وبلاگ blog" name="description" />, Weblog, Daily, Writing, PersianBlog, persianweblog , Blog , Persian , Iran , Iranian, Farsi, Weblogs, Blogs, وبلاگ, يادداشت روزانه, پرشين بلاگ , وبلاگ فارسی , وبلاگ ایرانی , وب نوشت " name="keywords" /> <-BlogTitle->
 

<-blogTitle->

<-BlogDescription->

<-PostTitle->
ساعت <-PostTime-> روز <-PostDate->  کلمات کلیدی: <-TagName->
<-PostContent->
لینک دائم لینک دائم   لینک دائم نظر شما (<-count->)   لینک دائم نویسنده: <-PostAuthor->  
← صفحه بعد صفحه قبل →
 
<-PageContent->

 
 
 
 
donestani.persianblog.irبه این وبلاگ علمی سر بزنید دریافت کد خداحافظی

 

١-٣- ابعاد لوله

 

لوله ها به طور عموم با طول ۶و١٢ متر ساخته می شوند.

از نظر قطر, لوله ها دارای سه پارامتر ضخامت(wall thickness) , قطر داخلی یا قطر آبدهی (ID) و قطر خارجی (OD) می باشند.

نامگذاری قطر داخلی لوله آنچنان مهم نیست و برای معرفی لوله از اندازه اسمیNPS(Nominal pipe size) و ضخامت لوله استفاده می شود.

 

١-١-٣- ضخامت

 

در استاندارد API ضخامت لوله به سه دسته  XXS,  XS,  Std تقسیم می شوند که تمامی لوله ها با هر ضخامتی در یکی از این سه دسته قرار می گیرند.

 

 

Std : Standard weight                                                             t ≤ 0.375  inch

 

XS : Extra  Strong                                                                    t ≤ 0.500  inch

 

XS : Double Extra Strong                                                        t ≤ 1.000  inch

 

 

پس به جهت اینکه بتوان لوله ها را در دسته بندی بهتر و کوچکتری جای داد و نیز اینکه در ساخت لوله و همینطور استاندارد ضخامت آن بتوان خدمات بهتری را به مشتری ها ارائه کرد از یک دسته بندی جدید استفاده شد که در آن کلیه ضخامت ها در ١١ دسته تقسیم بندی می شود. این تقسیم بندی جدید و مفید توسط ASTM انجام شد. گروهای ضخامتی نامبرده شده را Schedule گویند که شامل گروه های زیر است.

 

SCH.

 

 

5 , 10 ,  20 ,  30 ,  40 ,  60 ,  80  ,  100 ,  120 ,  140  , 160

 

 

هر چه این اعداد بیشتر شوند نشان دهنده بالاتر بودن ضخامت یا گوشت لوله است البته ذکر این نکته ضروری است که sch 5 فقط برای فولادهای ضد زنگ بکار می رود.

 

٢-١-٣- اندازه اسمی NPS

 

این اندازه نه قطر خارجی لوله و نه قطر داخلی لوله و نه متوسط می باشد اما برای لوله های با قطر بالاتر از12” (از 14” به بعد) اندازه اسمی با قطر خارجی یکی می شود.

 

قطر لوله ها در اندازه های زیر موجود می باشند.

 

 

1/8 , 1/4 ,3/8 ,1/2 , 3/4 ,1 , 1 ¼ , 1 ½ , 2 , 2 ½ ,3 , 3 ½ , 4 , 5 , 6 , 8 , 10 , 12 , 14 ,   16 ,

18 , 20 , 22 , 24 , 26 , 26 , 28 , 30 , 32 , 34 , 36 , 38 , 40 , 42 , 44 , 46 , 48 , 52 , 56 , 60

, 68 , 72 , 76 , 80 , 64

 

برای مثال در لوله 6” ابعاد به شرح زیر می باشند:

 

 

        NPS : 6”                             OD = 6.025”

 

        NPS : 12”                           OD = 12.750”

 

 

باید توجه داشت که برای یک اندازه لوله ضخامتهای متفاوتی موجود می باشد که در اینصورت با افرایش ضخامت قطر داخلی یا آب دهی لوله کوچکتر می شود زیرا همواره در یک اندازه اسمی قطر خارجی لوله ثابت است.

در اندازه های استاندارد ذکر شده در بالا سه دسته بندی وجود دارد:

 

١- common order  :  لوله هائی که در هر کارخانه ای تولید می شود: آنهائی که sch دارند.

 

٢-regular  order     :  ما بقی لوله ها جزء این دسته هستند و قیمت بالاتری نیز دارند : در جداول بدون sch هستند.

 

٣- special order     :  سفارشات خاص برای استفاده های خاص :  در جداول نیستند.

 

(تفاوتsch و xs ... و صرفه اقتصادی و توضیح راجع به common و special و دلایل استفاده+ فرمول های بدست آوردن ضخامت و ... + انتخاب ضخامت ) تمامی این جداول در کتاب TC موجود می باشد.

 

 

٢-٣- جنس لوله            (Petroleum Material)

 

 

 لوله ها می توانند دارای جنس های متفاوتی از قبیل فولاد, مس , نیکل , آلومینیوم و...  باشند ولی از لحاظ دسته بندی , لوله های فولادی به چهار دسته تقسیم می شوند.

بطور کلی فولاد به ترکیب آهن (Fe) و کربن(C) گویند که دارای ناخالصی های فسفر(p) و گوگرد(S) و... و نیز در صورت نیاز دارای آلیاژهای خاصی می باشد

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                   

Pipe Colour Coding for Pipe Materials

 

Materials

Mat'l Specs

Colour Coding

 

Carbon Steel

API 5L Gr B

None

برای سرویسهای معمولی

 

A105

A234 Gr WPB

 

Carbon Steel

A106 Gr B

White

 

Carbon Steel (SSCC)                             "Class+Suffix-N"

API 5L Gr B

Red

برای سرویسهای آلکالینی

 

A234 Gr WPB

A105

 

Carbon Steel (SSCC+ HIC) "Class+Suffix-S"

API 5L Gr B

Yellow

برای سرویسهای بسیار خورنده

 

A234 Gr WPB

A105

 

LTCS Carbon Steel

A333 Gr 6

Light Green

سرویسهای سرد

 

A420 Gr WPL6

A350 Gr LF2

A671 CC65

LTCS Carbon Steel (SSCC+HIC)                  

A333 Gr 6

Blue

سرویسهای سردو بسیار خورنده

 

A420 Gr WPL6

A350 Gr LF2

A671 CC65

Alloy Steel

A335 Gr P11

Plum

 

 

A691 Gr 1.25 cl 22

A234 Gr WP11

A182 Gr F11 cl 2

A387 Gr 11 cl 2

Stainless Steel

A312 Gr TP304L

Light Blue

 

A358 Gr TP304L

A403 Gr WP-S304L/                         WP-WX 304L

A182 Gr F304L

A240 Gr TP304L

A312 Gr TP321

None

 

A358 Gr TP321

A403 Gr WP-S321L/                         WP-WX 321L

A182 Gr F321

A240 Gr TP321

Duplex

  A790 S32750, A928 S32750

Green

 

  A182 F53, A815 UNS32750

  S/WND GRAPH 98% S32750 IN- OUT/R GSKT

 

Copper-Nickel

 

None

 

Galvanised-Carbon Steel

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

١-٢-٣- لوله های فولاد کربنی ساده       CS.(Carbon steel)

 

مطابق تعریف به فولاد در صورتی کربنی ساده گویند که میزانی برای عناصر آلیاژی همچون AL  و B و Crو Co Moو Niو Tiو W وVو Zr ذکر شده باشند.

 

      Cu ≤0.6                                          Si≤ 0.6                                         Mn≤ 1.65

 

در کلیه فولادهای کربنی مقدار کمی از عناصرهای مطلوب باقیمانده یافت می شوند. این عناصر عبارتند از:Cu, Ni , Mo, Cr و  غیره. این عناصر, جزئی هستند و معمولا ذکر نمی شوند. این فولادها در سرویس های معمولی کار برد دارد.

 

 ٢-٢-٣- فولادهای کربنی آرام یا کشته یا اکسیژن زدائی شده K.C.S(Killed carbon steel) or  L.C.T.S (low Temperature carbon steel)

 

اگر فولاد کربنی کاملا اکسیژن زدائی شده باشد در این صورت قابلیت کار در دمای پائین را داشته و به همین دلیل به آن فولاد K.c.s گویند و در سرویس های سرد کاربرد دارد.

 

٣-٢-٣- فولادهای آلیاژی A.S.(Alloy steel)

 

حال اگر میزان عناصر موجود به صورت زیر تغییر کند:

 

Cu ≥ 0.6                              Si ≥ 0.6                           Mn ≥ 1.65

 

و نیز جهت بهبود خواص فولاد, عناصر آلیاژی به آن اضافه شود, به این فولاد آلیاژی گویند, که دارای استحکامی بالاتر و خواصی مطلوب که مورد نظر باشد خواهد بود, که در سرویس های نیازمند به استحکام بالاتر استفاده می شود.

 

۴-٢-٣- فولاد ضد زنگ S.S.(stainless  steel   )

 

عنصر کرم اساس افزایش مقاومت به خوردگی است. کرم در اندازه های کم (0.1%) نیز فولاد را به خوردگی مقاوم   می کند ولی در مقادیر بالای ١١% این اثر بسیار شدید بوده و می توان فولاد را ضد زنگ نامید.

البته نکته مهم این است که در صد کربن باید حتما از مقدار مشخص کمتر در غیر اینصورت بالا بودن میزان کرم

 نمی تواند ضد زنگ بودن فولاد را تضمین کند. (توضیح دلیل متالوژیکی ) این میزان کربن حداکثر برابر 0.008% می باشد و هر چه کمتر باشد اثر مقاومت به خوردگی بالاتری دارد.

این لوله ها در سرویس های خورنده اسیدی و در دمای بالا کاربرد دارند.

 

٣-٣- رنگ لوله ها                          colour    codes

 

برای شناسائی لوله ها در ظاهر از رنگهای خاصی استفاده می شود,

 

 برای مثال :

 

 

 

 

                  

Colour Coding for Pipe Thickness

 

Materials

Pipe Schedule

Colour Coding

 

C.S. + A.S.

S-10

White

 

S-20

Brown

 

S-30

Orange

 

S-40

None

 

S-60

Blue

 

S-80

Red

 

S-100

Green

 

S-120

Purple

 

S-140

Light Green

 

S-160

Plum

 

XS

Yellow

 

XXS

Light Blue

 

STD

Black

 

S.S.

10S

White

 

40S

Brown

 

80S

Red

 

XS

Yellow

 

STD

None

 

S.S.

10S

White

 

40S

Brown

 

80S

Red

 

XS

Yellow

 

STD

None

 

For material

 

 

 

For thickness

 

 

 

 

 

Note:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

لوله های گالوانیزه و مس _ نیکل هم بدون رنگ می باشند که این لوله ها با قطرهای پائین برای سرویس آب و Utility استفاده می شود. البته جدول رنگ لوله ها نیز در ادامه آمده است.

 

۴-٣- روشهای ساخت لوله و اتصالات

لوله ها از لحاظ شکل ظاهری تولید به دو دسته , لوله های با درز (Seam Weld) و بدون درز (Seamless) دسته بندی می کنند که بطور مسلم طریقه ساخت آن مشکل تر و دارای هزینه بالاتری خواهد بود و از طرفی به دلیل عدم وجود درز جوش دارای استحکام بالاتر و بیشتری نسبت به ابعاد یکسان با لوله با درز خواهد بود.

 

    ١-۴-٣- لوله های با درز (Seam Weld)

 

  بطور کلی این لوله ها از لوله کردن ورق های با ابعاد و ضخامت های مختلف و در نهایت جوشکاری درز آن به روش های مختلف     تولید می شوند. این لوله ها عموما در قطرهای بالا موجود می باشند.        

 

١-١-۴-٣- لوله های جوشکاری شده به روش مقاومتیElectrical Resistance Welded Pipe

 

در این روش ورق مورد نظر در ایستگاه های مختلف خط نورد از عرض ورق خم شده تا در نهایت به یک لوله با درز باز تبدیل می شود در این حالت درز لوله که در بالا قرار گرفته است توسط روش ERWP جوشکاری می شود. به این ترتیب که درز توسط یک سیم پیچ فرکانس بالا بشدت گرم شده و توسط نیروی غلتکها در یکدیگر فرو رفته و باعث ایجاد یک خط جوش منظم خواهد شد. این پروسه بصورت اتوماتیک و پیوسته انجام شده و سپس لوله ها برش خورده و لبه های آنها آماده سازی می شود. در انتهای خط تولید نزدیک تیغه الماسه سطح زیر جوش را پرداخت می کنند.قطر این لوله نسبتی از عرض ورق می باشد (نسبت הּ)

 

٢-١-۴-٣- لوله های با درز مارپیچ (Spiral  Pipe)  

 

برای ساخت این نوع لوله ها ورق را از طول به صورت مارپیچ خم کرده و درز لوله را جوش می دهند. در حقیقت خط جوش این لوله ها مارپیچی است و در نتیجه نسبت به لوله های با درز جوش مستقیم طول بیشتری دارد و به همین دلیل می تواند دارای عیوب جوشی بیشتری باشد. اما به دلیل عدم تاثیر عرض ورق در قطر لوله می توان از ورقهای با عرض کم لوله های با قطر بالا تولید نمود.

این لوله ها دارای خواص زیر هستند (نسبت به لوله های با درز مستقیم):

 

١- استحکام بالاتری داشته چرا که تنش وارده روی یک درز جوش مایل وارد می شود.

٢- با ورق های کم عرض می توان قطرهای بزرگ را بوجود آورد.

٣- چون طول جوش بیشتری دارد ضریب ساخت آن 0.85 می باشد (در لوله های با درز مستقیم ضریب ١ است)

۴- در هنگام نصب لوله بر روی ساپورت ها بدلیل ثابت بودن فاصله ساپورت ها خط جوش مارپیچی مشکل ساز می شود.

 

٣-١-۴-٣-روش جوشکاری زیر پودری SAW

 

در این روش خط جوش به روش SAW جوشکاری شده و به همین دلیل این عمل در قسمت فوقانی لوله و بصورت تخت انجام می شود . در انتهای خط تولید نیز گرده جوش پرداخت می شود.

 

۴-١-۴-٣- فرآیند تولید پیوسته(Continuous Welded Pipe)          

 

اگر پس از تولید ورق (که توسط نورد و در دمای بالا انجام می شود) در دمای بالا بطور پیوسته و ممتد ورق گرد شده و فشار توسط غلتکها به آن وارد شود لبه ورق به هم متصل شده و لوله پدید می آید.

 

۵-١-۴-٣- فرآیند تولید کوره ای توسط جوش لب به لب (Furnace Butt-weld)               

 

در این حالت لوله قبل از رسیدن به مرحله فشردن توسط غلتک وارد یک کوره شده (به دلیل پائین بودن حرارت لوله ) و به نقطه خمیری (Sinter) می رسد . البته در این حالت برای جلوگیری از ایجاد تنش پسماند کل لوله را گرم می کنند ولی لبه های مورد نظر را به حد خمیری می رسانند.

تفاوت این روش با روش پیوسته در این است که می توان پس از سرد شدن کامل قطعه آنرا دوباره گرم کرد.

 

٢-۴-٣- لوله های بدون درز (Seam less )

 

این لوله ها از یک قطعه فولادی به صورت یک تکه ساخته می شوند و بدلیل نداشتن درز جوش استحکام بالاتری داشته و در قطرهای پائین موجود می باشند چرا که ساخت لوله های با قطر بالا به صورت بی درز بسیار مشکل و نیاز به هزینه بالائی دارد.

در ایران برای اولین بار این لوله توسط یک شرکت آلمانی در نورد لوله اهواز در دو مرحله خشن کاری (Rough) و ظریف کاری (Finishing) ساخته شد. در مرحله اول لوله شکل اولیه را گرفته و در مرحله دوم به کیفیت سطحی و دقت ابعادی مورد نظر خواهد دسید. این لوله ها در ایران به نام لوله های „ مانسمان „ هم نامیده می شوند که از نام آلمانی سازنده مشتق شده است.

اما برای ساخت اتصالات (Fitting) که بدون درز هستند از روش های متفاوتی استفاده می شود.

 

١-٢-۴-٣- استفاده از مندرل

یکی از روشهای ساخت زانوئی (Elbow) می باشد که در این روش یک سنبه یا مندرل به همراه یک لوله وارد یک قالب شده و زانوئی تولید می شود. این شکل دهی در دمای بالاست و اگر دما در تمام قسمتها یکی باشد ممکن است به دلیل شکل خاص زانوئی تغییرات ضخامتی داشته باشیم به همین دلیل باید آنرا بصورت موضعی گرم کرد. در این روش تا اندازه ″٢۴ را می توان تولید کرد ولی در کل روش زیاد جالبی نیست.

 

٢-٢-۴-٣- آهنگری(Forging)        

با استفاده از یک قالب فنری و دو سنبه در طرفین و کوبش دو سنبه در درون قالب که شکل زانو ئی در درون آن تعبیه شده است زانوئی مورد نظر بدست می آید . یکی از بهترین روش های تولید می باشد چرا که در آهنگری قطعه ای یکنواخت وبا استحکام بالا بدست می آید.

 

٣-٢-۴-٣- ریخته گری دقیق  (Investment Casting)

ابتدا شکل دقیق قطعه را در داخل قالب گچی ایجاد کرده و موم مذاب را در آن می ریزیم تا شکل مدل مومی کامل شود سپس این مدل مومی را در یک قالب ماسه ای قالبگیری کرده و آنرا گرم می کنیم تا موم مذاب خارج شود سپس عملیات ریخته گری را انجام می دهیم.

 

۴-٢-۴-٣-تزریق در  قالب فلزی(Die  Casting )

این روش همانند روش قبلی می باشد با این تفاوت که مواد مذاب با فشار در قالب تزریق شده و شکل قطعه را بوجود می آورد. برای قطعات کوچک تا قطر حداکثر ″٨ بکار می رود.

 

۵-٢-۴-٣- آهنگری همراه با جوشکاری

همانند روش آهنگری است,با این تفاوت که به دلیل بالا بودن ابعاد به پرس های سنگین جهت آن نیازمندیم و باز به همان دلیل امکان عدم اتصال کامل در لبه ها وجود دارد که باید درز قالب یا اتصال را جوشکاری کرد.

_ در تمامی روش های بالا باید توجه کرد که گرده جوش در نهایت تحت عملیات نهائی پرداخت قرار می گیرد.

_ ذکر این نکته ضروری است که لوله های بی درز حداکثر تا قطر ١۶_١٢ اینچ تولید می شوندو لوله های با درز از حداقل قطر ١۶_١٢ اینچ به بالا تولید می شوند. البته باید توجه داشت که در کشور کره لوله بی درز تا قطر ۴٢ اینچ هم گرازش شده است.

 

 

 

4 ) جوشکاری Welding    

 

      برای اتصال مواد فلزی به یکدیگر از روشهای متفاوتی با خواص متفاوتی با توجه به نوع کار استفاده می شود که عبارتند از: جوشکاری (Welding) , لحیم کاری نرم (Soldering) , لحیم کاری سخت(Brazing) , چسب کاری

(Adhesive Bonding) و اتصال مکا نیکی(Mechanical Joining) . اما هدف ما در اینجا معرفی جوشکاری و روشهای متداول آن می باشد.

 

 

١-۴- روش های جوشکاریWelding Procedure                                 

اساس تقسیم بندی روش های جوشکاری بر اساس: حالت ماده درحین جوشکاری (جامد-مایع), میزان استفاده از حرارت و فشار خارجی و نیز استفاده از مواد پرکننده(Filler Metal) می باشد.

 

بر این اساس تقسیم بندی کلی روشهای جوشکاری و لحیم کاری بصورت زیر می باشد:

 

١-١-۴- حالت مایع یا ذوبی (Fusion . W)                    شعله ای و قوس الکتریکی و مقاومتی.

٢-١-۴- حالت جامد غیر ذوبی (Solid State . W)                   التراسونیک, انفجاری, اصطکاکی.

٣-١-۴- حالت مایع/جامد(Liquid/Solid State .W)                   لحیم کاری سخت ونرم و اتصال چسبی.

 

١-١-۴- جوشکاری ذوبی Fusion Welding              

 

این روش ها که بیشترین کاربرد را در صنایع امروزی دارند بر مبنای ذوب فلز جوش شونده و یا جوش دهنده و یا ذوب همزمان آنها می باشد. استحکام جوش بدست آمده پس از انجماد باید حداقل برابر استحکام فلز پایه باشد. در مواردی که از فلز پرکننده استفاده نمی شود. جوش را, خود جوش یا Autogenous می نامند. این دسته شامل روش های متفاوت ومهمی است که به آن می پردازیم.

قبل از شروع بحث نیاز است که اصل بوجود آمدن یک جوش که از لحاظ کیفی و کمی در حد بالائی می باشد را بررسی می کنیم.

 

١- طراحی محصول (Design)

         ٢- انتخاب مواد(Metallurgy)           

 ٣- انتخاب فرآیند جوشکاری

۴- تهیه دستورالعمل جوشکاری WPS

۵- کنترل که شامل موارد موارد مهم و اساسی زیر می باشد:

 

الف- آزمایش مواد اولیه بصورت غیر مخرب و چشمی(Visual Test)

ب- تائید دستورالعمل جوشکاریPQR بصورت مخرب(Destructive Test)

ج- تائید پرسنل جوشکارWPQ

د- کنترل های کمی و کیفی حین کار

ه- بازرسی و تائید نهائی محصول بصورت مخرب و غیر مخرب NDT

 

١-١-١-۴- جوشکاری به روش شعله ای OFGW(Oxyfuel Gas  . W )

 

اساس این روش بر پایه انررژی حرارتی حاصل از سوختن یک گاز سوختنی به همراه اکسیژن می باشد.

در این روش که به نام جوشکاری اکسی استیل (oxy acetylene) هم معروف است از گاز سوختنی استیل استفاده می شود که طبق واکنش زیر سوخته می شود و حرارتی در حدود cº ٣٣٠٠ ذ وب فلز پایه (Base Metal) ایجاد می کند:

 

a) C2 H2 + O2               H2 +2CO + Heat (⅓ Required Heat)

 

b) 2CO + H2 +3/2 O2                       2CO2 +H2O + Heat (3/2 Required Heat)

 

که واکنش (a) در مخروطی میانه شعله و واکنش (b) در نوک مخروطی میانه انجام می شوند.

نسبت سوخت به اکسیژن مهمترین مساله در تولید حرارت و نوع شعله است بطوریکه:

 

نسبت سوخت                                        نوع شعله                      

        اکسیژن

        ١:١                                            خنثی

         ١<                                           احیائی

         ١>                                          اکسیدی

 

شعله اکسیدی بشدت برای فولادها مضر است ولی برای مس و آلیاژهای آن مناسب است زیرا یک لایه سرباره (Flux) محافظ بر روی حوضچه مذاب تشکیل می شود.

شعله احیائی درجه حرارت پائین تر و برای فرآیندهای لحیم کاری سخت نرم مورد استفاده می باشد.

- معمولا برای ضخامتهای کم (حداکثرmm ۶ ) پس برای ورق های نازک مناسب است.

- مناسب کارهای تعمیراتی

- پخش بودن شعله اعوجاج (distortion) ایجاد می کند.

- شعله محافظ نداشته و بطور کلی عیوب فراونی ایجاد می شود.

- منطقه متاثر از جوش HAZ (Heat  effected zone) بزرگتری داشته و در نتیجه عیوب آن بیشتر است.

 

٢-١-١-۴- جوشکاریهای قوسی با الکترود مصرف شونده (Consumable Electrode)

 

در روشهای قوس الکتریکی حرارت مورد نیاز توسط انرژی الکتریکی (Arc . W) از طریق یک قوس الکتریکی که بین الکترود که در اینجا ذوب شده و دو نقش الکترود و پر کنننده را بر عهده دارد و نیز فلز پایه ایجاد می شود, تامین

می گردد.

-         در این روش ها ولتاژ بطور عمومی باید پائین باشد (مگر در حالتهای خاص همانند روش زیر پودری) و در حدود v٣٠-١٨ می باشد,تا خطر برق گرفتگی از بین رود.

- میزان جریان متغیر و تا A ١٠٠٠ نیزمی باشد.

- دمای قوس حدودc º ۵٠٠٠ می باشد که در روش های خاص بهc º ٣٠٠٠٠ هم می رسد.

- انرژی بوجود آمده شامل %٢٠ تشعشع و %٨٠ حرارت می باشد.

 

١-٢-١-١-۴- جوشکاری قوسی با الکترود روپوش دار یا الکترود دستی SMAW(Shielded Metal Arc    w.)

                                                 یا                                                  MMAW(Manual Metal Arc    w.)      

 

در این روش از یک الکترود روکش دار که شامل مفتول فلزی و روکش می باشد جهت ایجاد قوس استفاده می شود.

-         از برق AC یاDC  استفاده می شود. در جریان DC به علت ثابت بودن جریان قطب مثبت ⅔ قطب منفی گرم  می شود. در این روش الکترود قطب مثبت است (٩۵ %) و قطعه کار منفی , پس الکترود گرمتر شده, زود تر ذوب

 می شود ودر نتیجه نفوذ بیشتری خواهد داشت.اما اگر الکترود منفی باشد                                                            E.(+)

 

 

 دیگر نفوذ زیاد نداریم و در حقیقت هیچگاه مشکل شره کردن جوش

                     (-)B.M

 (Excess) را نخواهیم داشت, که در این حالت رنگ قوس کمی آبی رنگ می باشد

 

و فرضا اگر gap  توسط filler زیاد در نظر گرفته شده باشد

 برای جلوگیری از ریختن جوش ممکن است جوشکار الکترود

 منفی استفاده کند که عمل درستی نمی باشد. جریان DC توسط دستگاه یکسو کننده (Rectifier ) بوجود می آید. در این روش بدلیل وجود گازهای کم محافظ (Shielded gas) ناشی از روکش الکترود طول قوس باید حتی الامکان کوتاه باشد تا نفوذ هوا به محیط جوش و حوضچه به حداقل برسد. پس به جوشکار ماهرتری نیازمندیم.

-         سرباره که معمولا به جذب آلودگی ها و ناخالصی هائی همانند گوگرد و فسفر کمک می کند براحتی جدا نمی شود.

-         طول الکترودها mm ۵٠٠-١۵٠ و قطر آن در حدود mm ٨-١.۶ می باشد (البته طول و قطر الکترود با یکدیگر رابطه دارند.)

-         پهنای گرده باید در حدود ٣-١.۵ برابر قطر الکترود باشد.

-         در همه حالات جوشکاری میسر است.

-         قابل حمل ونقل به دلیل ساده بودن تجهیزات

-         با تغییر الکترود و تغییر شرایط حوضچه مذاب می توان مواد فلزی مختلفی را جوشکاری نمود .

-         ارزان است و جوشکارهای زیادی دارد.

-         سرعت پائینی دارد و زمان بر است (برداشتن گل و سرباره جوش بعد از هر پاس جوشکاری)

-         عیوب جوشی آن زیاد است.

 

٢-٢-١-١-۴-جوشکاری زیر پودری SAW(Submerged Arc   W.)

 

در این روش همانطور که از نامش پیداست حوضچه جوش و جرقه در زیر پودر قرار گرفته و دیده نمی شود.نقش Flux در این روش همانند روکش الکترود می باشد و حاوی دانه های آهک , سیلیس, اکسیدمنگنز, فلوراید کلسیم و دیگر عناصر می باشد که لایه مذاب ضخیمی برروی حوضچه و فلز جوش تشکیل داده و از آن محافظت می کند . ابتدا یک قوس پایدار تشکیل می شود سپس پودر برروی آن ریخته می شود.

-         قطر سیم جوشmm ١٠-١.۵ بوده و می توان از یک یا چند الکترود همزمان استفاده کرد.

-         این روش فقط در شرایط تخت قابل استفاده می باشد.(Flat)

-         جریان در حدود Amp ٢٠٠٠-۶٠٠ و ولتاژ تا v ۴۴٠ متغیر است و می توان از جریان AC یا DC استفاده نمود.

-         در این حالت نرخ رسوب بسیار بالا است(حدود١٠-۴ برابر سرعت روش MMAW ) به همین دلیل سرعت جوشکاری تا m/min ۵ هم تغییر می کند.

-          معمولا برای ضخامتهای بالای mm ۶ استفاده می شود.

-         مقاومت به ضربه و چغرمگی و استحکام خوبی دارد.

-         میزان ئیدروژن جوش در این حالت بسیار کم و همانند جوشکاری با الکترودهای قلیائی است.

-         الکترود می تواند به صورت کلافی (strip) یا تو پودری (Flux cored) باشد.

-         بیشترین میزان استفاده در مخزن سازی و سازه های بزرگ می باشد اما بدلیل اینکه قوس دیده نمی شود پارامترهای جوشکاری باید خیلی دقیق انتخاب شوند.

 

٣-٢-١-١-۴- جوشکاری با گاز محافظ GMAW(Gas Metal Arc   W.)

 

در این روش از یک تفنگ با نازل خروجی گاز محافظ و نیز مکانیزم شارژ الکترود (یک مفتول (Wire) از روی یک قرقره باز می شود و از داخل تفنگ به سطح کار می رسد)به حوضچه استفاده می شود که الکترود نقش فلز پر کننده, و گاز نقش محافظ حوضچه در برابر هوا و گازهای مزاحم را دارد .

بهترین گازهای خنثی, آرگن(Ar) و هلیم(He) هستند که قوس پایدارتر با ترشح کمتر و گرده جوش بسیار با کیفیت را تولید می کنند.اما می توان درصورت امکان و مجاز بودن در شرایط خاص از گازهای نیتروژن (N2) و دی اکسید کربن(CO2) نیز استفاده کرد که جوش ناصاف تر و با ترشح بیشتری تولید می کنند اما ارزانتر هستند.

در این روش انتقال مذاب از الکترود به حوضچه در سه حالت (Mode) انجام می شود.

 

الف- حالت اسپری(Spray Mode)

 

درشرایط استفاده از گاز خنثی همراه با جریان زیاد و قطر سیم جوش کمتر از mm ٢ بوجود می آید.در این حالت ذرات ریز فلز مذاب از F.M (فلز پرکننده ) کنده شده و B.M (فلز پایه ) به میزان چند قطره در ثانیه در اتمسفر قوس الکتریکی به سمت حوضچه مذاب جوش روانه می شوند و باعث ایجاد یک جوش صاف و تمیز می گردد. به همین دلیل در ورق های نازک کاربرد دارد.  (mm ۶ < t )

 

 

ب- حالت قطره ای

 

در جریان های کمتر و سیم جوش کلفت تر قطرات مذاب از سیم جوش جدا شده و در اثر نیروی قوس الکتریکی و وزن خود سقوط خواهند کرد که به حالت قطره ای معروف است. در این حالت از CO2 استفاده می شود و دهانه نازل به دلیل وجود قطرات سریعتر بسته می شوند و مرتب بایستی تمیز شوند.

 

ج- حالت اتصال کوتاه

 

برای جریان ها و ولتاژهای کم (کمتر از A ٢٠٠ برای فولاد با گاز CO2 ) فلز پرکننده ذوب شده و قطره مذاب آنقدر رشد می کند که با قطعه کار اتصال کوتاه پیدا می کند و قوس خاموش می شود. این عمل ۵٠ بار در ثانیه تکرار شده که برای تمامی حالتهای جوشکاری توصیه می شود. از این روش در صنایع اتومبیل و اصولا صخامتهای زیر mm ۶ استفاده می- کنیم (اما برای بالای mm ٢۵-٢٠ هم کاربرد دارد) اگر در این روش از گاز محافظ دی اکسید کربن استفاده شود به آن MIG(Metal Inert Gas) گویند. (البته ممکن است گاز آرگن را به صورت ترکیبی از+Ar CO2 بکار برند.)

 

۴-٢-١-١-۴- جوشکاری قوسی به روش تو پودری FCAW(Flux Cored Arc    W.)

 

در این روش قطر سیم جوش mm ٢.۵-١.۵ بوده و توان دستگاه در حدود kw ٢٠ می باشد.این سیم جوش در درون پودر قرار گرفته است که این امکان را می دهد که الکترود به صورت کلافی در آمده و با روش های اتوماتیک همانند زیر پودری استفاده شوند.

-سیم جوش تو پودری قوس پایدارتر,پروفیل جوش بهتر و خواص مکانیکی بالاتری را در جوشکاری بوجود می آورد.

- برای فولادهای زنگ نزن کاربرد بیشتری دارد.

- در صورت تولید سیم جوش های نازک توپودری امکان جوشکاری ورق های نازک هم وجود دارد.

- نرخ رسوب نیز بالاتر از روش MIG بوده و ورق های با ضخامت mm ٢۵ و بالاتر("٢-"١.۵ ) را به خوبی جوش

 می دهد.

