Đồ án Xác định cấu tạo lớp và thành phần Mat-Nhựa hợp lý để chế tạo cánh bơm nước chuyên dụng cho nuôi trồng thủy sản từ vật liệu compozite

BOÄ GIAÙO DUÏC VAØ ÑAØO TAÏO TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC NHA TRANG KHOA CÔ KHÍ ------oOo------ ÑOÃ VAÊN THAÂN XAÙC ÑÒNH CAÁU TAÏO LÔÙP VAØ THAØNH PHAÀN "MAT-NHÖÏA" HÔÏP LYÙ ÑEÅ CHEÁ TAÏO CAÙNH BÔM NÖÔÙC CHUYEÂN DUÏNG CHO NUOÂI TROÀNG THUÛY SAÛN TÖØ VAÄT LIEÄU COMPOZITE ÑOÀ AÙN TOÁT NGHIEÄP ÑAÏI HOÏC CHUYEÂN NGAØNH: CHEÁ TAÏO MAÙY GVHD: PGS.TS. PHAÏM HUØNG THAÉNG Nha Trang, thaùng 11 naêm 2007 - i - PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ, tên SV : Đỗ Văn Thân Lớp : 43CT Ngành : Chế tạo máy Mã ngành : Tên đề tài : Xác định cấu tạo lớp và thành phần “Mat-nhựa” hợp lý để chế tạo cánh bơm nước chuyên dụng cho nuôi trồng thủy sản từ vật liệu compozite. Số trang : 92 Số chương: 4 Số tài liệu tham khảo: 15 Hiện vật : đề tài + đĩa CD NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... Kết luận:......................................................................................................... ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... Nha Trang, ngày…. tháng …. năm 2007 Cán bộ hướng dẫn - ii - PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ, tên SV : Đỗ Văn Thân Lớp : 43CT Ngành : Chế tạo máy Mã ngành : Tên đề tài : Xác định cấu tạo lớp và thành phần “Mat-nhựa” hợp lý để chế tạo cánh bơm nước chuyên dụng cho nuôi trồng thủy sản từ vật liệu compozite. Số trang : 92 Số chương: 4 Số tài liệu tham khảo: 15 Hiện vật : đề tài + đĩa CD NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... ............................................................................................................................... Điểm phản biện ...................................................................................................... Nha trang, ngày….., tháng …., năm 2007 Cán bộ phản biện: Nha trang, ngày….., tháng…., năm 2007 CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG ĐIỂM CHUNG Bằng số Bằng chữ - iii - MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU ....................................................................................................1 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ BƠM NƯỚC CHUYÊN DỤNG TRONG NUÔI TRỒNG THỦY SẢN................................................................................3 I.1. Tổng quan về sử dụng bơm nước chuyên dụng trong nuôi trồng thủy sản. ..................................................................................................................3 I.2. Bơm đảo nước- sục khí chuyên dụng trong nuôi trồng thủy sản. ................3 I.2.1 Bơm đảo nước - sục khí chuyên dụng kiểu trục đứng. ..........................4 I.2.1.1. Bơm đảo nước - sục khí kiểu trục đứng sử dụng kim loại..............4 I.2.1.2. Bơm đảo nước - sục khí kiểu trục đứng sử dụng vật liệu phi kim loại.....................................................................................................6 I.2.1.2. Bơm đảo nước – sục khí kiểu trục ngang sử dụng động cơ điện chìm..........................................................................................................9 I.3. Đánh giá khả năng chế tạo cánh bơm đảo nước – sục khí chuyên dụng bằng vật liệu compozite. ................................................................................11 I.3.1. Kết cấu và điều kiệm làm việc của cánh bơm chuyên dụng. ..............11 I.3.1.1. Kết cấu cánh bơm .......................................................................11 I.3.1.2 Điều kiện làm việc của cánh bơm ................................................15 