Nghiên cứu ảnh hưởng thông số đến độ bền khung cực phóng lọc bụi tĩnh điện - Luận án Tiến sĩ

NGUYỄN ANH TÙNG BỘ CÔNG THƯƠNG BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ NGUYỄN ANH TÙNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ CHÍNH ĐẾN ĐỘ BỀN KHUNG CỰC PHÓNG LỌC BỤI TĨNH ĐIỆN LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ 2023 HÀ NỘI - 2023 BỘ CÔNG THƯƠNG BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ NGUYỄN ANH TÙNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ CHÍNH ĐẾN ĐỘ BỀN KHUNG CỰC PHÓNG LỌC BỤI TĨNH ĐIỆN LUẬN ÁN TIẾN SĨ Ngành: Kỹ thuật cơ khí Mã số: 9520103 Xác nhận của Người hướng dẫn Viện Nghiên cứu Cơ khí Hoàng Văn Gợt HÀ NỘI - 2023 LỜI CẢM ƠN Trong quá trình học tập và hoàn thành luận án, em luôn nhận được sự quan tâm, hướng dẫn tận tình của tập thể cán bộ giảng dạy, các nhà khoa học và cán bộ viên chức của Trung tâm Đào tạo sau Đại học, Viện Nghiên cứu Cơ khí, Bộ Công Thương. Em xin cảm ơn Khoa Cơ khí – trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội, PTN Sức bền Vật liệu – trường Đại học Giao thông Vận tải, Công ty TNHH HIKI đã hỗ trợ em về mặt cơ sở vật chất cũng như tư vấn kỹ thuật để thực hiện thành công các thí nghiệm. Đặc biệt em xin chân thành cảm người hướng dẫn khoa học là PGS.TS Hoàng Văn Gợt đã tận tình dạy bảo, hướng dẫn và giúp đỡ em thực nghiệm và hướng dẫn trong suốt khoá học. Em xin cảm ơn TS.

Dương Văn Long, TS. Nguyễn Tiến Sỹ, và toàn thể các thày đã hướng dẫn và chỉ dạy cho em trong quá trình nghiên cứu và học tập. Những lời khuyên, hướng dẫn bổ ích của các thày đã giúp em có định hướng và tiếp cận tốt hơn với nội dung của đề tài để có thể hoàn thành luận án. Cuối cùng em xin cảm ơn sự giúp đỡ, động viên của gia đình, người thân, đồng nghiệp dành cho em trong suốt thời gian làm luận án.

Nghiên cứu sinh Nguyễn Anh Tùng i LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan đề tài luận án: “Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số chính đến độ bền cực phóng lọc bụi tĩnh điện” đều do em tự thực hiện dưới sự hướng dẫn của người hướng dẫn khoa học là PGS.TS Hoàng Văn Gợt. Nội dung của luận án này là công trình nghiên cứu khoa học của bản thân. Để hoàn thành luận án này, em chỉ sử dụng những tài liệu đã ghi trong mục tài liệu tham khảo mà không dùng bất cứ tài liệu nào khác. Không hề có sự sao chép, gian lận kết quả của bất kỳ công trình nghiên cứu nào khác.

Nghiên cứu sinh Nguyễn Anh Tùng ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN. i LỜI CAM ĐOAN. ii MỤC LỤC. iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT.

vii DANH MỤC BẢNG BIỂU. ix DANH MỤC HÌNH. xi MỞ ĐẦU. Tính cấp thiết.

Đối tượng nghiên cứu. Phạm vi nghiên cứu. Phương pháp nghiên cứu. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn.1 Ý nghĩa khoa học.2 Ý nghĩa thực tiễn.

