Luận án tiến sĩ: Ảnh hưởng thông số kỹ thuật bộ gõ tới khả năng rũ bụi trong lọc bụi tĩnh điện - Nghiên cứu tại Viện Nghiên cứu Cơ khí

i LỜI CAM ĐOAN Luận án này tôi đã hoàn thành trong thời gian nghiên cứu sinh tại Trung tâm Đào tạo, Viện Nghiên cứu Cơ khí, Bộ Công Thƣơng. Tôi xin cam đoan các nội dung khoa học trong Luận án là do bản thân tôi thực hiện dƣới sự hƣớng dẫn của.Kết quả khoa học, các dữ liệu tham khảo có nguồn gốc rõ ràng và trung thực. Kết quả nghiên cứu của luận án chƣa đƣợc tác giả nào công bố trong và ngoài nƣớc. Hà Nội, ngày 25 tháng 02 năm 2020 Ngƣời cam đoan Nguyễn Tiến Sỹ luan an ii LỜI CẢM ƠN Trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận án tại viện nghiên cứu cơ khí NARIME.

Em xin chân thành cảm ơn Quý thầy cô ở Trung tâm đào tạo, Trung tâm môi trƣờng, Lãnh đạo Viện Nghiên cứu Cơ khí đã tạo mọi điều kiện thuận lợi, tận tình góp ý về chuyên môn trong suốt khoá học. Đặc biệt, em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc tới…ngƣời đã tận tình hƣớng dẫn, động viên để hoàn thành luận án. Em xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo và đồng nghiệp trƣờng…đã hỗ trợ, tạo điều kiện thời gian, cơ sở vật chất để em có thể hoàn thành luận án của mình. Cuối cùng, em chân thành cảm ơn sự hỗ trợ về vật chất và động viên tinh thần của những ngƣời thân trong gia đình, bạn bè, đồng nghiệp trong suốt quá trình thực hiện luận án.

Hà Nội, ngày 25 tháng 02 năm 2020 Nghiên cứu sinh Nguyễn Tiến Sỹ luan an iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN. ii DANH MỤC BẢNG BIỂU. ix DANH MỤC HÌNH ẢNH, HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ. xii MỞ ĐẦU.

Cơ sở để lựa chọn đề tài. Mục tiêu của đề tài luận án. Đối tƣợng nghiên cứu. Phạm vi nghiên cứu.

Phƣơng pháp nghiên cứu. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài .1 Ý nghĩa khoa học: .2 Ý nghĩa thực tiễn:. Những đóng góp mới của luận án. 2 Chƣơng 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ BỘ GÕ RŨ BỤI.

3 TRONG LỌC BỤI TĨNH ĐIỆN .1 Nguyên lý thu bụi bằng điện .2 Phân loại lọc bụi tĩnh điện .3 Cấu tạo chung của thiết bị lọc bụi bằng điện nằm ngang .1 Sơ đồ nguyên lý lọc bụi tĩnh điện .2 Cấu tạo hệ thống LBTĐ .1 Nguyên lý cấu tạo LBTĐ .2 Các bộ phận cơ bản của thiết bị LBTĐ .4 Cơ chế lắng bụi trong buồng lọc bụi tĩnh điện .1 Lực tĩnh điện của hạt bụi .2 Lực hút tĩnh điện của tấm cực lắng .3 Hiệu suất lọc bụi tĩnh điện .5 Một số phƣơng pháp rũ bụi trong thiết bị LBTĐ. 14 luan an iv 1.1 Rung đập bằng cơ cấu lệch tâm .2 Rung đập xung .6 Cấu tạo của bộ gõ rũ bụi bằng búa gõ .7 Các yếu tố ảnh hƣởng tới hiệu suất LBTĐ .8 Tình hình nghiên cứu về phƣơng pháp rũ bụi trong nƣớc và trên thế giới .1 Tình hình nghiên cứu ngoài nƣớc .2 Tình hình nghiên cứu trong nƣớc .9 Những vấn đề cần nghiên cứu về bộ gõ rũ bụi cơ khí .10 Nội dung nghiên cứu của luận án. 27 KẾT LUẬN CHƢƠNG 1. 27 Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT LAN TRUYỀN SÓNG ỨNG SUẤT TRONG TẤM THÉP MỎNG PHẲNG .1 Các khái niệm cơ bản về va chạm vật rắn .1 Lý thuyết va chạm Newton .2 Lý thuyết va chạm Hec (lý thuyết chuẩn tĩnh) .3 Lý thuyết sóng va chạm .1 Phƣơng trình sóng trong môi trƣờng đàn hồi vô hạn .2 Sự lan truyền sóng ứng suất trong không gian hai chiều .2 Phân tích quá trình va chạm bằng phƣơng pháp phần tử hữu hạn .1 Lực, chuyển vị, biến dạng và ứng suất.2 Phân tích CAE trong quá trình va chạm búa và tấm cực lắng .3 Quan hệ ứng suất với tuổi bền của tấm cƣc lắng .3 Mối quan hệ giữa các thông số của quá trình va chạm .1 Quan hệ giữa các thông số của búa với lực gõ và gia tốc .2 Năng lƣợng trong quá trình va chạm [27] .3 Phƣơng pháp xác định vận tốc sau va chạm .4 Tính toán điều kiện bền của tấm cực lắng .4 Phƣơng pháp đo sóng ứng suất .1 Tốc độ lan truyền sóng .2 Đo cƣờng độ sóng ứng suất .1 Phƣơng pháp phản xạ cơ học .2 Phƣơng pháp điện .5 Yếu tố ảnh hƣởng tới khả năng rũ bụi của tấm cực lắng.