I.3.2. Vật liệu chế tạo cánh bơm và tiêu chí đánh giá. .................................15 I.3.2.1. Vật liệu chế tạo cánh bơm. ..........................................................15 I.3.2.2. Tiêu chí đánh giá vật liệu chế tạo cánh bơm................................18 I.3.3. Khả năng chế tạo cánh bơm đảo nước – sục khí chuyên dụng bằng vật liệu compozite. .....................................................................................18 CHƯƠNG II: XÁC ĐỊNH KẾT CẤU HỢP LÝ VẬT LIỆU COMPOZIT ĐỂ CHẾ TẠO CÁNH BƠM NƯỚC CHUYÊN DỤNG. .........................................19 II.1. Kết cấu và cơ tính của vật liệu compozite. ..............................................19 II.1.1. Kết cấu của vật liệu compozite. ........................................................19 II.1.1.1. Giới thiệu chung về vật liệu compozite......................................19 - iv - II.1.1.2. Định nghĩa về compozite ...........................................................19 II.1.1.3 Đặc điểm. ...................................................................................19 II.1.1.4. Phân loại....................................................................................20 II.1.1.5. Kết cấu của vật liệu compozite. .................................................21 II.1.1.6.Compozite cấu trúc. ....................................................................30 II.1.1.6.1. Compozite cấu trúc dạng lớp...............................................30 II.1.1.6.2. Dạng tổ ong.........................................................................31 II.1.1.7. Các loại liên kết và cơ chế đông rắn trong vật liệu compozite. ...32 II.1.2. Cơ tính của vật liệu compozite. ........................................................33 II.3. Công nghệ chế tạo vật liệu compozite.....................................................38 III.3.1. Tổng quan về công nghệ chế tạo sản phẩm từ vật liệu compozite...38 III. 3.1.1 Đúc không áp lực. ....................................................................38 III.3.1.1.1. Đúc tiếp xúc (bằng tay). .....................................................38 III.3.1.1.2. Đúc bắn đồng thời..............................................................39 III.3.1.1.3. Đúc chân không. ................................................................40 III.3.1.2. Đúc áp lực (đúc ép). .................................................................40 III.3.1.2.1. Đúc nguội nhờ áp lực.........................................................41 III.3.1.2.2. Đúc có nhiệt độ (gia nhiệt).................................................41 III.3.1.2.3. Đúc ép phun......................................................................42 III.3.1.3. Đúc liên tục. .............................................................................42 III.3.1.4. Kéo định hình...........................................................................43 III.3.1.5. Đúc ly tâm................................................................................43 III.3.1.6. Phương pháp quấn ống .............................................................43 III.3.1.6.1. Nguyên lý: .........................................................................43 III.3.1.6.2. Quấn tiếp tuyến..................................................................44 III.3.1.6.3. Quấn hêlicôit .....................................................................44 III.3.1.6.4. Quấn liên tục......................................................................44 III.3.1.7. Gia công bán thành phẩm .........................................................45 - v - II.3.2. Lựa