lực ma sát) Nếu tăng gia tốc đến giới hạn hạt vật liệu chuyển ngược theo sàng Khi lực ì hạt vật liệu thắng lực ma sát hạt vật liệu lưới sàng Vì gia tốc tới hạn cần thiết để hạt vật liệu chuyển dịch ngược xuôi theo sàng xác định sau: Gọi a1: gia tốc tới hạn để vật liệu có chuyển động tương đối xuống Điều kiện để hạt vật liệu lên theo sàng dốc ( theo hình vẽ) Pu ≥ F + G sin α (3.7) Pu: lực quán tính cục vật liệu gây gia tốc a a = ω2r = mà với: (3.8) r - độ lệch tâm n - số vòng quay trục lệch tâm [v/ph] Pu = ma = với π2 n2r 900 G Gπ2n2r Gn2r a= = g 900g 900 (3.9) F- lực ma sát, F = Gf cos α Thay vào công thức ta có: Gn2r ≥ Gf cos α + G sin α 900 (3.10) Như vậy, điều kiện để hạt vật liệu chuyển động tương đối lên theo sàng n ≥ 30 f cos α + sin α r [v/ph] (3.11) Điều kiện để hạt vật liệu chuyển động tương đối xuống theo sàng: Pu + G sin α ≥ Gf cos α hay Trang III- Gn2r + G sin α ≥ Gf cos α 900 (3.12) Chương III Các loại máy thiết bị phân loại f cos α − sin α r n ≥ 30 Mặt khác ta thấy, n < 30 (3.13) f cos α + sin α vật liệu chuyển động xuống,vậy r điều kiện để hạt vật liệu chuyển động xuống theo sàng 30 f cos α + sin α f cos α − sin α ≥ N ≥ 30 r r (v/ph) (3.14) Để đánh giá trượt vật liệu mặt sàng yêu cầu độ dốc α sàng phải nhỏ góc ma sát ϕ vật liệu: ϕ f ( G cos α - Pu sin α ) Thay Pu = (3.17) Gn2r chia vế cho Gcosα ta được: 900 n2r (1 + ftgα) > f - tgα 900 (3.18) f = tgϕ với Î n2r tgϕ - tgα > = tg(ϕ - α) 900 + tgϕtgα n > 30 tg(ϕ − α) r (3.19) [v/ph] (3.20) Điều kiện để vật liệu chuyển động tương đối lên: PuCosα Pu GSinα F PuSinα α Gcosα Hình 3.5b G Pu cos α > f(G cos α + Pu sin α) + G sin α với F = f(G cos α + Pu sin α) , biến đổi tương tự trên, ta có: n > 30 Trang III- 10 (3.21) tg(ϕ + α) r [v/ph] (3.22) Chương III Các loại máy thiết bị phân loại Như vậy, điều kiện để vật liệu chuyển động xuống theo sàng: 30 tg(ϕ + α) tg(ϕ − α) [v/ph] > n > 30 r r (3.23) Từ hình (H.3.5b) ta thấy điều kiện để hạt vật liệu tung lên khỏi sàng Pu s in α > G cos α Thay Pu = (3.24) Gn2r ta xác định điều kiện vật liệu bị tung lên số vòng quay 900 trục: 30 n> rtgα [v/ph] (3.25) Thực tế số vòng quay trục lệch tâm luôn nhỏ số vòng quay tính toán hạt vật liệu không bị tung lên Tuy nhiên lực Pusinα làm chấn động vật liệu, làm cho trình sàng tốt ‰ Xác định công suất sàng lắc phẳng Công suất tiêu hao cần thiết sàng làm việc gồm: - Công suất tiêu hao để lắc toàn khối - Công suất tiêu hao để khắc phục lực cản khác Theo lý thuyết, sàng lắc phẳng công suất tiêu hao ½ chu kỳ đầu làm việc hoàn lại ½ chu kỳ làm việc sau Nhưng thực nghiệm cho thấy có phân tán lực có tiêu hao lượng để khắc phục lực cản khác, tính toán không tính đến việc hoàn lại lượng động học ½ chu kì làm việc