VIỆN CÔNG NGHỆ - BỘ CÔNG THƯƠNG BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY XEO MINI (MINI HATSCHECK) PHỤC VỤ CHO NGHIÊN CỨU TẤM MỎNG BÊ TÔNG GIA CƯỜNG SỢI CNĐT : TỐNG VĂN CƯỜNG 9032 HÀ NỘI – 2011 1 MC LC Trang Mc lc A. Ni dung bỏo cỏo chớnh Chng I. C s tớnh toỏn lý thuyt 1. Khái quát về công nghệ sản xuất tấm mỏng xi măng gia cờng sợi 2. Những tính chất đặc trng của máy xeo và yêu cầu kỹ thuật thiết kế máy xeo mini. 2.1 Những tính chất đặc trng của máy xeo. 2.2 Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động dàn xeo Hatschek. 2.3 Lọc huyền phù trên tang lới (tang xeo). 2.4. Công đoạn khử nớc màng xeo và trang thiết bị. 2.5. Làm sạch băng dạ và tang lới. 2.6 Thiết bị khuấy bể xeo. 2.7 Yêu cầu kỹ thuật của dàn xeo mini. Chng II: Thit k c khớ mỏy xeo mini 2.1 Thit k khung. 2.2. Thit k c cu ct dõy. 2.3 Thit k tang nh hỡnh. 2.4 Thit k c cu nộn tang. 2.5 Thit k c cu cng bng. 2.6 Thit k con ln cng bng. 2.7 Thit k hp hỳt chõn khụng. 2.8 Thit k trc gaus. 2.9 Thit k bờ xeo. 2.10 Thit k tang xeo. 4 6 7 9 19 27 29 30 31 32 33 34 34 35 36 36 37 38 2 Chng III: H thng điện iu khin máy xeo mini 3.1.Kiểm soát và điều chỉnh áp suất thủy tĩnh bằng cách kiểm soát, đo mức liệu và ổn định mức liệu trong bể xeo. 3.2. Điều chỉnh vô cấp tốc độ băng dạ kỹ thuật. 3.3. Điều chỉnh mềm áp lực nén của con lăn nén chính tang định hình. 3.4. Thay đổi tốc độ trục khuấy bể xeo thuận tiện. 3.5 Đo tích cực chiều dầy tấm trên tang định hình. 3.6 Giới thiệu bộ điều khiển PLC Siemens. B. Kt lun v hng phỏt trin 1. Kt qu t c 2. Hng phỏt trin Ti liu tham kho 39 45 45 46 47 48 50 51 3 Mở đầu: Năm 2003 2004 Viện Công nghệ đã nghiên cứu thành công dây chuyền sản xuất tấm xi măng gia cờng sợi không sử dụng amiăng trong khuôn khổ đề tài cấp nhà nớc KC.06.15. Năm 2007, dây chuyền sản xuất tấm lợp không amiăng đầu tiên của Việt Nam đợc xây dựng và vận hành tại Công ty Cổ Phần Tân Thuận Cờng - Tứ Kỳ Hải Dơng. Công nghệ sản xuất tấm mỏng gia cờng sợi không amiăng đòi hỏi phải thử nghiệm rất phức tạp khi thay đổi cấp phối, thử nghiệm sợi gia cờng mới, chủng loại sản phẩm .v.v. Việc thử nghiệm trên dây chuyền công nghiệp khi cha có kết quả trong phòng thí nghiệm gây lãng phí không những tiền của mà còn là thời gian, công sức để hoàn thiện công nghệ tối u cũng nh nhằm hoàn thiện tính năng của thiết bị. Trên thế giới, các nhà sản xuất tấm xi măng gia cờng sợi ở quy mô lớn đều sử dụng máy mini Hatschek cho công tác nghiên cứu nh ở tập đoàn ETEK - Bỉ, tập đoàn Kuaray - Nhật Bản, công ty Jame Hardie Australia. Việt Nam, hiện nay cha có cơ sở nghiên cứu và sản xuất nào có máy mini Hatschek để nghiên cứu, thử nghiệm công nghệ và sản phẩm tấm xi măng gia cờng sợi. Đề tài Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy xeo mini (Mini Hatschek) phục vụ cho nghiên cứu tấm mỏng bê tông gia cờng sợi nhằm phục vụ cho công tác nghiên cứu với nội dung trên, thử nghiệm các thông số công nghệ, xác định