51 KẾT LUẬN CHƢƠNG 2. 53 Chƣơng 3: TRANG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM VÀ. 54 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .1 Mô hình thí nghiệm .1 Cơ sở lựa chọn mô hình thí nghiệm .2 Cấu tạo của mô hình thí nghiệm .3 Mô hình hóa mô hình thí nghiệm .4 Một số giả thiết về tấm cực lắng trong mô hình thí nghiệm .2 Trang thiết bị đo sử dụng trong thí nghiệm .1 Thiết bị đo gia tốc.1 Thiết bị đo gia tốc sử dụng máy tính .2 Thiết bị đo gia tốc cầm tay RION-VA12 .2 Cảm biến đo gia tốc.3 Lƣới đo gia tốc trên tấm cực lắng của mô hình thí nghiệm .3 Phƣơng pháp nghiên cứu .1 Lựa chọn bộ tham số thí nghiệm .2 Xác định miền gia tốc lan truyền ứng suất thực nghiệm .3 Xác định lực tác dụng từ búa gõ .4 Lựa chọn trọng lƣợng búa gõ để khảo sát thực nghiệm .5 Xác định số chu kỳ gõ và tuổi bền mỏi .4 Phƣơng pháp thực nghiệm và xử lý số liệu .1 Phƣơng pháp bình phƣơng nhỏ nhất .2 Xác định dạng hàm hồi quy quan hệ lực và thông số búa gõ .3 Phƣơng pháp lựa chọn dạng hàm hồi quy quan hệ lực gõ với gia tốc .5 Phƣơng pháp tối ƣu hóa đa mục tiêu với các thông số của bộ gõ rũ bụi .1 Cơ sở lựa chọn phƣơng pháp giải bài toán tối ƣu. 72 luan an vi 3.2 Giới thiệu giải thuật di truyền GA (Genetic Algorithm) giải bài toán tối ƣu (nguồn: [17]) .1 Quá trình lai ghép (phép lai) .2 Quá trình đột biến (phép đột biến) .3 Quá trình sinh sản và chọn lọc (phép tái sinh và phép chọn) .4 Cấu trúc giải thuật di truyền tổng quát .5 Các tham số của GA .7 Các toán tử di truyền .3 Khái niệm tối ƣu đa mục tiêu .6 Các bƣớc thực nghiệm xác định ảnh hƣởng của lực gõ đến gia tốc rũ bụi.