 

۵-٢-١-١-۴- جوشکاری الکترو گاز (Electro gas    Welding)

 

-         برای جوشکاری لب به لب (Butt weld) صفحات خیلی ضخیم بطور عمودی استفاد می شود.

-         حفاظت آن با گاز CO2 روده و در جریان خیلی بالا همانند A ٧۵٠ بکار می رود.

-         ضخامت جوشکاری در یک پاس می تواند تا mm ٧۵ هم افزایش یابد.

-         با استفاده از یک الکترود (فرضا تو پودری یا بدون پوشش)و دو صفحه مسی در دو طرف و انجماد مذاب حاصله در آن  جوش مورد نظر بوجود می آید.

-         این روش برای فولادهای تیتانیوم وآلیاژ آلومینیوم بکار می رود.

-         به صفحات مسی که خنک کننده و آبگرد هستندBack Plate گویند که از جنس مس است.

 

 

۶-٢-١-١-۴- جوشکاری الکترو اسلاگElectro slag    welding          

 

همانند روش الکتروگاز بوده با این تفاوت که فقط در نقطه شروع جرقه و قوس داریم و بعد از آن الکترود به قطعه کار چسبیده و ذوب می شود و جوش را پدید می آورد.

-         استفاده از طرح ساده و لب به لب قطعات بدون پخ

-         پائین بودن هزینه به دلیل نداشتن آماده سازی لبه ها

-         سرعت جوشکاری در حدودmm/sec ٣٠ می باشد.

-         برای جوشکاری مقاطع ضخیم در حدود mm ٩٠٠-۵٠ در یک پاس استفاده می شود.

-         جریان معرفی A ۶٠٠ و ولتاژ v ۵٠-۴٠ می باشد (در ضخامتهای بالاتر جریان بالاتر استفاده می شود)

-         سرعت جوشکاری می تواند mm/sec ۶/ .-٢/ . نیز باشد که سرعت بالائی است و جوش از کیفیت خوبی برخوردار است.

-         سیکل آرام گرم و سرد شدن خط ترک ئیدروژنه را کاهش می دهد ولی از طرفی خطر رشد دانه ها را داشته و احتمال افزایش اندازه دانه ها بیشتر می شود بنابراین چغرمگی شکست جوش کم است.

 

٣-١-١-۴-جوشکاری قوسی با الکترود مصرف نشدنی Non Consumable Electrode         

 

در روش نامبرده الکترودی که قوس را برقرار می کند مصرف نمی شود بلکه در صورت لزوم از یک پرکننده در کنار قوس استفاده می شود.

 

١-٣-١-١-۴- جوشکاری با الکترود تنگستنی یا جوشکاری آرگن GTAW(Gas Tungsten Arc  w.)

 

یا TIG(Tungsten  Inert Gas) در این روش همانند روش جوشکاری با گاز محافظ GMAW دارای نازل گاز محافظ اما با گاز آرگن هستیم که دارای یک الکترود ثابت از جنس تنگستن می باشد. (البته از گاز هلیم هم استفاده

 می شود)

برای ایجاد قوس دو حالت موجود است یا الکترود با قطعه کار برخورد کند با نوک الکترود گرم شده و قوس شروع شود و یا با یک فاصله هوائی و توسط یک ولتاژ بالای لحظه ای ایجاد می شود. حالت اول در این مورد کاربرد ندارد,چون احتمال آلودگی جوش وجود دارد.

-         روشی است بسیار تمیز و با کیفیت بالا به علت پایداری قوس

-         معمولا فلز پرکنننده از جنس فلز پایه می باشد.

-         روش کندی است.

-         در صفحات خیلی نازک, در این روش از فلز پرکننده استفاده نمی شود.

-         حوضچه مذاب کوچکی دارد پس عیوب کمتر و جوش بسیار بهتری دارد.

-          بطور معمول از جریان DC استفاده می شود.جریان DC بدلیل اینکه خطر بیش از حد گرم شدن الکترود بوجود نیاید و نیز قوس پایدارتری داشته باشیم.

-         برای جوشکاری AL و آلیاژهای آن از جریان AC یاDC با جریان مثبت استفاده می شود(به علت دیر گداز بودن AL2O3 باید از DC+ استفاده کرد تا الکترود بتواند در آلومینا نفوذ کرده وبه AL دسترسی پیدا کنیم.)

-         جریان کمتر از A ٢٠٠ استفاده می شود(سرعت جوشکار را کم می کند)

-         هزینه بالائی دارد اما در عوض به علت کیفیت بالا تعمیر (Repair) نداریم.

-         عیب آن آلودگی جوش توسط فلز سنگین و دیر گداز تنگستن (W) بصورت آخال می باشد.

-         می تواند براحتی بصورت اتوماتیک انجام شود.

 

٢-٣-١-١-۴-جوشکاری پلاسماPAM(plasma Arc   W)

 

این روش همانند روش TIG می باشد با این تفاوت که نازل دو جداره برای عبور گاز محافظ از قسمت بیرونی و پلاسما از جداره درونی تعبیه شده است.

وظیفه ایجاد قوس و یونیزه کردن گاز را الکترود تنگستنی بر عهده داشته و وظیفه محافظت را نیز گاز آرگن انجام می- دهداما ایجاد حرارت و ذوب قطعه با گرمای ایجاد شده توسط پلاسما تامین می گردد.(پلاسما به گاز یونیزه باردار گویند که به سطح قطعه با درجه حرارت بسیار بالا برخورد می کند.)

-         با این روش می توان ضخامتهای mm ۵٠-۵/ . را در یک پاس جوشکاری کارد ولی اصولا ورق های نازک را با آن جوشکاری می کنند(اغلبmm < t ).

-         در این روش HAZ  بسیار کوچک است پس کارهای دقیق با عیوب کمتر میسر است.

-         دمای روش تاc  º ۵٩٠٠٠ نیز بالا می رود.

-         جریان کم در حدود A ١٠٠ استفاده می شود.

-         به دو صورت استفاده می شود:

١- الکترود کاتد و قطعه کار آند(+) می باشد.

٢- الکترود کاتد و نازل آند (+) می باشد.

-         گاز محافظت کننده آرگن می باشد و گاز یونیزه شونده آرگن و گاهی به همراه ۵% ئیدروژن , هلیم و نیتروژن می باشد.

-         سرعت جوشکاری نسبتا خوب  mm/sec ١۶-٢

 

۴-١-١-۴-جوشکاری مقاومتی (Resistance  Welding )                       

 

حرارت لازم در این روش دربین دو قطعه توسط عبور جریان از قطعات و گرم شدن درزجوش به علت مقاومت بدست

می آید.

-         مزایای مهم عدم نیاز به الکترو گاز محافظ و فلاکس می باشد (البته برای عبور جریان و انتقال به سطح فلز از دو الکترود خنک شونده مسی استفاده می شود.)

-         هر چه لایه اکسیدی روی سطح بیشتر باشد برای کندن و از بین بردن آن به جریان بیشتری نیاز داریم .

-         میزان گرمای تولید شده از رابطه زیر بدست می آید:

H : میزان گرمای ایجاد شده

t : ضخامت قطعه    H= RI2t                                                          

I : جریان

R : مقاومت قطعات که شامل مقاومت قطعات , الکترودها و فصل مشترک دو ورق می باشد.

- هر چه مقاومت الکتریکی فلز بالاتر باشد نیاز به جریان های کمتری داریم و بر عکس.

- الکترودها علاوه بر اعمال جریان وظیفه فشار را هم بر عهده دارد.

- اندازه جریان تا A ١٠٠٠٠٠هم می رسد که ولتاژ در این حالت v ١٠-۵/ . خواهد بود که البته نکته مهم این است که این جریان و ولتاژ اعمالی در بین قطعات می باشد,چرا که خود قطعات به عنوان مدار ثانویهء ترانسفور ماتور عمل کرده و جریان کم و ولتاژ بالا را به جریان زیاد با ولتاژ کم تبدیل می کند.

 

١-۴-١-١-۴- جوشکاری مقاومتی نقطه ای Spot  welding                      

 

در این روش از دو الکترود میله ای با مقطع گرد استفاده می شود و طرح اتصال روی هم (Lap) می باشد. دراین روش دکمه جوش (Weld Nugget) در حدود mm ١٠-۶ قطر دارد. در سطح جوش نیز (سطح خارجی) مقداری تغییر رنگ مشاهده می شود.

-         شدت جریان مورد استفاده A ۴٠٠٠٠-٣٠٠٠ بوده که به جنس و ضخامت قطعه کار بستگی دارد.

-         اگر جریان بیش از حد باشد پدیده ترشح (Splashing) را خواهیم داشت.

-         انتخاب قطر الکترود ضریبی از قطعه کار خواهد بود. ) (Ø=

-         این روش برای اتصالات با ضخامت ورق کمتر از mm ۶ کاربرد دارد.

-         جوشکاری مواد با هدایت الکتریکی بالا همانند مس و نقره با این روش سخت و مشکل است.

-          

٢-۴-١-١-۴- جوشکاری مقاومتی نواری (Seam Resistance   welding)

 

این روش همان نقطه جوش است با این تفاوت که الکترود ما یک غلتک (Roller) متحرک می باشد و با استفاده از جریان AC و حرکت الکترود بر روی سطح کار عمل جوشکاری بصورت نواری انجام می شود.

-         با عبور جریان منقطع و تنظیم سرعت غلتک می توان یک جوش خطی منقطع با فواصل مشخص بوجود آورد.

-         برای ورق های نازک سرعت فرآیند تا mm/sec ٢۵ نیز می رسد.

 

٣-۴-١-١-۴- جوشکاری مقاومتی با فرکانس بالا (High Frequency  Resistance   Welding)

 

جهت ایجاد حرارت از یک سیم پیچ با جریان فرکانس بالا برای تولید حرارت مورد نیاز در قطعه استفاده می شود و پس از خمیری شدن (Sintering) دو قطعه در هم فشرده می شوند.

-         یکی از کاربردهای آن جوشکاری لوله های درز دار می باشد.

 

۴-۴-١-١-۴-جوشکاری جرقه ای (Flash Welding)

 

در این حالت جریان الکتریکی از طریق دو قطعه مورد نظر برای اتصال لب به لب به منطقه جوش اعمال می شود و پس از ایجاد حرارت لازم دو قطعه دریکدیگر فشرده می شوند.

-         سطح جوش باید کاملا تمیز باشد (عاری از هر گونه چربی ,آلودگی و اکسیدو...)در صورت وجود ناخالصی ها در حین فشار از لای دو قطعه بیرون می زند.

-         بیرون زدگی ناخالصی ها در طرفین اتصال همواره تمیز کاری و پرداخت را ایجاب می کند .

-         ورق های با ضخامت mm ٢۵-٢/ . و قطعات با ابعاد و قطر mm ٧۵-١ از جنس های یکسان و مختلف را می توان به این روش جوشکاری نمود.

 

۵-١-١-۴- جوشکاری با پرتو الکترونی EBW(Electron  Beam  Welding )

 

در این روش با استفاده از یک محفظه خلاء شامل یک تفنگ الکترونی برای متصاعد کردن الکترون و نیز تجهیزات خاص دیگر و پرتاب الکترون به سطح قطعه باعث ذوب موضعی آن و عملیات جوشکاری می شویم.

-         در این روش جوش بسیار متمرکز و تمرکز حرارتی حتی ۵٠٠٠ برابر روش های قبلی خواهیم داشت .

-         خلاء باعث عدم کاهش انرژی پرتاب الکترونها می شود.

-         به علت HAZ بسیار کوچک و متمرکز می توان به نسبت های ٣٠:١ عمق به عرض در جوشکاری رسید(در یک پاس).

-         اتصال فلزات همجنس به غیر همجنس و فلزات به غیر فلزات از این طریق ممکن است.

-         ضخامتهای قابل جوشکاری mm ۵٠-١/ . می باشد که حتی جوشکاری فویل نازک AL را هم ممکن می سازد.

-         به علت پرتاب الکترون از راه دور می توان جوشکاریهای بسیار پیچیده و غیر قابل دسترسی را انجام داد.

-         به علت تمرکز حرارتی بسیار بالا HAZ کوچک تغییر شکل و اعوجاج در قطعه بسیار کم است.

-         بالا بودن نسبت عمق به عرض جوش باعث ایجاد ترکهای طولی در فلز جوش می شود.

 

۶-١-١-۴- جوشکاری  با پرتو لیزر SBW(Laser Beam  Welding )

 

در این روش همانند EBW عمل کرده , با این تفاوت که به جای باریکه الکترونی از باریکه لیزر که یک نور تکرنگ فوکوس شده است, استفاده می شود. با تغییر در فوکوس پرتو می توان ضخامتهای مختلف را جوشکاری نمود.

-         تا ضخامت mm ٢۵ قابل جوشکاری است (در ضخامتهای پائین کاربرد بیشتری دارد)

-         سرعت جوشکاری mm/sec ١٣٠٠-۴٠ می باشد که سرعت بالا برای ورق های نازک است.

-         جوشکاری مناطق غیر قابل دسترسی

-         کیفیت جوش عالی, حداقل انقباض و اعوجاج و نسبت عمق به عرض بالا (٣٠:١ ) در مقایسه با روش EBW :

١- نیاز به خلاء ندارد

٢- امکان تغییر جهت و فوکوس پرتو و راحتی کار و اتوماسیون

٣- پرتو در برخورد با قطعه تولید اشعه X نمی کند و ایمن تر است.

۴- کیفیت جوش از لحاظ عیوب نفوذ ناقص, ترشح و تخلخل کیفیت بهتری دارد.

 

 

٢-١-۴- جوشکاری حالت جامد (Solid State Welding )

 

در این روش ها اتصال بدون ذوب شدن می باشد, پس کلیه عیوب مربوط به ذوب شدن از بین می رود. در این حالت دو سطح تمیز و عاری از هر گونه آلودگی توسط فشار کافی در حد و اندازه های اتمی به یکدیگر نزدیک شده و عمل جوشکاری انجام می شود (در حقیقت یک نوع امتزاج اتمی خواهیم داشت.)

این روش یکی از روشهای مناسب برای جوشکاری فلزهای مختلف به یکدیگر می باشد که البته شکل  پذیری(Formability) بالائی داشته باشند.

روش های بر مبنای این حالت عبارتند از:

جوشکاری اصطکاکی (Friction  W.) , جوشکاری آهنگری (Forging  W.) ,

جوشکاری انفجاری(Explosive W) , جوشکاری فشاری سرد (Cold Pressure   W ) ,

 

٣-١-۴- جوشکاری حالت جامد / مایع (Liquid /Solid State Welding)

 

در این روش با ذوب فلز پرکننده (F.M) و نفوذ آن به درون منطقه جوش بدون اینکه فلز پایه (B.M) ذوب شود یا به دمای بالائی برسد عملیات جوش انجام می شود که این روش را در اصطلاح لحیم کاری گویند.

از نظر دمای عملیات لحیم کاری به دو دسته لحیم کاری سخت(Brazing) و لحیم کاری نرم (Soldering) تقسیم بندی می شوند.

 

١-٣-١-۴- لحیم کاری سخت (Brazing)

 

دمای عملیات در این روش بین c º ۴۵٠ تا دمای ذوب B.M(Tm) بوده و فاصله قطعات از یکدیگر mm ٢-٠٢۵/ می باشد که با توجه به ضخامت و جنس قطعه تعیین می شود. به طور کلی عملیات Brazing به دو صورت انجام می شود:

  • روشی که طی آن F.M در بین دو قطعه B.M قرار می گیردو سپس حرارت داده می شود تا اتصال بر اثر ذوب F.M و نفوذ آن بین دو قطعه در اثر خاصیت موئینگی بوجود آید.
  • در روش دوم که جوش برنج یا Braze  Welding نیز نامیده می شود و بسیار متداول است توسط یک مشعل (همانند جوشکاری اکسی استیلن ) F.M را که از جنس برنج می باشد در محل اتصال ذوب کرده و جوش بوجود می آید . به این روش جوش برنج یا جوش زرد نیز می گویند.

از جهتی دیگر مسائلی چون بزرگ بودن فاصله HAZ به دلیل عدم ذوب B.M وجود نداشته و مسائل و معایب مربوط به آن وجود نخواهد داشت.

-         نکته مهم در Brazing فاصله بین دو قطعه (Gap) می باشدکه تلرانس خیلی کمی دارد و مهمترین عامل استحکام جوش می باشد.

-         استفاده از Flux برای حذف لایه های اکسیدی و چربی و سایر آلودگی ها ضروری  به نظر می رسد.

 

٢-٣-١-۴- لحیم کاری نرم (Soldering)         

 

در این روش F.M در دمائی کمتر از C º ۴۵٠ ذوب می شود ولی روش دقیقا همانند Brazing می باشد.فیلر متا ل مورد استفاده در این روش آلیاژ قلع- سرب و در صورت نیاز به استحکام های بالا از آلیاژهای قلع- سرب, سرب-نقره و ... نیز استفا ده می شود.

-         چون اتصال ضعیفی ایجاد می کند برای اجزائی که بار زیادی تحمل می کنند کاربردی ندارد.

-         برای افزایش استحکام از طرح اتصال روی هم (Lap) به جای روش لب به لب (Butt) استفاده می شود.

 

٢-۴- الکترود و سیم جوش وخواص آنها

 

بطور کلی فلزات پر کننده ای (F.M) که برای جوشکاری بکار می رود به دو دستهء الکترودها(روکش دار ) و سیم جوش ها (الکترودهای لخت) طبقه بندی می شودکه البته نوع جوشکاری از لحاظ فرآیند ونیز دستی یا ماشینی بودن اصلی ترین پارامتر این دسته بندی می باشند.

 

١-٢-۴- الکترودهای روپوش دار (Coated Electrode)

 

این الکترودها شامل یک مفتول یا مغزی فلزی (Rod) به همراه یک روکش (Coat) با خواص مطلوب می باشد. وظیفه مفتول انتقال جریان و عامل شرکت کننده در قوس و نیز ذوب شدن و ایجاد حوضچه مذاب به همراهی B.M می باشد.

در یک جوشکاری با الکترود روپوش دار (SMAW) روکش و مفتول الکترود به همراه یکدیگر مشخصات یک الکترود را به ما معرفی می نمایند. قبل از معرفی الکترودها مختصری درباره روکش الکترود و وظایف و خواص آن بحث می کنیم.

 

١-١-٢-۴- وظایف روکش الکترود

١- بر قراری آسان قوس

٢- محافظت ازحوضچه مذاب و فلز منجمد شده داغ از اکسید شدن و... ونیز حذف ناخالصی ها و جذب آخال توسط ایجاد سرباره

٣- محافظت از اتمسفر با تولید گازهای محافظ

۴- شرکت در ترکیب شیمیائی و ساختار نهائی فلز جوش

۵- برقراری جریان (در کنار Rod )

۶- بهبود ظاهر جوش و کنترل عمق نفوذ

 

٢-١-٢-۴- مواد روکش الکترود

١- موادی که نقش اکسیژن زدائی در فلز جوش را  دارند مانند فرو سیلیسیم, فرو منگنز, فرو تیتانیوم

٢- موادی که نقش بوجود آورنده گازهای محافظ برای حفاظت از حوضچه را بر عهده دارند, مانند سلولز و روتیل وسنگ آهک که گازهای CO2,CO , H2O , H2 را بوجود می آورند.

٣- موادی که نقش برقراری قوس را بر عهده دارند مانند اکسیدهای تیتانیوم و منیزیم

۴- موادی که نقش ایجاد سرباره را دارند مانند روتیل, سیلیس , آلومینا,فلوراسپار,آهک و اکسید منگنز

 ۵-موادی که نقش چسب در ساخت روکش و نیز برقراری قوس را بر عهده دارند مانند سیلیکات های سدیم و پتاسیم.

۶- عناصری که در  آسان جدا شدن سرباره با گل جوش (Slag) از روی خط جوش نقش دارند مانند: روتیل ,فلوراسپار, زیرکون واکسید منگنز

٧- درنهایت عناصر آلیاژی هستند که نقش استحکام دهی و بهبود ترکیب فلز جوش را بر عهده دارند.

 

٣-١-٢-۴- تقسیم بندی الکترودها بر حسب روکش الکترود

 

١ Class – الکترودهای با پوشش سلولزی : با گرمای حاصل ازتجزیه ئیدروژن آزاد شده سبب افزایش عمق نفوذ شده البته باعث ترشح و پاشش بیشتر نیز می شوند ولی از طرفی میزان بالای ئیدروژن در پوشش این الکترودها(m lit/100gr ١٠٠-٣٠ ) مانع از کاربرد این نوع الکترودها برای فولاد های کم آلیاژی می باشد (به دلیل خطر ئیدروژن تردی)

خصوصیات این الکترودها عبارتند از:

-         عمق نفوذ بالا

-         انجماد سریع

-         به دلایل بالا جهت جوشکاری در وضعیت های سرازیر و سر بالا استفاده می شود.

-         پاشش و ترشح زیاد

-         می توان از جریان DC یا AC استفاده کرد ولی بهتر است از جریان DC استفاده کرد چرا که قوس این الکترودها ناپایدار است.

معروفترین الکترودهای این دسته EXX10 می باشند که خصوصا E6010 برای پاس اول یا ریشه(Root Pass) کاربرد زیادی در جوشکاری لوله ها در لوله کشی (piping) دارد.

 

٣و٢ Class الکترودهای با پوشش روتیلی:

 

پوشش این الکترودها دارای مقادیر قابل توجهی روتیل (Tio2) می باشد و مقادیری نیز سدیم و پتاسیم در روکش اضافه می شود که باعث آرامش قوس می شود ولی از طرفی نفوذ را کاهش می دهد. محافظ در این نوع الکترود فقط سرباره است, اگر چه مقادیر کمی از گازهای        H2وCO نیز کار محافظت را انجام می دهند. خصوصیات این الکترودها عبارتند از:

-         کار با آنها راحت است ونسبت به رطوبت حساسیت کمی دارند.

-         پاشش کمی دارند

-         پروفیل جوش مناسبی بوجود می آورند.

-         سرباره براحتی جدا می شود.

-         می توان از جریانهای AC وDC استفاده کرد.

-         عمق نفوذ در این الکترود ها کمتر است و در وضعیت عمودی سر پائین کاربرد دارند.

در این دسته می توان از الکترودهای E6010 و E6012 (روتیلی قلیائی ) نام برد.

 

۴ Class – الکترودهای با پوشش اسیدی: دارای پوشش کلفتی هستند که سرباره حجیم و ضخیمی که براحتی جدا می شود را بوجود می آورد. سطح جوش تمیز و براق بوده ولی نفوذ جوش نسبتا کم می باشد. از این دسته می توان الکترود E 7017 را نام برد.

 

۵ Class- الکترودهای با پوشش اکسیدی: این الکترودها نیز پوشش ضخیم داشته و در پوشش آنها مقادیر قابل توجهی پودر آهن نیز وجود دارد. سطوح جوش خوب بوده و سهولت برداشتن سرباره یا گل جوش از مزایای این الکترودها که

می توان برای نمونه از E6019  نام برد می باشد.

 

۶ Class- الکترودهای با پوشش قلیائی : بخش عمده روکش این الکترودها را اکسیدهای قلیائی چون Cao, Mgo,      Tio2 (که خود به دو نوع روتیلی ساده و روتیلی قلیائی تقسیم می شود)تشکیل داده است . بهترین کیفیت را از لحاظ کیفیت جوش داشته و دارای خواص زیر می باشد:

-         برای فولادهای پر کربن و با گوگرد بالا مورد استفاده دارد (این فولادها به ترک خوردگی و تخلخل حساس تر هستند)

-         حد ئیدروژن خیلی پائین دارند پس برای فولادهای کم آلیاژی بدون احتمال خطر ئیدروژن تردی قابل استفاده

-         می باشند( > ئیدروژن )

-         بدلیل عدم تولید گازهای محافظ در حد کافی باید طول قوس تا حد ممکن کم باشد تا نفوذ اتمسفر به حداقل برسد وبه همین دلیل به جوشکار ماهرتری نیاز دارد و قوس چندان پایداری ندارد.

-         سرباره که به جذب گوگرد و فسفر کمک می کند براحتی جدا نمی شود.

-         حوضچه مذاب به خوبی تصفیه شده وکمترین ناخالصی را داراست.

معروفترین الکترودها ار این دسته عبارتند از : EXX18,E7016,  E7026

 

۴-١-٢-۴- طبقه بندی الکترودها در AWS(AWS    Classification)

 

در انجمن جوش آمریکا (American Welding Society  ) علامت مشخصه الکترود به صورت Exxxx

 می باشد که هر علامت معرف پارامتری از الکترود به شرح زیر می باشد:

 

 

        E     X X    X    X                                     

 

 

 

 

شماره

نوع روپوش

مواد موجود در روپوش

نوع برق

الکترود نمونه

0

سلولزی

سلولز,سدیم,اکسید آهن

Rev.  &     AC

6010 &7010

1

سلولزی

سلولز,پتاسیم

Rev.  &     AC

6011

2

روتیلی

تیتان, سدیم

Rev.  &     AC

6012

3

روتیلی

تیتان , پتاسیم

AC

6013

4

روتیلی

تیتان, پودر آهن

AC

7024

5

قلیائی

سدیم

Rev.

7015

6

قلیائی

پودر آهن

Rev.   &    AC

6018 &7018

7

قلیائی

پتاسیم

Rev.   &    AC

7016 &7026

8

اسیدی

پودر آهن,اکسید آهن

AC

6027

 

  الکترود دستی برای جوشکاری قوسی دستی SMAW

      استحکام کششی الکترود بر حسب ١٠٠٠psi

١:تمامحالات

٢: تخت افقی

٣: تخت

۴: تمام حالات بجزعمودی سر بالا

 

 

 

 

 

 

 

 

برای مثال الکترود  E6010 الکترودی است برای جوشکاری قوسی دستی (SMAW) با استحکام Psi ۶٠٠٠٠ در تمامی حالات با آن می توان جوشکاری کرد و در نهایت الکترودی است سلولزی با نفوذ بالا و سرعت انجماد نسبتا بالا که با هر در نوع برق AC وDC+ کار می کند.

در مورد طبقه بندی الکترودهای جوشکاری برای فولاد کم آلیاژ مانند الکترودهای فولادهای کربنی است,یعنی می توان استحکام کششی هر دو را یکسان در نظر گرقت ولی ترکیب شیمیائی متفاوتی دارند. جدول زیر نشان دهنده عناصر آلیاژی مختلف موجود در الکترودها می باشد:

 

 

 

عناصر آلیاژی    Alloy  Steel

پسوند

V

Mn

Ni

Cr

Mo

__

__

__

__

0.4-0.65

A1

__

__

__

0.4-0.65

0.4-0.65

B1

__

__

__

1-1.5

0.4-0.65

B2

__

__

__

2-2.5

0.9-1.2

B3

__

__

__

1.75-2.25

0.4-0.65

B4

__

__

__

0.4-0.6

1-1.25

B5

__

__

2-2.75

__

__

C1

__

__

3-3.75

__

__

C2

0.05

__

0.8-1.1

0.15

0.35

C3

__

1.25-1.75

__

__

0.25-0.45

D1

__

1.65-2

__

__

1.25-1.45

D2

0.1

1

0.5

0.3

>0.2

G

کاربردهای نظامی خاص

M

 

 

 

- برای مثال در E7018G پسوند G نشانه استفاده از این الکترود برای فولادهای کربنی ساده (CS) می باشد. البته گاهی اوقات از پسوند A1 هم برای جوشکاری فولاد های CS استفاده می شود که مشکلات خاص خود را دارد.

یا در مورد الکترودهای با پسوند C1 و C2وC3 که حاوی نیکل هستند می توان آنها را برای جوشکاری فولادهای K.C.S استفاده کرد. این الکترودها بسیار خوشدست بوده و براحتی ذوب می شوند. البته از الکترودهای EXXX6 نیز می توان برای جوشکاری K.C.S استفاده کرد.

پس برای انتخاب یک الکترود داشتن ترکیب شیمیائی آن (Chemical Composition) و همینطور نزدیک بودن آن به ترکیب فلز پایه بسیار مهم است.

 

۴-٣- عیوب جوشی             Indication &   Defects

 

برای تعریف جوش جدای از تعاریف عملی و مکانیکی _ متالورژیکی می توان گفت که در دید ماکروسکی خود جوش یک عیب می باشد که در یک قطعه وجود دارد , حال هر چه این عیب خود دارای عیوب بیشتری باشد از کیفیت و امنیت پائین تری برخوردار می باشد.

عیوب بوجود آمده در حین جوش و پس از جوش را می توان به دو دسته زیر تقسیم بندی کرد:

١- Indication عیوبی که شامل عیوب تعمیری و غیر تعمیری می باشند.

٢- Defect یا عیوبی که مثلا باید تعمیر شوند.

عواملی که منجر به ایجاد  عیوب جوشی می شوند عبارتند از:

١- عملیات حرارتی شامل پیشگرم (Preheat) , پسگرم(PWHT) و نرخ سرد شدن پس از جوش(Cooling  Rate)

٢- تنظیم پارامترهای پروسه از قبیل: قطبیت (Polarity) , الکترود , گاز محافظ , فلاکس(Flux) , طرح اتصال (Joint Design) و جنس قطعه کار و غیره.

٣- مهارت جوشکار

۴- عوامل محیطی مانند وجود گازهای زائد در اتمسفر قوس که در ترکیب شیمیائی حوضچه و همچنین ایجاد عیوب نقش بسزائی دارند.

۵- تجهیزات جوشکاری در بر گیرنده: موتور- ترانس جوشکاری,دینام , و لوازم جانبی جوشکاری.

 یک دسته بندی ساده برای عیوب عبارت است از:

 

١-٣-۴- سوختگی ناشی از برخورد نوک الکترود به سطح قطعه کار یا اثر قوس - ARC   Strike

 

این عیب که در اثر بی دقتی جوشکار به وجود می آید, در اثر ایجاد قوس ناگهانی در محلی غیر از محل جوشکاری بوجود می آید. در اثر ایجاد قوس در یک نقطه مابین الکترود و قطعه کار محلی از قطعه به صورت موضعی داغ شده و خیلی سریع سرد می شود. این سرد شدن سریع باعث سختی و تردی همان قسمت و در نتیجه مشکل دار شدن جوش می شود که می تواند مکانهای بسیار مناسبی برای خوردگی باشدکه می تواند بدلیل تنش پسماند بالا تر (در مقایسه با نقاط دیگر) باشد.  عامل بوجود آمدن تنش پسماند و تردی بوجود آمدن فاز مارتنزیت در اثر بالا رفتن موضعی دمای محل برخورد الکترود با قطعه کار و سریع سرد شدن َآن می باشد که در بارهای ضربه ای و نیز اضافه بار (over load )

 می تواند مکان جوانه زنی و رشد ترک باشد.

در این مورد برای گرم کردن الکترود یا به عبارتی روشن کردن آن می توان آنرا روی خط جوش (قبل از جوشکاری )گرم کرد که در این

 صورت خط جوش آنرا ذوب کرده و مشکل بیان شده در بالا دیگر مطرح نمی شود.                           نقطه گرم کردن

این مساله خصوصا در فولاد های پرکربن و منگنز مانند                        EL.                                           

 خط لوله(pipe line) نیازمند دقت بیشتری است که

 در این حالت برای روشن کردن یا گرم کردن الکترود از یک قطعه

واسطه در کنار خط جوش استفاده می شود.

 

   

                                                                                                                    line  Weld                                                                                                                                                                                    

 

٢-٣-۴- تخلخل یا ُمک  Porosity                  

 

عامل اصلی ایجاد این عیب حلالیت متفاوت گازها در دماهای مختلف و در نتیجه محبوس شدن حبابهای گاز در حین سرد شدن سریع جوش به علت پائین آمدن میزان حلالیت آنها می باشد چرا که به علت سرعت بالا انجماد گاز موجود در مذاب فرصت خارج شدن از حوضچه را ندارد.

دلایل بوجود آورنده این عیب عبارتند از:

-         حرکت سریع دست جوشکار که باعث تلاطم حوضچه و بالا رفتن احتمال نفوذ گاز به حوضچه می شود.

-         مرطوب بودن الکترود که باعث تولید گاز می شود( خصوصا در الکترود های قلیائی )

انواع تخلخل در جوش را از لحاظ شکل ظاهری می توان به دسته های زیر تقسیم کرد:

١- کروی Spherical : در اثر تشکیل بخار آب بوجود آمده و شکل ظاهری آنها حباب کروی می باشد.

٢- کشیده شده یا طولی( به سمت بالا) Elongated : در اثر وجود گاز ئیدروژن که بسیار سبک می باشد , این تخلخل بوجود می آید و دلیل کشیده شدن این نوع تخلخل در راستای عمودی ( به جهت فرار از مذاب ) به علت سبکی H2 می باشد.

