Chương 2. Quá trình và thiết bị vận chuyển

Chương 2. QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ VẬN CHUYỂN 2.3. Quá trình và thiết bị vận chuyển vật liệu rời 2.3.1. Khái niệm chung Vận chuyển là một quá trình không thể thiếu trong sản xuất công nghiệp. Các máy và thiết bị vận chuyển được sử dụng để vận chuyển nguyên vật liệu, bán thành phẩm, thành phẩm trong dây chuyền sản xuất. Theo phương thức làm việc, các thiết bị vận chuyển được chia thành hai loại sau đây: - Loại vận chuyển liên tục: gồm có băng tải, vít tải, gàu tải, các thiết bị vận chuyển bằng không khí, bằng thủy lực, … - Loại vận chuyển gián đoạn: gồm có cẩu, palăng, cầu trục, thang máy,… Trong các nhà máy sản xuất và chế biến thực phẩm, để vận chuyển những vật liệu rời, vật liệu đóng túi, những kiện hàng hoặc những vật liệu đơn chiếc theo phương nằm ngang, thẳng đứng hoặc nghiêng, chủ yếu dùng máy và thiết bị vận chuyển liên tục. Khác với loại làm việc gián đoạn, những máy và thiết bị vận chuyển liên tục có thể làm việc trong một thời gian không giới hạn, chuyên chở vật liệu theo một hướng nhất định không dừng khi nạp liệu và tháo liệu. Nhờ vậy năng suất của chúng tương đối lớn hơn so với loại làm việc gián đoạn. Các máy và thiết bị vận chuyển liên tục hiện nay có thể chia ra hai nhóm chính: - Máy có bộ phận kéo: gồm có băng tải, xích tải, cào tải, gàu tải, nội tải, giá tải. - Máy không có bộ phận kéo: gồm các loại vít tải, các máy vận chuyển quán tính, các hệ thống vận chuyển bằng không khí và thủy lực. Tuy nhiên ở chương này chúng ta sẽ nghiên cứu các thiết bị vận chuyển được chia thành hai nhóm: thiết bị vận chuyển cơ học và thiết bị vận chuyển bằng khí nén. 2.3.2. Các thiết bị vận chuyển cơ học 2.3.2.1. Băng tải Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động: (hình 4.44). Băng tải gồm có tấm băng 3 uốn cong trên tang dẫn 5 và tang căng 1. Tấm băng vừa là bộ phận kéo, vừa là bộ phận tải liệu. Chuyển động được nhờ lực ma sát xuất hiện khi tăng dẫn quay. Động cơ cùng với hộp giảm tốc và các nối trục là các cơ cấu truyền động của máy. Phễu 2 để nạp vật liệu, phểu 6 để tháo liệu. Bộ phận cạo 7 để làm sạch tấm băng. Tấm băng được căng sơ bộ nhờ bộ phận căng 8 lắp ở tang cuối máy hoặc lắp ở nhánh không tải. Tất cả các cụm máy nêu ở trên đều được lắp trên một khung đở. Khi làm việc, tấm băng dịch chuyển trên giá đở trục lăn 4, 9 mang theo vật liệu từ phểu nạp liệu đến phểu tháo. Quá trình tháo liệu tiến hành ở tang đầu máy. Hình 4.44. Băng tải cố định Ưu điểm: - An toàn cao, cấu tạo đơn giản, bền. - Có khả năng vận chuyển vật liệu rời và đơn chiếc theo các hướng nằm ngang, nằm nghiêng và kết hợp cả hai. - Vốn đầu tư và chế tạo không lớn; có thể tự động hóa. - Vận hành đơn giản, bảo dưỡng dễ dàng. - Làm việc không ồn. - Năng suất cao, tiêu hao năng lượng ít. Nhược điểm: - Băng tải có độ dốc