TỔNG QUAN VỀ RŨ BỤI TRONG LỌC BỤI TĨNH ĐIỆN .1 Nguyên lý thu bụi bằng điện .2 Phân loại lọc bụi tĩnh điện.1 Phân loại theo chiều dòng khí chuyển động .2 Phân loại theo trạng thái bụi.3 Cấu tạo chung của thiết bị lọc bụi bằng điện nằm ngang .1 Sơ đồ nguyên lý cấu hình của lọc bụi tĩnh điện .2 Cấu tạo hệ thống lọc bụi tĩnh điện nằm ngang.4 Cơ chế lắng bụi trong buồng lọc bụi tĩnh điện .1 Lực tĩnh điện của hạt bụi .2 Tải trọng gây mỏi trên khung cực phóng .5 Giới thiệu về độ bền mỏi .1 Những khái niệm cơ bản về lý thuyết mỏi .2 Những chỉ tiêu phá huỷ mỏi .3 Bản chất sự phá huỷ mỏi .4 Độ bền vật liệu của kết cấu và các chỉ tiêu đánh giá .6 Cấu tạo của khung cực phóng .7 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền mỏi của khung cực phóng và gia tốc rũ bụi. Tình hình nghiên cứu độ bền mỏi trong nước và trên thế giới .1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới .2 Tình hình nghiên cứu trong nước .9 Xác định nhiệm vụ nghiên cứu của luận án .1 Kết quả về nghiên cứu thiết kế, chế tạo và ứng dụng .2 Kết quả về đào tạo .3 Những vấn đề tồn tại cần phải được nghiên cứu.4 Nhiệm vụ của các đề tài luận án. 28 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VA CHẠM HAI VẬT RẮN VÀ ĐỘ BỀN MỎI CHO KẾT CẤU MÁY.1 Cơ sở lý thuyết va chạm của hai vật rắn .2 Lý thuyết va chạm xuyên tâm của hai vật chuyển động tịnh tiến .1 Các phương trình va chạm .2 Sóng ứng suất và gia tốc rũ bụi .3 Giới hạn gia tốc rũ bụi.3 Ứng dụng bài toán va chạm xây dựng mô hình của bộ gõ rũ bụi cơ khí .1 Nguyên lý hoạt động của búa gõ rũ bụi và khung cực phóng.2 Mô hình va chạm và lập công thức tính .4 Cơ sở tính toán độ bền khung cực phóng.1 Cấu tạo của bộ gõ rũ bụi và nguyên lý hoạt động .2 Cơ sở cho tính toán độ bền khung cực phóng .5 Cơ sở lý thuyết của bền mỏi chi tiết dạng kết cấu khung .1 Xây dựng sơ đồ phân bố lực trên khung cực phóng .2 Cơ sở và phương pháp xây dựng đường cong mỏi cho chi tiết và bộ phận máy .3 Phương pháp xây dựng đường cong mỏi cho khung cực phóng .4 Chu kỳ va đập của búa lên khung cực phóng.

48 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2. MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 50 3.1 Mô hình thực nghiệm .2 Mô hình buồng lọc thực tiễn và phương pháp xác định lượng bụi bám trên khung cực phóng .3 Mẫu thử kiểm bền mỏi khung cực phóng .1 Mẫu kiểm bền kéo .2 Mẫu thử bền mỏi .4 Trang thiết bị đo lường trong thí nghiệm .1 Trang thiết bị đo gia tốc .2 Thiết bị đo lực búa gõ .5 Chu kỳ gõ và tuổi bền mỏi của khung cực phóng.6 Phương pháp nghiên cứu .1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết .2 Nghiên cứu phương pháp thiết kế thực nghiệm .3 Phương pháp thực nghiệm xây dựng đường cong mỏi thực nghiệm .4 Xác định dạng hàm hồi quy lan truyền gia tốc .5 Phương pháp tối ưu hóa đa mục tiêu lực gõ (F) của búa. 74 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3. THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH QUAN HỆ GIỮA GIA TỐC RŨ BỤI (a) VÀ LỰC GÕ CỦA BÚA (F) VÀ CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ, XÂY DỰNG ĐƯỜNG CONG MỎI THỰC NGHIỆM CHO KHUNG CỰC PHÓNG .1 Xác định các tham số thực nghiệm .1 Giới hạn gia tốc rũ bụi trong chi tiết dạng trục .2 Giới hạn của hàm lượng bụi đầu vào buồng lọc η .3 Lựa chọn các tham số thực nghiệm.2 Kết quả và xử lý số liệu thực nghiệm trên mô hình buồng lọc .1 Phương pháp đo các thông số thực nghiệm .2 Kết quả thực nghiệm .3 Xây dựng đồ thị kết quả đo gia tốc trên 9 điểm khung cực phóng .4 Xác định hàm hồi quy thực nghiệm .1 Tổng quan chung .2 Thực nghiệm sàng lọc .3 Thiết kế thí nghiệm sàng lọc .4 Xác định các yếu tố ảnh hưởng chính đến gia tốc rũ bụi (a) .5 Phân tích thí nghiệm các nhân tố ảnh hưởng đến lực gõ (F) .5 Xây dựng đồ thị hàm hồi quy phân bố gia tốc (a) trên khung cực phóng .6 Thực nghiệm xác định biến thiên gia tốc trên khung cực phóng .7 Lập phương trình quan hệ giữa lực gõ (F) với gia tốc rũ bụi (a) .8 Tính toán độ bền mỏi của khung cực phóng .1 Phương án tính độ bền khung cực phóng .2 Tính tuổi bền mỏi của khung cực phóng làm việc 7 năm .9 Xây dựng đường cong mỏi cho khung cực phóng .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 phòng” .2 Các bước xây dựng đường cong mỏi thực nghiệm cho khung cực phóng 114 KẾT LUẬN CHƯƠNG 4.