٣- خوشه ای Cluster: در صورتیکه تخلخل ها در کنار هم قرار بگیرند و مانند خوشه انگور تشکیل یک مجموعه از مک ها را بدهند به آن تخلخل خوشه ای گویند.

۴- پراکنده یا مجزا Separated or Individual : همانطور که ار نامش پیداست توزیع نامنظم تخلخل در فلز جوش را گویند.

در پاس اول اگر تخلخل کشیده شده (Elongated) در لحظه آخر به سطح برسد به آن (Worm hole or blow hole) گویند که خصوصا در هنگام استفاده از الکترود های سلولزی مانند E6010 بوجود می آید.

حرکت صحیح دست جوشکار , عدم بوجود آوردن تلاطم در حوضچه , تنظیم بودن آمپر و ... می توانند به جلوگیری از بوجود آمدن این عیب کمک کنند.

 

٣-٣-۴- نفوذ ناقص(  Lack of penetration(Incomplete penetration or Inadequated penetration

 

این عیب که فقط مخصوص پاس اول است, در صورت نبودن جریان الکتریکی به میزان کافی و یا عدم طراحی مناسب اتصال ویا انتخاب

 نادرست قطر الکترود و یا حرکت سریع دست جوشکار بوجود آمده و به معنای نرسیدن مذاب به ریشه جوش و عدم اتصال کامل می باشد.

 

وجود این عیب افت استحکام مکانیکی جوش می باشد.

 چرا که مانند یک ترک ماکروسکپی پاشنه جوش می باشد.

 

 

 

 

                                              نفوذ ناقص                                                    نفوذ کامل

 

۴-٣-۴- ذوب ناقص  Lack of fusion                    

 

این عیب که در دیواره ها به دلیل عدم شرکت در حوضچه مذاب (ذوب نشدن دیواره های پخ )بوجود می آید می تواند مانند یک ترک تیز عمل

کرده و بسیار خطرناک باشد خصوصا اگر جوش تحت تنش های عرض(کشش عرضی) و یا خمش قرار گیرد این عیب بسیار خطرناک

خواهد بود.

 

 

 

Lack of                                                                               

Fusion                                                                              

 

از عوارض ایجاد این عیب می توان تکنیک نا مناسب جوشکار را نام برد (حرکت عرضی دست بیش از ٣ برابر قطر الکترود)

 

۵-٣-۴- جذب گازها Absorbs ion of Gases                              

 

در اثر دمای بالا و نیز در اثر تلاطم , مذاب تمایل به جذب گاز پیدا کرده و مشکل جذب گازها توجود می آید اینها  می توانند

 

عامل ایجاد تخلخل و یا تردی ویا تغییر ترکیب مذاب با توجه به نوع گاز شوند.

گازهایی که جذب حوضچه مذاب می شوند شامل نیتروژن , اکسیژن موجود در اتمسفر و نیز ئیدروژن ناشی از رطوبت می باشد.

مهمترین عامل جلوگیری از این عیب ایجاد یک اتمسفر محافظ توسط یک گاز محافظ می باشد که باید شرایط زیر را داشته باشد:

١- حلالیت آن در مذاب کم باشد

٢- تمایل به فرار از مذاب داشته باشد (سبک)

٣- میل ترکیبی کمی به مذاب داشته باشد.

 

۶-٣-۴- جذب ناخالصی و آلودگی Contamination Pick Up                   

 

در صورت وجود آلودگی هائی از قبیل اکسیدها ,چربی و... در محل جوش قبل از شروع جوشکاری احتمال ایجاد این عیب بالا می رود و عناصر مضری چون گوگرد و فسفر و دیگر عناصر ناخالصی (حتی می تواند شامل عناصر آلیاژی نیز شود.) جذب فلز جوش می شوند. برای مثال افزایش روغن از ١/ . به ٢۵/ . در مکان جوشکاری می تواند باعث کاهش چغرمگی و شکل پذیری فلز جوش شود.

 

٧-٣-۴- سرباره محبوس شده Slag  Inclusion  

همانطور که از نام آن پیداست ذرات سرباره و گل جوش در مذاب باقی مانده و باعث بوجود آمدن این عیب می گردند. اگر در یک پاس گل جوش خوب تمیز نشده باشد در جوشکاری پاس بعدی ذرات سرباره در حوضچه مذاب وارد شده و در آن باقی

 می مانند. خصوصا در کناره های هر پاس که سرباره براحتی پاک نمی شود احتمال این مساله بیشتر می باشد.

از طرفی در صورت بالا بودن سرعت جوشکاری سرباره بوجود آمده توسط پوشش فرصت بالا آمدن به روی حوضچه را نداشته و در فلز جوش باقی مانده شکل ظاهری آن کروی نبوده و بیشتر به صورت اشک می باشد.             

                                                            

                                                                                                      

 ٨-٣-۴- سوختن شیاری یا بریدگی کنار جوشUnder Cut               

 

 

در هنگام جوشکاری در بعضی مواقع به دلایل زیر: Cap or Face under Cut                               

-         بالا بودن آمپر

-         حرکت سریع دست جوشکار

-         زاویه نامناسب دست جوشکار Root under cut                                                                  

-         فاصله نامناسب الکترود از قطعه کار

-          

ممکن است لبه های بالائی و پائینی پخ جوشکاری در فلز جوش شرکت نکنند و به صورت شیار در کناره خط جوش در بالا و پائین W.M. باقی بمانند. این عیب مانند شیار در نمونه شیار دار تست ضربه بوده و بشدت خطرناک خواهد بود

(با توجه به شعاع شیار).

 

 

 

 

٩-٣-۴- جرقه یا پاشش Spatter                 

 

پاشیدن قطرات مذاب به اطراف محل جوش را گویند که شامل منطقه نزدیک جوش و دور از آن تقسیم بندی می شود. جرقه هائی که نزدیک به خط جوش باشد به علت عدم سرد شدن پس از برخورد با سطح قطعه کار به صورت موضعی آنرا ذوب کرده و با B.M. ممزوج می شوند , این جرقه را نمی توان با برس سیمی (Wire  Brush) برداشت و باید حتما آنرا سنگ زنی (Grinding) کرد ولی جرقه های دورتر به علت سرد شدن فقط روی قطعه کار می چسبند و با یک برس براحتی تمیز می شوند. به هر حال این عیب باعث اعمال حرارت موضعی و در نتیجه ایجاد  تنش پسماند و نیز حتی ساختار بصورت موضعی می شود که می تواند خوردگی را به همراه داشته باشد. عوامل ایجاد این عیب شامل موارد زیر می باشد:

-         بالا بودن آمپر

-         زاویه دست جوشکار

-         نوع الکترود و پوشش آن که مهمترین عامل ایجاد جرقه می باشد و الکترودهای سلولزی مهمترین نوع این الکترودها می باشند.

 

١٠-٣-۴- جدایشSegregation                     

 

اختلاف در ترکیب شیمیایی را بطور کلی جدایش گویند. در فلز جوش نقاط اولیه انجماد نسبت به آخرین مکان انجماد ترکیب شیمیایی متفاوتی دارند که باعث بروز مشکلاتی چون خوردگی و ناهمگنی خواص مکانیکی و فیزیکی در فلز جوش می شود.

بطور کلی به علت انجماد جهت دار ازکناره دیواره پخ به علت مرکز جوش ما در مرکز در آخرین مرحله انجماد یک مذاب  غنی از ناخالصی : مانند گوگرد (مهمترین عامل ترک خوردگی گرم)...خواهیم داشت.

این جدایش درخط جوش باعث ایجاد ترکیبهای خاص(مانندCr3C و...) شده و خصوصا با ایجاد ترکیب کاربید کرم در فولادهایS.S, کناره جوش از کرم فقیر شده و احتمال بوجود آمدن خوردگی وجود دارد.

 

١١-٣-۴- تنش های پسماندResidual Stress                               

 

درقطعات ضخیم و نیز روش های جوشکاری با حجم مذاب بالا مانند الکترواسلاگ و الکترو گاز احتمال بوجود آمدن تنش های پسماند به علت انتقال حرارت بالا و سرد شدن سریع وجود داشته و باعث تردی جوش می شود . برای جلوگیری از این مشکل باید نرخ سرد شدن (Cooling Rate) و میزان حرارت ورودی به جوش (QW) را کنترل کرده و همچنین از یک طرح اتصال مناسب با, روش جوشکاری و ضخامت قطعه کار استفاده کرد.

 

١٢-٣-۴- وزش یا انحراف قوس (Arc  Blow)

 

تحت شرایط خاصی در جوشکاری قوس ایجاد شده به یک علت منحرف می شود که باعث ایجاد مشکلات در جوشکاری می شود . این پدیده به علت نامتعادل بودن منران مغناطیسی بوجود می آید که به دو عامل ایجاد می شود:

١- تغییر در مسیر حرکت جریان در محل ورود به کار و در محل اتصال کار به زمین.

٢- آرایش نا متقارن خطوط میدان در اطراف قوس که معمولا در زمان جوشکاری فلزات آهنی پیش می آید.

معمولا در انتهای قطعه به علت تغییر آرایش میدان مغناطیسی قبل از رسیدن به لبه دچار این مشکل می شویم که با قرار دادن یک قطعه دیگر در کنار قطعه کار ویا استفاده از جریان متناوب (AC) می توان این مشکل را حل کرد.

 

١٣-٣-۴- ترکها Cracks                             

 

در اثر انقباض ناشی از انجماد در درون قطعه (فلز جوش ) تنش های کششی بوجود می آید که در صورت وجود شرایط ترک احتمال ایجاد آنرا بشدت بالا می برد.

ترکها در فلز جوش و منطقه اطراف جوش (HAZ) بوجود می آیند که هر یک دارای نامی جدا و شرایط بوجود آودنده متفاوت می باشند.

بطور کلی برای ایجاد و رشد ترک دو عامل اصلی ساختار ترد (غیر نرم) و تنش کششی مورد نیاز می باشد. در جوشکاری می توان عوامل بالا را در درون یکسری پارامتر بشرح زیر بیان کرد:

١- ترکیب شیمیایی مواد مصرفی (...Flux, F.M., B.M.)

٢- پارامترهای جوشکاری (جریان, قطبیت , سرعت حرکت و...)

٣- طراحی اتصال

 

 

 

انواع ترک بوجود آمده در جوش را می توان به صورت شماتیک در شکل زیر نمایش داد و بشرح زیر نام برد:

 

 

2          9                                                                                                                                                 

 

                                4                                                                                                                

             5                                                                   1

 

 

 

              7

               8

                      6                                                    3

 

 

 

١- ترک در چاله جوش Weld  Metal   Crater Cracking    

 

این ترک که در نقطه انتهائی خط جوش (Crater) به علت انقباض نهائی بوجود آمده, جزء ترکهای منطقه فلز جوش می باشد.

 

٢- ترک عرضی در جوش Weld Metal Transver Cracking            

 

خطرناکترین ترکها در جوش ترکهای عرضی هستند که به دلیل عرضی بودن و احتمال عبور از W.M. و رسیدن به B.M. (منطقه HAZ) بسیار حائز اهمیت می باشند.

این احتمال وجود دارد که ترکهای عرضی در فلز جوش وارد منطقه HAZ شده و به ترکهای عرضی در این منطقه تبدیل شوند. (ترک های عرضی Repair ندارند)

 

٣- ترک عرضی در مجاور جوش HAZ  Transver    Cracking                 

 

این ترک که در منطقه HAZ بوجود می آید جزء ترکهای B.M. بوده و باعث خرابی قطعه و بازگشت (Reject) آن می شود.(در صورت بیشتر بودن از حد مجاز )

 

۴- ترکیدگی طولی در جوش Weld Metal  longitudinal Cracking        

۵- ترکیدگی گوشه ای                    Toe Cracking

۶- ترکیدگی زیر فلز جوش Under Bead Cracking              

٧- ترکیدگی در خط ذوب Fusion Line Cracking            

٨- ترک در ریشه فلز جوش Weld Metal Root Cracking          

٩- ترک ستاره ای Star Cracking                   

 

این ترک که در اثر برداشتن الکترود توسط جوشکار در انتهای خط جوش (به علت تمام شدن الکترود و یا تمام شدن خط جوش ) در مکان چاله جوش (Crater ) ایجاد می شود را می توان با مکث بیشتر در نگاهداشتن الکترود در آن مکان توسط جوشکار حذف نمود.

 

۴-۴- فرم مشخصات روش یا فرآیند جوشکاری WPS(Welding Procedure Specification )

 

برای انجام یک جوشکاری نیاز به مشخص نمودن پارامترهای مختلف عملیات می باشد.

برای این منظور استفاده از یک قالب و فرم یکسان در تمامی شرایط لازم به نظر می رسد برای این منظوراز WPS استفاده می شود. WPS یعنی مشخصا ت فرآیند جوشکا ری که در قالب یک فرم مشخص و استاندارد; (ASME.IX) برای انجام جوشکا ری به مسئول مربوطه داده می شود تا تحت آن شرایط عملیا ت جوشکاری را انجام دهند. برای اینکه یک WPS تائید شود باید کیفیت آنرا تائید نمود(PQR) که در مبحث بعدی به آن پرداخته می شود. 

فرم WPS شکل های مختلفی مانند نمونه های زیر تهیه می شود.

فرم WPS بالا در کدهای ASME.IX,  QW-401-410 موجود بوده و اجزای مختلف آن بشرح زیر می باشد.

 

 

١-۴-۴- مشخصات سر برگ

 

 

در این قسمت مشخصات عمومی شامل :نام شرکت , نوع روش و بقیه مسائل به ترتیب زیر ذکر می شود:

١- شماره WPS.Welding Procedure Specification No           

٢- تاریخDate                            

٣- شماره بازبینی Revision No.               

۴- تاریخ بازبینی

۵- شماره فرم PQR مربوطه Supporting PQR No. که این WPS  را تائید می کند.

۶- روش یا روشهای جوشکاری Welding Process(es)           

که در این قسمت نوع روش مورد نظر با علامت اختصاری بشرح زیر بیان می شود:

 

 

 

SMAW:Sheilded Metal Arc Welding

GTAW: Gas Tungsten Arc Welding

TIG:   Tungsten Inert Gas Arc Welding

GMAW: Gas Metal Arc Welding

MIG: Metal Inert Gas Arc Welding

MAG: Metal Argon Gas Arc Welding

SAW: Submerged Arc Welding

FCAW: Flux Cored Arc Welding

PAW: Plasma Arc Welding

ESW: Electro slag Welding

EGW: Electro Gas Welding

EBW: Electron Beam Welding

LBW: Laser Beam Welding

OFW: Oxy Fuel Welding

 

 

 

- نحوه ا نجام فرآیند Type           

 

که می تواند به یکی ازسه صورت زیر باشد:

الف- دستی Manual: مانند الکترود دستی (SMAW) یا جوش آرگون(GTAW) در سایت

ب- نیمه اتوماتیک Semi Automatic: در این روش دستگاه جوشکاری برای نظارت بر کارش نیاز به یک اپراتور دارد مانند توپودری(FCAW)

ج- اتوماتیک Automatic: مانند روشهائی چون زیر پودری (SAW) و در بعضی اوقات روش گاز محافظ(MIG/MAG)

 

 

      ٢-۴-۴-طرح اتصال    Joints(QW.402)

 

در این قسمت تمامی اطلاعات مربوط به طرح اتصال و اندازه و ابعاد و نوع آن مشخص می شود:

٨- طرح شیار با پخ Groove Design     

در این قسمت با توجه به جداول زیر نوع پخ ذکر می شود:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

نوع اتصال

Joint Type

Symbols

اتصال سر به سر(لب به لب)

Butt Joint

B

اتصال گوشه ای

Corner Joint

C

اتصال T شکل

T-Joint

T

لب به لب یا گوشه ای

Butt or Corner J

BC

T شکل یا گوشه ای

T or Corner J

TC

لب به لب یا T شکل یا گوشه ای

Butt, T, Corner J

BTC

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

نوع شیار

Weld Joint type

Symbols

شیار مربعی

Square Groove

 

شیار V شکل یک طرفه

Single<V> Groove

 

شیار V شکل دو طرفه

Double<V> Groove

 

شیار جناقی یک طرفه

Single Bevel Groove

 

شیار جناقی دو طرفه

Double Bevel Groove

 

شیار U شکل یک طرفه

Single <U> Groove

 

شیار U شکل دو طرفه

Double <U> Groove

 

شیار J شکل یک طرفه

Single <J> Groove

 

شیار J شکل دو طرفه

Double <J> Groove

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   

می توان در این قسمت بصورت شماتیک تمامی اطلاعات و اجزای اتصال را به ذکر اندازه ها و ابعاد فاصله دو قطعه(Gap), زاویه پخ(۴-٣٠ یکطرفه) , اندازه عمق ریشه (Face), ضخامت قطعه (t), اندازه گرده جوش (Cap) و نیز اندازه نفوذ پاشنه یا ریشه (Root Penetration) بیان نمود که در قسمتی تحت عنوانJoint Details

 می آید.

در مورد ضخامت قطعه باید توجه کرد که اگر ضخامت قطعه کار از″٨ /٧ بیشتر باشد باید شکل پخ را عوض نمود در زیر دو نمونه پخ با ضخامتهای مختلف را می بینیم.                  

   

 30º-40º                                                                                                                                 

1-2.5 mm                                                                                           10º

CAP                                                                                                      

                                         

1-3                                           t < ⅞″                                                       30º-40º  

Face                                                                                                                                            t > ⅞″                                                      

                                                                                                                                                   

                                              Root   1.5-2                                                                            t= ¾"

                 

 

            Gap          2-4 mm

                                                               ¾"=19.05 mm                ⅞″= 22.225 mm 

 

     

 

 

 

 ٩- پشت بند Backing     

 

در صورت استفاده از پشت بند ها باید در این قسمت با ذکر مواد مورد استفاده و نوع آن کاملا مشخص شود صفحه پشت بند صفحه ای است که در پشت شیار جوش جهت مصارف زیر قرار می گیرد.

الف_ جوش در پاس اول شره نکند(Excess) و به اصطلاح نریزد.

ب_ جوش با سرعت مناسب و دلخواه سرد شود که این عمل توسط پشت بندهایی با لوله های آبگرد (در جوشکاری EGW) انجام می گیرد.

ج_ پشت بند عمل محافظت را انجام می دهد. این مورد در روش جوشکاری GTAW در پاس اول انجام می گیرد که توسط یک گاز خنثی مانند آرگن(Ar) که از داخل لوله (در لوله ها قابل انجام است ) به پشت درز جوش می رسد و توسط صفحاتی به نام Purge محبوس می شود و در حقیقت پاس اول از هر دو طرف محافظت می شود. این صفحات پس از جوشکاری در داخل لوله باقی مانده و پس از جریان یافتن سیال در درون لوله در قسمت هایدرو تست(Hydro test) در آن حل شده و از بین می رود.

 

١٠- نوع و جنس مواد مصرفی در پشت بندBacking  Material (Type)     

 

در این قسمت نوع و جنس مواد مصرفی را ذکر می کنیم که بصورت زیر است:

الف- تسمه های آهنی

ب- تسمه های مسی

ج- تسمه های مسی همراه با لوله های آبگرد

د- پودر محافظ Flux   

ه- تسمه کربنی

و- گاز محافظ (Ar)

 

١١- اطلاعات متفرقه Other         

 

در این قسمت اطلاعات متفرقه و اضافی در صورت نیاز وارد می شود.

 

٣-۴-۴- فلز پایه       Base Meta (QW-403)

 

یکی از مهمترین قسمتها در WPS قسمت فلز پایه بوده که جنس قطعات جوشکاری و مشخصات و ترکیب شیمیایی آنرا به ما می دهد.

١٢- کد جنس قطعه اول.  P. NO

١٣- کد جنس قطعه دوم(QW-420/422)    

در این قسمت کد وشماره مشخص کننده جنس قطعات نوشته می شود که نشان دهنده جنس مورد نظر می باشد تقسیم بندی کلی ASME بر حسب اعداد زیر می باشد:

P.NO:

١١-١ فولاد و آلیاژهای آن (Steel & Alloy )

٢۵-٢١ آلومینیوم و آلیاژهای آن  (AL & Alloy)

٣۵-٣١ مس و آلیاژهای آن   (Cu & Alloy)

۴٧-۴١ تیتانیوم و آلیاژهای آن (Ti & Alloy)

۶٢و ۶١ زیرکونیم و آلیاژهای  (Zr & Alloy)

 

 

در بعضی موارد می توان در دسته بندی برای دقیق تر بودن, علاوه بر ذکر P.NO. کد G.NO(Group No)

را هم ذکر کنیم که در صورت نیاز در آنجا ذکر می شود.

١۴- محدوده تغییرات ضخامت Thickness Range .     

در این قسمت ضخامتهایی را که WPS  مربوطه در بر می گیرد و به عبارتی در Detail Design

ذکره شده است را وارد می کنیم. یکی از مهمترین پارامترهای تعیین کنننده عملیات حرارتی (پیشگرم و پسگرم ) پارامتر ضخامت می باشد که تعداد پاس ها و مقدار مصرفی الکترود و غیره را تعیین می کند.

ضخامتها یی که بصورت استاندارد تعیین شده اند (در مورد لوله ها ) عبارتند از :

 

 

 t <  ″ 

 ¾″  ≤ t < 1

  ″    ≤ t < ⅜″

 t ≥ 1 ½″

 ⅜″ ≤ t < ¾″

 

 

 

١۵- محدوده تغییرات قطر نامی لوله      Pipe Dia. Range                

 

در این قسمت محدوده تغییرات در قطر لوله را ذکر می کنیم که می تواند تعداد جوشکار مورد نیاز و یا شرایط فر آیند و غیره را تعیین کند و بصورت زیر دسته بندی می شود.

 

                O.D. < 2"   &   2" ≤ O.D < 12"    & O.D. ≥ 12"       

 

باید توجه داشت که هر چه محدوده تغییرات در قطر و ضخامت کم شود هزینه کاهش یافته و البته کیفیت نیز تغییر می کند (به علت یکسان شدن wps برای ضخامتهای مختلف ) که این مطلب مورد نظر پیمانکاران می باشد اما از طرفی کارفرما با توجه به استانداردی که از پیش تعیین کرده است تمامی این مطالب را در مشخصات فنی پروژه (Project  Spec.)

مشخص می نماید.

 

 

0-اطلاعات مختلف و اضافی Others               

 

 

۴-۴-۴- فلز پر کننده (الکترود و سیم جوش ) Filler Metals (QW. 404)

یکی دیگر از اساسی ترین قسمتهایWPS این قسمت بوده و نشان دهنده نوع الکترود و سیم جوش معرفی است . این قسمت نیاز به تبحر و مطالعه فراوان داشته و نیازمند تجربه زیادی می باشد.

 

١٧- کد یا شماره فلز پرکننده F NO. (QW-432)

این قسمت که همانند  P NO. در B.M. می باشد نشانگر دسته بندی جنسی F.M. بوده و نوع آن را بطور کلی نشان می دهد. دسته بندی F NO. به صورت زیر می باشد:

 

F NO.

 

۶-١  فولاد و آلیاژهای آن                (Steel & Alloy)

٢۴-٢١ آلومینیوم و آلیاژهای آن       (AL & Alloy)

٣٧-٣١ مس و آلیاژهای آن             ( Cu & Alloy)

۴۵-۴١ نیکل و آلیاژهای آن            (Ni & Alloy)

۵١   تیتانیوم و آلیاژهای آن             (Ti & Alloy)

۶١  زیرکونیم و آلیاژهای آن             ( Zr & Alloy)

 

 

 

١٨- دیگر جنس های هم خانواده Other                   

 

در این قسمت هم خانواده های دیگر این F  NO. را می توان معرفی کرد:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شماره

مشخصات

نوع سیم جوش

A5.1

مشخصات الکترودهای جوشکاری قوس فولاد معمولی

A5.3

مشخصات الکترودهای جوشکاری قوس آلومینیوم و آلیاژهای آلومینیومی

A5.4

مشخصات الکترودهای روکش دار فولاد زنگنزن کرم دار و کرم نیکل

A5.5

مشخصات الکترودهای روکش دار فولاد کم آلیاژ ویژه جوشکاری قوس

A5.6

مشخصات الکترودهای روپوشدار مس و آلیاژهای آن

A5.7

مشخصات سیم جوش و الکترودهای سخت مس و آلیاژهای آن

A5.8

مشخصات سیم جوش لحیم کاری (Brazing)

A5.9

مشخصات سیم جوش لخت فولاد زنگنزن کرم دار وکرمی نیکلی همچنین

 سیم جوشها و الکترودهای لایه لایه, کامپوزیت وتوپر

A5.10

مشخصات سیم جوش و الکترود لخت برای جوشکاری آلومینیوم و آلیاژهای آن

A5.11

مشخصات الکترودهای روکش دار نیکل و آلیاژهای آن

A5.12

مشخصات الکترودها و سیم جوش لخت جوشکاری TIG

A5.13

مشخصات الکترودهای روکش دادن سطحی 

A5.14

مشخصات سیم جوش و الکترودهای لخت نیکل و آلیاژهای آن

A5.15

مشخصات سیم جوشها و الکترودهای روکش دار جوشکاری چدن

A5.16

مشخصات سیم جوش و الکترودهای تیتانیوم و آلیاژهای آن

A5.17

مشخصات الکترودهای لخت فولاد کربنی و فلاکس برای SAW

A5.18

مشخصات الکترودهای فولاد معمولی ویژه GMAW

A5.19

مشخصات سیم جوش والکترودهای لخت آلیاژهای منیزیم

A5.20

مشخصات الکترودهای توپودری فولاد معمولی ویژه جوشکاری قوس

A5.21

مشخصات الکترودها و سیم جوشهای روکش کردن کامپوزیت

A5.22

مشخصات الکترودهای توپودری فولاد زنگنزن کرم دار و کرم نیکل

A5.23

مشخصات الکترودهای لخت فولاد کم آلیاژی و فلاکس برای SAW

A5.24

مشخصات الکترودها و سیم جوش لخت جوشکاری زیر کونیم و آلیاژها آن

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 ١٩- کد یا عدد ترکیب شیمیایی و آنالیز A  NO.             (QW-442)

 

در این قسمت با توجه به جداول موجود در QW-442 می توان آنالیز مربوط به F.M. را نوشت این دسته بندی در ASME  به دوازده گروه تقسیم می شود که در جداول مربوط آمده است. باید توجه داشت که از آنالیز شیمیایی B.M. به آنالیز شیمیایی F.M. و به الطبع نوع الکترود آن پی می برند.

 

٢٠- دیگر آنا لیزهای هم خانواده 0ther             

 

٢١- شماره مشخصات فنیSpec. No. (SFA)  (QW.432)

 

در این قسمت با توجه به F NO. یا A  NO. مشخص شده عدد SFA آنرا تعیین می کنند که در همان جدول QW-432  درکنار F NO. آمده است.در زیر انواع SFA. NO آمده است:

 

٢٢- رده بندی AWS AWS        NO (Class)                        

 

در این قسمت معادل استاندارد AWS برای F.M. انتخاب شده را ذکر می کنیم این قسمت نیز با توجه به QW-432 بدست می آید. فرضا در الکترود های زیر عدد معادلF.NO. وSFA وAWS. NO آمده است.

 

 F.NO.           SFA ( ASME , Specification    NO.)                 AWS. NO

 

4                              SFA 5.1 & 5.5                              Exx15 , Exx16 , Exx18 , Exx48

 

که مربوط به الکترودهای قلیایی یا کم ئیدروژن می باشند.

 

٢٣- اندازه یا سایز الکترود Size of Electrode                  

 

در این قسمت با توجه به ضخامت قطعه و نوع و مقدار جریان و نیز نوع و تعداد پاس و قطر الکترود تعیین می شود. فرضا باید توجه داشت که می توان یک ضخامت را با محدوده اندازه ای متفاوتی از قطر الکترود جوشکاری نمود.

 

٢۴- اندازه یا سایز پرکننده Size Of Filler  

 

اگر در روش خاص مانند GTAW نیاز به ماده پر کننده یا مفتول جوش بود در این قسمت قطر یا سایز آن نوشته می شود.

 

٢۵- طبقه بندی پوشش الکترود یا پودر جوشکاری Electrode –Flux (Class)     

دراین قسمت در صورت نیاز در مورد پوشش الکترود و یا پودر سرباره توضیحات لازم و طبقه بندی آن ذکر می شود.

 

٢۶- مواد مصرفی پر کنندهConsumable   Insert               

در جوشکاری ساختمانی و کارهای غیر دقیق گاهی اوقات در ضخامتهای بالا قطعاتی از جنس فلز پایه در داخل شیار جوش قرار می دهند که در هنگام جوشکاری پس از ذوب جز فلز جوش شده و در ترکیب آن تاثیر می گذارد. اما در Piping در هیچ جا این کار مجاز نمی باشد.

 

٢٧- دیگر اطلاعات Other               

 

۵-۴-۴- حالت جوشکاری              Position (QW.405)   

 

در این قسمت وضعیت و حالت جوشکاری ذکر می شود.

حالات جوشکاری همانطور که درمبحث الکترودها به آن اشاره شد می تواند در یکی از دسته های زیر قرار بگیرد.

 

-         تخت(Flat)        

-         افقی (Horizontal)   

-         عمودی (Vertical) 

-         بالای سر یا زیر سقفی(Over Head) 

-          

اما در مورد اینکه در چه وضعیت خاصی جوشکاری می شود, می توان از جدول زیر استفاده کرد.(QW-461.9)

 

٢٨- وضعیت شیار در جوشکاری به دو دسته ورق ها (Plates) و لوله ها (Pipes) و از جزء دیگر نیز به دو دسته جوشکاری در حالت گوشه ای و جوشکاری در حالت شیاری (Butt weld) تقسیم می شوند. این تقسیم بندی به طور کامل در جدول QW-461.9 آمده است.

جداول و شکلهای Page: 140,141,143       

 

٢٩- جهت جوشکاری Welding Progression              

 

در این قسمت جهت ومسیر جوشکاری (الکترود) مشخص می شود.

در جوشکاری لوله این جهت می تواند بالا (Up Hill-Up Ward)    که در Piping (On Site) مورد استفاده قرار می گیرد ویا سر پایین (Down Hill-Down Ward) که در Pipeline(Off Site) مورد استفاده قرار می گیرد.

در مورد جوشکاری ورق در سازه که می توانیم دو جهت دیگر مشابه چپ به راستR : Left to Right)  (L و راست به چپ   L: Right to Left)  (R را تعریف کنیم که در لوله کشی مفهومی ندارد.

 

٣٠- اطلاعات دیگر و اضافی Other   

 

۴-۴-۵- عملیات حرارتی پیش گرم PREHEAT (QW-406)

 

عملیات پیشگرم به منظور ایجاد شرایط مناست برای شروع جوشکاری و نیز جلوگیری از ایجاد بعضی از عیوب انجام می گیرد. موارد ذکر شده در مورد اثرات پیشگرم شامل موارد زیر می باشد:

-         زدودن بخار آب و آلودگی های سطحی (روغن و ...)

-         برقراری و شروع آسان تر قوس الکتریکی

-         جلوگیری از پیدایش فازهای ناخواسته

-         جلوگیری از پیچش

-         سیلان آسان تر حوضچه مذاب در الکرودهایی که باید طول قوس کوتاه تری داشته باشند(خصوصا الکترود های قلیایی مانند E 7018 )

باید توجه داشت که حداکثر فاصله زمانی بین دو پاس پنج دقیقه می باشد که با توجه به شرایط آب و هوایی این زمان فرق خواهد کرد. باید توجه داشت که در صورتی که بخواهیم ادامه جوشکاری را به روز بعد موکول کنیم باید حداقل ٧٠% از خط جوش یا سرجوش را جوشکاری کرده باشیم. این مساله فقط در شرایط خاص قابل اجراست و ملزم به انجام عملیات حرارتی پیشگرم (در هر حالت و ضخامتی)قبل از شروع مجدد جوشکاری می باشیم.

جداول زیر برای فولادهای مختلف و الکترودهای مختلف دمای پیشگرم را ذکر کرده اند:

                                                         

                                                   

Preheat  Temp.

THICKNESS

 

A36

A53  GR.B

A106 GR.B

A516

A570

الکترود قلیایی

الکترود معمولی

 

NONE

NONE

t >¾"

10º

66º

¾" ≤ t < 1½"

66º

107º

1½" ≤ t < 2½"

107º

150º

t ≥ 2½"

 

10º

t >¾"

 

A572

66º

¾" ≤ t < 1½"

A633

107º

1½" ≤ t < 2½"

API 5LX-52

150º

t ≥ 2½"

 

UTS > 52

                                        

   

                                                     

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

دلایل اینکه در جدول دوم برای ضخامتهای زیر " نیز دمای پیشگرم ذکر شده به دلیل آلیاژی بودن فولاد و حساسیت آن به ترک می باشد.

٣١- دمای پیشگرم Pre Heat Temp.

 

در این قسمت با توجه به جنس و ضخامت دمای پیشگرم ذکر می گردد.