chọn phương pháp công nghệ chế tạo cánh bơm từ vật liệu compozite...................................................................................................45 II.4. Xác định kết cấu hợp lý vật liệu compozite để chế tạo cánh bơm nước chuyên dụng...................................................................................................46 II.4.1. Lựa chọn kết cấu vật liệu và chỉ tiêu đánh giá. .................................46 II.4.1.1. Lựa chọn kết cấu vật liệu. ..........................................................46 II.4.1.1.1. Vật liệu cốt................................................................................47 II.4.1.1.2.Vật liệu nhựa nền. .....................................................................49 II.4.1.1.3. Thành phần phụ gia ..................................................................49 II.4.1.2. Chỉ tiêu đánh giá vật liệu compozite. .........................................50 II.4.2. Quy hoạch thực nghiệm lựa chọn kết cấu vât liệu.............................51 II.4.2.1. Số lần tiến hành làm thí nghiệm.................................................51 II.4.2.2. Tính toán các thông số lý thuyết cho compozite.........................52 II.4.2.3. Mục đích thực nghiệm. ..............................................................57 II.4.2.4. Kiểm tra cơ tính vật liệu compozite. ..........................................57 II.4.2.5. Xác định thời gian đông, rỡ khuôm, đóng rắn. ..........................60 II.4.2.6. Kiểm tra khả năng thấm nước của vật liệu. ................................62 II.4.2.7. Kiểm tra khả năng trương nở của vật liệu compozite. ................63 II.4.2.8. Kiểm tra độ phân hủy của vật liệu compozite.............................63 II.4.3. Kết quả lựa chọn kết cấu vật liệu......................................................64 II.4.3.1. Phân tích kết quả thực nghiện. ...................................................64 II.4.3.2. Kết quả lựa chọn kết cấu vật liệu compozite chế tạo cánh bơm. .......................................................................................................71 III.5 Tính toán cho cánh bơm chế tạo bằng vật liệu compozite. ......................72 III.5.1. Tính toán độ bền cho cánh bơm chế tạo bằng vật liệu compozite. ...72 II.5.1.1. Lực tác dụng lên cánh bơm và phương pháp tính toán. ..............72 II.5.1.2. Tính toán độ bền cho cánh bơm. ................................................75 III.5.2. Xác định lượng vật liệu compozite chế tạo một cánh bơm theo phương pháp đúc. .......................................................................................77 - vi - CHƯƠNG III: QUY TRÌNH CHẾ TẠO CÁNH BƠM NƯỚC CHUYÊN DỤNG TỪ VẬT LIỆU COMPOZITE...............................................................78 III.1. Phương pháp đúc cánh bơm nước chuyên dụng từ vật liệu compozite. ..78 III.2.Lực chọn kết cấu khuôn đúc và đồ gá khuôm. ........................................78 III.2.1. Lựa chọn mặt phân khuôm..............................................................78 III.2.2 Kết cấu khuôm và đồ gá khuôm. .....................................................79 III.2.2.1. Chọn vật liệu chế tạo khuôm. .......................................................79 III.2.2.2. Gia công khuôm đúc cánh bơm ....................................................80 III.3.Quy trình công nghệ chế tạo cánh bơm nước chuyên dụng từ vật liệu compozite. .....................................................................................................81 III.3.1. Bước 1: Chuẩn bị thiết bị,vật liệu, khuôm .......................................82 III.3.2. Bước 2: Lau (wax) sáp chống dính..................................................84 III.3.3. Bước 3: Quét lớp gelcoat bề mặt .....................................................84 III.3. 