cấp phối và thông số tối u cho sản xuất tạo điều kiện cho việc hòan thiện công nghệ và thiết bị. 4 A. Nội dung báo cáo chính Chơng I: Cơ sở tính toán lý thuyết 1.Khái quát về công nghệ sản xuất tấm mỏng xi măng gia cờng sợi Trong công nghệ sản xuất tấm mỏng xi măng gia cờng sợi, dựa theo nồng độ ban đầu của hỗn hơp xi măng, sợi, nớc ngời ta phân biệt. Phơng pháp ớt: sản phẩm đợc tạo ra từ hỗn hợp ba thành phần chính gồm ximăng - sợi - nớc (Hay còn gọi là huyền phù) có nồng độ 6-17% Phơng pháp bán khô: sản phẩm đợc tạo từ huyền phù nồng độ 30-40% Phơng pháp khô: sản phẩm đợc tạo từ hỗn hợp xi măng - sợi - nớc, trong đó lợng nớc chỉ vừa đủ để xi măng thủy hóa. Tỷ lệ thành phần xi măng - sợi chiếm tới 90%. Thực tế việc phân loại trên, khái niệm về phơng pháp ớt và bán khô có nhiều điểm tơng đồng vì sản phẩm đều đợc tạo theo phơng pháp công nghệ cơ bản đó là phơng pháp lọc. Sự khác nhau của 2 phơng pháp trên chỉ là nồng độ huyền phù. Bởi vậy, nếu theo đặc trng công nghệ ta có thể phân biệt hai loại phơng pháp chính tạo sản phẩm tấm mỏng xi măng gia cờng sợi. Đó là phơng pháp ớt và phơng pháp khô. Phơng pháp ớt (Phơng pháp lọc): sản phẩm đợc tạo từ huyền phù xi măng - sợi có nồng độ khác nhau và bắt buộc phải khử lợng nớc d thừa trong sản phẩm. Phơng pháp ớt đợc đặc trng bằng ba công đoạn công nghệ cơ bản: + Lọc: Tạo lớp sản phẩm trên bề mặt vật liệu xuyên nớc (Băng dạ, lới.) 5 + Khử nớc: Tách nớc từ lợp liệu đã lọc bằng cán, hút chân không. + Lèn chặt: Tiếp tục tách nớc từ lớp liệu đã học bằng tác động cơ học (nén, ép, cán). Phụ thuộc vào việc lựa chọn công nghệ và thiết bị việc tạo sản phẩm sẽ đợc thực hiện trên tang lới (Phơng pháp Hatschek), trên lới phẳng, cán trên băng chuyền của các dây chuyền sản xuất tấm phẳng kết hợp cùng với các công đoạn khử nớc, lèn chặt. Phơng pháp khô: sản phẩm đợc tạo từ hỗn hợp xi măng - sợi - nớc nhng không phải khử nớc. Lợng nớc sử dụng trong công nghệ rất ít, chỉ để đủ cho xi măng thủy hóa. Việc tạo sản phẩm theo phơng pháp khô đợc thực hiện theo hai phơng pháp cơ bản: + Phơng pháp liên tục: Thực hiện trên dây chuyền ép đùn hoặc trên băng chuyền kết hợp rải liệu, lèn chặt hỗn hợp. + Phơng pháp gián đoạn: ép hỗn hợp trên máy ép định hình. Cho đến nay rất nhiều phơng pháp tạo sản phẩm tấm xi măng gia cờng sợi đợc nghiên cứu. Song chỉ có một số phơng pháp đợc ứng dụng trong sản xuất với quy mô công nghiệp. Vấn đề cốt lõi của việc lựa chọn phơng pháp tạo sản phẩm tấm mỏng xi măng gia cờng sợi là liên quan đến chất lợng sản phẩm. Tính chất cơ lý của sản phẩm đợc tạo từ các phơng pháp công nghệ khác nhau cũng rất khác nhau. Điều này có thể giải thích trớc hết là do hình thành cấu trúc sản phẩm xi măng - sợi, sự phân bố sợi gia cờng trong nền xi măng, độ lèn chặt, độ đồng nhất của sản phẩm. So sánh chung giữa phơng pháp ớt và khô ta dễ dàng thấy phơng pháp ớt có nhiều u điểm trong công nghệ, bảo đảm chất lợng sản phẩm. Trong phơng