 

٣٢- دمای بین پاس ها Inter Pass Temp.

در این قسمت نیز دمای پائین پاسها که به نوعی با زمان بین دو پاس رابطه دارد ذکر می گردد.

 

٣٣- نگاهداری پیشگرم Pre Heat Maintnance      

محدوده حرارتی که WPS مربوطه با توجه به تغییرات دمایی پیشگرم در آن صدق می کند در این قسمت ذکر می گردد.

 

٣۴-مسائل و اطلاعات اضافی Other  

 

باید دقت کرد که عملیات جوشکاری در شرایط زیر انجام نمی شود:

-         رطوبت بالا

-         دمای پایین محیط بطوریکه اگر درجه حرارت محیط جوشکاری از 0ºF یا -18ºC پایین تر باشد جوشکاری انجام نمی  شود (البته دمایºC -5 نیز ذکر شده است) در این شرایط ملزم به ایجاد محیط مناسب و عملیات پیشگرم می باشیم.

۴-۴-۶- عملیات حرارتی پسگرم PWHT (Post Weld Heat Treatment) (QW-407)

برای رسیدن به خوص بهینه در B.M. پس از عملیا جوشکاری ممکن است در بعضی از فولادها و یا در بعضی از ضخامتها نیاز به عملیات پسگرم داشته باشیم.

مواردی که می تواند در نوع و الزام عملیات پسگرم نقش داشته باشند عبارت است از:

الف – جنس قطعه

ب- ضخامت قطعه

ج- نوع سیال

د- کربن معادل

ه- دمای محیط جوشکاری

- در موارد( الف و ب) با توجه به جنس و ضخامتهای مختلف الزام یا عدم الزام عملیات حرارتی پسماند مشخص می شود. البته باید دقت کرد که منظور ما از عملیات حرارتی پسگرم در این مبحث عملیات تنش زدائی می باشد.(Stress Relief )  

فرضا در کد B 31.3 در جدول Tab 331.1.1  آمده است:

                          For C.S. : Thk > ¾" Heat Treatment

On Site:

                          For S.S. : Thk > ½"  Heat Treatment

 

دیده می شود که با تغییر جنس ضخامت بحرانی برای الزام عملیات حرارتی تفاوت خواهد کرد.

-         در مورد قسمت (ج) با توجه به نئع سیال احتمال احتیاج به عملیات حرارتی خواهیم داشت فرضا برای سیال های کثیف (مانند DEA در واحد شیرین سازی گاز,آمونیاک و...) عملیات حرارتی الزامی می باشد.

-         در مورد قسمت( د) پارامتری به نام کربن معادل در هرجنس فلز B.M. تعریف می شود که بصورت زیر است:

 

C.E. = %C+1/6% Mn+  +

در اینصورت اگر:

C.E. > 0.35    NONE (Pre Heat & PWHT )

0.35 < C.E. < 0.55  Pre Heat ( NONE  PWHT )

C.E. > 0.55  Both of  Pre Heat & PWHT

دیده می شود که با بالاتر رفتن میزان کربن که می تواند جدای از عنصر کربن در عناصری چون Mn,Cu,Ni,Cr,Mo,V نیز از نظر خواص ظاهر شود,قطعه به ترک حساس تر شده و احتیاج به عملیات حرارتی ضروری تر به نظر می رسد. به طور کلی به بالا رفتن مقدار کربن جوشکاری مشکل تر شده یا به عبارتی قابلیت جوش پذیری (Weldability) کاهش یافته و نیاز به عملیات حرارتی بیشتر حس می شود.

-         در مورد دمای محیط ذکر این نکته کافی است که در صورتیکه دما بهF (-18ºC)0º و طبق بعضی منابع به -5ºC و زیر آنها برسد عملیات حرارتی تنش زدائی لازم می باشد.

-          

٣۵- دمای پسگرم Temperature     

در مورد دمای تنش زدائی در فولادهای Quench-Temper حدودا 590ºC می باشد و برای مابقی فولادها دمای مورد نظر تا 650ºC نیز می تواند بالا رود . اما در مورد فولاد های کربنی طبقB31.3   :

For C.S.               594ºC-  640ºC

٣۶- زمان تنش زدایی و حرارت دهیTime Range                                           

اگر بخواهیم تغییرات حرارتی و زمانی تنش زدایی را بر روی یک دیاگرام بیاوریم,دیاگرام مربوطه بصورت زیر خواهد بود:

 

 

 

 

 

       ºC

Temp

 

 

                       594ºC-  640ºC

                    Heating              Coling

‏ ب.و باید سرعت   200 º را رعایت نمود.

اما در مورد زمان نگاهداری در دمای تنش زدائی جدول زیر موجود می باشد.

Thik <                       ≤ Thik < 2                   Thik ≥ 2

15 min                                       1                           2 : 15′ 

 

به ازای هر یک اینچ ضخامت زمانی که ضخامت از " ٢ بیشتر شود2 : 15′   زمان نگاهداری در کوره می باشد.

 

وبلاگ اطلاعات علمی جالب. برای ورود اینجا کلیک کنید.

 

 

 

 




:: برچسب‌ها: piping
ن : ع غ
ت : ۱۳٩٠/٦/٢۸
نظرات ()

بسمه تعالی

آموزشکده فنی دکتر علی شریعتی

 

 

 

روشهای کاهش مصرف انرژی

الکتریکی الکتروموتورها

 

 

 

 

تهیه کننده:

احسان طاهری

 

 

استاد گرامی: جناب آقای رستمی

 

 

 

 

 

 

 

 

زمستان 85

 

 

 

 

 

 

مقدمه

موتورها مصرف‎‎کننده‎‎های عمده برق در اغلب کارخانه‎‎ها هستند. وظیفه یک موتورالکتریکی تبدیل انرژی الکتریسیته به‎ انرژی مکانیکی است. در یک موتور سه‎‎فاز AC جریان از سیم‎‎پیچ‎‎های موتور عبور کرده و باعث ایجاد میدان مغناطیسی دواری می‎شود که این میدان مغناطیسی محور موتور را می‎‎چرخاند. موتورها به‎‎‎گونه‎‎ای طراحی شده‎‎اند که این وظیفه را به‎‎‎خوبی انجام دهند. مهم‎‎ترین و ابتدایی‎‎ترین گزینه صرفه‎‎جویی در موتورها مربوط‎‎به‎ انتخاب آنها و استفاده از آنها می‎‎باشد.

 

1- هرزگردی موتورها

بیشترین صرفه‎‎جویی مستقیم برق را می‎‎توان با خاموش کردن موتورهای بی‎‎بار و درنتیجه حذف تلفات بی‎‎باری به‎‎‎دست آورد. روش ساده آن درعمل نظارت دایم یا کنترل اتوماتیک است. اغلب به‎ مصرف برق در بی‎‎باری اهمیت چندانی داده نمی‎‎شود درحالی‎‎که غالباً جریان در بی‎‎باری حدود جریان در بار کامل است.

مثالی از این نوع تلفات را می‎‎توان در واحدهای بافندگی یافت، جایی‎‎که ماشین‎‎های دوزندگی معمولاً برای دوره‎‎های کوتاهی کار می‎‎کنند. اگرچه موتورهای این ماشین‎‎ها نسبتاً کوچک هستند (1.3 اسب بخار) ولی چون تعداد آنها زیاد است (معمولاً تعداد آنها در یک کارخانه به‎ صدها عدد می‎‎رسد) اندازه این تلفات قابل‎‎ملاحظه است. اگر فرض کنیم 200 موتور 1.3 اسب‎‎بخار در 90درصد زمان هرزگرد بوده و باری معادل 80درصد بار کامل بکشند، هزینه کار بیهوده موتورها با درنظر گرفتن 120ریال بهای واحد انرژی الکتریکی ، به‎‎‎شکل زیر محاسبه می‎شود:

هزینه بی‎‎باری = 200موتور×3/1 اسب‎‎بخار × 80% بار × 6000ساعت در سال × 90% بی‎‎باری ×120ریال= 25میلیون ریال

 

با اتصال یک سوئیچ به‎ پدال چرخ‎‎ها می‎‎توان آنها را به‎‎‎طور اتوماتیک خاموش کرد.

 

 

 

2- کاهش بازده در کم‎‎باری

وقتی از موتوری استفاده شود که مشخصات نامی بالاتر از مقدار مورد نیاز را داشته باشد، موتور در بارکامل کار نمی‎‎کند و در این‎‎حالت بازده موتور کاهش می‎‎یابد.

استفاده از موتورهای بزرگتر از اندازه موردنیاز معمولاً به‎ دلایل زیر است :

- ممکن است پرسنل مقدار بار واقعی را ندانند و بنابه احتیاط موتوری بزرگتر از اندازه موردنیاز انتخاب شود

- طراح یا سازنده برای اطمینان از اینکه موتور توان کافی را داشته باشد، موتوری بسیار بزرگتر از اندازه واقعی موردنیاز پیشنهاد ‎‎کند و بار حداکثر درعمل به‎‎‎ندرت اتفاق ‎‎افتد. به‎‎‎علاوه اغلب موتورها می‎‎توانند برای دوره‎‎های کوتاه در باری بیشتر از بار کامل نامی کار کنند. (درصورت تعدد این وسایل اهمیت مسئله بیشتر می‎شود)

- وقتی موتور با مشخصات نامی موردنظر در دسترس نیست یک موتور بزرگتر نصب می‎شود و حتی وقتی موتوری با اندازه نامی موردنظر پیدا می‎شود جایگزین نشده و موتور بزرگ همچنان به‎ کار خود ادامه می‎‎دهد.

- به‎‎‎خاطر افزایش غیرمنتظره در بار که ممکن است هیچگاه هم رخ ندهد یک موتور بزرگتر انتخاب می‎شود.

- نیازهای فرآیند تولیدی کاهش یافته است

در برخی بارها گشتاور راه‎‎انداز بسیار بیشتر از گشتاور دورنامی است و باعث می‎شود موتور بزرگتر به‎‎‎کار گرفته شوند.

باید مطمئن شد هیچ کدام از این موارد موجب استفاده از موتورهایی بزرگتر از اندازه و درنتیجه کاهش بازده نشده باشند.

 

 

جایگزینی موتورهای کم‎‎بار با موتورهای کوچکتر باعث می‎شود که موتور کوچکتر با بار کامل دارای بازده بیشتری باشد. این جایگزینی معمولاً برای موتورهای بزرگتر وقتی در 3/1 تا نصف ظرفیت‎‎شان (بسته به‎ اندازه‎‎شان) کار می‎‎کنند اقتصادی است.

برای تشخیص موتورهای بزرگتر از ظرفیت مورد نیاز به‎ اندازه‎گیری‎‎ الکتریکی احتیاج است. وات‎‎متر مناسب‎‎ترین وسیله‎‎است.

روش دیگر، اندازه‎گیری سرعت واقعی و مقایسه آن با سرعت نامی است. بار جزئی به‎‎‎عنوان درصدی از بار کامل نامی را می‎‎توان از تقسیم شیب(سرعت) عملیات بر شیب بار کامل به‎‎‎دست آورد. رابطه بین بار و شیب تقریباً خطی است. معمولاً در این موارد می‎‎توان برای جلوگیری از سرمایه‎‎گذاری جدید اینگونه موتورها را با دیگر موتورهای موجود در کارخانه جایگزین نمود که تنها هزینه آن اتصالات و صفحه‎‎های تنظیم‎‎کننده هستند. اگر این تغییرات را بتوان همزمان با تعمیرات برنامه‎‎ریزی‎‎شده در کارخانه انجام داد بازهم هزینه‎‎ها کاهش می‎‎یابد.

                                          

3- موتورهای پربازده

بازگشت سرمایه قیمت اضافی پرداختی جهت خرید موتورهای پربازده، معمولاً کمتراز دو سال کارکرد موتور به‎‎‎ازای 4000 ساعت کارکرد سالانه و در 75درصد بار می‎باشد. (بازگشت سرمایه نسبت به‎ موتورهای قدیمی و غیر استاندارد به‎ کمتر از شش ماه نیز می‎‎رسد) درمواردی که بار موتور سبک یا ساعت کارکرد آن کم است یا بارهای تناوبی استثنائاتی وجود دارد. بیشترین صرفه‎‎جویی در رنج موتورهای 1 تا 20 اسب‎‎بخار به‎‎‎دست می‎‎آید. در توان بیشتر از 20 اسب‎‎بخار افزایش بازده کاهش می‎‎یابد و موتورهای موجود بیش از 200 اسب‎‎بخار تقریباً دارای بازده کافی هستند.

سازندگان معمولاً موتورهای با طراحی استاندارد و قیمت تمام‎‎شده کم‎‎تر را عرضه می‎‎کنند. به‎‎‎خاطر رقابت شدید این نوع موتورها بازده کمی دارند. آنها ضریب قدرت پایین‎‎تری دارند، قابل تعمیر نبوده و نمی‎‎توان به‎‎‎راحتی سیم‎‎پیچ آنها را مجدداً پیچید.

در موتورهای پربازده با استفاده از ورقه‎‎های استیل نازکتر در استاتور و روتور، استفاده از استیل با خواص الکترومغناطیسی بهتر، استفاده از فن‎‎های کوچکتر با بازده بیشتر و بهبود طراحی شکاف روتور بازده افزایش یافته است. تمام این روش‎‎ها باعث افزایش مصرف مواد اولیه و درنتیجه افزایش هزینه‎‎ مواد یا هزینه‎‎های ساخت می‎شود و بنابراین قیمت تمام شده موتور زیاد می‎شود. بااین وجود 30-20 درصد اضافه هزینه اولیه با کاهش هزینه‎‎های عملیاتی جبران می‎شود. از دیگر مزایای موتورهای پربازده اثر کم بر عملکرد موتور به‎‎‎هنگام نوسانات ولتاژ و بار جزئی است. 

محاسبه بازگشت هزینه این موتورها به‎‎‎خاطر متغیرهای درگیر پیچیده است. برای تعیین هزینه عملیاتی موتور باید توان مصرفی توسط موتور در ساعات کار آن و قیمت انرژی الکتریکی ضرب شود. هریک از این فاکتورها  متغیرهای مخصوص به‎‎‎خود را دارند که شامل تغییر در برنامه زمانبندی تولید، تغییر در بار موتور و جریمه‎‎های دیماند می‎‎باشند. پرداختن به‎ برخی از این عوامل مشکل است.

حتی وقتی میزان صرفه‎‎جویی محاسبه می‎شود از آنجاکه بازده واقعی یک موتور معمولاً ناشناخته است ممکن است این محاسبات دچار خطا شوند. چون همه سازنده‎‎ها از تکنیک‎‎‎‎های یکسانی برای اندازه‎گیری بازده موتورها استفاده نمی‎‎کنند ، بنابراین مشخصات نامی درج‎‎شده بروی پلاک را نمی‎‎‎توان با هم مقایسه کرد. به‎عنوان نمونه در آمریکا منظور بیشتر سازنده‎‎ها‎‎ از بازده نامی رنجی از بازده‎‎ها است که بازده موتور در آن قرار می‎‎گیرد. از تکنیک‎‎های آماری مختلفی برای تعیین حداقل بازده یک موتور با هر بازده نامی استفاده می‎شود. به‎‎‎عنوان مثال یک موتور با بازده نامی 90.2 % دارای حداقل بازده نامی 88.5 % است.

عده زیادی موتورهای پربازده را بدون اینکه درصدد توجیه برگشت هزینه آن باشند ، استفاده می‎کنند ، مگر درمورد موتورهای بزرگتر. معمولاً مدت بازگشت هزینه تقریباً یک سال است.

بازده موتورها از مشخصات نامی آنها متفاوت است(به‎‎‎دست نمی‎‎آید). مثلاً یک موتور       100-hp.1800-rpm سرپوشیده با فن خنک‎‎ساز از یک سازنده دارای یک حداقل بازده تضمین‎‎شده معادل 90.2درصد در بار کامل در مدل استاندارد و 94.3درصد در مدل بازده بالا است. موتور هم‎‎اندازه آن از یک سازنده دیگر دارای همان بازده 90.2درصد در مدل استاندارد و حداقل بازده 91درصد در مدل بازده بالا است. برای تعیین بازده واقعی یک موتور خاص باید از تجهیزات تست پیچیده‎‎ای استفاده کرد.

به‎‎‎خاطر این اختلاف‎‎ها، به‎‎‎هنگام ارزیابی میزان صرفه‎‎جویی، استفاده از حداقل بازده تضمین‎‎شده قابل اطمینان‎‎تر است چون همه موتورها باید برابر یا بزرگتر از این اندازه باشند.

 

4- درایوهای تنظیم سرعت

وقتی تجهیزات بتوانند در سرعت کاهش‎‎یافته کار کنند چند گزینه قابل انتخاب است.

مثال‎‎های ذیل نمونه‎‎هایی برای همه صنایع هستند

 

1-4- موتورهای AC فرکانس متغیر (با تنظیم فرکانس)

وقتی پمپ‎‎های گریز از مرکز، فن‎‎ها و دمنده‎‎ها در سرعت ثابت کار می‎‎کنند و خروجی با استفاده از والوها و مسدود‎‎کننده‎‎ها کنترل می‎شود موتور صرفنظر از مقدار خروجی در نزدیکی بار کامل کار می‎‎کند که باعث می‎شود انرژی زیادی توسط این مسدودکننده‎‎ها و والوها تلف شود. اگر این تجهیزات بتوانند همواره در سرعت مورد نیاز کار کنند مقدار زیادی انرژی صرفه‎‎جویی می‎شود. درایوهای تنظیم سرعت باعث می‎شوند تجهیزات باتوجه به نیاز سیستم در حالت بهینه عمل کنند.

کنترلرهای AC تنظیم فرکانس (فرکانس متغییر) وسایل پیچیده‎‎ای بوده و گرانقیمت هستند. بااین‎‎حال می‎‎توانند به‎‎‎راحتی به‎ موتورهای القایی AC استاندارد اضافه شوند. با هزینه تجهیزات کمتر و هزینه‎‎های الکتریکی بیشتر (با کاهش هزینه تجهیزات و افزایش هزینه‎‎های الکتریکی) کاربرد این وسایل در اغلب موارد اقتصادی می‎شود. بسیاری از انواع پمپ‎‎ها، فن‎‎ها، میکسچرها، نقاله‎‎ها، خشک‎‎کننده‎‎ها، خردکننده‎‎ها (سنگ‎‎شکن‎‎ها) آسیاب‎‎ها، صافی‎‎ها و برخی انواع کمپرسورها، دمنده‎‎ها و همزن‎‎ها در سرعت‎‎های مختلف با وسایل تنظیم سرعت کار می‎‎کنند.

تجهیزات مجهز به‎ تنظیم سرعت کمتراز نصف تجهیزات مجهز به‎ مسدودکننده انرژی مصرف می‎‎کنند.

در عمل باید برای محاسبه دقیق صرفه‎‎جویی حاصل براساس کیلووات بازده موتور هم درنظر گرفته شود. بازده موتور تا زیر50درصد ظرفیت نامی افت می‎‎کند.

 

 

 

2-4-درایوهای DC حالت جامد (نیمه‎‎هادی)

می‎‎توان با تنظیم سرعت با استفاده از درایوهای DC صرفه‎‎جویی‎‎های مشابهی را انجام داد. هزینه اولیه نسبت‎‎به‎ درایوهای AC تنظیم فرکانس بیشتر است به‎‎‎خصوص وقتی مستقیماً بتوان از کنترلرهای الکتریکی در موتور ACاستفاده کرد. تعمیر و نگهداری کموتاتور و زغال نیز هزینه زیادی در درایوهای DC دربردارد. همچنین سیستم‎‎های DC نسبت‎‎به‎ هوای خورنده و کثیف (مملو ازذرات) که در یک محیط صنعتی معمول است حساس‎‎ترند.

بنابراین درایوهای AC معمولاً ترجیح داده می‎شوند مگر در مواردی که شرایط عملیاتی برخی از مشخصه‎‎های سیستم‎‎های DC از قبیل تنظیم سرعت خیلی دقیق، معکوس کردن سریع جهت، یا گشتاور ثابت در رنج سرعت نامی مورد نیاز باشد.از این درایوها در ماشین‎‎های حدیده ((drawing machins، پوشش‎‎دهنده‎‎ها (لعاب‎‎دهنده‎‎ها coaters) ماشین‎‎های تورق (laminators)، دستگاه‎‎های سیم‎‎پیچی (winders) و سایر تجهیزات استفاده می‎شود.

سایر تکنیک‎‎های تغییر سرعت موتور عبارت است از درایوهای لغزش (slip) الکترومکانیکی، درایوهای سیال. و موتورهای القایی (موتورهای با روتور سیم‎‎پیچی‎‎شده). این درایوها با تغییر درجه لغزش بین درایو و عنصر درحال حرکت سرعت را کنترل می‎‎کنند. چون قسمتی از انرژی مکانیکی که تبدیل به‎ بار نمی‎‎شود به‎ حرارت تبدیل می‎گردد این درایوها دارای بازده کمی بوده و معمولاً به‎‎‎خاطر مشخصه‎‎های خود در کاربردهای خاصی به‎‎‎کار برده می‎‎شوند. مثلاً ممکن است از درایوهای سیال در سنگ‎‎شکن‎‎ها (خردکننده‎‎ها) استفاده شوند چون دارای ظرفیت توان بالا، انتقال گشتاور آسان، توانایی مقاومت دربرابر بارهای شوک، قابلیت مقاومت در سیکل‎‎های سکون (ازکارافتادگی)، ماهیت ایمنی آن و قابلیت تحمل هوای ساینده را دارند.

چون درایوهای AC وDC  سرعت چرخنده اصلی را تغییر می‎‎دهند برای صرفه‎‎جویی در انرژی ترجیح داده می‎‎شوند.

 

3-4-درایوهای مکانیکی

درایوهای تنظیم سرعت مکانیکی ساده‎‎ترین و ارزانترین وسایل تغییر سرعت هستند. این نوع چرخ‎‎های قابل تنظیم می‎‎توانند در امتداد محور باز و بسته شوند و درنتیجه میزان تماس چرخ را با تسمه تنظیم کنند.

مزیت عمده درایوهای مکانیکی سادگی آنها ، سهولت تعمیر و نگهداری و هزینه پایین آنها است. یک سرویس تعمیر و نگهداری درحد متوسط و کنترل سرعت با دقت کم (معمولاً 5درصد) از خصوصیات این درایوها است.

درایوهای تسمه‎‎ای برای گشتاورهای کم تا متوسط (100اسب‎‎بخار) در دسترس هستند. بازده درایوهای تسمه‎‎ای 95 درصد است و نسبت کاهش سرعت تا 10به‎ 1 می‎‎رسد.

از درایوهای زنجیری فلزی در گشتاور زیاد استفاده می‎شود. این درایوها مشابه درایوهای تسمه‎‎ای هستند فقط به‎‎‎جای تسمه‎‎های لاستیکی از تسمه‎‎های فلزی استفاده شده است.

 

4-4-کاهش یک سرعته

 وقتی فقط با یک کاهش سرعت به‎ نتیجه رضایت‎‎بخش برسیم گزینه ارزانتری را می‎‎توانیم انتخاب کنیم. اگرچه سرعت‎‎های متغییر این مزیت را دارند که در وضعیت‎‎های مختلف می‎‎توان سرعت بهینه را به‎‎‎کار برد، در مواقعی که رنج تغییر سرعت محدود است و زمانی که موتور باید در سرعت پایین‎‎تری کار کند نسبت ‎‎به‎ زمان کل کار موتور کم است احتمالاً یک کاهنده تک‎‎سرعته ازنظر هزینه و اثربخشی به‎‎‎صرفه‎‎تر است.

درایوهای تسمه‎‎ای: در این درایوها یک (یک‎‎بار) کاهش سرعت با کمترین هزینه همراه است چون به‎‎‎راحتی می‎‎توان چرخ‎‎ها را عوض کرد. ازآنجاکه با نصب دوباره چرخ‎‎های قدیمی براحتی می‎‎توان تغییرات را بازگرداند از این روش وقتی استفاده می‎شود که کاهش خروجی برای یک دوره معین موردنیاز است. مثلاً وقتی سطح تولید برای یک زمان نامشخص کاهش یافته ولی ممکن است در آینده نیاز باشد که به‎ ظرفیت اولیه برگردیم.

کاهش دور توسط چرخ‎‎دنده: حالت‎‎های مشابه‎‎ای را توسط تغییر چرخ‎‎دنده می‎‎توان به‎‎‎کار برد.

تعویض موتور: درمواردی که یک بار کاهش سرعت موردنیاز است یک موتور با سرعت کم‎‎تر را نیز می‎‎توان جایگزین‎‎نمود.

 

 

 

 

5-4-موتورهای دوسرعته

موتور دوسرعته یک راه‎‎حل اقتصادی میانه درمقایسه با استفاده از‎ درایوهای چندسرعته و سرعت ثابت است.

همانطورکه در مثال‎‎های قبلی بیان شد چون توان مصرفی با مکعب (توان سوم) سرعت متناسب است، صرفه‎‎جویی در انرژی اهمیت زیادی دارد. درعمل یک افزایش جزئی به‎‎‎خاطر تلفات اصطکاک رخ می‎‎دهد. از این روش و استفاده از روش‎‎های کنترلی دیگر می‎‎توان خروجی را در یک رنج محدود کنترل کرد.

دوسرعت را می‎‎توان از یک سیم‎‎پیچ به‎‎‎دست آورد ولی سرعت پایینی باید نصف سرعت بالایی باشد. مثلاً سرعت‎‎های موتور به‎ این شکل است 900/1800 ، 600/1200 ، 1800/3600

وقتی به نسبت‎‎های دیگری از سرعت نیاز است استفاده از یک استاتور دو سیم‎‎پیچه ضروری است. از موتورهای قفسی چندسرعته (multispeed squirrel cage motors) نیز که دارای سه یا چهار سرعت همزمان هستند می‎‎توان استفاده نمود. 

قیمت موتورهای دوسرعته تقریباً دو برابر موتورهای تک‎‎سرعته است. اگر یک موتور بتواند در دوره‎‎های زمانی محسوسی با سرعت کم‎‎تر کار کند صرفه‎‎جویی حاصله سرمایه‎‎گذاری اضافی را توجیه می‎‎کند. در موتورهای چندسرعته استارترهای گرانقیمتی موردنیاز است چون اندازه محافظ‎‎های اضافه‎‎بار در سرعت‎‎های مختلف متفاوت است.

 

 

 

 

5-کاهش بار

مسلماً کاهش بار موتور یکی از بهترین روش‎‎های کاهش هزینه‎‎های الکتریکی است. تعمیر و نگهداری مناسب تجهیزات نیز می‎‎تواند با ازبین بردن تلفات ناشی از اصطکاک در تجهیزات نامیزان (غیر هم‎‎محور)، یاتاقان‎‎های سخت‎‎شده و نقاله‎‎ها، بار موتور را کاهش دهد. روغن‎‎کاری مناسب قسمت‎‎های متحرک مانند یاتاقان‎‎ها و زنجیرها تلفات ناشی از اصطکاک را به‎ حداقل می‎‎رساند. جایگزینی یاتاقان‎‎های غلطکی و بلبرینگ‎‎ها با یاتاقان‎‎های تخت به‎‎‎خصوص در شافت‎‎های انتقال نیز روش مؤثری است.

 

6- گشتاور راه‎‎اندازی زیاد

در بارهایی که گشتاور استارت بزرگی نیاز دارند باید از یک موتورB -NEMA (رایج‎‎ترین موتور مورد استفاده در صنعت) یا موتورA  -NEMA استفاده کرد. درجایی‎‎که بارهای با اینرسی زیاد وجود دارد می‎‎توان از موتورهای کوچکتری که به‎‎‎گونه‎‎ای طراحی شده‎‎اند که قابلیت گشتاور زیاد را دارند استفاده کرد. یک موتور NEMA-B می‎‎تواند ازعهده بار زیاد استارت برآید ولی وقتی بار به‎ سرعت نهایی رسید موتور در کمتراز ظرفیت نامی کار می‎‎کند. ولی انتخاب یک موتور کوجکتر از از نوع  C-NEMA یا NEMA-D ضمن اینکه همان گشتاور راه‎‎انداز را تولید کرده ، در شرایط معمول عملیاتی نیز نزدیک بار کامل نامی کار می‎‎کند.

 

 

 

 

 

7- موتورهایی که مجدداً پیچیده می‎‎شوند (موتورهای سوخته‎‎ای که سیم‎‎پیچی آنها عوض می‎شود)

بازده موتورهایی که برای بار دوم پیچیده می‎‎شوند کاهش می‎‎یابد که البته مقدار این کاهش بستگی به‎ کارگاهی دارد که موتور در آن پیچیده شده‎‎است، چون کارگاه‎‎های سیم‎‎پیچی لزوماً از بهترین روشی که عملکرد اولیه موتور را حفظ کند استفاده نمی‎‎کنند. در برخی موارد به‎‎‎دلیل بازده کم به‎‎‎خصوص در موتورهای کوچک پیچیدن دوباره موتور توجیه‎‎پذیر نیست.

درحالت ایده‎‎آل باید بازده موتور قبل و بعد از پیچیدن آن با هم مقایسه شود. یک روش تقریباً ساده برای ارزیابی کیفیت موتور پیچیده‎‎شده مقایسه جریان بی‎‎باری موتور است، این مقدار در موتورهایی که به‎‎‎خوبی پیچیده نشده باشند افزایش می‎‎یابد، بررسی روشی که درکارگاه سیم‎‎پیچی استفاده می‎شود، نیز می‎‎تواند کیفیت کار را مشخص کند. در زیر برخی نکاتی که باید موردتوجه قرارگیرد آمده است :

-     وقتی موتوری را برای پیچیدن مجدد باز می‎‎کنند، عایق بین ورقه‎‎ها خراب شده و باعث افزایش تلفات جریان گردابی می‎‎گردد مگر اینکه بازکردن (سوزاندن) عایق در کوره‎‎ای با دمای قابل تنظیم انجام شده و ورقه‎‎های عایق غیرآلی جایگزین گردد. 

-     گداختن و سوزاندن سیم‎‎پیچ کهنه (خراب‎‎شده) در دمای کنترل نشده یا استفاده از یک مشعل دستی برای نرم‎‎کردن و خردکردن لاک بین سیم‎‎ها به‎‎‎منظور بازکردن آسان‎‎تر سیم‎‎پیچ به‎ این معنی است که کار در این کارگاه به‎‎‎خوبی انجام نمی‎‎شود و باید به‎ کارگاه دیگری برای پیچیدن موتور مراجعه کرد.

-         اگر در نتیجه بازکردن و سوزاندن نامناسب تلفات هسته افزایش یابد، موتور در دمای بیشتری کار می‎‎کند و زودتر از موعد خراب می‎شود.

-     اگر تعداد دورهای سیم‎‎پیچ در استاتور کاهش یابد تلفات هسته استاتور افزایش می‎‎یابد این تلفات درنتیجه جریان نشتی (هارمونیک) القا شده توسط جریان بار به‎‎‎وجود می‎‎آید و اندازه آن برابر با توان دوم جریان بار است.

-         در پیچیدن موتور اگر از سیم‎‎های با قطر کوچکتر استفاده شود، مقاومت و درنتیجه تلفات افزایش می‎‎یابد.

روش‎‎های پیچیدن موتور در کارگاه‎‎های مختلف تعمیراتی متفاوت است بنابراین قبل‎‎از تصمیم‎ به‎ پیچیدن دوباره موتور باید کارگاه‎‎ها کاملاً بررسی و بهترین کارگاه انتخاب شود.

شرکت Wanlass یک روش پیچیدن موتور ارائه کرده که مدعی است بازده را تا ده درصد افزایش می‎‎دهد این روش برمبنای جایگزینی سیم‎‎پیچ موجود با دو سیم‎‎پیچ است که به‎گونه‎‎ای طراحی شده‎‎اند که سرعت موتور را متناسب‎‎با بار تغییر دهد. درمورد ادعای بهبود بازده بحث‎‎های زیادی صورت گرفته و درحالی‎‎که از عرضه موتورهای Wanlass بیش‎‎از یک دهه می‎‎گذرد استفاده کننده‎‎های عمده معتقدند این نوع طراحی بهبودی را که می‎‎توان ازطریق تکنیک‎‎های متعارف طراحی موتور و سیم‎‎پیچ به‎‎‎دست آورد در صنعت موتور ارائه نکرده است.

 

8- ژنراتور موتورها

یکسوکننده‎‎های نیمه‎‎هادی یک منبع مناسب جریان مستقیم DC برای موتورهای DC یا دیگر استفاده‎‎های از جریان DC هستند، ژنراتور موتورهایی که معمولاً برای جریان مستقیم به‎‎‎کار می‎‎روند قطعاً نسبت‎‎به‎ یکسوکننده‎‎های نیمه‎‎هادی بازده کمتری دارند بازده موتور ژنراتور در بار کامل حدود 70 درصد است در حالیکه بازده یکسوکننده‎‎های نیمه‎‎هادی تقریباً 96 دصد در بار کامل است. وقتی ژنراتور موتوری در کمتراز بار نامی کار کند بازده آن به‎‎‎طور قابل‎‎ملاحظه‎‎ای کاهش می‎‎یابد چون بازده آن برابر با حاصل‎‎ضرب بازده ژنراتور و موتور است.