4. Bước 4: Pha trộn nhựa, xúc tác, sợi cắt ngắn. .................................86 III.3.5. Bước 5: Tách khuôm. .....................................................................87 III.3.6. Bước 6: Gia công cơ. ......................................................................87 III.4.. Thử nghiệm và hoàn chỉnh. ..................................................................87 III.5. Hạch toán giá thành...............................................................................87 CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT.......................................................89 IV.1. KẾT LUẬN: .........................................................................................89 IV.2. ĐỀ XUẤT Ý KIẾN...............................................................................89 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................91 PHẦN PHỤ LỤC. - 1 - LỜI NÓI ĐẦU Ngành nuôi trồng thuỷ sản ở nước ta được xác định là một ngành kinh tế mũi nhọn, có giá trị xuất khẩu cao, mang lại ngoại tệ lớn, trong đó nuôi tôm đóng góp không nhỏ, nuôi tôm là nghề đem lại lợi nhuận cao nhưng mang tính rủi do, nếu không đựoc áp dụng khoa học kỹ thuật và thiết bị máy móc. Trong ngành nuôi tôm thì máy đảo nước sục khí là thiết bị không thể thiếu, nó mang lại nhiều lợi ích thiết thực như: Bổ sung lượng thiếu hụt ôxy trong nước; góp phần làm tăng mật độ nuôi ít nhất từ 510 lần, tạo dòng chảy lưu động trong ao thường xuyên để gom chất bẩn, thức ăn thừa, duy trì điều kiện thích hợp nhất đối với tôm. Hiện nay, trên thị trường đã có một số loại bơm đảo nước sục khí phục vụ cho quá trình nuôi tôm. Các loại bơm đảo nước sục khí này có những ưu điểm lớn như làm tăng hàm lượng ôxy đủ cho tôm sinh trưởng và phát triển, phá bỏ được lớp nhiệt phân tầng trong ao, giảm sự thay nước, loại bớt chất khí thặng dư, tăng mật độ nuôi, song cũng còn tồn tại một số nhược điểm mà chúng ta cần phải nghiên cứu để khắc phục. Trên cơ sở của đề tài khoa học cấp bộ thiết kế một loại bơm hướng trục chuyên dụng phục vụ cho nuôi trồng thuỷ sản, nay tôi được Bộ môn Chế Tạo Máy Khoa Cơ Khí trường Đại Học Nha Trang giao cho đề tài: “Xác định cấu tạo lớp và thành phần “Mat-nhựa” hợp lý để chế tạo cánh bơm nước chuyên dụng cho nuôi trồng thủy sản từ vật liệu compozite.” Sau một thời gian nghiên cứu, tiến hành sản xuất và thử nghiệm dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy PGS.TS Phạm Hùng Thắng tôi đã hoàn thành đề tài với đầy đủ nội dung sau: 1. Tổng quan về quy trình chế tạo cánh bơm nước chuyên dụng cho nuôi trồng thủy sản từ vật liệu Compozite. 2. Xác định tiêu chí đánh giá hợp lý vật liệu chế tạo cánh bơm chuyên dụng từ Compozite. 3. Xác định cấu tạo lớp và thành phần Mat nhựa hợp lý. - 2 - 4. Thử nghiệm và hoàn chỉnh. 5. Hạch toán giá thành chế tạo cánh bơm. 6. Kết luận và đề xuất ý kiến. Vì thời gian và trình độ bản thân còn hạn chế và đây cũng là lần đầu tiên làm quen với công tác nghiên cứu khoa học mà đề tài lại kha khó nên tôi không thể tránh khỏi những thiếu sót trong quá trình thực hiện đề tài. Vì vậy, tôi rất mong được sự chỉ bảo của các thầy trong khoa và sự đóng góp ý kiến của những người quan tâm đến lĩnh vực này để vấn đề nghiên cứu được hoàn thiện hơn. Nhân đây, Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy PGS.TS Phạm Hùng Thắng, thầy Th.S Đặng Xuân Phương đã quan tâm giúp đỡ, hướng dẫn tôi thực hiện luận văn này. Cảm ơn các thầy trong khoa, các