80 KẾT LUẬN CHƢƠNG 3. 81 Chƣơng 4: THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ VÀ ÁP DỤNG VÀO THỰC TIỄN………………………………………………………………………………82 4.1 Thực nghiệm lựa chọn giá trị bộ thông số thí nghiệm của búa gõ .1 Xác định hàm hồi quy thực nghiệm .2 Ma trận thí nghiệm .2 Phân tích mối quan hệ lực gõ với biến dạng của tấm lắng để lựa chọn bộ thông số thí nghiệm .1 Phân tích biến dạng tấm cực lắng trên Ansys .2 Lựa chọn bộ thông số thực nghiệm của búa trong thí nghiệm đo gia tốc .3 Mô phỏng ảnh hƣởng của lực gõ (F) tới gia tốc (a) của tấm cực lắng .1 Phân tích đặc tính lan truyền sóng ứng suất.2 Phân tích mô phỏng gia tốc lan truyền sóng ứng suất .4 Chuẩn bị thực nghiệm .1 Sơ đồ quy trình thực nghiệm .2 Vật tƣ và mô hình thực nghiệm .3 Thực hiện thí nghiệm .5 Bảng số liệu thực nghiệm đo gia tốc rũ bụi .6 Quy hoạch thực nghiệm .1 Xây dựng ma trận số liệu thí nghiệm. 98 luan an vii 4.2 Đánh giá ảnh hƣởng lực gõ tới gia tốc bằng phƣơng pháp ANOVA .3 Sử lý số liệu thực nghiệm.1 Đồ thị hàm hồi quy lan truyền gia tốc .2 Đồ thị quan hệ giữa lực gõ với gia tốc sóng ứng suất trung bình .7 Ứng dụng giải thuật di truyền kết hợp phƣơng pháp trọng số giải bài toán tối ƣu đa mục tiêu các thông số kỹ thuật của bộ gõ rũ bụi .1 Hàm đa mục tiêu và các ràng buộc .2 Các ứng dụng của giải thuật di truyền .3 Chƣơng trình và kết quả. 8 Bàn luận khoa học kết quả thí nghiệm.9 Ứng dụng kết quả để tính toán một số thông số chính cho bộ gõ.

111 KẾT LUẬN CHƢƠNG 4. 113 KẾT LUẬN CHUNG. 114 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO. 115 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN.

120 luan an viii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu, Đơn vị Diễn giải nội dung viết tắt H Chiều cao của tấm cực lắng (m) B Bề rộng của tấm cực lắng (m) τ Chiều dầy của tấm cực lắng (m) W Bề rộng của buồng LBTĐ (m)  Hiệu suất của LBTĐ (%) m1 Trọng lƣợng của búa gõ (N) m2 Trọng lƣợng của tấm cực lắng (N) g Gia tốc trọng trƣờng (m/s2) R Bán kính quay của búa gõ (m) Ft Lực gõ của búa (N) ρ Trọng lƣợng riêng của tấm cực lắng (N/cm3) E Modul đàn hồi của tấm cực lắng (N/mm2) G Modul đàn hồi trƣợt (N/mm2) υ Hệ số poisson D Độ cứng của tấm cực lắng (N/mm2) a Gia tốc lan truyền sóng ứng suất (m/s2) ϭ Ứng suất của tấm cực lắng (kN/cm2) ε Biến dạng tấm cực lắng n Số chu kỳ gõ của búa (Lần/phút ) LBTĐ Lọc bụi tĩnh điện MODAL Phần mềm phân tích dao động ANSYS Phần mềm thiết kế và phân tích CAE Computer Aided Engineering (Mô phỏng và phân tích) FEM Finite Element Method (Phƣơng pháp phần tử hữu hạn) ANOVA Phƣơng pháp Analysis phầ ử(Phân of Variance ữ tích ạ phƣơng sai) ESP Electrostatic Precipitator System (Hệ thống lọc bụi tĩnh điện) OLS (Hệ thốngLeast Ordinary lọc bụi tĩnh điện) Square (Phƣơng pháp bình phƣơng nhỏ nhất) GA Genetic Algorithm (Giải thuật di truyền) (Phƣơng thống luan an ix DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3. 1 Thành phần hóa học của tấm cực lắng. 2 Đặc tính kỹ thuật của vật liệu búa và cực lắng. 3 Thông số kỹ thuật của búa gõ và tấm cực lắng.

4 Lƣới đo gia tốc. 5 Kết quả tính toán giá trị lực gõ theo phƣơng pháp giải tích. 6 Thời gian làm việc theo từng trƣờng tĩnh điện. 7 Giá trị đối số kết quả thí nghiệm đo gia tốc thực nghiệm.

1 Điều kiện thí nghiệm. 2 Ma trận thực nghiệm với 2 yếu tố ảnh hƣởng. 3 Bảng kết quả thực nghiệm. 4 Phân tích ảnh hƣởng các yếu tố công nghệ với lực gõ.

5 Giá trị ứng suất lớn nhất với lực kích động tƣơng ứng. 6 Giá trị thông số búa gõ theo chọn theo điều kiện bền. 7 Bảng kết quả phân tích gia tốc trên Ansys. 8 Kết quả đo gia tốc với trọng lƣợng búa 60(N).

9 Kết quả đo gia tốc với trọng lƣợng búa 70(N). 10 Kết quả đo gia tốc với trọng lƣợng búa 80(N). 11 Ma trận kết quả đo gia tốc với trọng lƣợng búa 60N. 12 Ma trận kết quả đo gia tốc với trọng lƣợng búa 70N .