 

9- تسمه‎‎ها (Belts)

بازده درایوهای V-belt تأثیر زیادی در بازده موتور دارد. عوامل تأثیرگذار در بازده V-belt عبارتنداز:

1- Overbelting: تسمه‎‎های با مشخصات نامی بالاتر باعث افزایش کارایی می‎شوند

2- تنش (فشار): فشار نامناسب باعث کاهش بازده تا 10 درصد می‎شود. بهترین فشار برای یک V-belt کمترین فشاری است که در آن تسمه در بار کامل نلغزد.

3- اصطکاک: تلفات اصطکاک اضافی درنتیجه نامیزان بودن(غیرهم‎‎محوری)، فرسودگی چرخ‎‎ها تهویه نامطلوب یا مالیده شدن تسمه‎‎ها به‎ چیزی به‎‎‎وجود می‎‎آیند.

4-  قطر چرخ: هرچه قطر چرخ بزرگتر باشد بازده افزایش می‎یابد.

جایگزینی V-beltهای شیاردار با V-beltهای متعارف صرفه‎‎جویی زیادی دربردارد. یک V-belt درمعرض تنش فشاری بزرگی متناسب با قطر چرخ قراردارد. ازآنجاکه در V-beltهای شیاردار در قسمت تحت‎‎فشار از ماده کمتری استفاده شده تغییر شکل لاستیک و تنش‎‎های فشاری به‎ حداقل می‎‎رسد بنابراین بازده عملیاتی در V-beltهای شیاردار بیشتر می‎شود.

اگر هزینه عملیاتی سالانه یک موتور 60 اسب‎‎بخار (برای 6000ساعت) 18000 دلار باشد حتی یک درصد بهبود در بازده موتور باعث 180 دلار صرفه‎‎جویی در سال می‎شود. هزینه اضافی برای 6 تسمه با اندازه 128 تقریباً 7 دلار است.

 




:: برچسب‌ها: روشهای کاهش مصرف انرژی الکتریکی الکتروموتورها
ن : ع غ
ت : ۱۳٩٠/٦/٢۸
نظرات ()

عنوان پایان نامه: شبیه سازی دینامیکی شیر ترمز اتوماتیک لکومتیو

 

مقدمه :

این گزارش به تشریح عملکرد سوپاپ ترمز اتوماتیک به منظور شبیه سازی و تحلیل رفتار دینامیکی شیر می پردازد . هدف اصلی از تحلیل ، تعیین فشار دبی خروجی از شیر پر بر حسب زمان در وضعیتهای تلف کاری آن می باشد . بدین منظور لازم است تا ابتدا تشریح دقیقی از عملکرد و وضعیت سیستم ارائه گردد ، تا بر پایه آن بتوان مقادیر ورودی و خروجی را به هم مرتبط نمود . لذا لازم است تا ابعاد و اندازه های شیر اعم از اندازه مقاطع و حجم ها ، و نیز سایر مشخصات شیر ، نظیر ثابت فنرهای تعیین گردد . 

بر اساس آنچه ذکر شد در این گزارش ابتدا به بررسی مدار کلی شیر ترمز اتوماتیک و جایگاه این شیر در ارتباط با سایر اجزا ترمز می پردازیم .  سپس مسیر و جریان هوا در ادامه شرحی بر عملکرد اجزا تشکیل دهنده ترمز اتوماتیک ارائه می گردد . در پایان ابعاد و اندازه های شیر ارائه می گردد . 

علاوه بر این ، ترجمه متن اصلی یر ترمز اتوماتیک ارائه شده از طرف کارخانه سازنده (شرکت وابکو) ، ضمیمه گردیده است .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

منابع و ماخذ

1-The Analysis and Desing of Pneumatic Systems.BlaineW.Anderson.

1967John Wiley  &Sons

2- Fluid Mechanics V.L Streeter & E.B .Wylie 1996 John Wiley  &Sons

3- Modern control Engineering 3 ed 1997 . Katsohiko Ogata

4-control Engineering 2ed1995 Benjamin Kaw

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

فهرست مطالب

بخش        عنوان                                                                                                            صفحه

                  مقدمه

1                   مروری بر نحوه عملکرد سیستم ترمز اتوماتیک

2                   تحلیل حالتهای مختلف سوپاپ ترمز اتوماتیک

2-1           حالت هواگیری( Release)

2-2            بررسی حالت ترمز در شش دنده (Service)

2-3           حالت کاهش بیشتر فشار لوله اصلی (Over Reduction)

2-5           حالت خنثی (Handle- Off)

2-6          حالت ترمز اضطراری (Emergenc

3               اجزا تشکیل دهنده شیر ترمز اتوماتیک

3-1           شیر رله

3-1-1      شر رله در حالت هواگیری

3-1- 2     شیر رله در حالت تعدل

3-1-3      شیر رله در حالت سرویس

3-2           شیر رگلاتور

3-2-1      شیر رگلاتور در وضعیت هواگیری

3-2-2      شیر رگلاتور در وضعیت سرویس

3-3          شیر قطع و وصل لوله اصلی در حالت باز

3-3-2     شیر قطع و وصل در حالت بسته

3-4         شیر تخلیه سریع

3-4-1     شیر تخلیه سریع در حالت بسته

 

3-3-2     شیر تخلیه سریع در حالت باز

3-4-3        شیر اضطراری

3-5-1     شیر اضطراری در حالت عدم تحریک

3-4-3        شیر اضطراری در حالت تحریک

3-  5           شیر لغو ترمز جریمه(Suppression)

3-6-1        حالت تحریک

3-4-2       حالت عدم تحریک

3-4-2          عملکرد در وضعیت سرویس

3-5                  شیر خروسکی

3-7-1    شیر خروسکی در حالت مسافری

3-5-2         شیر خروسکی در حالت باری

3-5-3         شیر خروسکی در حالت قطع

4                   اندازه گیری

4-1          حالتهای مختلف سوپاپ شش دنده و اندازه های مورد لزوم آنها

4-1-1     حالت هواگیری

4-1-2     حالت ترمز تدریجی در شش دنده

4-1-3      اندازه گیری مورد لزوم در حالت ترمز تدریجی در شش دنده

4-1-4     حالت آزاد سازی ترمز

4-1-5     حالت لغو ترمز جریمه

4-1-6     حالت کاهش بیشتر یا Over reduction

4-1-7     خنثی

4-1-8     حالت ترمز امرژنسی

 

 

4-2         حالت هواگیری شش دنده

 

 

 

4-2-2    حالت سرویس

4-2-3     حالت لغو ترمز جریمه

4-2-4     حالت اضطراری

5                   ضمیمه 1 ( ترجمه متن شرکت سازنده)

6                   اصول شبیه سازی

6-1          نیازها واهداف شبیه سازی

6-2         بررسی روشهای ممکن جهت انجام پروژه

6-2-1     مزایا و معایب

6-3         تشریح اصول و مبانی روش استفاده شده

6-3-1     مقاومت

6-3-1-1 معادلات سیالاتی حاکم بر مقاومت

6-3-1-2 اثبات فرمول

6-3-1-3 حل معادله در برنامه سیمولینک

6-3-1-4 حل معادلات مربوط به مقاومت

6-3-2      مخزن

6-4              حل یک مثال ساده

6-4-1      فرضیات و تفسیر نتایج

7                  شبیه سازی شیر ترمز اتوماتیک

7-1          شیر رله

7-1-1     محاسبات نیرو

7-1-2     محاسبات نیوماتیکی

7-2         شیر رگلاتور

7-2-1    محاسبات نیرو

 

7-2-2    محاسبات نیوماتیکی

7-3         شیر قطع ووصل لوله اصلی

7-4            شیر تخلیه سریع

7-5            شیر اضطراری

7-6            شیر لغو ترمز جریمه

7-6-1   در حالت هواگیری

7-6-2      در حالت سرویس

7-6-3      در حالتهای لغو ترمز جریمه ، اضطراری و Handle Off

7-7        شیر خروسکی

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

توجه :

 

- شما هم اگر دارای پروژه یا مقاله هستید می توانید آن را در سایت ما به نام خودتان به فروش برسانید برای کسب اطلاعات بیشتر در این زمینه می توانید با شماره 09196408683 تماس بگیرید

 

-         همه محصولات سایت بلافاصله بعد از خرید قابل دانلود می باشند برای خرید محصولات سایت طبق دستورالعمل زیر عمل کنید

-         تمامی فهرست مطالب ارائه شده در این فایل الزاما در متن پایان نامه موجود نیست و در این زمینه ملاک سر فصلهای ارائه شده در سایت می باشد

 

برای خرید محصولات ابتدا باید در سایت ثبت نام نمایید لینک ثبت نام در بالای صفحه موجود است

سپس با کلیک بر روی گزینه اضافه به سبد خرید محصول مورد نظر خود را به سبد خرید اضافه نمایید

در گام بعد بر روی خود سبد خرید که لینک آن در کنار لینک راهنمایی در منو سایت می باشد کلیک کنید

 

در این صفحه اگر کارت عضو شتاب که رمز دوم آن را داشته باشید دارید می توانید از هر کدام از گذرگاه های بانک پارسیان یا سامان اقدام به خرید آنلاین نمایید قابل ذکر است که این درگاه های پرداخت همه کارت های عضو شتاب که رمز دوم دارند را پشتیبانی می کنند بعد از خرید چنانچه خرید شما موفق باشد بلافاصله لینک دانلود فایل را دریافت خواهید نمود

 

چنانچه شما رمز دوم کارت خود را ندارید و امکان خرید آنلاین ندارید می توانید با واریز وجه محصول به شماره حساب سایت و ثبت مشخصات فیش در سایت از طریق حساب کاربری سایت اقدام به خرید کنید و فایل خود را دانلود نمایید

 

مشخصات شماره حساب :

 

شماره حساب سپهر بانک صادرات   0302615670004  به نام شهرام آقابراری

شماره کارت حساب سپهر بانک صادرات  1175 4222 6911 6037  به نام شهرام آقابراری

 

جهت کسب اطلاعات بیشتر با شماره 09196408683  تماس حاصل فرمایید

 

با تشکر

 

سایت تجارت الکترونیک 24 ساعته ایرانیان

 

http://www.iran24h.com

 




:: برچسب‌ها: عنوان پایان نامه: شبیه سازی دینامیکی شیر ترمز اتوم
ن : ع غ
ت : ۱۳٩٠/٦/٢۸
نظرات ()

                      به نام خداوند جان و خرد

  

 

 

                              ساختار فوق ریز

                         High fine structure

 

 

 

 

تهیه و تنظیم:

                      معصومه حسینی واجاری

                        مینا پورعینی

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

پیش از اینکه بخواهیم با ساختارریز آشنا شویم لازم است  با چند مفهوم آشنا شویم :

1-اسپین هسته

2-گشتاور دوقطبی

3-گشتاور چارقطبی

اسپین هسته

هر حالت هسته را با یک عدد کوانتومی "اسپین"محصر به فرد مشخص می کنیم که نمایانگر تکانه کل (مداری و ذاتی)تمام نوکلِِیونهای هسته است. بردار  را میتوان به صورت حاصل جمع مؤلفه های مداری وذاتی تکانه زاویه ای در نظر گرفت.

(1.1)                                              

(2.1الف)                                                                                 

(2.1ب)                                                               

 

که چگونگی تجزیه طبق رابطه(2.1الف)یا(2.1ب)بیشتر به راحتی ما بستگی دارد . عدد کوانتومی رابطه ساده ای با بردار دارد

(3.1)                                                                                  (4.1)                                                           

رابطه (1.1) در اصل مجموعه ی بسیار پیچیده ای از تعدادی بردار را نشان میدهد که منجر به یک برایند می شود و ممکن است واضح نباشد که چرا میتوانیم از ساختمان داخلی هسته صرف نظر کنیم و آن را به صورت ذره ای بنیادی که مثل یک ذره دارای یک عددکوانتومی ذاتی است در نظر بگیریم . این تنها بدین علت است امکان پذیر است که برهمکنشی که هسته تحت تاثیر آن است مثل میدانهای الکترو مغناطیسی ایستا به اندازه کافی قوی نیست که ساختمان داخلی را تغییر دهد یا جفت شدگی نوکلیونها را که منجر به رابطه(1.1)می شود بگسلد.

برای حرکت الکترونها در اتمها نیز میتوانیم یک تکانه الکترونی کل تعریف کنیم

(5.1)                                          

 

که در آن بردار های  و  به حالت های الکترونی مربوط میشوند.مشابه مورد هسته ای اغلب می توانیم (ولی نه همیشه) کل الکترونها را دارای یک تکانه منفرد در نظر بگیریم.

سر انجام مواردی هستند که بهتر است کل تکانه های زاویه ای هسته ای و الکترون را که اغلب معمولا با نشان داده می شود در نظر بگیریم

(6.1)                                                           

گشتاور دو قطبی مغناطیسی

به طور کلاسیک گشتاور دو قطبی مغناطیسی  از حرکت ذرات باردار حاصل می شود و می توانیم آن را به عنوا ن وسیله تشخیص توزیع جریان ها یی در نظر بگیریم که در اطرافشان (روی بار های در حال حرکت دیگر)اثرات" مغناطیسی" به وجود می آورند . وقتی به حد کوانتومی می رسیم, رابطه ی مشابهی را با یک فرق غیر کلاسیکی به دست می آوریم:تکانه ذاتی (اسپین) هم در تولید گشتاور مغناطیسی سهیم است.

در اینجا به طور خلاصه الکترومغناطیس کلاسیک را که منجر به گشتاور دو قطبی مغناطیسی می شود مرور می کنیم. توزیع جریانهایی را در یک نمونه که حجم معینی از فضا را اشغال کرده است در نظر می گیریم.توزیع جریان توسط چگالی جریان  مشخص می شود. بردار  نقطه مشخصی از نمونه را نسبت به مبدأ نشان می دهد. در این صورت، تابع برداری  اندازه و جهت جریان الکتریکی را در واحد حجم  در آن نقطه به دست میدهد . دستورالعمل محاسبه میدان مغنایسی  ناشی از جریان بسیار ساده است:اول پتانسیل برداری  را در نقطه  مورد نظر با انتگرال گیری (جمع زدن)روی تمام جریانهای نمونه محاسبه میکنیم                                                                (7.1)                                     

 

و سپس میدان مغناطیسی را از رابطه  به دست می آوریم .بعد از کمی عملیات ریاضی که می توان آن را در کتاب های استاندارد الکترو مغناطیس یافت، می توانیم پتانسیل برداری را به صورت زیر بنویسیم

(8.1)                                                       ویا            

(9.1)                                              

که در آن داریم

(10.1)                                                                                         جمله اصلی غیر صفر با گشتاور دوقطبی مغناطیسی توزیع جریان، ،مشخص میشود. کاری که انجام داده ایم، بسط چند قطبی توزیع جریان است که جمله مرتبه پایین آن (دو قطبی)از همه مهمتر به نظر می آید.قسمت زیر انتگرال  شامل چگالی بار و حاصلضرب برداری است که در مورد ذره ای به جرم درست برابر می شود که در آن تکانه زاویه ای است. اگر به حد کوانتومی برسیم چگالی بار میشود و با توجه به تجربه مان در مکانیک کوانتومی می توانیم آن را به صورت زیر بنویسیم.

 

(11.1)                                       

 

اگر تابع موج مربوط به حالت معینباشد در این صورت فقط مولفه این انتگرال غیر صفر است و داریم

 

(12.1)                                     

 

(13.1)                                                                                                                                                            

 

که در آن   است.

چیزی که در آزمایش به عنوان گشتاورمغناطیسی مشاهده می کنیم بنا به تعریف مقدار  است که متناظر با بیشینه مقدار مولفه  تکانه زاویه ای است.عدد کوانتومیدارای بیشینه مقدار  است و بنا بر این گشتاور مغناطیسی  عبارت است از

(14.1)                                                                                       

 

کمیت دارای بعد گشتاور مغناطیسی است ( عدد کوانتومی بدون بعد است)و مگنتون نامیده میشود. اگر به جای  جرم پروتون را قرار دهیم مگنتون هسته ای بدست می آید

 

                                                                                                

 

و با قرار دادن جرم الکترون مگنتون بور  حاصل می شود

 

                                                                                                                        

                                            

 

با در نظر گرفتن اسپین ذاتی که مشابه کلاسیکی ندارد می توانیم معادله (14.1)را به سادگی تعمیم دهیم

 

(15.1)                                                     

 

که در آن   و  مولفه های مداری و ذاتی ضریب در بردار  هستند.مقادیرشان را با توجه به شرایط هر ذره می توان تعیین کرد: برای پرو تون1=  است و را باید برای  "پروتون آزاد"به طوری که  وارد  نشود اندازه گیری کرد.چنانکه بعدآ در این فصل خواهیم دید، اندازه گیری شده برای پروتون برابر 5.5856912 می شود.برای نوترونها که بدون بار هستند می توانیم  را برابرصفردرنظر بگیریم و  اندازه گیری شده را برابر 3.8260837-به دست آوریم.

در هسته های واقعی برای در نظر گرفتن اثرات نوکلئونهای دیگر، تصحیحی باید وارد شود که در اینجا در مورد آن بحث نمی کنیم.

گشتا ورچار قطبی الکتریکی                                                                                      

 

اکنون به جای جریانها، توزیع بارها را در هسته در نظر می گیریم .از یک نقطه در خارج پتانسیل الکتریکی شکل زیر را دارد:                                                                                                                                                             (18.1)                                                                                                                                                                                                                         که مشابه رابطه (1-7)برای پتانسیل برداری مغناطیسی  است.به طور کلاسیک به هر توزیع باری می توان یک میدان تک قطبی(کولنی)که متناسب با کل بار است نسبت داد.اگر توزیع باری درست کنیم که در آن کل بار برابر صفر باشدبه آسانی می توانیم بالاترین چند قطبی بعدی را که میدان  دوقطبی است مورد مطالعه قراردهیم  نمونه استاندارد چنین توزیعی بارهای     هستند که به ترتیب در نقاط        و        قرار گرفته اند.به طور کلی هر توزیع باری که تقارن کروی نداشته  باشد میتواند غیر از میدان تک قطبی دارای میدان دو قطبی نیز باشد.(یک راه تشخیص سهم هر یک از آنها در میدان کل این است که میدان الکتریکی تک قطبی بر حسب     ومیدان دوقطبی بر حسب     تغییرمی کند). درست همان طور که اضافه کردن بارهای مساوی و مخالف در محلهای مختلف میدان دو قطبی ایجاد می کند ،اضافه کردن دو قطبیهای مساوی و مخالف باعث صفر شدن میدان دو قطبی و تولید چند قطبی بالاتر بعدی یعنی میدان چار قطبی میشود.به عنوان مثال ،میتوانیم بار     یک دو قطبی را در مرکز مختصات و بار      را در      ودر کنار دو قطبی دیگری با بار       در مرکز مختصات و بار     در     قرار دهیم. میدان چار قطبی الکتریکی مشخصا  به      بستگی دارد.

 با بسط ضریب         درمعادله  (1-18) فورا جزئیات ریاضی بسط چند قطبی میدان الکتریکی را به دست می آوریم

 (16-19)                                                    =                                     (16-20)                                                                                                                               که در آن     زاویه بین    و     است وفرض کرده ایم که       با شد.(یعنی نقطه مشاهده خیلی از هسته دور است. برای بر هم کنش الکترو نهای اتم که بر ساختار فوق ریزحاکم است این تعریف خوبی به شمار می رود.)  بنا براین داریم :                                                                                                                               (16-21)                                                                                                                                   این انتگرال در جمله اول بار کل     را به دست می دهد که از نظر ساختار هسته ای جالب توجه نیست. جمله  دوم در شرایط معمولی صفر است زیرا حالتهای هسته ای ،با تقریب بسیار خوبی  از مرتبه یک قسمت در    قسمت ،دارای حالتهای با پاریته معین هستند.در حد کوانتمی و با قرار دادن      به جای    مقدار زیر انتگرال تابع فردی از مختصات می شود ولذا انتگرال برابر صفر خداهد شد. (با انتخاب مبدا در مرکز توزیع بار هسته و قرار دادن   در امتداد محور   ، هندسه مسئله ساده  می شود . در این صورت     برابر    است وتحت عملگر پاریته                تبدیل میشود در حالی ک             است. در نتیجه عبارت زیر انتگرال  فرد       و مقدار انتگرال برابر صفر میشود.)  اولین جمله جالب در بسط  چند قطبی ، جمله چار قطبی است                   که گشتاور چار قطبی هسته را چنین تعریف می کنیم :

(16-22)                                                                                                                 که در آن مثل مورد گشتاور دو قطبی مغنا طیسی از محور مرجع بخصوصی استفاده می کنیم  ،یعنی  را نسبت به محوری که تصویر اسپین هسته روی آن بیشیینه است اندازه گیری می کنیم.                                گشتاور چار قطبی هسته مشخص می کند که هسته کروی است  (که برای آن    )   یا غیر کروی  .اگر     شود ، هسته ها را غیر کروی کشیده مینامند.یعنی در رابطه                      (1-22)کمیت   به طور متوسط مثبت است. به عبارت دیگر ،مقدار بیشتری از چگالی بار هسته درامتداد محور   قرار  گرفته است تادر امتدادشعاع متوسط شکل (1الف)این مورد را نشان می دهد.اگر   منفی شود ،محور   چگالی  بارکمتری از هسته راخواهد داشت و هسته پهن میشود. در این مورد    است و تغییر شکل پخت  است .شکل (1ب)                                                                                                                                   انرژی برهم کنش توزیع بار هسته با پتانسیل اعمال شده از خارج      بدین قرار است:                                    (1-23)                                           

                                                             

       

                        شکل1                                                                                           که انتگرال باز هم روی حجم هسته است.(توجه کنید هنگامی که     باشد ،این عبارت به صورت رابطه آشنای  نقطه باردار در میدان خارجی در می آید .)اگر     را با استفاده  از بسط تیلور حول مرکز هسته  بسط  میدهیم،در این صورت یک جمله ثابت وجود دارد که به           وابسته است که مورد نظر نیست ،بعلاوه یک دو قطبی به دست می آید که شامل انتگرالهایی به شکل زیر است :

                                                                                              که با توجه به بحث پاریته که در بالا آمد برابر صفر می شود ، و یک  جمله غیر صفر چار قطبی نیز به دست خواهد آمد که متناسب با انتگرالهایی به شکل زیر است:

                                                                                         درکل نه جمله موجود است (شامل   ،    وغیره ). اگر میدان خارجی  دارای تقارن استوانه ای باشد،در این صورت می توانیم سهم چار قطبی الکتریکی را در انرژی به شکل زیر تقلیل دهیم                                         (16-24)                                                                                                                                    که در آن     زاویه بین محور تقارن  (در اینجا محور  )و محور تقارن هسته است . گشتاور چارقطبی نسبت به محور  محاسبه می شود (راستای تقارن  )در حالی که Qدر معادله (22.1)نسبت به   یا راستای تقارن هسته محاسبه می شود .موقع محاسبه معادله (24.1)باید ارتباط جهتی دستگاه های مرجع مختلف را در نظر بگیریم.تکانه زاویه ای هسته دارای مولفه    نسبت به محور انتخابی   است ،و در این صورت

(25.1)                                           

با محاسبه عبارت      و تعریف  نسبت به محوری که دارای بیشینه مقدار تصویر  است, نتیجه چنین می شود

  (26.1)               

 

 ساختار فوق ریز                                                                                            

در ابتدا ساختار فوق ریز را به صورت اثرات اتمی در نظر گرفتند (خیلی کوچکتر از ساختار ریز)که در نتیجه جفت شدگی بین تکانه الکترونی و هسته ای به وجود می آید.در این صورت این ساختار یک اثر داخلی اتم است لذا نمی توانیم آن را از بین ببریم یا تغییر دهیم مگر اینکه ساختمان هسته ای یا الکترونی را تغییر دهیم(مثلا به حالت های بر انگیخته ببریم) این اثرات در  ابتدا توسط طیف شناسان نور و به صورت اختلال های کوچکی در ساختمان خطوط طیف مشاهده شد و مورد مطالعه قرار گرفت و تکنیکهای جدید با بکار گیری لیزر دقت اندازه گیری تراز ها را به نحو بی سابقه ای افزایش داده اند     

در سالهای اخیر تمام اثرهایی که از برهمکنش گشتاور ها و اسپین هسته با محیط اطرافش از جمله الکترونهای اتم حاصل میشوند تحت عنوان ساختار فوق ریز قرار داده شده اند .محیط اطراف همواره تحت کنترل مستقیم ازمایشگران قرار دارد که میتوانند ساختار فوق ریز را مثلا با تغییر دادن یک میدان مغناطیسی که از خارج اعمال میشود تغییر دهند در این بخش این تعبیر وسیعتر برهم کنشها ی فوق ریز را مد نظر قرار میدهیم.

حالتهای اتمی با استفاده از علایم طیف نمایی     نشان داده میشوند که در آن  با علامتهای متداول    مطابق با    مشخص میشود. برای حالتهای اتمی تک الکترونی مثل اتمهای قلیایی علایم طیف نمایی اتمی مشابه علایم گذاری متداول برای مشخص کردن حالتهای یک تک الکترون است. در این صورت حالت پایه سدیم با یک الکترون  به صورت   نمایش داده می شود .معمولا عدد کوانتومی اصلی   نشان داده نمی شود .

در اینجا   برای نمایش تکانه کل هسته (اسپین هسته)به کار میرود .به همین ترتیب  تکانه کل الکترونی (مجموعه تکانه های مداری و ذاتی )را مشخص می سازد. در اتم هیدروژن ایده ال الکترون در پتانسیل کولنی هسته و در خالتهای کوانتومی با تکانه خوش تعریف   حرکت میکند .با اضافه کردن اسپین علامت دوم   هم وارد میشود . در اصل نباید فرقی ذاشته باشد که حالتهای این اتم ایده ال را با اعداد کوانتومی ،  ،  و یا با ،  ، ،  مشخص سازیم . ولی برهمکنش اسپین-مدار که ساختار ریز تراز های الکترونی را مشخص می سازد  و   را طوری با هم جفت میکند که  و  دیگر قابل تعریف نیستند و باید جفت شدگی   را برای تشخیص حالتهای واقعی بکار برد . برهمکنش اسپین_مدار را به سادگی می توان با استفاده از این تصویر نیمه کلاسیکی که در دستگاه مرجع الکترون حلقه بسته ای از جریان الکتریکی تولید می کند و باعث ایجاد میدان مغناطیسی در محل الکترون می شود فهمید. میدان مغناطیسی با گشتاور مغناطیسی اسپین الکترون   بر هم کنش می کندو باعث ایجاد اثر اسپین مدار و سهم ان در ساختار ریز می شود .انرژی بر همکنش بین میدان مغناطیسی حرکت ظاهری (که متناسب با   است)و گشتاور مغناطیسی اسپین(که متناسب با   است)برابر است با

(27.1)                           

که در ان  تابعی از مختصات است .با استفاده از نظریه ی کوانتومی مقدماتی می توان اثر این جمله را روی تراز های انرژی نشان داد اما برای اینکه این کار را انجام دهیم بایستی حاصلضرب  را حساب کنیم .بدین منظور از یکی از شگرد های متداول استفاده میکنیم.

(28.1)                                                  

(29.1)                            

(30.1)                           

(31.1)                    

که قدم اخر با استفاده از جانشین سازی هر کئام از مربعات تکانه ها با مقدار انتظاری ان در مکانیک کوانتومی حاصل شده است .

گشتاور مغناطیسی وابسته به این جفت شدگی را با   نشان میدهیم

(32.1)                                      

که در آن   و  گشتاور های مغناطیسی وابسته به حرکت مداری و اسپینی هستند

(33.1)                                        

و  مگنتون بور است . ضریب   دارای مقدار   و  (یاباتقریب خوب )است.نمی توانیم به طور مشابه   را بنویسیم زیرا   و  در حالت کلی موازی نیستند  به جای آن مقدار مشاهده پذیر  را مجددا به صورت مولفه  در جهت  تعریف میکنیم که در این صورت داریم

(34.1)                                         

که حال ا عدد کوانتومی است  ونه بردار  . در این حالت  توسط فرمول لانده داده می شود

(35.1)   

دلیل بحث تفصیلی از جفت شدگی اسپین مدار (که شامل هیچگونه خواص هسته ای نمی شود )این است که با محاسبه جفت شدگی فدق ریز دو قطبی مغناطیسی (که شامل هسته نیز میشود )کاملا مشابه است . حرکت الکترون میدان مغناطیسی   را در محل هسته ایجاد و با گشتاور مغناطیسی هسته بر همکنش می کند

(36.1)                                             

حالا اگر فرض کنیم   و  در این صورت برهمکنش فوق ریز مغناطیسی را بدست می آوریم

(37.1)                                                       

که در آن   خیلی از خواص اتمی و هسته ای را شامل می شود با بکار گیری روشی مشابه روش بالا برای محاسبه   ابتدا بردار تکانه زاویه ای کل (الکترونی بعلاوه هسته ای)را تعریف می کنیم.

(38.1)                                               

جفت شدگی بردار   و  به شکل    اجازه می دهد تا  مقادیر  بین   و  را اختیار کند . عدد کوانتومی   نیز می تواند فاصله مشابهی از  تا  را با اختلاف 1 واحد طی کند .اگر  با شد مقادیر ممکن  عبارتند از ، ،  ،  ، ، در این صورت   می تواند  مقدار مختلف را اختیار کند . اگر  باشد بحث مشابهی نشان میدهد که این تعداد برابر   خواهدشد . بنابراین ترکیب حالتهای تکانه زاویه ای اتمی و هسته ای شامل ترازهای چندتایه ای میشود که کمینه تعداد ان برابر  یا   است.

با ادامه دادن محاسبه  به همان صورتی که در بالا برای   انجام دادیم.حاصل می شود

(39.1)                                           

(40.1)                                          

(41.1)                

به عنوان مثال مورد سدیم را که فرض می کنیم فقط از  تشکیل شده باشد در نظر می گیریم. الکترن   به پیکر بندی حالت پایه  منجر می شود و بنابراین مقادیر امکان پذیر   طبق قواعد جفت شدگی برداری معمولی در مکانیک کوانتومی   و   است.پایینترین حالتهای برانگیخته اتمی  از حالتهای الکترونی   نتیجه می شوند و دو تایه های اسپین- مدار   و   هستند.گذار از این حالتها به حالت پایه "خطوط زرد    " رادر    و  که به خوبی شناخته شده اند به دست میدهد شکافتگی ساختار ریز    برابر   است . حالتهای  مربوط به  عبارتند از  و  در حالی که برای   جفت شدگی برداری مقادیر  را به دست می دهد شکل(2الف) تراز های انرژی  را همراه با شکافتگی فوق ریز نشان می دهد (پارامتر  برای هر چندتایه فوق ریز مختلف است)اختلاف انرژی نوعی چند تایه های فوق ریز فقط در حدود  تا   است که خیلی کوچکتر از ساختار ریز است.با استفاده از تکنیک های جدید و بکار گیری لیزرهای قابل تنظیم این شکافتگی های فوق ریز با دقت بسیار زیادی اندازه گیری می شوند .شکل(2ب) نمونه ای از اندازه گیری چندتایه های فوق ریز خطوط  سدیم را نشان می دهد.گذار های مشاهده شده خیلی نزدیک به پهنای خطوط طبیعی هستند.برای گذار های دوقطبی الکتریکی که معمولا مشاهده می شوند قواعد گزینش   برقرار است.        شکل2الف          شکل2ب اکنون با دقت بیشتری اختلاف بین حالتهای  از چند تایه  را در  مورد بررسی قرار می دهیم . اختلاف انرژی بین حالتهای مجاور    )  طبق معادلات (37.1)و(41.1)باید به صورت زیر باشد

(42.1)                                   

(43.1)                                                        

(44.1)                                                                                                       

برای فاصله  با  داریم  . برای فاصله   با  داریم در حالی که برای  خواهیم داشت .  از آنجا که   باید فقط شامل حالته اتمی یا هسته ای باشد که برای تعدادی چندتایه یکسان است  انتظار داریم که   برای چند تایه داده شده ثابت باشد در حالی که مقادبر بدست امده از شکافتگی های مشاهده شده اصلا ثابت نیستند.این اختلاف از تاثیر چار قطبی الکتریکی در ساختار فوق ریز حاصل میشود تا به حال ما فقط بر همکنش میدان مغناطیسی حرکت الکترون را با گشتاور دو قطبی مغناطیسی هسته در نظر گرفتیم.اکنون باید ببینیم که گرادیان میدان الکتریکی   که از حرگکت الکترونها حاصل می شود چگونه با گشتاور چار قطبی الکتریکی هسته بر همکنش می کند در اینجا روش به دست اوردن ان را شرح نمی دهیم و فقط به ارائه نتیجه اکتفا می کنیم

(45.1)

می توان نشان داد که رابطه فوق برای   یا برای   صفر می شود و بنابراین هیچ سهمی درساختار   در حالتهای   یا  ندارد. در حالت   می توانیم فاصله ها را حساب کنیم

(46.1)                                  

(47.1)                                  

(48.1)                                   

که در آن   است . این پارامتر فوق ریز چار قطبی الکتریکی است و به پارامتر فوق ریز دو قطبی مغناطیسی   شباهت دارد.مقادیر   و   فاصله های مشاهده شده را به خوبی باز تولید می کنند.