pháp ớt sợi gia cờng hòa trộn tốt với xi măng, tạo điều kiện đảm bảo chất lợng đồng đều của sản phẩm. Cho đến hiện nay một trong các phơng pháp ớt là phơng pháp Hatschek đợc sử dụng rộng rãi nhất. Các u điểm cơ bản của phơng pháp này là: Bảo đảm chất lợng cao tính cơ lý của sản phẩm. Tính dẻo của bán thành phẩm khá tốt. 6 Hầu nh 100% sợi gia cờng đợc định hớng trong mặt phẳng sản phẩm. Bán thành phẩm không cần phải áp dụng biện pháp ép tăng cờng nếu không có yêu cầu đặc biệt về tỉ trọng sản phẩm. Song phơng pháp Hatschek có những nhợc điểm cơ bản là sử dụng nhiều nớc, quá trình tạo sản phẩm rất nhạy cảm với chất lợng nguyên liệu, sợi gia cờng, xi măng và nớc. 2. Những tính chất đặc trng của máy xeo và yêu cầu kỹ thuật thiết kế máy xeo mini 2.1 Những tính chất đặc trng của máy xeo: Máy xeo tên thờng gọi là dàn xeo. Đây là thiết bị tạo tấm phẳng, thiết bị quan trọng nhất của dây chuyền sản xuất. Dàn xeo hoạt động theo nguyên lý lọc huyền phù trên tang lới. Đây là phơng pháp công nghệ ớt phơng pháp Hatschek mang tên nhà phát minh. Theo phơng pháp Hatschek sản phẩm đợc tạo từ huyền phù xi măng - sợi gia cờng có nồng độ khác nhau (6% - 15%). Phơng pháp Hatschek đợc đặc trng bằng ba công đoạn công nghệ cơ bản: Lọc: tạo sản phẩm trên tang lới. Khử nớc: tách nớc từ lớp liệu đã lọc bằng tác động cơ học và hút chân không. Lèn chặt lớp liệu: tiếp tục tách nớc từ lớp liệu bằng tác động cơ học: nén, ép, cán. Dàn xeo là thiết bị đồng bộ phải đáp ứng đợc 3 yêu cầu công nghệ cơ bản trên và các yêu cầu kỹ thuật khác. Các công đoạn công nghệ cơ bản theo phơng pháp Hatschek đ ợc thực hiện đồng thời trên dàn xeo trong thời gian rất ngắn. Bởi vậy để thiết kế chế tạo máy xeo mini phục vụ công tác thí nghiệm và khai thác nó một cách hiệu quả, trớc hết ta cần phải phân tích, nắm vững yêu cầu công nghệ và yêu cầu kỹ thuật của dàn xeo nói chung và các cụm, chi tiết của nó nói riêng. 7 2.2 S¬ ®å cÊu t¹o vµ nguyªn lý ho¹t ®éng dµn xeo Hatschek: H×nh 1. S¬ ®å Dµn xeo Hatschek 1- KhuÊy - cÊp liÖu; 2, 3 - Hép ch©n kh«ng; 4 - Tang ®Þnh h×nh; 5- Con l¨n nÐn chÝnh; 6 - Trôc Gauss; 7 - B¨ng d¹; 8- Tang xeo; 9, 10 - èng röa b¨ng, tang l−íi I, II, III, bÓ xeo 8 Hình 2. Dàn xeo thiết kế cải tiến (Viện Công nghệ) Hình 1 và hình 2 mô tả sơ đồ và cấu tạo dàn xeo Hatschek điển hình. Dàn xeo có cấu tạo từ các cụm chính và chi tiết cơ bản sau: Bể xeo (I, II, III), tang lới (8), trục gauss (6), hộp hút chân không (2) (3), tang định hình (4), con lăn nén chính (5), băng dạ (7) và ống rửa băng, tang lới 9, 10 và các cụm truyền động, gia tải và phụ trợ khác. Nguyên lý hoạt động của dàn xeo (Máy xeo) dựa trên nguyên lý lọc huyền phù xi măng - sợi bởi tang lới quay (Hình 3) 9 Hình 3. Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của dàn xeo Huyền phù với nồng độ 6%-15% chảy vào bể xeo 1. Tang lới 2 quay trong bể huyền phù. Do sự chênh mức chất lỏng ở bể và phía trong tang lới, dới tác động của áp suất thủy tĩnh, nớc thấm xuyên qua lới vào trong lòng tang lới, còn sợi gia cờng đợc giữ lại trên lới và tạo thành lớp phin lọc bổ xung và giữ lại hạt xi măng đang lơ lửng trong huyền phù. Từng bớc lớp liệu đợc lọc tăng dần và hình thành màng trên lới tang lới (tang xeo), còn nớc từ trong lòng tang xeo đợc chảy ra ngoài từ hai phía đầu tang xeo(tang lới). Khi tang lới quay trên bề mặt lới của tang lới sẽ hình thành lớp liệu sợi gia cờng xi măng hay còn gọi là màng xeo. Màng xeo đợc tách nớc một phần dới tác dụng của áp lực nén của trục gauss 3 và chuyển lên băng dạ 4. Sau khi màng xeo đợc chuyển lên băng dạ, tang lới đợc rửa sạch và trên tang lới lại có thể bắt đầu tạo màng xeo. Sự hình thành màng xeo đợc bắt đầu từ điểm a và kết thúc tại điểm b. Màng xeo đợc tách nớc tiếp ở hộp hút chân không 5. Dới tác dụng của áp lực tang định hình 6 và con lăn nén chính 7 màng xeo đợc lèn chặt và tách khỏi băng dạ 4 và cuộn lên tang định hình. Băng dạ sau khi chuyển màng xeo lên tang định hình đợc làm sạch bởi ống phun nớc (9) và con lăn đánh băng (8). Trình tự mới tiếp nhận màng xeo lại bắt đầu. Trục khuấy 10 có nhiệm vụ khuấy đều liệu trong bể và chống lắng. [...]... về mặt lý thuyết ở trên ta thấy, việc tạo hình sản phẩm tấm mỏng xi măng gia cờng sợi theo công nghệ Hatschek rất nhạy cảm với các yếu tố công nghệ và tính năng của thiết bị Bởi vậy, dàn xeo mini đợc thiết kế chế tạo phải đảm bảo để nghiên cứu thí nghiệm với các cấp phối liệu khác nhau và kiểm soát, điều chỉnh đợc các thông số công nghệ khi thí nghiệm Dàn xeo mini phải đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật... tang lới (tang xeo) 2.3.1 Quá trình lọc và hình thành màng xeo Tang xeo đợc lắp trong bể xeo, trong đó đợc liên tục cấp huyền phù sợi - xi măng Đó là dạng lới lọc kiểu tang hoạt động liên tục dới tác dụng của áp suất thuỷ tĩnh của huyền phù Tang xeo và bể xeo đợc mô tả trên hình 4 và hình 5 Hình 4 Tang xeo Hình 5 Bể xeo Huyền phù trong bể xeo cho n khoảng không giữa bể xeo và tang xeo Tang xeo thờng ngập... Quá trình lọc xảy ra trong thời gian rất nhanh tính bằng giây và chia làm hai giai đoạn: - Giai đoạn thứ nhất: Giai đoạn hình thành lớp liệu nguyên thuỷ (hay gọi là màng xeo) Trong giai đoạn này chiều dày màng xeo tăng dần là một phần sợi - xi măng bị thất thoát qua lới tang xeo - Giai đoạn thứ hai: Kế tiếp ngay sau giai đoạn thứ nhất Đó là giai đoạn bão hoà Đặc trng của giai đoạn bão hoà là chiều dày... cách kiểm soát, đo mức liệu và ổn định mức liệu ở bể xeo 2 Điều chỉnh vô cấp tốc độ băng dạ kỹ thuật 3 Điều chỉnh mềm áp lực nén của con lăn nén chính tang định hình 4 Thay đổi tốc độ trục khuấy bể xeo thuận tiện 5 Đo tích cực chiều dày tấm 31 Chơng II: Thiết kế Cơ khí máy xeo mini Hình 25 Bản vẽ lắp máy xeo mini 2.1 .Thiết kế khung máy Khung máy đợc làm từ các thanh I200 và U140 đợc liên kết với... màng xeo, nhất là ở vùng tang xeo thoát ra khỏi huyền phù Bởi vậy trong bể xeo buộc phải