sau: mv Gπ2 n2r Gr 2n2 A=2 = = 900g 900 [kG.m] (3.26) Khi trục lệch tâm quay n vòng phút, công suất tiêu hao N= An Gr 2n3 = 60 × 75 4050000 [ml] (3.27) Đối với sàng lắc phẳng hệ số tác dụng hữu ích η= 0,7, công suất động cơ: Ndc = đó: Trang III- 11 Gr n3 2.800.000 G - trọng lượng vật liệu [KG] r - độ lệch tâm [m] [ml] (3.28) Chương III Các loại máy thiết bị phân loại II.2.4 Sàng rung Sự chấn động sàng rung tạo nên lực quán tính, lực va đập lực điện từ Căn vào phương thức tạo nên chấn động, phân loại sàng rung theo: - Sàng rung quán tính - Sàng rung điện từ - Sàng rung va đập Trong công nghiệp sản xuất VLXD chủ yếu sử dụng sàng rung quán tính ‰ Sàng rung quán tính ƒ Cấu tạo: Trên khung chấn động (1), đặt trục lệch tâm không cân (2), quay ổ trục (3) Trên khung chấn động có đặt ngang (4) đỡ lưới sàng (5) có kích thước lỗ khác Một đầu sàng bắt chặt vào căng đầu bắt vào căng (7) nối liền với bulông (8) Cách kết cấu cho phép điều chỉnh độ căng sàng dễ dàng Toàn khung chấn động, sàng phận rung động đặt hệ thống lò xo (9) Hệ thống lò xo (9) lắp giá cố định (10) Pu 10 Hình 3.6a Sơ đồ cấu tạo sàng rung quán ƒ Nguyên lý hoạt động Khi trục lệch tâm quay xuất lực ly tâm quán tính luôn thay đổi phương chiều theo mặt phẳng vuông góc vơi trục Qua hệ thống lò xo với khung chấn động bị dao động theo tất phương làm cho sàng rung động để sàng vật liệu Trang III- 12 Chương III Các loại máy thiết bị phân loại Biểu đồ dao động sàng phụ thuộc vào phụ tải không cân trục lệch tâm, vào độ cứng hệ thống lò xo vào cách bố trí lò xo Lực ly tâm quán tính Pu phân thành thành phần theo phương nằm ngang thẳng đứng:  Pu1 = Pu sin α  Pu2 = Pu cos α (3.29) α: góc tạo phương lực ly tâm với trục thẳng đứng Dưới tác dụng lực ly tâm quán tính sàng chấn động, điểm sàng vạch thành quỹ đạo ô-van.Sàng đặt nghiêng góc 5-15o ‰ Xác định suất sàng rung Sàng rung thường dùng để sàng cát, sỏi, đá dăm có hàm ẩm tương đối thấp W = 3÷5% Sàng thường có kích thước lỗ vuông 5÷100mm Năng suất sàng rung xác định công thức thực nghiệm sau: Bảng 3.1 Năng suất loại sàng rung Vị trí sàng vật liệu sàng Công thức [m3/h] Sàng rung đặt nằm ngang, sàng hỗn hợp cát sỏi V = 0, 8F.q.k1 k Sàng rung đặt nằm ngang, sàng vật liệu đập V = 0, 65F.q.k1 k Sàng rung đặt nghiêng, sàng hỗn hợp cát sỏi V = 0,5F.q.k1 k Sàng rung đặt nghiêng, sàng vật liệu đập V = 0, 4F.q.k1 k Trong đó: F: tiết diện sàng [m2] q: suất riêng 1m2 tiết diện sàng [m3/h], tra bảng k1: hệ số phụ thuộc vào hàm lượng % sản phẩm sàng có vật liệu ban đầu k2: hệ số phụ thuộc vào hàm lượng % sản phẩm sàng có kích thước nhỏ ½ kích thước lỗ sàng Trang III- 13 Chương III Các loại máy thiết bị phân loại Hình 3.6b Hệ thống máy sàng rung Trang III- 14