تعیین دقیق مقادیر   و  بر پایه اندازه گیری انرژی های گذار بین حالتهای  راهی را برای تعیین گشتاور های هسته ای   و   به دست می دهد.اما استخراج  و    از   و    احتیاج به اطلاعاتی از   و    یعنی میدان مغناطیسی و گرادیان میدان الکتریکی حاصل از حرکت الکترونی دارد. از انجا که انجام دادن محاسبات با دقت زیاد بسیار سخت است در عمل معمولا پارامتر ساختار فوق ریز دو ایزوتوپ اندازه گیری می شود که یکی از انها دارای گشتاور مشخصی است. با در نظر گرفتن نسبت پارامت های فوق ریز نسبت بین دو گشتور بدست می آید.

(49.1)

که در ان 1و2 به ترتیب مربوط به گشتاور های مشخص و نامشخص هستند. از انجا که هسته ها نقطه ای نیستند و حجم معینی دارند بر هم کنش فوق ریز    باید به صورت انتگرال روی حجم هسته محاسبه شود و اگر ایزوتوپهای 1و2 شعاعهای متفاوتی داشته باشند محاسبه این انتگرال روی حجم های دو هسته ممکن است اثر کوچکی را به خاطر اختلاف حجم نشان دهد . معمولا تصحیح کوچکی در نسبت   که عموما کمتر از 1 درصد   است، لازم می شود. این تصحیح را بی هنجاری فوق ریز می گویند که به ساختار هسته مربوط می شود و می توانئد اطلاعات جالبی از خواص هسته بدست دهد.

 

 

منابع:

        فیزیک هسته ای   کنت کرین

 

        فیزیک کوانتومی    گاسیوروویچ

 

 

   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 




:: برچسب‌ها: ساختار فوق ریز
ن : ع غ
ت : ۱۳٩٠/٦/٢۸
نظرات ()

ترمز

مقدمه 

اساس کار ترمز بر مبنای اصطکاک بین دو سطح است. مقدار اصطکاک بسته به نیروی اعمال شده بین دو سطح، زبری و جنس سطوح تغییر می کند.

وقتی راننده پدال ترمز را فشار می دهد و ترمزها به کار می افتند، سیالی از داخل لوله های روغن عبور می کند و به مکانیسمهای ترمزگیری در چرخها می رسد. این مکانیسمهای ترمزگیری به قطعات چرخان نیرو وارد می کنند تا حرکت چرخها کند شود یا چرخها از حرکت باز ایستند. مکانیسمهای ترمز چرخ بر دو نوعند : کاسه ای و دیسکی. در ترمز کاسه ای فشار روغن، کفشکهای ترمز لنت کوبی شده را به یک کاسه چرخان یا کاسه چرخ می فشارد. در ترمز دیسکی، فشار روغن لنتهای ترمز را به دیسکی چرخان می فشارد. اصطکاک بین کفشها یا لنت ترمزهای ساکن با کاسه یا دیسک چرخان منشا عمل ترمزگیری است که سبب کند شدن حرکت یا توقف چرخها می شود.

اگر راننده خیلی محکم ترمز بگیرد، بطوریکه چرخها قفل شوند، اصطکاک بین لاستیکها و سطح جاده از نوع جنبشی خواهد بود. اگر ترمز خیلی محکم گرفته نشود، چرخها به چرخیدن ادامه خواهند داد، در این حالت با اصطکاک ایستائی سروکار داریم؛ یعنی اصطکاک در آستانه حرکت که مقدار آن نیز از اصطکاک جنبشی بیشتر است. در صورتیکه چرخها قفل نشوند، خودرو پیش از توقف مسافت کمتری را می پیماید و زودتر متوقف می شود. اما ترمز را همواره باید چنان گرفت که چرخها در آستانه قفل شدن باشند. این اصل اساس کار سیستم ترمز قفل نشو یا ABS است. این سیستم مانع قفل شدن چرخها و سر خوردن لاستیکها در هنگام ترمزگیری شدید می شود. در نتیجه خودرو سریعتر، در فاصله کوتاهتر و با کنترل خوب متوقف می شود.

اجزای ترمز

سیستم ترمز پائی شامل دو بخش اصلی است. این بخشها عبارتند از سیلندر اصلی یا پمپ زیر پا و مکانیسمهای ترمز کاسه ای یا دیسکی در چرخها. پمپ زیر پا یک پمپ پیستونی رفت و برگشتی است. وقتی راننده پدال را فشار می دهد، این فشار به سیستم هیدرولیکی منتقل می شود، روغن ترمز از پمپ زیر پا وارد لوله های روغن می شود و به مکانیسمهای ترمز می رسد. (شکل4-1) با افزایش فشار هیدرولیکی کفشکها یا لنت ترمزها به کاسه ها یا دیسکهای چرخان فشرده می شوند، در نتیجه نیروی مکانیکی پدال ترمز به نیروی هیدرولیکی وارد بر مکانیسمهای ترمز چرخ تبدیل می شود.

 

شکل 4-1 اجزای ساده سیستم ترمز

در اکثر خودروها، ترمزهای چرخها دو به دو با هم عمل می کنند. بدین صورت که معمولاً در خودروهای دیفرانسیل عقب دو چرخ عقب از یک لوله روغن و چرخهای جلو از یک لوله روغن مجزا استفاده می کنند. در بسیاری از خودروهای دیفرانسیل جلو نیز چرخها بصورت ضربدری هرکدام به یک لوله متصلند. (شکل4-2) مجزا کردن سیستم هیدرولیکی به دو بخش ، ایمنی خودرو را افزایش می دهد. اگر یکی از بخشها نشتی روغن داشته باشد و کار کند، بخش دیگر به کار خود ادامه می دهد و خودرو را متوقف می کند. به ندرت ممکن است هر دو بخش همزمان از کار بیفتند. در سیستمهای قدیمی، سیلندر اصلی یا پمپ زیر پا فقط یک پیستون داشت. در این سیستمها وقتی در نقطه ای از سیستم هیدرولیکی عیبی بروز می کرد، خودرو دیگر ترمز نمی گرفت.

 

شکل4-2 نحوه تقسیم فشار هیدرولیک بین چرخها

ترمز بوستری

اکثر خودروها به سیستم ترمز بوستری مجهزند. در این نوع سیستم وارد کردن نیروی نسبتاً کمی بر پدال ترمز برای کاهش سرعت یا متوقف کردن خودرو کافی است. در صورتی که موتور خاموش باشد یا بوستر خراب شده باشد، ترمز عمل می کند، اما راننده باید نیروی بیشتری به پدال ترمز وارد کند.

بوستر ترمز خلئی، سیلندری دارد که در آن پیستون یا دیافراگمی تعبیه شده است. وقتی پدال ترمز رها می شود، پیستون در نتیجه خلا معلق می ماند چرا که خلا در دو طرف آن برابر است. این خلا مورد نیاز بوسیله لوله ای از منیفولد بنزین یا یک پمپ خلا تامین می شود. با فشار دادن پدال ترمز، فشار در یک طرف پیستون به فشار جو می رسد، بنابراین پیستون به طرف دیگر کشیده می شود و نیروی کمی که راننده به پدال وارد می کند به کمک فشار جو افزایش می یابد. (شکل4-3)

 

شکل4-3 اساس کار بوستر خلئی ترمز

با فشار دادن پدال ترمز، میله پشت پدال ترمز شیر هوا را از شیر تنظیم متحرک دور می کند. هوا با فشار جو از شیرها می گذرد و وارد فضای بین پیستون و پوسته عقب می شود. در نتیجه دیافراگم و میله پشت پمپ زیر پا به طرف پمپ زیر پا حرکت می کنند. وقتی پیستونها در داخل پمپ زیر پا عمل کنند، ترمز عمل می کند. با رها کردن پدال ترمز شیر هوا دوباره با شیر تنظیم متحرک تماس پیدا    می کند. در نتیجه محفظه پشت پیستون و دیافراگم، نسبت به ورود هوا درزبندی می شوند. (شکل4-4)

 

شکل4-4 ساختمان مجموعه پمپ اصلی و بوستر خلئی ترمز

 

ترمز کاسه ای

ترمز کاسه ای یک کاسه ترمز فلزی دارد که مجموعه ترمز هر چرخ را در بر می گیرد. درون این کاسه ترمز دو کفشک ترمز خمیده به سمت خارج حرکت می کنند تا سرعت چرخش کاسه ترمز را که همراه چرخ می چرخد کاهش دهند یا آن را متوقف کنند. بدین صورت که وقتی راننده پدال ترمز را فشار می دهد، روغن ترمز از محفظه فشار پمپ زیر پا و از طریق لوله های روغن به سیلندر روغن درون چرخ می رسد . سیلندر چرخ فشار هیدرولیکی پمپ زیر پا را به حرکت مکانیکی تبدیل می کند. وقتی فشار افزایش می یابد، پیستون درون سیلندر بر نیروی فنرهای برگشت کفشک ترمز غلبه می کند و کفشکها را به طرف بیرون می راند تا به کاسه بچسبند.

کفشکهای ترمز معمولاً از فلز ساخته می شوند و روی این کفشکها لنت ترمز چسبانده یا پرچکاری می کنند. لنت ترمز را غالباً از مواد بدون آزبست مانند فایبرگلاس یا ماده نیمه فلزی می سازند که     می تواند در برابر گرمای ناشی از عمل کردن ترمز پایداری کند. قبلاً از آزبست هم در ساخت لنت ترمز استفاده می شد، اما امروزه به سبب زیانهایی که آزبست برای سلامتی انسان دارد کمتر مورد استفاده قرار می گیرد.

بر اساس نحوه قرار گرفتن این کفشکها درون کاسه چرخ، این ترمز به انواع گوناگون تقسیم می شوند:  

Leading and trailing shoe brakes  :
در این ترمزها فنرهای برگشت دهنده دو کفشک را در بالا به سیلندر چرخ و در پایین به پینهای ثابت نگهدارنده کفشک فشار می دهند. فشار دادن پدال ترمز سبب می شود که پیستونهای سیلندر چرخها، سر کفشکها را به طرف بیرون جابجا کنند و آنها را به کاسه ترمز بچسبانند. اصطکاک بین کفشک جلو و کاسه ترمز سبب می شود که کفشک جلو سعی کند همراه با کاسه بچرخد. این عمل کفشک جلو، ته کفشک را به پین نگهدارنده کفشک می فشارد، در نتیجه بیشتر عمل ترمزگیری را کفشک جلو انجام می دهد. وقتی کفشک عقب با کاسه تماس پیدا    می کند، کاسه در حال چرخش می کوشد تا کفشک را از خود دور کند. بنابراین کفشک عقب کمتر از کفشک جلو ساییده می شود. وقتی خودرو دنده عقب می رود نقش کفشکهای جلو و عقب با هم عوض می شوند. (شکل4-5)

 

شکل4-5 Leading and trailing shoe brakes

Duo-servo shoe brakes :

در این نوع از ترمزها سر کفشکها به یک پین نگهدارنده تکیه دارد. ته کفشکها با یک پیچ تنظیم متحرک به هم متصل است. کفشک به طرف جلو خودرو، کفشک اولیه و کفشک به طرف عقب خودرو کفشک ثانویه نام دارد. وقتی کفشکها با کاسه در حال چرخش تماس پیدا می کنند، اصطکاک سبب می شود که هر دو کفشک سعی کنند همراه کاسه بچرخند. سر کفشک اولیه تمایل به کشیده شدن به داخل کاسه را دارد و پایین می آید. سپس ته کفشک پیچ تنظیم را به طرف عقب می راند. در نتیجه این عمل، ته کفشک ثانویه به کاسه فشرده می شود و کاسه، کفشک ثانویه را به طرف بالا جابجا می کند و به پین نگهدارنده کفشک می فشارد. کاسه با ادامه چرخش تمایل پیدا می کند که هر دو کفشک را تنگتر به طرف خود بکشد، در نتیجه عمل تقویتی کفشک ثانویه شدت بیشتری می یابد. در این ترمزها عمل تقویتی دو کفشک سبب می شود که نیروی کل ترمز گیری از نیرویی که سیلندر چرخ تامین می کند بیشتر شود. (شکل4-6)

 

شکل4-6 Duo-servo shoe brakes

 دو نوع ترمز کفشکی  Two leading shoe brakes و Two trailing shoe brakes نیز وجود دارند که  در این نوع ترمزها هر دو کفشک یک نقش را بازی می کنند یعنی با توجه به نحوه قرار گرفتن کفشکها  یا هر دو leading و یا هر دو trailing هستند.

تنظیم کننده های خودکار ترمز کاسه ای

بیشتر ترمز های کاسه ای خود تنظیمند تا بتوانند سایش لنت را جبران کنند. دو نوع تنظیم کننده خودکار مورد استفاده در ترمزهای با کفشک عقب و جلو عبارتند از :

تنظیم کننده خودکار یکباری : در این نوع وقتی که خلاصی بین لنت و کاسه به اندازه معینی رسید، فقط یک بار کفشکها را تنظیم می کند. پس از آن تنظیم مجدد امکان پذیر نیست و کفشکها را باید عوض کرد و تنظیم کننده خودکار را دوباره آماده کار ساخت.

تنظیم کننده خودکار تدریجی : در اینجا وقتی که فاصله لنت با کاسه به اندازه ای برسد که برای پیچیدن پیچ تنظیم  کافی باشد، این تنظیم کننده کفشک را به طرف کاسه می راند. تنظیم در هنگام ترمز گرفتن، در حین حرکت رو به جلو یا عقب، انجام می شود. وقتی کفشک ترمز باز می شود، فنر برگشت پیچ تنظیم اهرم تنظیم را به طرف بالا می راند. اگر لنت به اندازه کافی ساییده شود، اهرم از دندانه بعدی چرخ تنظیم بالاتر می رود. وقتی پدال ترمز رها می شود، اهرم تنظیم به طرف پایین می آید، در نتیجه دندانه می پیچد. آن گاه پیچ تنظیم اندکی طویل تر می شود تا کفشک را به کاسه نزدیکتر کند.

ترمز دیسکی

در ترمز دیسکی بجای کاسه ترمز از یک دیسک چرخان و بجای کفشکهای خمیده از یک جفت کفشک مسطح بنام لنت ترمز استفاده می شود. در هنگام ترمز گرفتن این لنتها به دیسک در حال چرخش  فشرده می شوند. همچنین لنتها از پشت به یک سیلندر و پیستون متصل هستند.(شکل4-7) در هنگام ترمز گرفتن، فشار روغن پشت هر پیستون، آن را به طرف بیرون می راند، در نتیجه لنتها به دیسک فشرده می شوند. در اثر تماس لنتها با دیسک، سرعت چرخش دیسک و چرخ کاهش می یابد و چرخ متوقف می شود.  

 

شکل4-7 ترمز دیسکی و اجزای آن

تنظیم خودکار ترمز دیسکی

ترمز دیسکی نیز با ساییده شدن لنت، خود به خود تنظیم می شود. سوراخ سیلندر ترمز شیاری دارد که یک لاستیک در آن قرار گرفته است. این لاستیک پیستون را محکم دربرگرفته است. وقتی ترمز گرفته می شود، پیستون به طرف دیسک حرکت می کند؛ در نتیجه لاستیک تغییر شکل می دهد، اما باز هم به پیستون چسبیده ات. وقتی ترمز رها می شود، لاستیک هم آزاد می شود و به وضعیت اولیه خود بر می گردد. با بازگشت لاستیک به وضعیت قبلی پیستون هم به آهستگی از دیسک دور می شود، اما لنت ترمز ممکن است اندکی با دیسک در تماس باقی بماند. با سایش لنت ترمز، مسافتی که پیستون در هنگام گرفتن ترمز باید بپیماید طولانیتر از آن می شود که لاستیک بتواند با تغییر شکل خود باز هم پیستون را دربربگیرد. در این حالت پیستون از لاستیک بیرون لغزیده و در وضعیت جدیدی قرار خواهد گرفت. این تنظیم خودکار سبب می شود که لنت ترمز به دیسک نزدیکتر شود و سایش لنت را جبران کند. (شکل4-8)

 

شکل4-8 تنظیم کننده خودکار ترمز دیسکی

بسیاری از لنتهای ترمز دیسکی سایش نمای صوتی دارند. وقتی لنت ترمز به اندازه ای نازک می شود که زمان تعویض آن فرا می رسد، سایش نما به دیسک ترمز ساییده می شود. در نتیجه این عمل صدای خراشیدن بلندی به گوش راننده می رسد و راننده را از ساییده شدن لنت ترمز آگاه می گرداند.

ترمز ABS

وقتی سرعت لاستیکها، با آهنگی تندتر از سرعت خودرو کاهش یابد، لاستیکها روی سطح جاده سر می خورند. یکی از راههای جلوگیری از سر خوردن لاستیک، جلوگیری از قفل شدن ترمزهاست. این همان کاری است که سیستم ترمز ABS انجام می دهد. در حین ترمزگیری عادی، سیستم ترمزABS هیچ اثری بر ترمز پایی ندارد. اما وقتی راننده به شدت ترمز می گیرد، این سیستم مانع قفل شدن چرخها می شود. این سیستم به ترمزها اجازه می دهد تا آستانه سر خوردن لاستیکها عمل کنند. در این هنگام سیستم ABS فشار روغن ترمز هر چرخ را تغییر می دهد. بدین ترتیب پمپ کردن سریع سبب می شود که آهنگ کاهش سرعت چرخ، از آهنگی که سبب قفل شدن چرخها می شود کمتر بماند.

نحوه عمل ترمز ABS

لوله های هیدرولیکی که از پمپ زیر پا می آیند، به یک کارانداز هیدرولیکی متصل می شوند. لوله های دیگری از این کارانداز به ترمز هرچرخ کشیده می شوند. کارانداز را مدول کنترل سیستم ترمز ABS کنترل می کند. حسگرهای سرعت چرخ در هر چرخ بطور پیوسته سرعت چرخ را به مدول کنترل سیستم ترمز ABS اطلاع می دهند. این سیستم ترمز عمل نمی کند مگر اینکه کلید چراغ ترمز به مدول کنترل سیگنال بدهد که پدال ترمز فشرده شده است. وقتی مدول کنترل افت سریع سرعت چرخ را حس می کند، به کارانداز سیگنال می دهد که فشار روغن ترمز آن چرخ را تغییر دهد، در نتیجه چرخ قفل نمی شود. این عمل به صورت زیر اتفاق می افتد :

مدول کنترل سرعت چهار چرخ را بطور پیوسته مقایسه می کند. تا وقتی که هر چهار چرخ با سرعت تقریباً برابر می چرخند، مدول کنترل اقدامی نمی کند. وقتی که سرعت چرخش چرخی سریعتر از چرخهای دیگر کاهش می یابد، مدول کنترل به رله سیستم ترمز ABS سیگنال می دهد که واحد هیدرولیکی را فعال کند. یک یا دو سلنوئید در واحد هیدرولیکی شیرهای تنظیم جریان یا شیرهای سلنوئیدی لوله های ترمز را باز و بسته می کنند. با عمل کردن این شیرهای سلنوئیدی فشار هیدرولیکی پشت هر ترمز قطع یا وصل می شود. (شکل4-9)

 

شکل4-9 سیستم ترمز ضد قفل نسه راهه . ترمزهای جلو جداگانه و ترمزهای عقب با هم کنترل می شوند.

Full-contact Disc brake

با ساخت این نمونه از ترمزها تقریباً تحول بزرگی در زمینه ترمزها بوجود آمد، اما چون اساس کار آنها با نمونه های قبلی تفاوتی نداشت، این تحول چندان به چشم نمی آید. در واقع ساخت این نمونه فراتر از یک بهبود تدریجی نمونه های قبلی است و می توان آن را تحولی جدید در ساختمان آنها محسوب کرد. این طرح شبیه ترمزهای دیسکی است، با این تفاوت که در ترمزهای دیسکی هنگام ترمزگیری تنها حدود 15 درصد سطح دیسک گردان با لنتها در تماس می باشند، اما با تغییر در طراحی آنها و ساخت این نمونه که به عنوان ترمز دیسکی تمام درگیر نامیده می شود، تقریباً 75 درصد سطح دیسک گردان در یک لحظه با لنتها می توانند در تماس باشند.

در استفاده از دیسکها و لنتهای معمول، دیسک گردان بین لنتها درگیر می شود. اما در این نمونه    (Full-contac) همانطور که در شکل 4-10 مشاهده می شود، یک سطح عنکبوت مانند، دیسک ترمز را در برمی گیرد که شش لنت ترمز نیز درون این سطح و روی دیسک قرار می گیرد. سیستم عملگر نیز بصورت هیدرولیکی برروی لنت مدوری که پشت دیسک قرار دارد عمل می کند.

برای اطمینان از انتقال حرارت ترمز و خنک نگه داشتن آن، سیستم بوسیله پره های خنک کننده ای که به لنتهای بیرونی متصل است، پوشیده شده است. لنتهای درونی درون یک قالبی از جنس مواد کامپوزیت قرار گرفته اند. برای اطمینان از عملکرد بهینه ترمز تحت شرایط گوناگون از انواع مختلفی از مواد بعنوان لنت استفاده می شود.

مزایای اینگونه ترمزها که نسبت به گونه های قبلی آن قابل ملاحظه است، عبارتند از : خنک کاری بهتر، توان ترمز گیری بیشتر و کاهش سروصدا و ارتعاشات.

 

 

شکل4-10 نمونه باز شده و بسته Full-contact Disc brakes

لنتهای ترمز 

بسته به شرایط مختلف از مواد مختلفی در ساختمان لنتها استفاده می شود، در گذشته بیشتر از آزبست در لنتها استفاده می شد که امروزه بعلت مشکلات زیست محیطی استفاده از آنها تقریباً منسوخ شده و بجای آنها از مواد ترکیبی و کامپوزیتی استفاده می شود. مواد اصطکاکی  که امروزه در لنتها استفاده می شوند عبارتند از :

 مواد آلی (Organic) : این لنتها برای استفاده در خودروهای شهری بسیار مناسبند، چرا که دوام خوبی دارند، سروصدای کمی ایجاد می کنند، سبب ساییده شدن دیسک نمی شوند و هنگامیکه خنک هستند عملکرد خوبی دارند، اما مشکل عمده آنها این است که وقتی گرم می شوند بخوبی قبل عمل نمی کنند.

نیمه فلزی (Semi-metallic/sintered)  : این گونه از لنتها نمونه خوبی برای استفاده در خودروهای درون شهری و جاده ای هستند. همچنین گزینه خوبی برای استفاده در اتومبیلهای مسابقه ای هستند. این لنتها هنگامیکه سرد هستند به خوبی مواد آلی کار نمی کنند و برعکس هنگامیکه گرم می شوند، به عملکرد خوب خود می رسند.

در این لنتها صفحات نیمه فلزی توسط قیدهای فلزی بهم متصل شده اند و گهگاه ممکن است این اتصال ضعیف از بین برود و سطوح مختلف صفحات نیمه فلزی از هم جدا شوند، که البته این اتفاق به ندرت اتفاق می افتد.

فلزی (Metallic) : بطور عمده اینگونه از لنتها در خودروهای مسابقه ای یا خودروهای بسیار گرانبها استفاده می شود. سروصدای زیادی ایجاد می کنند و بعلت سختی فلز اثراتی روی دیسک دارند. هنگامیکه سرد باشند نیز به خوبی کار نمی کند.

سرامیکی (Ceramic) : لنتهای سرامیکی هنوز در حدود 15 – 40 درصد الیاف فلزی دارند که معمولاً از الیاف مس بجای فولاد استفاده می شود که علاوه بر فرسایش کمتر، حرارت را نیز بهتر منتقل می کند. این لنتها به سادگی لنتهای دیگر از بین نمی روند و دوام بیشتری دارند، زودتر خنک می شوند و تقریباً بی سروصدا عمل می کنند.

 عملگرهای ترمز

روشهای گوناگونی برای انتقال نیروی راننده به ترمزها وجود دارد که در زیر به آنها اشاره می کنیم :

 میله بندی مکانیکی یا سیمی (Solid bar connection or Cable-operated  )

در این نوع عملگرها بین پدال ترمز و کفشک ترمز یک اهرم بندی مکانیکی قرار می گیرد که عامل انتقال نیرو از پا یا دست راننده به ترمز می باشد. این نوع میله بندیها، معمولاً با بکار بردن اهرمهایی نیروی وارده توسط راننده را چند برابر می کنند. (شکل4-11)

 

شکل4-11 میله بندی مکانیکی عملگر ترمز

 

در برخی از موارد که از سیستمهای مکانیکی بعنوان عملگر استفاده می کنند، بجای سیستم میله بندی اهرمی از سیم استفاده می کنند. از این سیستمهای انتقال نیرو در خودروها کمتر استفاده می شود و بیشتر در ترمز چرخهای عقب موتور سیکلتها استفاده می شود. (شکل4-12)

 

شکل4-12 مکانیزم سیمی بعنوان عملگر ترمز

عملگر هیدرولیکی تک مرحله ای (Single-circuit hydraulic )

در این عملگر که امروزه در بیشتر خودروها و موتورسیکلتها استفاده می شود، میله و سیم بوسیله سیستم سیلندر، پیستون، منبع و سیال هیدرولیکی جایگزین می شود. سیستمهای هیدرولیکی منفرد سه جز اساسی دارند: سیلندر اصلی، سیلندر ثانویه و منبع که این اجزا توسط لوله هایی به هم مرتبطند. این لوله ها و منبع توسط سیال غیر قابل تراکمی پر می شوند. هنگامیکه پدال ترمز فشرده می شود، در واقع پیستون کوچکی که درون سیلندر اصلی قرار دارد فشرده می شود. از آنجاییکه سیال درون سیلندر غیر قابل تراکم است، فشار بطور همزمان و از طریق لوله های انتقال سیال به سیلندر ثانویه می رسد. همین فشارتوسط پیستون سیلندر دوم و از طریق یک اهرم به پشت لنت می رسد و جهت بکار انداختن ترمز از آن استفاده می شود. البته گاهی نیز بدون نیاز به اهرمی خاص، پیستون به صورت مستقیم با لنت درگیر است. (شکل4-13) در این حالت این مزیت نیز بوجود     می آید که حرارت ایجاد شده در لنت به سیال هیدرولیکی منتقل شود.

 

شکل4-13 عملگر هیدرولیکی تک مرحله ای

عملگر هیدرولیکی دو مرحله ای (Dual-circuit hydraulic)

این گونه از عملگرهای هیدرولیکی امروزه بیشتر در خودروهای گرانبها و همچنین برروی برخی از موتورسیکلتهای جدید استفاده می شود. این سیستم دو مدار جداگانه دارد. مدار فرمان که از راننده و توسط فشار پدال فرمان می گیرد و یک مدار جداگانه که توسط یک مدول کنترل هدایت می شود و در واقع همان مداری است که سرانجام بر روی لنتها اعمال فشار می کند. چنانچه پدال ترمز فشار داده شود، یک سیگنال فشار از طریق مدار اول به مدول کنترل می رسد، توسط این سیستم کنترلی، مقدار نیروی اعمالی وارده به پدال اندازه گیری می شود، سپس با استفاده از یک پمپ و از طریق مدار دوم همان مقدار نیرو را به پشت لنتها می رساند. اگر راننده سعی کند هنگامیکه سرعت خودرو بسیار زیاد است، ناگهان ترمز کند، مدول کنترل سیستم، تمام نیروی اعمالی از طریق راننده را به مدار دوم انتقال نمی دهد، بلکه با توجه به شرایط موجود و سرعت خودرو، نیروی بهینه را به مدار دوم منتقل می کد. (شکل4-14)

 

شکل4-14 عملگر هیدرولیکی دو مرحله ای

عملگر هیدرولیکی-الکترونیکی (Brake-by-wire )

این نمونه از پیشرفته ترین نمونه ها در نوع خود است که معمولاً در خودروهای مسابقه ای فرمول یک استفاده می شود. از لحاظ ساختمانی شبیه عملگر هیدرولیکی دو مرحله ای است با این تفاوت که بجای مدار فرمان هیدرولیکی، یک مدار فرمان الکترونیکی جایگزین شده است. بدین صورت که پدال ترمز به یک رئوستای فوق العاده حساس متصل شده است و هرچه پدال بیشتر فشرده شود، سیگنال بزرگتری به مدول کنترل فرستاده می شود. (شکل4-15) اما مدار هیدرولیکی دوم شبیه حالت قبل است. از مزایای این سیستم این است که می توان محل پدال را بدون محدودیت هرجای دلخواهی در نظر گرفت.

 

شکل4-15 عملگر هیدرولیکی-الکترونیکی 

 




:: برچسب‌ها: ترمز
ن : ع غ
ت : ۱۳٩٠/٦/٢۸
نظرات ()

ترمز ضد قفل ABS

اگر شما هم رانندگی در روزهای برفی و بارانی را تجربه کرده اید ، حتما" به خوبی می دانید هدایت خودرو در جاده های لغزنده بخصوص زمان توقفهای ناگهانی ، تا چه حد مشکل و دردسر ساز و البته در بسیاری از موارد ؛ غیر ممکن است . در چنین مواقعی به دلیل قفل شدن چرخها ، خودرو بر سطح لغزنده خیابان همچنان به حرکت ادامه می دهد ، به طوریکه علاوه بر افزایش زمان توقف ، کنترل ان نیز بسیار مشکل خواهد شد.آمار هم نشان می دهد بخش عمده ای از تصادفات جاده ای مربوط به همین نقص فنی در سیستم ترمزهاست. تلاش متخصصان برای رفع این نقیصه ، منجر به پدید امدن ترمزهای ضد قفل یا همان سیستم معروف ABS شده است ، ترمزهایی که به دلیل عملکرد منحصر به فرد و کارایی بالای خود ، به سرعت جایگزین سیستم های رایج امروزی می شوند و پیش بینی می شود تا چند سال آینده شاهد به کارگیری انها در بیشتر وسایل نقلیه باشیم .ترمزهای ABS از 4 قسمت عمده زیر تشکیل می شوند :

1- سنسورهای سرعت که زمان قفل شدن چرخها را نمایش می دهند و با قرار گرفتن در هر چرخ و یا دیفرانسیل این اطلاعات را ارسال می کند.

2-  سوپاپها که معمولا" در 3 موقعیت عمل میکنند: در وضعیت اول کاملا" باز هستند و فشار سیلندر اصلی را به داخل ترمز می فرستند ، در حالت دوم دریچه سوپاپها بسته می شوند و ترمز از سیلندر اصلی جدا می شود . این کار ، از افزایش بیش از حد فشار داخل ترمز که راننده را به اعمال نیروی بیشتری روی پدال وادار می کند ، جلوگیری می نماید. در موقعیت سوم ، سوپاپها مقداری از فشار را از طریق ترمز خارج می کنند.

3- از ان جا که سوپاپها مقداری از فشار خود را از طریق ترمز گیری از دست می دهند . نقصان فشار ، با استفاده از پمپ جبران می شود .

4- چهارمین بخش سیستم ، یک دستگاه کنترل کننده است که به عنوان رایانه کوچکی در خودرو عمل می کند و سنسورهای سرعت و سوپاپها را تنظیم می کند.

نحوه عملکرد سیستم های ABS با وجود الگوریتم های متفاوتی که برای انها تعریف شده ، بسیار ساده و ابتدایی است . چناچه شما خودروی خود را که از سیستم ABS استفاده نمیکند ، به جای توقف ناگهانی ، با فشار چندین بار پا روی پدال ترمز متوقف کنید ، همان کار ترمز های ضد قفل را انجام داده اید ، با این تفاوت که در یک سیستم ABS ، تمامی این کارها خودکار صورت می گیرد . در معمولترین شکل ، این کار دستگاه کنترل کننده سنسورهای سرعت را در همه حال تحت نظارت خود قرار می دهد و هر کاهش سرعت ناگهانی و خارج از قاعده را ثبت میکند همانطور که میدانید ، هر چرخ خودرو ، دقیقا" پیش از قفل شدن با یک کاهش سرعت ناگهانی مواجه می شود . اگر این کاهش سرعتها کنترل نشوند ، چرخ خیلی سریعتر از آنکه بتواند متوقف شود ، قفل می شود .

