Vít cân bột đá, DDGS: vì sao phải dùng vít ngắn, chạy biến tần thế nào để đúng dung sai

Tình huống

Một hệ cân phối trộn dùng vít cân D250, bước 180 mm, trục 76 mm, động cơ 3 kW với hộp giảm tốc 1:5, điều khiển bằng biến tần: chạy thô 50 Hz, khi còn thiếu 40 kg thì chuyển tinh 15 Hz, dừng vít trước đích 15 kg (bù rơi). Các vít xếp vòng quanh 4 phễu cân nên có chiều dài khác nhau, từ khoảng 1,5 m tới 4,8 m.

Khuyến cáo của Hà An khi thiết kế: nguyên liệu nặng, ma sát cao như bột đá, DCP, muối bột chỉ xếp vào bin có vít ngắn. Khi chạy thử, các nguyên liệu này được thử lần lượt trên mọi vít, kể cả vít dài. Bài này giải thích vì sao khuyến cáo đó quan trọng, và cách cấu hình biến tần đúng.

Vít cân là vít ngập liệu: mô-men không giảm khi hạ tần số

Vít nằm ngay dưới cửa bin nên luôn ngập đầy liệu. Lực cản chủ yếu là ma sát của cả khối liệu đè trên cánh vít, nên mô-men cản tỉ lệ với chiều dài vít L, khối lượng riêng ρ và hệ số ma sát μ: M = L · A · ρ · 9,8 · (D/2) · μ.

Biến tần giảm tần số thì vít quay chậm lại: năng suất và công suất giảm theo, nhưng mô-men cản gần như giữ nguyên. Ngược lại, động cơ tự làm mát chạy ở tần số thấp bị giảm mô-men liên tục (còn khoảng 75% ở 15 Hz). Vì vậy chạy tinh ở tần số thấp còn nặng hơn chạy thô.

Khi bin đầy, liệu để lâu bị nén chặt, mô-men khởi động có thể gấp 1,5–2,5 lần mô-men chạy. Biến tần chỉ cấp được khoảng 150% dòng định mức trong thời gian ngắn.

Kết quả tính cho vít D250, động cơ 3 kW, hộp 1:5 (bột đá)

Mô-men động cơ tại trục vít: 9550 · 3 / 1450 · 5 · 0,9 ≈ 89 N·m. Vít quay 290 v/ph ở 50 Hz, năng suất bột đá khoảng 117 t/h.

Dung sai cân: vít quá nhanh thì không cân chính xác được

Với hộp 1:5, ngay cả ở 15 Hz vít vẫn quay 87 v/ph, đổ khoảng 9,8 kg mỗi giây. Thời điểm dừng vít dao động khoảng 0,1–0,2 giây (chu kỳ PLC, đáp ứng biến tần, vít dừng hẳn, liệu rơi), nên sai số mỗi lần cân khoảng ± 9,8 × 0,15 ≈ ± 1,5 kg. Cả lần cân 154 kg chỉ mất khoảng 6 giây, phần lớn sai số dồn vào giây cuối.

Muốn sai số ± 0,5 kg thì lưu lượng pha tinh phải nhỏ hơn 0,5 / 0,15 ≈ 3,3 kg/giây. Với hộp 1:5, phải hạ xuống khoảng 5 Hz: động cơ gần như mất làm mát và mô-men, không dùng được. Hạ tần số không phải lời giải; phải giảm tốc độ vít bằng hộp giảm tốc.

Lời giải: chọn tỉ số hộp giảm tốc theo mô-men và dung sai, rồi mới đặt tần số

Tăng tỉ số hộp giảm tốc vừa giảm tốc độ vít, vừa nhân mô-men lên tương ứng, cùng một động cơ 3 kW. Đây là cách đúng cho vít cân: vít định lượng thường quay 30–100 v/ph, không phải 290 v/ph.