cho phép không cao, thường từ 16-24° tùy theo vật liệu; - Không thể vận chuyển theo đường cong; - Không vận chuyển được vật liệu dẻo, dính kết. Sau đây là sơ đồ phân loại các băng tải dùng trong nhà máy lương thực thực phẩm. (hình 4.45). Hình 4.45. Sơ đồ các dạng băng tải a) Nằm ngang; b,c,d) Có đường vận chuyển phối hợp; e) Có xe tháo liệu; f)Lưu động 2.3.2.2. Gàu tải Để vận chuyển những vật liệu rời (dạng bột, hạt, cục nhỏ) đi theo phương thẳng đứng hoặc nghiêng trên 50° người ta dùng gàu tải. Cấu tạo: Gàu tải gồm những bộ phận sau: - Bộ phận kéo dài vô tận mang nhiều gàu và uốn vòng qua tang (hoặc đĩa xích) trên và dưới của máy. - Chân máy gồm có tang (hoặc đĩa xích), trục lắp tang, vỏ và hộp nạp liệu. - Đầu máy gồm có trục dẫn động, tang (hoặc đĩa xích), bộ phận truyền động và bộ phận tháo liệu. - Thân máy gồm nhiều đoạn ống có tiết diện tròn hoặc chữ nhật nối với nhau bằng bích, nằm giữa khoảng giữa đầu và chân gàu tải, bao kín bộ phận kéo. Nguyên tắc làm việc: Khi làm việc thì gàu xúc vật liệu ở khu vực chân máy và vận chuyển lên phía đầu máy. Ở đây, dưới tác dụng của trọng lực và lực quán tính, vật liệu được đổ từ gàu vào bộ phận tháo liệu rồi từ đó chuyển tới nơi sử dụng. Vật liệu rời được vận chuyển bằng gàu tải gồm nhiều dạng: dạng bột (hoặc bụi), dạng hạt, dạng cục. Hình 4.45. Hình dạng chung của gàu tải 1. Băng; 2. Gàu; 3. Tang đầu máy; 4. Tang chân máy; 5. Bệ gàu tải; 6. Phễu nạp liệu; 7. Bộ phận căng; 8. Cửa quan sát; 9. Trục đầu máy; 10. Đầu gàu tải; 11. Cửa tháo liệu. Ưu điểm: - Cấu tạo đơn giản, kích thước chiếm chỗ nhỏ. - Có khả năng vận chuyển vật liệu lên một độ cao khá lớn (50-70m). - Có thể nạp liệu ở vị trí tùy thích. - Năng suất cao (700 m3/h). Nhược điểm: - Nếu vật liệu vận chuyển lớn gây va đập, dễ sinh tiếng ồn. - Dễ bị quá tải nếu tiếp liệu không đều, nên cần nạp liệu một cách đều đặn. - Không tháo liệu được giữa chừng. Phân loại: có hai cách phân loại sau đây - Theo cấu tạo của bộ phận kéo: có hai loại: * Gàu tải dùng băng: được dùng phổ biến để vận chuyển những vật liệu rời trong các kho lương thực, các nhà máy xay bột, nhà máy xát gạo, nhà máy chế biến thức ăn gia súc, nhà máy bánh mì, nhà máy ép dầu, nhà máy sản xuất tinh bột, nhà máy bánh kẹo, nhà máy sản xuất mì sợi và các nhà máy thực phẩm khác. * Gàu tải dùng xích (một hoặc hai dây xích): chủ yếu dùng để vận chuyển những vật liệu dạng cục và những vật liệu gây tác hại cho tấm băng (như vật liệu nóng). - Theo phương pháp tháo liệu: có 3 loại gàu tải * Gàu tải tháo liệu dưới tác dụng của trọng lực. * Gàu tải tháo liệu dưới tác dụng của lực ly tâm. * Gàu tải tháo liệu dưới tác dụng của lực kết hợp (lực ly tâm và trọng lực). 