اگر خودروی شما با استفاده از سیستم ABS کار می کند ، حتما" تکانهای بسیار کوچک پدال ترمز را زیر پای خود احساس کرده اید ، این تپشها به دلیل باز و بسته شدن سریع سوپاپاهاست .

به طوری که در برخی از این سیستم ها ، این چرخه تا 15 بار در هر ثانیه تکرار می شود.

درجه بندی ترمزهای ضد قفل هم مانند شیوه عمل انها با استفاده از روشهای متعددی صورت می گیرد ، اما به طور معمول ، طبقه بندی بر اساس تعداد مجراها ، سوپاپاهای مجزا برای هر چرخ و نیز تعداد سنسورهای سرعت ، یکی از رایج ترین این روشهاست.

بر این اساس، سیستمهای ABS را به 3 دسته :

-  سیستمهای با 4 مجرا و 4 سنسور و سیستم های با 3 مجرا و 3 سنسور و سیستمهای با یک مجرا و یک سنسور تقسیم می کنند.

در نوع اول : ( که بهترین شکل ترمزهای ABS است ، هر کدام از چرخها به طور مجزا با یک سنسور و یک سوپاپ کنترل می شوند).

در نوع دوم : ( 2 چرخ جلویی به طور مجزا کنترل می شود ، اما برای چرخهای عقبی تنها یک سوپاپ و سنسور سرعتی در محور عقبی خودرو قرار می گیرد).

در نوع سوم : ( کنترل چرخهای فقط از طریق محور چرخهای پشتی و از طریق یک سنسور و سوپاپ انجام می پذیرد).

مزیت گروه اول ، نسبت به 2 گروه بعدی ، در این است که هر 4 چرخ ، به طور مجزا کنترل می شود و بدین ترتیب ، علاوه بر استفاده از حداکثر نیروی ترمز برای هر چرخ ، از قفل شدن انها پیش از توقف کامل جلوگیری می شود ، در حالی که در 2 نوع بعدی ممکن است برخی چرخها پیش از رسیدن به توقف کامل قفل شوند.

امروزه تقریبا تمامی خودروهایی که روانه بازار مصرف می شوند از ترمز ABS به عنوان یک استاندارد یا انتخاب برخوردارند. یک سیستم ABS نمونه شامل قسمت هایی چون سنسور سرعت، چرخ، بخش کنترل هیدرولیک و بخش کنترل الکترونیکی می شود. هنگامی که پدال ترمز را فشار می دهید بخش کنترل الکترونیکی سیگنال های ارسال شده از سنسور سرعت چرخ را کنترل و مقایسه می کند چنانچه بخش کنترل الکترونیکی حس کند که در یکی از چرخ ها کاهش سرعت با نرخ سریعی انجام می شود (آستانه قفل شدن) به بخش کنترل هیدرولیکی فرمان می دهد تا فشار هیدرولیک به آن چرخ را کاهش دهد. این نوع محدودیت فشار مشابه فشردن پدال ترمز تنها با سرعت بیشتر است. در برخی از وانت های پیکاپ و کامیون های سربسته برای کنترل نیازهای متفاوت ترمز تحت شرایط بارگذاری متفاوت، تنها در چرخ های عقب از ترمز ABS استفاده شده است. این نوع از سیستم ABS تنها چرخ های عقب را کنترل و زمانی که هر یک از آنها در آستانه قفل شدن باشند، فشار را در هر دوی آنها محدود می کند، هدف از طراحی این سیستم کمک به خط مسیر مستقیم حرکت خودرو به هنگام ترمزهای ناگهانی و شرایط نامطلوب جاده است. با حفظ کنترل اتومبیل شانس بیشتری برای جلوگیری از تصادف وجود دارد. ABS به طور خاص در جاده های مرطوب و لغزنده بسیار مفید است. به خاطر داشته باشید که در اتومبیلی مجهز به ABS هرگز نباید پس از آنکه خود سیستم به طور خودکار به ترمزها فشار وارد می کند، پدال ترمز را بفشارید درواقع تمام کاری که باید انجام دهید فراهم کردن فشار قاطعانه و پیوسته روی پدال ترمز برای فعال کردن عملیات سیستم ABS است، زمانی که سیستم ABS فعال می شود ممکن است از پدال ترمز خود احساس ارتعاش کنید اما جای نگرانی نیست. زمانی که دیگر به عملکرد ABS نیازی نباشد سیستم ترمز بدون دخالت ABS به عملکرد هیدرولیکی عادی خود برمی گردد.

هنگامی که از یک سیستم ترمز ضد قفل (ABS) به درستی استفاده شود، سیستمی ایمن و موثر خواهد بود. ABS  به راننده امکان می دهد تا پایداری حرکت مستقیم خودرو و کنترل بر فرمان را حفظ و همچنین در برخی موقعیت ها به خصوص در سطح جاده های مرطوب و لغزنده موجب کاهش مسافت توقف اتومبیل می شود. برای کسب این امتیاز ایمنی رانندگان باید یاد بگیرند چگونه به درستی از سیستم ABS خود استفاده کنند.

سیستم ترمز ضد قفل با ترمزهای بادی یا نصب شده در خودروها کار می کند. ABS  حقیقتاً از قفل شدن ترمزهای اساسی تان جلوگیری می کند. در اتومبیل هایی که به ABS مجهز نیستند، راننده می تواند با فشار دادن مکرر ترمزها به طور دستی از قفل شدن چرخ ها جلوگیری کند. اما در اتومبیل های مجهز به ABS پای راننده به طور مداوم روی پدال ترمز باقی می ماند تا اجازه دهد این سیستم به طور خودکار ترمزها را تحت فشار قرار دهد. زمانی که ترمزهای شما در جاده های مرطوب و لغزنده یا در خلال یک توقف اضطراری قفل شدند، کنترل فرمان را از دست خواهید داد و اتومبیل ممکن است به دور خود بچرخد. ABS  چرخ عقب مانع قفل شدن و در نتیجه باعث ماندن اتومبیل در مسیر مستقیم می شود. چنانچه اتومبیل تان از سیستم کنترل ABS روی هر چهار چرخ خود سود می برد می توانید علاوه بر حفظ حرکت بر مسیر مستقیم کنترل فرمان را نیز در دست داشته باشید. با در دست داشتن کنترل فرمان هنگامی که زمان کافی برای یک توقف کامل میسر نباشد می توانید با مانور کردن در اطراف خطرات از بروز حادثه جلوگیری کنید.

چگونه متوجه وجود سیستم ABS در اتومبیل خود شویم

همانطور که گفته شد بیشتر اتومبیل های امروزی چه به طور استاندارد و چه انتخابی از این سیستم برخوردارند. در اینجا چند روش متفاوت برای درک این موضوع که آیا اتومبیل شان مجهز به سیستم ترمز ضدقفل است یا نه معرفی می کنیم: در بسیاری از اتومبیل های مجهز به این سیستم، راننده احتمالاً ارتعاشات سریعی از پدال ترمز را تجربه می کند. در واقع به نظر می رسد که ترمزها فشار را به شما برمی گردانند. گاهی اوقات ممکن است پدال به طور ناگهانی بیفتد. همچنین ممکن است دریچه های موجود در کنترل کننده ABS صدایی مشابه ساییدن یا وزوز کردن تولید کند. در برخی اتومبیل ها ممکن است ارتعاشات خفیفی احساس شود که نشان دهنده فعال بودن ABS است. به خاطر داشته باشید این مسئله بسیار مهم است. زمانی که صدایی شنیدید یا احساس ضربان هایی در پدال کردید پای خود را از پدال ترمز برندارید و به فشار مداوم ادامه دهید. در واقع چنانچه اتومبیل شما به ترمز ABS مجهز است نباید فشارهای مکرر به پدال ترمز وارد کنید. تنها کافی است پای خود را به طور دائم روی پدال قرار دهید و به خاطر داشته باشید که هنوز می توانید اتومبیل را هدایت کنید. آنچه که سیستم ABS انجام می دهد مشابه فشار مکرری است که از سوی راننده به پدال ترمز وارد می شود. این سیستم به طور خودکار فشار موجود در خطوط سیستم ترمز را برای حفظ بیشینه عملکرد ترمز تا آستانه قفل شدن چرخ ها تغییر می دهد. در واقع ABS به کمک تجهیزات الکترونیکی با سرعت بسیار زیادی این کار را انجام می دهد. آیا اتومبیل های مجهز به ABS سریع تر از اتومبیل های عادی متوقف می شود سیستم ABS برای کمک به راننده در حفظ کنترل اتومبیل به هنگام ترمزهای ناگهانی طراحی شده است. برای توقف سریع تر اتومبیل ABS می تواند مسافت توقف در جاده های مرطوب و لغزنده را کاهش دهد. همچنین بسیاری از سیستم ها موجب کاهش مسافت توقف خواهند شد. در سطح های بسیار نرم مثل ماسه های نرم و برف های نکوبیده، یک سیستم ABS حقیقتاً می تواند موجب افزایش مسافت توقف شود.

البته فعال کردن ABS در سطح جاده های مرطوب و لغزنده به مراتب ساده تر است. سیستم ضد قفل باید مانع از سر خوردن چرخ ها شود. با وجود اینکه احتمال احساس ضربه در پدال ترمز و شنیدن صدای تیک وجود دارد از فشار مکرر به پدال ترمز خودداری کنید.

امروزه با پیشرفت زیادی که در الکترونیک وکاربرد تراشه های نیمه هادی به وجد آمده تحول بزرگی در هدایت خودرو و ترمزهای آن رخ داده که استفاده از ترمز ABS یکی از انها است همه کسانی که تجربه رانندگی ممتد با اتومبیل را داشته باشند و یا در روزهای بارانی و برفی رانندگی کرده باشند به هنگام ترمز گرفتن متوجه شدن که با قرار دادن یکباره پا بروی ترمز " هدایت ماشین با توجه به سرعت خودرو از کنترل خارج شده و شاید باعث خسارات جانی و مالی فراوان شود لذا در این مواقع رانندگان ماهر و با تجربه در مواجه با این شرایط معمولا چندین بار ترمز را گرفته و رها کرده و این عمل را باتوجه به سرعت و لغزندگی جاده متناوبا و با فاصله زمانی مختلف انجام میدهند .

قطعات اصلی این سیستم عبارتند از:

1-  واحد ABS

2-  واحد کنترل هیدرولیک

3- واحد کنترل الکترونیک

4- سنسور سرعت چرخ

در رابطه سیستم الکترونیکی ترمزABS   (ABS سیستم ترمز ضد قفل شدن)

در هنگام ترمز گرفتن دو نوع اصطکاک وجود دارد:

اصطکاک جنبشی

اصطکاک لغزشی

زمانی که نیروی اصطکاک جنبشی در اثر سر خوردن به اصطکاک لغزشی تبدیل می شود نیروی نگه دارنده هم کاهش می یابد (اصطکاک جنبشی > اصطکاک لغزشی ) در نتیجه مدت زمان بیشتری برای ایستادن ماشین نیاز است . این اولین موضوع . موضوع بعد این است که اگر اتومبیلی به ترمز ABS مجهز باشد در هنگام ترمز کردن نیروی گشتاوری که باعث منحرف شدن ماشین می شود به وجود نمی آید فکرش را بکنید که برای یک تریلی 18 چرخ چقدر می تواند ضروری باشد.

سیستم الکترونیکی :

یک سنسور هال افکت ( سنسور های حساس به مغناطیس ) روی هر چرخ قرار دارد دقیقا مثل چیزی که درون موس های قدیمی وجود داشت یک صفحه ی پره پره که یک سنسور مادون قرمز در کنار آن قرار دارد و چرخیدن صفحه باعث می شود امواج (IR = مادون قرمز ) موجود در بین پره ها قطع و وصل شود و این قطع و صصل شدن وارد یک پردازنده شده و میزان و جهت چرخش مشخص می شود . فقط در سیستم های هال افکت جای امواج IR از مغتاطیس استفاده می شود و جای یک صفحه ی پره پره یک صفحه ی ای با زایده های توپی فلزی وجود دارد عبور این زایده های نوپی از کنار سنسور هال افکت باعث قطع شدن خطوط میدان های مغتاطیسی می شود و در نتیجه می توان میزان چرخش و جهت آن را برآورد کرد .

یک سیستم پردازنده ی مرکزی سرهت چرخش تمام چرخ ها را اندازه گیری می کند به محض ترمز گرفتن باید سرعت چرخش تمام چرخ ها یکی باشد اگر سرعت یکی از آنها هماهنگ نبود یعنی آن چرخ در حال سر خوردن است و این سر خوردن هم باعث اصطکاک جنبشی می شود و هم باعث انحراف ماشین از خط اصلی می شود در این حالت سیستم فشار روغن یا فشار باد

(فشار باد = نیوماتیک و فشار روغن = هیدرولیک ) آن ترمز را تا جایی کم می کند که سرعت آن هماهنگ با سرعت سایر چرخ ها شود .

 




:: برچسب‌ها: ترمز ضد قفل abs
ن : ع غ
ت : ۱۳٩٠/٦/٢۸
نظرات ()

عادت ها و اعتقادات غلط ایرانی ها در رانندگی و نگهداری از خودرو

  1- نگه داشتن پدال ترمز در هنگام عبور از دست اندازها:این کار فشار زیادی را به سیستم فنربندی،اکسل و سیستم ترمز اتومبیل وارد میکند و نحوه صحیح رد شدن از دست انداز به این صورت است که باید طوری برنامه ریزی کنیم که تا قبل از رسیدن به دست انداز سرعت را کم کرده باشیم و در هنگام عبور از دست انداز ترمز به هیچ عنوان درگیر نباشد.

2- بالا کشیدن ترمز دستی بدون نگه داشتن کلید آن: بعضی از افراد زمانی که میخواهند ترمز دستی را بالا بکشند دکمه آن را فشار میدهند و سپس آن را بالا میکشند و دلیل این کار را این می دانند که این دکمه کلاچ ترمز دستی است و می گویند تا زمانی که کلاچ ترمز دستی را نگرفتی نباید آن را بالا بکشی در حالی که  کشیدن ترمز دستی بدون نگه داشتن کلید آن باعث خرابی چرخ دنده های آن و وارد آمدن فشار بیش از حد به سیم ترمز دستی میشود.

3- عدم تعویض به موقع روغن گیربکس : به کرات دیده شده که افرادی خودروشان 150 هزار کیلومتر یا بیشتر کار کرده و وقتی هم ازشان میپرسی واسکازین را تا به حال تعویض کردی میگویند مگر واسکازین هم نیاز به تعویض دارد؟ در جواب باید گفت بله واسکازین نیز مانند روغن های دیگر نیاز به تعویض دارد که تعویض به موقع آن باعث روان کارکردن گیربکس،سلامت گیربکس و...میشود کیلومتر تعویض آن بستگی به نوع روغن و گیربکس اتومبیل و شرایط کارکرد آن دارد.

4- تعویض یکبار در میان فیلتر روغن:گاها دیده شده که افراد فیلتر روغن را یک بار در میان تعویض میکنند و اکثرا همین افراد از فیلتر های با کیفیت پایین استفاده میکنند.ابن کار باعث میشود فیلتر عمل تصفیه را نتواند به صورت کامل انجام دهد و منجر به آسیب های جدی به موتور اتومبیل میشود که بعدا متوجه میشویم اگر هربار فیلتر را عوض میکردیم و فیلتر مناسب جایگزین می کردیم چقدر از هزینه تعمیر موتور و صرف وقت جلوگیری میشد.

5- درجا گرم کردن ماشین به مدت طولانی:این کار نه تنها مفید نیست بلکه ضرر زیادی هم به موتور وارد می آورددرجا کارکردن بیش از حد باعث گرم شدن بیش از حد منبع اگزوز میشود و این گرما به موتور منتقل میشد که به نوبه خود برای موتور ضرر دارد. در زمستان بهتر است نهایتا یک دقیقه ماشین درجا کارکند سپس چند کیلومتر اولیه تا گرم شدن ماشین در حد مطلوب را با سرعت پایین طی کرد.

6- پایین آوردن شیشه به جای استفاده کردن از کولر دراتوبان:چندی پیش یک آزمایش در مجله auto crose انگلستان انجام شد و نشاد داد اگر یک اتومبیل در اتوبان کولرش روی درجه یک فن روشن باشد مصرف سوختش از خودرویی که شیشه راننده آن 40 درصد باز است کمتر است.

7- خلاص نکردن دنده پشت چراغ قرمز و ترافیک:این کار باعث وارد آمدن فشار مضاعف روی دوشاخه کلاچ و گیربکس و.. میشود.

8- گرفتن ترمز و کلاچ به صورت همزمان برای نگه داشتن خودرو: این کار خود باعث این میشود که متراژ ترمز افزایش پیدا کند زیرا زمانی که کلاچ درگیر است از نیروی ترمزی موتور نیز استفاده میشود و زمانی که کلاچ و ترمز باهم فشار داده میشود خود باعث دیرتر ایستادن خودرو میشود بهترین کار این است که ترمز را فشار داده وقبل از اینکه خودرو به لرزش بی افتد کلاچ را بگیریم.

9- با سرعت پایین در لاین سرعت حرکت کردن و بالعکس: بسیار دیده شده که رانندگانی با سرعت های بسیار پایین در لاین سرعت حرکت میکندد و در عوض رانندگانی با سرعت های زیاد در لاین های کناری حرکت میکنند که هر دو باعث ایجاد خطرات جبرا ن نا پذیری می شوند.

10- ریختن آب لوله کشی داخل رادیاتور: این کار باعث به وجود آمدن رسوبات فراوان در رادیاتور و واتر پمپ و موتور میشود و بسیار دیده شده که حتی باعث سوختن واشر سر سیلندر هم شده. بهترین کار این است که آب را جوشانده و بگذاریم تا سرد شود و دوباره آن را بجوشانیم هرچه دفعات سرد شدن وجوشاندن بیشتر شود آب سالم تر میشود فقط دقت کنید که بعد از سرد شدن رسوبات در ته ظرف است پس از ریختن ته آب به داخل رادیاتور خود داری کنید البته مایع های آماده هم در بازار هست که خوب روش اول قابل اطمینان تر است.

11- ریختن آب لوله کشی داخل منبع شیشه شور:این کار باعث به وجود آمدن رسوبات فراوان در منبع ، شلنگ ها، نازل و پمپ آب آن میشود برای تامین این آب هم می توان از روش بالا استفاده کرد البته مایع های آماده هم در بازار هست .

12- سنگین کردن بیش از حد خودرو: پر کردن صندوق عقب با وسایلی که به آن احتیاجی نیست باعث بالا رفتن مصرف سوخت میشود حدالامکان باید خودرو خود را سبک کنیم .

13- نصب باربند در مواقعی که به آن نیاز نداریم: باربند را فقط باید زمانی ببندیم که به آن احتیاج داریم زیرا وجود باربند باعث بالا رفت مصرف سوخت حداقل به میزان 10 درصد می شود.

14- نشاندن کودک روی پای سرنشین جلوی خودروی ایربگ دار: این کار بارها دیده شده که بسیار هم خطرناک هست و در یک تصادف کوچک اگر ایربگ باز شود حتما کودک خفه خواهد شد بهتر است همیشه کودک روی صندلی مخصوص در ردیف عقب بنشیند.

15- استفاده از بنزین معمولی در خودروهای دارای مبدل کاتالیستی:بنزین های معمولی موجود در کشور با اینکه روی پمپ ها نوشته بدون سرب اما باز هم مقدار زیادی سرب دارد که سرب موجود در آن قاتل مبدل کاتالیستی است و با توجه به اینکه بنزین سوپر کیفیت بهتری نسبت به بنزین معمولی دارد بهتر است از بنزین سوپر استفاده شود.

16- دقت نکردن به سطح کیفی روغن موتور و تطبیق آن با سطح کیفی روغن توصیه شده توسط کارخانه: مثلا در موتور پراید ریختن روغن توتال مخصوص اتومبیل های گرانقیمت یا برعکس . 

17- استفاده از نور بالا در مه: در شرایط مه آلود استفاده از نور بالا دید را کمتر میکند در این شرایط نور خودرو باید روی نور پایین باشد و اگر خودرو مه شکن دارد باید آن را روشن کرد.

18- خاموش نکردن خودرو پس از طی مسافت طولانی : این کار برای ماشین های گازوییلی است نه بنزینی بیشتر دیده شده رانندگان صبر میکندد تا فن خودرو خاموش شود سپس موتور را خاموش میکنند این کار ضرر جدی به موتور وارد میکند کارکردن بیش از حد باعث گرم شدن بیش از حد منبع اگزوز میشود و این گرما به موتور منتقل میشد که به نوبه خود برای موتور ضرر دارد.اگر خودرو بیش از اندازه گرم باشد زمانی که اتومبیل را خاموش کنیم سیستم فن اتوماتیک روشن می ماند و نیازی به روشن گذاشتن ماشین نیست.

19- تکیه پا به کلاچ: بسیار دیده شده رانندگانی که وقتی حتی با دنده پنج در اتوبان حرکت می کنند پای خود را روی کلاچ تکیه میدهند و کلاچ کورس کامل خلاصی را طی میکند و این کار باعث فشار آمدن به گیربکس می شود.

20- جلو آوردن بیش از حد صندلی: خیلی از افراد(البته بیشتر خانم ها) فکر میکنند هرچه صندلی جلو تر باشد تسلط راننده بیشتر میشود و به اصطلاح دست فرمان خوب میشود. خیر اینطور نیست صندلی باید طوری باشد که راننده کاملا راحت باشد .

21- گاز دادن قبل از خاموش کردن خودرو:این کار قبلا در خودرو های کاربراتوری برای بهتر روشن شدن خودرو انجام میشد .ولی در خودرو های انژکتوری این کار مضر است زیرا زمانی که شما گاز میدهید وسپس سویچ را میبندید مقداری بنزین نسوخته باقی میماند که خود باعث خرابی سوزن انژکتور و بد کار کردن خودرو در هنگام استارت زدن می شود.

22-  گاز دادن قبل از روشن کردن خودروی انژکتوری: این کار قبلا در خودرو های کاربراتوری برای بهتر روشن شدن خودرو انجام میشد .ولی در خودرو های انژکتوری این کار بی فایده است.

23- پارک کردن خودرو خلاف جهت خیابان:زمانی که شما خودرویتان را مثلا در سمت راست خیابان به صورت عکس پارک کنید اگر خدایی نکرده خودرویی با خودروی شما برخورد کند شما مقصر حادثه شناخته میشوید.

24- خاموش شدن خودرو به دلیل نداشتن سوخت: این کار در بعضی اوقات باعث سوختن پمپ بنزین میشود و اصولا نباید گذاشت چراغ بنزین روشن شود زیرا رسوبات و ناخالصی های ته باک وارد مسیر سوخت میشود و باعث اختلال در کار پمپ بنزین؛فیلتر بنزین و نهایتا انژکتور می شود.

 




:: برچسب‌ها: عادات و اعتقادات غلط برخی ایرانی ها در رانندگی و ن
ن : ع غ
ت : ۱۳٩٠/٦/٢۸
نظرات ()

ترمز موتوری

Engine Brake

 

ترمز موتوری دستگا هی است که به روش خاصی از عبور گاز های فشرده شده یا گاز های  سوخته ی حاصل از احتراق جلوگیری کرده و باعث افت دورموتور و اعمال فشار معکوس به سر پیستون می شود .

این مکانیسم , غیر از ترمز موتوری به : ریتاردر و خفه کن نیز معروف می باشد ولی باید توجه داشت که بکار بردن این اصطلاحات صحیح نیست زیرا هرسه ی این مکانیسم ها و دستگا ه های با یکدیگر متفاوت می باشند . نکته ی دیگر این است که ترمز موتوری درموتورهای بنزینی نیز وجود دارد ولی دراین مقاله راجع به موتورهای دیزل بحث خواهد شد .

 

ترمز موتوری , ریتاردر و خفه کن

هرکدام ازاین مکانیسم ها تقریبا عمل مشابهی را انجام می دهند ولی درعین حال بایکدیگر متفاوت بوده و دارای مقوله ی جدایی هستند زیرا ترمز موتوری با بستن سوپا پ های دود موتوردیزل از سرعت آن می کاهد ولی ریتاردر با بستن مجرای اگزوز از خروج دود ها جلوگیری می کند و ازاین طریق باعث افت دورموتورمی گردد. واما خفه کن , این سیستم بطورکلی با ریتاردر و ترمز موتوری متفاوت است زیرا خفه کن برروی پمپ انژکتوربرخی از موتورهای دیزل مانند برخی از موتورهای دیزل بنز , ما ک و اسکانیا بکاررفته و با عث خاموش کردن یا خفه کردن موتور می شود .

خفه کن

ازاین دستگا ه برای خاموش کردن برخی از موتورهای دیزل مانند موتورهای خاور, مینیبوس, ماک, برخی از موتورهای بنز ده تن , اسکانیا , ولو و سایر موتورهای دیزل متوسط بکاربرده       می شود. خفه کن درواقع عبارت است از یک اهرم رابط یا کمکی که در رگلاتور یا گاورنر برخی از پمپ های انژکتور قرارگرفته و با کشیدن شانه ی گاز به سمت عقب از ارسال سوخت به موتورجلوگیری کرده و باعث خاموش شدن موتور می شود . این مکانیسم توسط یک اهرم بندی به داخل کابین کامیون مرتبط شده و راننده با کشیدن یا فشردن این اهرم موتوررا خاموش       می کند. درشکل (1) تصویر یک پمپ انژکتور به همراه خفه کن نشان داده شده است .

 

 

 

 

 

 

 

شکل (1) نمای ظاهری یک پمپ انژکتور شش سیلندر مدل A به مراه

                           خفه کن که با حرف لاتین B مشخص شده است . ( بوش)

ترمز موتوری

این دستگاه عبارت است از یک سیلندرو پیستون پنوماتیکی که برای بستن مجرای لوله اگزوز بکاربرده می شود. ترمرموتوری درواقع دستگا هی است که با بستن را ه خروج دود ها یا گاز های سوخته ی حاصل از احتراق , باعث ایجاد فشار معکوص برروی پیستون شده و درنتیجه از این طریق موجب کاهش دور موتور می شود . گاهی اوقا ت به منظور هدایت صحیح کامیون و کنترل کردن آن در سرازیری ها از آن استفاده می شود . یعنی ترمزموتوری به عنوان یک سیستم ترمز مطمئن بوده که برای کنترل سرعت وسیله نقلیه در سرازیری ها ی تند و با سرعت های زیاد بکاربرده می شود.

 

 

انواع ترمز موتوری

ترمز موتوری بطورکلی به دو صورت طراحی می شود :

1-   ترمز موتوری در مکانیسم اگزوز یا ترمز اگزوز

2-   ترمز موتوری با کمپرس موتور یا ترمز کمپرسی

ترمز اگزوز( ترمز موتوری در مکانیسم اگزوز)

این نوع ترمز موتوری نیز به دو صورت طراحی می شود که بین شرکت های مختلف سازنده موتور متفاوت می باشد . قابل ذکر است که هر دو نوع این ترمز موتوری از طریق نیروی پنوما تیک عمل می کنند.

انواع ترمز موتوری در اگزوز

1-   ترمز موتوری با مکانیسم سوپا پ پروانه ای

2-   ترمز موتوری با مکانیسم سوپاپ صفحه ای

در اکثر کامیون ها از روش اول استفاده شده است یعنی از یک سوپا پ پروانه ای برای بستن راه خروج دود از اگزوز استفاده شده است . این روش ترمز موتوری در کامیون های : بنز ده تن , آمیکو, مایلر و برخی دیگر از کامیون ها بکار برده شده است . درشکل 2 نمای شکل ظاهری این طرح برروی کامیون آمیکو  نشا ن داده شده است . همان گونه که درشکل 2 دیده می شود توسط یک شلنگ , هوای فشرده از تانک هوا وارد سیلندر دستگاه ترمز اگزوز     می شود تا ازاین طریق آن را تغذیه کند.

درمدل دوم یعنی ترمز موتوری با مکانیسم سوپا پ صفحه ای , بجای سوپا پ پروانه ای از یک سوپا پ صفحه ای استفاده شده است و قا بل ذکراست که مکانیسم فرمان این دو طرح مشابه    می باشد یعنی هردو مکانیسم از طریق نیروی پنوماتیک عمل می کنند. درشکل 3 نیز نمای شماتیک دستگاه ترمز اگزوز با

 سو پا پ صفحه ای نشا ن داده شده است .

 

 

 

 

               شکل ( 2) نمای ظاهری دستگاه ترمز اگزوز در کامیون آمیکو.

 

طرز کار سیستم سوپا پ صفحه ای نیز مشا بع روش قبلی است یعنی را ننده با فشردن دکمه ای در داخل کابین , موجب تحریک سولونوئید راه انداز شده و در نتیجه سولونوئید نیز راه ورود هوای فشرده از تانک را به سیلندر دستگاه ترمز اگزوز باز می کند. حداقل فشار هوا برای راه اندازی این نوع ترمز موتوری 85PSI و حداکثر آن 150 PSI می باشد . در حالت فعال کردن ترمز موتوری حرکت روبه بالای پیستون محدود شده و موجب کند شدن چرخش موتور می شود. فعا ل کردن این مکانیسم بصورت دستی در داخل کابین راننده صورت می گیرد و در صورت فشردن پدال گاز , این سیستم بطور اتوماتیک غیر فعال می گردد.

  شکل ( 3) نمای شماتیک دستگاه ترمز موتوری با سوپا پ صفحه ای .

 

ترمز موتوری با کمپرس موتور ( ترمز کمپرس) Engine Compression Brakes

این سیستم به ترمز کمپرس موتور معروف است و دراین طرح برای ایجاد ترمز موتوری از مکانیسم سوپا پ ها و غیر فعال کردن انژکتورها استفاده شده است . این سیستم درسا ل 1360 توسط یک مهندس آمریکا یی ابداع شده و ابتدادر موتورهای : کاترپیلار, دیترویت , ما ک , دیتریت و کامنس بکار گرفته شد و امرو زه در اکثر موتورهای پیشرفته مانند موتور ولو FH نیز بکار گرفته می شود. در این طرح برای ایجاد حا لت ترمز موتوری در موتور سوپا پ های دود در کورس تراکم و قبل از نقطه ی مرگ بالا باز شده و هم زمان انژکتور نیز غیر فعال می شود , با این اوصا ف هوای تحت فشار و داغ بدون احترا ق از موتور خا رج می شود و وارد محیط می گردد . با این طرح انرژی موتور صرف مترا کم کردن هوای محیط شده و درنتیجه افت دور پیدا می کند . ضمنا این سیستم به سیستم jake Brake  نیز معروف است.

 

حا ل برای اینکه بهتر با طرز کاراین نوع ترمز موتوری آشنا شوید , شما را به شکل 4 ارجاع     می دهیم.

     

 

 

 

 

 

                              شکل (4) نمای ساده ای از طرز کار ترمز موتوری.

 

طرز کار این سیستم بصورت زیر می باشد:

 

1-   کورس مکش : مطا بق شکل فوق قسمت 1A , با پا یین رفت پیستون , سو پا پ ورودی با ز شده و هوای محیط وارد سیلندر می شود.

2-   کورس تراکم : پیستون به سمت بالا حرکت کرده و هر دو سو پا پ بسته هستند, دراین زمان فشارو دمای هوا افزایش یافته تا اینکه در نزدیکی نقطه ی مرگ بالا, سو پا پ دود باز شده و هوای فشار ده وارد اگزوز و محیط می شود. دراین زمان هیچ سوختی نیز تزریق نمی شود , یعنی انزکتور بصورت Cut-Off می باشد.

3-    کورس قدرت: بدون پا شش سوخت , هیچ گونه احتراق و قدرتی نخواهد بود و انرزی موتور صرف پا یین بردن پیستون می شود .

4-   کورس تخلیه : دراین نیز هوای باقی مانده از سیلندر خا رج می شود.

 

ترمز موتوری برای موتورهای دیزل با گا ورنر مکانیکی

دراین گونه موتورها برروی هر سیلندر یک مکا نیسم ترمز موتوری بکار رفته است تا راننده بصورت دلخواه قدرت ترمز موتوری را انتخاب کند , زیرا دراین مکا نیسم راننده می تواند یک , دو , سه و یا تمام سیلندر ها را در حالت تر مز موتوری قراردهد . این سیستم پیشرفته در موتورهای آمریکا یی ما نند موتورهای کامنس و کاتر پیلارکاربرد دارد.  شکل 5 نمونه ای از این سیستم ترمز موتوری را نشا ن می دهد.

 

 

شکل 5 ) نمای شما تیک عملکرد ترمز موتوری Jake Brake .

 

دراین طرح با قرار دادن یک سولونوئید الکتریکی در بالای هر یک از سیلندرهای موتور , می توان سوپا پ های دود آن سیلندر را در زمان تراکم باز کرده و هوای فشرده را به بیرون هدایت کرد.