120 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. 122 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN. 124 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 125 vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu, Ý nghĩa chữ viết tắt Đơn vị viết tắt H Chiều cao của khung cực phóng m B Bề rộng của khung cực phóng m t Chiều dày thành ống khung cực phóng mm W Bề rộng của buồng LBTĐ m  Hàm lượng bụi trước và sau buồng lọc mg/Nm3 m1 Khối lượng của búa gõ kg m2 Khối lượng của khung cực phóng kg h Chiều cao rơi của búa m g Gia tốc trọng trường m/s2 R Bán kính quay của búa gõ m Ftn Giá trị thực nghiệm lực gõ của búa kN Ftt Giá trị tính toán lực gõ của búa kN ρ Khối lượng riêng g/cm3 E Modul đàn hồi N/mm2 G Modul đàn hồi trượt N/mm2 υ Hệ số poisson D Độ cứng của chi tiết N/mm2 a Gia tốc rũ bụi m/s2 a* Gia tốc tới hạn đảm bảo khả năng rũ bụi m/s2 max Ứng suất lớn nhất tại điểm nguy hiểm của khung cực phóng MPa ε Hệ số biến dạng n Số lần gõ của búa trong 1 vòng quay của trục Lần/ph LBTĐ Lọc bụi tĩnh điện MODAL Phần mềm phân tích dao động ANSYS Phần mềm thiết kế và phân tích vii CAE Computer Aided Engineering (Mô phỏng và phân tích) FEM Finite Element method (Phương pháp phần tử hữu hạn) element Method ANOVA (Phương pháp Analysis phần tử(Phân of Variance tích phương sai) hữu hạn) ESP Electrostatic Precipitator System (Hệ thống thiết bị lọc bụi tĩnh điện) OLS SPSS Ordinary (Hệ thốngLeast Square lọc bụi (Phương pháp bình phương nhỏ nhất) tĩnh điện) Statistical Package for the Social Sciences GA Genetic Algorithm (Giải thuật di truyền) (Phương pháp phân tích thống kê) σ-1 Ứng suất bền mỏi thực nghiệm của khung cực phóng MPa F Lực của búa gõ N P Lực do khối lượng của khung tác dụng lên khung cực phóng N trên sơ đồ lực của [65] σm Ứng suất mỏi của khung cực phóng MPa Mu Mômen uốn Nm Gxl Xung lực của búa gõ N.s m Ứng suất mỏi của khung cực phóng MPa N Số chu kỳ bền mỏi của khung cực phóng trên đường cong Chu kỳ П Hệ số chỉ tiêu đồng dạng phá hủy mỏi No Chu thựckỳ bền mỏi tương ứng với ứng suất bền giới hạn bền nghiệm Chu kỳ Ki+1/Ki Tỷ số giá trị gia tốc tại 2 điểm liền kề khung viii DANH MỤC BẢNG BIỂU STT Ký hiệu Nội dung Trang 1 3.1 Thông số kỹ thuật của cảm biến lực áp điện Kistler 67 9340A1 2 3.2 Thời gian làm việc của búa gõ theo trường tĩnh điện 70 3 3.