2.3.2.3. Vít tải a) Vít tải nằm ngang Hình 4.46. Các vít tải a) Sơ đồ vít tải nằm ngang 1. Máng; 2. Gối trục treo; 3. Trục; 4. Cánh vít; 5. Thành mặt đầu; 6. Ống nạp liệu; 7,8. Ống tháo liệu; 9. Van an toàn; 10. Cơ cấu truyền động. b) Hình dạng trục vít c) Các loại cánh vít khác nhau và chiều quay của chúng. Cấu tạo: (Hình 4.46a). Trong máng cố định 1 tại phần trên có lắp những gối trục treo 2 làm chỗ đỡ cho trục 3. Trục đặc hoặc rỗng và trên suốt chiều dài của nó có gắn cánh vít 4. Ở vị trí gối trục treo, cánh vít bị gián đoạn một khoảng bằng chiều dài gối trục. Mặt đầu 5 của máng được bịt kín. Vật liệu vào phễu nạp liệu 6, cơ cấu truyền động 10 làm vít quay vận chuyển vật liệu dọc theo vít tải đến ống tháo liệu 7 và 8. Ở đây tại ống nạp liệu 6 và ống tháo liệu 7, 8 có các van chắn để có thể thay đổi kích thước cửa nạp và tháo. Cuối vít tải có van an toàn 9 để tháo liệu khi quá đầy. Có thể thay bằng ống chảy tràn lắp gần cửa tháo liệu. Tùy theo cách bố trí cánh vít trên trục mà vít tải có thể là phải hoặc trái (hình 4.46c). Có những vít tải gồm 2 phần trong đó có một phần là phải, một phần là trái. Các vít tải này dùng để vận chuyển hai dòng vật liệu theo hướng ngược chiều nhau. Những vít tải có cánh đặc làm bằng thép chỉ dùng để vận chuyển vật liệu khô và tơi. Muốn vận chuyển những vật liệu cục hoặc dính phải dùng vít tải dạng băng (hình 4.47). Để vận chuyển những vật liệu vón cục (hạt ẩm, tinh bột, hợp chất thức ăn gia súc) thì dùng cánh vít dạng bơi chèo (hình 4.48) Hình 4.47. Cánh vít dạng băng Hình 4.48. Vít tải dạng bơi chèo Máng của vít tải gồm nhiều đoạn từ 2m đến 4m, nối ghép với nhau bằng bích và bulông. Nếu vít tải dài quá 3,5m thì phải lắp những gối trục trung gian (thường là gối trục treo) cái này cách cái kia 3m. Trong các nhà máy lương thực thực phẩm chỉ nên dùng vít tải có chiều dài không quá 15m. b) Vít tải thẳng đứng Nguyên tắc làm việc: Vật liệu được đưa vào trục vít thẳng đứng trong vỏ trụ kín, nhờ ma sát với cánh vít mà thực hiện chuyển động quay. Dưới tác dụng của lực ly tâm vật liệu được ép sát vào bề mặt trong của máng. Ma sát giữa vật liệu với máng làm cho quá trình quay của vật liệu bị hãm bớt nên tốc độ vòng của nó giảm. Kết quả vật liệu trượt theo bề mặt xoắn ốc và được nâng dần lên phía trên. Ưu điểm: - Chiếm chỗ ít: với cùng năng suất thì diện tích tiết diện ngang của vít tải nhỏ hơn nhiều so với các máy vận chuyển khác. - Số lượng ổ bi và các thiết bị chịu mài mòn không nhiều nên dễ vận hành thao tác. - Bộ phận công tác nằm trong màng kín nên có thế nối màng vào vị trí nào đó của hệ thống thông gió. - Tốc độ quay của trục vít tương đối lớn. Hình 4.49. Hệ thống vít tải thẳng đứng Nhược điểm: - Chiều dài vận chuyển và năng suất bị giới hạn. Chiều dài lớn nhất của vít tải thường không quá 30m với năng suất tối đa 100 T/h. - Chỉ vận chuyển được những vật liệu tương đối đồng nhất. - Vật liệu bị đảo trộn mạnh, một phần bị nghiền nát hoặc bị phân loại theo khối lượng riêng. Vì vậy người ta không thể dùng để vận