Cấu trúc chạy biến tần cho vít cân

• Bước 1, chọn tốc độ vít: lưu lượng tinh cho phép Q_tinh = dung sai ÷ độ dao động thời điểm dừng. Chọn tỉ số hộp sao cho chạy tinh ở 15–20 Hz cho đúng Q_tinh; chạy thô 50 Hz cho năng suất gấp 2,5–3,3 lần tinh.
• Bước 2, kiểm tra mô-men: tải chạy thô và chạy tinh dưới 80% mô-men định mức (đã tính giảm làm mát ở tần số thấp); tải khởi động khi bin đầy dưới 100% khả năng của biến tần.
• Bước 3, đặt điểm chuyển tinh S1: đủ để pha tinh chạy ít nhất 5–8 giây cho cân ổn định, thường bằng 3–6 lần lưu lượng tinh mỗi giây.
• Bước 4, bù rơi tự học S2: sau mỗi mẻ, S2 mới = S2 cũ + k · (khối lượng thực − khối lượng đặt), k khoảng 0,3–0,5, giới hạn mỗi lần chỉnh. Ghi S2 riêng cho từng nguyên liệu, từng vít.
• Bước 5, đặt tham số biến tần: thời gian tăng tốc 1–2 giây, chế độ mô-men không đổi (hoặc vector không cảm biến) để giữ mô-men ở tần số thấp; dừng bằng hãm dốc ngắn, tránh dừng tự do làm liệu tiếp tục chảy.
• Bước 6, cảnh báo trên SCADA: dòng động cơ vượt ngưỡng, thời gian cân vượt chuẩn, sai số mẻ vượt dung sai; ghi lại để biết nguyên liệu nào đang đặt sai vít.

Chi phí đầu tư: vì sao vít ngắn cho nguyên liệu ma sát cao là lựa chọn rẻ nhất

• Vít dài cần nhiều thép, gối đỡ, cánh vít hơn; mô-men gấp 3 lần nên cần hộp giảm tốc, khớp nối, trục lớn hơn, hoặc động cơ lớn hơn.
• Liệu tồn trong vít dài nhiều hơn: đổi công thức lâu hơn, nguy cơ nhiễm chéo cao hơn, liệu nén chặt gây khởi động nặng.
• Xếp bin hợp lý không tốn thêm chi phí: nguyên liệu nặng, ma sát cao vào bin vít ngắn; nguyên liệu nhẹ, chảy tốt vào bin vít dài. Đây là quyết định ở bước thiết kế, sửa sau khi lắp đặt mới tốn kém.
• Khi buộc phải dùng vít dài cho bột đá: tăng tỉ số hộp giảm tốc trước khi nghĩ tới tăng động cơ; tính lại bằng công cụ trước khi đặt hàng.

Với DDGS, khô dầu: vấn đề là chảy không đều, không phải mô-men

DDGS có ρ · μ không cao, mô-men không phải điểm nghẽn. Nhưng DDGS nhiều dầu, dễ vón và bắc cầu trong bin, làm lưu lượng vào vít lúc có lúc không, sai số cân dao động. Cách xử lý: vít ngắn, cánh vít bước tăng dần để rút đều cả miệng bin, bin có vách dốc lớn, đầm rung hoặc cánh khuấy chống bắc cầu, và không để liệu nằm lâu trong bin.

Xử lý sự cố nhanh

• Biến tần báo quá dòng, quá tải khi cân bột đá: kiểm tra vít đó dài bao nhiêu; nếu tải tính toán trên 100% thì chuyển nguyên liệu sang bin vít ngắn hoặc đổi hộp giảm tốc. Không tăng giới hạn dòng biến tần.
• Vít không quay khi bin vừa nạp đầy, quay được khi bin vơi: mô-men khởi động thiếu; chạy đảo chiều ngắn trước khi chạy, hoặc tăng tỉ số hộp.
• Cân lệch lúc thừa lúc thiếu 1–2 kg: lưu lượng tinh quá lớn; giảm tốc độ vít (hộp giảm tốc), bật bù rơi tự học.
• Thời gian cân quá dài làm chậm mẻ trộn: tăng tần số thô, giữ nguyên tần số tinh; hoặc cân song song trên phễu cân khác.

Tự kiểm tra cho vít của nhà máy Quý khách

Công cụ Kiểm tra vít cân định lượng chạy biến tần trên web Hà An tính đủ các bước trên: nhập kích thước vít, động cơ, hộp giảm tốc, nguyên liệu và tham số cân để xem tải mô-men, thời gian cân, sai số và tỉ số hộp nên dùng.

Tài liệu tham khảo

1. CEMA Standard No. 350, Screw Conveyors for Bulk Materials. Conveyor Equipment Manufacturers Association.
2. Công thức tính công suất vít tải: màn Tính công suất, phần mềm ERPHAC của Hà An (dùng chung với công cụ trên web).
3. Đặc tính mô-men theo tần số của động cơ tự làm mát chạy biến tần: theo catalog nhà sản xuất động cơ (đường điển hình).

Bài viết tóm tắt và diễn giải các tài liệu trên, không đăng lại nguyên văn.