có thiết bị khuấy Song nếu khuấy mãnh liệt ở vùng tang xeo thoát khỏi huyền phù Bởi vậy trong bể xeo buộc phải có thiết bị khuấy Song nếu khuấy mãnh liệt ở vùng tang xeo thoát khỏi huyền phù cũng dẫn đến việc trôi màng xeo 2.4 Công đoạn khử nớc màng xeo và trang thiết bị Khi công đoạn lọc hình thành màng xeo kết... chiều rộng này tính cho kích thớc hữu ích Khi thiết kế hiệu chỉnh cho phù hợp với các phần kích thớc không hữu ích khác 2.4.3 Công đoạn lèn chặt màng xeo - tách nớc lần cuối tạo tấm lắc ớt và trang thiết bị 2.4.3.1 Yêu cầu và trang thiết bị Công đoạn này là công đoạn thực hiện cuối cùng trên dàn xeo Hatschek Các màng xeo lần lợt đợc dán lên tang định hình, lèn chặt từng màng và tấm, tách nớc (ép nớc)... tránh nớc hút vào quạt 2.6 Thiết bị khuấy bể xeo Thực tế đã chỉ ra rằng cờng độ khuấy và hớng chiều quay của thiết bị khuấy bể xeo có ảnh hởng đến quá trình xeo và chất lợng lớp xeo Phần lớn trong các dàn xeo trục khuấy của bể xeo đều quay cùng một hớng và có tốc độ nh nhau Để đảm bảo khuấy huyền phù trong bể xeo tốt hơn ở nhà máy Daugencki (Liên Xô) ngời ta đã thay đổi chế độ khuấy và hớng khuấy khác... Sơ đồ hình thành màng xeo trên tang xeo Màng xeo [1] trong quá trình hình thành có tạo màng mỏng mikro [2]: Trên bề mặt màng xeo (phần tiếp xúc với huyền phù) Mật độ và độ ẩm của nó không khác huyền phù Sự khác biệt giữa màng mỏng mikro [2] và vùng huyền phù [3] là ở điểm sau: Trong màng mỏng mikro [2] sợi - xi măng bắt đầu ngừng chuyển động và hình thành cấu trúc Trong khi đó sợi và hạt xi măng trong... xi măng (lớp xeo) với tang xeo (g/cm2) giá trị này theo thí nghiệm D - Đờng kính tang xeo : cm Thông thờng tang xeo ngập trong huyền phù 0,7 đờng kính D nên h = 0,3D GAC - Khối lợng (giá trị bề mặt riêng) màng xeo (g/cm2) g - Gia tốc trọng trờng = 981 cm/gy2 16 Giá trị bề mặt riêng màng xeo GAC đợc tính từ các thông số chiều dày màng xeo, khối lợng riêng của tấm: Giả sử chiều dày màng xeo 0,12 cm,... với tốc độ tang xeo (băng dạ) bằng 226 m/ph thì xảy ta việc tách màng xeo khỏi tang xeo Nhng cho đến thời điểm ngày nay cha có dàn xeo nào chạy với tốc độ lớn hơn 100m/ph, nên thực tế không có sự nguy hiểm tách màng xeo khỏi tang xeo dới tác dụng của lực li tâm 2.3.3 ảnh hởng của ma sát giữa màng xeo và huyền phù Để phân tích ma sát giữa màng xeo trên tang lới và huyền phù trong bể xeo ta căn cứ vào . nghiên cứu, thử nghiệm công nghệ và sản phẩm tấm xi măng gia cờng sợi. Đề tài Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy xeo mini (Mini Hatschek) phục vụ cho nghiên cứu tấm mỏng bê tông gia cờng sợi. BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY XEO MINI (MINI HATSCHECK) PHỤC VỤ CHO NGHIÊN CỨU TẤM MỎNG BÊ TÔNG GIA CƯỜNG SỢI CNĐT : TỐNG VĂN CƯỜNG . sản xuất tấm mỏng xi măng gia cờng sợi 2. Những tính chất đặc trng của máy xeo và yêu cầu kỹ thuật thiết kế máy xeo mini. 2.1 Những tính chất đặc trng của máy xeo. 2.2 Sơ đồ cấu tạo và nguyên