chuyển thức ăn gia súc đã chế biến. - Tiêu tốn nhiều năng lượng hơn băng tải. 2.3.3. Vận chuyển vật liệu bằng không khí 2.3.3.1. Nguyên lý làm việc Vận chuyển vật liệu bằng không khí dựa trên nguyên lý lợi dụng khả năng chuyển động của dòng khí trong các ống dẫn với tốc độ nhất định để mang vật liệu từ chỗ này tới chỗ khác dưới trạng thái lơ lửng. Về lý thuyết thì có thể dùng không khí để vận chuyển vật liệu rời có khối lượng và kích thước hạt bất kì. Nhưng năng lượng để vận chuyển và tiêu tốn tăng nhanh rất nhiều lần so với trọng lực của hạt vật liệu, nên thực tế phạm vi ứng dụng của phương pháp này bị hạn chế. Muốn làm cho hỗn hợp không khí và các hạt vật liệu chuyển động được trong các ống dẫn thì cần phải tạo được chênh lệch áp suất ở hai đầu ống, nói cách khác là phải tạo ra áp lực. Áp lực được tạo thành bằng cách giảm áp suất của không khí hoặc tăng áp suất của không khí. 2.3.3.2. Phân loại Theo trị số áp suất tạo thành có thể chia ra: - Các hệ thống áp suất thấp, trong đó tổn thất áp suất không vượt quá 5.103 N/m2. - Các hệ thống áp suất trung bình, trong đó tổn thất áp suất không vượt quá 104 N/m2. - Các hệ thống áp suất cao trong đó tổn thất áp suất lớn hơn 104N/m2. a) Các hệ thống vận chuyển bằng không khí với áp suất thấp và trung bình Trong các nhà máy lương thực thực phẩm ở các nước, hệ thống áp suất thấp và trung bình được sử dụng rộng rãi để cơ giới hóa các công đoạn vận chuyển trong phân xưởng và giữa các phân xưởng với nhau, cho phép kết hợp một vài quá trình công nghệ như làm lạnh, phân loại, sấy, … Ở hình 4.50a là sơ đồ nguyên lý của một hệ thống hút và áp suất trung bình dùng để vận chuyển bột từ thùng chứa đến kho chứa. Bột do ô tô 1 chở đến được tháo vào thùng chứa 2, từ đây bột đi theo ống dẫn 3 vào bộ phận tháo liệu 4 đặt phía trên máng 5, máng này sẽ phân bố bột xuống các kho chứa 6 nhờ quạt 7. Từ bộ phận tháo liệu không khí được dẫn vào xyclon 8 rồi vào máy lọc túi 9 để làm sạch. Từ máy lọc không khí sạch vào quạt 10 và ra ngoài trời. Hệ thống này làm việc với nồng độ hỗn hợp và vận tốc không khí 18-20 m/s. Hình 4.50. Các sơ đồ nguyên lý: a) của hệ thống hút với áp suất trung bình để vận chuyển bột b) của hệ thống hút với áp suất cao c) của hệ thống đẩy với áp suất cao b) Hệ thống vận chuyển bằng khí với áp suất cao Ở hình 4.50b là sơ đồ một hệ thống vận chuyển với áp suất cao bằng phương pháp hút. Chân không trong mạng được tạo thành bởi máy thổi khí 1. Khi nhúng vòi hút 2 vào trong khối hạt thì không khí được hút vào, kéo theo hạt và vận chuyển nó trong ống dẫn 3. Muốn xê dịch được ống dẫn dễ dàng cần có những đoạn ống mềm 4. Qua ống dẫn hạt đi vào bộ phận tháo liệu 5. Hạt được tách ra khỏi ra khỏi bộ phận tháo liệu nhờ van cống 6. Không khí theo ống dẫn 7 đưa đi làm sạch bụi ở xyclon 8 và máy lọc túi 9 rồi vào máy thổi khí và thoát ra ngoài.