anh, chị công nhân của trung tâm tàu cá và bạn bè đã giúp đỡ tôi trong quá trình thực tập tốt nghiệp. Nha Trang, ngày 20 tháng 11năm 2007 Sinh viên thực hiện Đỗ Văn Thân - 3 - CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ BƠM NƯỚC CHUYÊN DỤNG TRONG NUÔI TRỒNG THỦY SẢN I.1. Tổng quan về sử dụng bơm nước chuyên dụng trong nuôi trồng thủy sản. Trong ngành nuôi trồng thuỷ sản hiện nay để đạt hiệu quả và năng suất kinh tế thì không thể thiếu sự hỗ trợ của máy móc và những kết quả nghiên cứa về ngành nuôi trồng thuỷ sản. Hiện nay việc sử dụng bơm nước trong nuôi trồng thủy sản ngày một nhiều và trở thành nhu cầu thiết yếu của ngành nuôi, một số loại bơm nước được sử dụng như: máy bơm luân chuyển, cấp và tháo nước, máy đảo nước, máy sục khí,… nhằm tạo những điều kiện thuận lợi tốt nhất cho sự sinh trưởng và phát triển của vật nuôi. ► Lợi ích của việc sử dụng bơm nước: Sử dụng bơm nước trong nuôi trồng thủy sản đã đem lại rất nhiều lợi ích về kinh kế cũng như đời sống của vật nuôi.  Giảm sự thiếu ôxy trong ao để giảm thiểu số sinh vật bị chết khi nuôi ở tình trạng cao sản.  Gia tăng được mật độ nuôi từ 5 – 10 lần mật độ nuôi thông thường.  Tạo một dòng nước thường trực trong ao. Nhờ đó, ao có một đời sống sinh động hơn, với các điều kiện thiên nhiên thích hợp được gia tăng.  Phá bỏ được lớp nhiệt phân tầng trong ao, từ đó giảm sự thay nước, loại bớt được chất khí thặng dư. Đồng thời nhiệt độ của nước, phân bón, hoá chất, thuốc men sẽ được phân bố đều trong ao.  Làm bền vững các điều kiện của môi trường bằng cách ôxy hoá tất cả các hoá chất và chuyển dời các hợp chất hữu cơ hoà tan. I.2. Bơm đảo nước- sục khí chuyên dụng trong nuôi trồng thủy sản. - 4 - Bơm đảo nước – sục khí trong nuôi trồng thủy sản có rất nhiều loại và nhiều cách bố trí khác nhau trong ao nuôi. Do đó khi sử dụng phải biết cách lựa chọn loại thiết bị và cách bố trí cho phù hợp hoặc có thể cải tiến chúng theo phương án tối ưu nhất, ở đây tôi chỉ giới thiệu về bơm đảo nước- sục khí chuyên dụng trong nuôi trồng thủy sản. I.2.1 Bơm đảo nước - sục khí chuyên dụng kiểu trục đứng. I.2.1.1. Bơm đảo nước - sục khí kiểu trục đứng sử dụng kim loại. + Ưu điểm: Ngoài ưu điểm của máy sục khí thông thường loại máy này còn có một số ưu điểm nổi trội sau:  Đảm bảo lượng oxy hoà tan trong ao tốt.  Có khả năng gom chất thải, cặn bã tập trung lại (bố trí vị trí bơm hợp lý).  Đảm bảo tạo dòng chảy tốt, hoà trộn được các chế phẩm sinh học.  Kết cấu đơn giản, dễ chế tạo phù hợp với điều kiện vật liệu trong nước.  Có độ bền cao (thiết bị chế tạo từ thép không gỉ, hợp kim đồng), làm việc tốt trong môi trường nuôi trồng thủy sản. + Nhược điểm:  Các thiết bị đều làm bằng kim loại (thép không gỉ, hợp kim đồng) nên khối lượng bơm rất nặng.  Số lượng chi tiết hỗ trợ, thiết bị trong bơm nhiều khó lắp đặt, trong ao nuôi.  Cánh bơm được đúc bằng hợp kim đồng, thép không gỉ nên khối lượng nặng, gia công tinh lại bằng tay kém chính xác, khó cân bằng do sinh lực quán tính li tâm làm thiết bị rung.  Cánh bơm chế tạo bằng phương pháp đúc đòi hỏi bậc thợ phải cao.  Các chi tiết làm bằng hợp kim chống ăn mòn và gia công tinh cánh bơm thì giá thành rất cao. - Giá thành của bơm còn cao. - 5 - Hình 1.1: Bơm đảo nước - sục khí kiểu trục đứng của đề tài khoa học cấp nhà nước KC 07-27 [8]. - 6 - Bảng 1.1: Các chi tiết trong bơm đảo nước - sục khí chuyên dụng bằng kim loại[8]. STT Tên gọi Vật liệu STT Tên gọi Vật liệu 1 Ống hướng dòng SCS14 13 Khớp nối bên động cơ CT38 2 Bulông M6x20 SCS14 14 Đệm cao su Cao su 3 Đai ốc M6 SCS14 15 Then bằng 6x6x24 SCS14 4 Đai ốc M12x1.5 SCS14 16 Bôlông M8x6 SCS14 5 Then bằng 6x6x50 SCS14 17 Bô