 

نکته: دراین سیستم یک کلید سلکتوری در داخل کا بین راننده بکار رفته و راننده می توان بصورت دلخو.اه سیلندر ها 1,2,3  , وغیره را درحالت ترمز موتوری قرار دهد.

ترمز موتوری برای موتورهای دیزل پیشرفته ی الکترونیکی

در سکل 6 نمای شماتیک طرح ترمز موتوری برای موتورهای پیشرفته و کنترل الکترونیکی دیزل نشا ن داده شده است . 

 

 

 

شکل (6) طراحی ترمز موتوری برای موتورهای پیشرفته دیزل.

 

دراین سیستم فقط یکی از سوپا پ های دود موتورباز نگاه داشته می شود و آن , سوپا پ دودی است که درسمت اگزوز قرار گرفته است زیرا دراین گونه موتورهای دیزل به ازای هر سیلندر ممکن است 2 الی 4 سوپا پ دود وجود داشته باشد. دراین گونه ترمز موتوری از روغن تحت فشار موتور بهره گرفته شده است . طرز کار سیستم بدین صورت می با شد که : وقتی ترمز موتوری توسط راننده فعال شود بلافاصله سیگنا لی از سوی ECM ارسا ل شده و روغن تحت فشار     مطا بق شکل فوق به  سو پا پ سولونوئیدی (1) وارد می شود و این سوپا پ نیز برگشت جریا ن روغن به کارتل را قطع می کند و آن را به مدار فشار ضعیف (15) هدایت می کند . روغن تحت فشار از طریق مدار فشار ضعیف به سوپا پ کنترل (4) رسیده و آن را به سمت بالا هدایت می کند . دراین زمان روغن به مدار فشار قوی (5) هدایت شده و به پیستون هیدرولیک (8) و پیستون اسبک (7) می رسد . دراین زمان پیستون هیدرولیکی (8) توسط فشار کم روغن به پایین هدایت شده تا اینکه با اسبک محرک انژکتور ( 12) تماس می گیرد . حا ل هنگا می که میل بادامک محرکه ی انزکتور بچرخد و اسبک انزکتور را به سمت بالا هدایت کند, پیستون (8) در داخل سیلندر خود به بالا هدایت شده و روغن محبوس شده در مدار (5) را تحت فشار قرار داده تا فشار آن افزایش یابد . حالا روغن تحت فشار به پیسون (7) نیرو وارد کرده و آن را به سمت پا یین هدایت می کند و پیستون (7) نیز به پل سو پا پ های دود اعمال نیرو کرده و    سوپا پ ها را باز می کند . این عملیات قبل از نقطه ی مرگ بالای پیستون موتور رخ داده و مدت زمان انجام این عملیات فقط 0.33   به طول می انجامد. قابل ذکراست که بیشترین قدرت ترمز موتوری هنگامی است که کامیون در حا ل پا یین رفتن از یک تپه بوده و پدال گاز نیز رها شده باشد . برای خارج شدن از حا لت ترمز موتوری نیز راننده می توان دکمه را درحا لت OFF قرار دهد تا سولونوئید انرژی خود را از دست داده و موجب برگشت روغن موتور به محفظه ی لنگ و کارتل شود.

 

 

ریتاردر

ریتاردر نیز یکی از دستگا ه ها یی است که موجب کند شدن حرکت موتور و وسیله نقلیه در سرازیری های تند می شود . برخلاف ترمز موتوری , ریتاردر در داخل موتور یا اگزوز قرار نگرفته ,بلکه این دستگا ه در سیستم انتقال قدرت طراحی شده است . ریتاردر معمولا بین گیربکس و دفرانسیل ودر روی گاردان طراحی می شود . طرز کار این سیستم بدین صورت است که یک محفظه ی روغن در سیستم تعبیه شده و درزمان استفاده از ریتاردر , میل گاردان از طریق یک شفت در داخل جریا ن روغن با ویسکوزیته مناسب گردش می کند و ازاین طریق از دور ان کاسته می شود.

 

اهرم دی کمپرس Decompress

نقطه ی مقابل ترمز موتوری و ریتاردر , دستگا ه دی کمپرس یا فشار شکن است . بطوری که ترمز موتوری برای افزایش فشار کمپرس و کاهش دور موتور شده درحالی که دی کمپرس با عث کاهش فشار کمپرس و افزایش دور موتور می شود . این مکانیسم برای موتورهای دیزل یک , دو و سه سیلندر بکار برده می شوند . دراین موتورهای بدلیل فقدان دستگا ه استارت , برای روشن کردن موتور از یک هندل استفاده می شود و درزمان هندل زدن سوپا پ های دود را توسط   اهرم های دی کمپرس باز نگاه داشته و از این روش هندل زدن و چرخاندن موتور با دست آسا ن می شود زیرا موتوربدون کمپرس گردش خواهد کرد . هنگا می که دور موتور افزایش یابد بلافاصله اهرم دی کمپرس را رها کرده و درنتیجه موتور با متراکم کردن هوا و پا شش سوخت ع روشن خواهد شد . در شکل 7 اهرم ترمز موتور ی نشا ن داده شده است که برروی یک موتور دور سیلندر بکاررفته است .

 

 

شکل 7) اهرم های دی کمپرس برروی درب سو پا پ موتور دیزل لیستر.

 

 

 

 

 

شکل (9) اهرم دی کمپرس برروی یک موتور تک سیلندر لیستر.

 

منبع:

 

Diesel Engine and Fuel System Repaire ………………….Jhon F. Dagel

 

  http://dieselmotor.mihanblog.com/

اولین پایگاه فارسی موتور دیزل در ایران/        ترجمه و تدوین :     تقی رحما نی زاده

 




:: برچسب‌ها: ترمز موتوری
ن : ع غ
ت : ۱۳٩٠/٦/٢۸
نظرات ()


تحلیل آئرودینامیکی و دینامیکی دو فشنگ رایج از تفنگهای بادی در جریان گذر صوت

.

مهدی رافعی1، علیرضا تیمورتاش2، مجید ملک جعفریان3

1و2- دانشکده ی مهندسی دانشگاه فردوسی مشهد، صندوق پستی 1111-91775

3- دانشکده ی مهندسی دانشگاه بیرجند

 


چکیده

هدف تحقیق حاضر بررسی حل کامل معادلات ناویر - استوکس به صورت عددی و با استفاده از روش جیمسون در جریان گذر صوت، بر روی دو نمونه از فشنگهای رایج تفنگ شکاری بادی و استفاده از نتایج آئرودینامیکی بدست آمده در جهت تحلیل دینامیکی این فشنگ‌ها می‌باشد. این دو فشنگ کالیبر یکسانی دارند لیکن از نظر هندسی متفاوتند. فشنگ اول دارای پیشانی تخت و فشنگ دوم نوک تیز می‌باشد. به منظور تحلیل آئرودینامیکی فشنگهای مورد نظر، پس از عکس‌برداری از فشنگها، مدل سازی مناسبی از آنها صورت گرفته است. سپس با تعریف یک ناحیه‌ی استاندارد در اطراف هر فشنگ به عنوان حوزه‌ی حل عددی و ایجاد شبکهی بیضوی مناسب در آن، معادلات حاکم بر جریان سیال لزج اطراف هر یک از فشنگ‌ها به روش جیمسون حل شده است. با حل این معادلات ضمن تحلیل آئرودینامیکی، نحوه‌ی تغییرات ضریب درگ بر حسب عدد ماخ تعیین گردیده است. در گام بعد، دستگاه معادلات دیفرانسیل حاکم بر مسیر پرتابه که تابعی از تغییرات یاد شده می‌باشد، بصورت عددی حل شده است. نتایج بدست آمده در اعداد ماخ مختلف مورد مقایسه و تحلیل قرار گرفته‌اند. نتایج آئرودینامیکی شامل ضرایب درگ و فشار، کانتورهای فشار، سرعت و عدد ماخ و نتایج دینامیکی شامل نمودارهای مسیر حرکت و مومنتوم فشنگ بر حسب فاصله‌ی طی شده می‌باشد. بر اساس منحنی‌های ضرایب درگ و فشار، فشنگ اول به علت داشتن پیشانی تخت نیروی درگ بیشتری را نسبت به فشنگ نوع دوم متحمل می‌شود. همچنین تحلیل دینامیکی نشان می‌دهد که فشنگ اول افت بیشتری در طول مشخصی از مسیر نسبت به فشنگ نوع دوم دارد. به این ترتیب می‌توان گفت فشنگ نوع دوم هم به لحاظ آئرودینامیکی و هم به لحاظ دینامیکی بر فشنگ نوع اول برتری دارد.

واژه های کلیدی: حل عددی - معادلات ناویر استوکس - روش جیمسون تحلیل دینامیکی - فشنگ تفنگ بادی

 

 

مقدمه

یکی از پرکاربردترین مباحث مطرح در دانش هوافضا، تحلیل حرکت پرتابه‌هاست. تحلیلی که بر پایه‌ی بررسی اثرات جریان سیال به لحاظ آئرودینامیکی و دینامیکی بر مسیر حرکت پرتابه‌ها استوار است. به منظور تحلیل آئرودینامیکی، معادلات ناویر استوکس به عنوان معادلات حاکم بر جریان لزج گذرنده از روی پرتابه حل شده‌اند و به منظور تحلیل دینامیکی، معادلات دیفرانسیل حاکم بر مسیر حرکت به صورت عددی حل شده‌اند که خود تابعی از پارامترهای آئرودینامیکی می‌باشند. نتایج حاصل از تحلیل آئرودینامیکی یک پرتابه مبین اثرات شکل هندسی آن پرتابه بر پارامترهایی از قبیل ضریب فشار و ضریب درگ هستند. همچنین با تحلیل دینامیکی یک پرتابه به مختصات دقیق مسیر حرکت و چگونگی افت سرعت با پیشروی در مکان و زمان دست می‌یابیم. پرتابه‌هایی که در اینجا مد نظر قرار گرفته‌اند، دو نمونه از فشنگهای استاندارد تفنگ بادی ساخت شرکت آلمانی پیرامید ایر (Pyramyd Air) هستند. مدل اول، دیابلو (RWS Diabolo Basic) دارای پیشانی تخت و مدل دوم، سوپرپوینت (RWS Superpoint Extra) دارای نوک تیز می‌باشد. در نخستین گام از فرآیند تحلیل، نحوه‌ی مدلسازی هندسی فشنگها در کامپیوتر بیان شده است. سپس حوزه‌ی حل استانداردی در اطراف هر پرتابه تعریف گردیده و با ایجاد شبکه‌ی بیضوی مناسب و حل عددی معادلات حاکم، تحلیل آئرودینامیکی و بر اساس آن تحلیل دینامیکی پرتابه‌ها ارائه گردیده است.

 

مدلسازی هندسی فشنگهای نمونه

1 دانشجوی کارشناسی ارشد مکانیک، گرایش تبدیل انرژی، تلفن: 09358483718 ،  mehdi.rafeie@gmail.com (نویسنده مخاطب)

2 استادیار گروه مکانیک، teymourtash@um.ac.ir

3 استادیار گروه مکانیک، mmjafarian@excite.com

اولین قدم در راستای تحلیل آئرودینامیکی و به تبع آن تحلیل دینامیکی یک فشنگ، مدلسازی هندسه‌ی آن فشنگ است. به منظور مدلسازی هندسی فشنگهای نامبرده، به کمک یک دوربین دیجیتالی 4 مگا پیکسلی از هر یک از فشنگ‌ها عکس‌برداری شده است. شایان ذکر است جهت افزایش کیفیت تصویر، در اتاقی کاملاً روشن، نمونه‌ها بر روی یک پایه‌ی شیشه‌ای استاندارد تمیز قرار داده شده‌اند. همچنین تراز بودن پایه به کمک گلوله‌های ساچمه‌ای صیقلی مورد آزمایش قرار گرفته و پس از حصول اطمینان از اینکه سطح پایه کاملاً افقی است، دوربین در وضعیت بزرگنمایی مناسب، آماده‌ی عکس‌برداری گردیده است. نمونه‌‌ای از عکس‌برداری انجام شده در شکل 1 ارائه شده است. پس از طی مراحل مزبور، عکس‌ها وارد رایانه گردیده به کمک نرم افزار فوتوشاپ (Photoshop) منحنی‌های محیطی هر فشنگ به طور دقیق مشخص

 

 شده‌اند. سپس با استفاده از نرم‌افزارهای اکس وای اکسترکت (xyExtract) و مگنیفایر (Magnifier)، ابعاد مختلف هر یک از نمونه‌ها بصورت دیجیتالی اندازه‌گیری شده است. در گام بعد با استفاده از یک کولیس که دارای دقتی در حد صدم میلیمتر بوده، ابعاد نمونه‌ها  اندازه‌گیری شده که نتایج آن بهمراه نتایج حاصل از اندازه‌گیری جرم پرتابه‌ها، در جدول 1 ارائه گردیده است.

 

جدول 1- نتایج اندازه گیری فیزیکی نمونه های مورد بررسی

فشنگ

شماتیک هندسی

طول

 

کالیبر

 

جرم

 

نوع اول

 

00/5

50/4

50/0

نوع دوم

 

00/7

50/4

60/0

 

با مقایسه‌ی نتایج حاصل از اندازه‌گیری فیزیکی و دیجیتالی، مقیاس دقیق عکسهای وارد شده به رایانه تعیین شده، سپس مدل کامل آنها به کمک نرم افزار اتوکد (AutoCad) ترسیم گشته است.

 

معادلات حاکم بر جریان سیال

به منظور تحلیل آئرودینامیکی فشنگ‌ها، معادلات ناویر استوکس تراکم پذیر دو بعدی به عنوان معادلات حاکم بر جریان سیال در دستگاه مختصات استوانه‌ای بصورت زیر مورد توجه قرار گرفته‌اند که در آن  بر محور  و  بر محور  دستگاه مختصات استوانه‌ای منطبق است:

(1)

 

در رابطه‌ی فوق  متغیر مستقل، و بردارهای شار جابجایی و جمله‌ی چشمه‌ی غیر لزج بشکل زیر می‌باشند:

(2)

 

(3)

 

(4)

 

همچنین و بردارهای شار لزج و جمله‌ی چشمه‌ی لزج بوده و عبارتند از:

(5)

 

(6)

 

(7)

 

و بترتیب مقادیر بدون بعد محلی دانسیته و فشار بوده، همچنین  و  بترتیب سرعت سیال در راستای جریان و عمود بر آن می‌باشند.  و تنش‌های عمودی و یا تنش‌های برشی هستند.  مجموع انرژی داخلی و انرژی جنبشی بر واحد جرم بوده و از رابطه‌ی زیر بدست می‌آید:

(8)

 

که در آن  است. مقادیر بی‌بعد شار گرما نیز عبارتند از:

(9)

 

(10)

 

عدد پرانتل،  عدد ماخ جریان آزاد و  مقدار بی‌بعد محلی دماست که با فرض گاز کامل عبارتست از:

(11)

 

در کار حاضر، معادلات ناویر-استوکس به روشی که جیمسون ]1[ آن را در 1974 منتشر کرده است، به صورت عددی حل شده‌اند.

 

شبکه بندی حوزه‌ی حل

یکی از متداولترین روشهای دیفرانسیلی تولید شبکه روش بیضوی است که نسبت به سایر روشهای دیفرانسیلی بیشتر مورد توجه واقع شده است. به منظور استفاده از این روش علاوه بر اینکه مرزهای فیزیکی فشنگ باید مشخص باشند، به تعیین یک مرز خارجی نیز نیازمندیم که در کار حاضر ناحیه‌ای دایره‌ای شکل به شعاع ده تا پانزده برابری شعاع فرضی هر فشنگ منظور شده است. از آنجا که جریان سیال گذرنده از روی فشنگ‌ها، به صورت لزج در نظر گرفته شده است، سلول‌های نزدیک به بدنه‌ی هر فشنگ تراکم بیشتری دارند تا لایه‌ی مرزی تشکیل شونده در نزدیکی مرزهای جسم، به خوبی مورد محاسبه قرار گیرد. برای نمونه شبکه‌ی بیضوی تولید شده در اطراف فشنگ نوع دوم در شکل 2 به نمایش در آمده است.

 

معادلات حاکم بر مسیر

به منظور تحلیل دینامیکی فشنگ‌ها، معادلات حاکم بر مسیر حرکت فشنگ مورد نظر قرار گرفته است. با بکارگیری قانون دوم نیوتن در راستای حرکت فشنگ در طول مسیر خود و در راستای عمود بر آن به دستگاه معادلات دیفرانسیل زیر دست می‌یابیم:

(12)

 

که در آن  جرم پرتابه، دانسیته‌ی جریان آزاد،  سطح تصویر شده‌ی فشنگ در راستای جریان،  شتاب گرانش،  سرعت فشنگ در راستای افق،  سرعت فشنگ در راستای شتاب گرانش،  شتاب پرتابه در راستای افق و  شتاب آن در راستای شتاب گرانش می‌باشد. شرایط اولیه‌ی حاکم بر دستگاه معادلات فوق عبارتند از:

(13)

 

که در آن  عدد ماخ جریان آزاد به هنگام شلیک فشنگ از دهانه‌ی تفنگ و  سرعت صوت در محیط است. از آنجا که دستگاه معادلات دیفرانسیل فوق تابعی از تغییرات ضریب درگ بر حسب عدد ماخ می‌باشد، ضرورت دارد که پیش از مبادرت ورزیدن به حل این دستگاه معادلات، ابتدا معادلات ناویر استوکس در اعداد ماخ مختلف حل شوند تا تابع تغییرات ضریب درگ بدست آید. نتایج حل دستگاه معادلات فوق به روش رانگ-کوتای مرتبه‌ی چهارم در بخش تحلیل و بررسی نتایج دینامیکی ارائه شده است.

 

تحلیل و بررسی نتایج آئرودینامیکی

در این بخش نتایج حاصل از حل عددی معادلات ناویر استوکس مورد تحلیل قرار خواهد گرفت. این نتایج شامل بررسی ضرایب درگ و فشار به همراه کانتور ماخ خواهد بود. اعتبار نتایج عددی بدست آمده با انطباق بر نتایج عددی حاصل از کار پسندیده فرد و سرینیواس (Srinivas) ]2[ و داده‌های تجربی منتشر شده توسط لین (Lin) و چنگ (Chieng) ]3[ در خلال نمایش منحنی ضریب فشار یک پرتابه‌ی نوک تیز در شکل 3 به اثبات رسیده است.

منحنی ضریب درگ، ، مربوط به هر دو نوع فشنگ مورد بررسی در شکل 4 به صورت مقایسه‌ای ارائه گردیده است. بر اساس این شکل فشنگ نوع اول نسبت به فشنگ نوع دوم مقاومت بیشتری را در برابر جریان از خود نشان می‌دهد. منحنی ضریب فشار، ، مربوط به فشنگهای مورد بررسی در شکل 5 به نمایش درآمده است. از آنجا که این منحنی ها در ماخ ثابت رسم شده‌اند و کالیبر هر دو فشنگ یکسان است، می‌توان گفت فشنگهای نمونه فشار دینامیکی یکسانی را متحمل می‌شوند. افت ناگهانی ضریب فشار برای فشنگ نوع اول در ناحیه‌ی دماغه‌ی این فشنگ نسبت به فشنگ دیگر، از اختلاف ناگهانی میان فشار اتمسفریک و فشار موضعی در این ناحیه حکایت دارد. این افت شدید به معنای نزدیکی ناگهانی خطوط جریان به یکدیگر بوده و رشد مقدار سرعت از نقطه‌ی سکون جلویی به یک مقدار ماکزیمم در لبه‌ها را نشان می‌دهد. چنین گرادیانی عملاً در مقایسه با شیب تعدیل شده‌ی منحنی ضریب فشار در حوالی دماغه‌ی فشنگ نوع دوم، منجر به افزایش نسبی نیروی درگ فشاری بر این فشنگ می‌گردد که پیش از این نیز از مقایسه‌ی منحنی ضرایب درگ انتظار آن می‌رفت. همچنین کانتور ماخ برای فشنگ نوع دوم در ماخ شلیک 00/1  در شکل 6 ارائه شده است. با افزایش میزان ماخ جریان آزاد، ناحیه‌ی ویک در پشت فشنگ نوع دوم نسبت به فشنگ اول کوچکتر می‌گردد. بزرگی ناحیه‌ی ویک برای فشنگ نوع اول به بیشتر شدن اختلاف فشار طرفین این فشنگ دامن می‌زند و منجر به وارد آمدن نیروی درگ بیشتری بر آن می‌شود.

 

تحلیل و بررسی نتایج دینامیکی

با حل دستگاه معادلات دیفرانسیل حاکم بر مسیر حرکت، میزان افت در طول مشخصی از مسیر، زمان لازم برای طی مسیری خاص، میزان مومنتوم فشنگ در لحظه‌ی برخورد، تغییر ماخ فشنگ در اثنای مسیر بر حسب زمان و مکان مشخص شده‌اند. تحلیل دینامیکی فشنگهای مورد بررسی در 25 ابتدای مسیر، در سرعت‌های شلیک کمتر، مساوی و بیشتر از سرعت صوت که در مجموع به عبارت جریان گذر صوت معنا می‌بخشند، در جداول 2، 3 و 4 ارائه شده است. همچنین بعنوان نمونه منحنی مسیر حرکت فشنگ دوم در شرایط فوق، در شکل 7 به نمایش در آمده است.

منحنی‌های ضریب درگ که در شکل 4 ارائه شده‌اند، گویای این واقعیت هستند که فشنگ‌های نوع دوم و اول به ترتیب درگ فشاری کمتری را در مقابل جریان آزاد متحمل می‌شوند، لذا انتظار می‌رود زمان سپری شده برای طی طولی یکسان از مسیر حرکت، برای فشنگ‌ها به ترتیب ذکر شده از کم به زیاد تغییر نماید. نتایج بدست آمده از حل دستگاه معادلات حاکم بر مسیر در جریان‌های مادون صوت تا مافوق صوت که در جداول 2، 3 و 4 با فرض زاویه‌ی حمله‌ی صفر درجه ارائه شده‌اند نیز مؤید این نتیجه می‌باشد.

 

جدول 2- نتایج دینامیکی تحت شرایط اولیه 70/0  در 25 ابتدای مسیر

فشنگ

نوع اول

نوع دوم

ماخ برخورد

5174527/0

5363535/0

مومنتوم اولیه

1215160/0

1458193/0

مومنتوم برخورد

0898269/0

1117295/0

زمان سپری شده

1211390/0

1182580/0

افت در طول مسیر

0653380/0

0628998/0

 

جدول 3- نتایج دینامیکی تحت شرایط اولیه 00/1  در 25 ابتدای مسیر

فشنگ

نوع اول

نوع دوم

ماخ برخورد

6624271/0

7074020/0

مومنتوم اولیه

1735944/0

2083132/0

مومنتوم برخورد

1149936/0

1473612/0

زمان سپری شده

0905840/0

0872860/0

افت در طول مسیر

0354590/0

0335598/0

 

جدول 4- نتایج دینامیکی تحت شرایط اولیه 30/1  در 25 ابتدای مسیر

فشنگ

نوع اول

نوع دوم

ماخ برخورد

7412338/0

7991596/0

مومنتوم اولیه

2256727/0

2708072/0

مومنتوم برخورد

1286740/0

1664755/0

زمان سپری شده

0783600/0

0743130/0

افت در طول مسیر

0256575/0

0234041/0

 

شایان است که جرم دو فشنگ مورد بررسی یکسان نیست. از آنجا که میزان افت یک پرتابه در مسیر حرکت خود تابعی از جرم آن پرتابه نیست، تمرکز بر زمان سپری شده برای طی مسیر خواهد بود. لذا چنانچه تأثیر خالص پارامترهای آئرودینامیکی بر نتایج دینامیکی مورد نظر باشد، لازم است تا برای فشنگ نوع دوم جرمی معادل جرم فشنگ نوع اول در نظر گرفته شود. همچنین این وضعیت شرایط را برای تحلیل اثر خالص جرم بر پارامترهای دینامیکی مهیا می‌سازد. نتایج بدست آمده برای این حالت در ماخ‌های جریان کوچکتر، مساوی و بزرگتر از یک، در جداول 5، 6 و 7 ارائه گردیده است.

 

جدول 5- نتایج دینامیکی تحت شرایط اولیه 70/0  در 25 ابتدای مسیر با فرض یکسان بودن جرم فشنگ‌ها

فشنگ

نوع دوم فرضی

ماخ برخورد

5105108/0

مومنتوم اولیه

1215160/0

مومنتوم برخورد

0886218/0

زمان سپری شده

1214850/0

افت در طول مسیر

0653786/0

 

جدول 6- نتایج دینامیکی تحت شرایط اولیه 00/1  در 25 ابتدای مسیر با فرض یکسان بودن جرم فشنگ‌ها

فشنگ

نوع دوم فرضی

ماخ برخورد

6684675/0

مومنتوم اولیه

1735944/0

مومنتوم برخورد

1160422/0

زمان سپری شده

0901990/0

افت در طول مسیر

0352461/0

 

جدول 7- نتایج دینامیکی تحت شرایط اولیه 30/1  در 25 ابتدای مسیر با فرض یکسان بودن جرم فشنگ‌ها

فشنگ

نوع دوم فرضی

ماخ برخورد

7513526/0

مومنتوم اولیه

2256727/0

مومنتوم برخورد

1304306/0

زمان سپری شده

0774250/0

افت در طول مسیر

0250659/0

 

مقایسه‌ی نتایج دینامیکی بدست آمده در وضعیتی که جرم فشنگ دوم به صورت واقعی در نظر گرفته شود با وضعیتی که جرمی فرضی و برابر با جرم فشنگ نوع اول برای آن فرض شود، نشان می‌دهد که صرفنظر از اینکه جریان مادون صوت است یا مافوق صوت، میزان افت سرعت فشنگ پس از طی مسافتی مشخص با کاهش میزان جرم افزایش یافته است. این به آن علت است که برای سرعت اولیه‌ی مساوی بخشیدن به دو پرتابه با جرم‌های متفاوت، مومنتوم اولیه‌ی پرتابه‌ی سنگین‌تر بیشتر خواهد بود که این مومنتوم منجر به سریعتر پیموده شدن طول مسیر و در نتیجه کاهش میزان افت سرعت و بالطبع کاهش میزان افت پرتابه نسبت به مسیر افقی می‌گردد.

از طرفی با مقایسه‌ی نتایج دینامیکی مربوط به فشنگ نوع اول و فشنگ فرضی نوع دوم، می‌توان تأثیر خالص ضریب درگ و ضریب فشار را بر پارامترهای دینامیکی مشاهده کرد. این مقایسه نشان می‌دهد که هماهنگی کاملی میان نتایج آئرودینامیکی و دینامیکی وجود دارد. بر اساس نکاتی که در مبحث تحلیل و بررسی نتایج آئرودینامیکی بیان شد، با توجه به منحنی‌های ضرایب درگ و فشار، فشنگ نوع دوم بر فشنگ نوع اول برتری دارد که این برتری با کاهش میزان افت سرعت، افزایش مومنتوم برخورد و کاهش میزان  انحراف فشنگ از خط افق به لحاظ دینامیکی نیز حفظ گردیده است.

 

مراجع

  1. Jameson, Antony, Iterative Solution of Transonic Flows Over Airfoils and Wings, Including Flows at Mach 1, Pure Appl. Math, v. 27, 1974,  pp. 283-309
  2. Lin H. and Chieng C. C., Aerodynamic Computations for a Transonic Projectile at Angle of Attack by Total variation Diminitiong Schemes, Journal of Spacecraft and Rockets, v. 30, n. 3, 1993.
  3. Mahmood Pasandideh Fard and K. Srinivas, An Investigation of Renormalization Group Based Algebraic Turbulence Model, Twelfth Australasian Fluid Mechanics Conference, TheUniversityofSydney,Australia, 1995.

 

 

 




:: برچسب‌ها: تحلیل آئرودینامیکی و دینامیکی دو فشنگ رایج از تفنگ
ن : ع غ
ت : ۱۳٩٠/٦/٢۸
نظرات ()

ماشینهای الکتریکی

وسایل تبدیل انرژی الکترومکانیکی گردان را ماشینهای الکتریکی می گویند.
طبقه بندی ماشینهای الکتریکی
ماشینهای الکتریکی به دو طریق دسته بندی می شوند:
از نظر نوع جریان الکتریکی
الف- ماشینهای الکتریکی جریان مستقیم
ب- ماشینهای الکتریکی جریان متناوب
از نظر نوع تبدیل انرژی
الف- مولدهای الکتریکی که انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند
ب- موتورهای الکتریکی که انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل می کنند
به طور کلی ماشینهای الکتریکی جزء وسایل تبدیل انرژی غیر خطی هستند یعنی هر تغییر در ورودی همیشه به یک نسبت در خروجی ظاهر نمی شود.


مولد ساده جریان مستقیم
یک مولد ساده جریان مستقیم از چهار قسمت اصلی زیر تشکیل شده است

1) قطبهای مغناطیسی: که وظیفه ایجاد میدان مغناطیسی مولد را بعهده دارد و می تواند بصورت آهنربای دائم و یا آهنربای الکتریکی باشد
2) هادیها: برای ایجاد ولتاژ القایی به کار گرفته میشود
3) کموتاتور: در ساده ترین حالت از دو نیم استوانه مسی که توسط میکا نسبت به یکدیگر عایق شده اند تشکیل می گردد، وظیفه یک طرفه کردن ولتاژ و جریان القایی را در خارج از مولد بعهده دارد.
4) جاروبک: جهت انتقال جریان الکتریکی از هادیها به مصرف کننده استفاده میشود شکل زیر مولد ساده جریان مستقیم را نشان میدهد.

طرز کار مولد ساده جریان مستقیم:

با حرکت هادیها در فضای ما بین قطبها باعث میشود میدان مغناطیسی توسط هادیها قطع میشود بدین ترتیب مطابق پدیده القاء در هادیها ولتاژ القاء میشود.ابتدا و انتهای هر کلاف به یک نیم استوانه مسی یا یک تیغه کوموتاتور وصل میشود روی تیغه های کوموتاتور دو عدد جاروبک بطور ثابت قرار داشته و با حرکت هادیها تیغه های کموتاتور زیر جاروبک می لغزند، بدین ترتیب در ژنراتورهای جریان مستقیم از طریق کوموتاتور ولتاژ القاء شده طوری به جاروبکها منتقل می شود که همیشه یکی از جاروبکها دارای پلاریته مثبت و دیگری دارای پلاریته منفی است. شکل موج ولتاژ القاء شده در این مولد ساده بصورت زیر می باشد.

برای افزایش سطح ولتاژ القاء شده و بهبود یکسوسازی بمنظور داشتن ولتاژ با دامنه ثابت باید تعداد کلافها را افزایش داد و کلافها را به کمک تیغه های کوموتاتور سری کنیم.

چگونگی تغییر پلاریته ولتاژ القایی در مولد ساده
در مولد جریان مستقیم تغییر پلاریته ولتاژ خروجی عملاٌ در صورت ایجاد یکی از دو حالت زیر ممکن می شود:
1) جهت چرخش آرمیچر عوض شود
2) جهت جریان در سیم پیچ قطبها تغییر کند در صورتیکه قطبها از نوع مغناطیس دائم نباشد


چگونگی تغییر دامنه ولتاژ القایی در مولد ساده
برای افزایش دامنه ولتاژ القا شده دو روش ممکن است:
1) افزایش سرعت چرخش آرمیچر که باعث افزایش ولتاژ بصورت خطی می شود.
2) افزایش جریان تحریک که باعث افزایش ولتاژ مولد بصورت غیر خطی می شود.


موتور ساده جریان مستقیم
موتور ساده از نظر ساختمانی مانند مولد ساده جریان مستقیم می باشد فقط نحوه کار آن با مولد ساده جریان مستقیم تفاوت دارد. در موتور ساده هادیها از طریق کوموتاتور و جاروبکها به یک منبع جریان مستقیم متصل می شود در اینصورت جریانی از هادیها عبور کرده و در نتیجه مطابق نیروی لورنس به هادیها نیروی وارد میشود و آنها به حرکت در می آید.
نحوه ایجاد نیرو و گشتاور در موتور ساده: در صورتیکه از یک کلاف تک حلقه که بین قطبهای یک مغناطیس قرار دارد جریان الکتریکی عبور کند مطابق شکل به بازوی سمت راست نیروی به سمت بالا و به بازوی سمت چپ نیروی بسمت پایین وارد می شود با وارد شدن دو نیروی مختلف الجهت به دو طرف کلاف طبیعی است که کلاف حول محورش شروع به دوران خواهد نمود یعنی وارد آمدن زوج نیرو موجب ایجاد گشتاور لازم شده است.
در این موتور ساده اگر صفحه کلاف عمود بر خطوط میدان مغناطیسی قرار گیرد به آن گشتاوری وارد نمیشود در ضمن که گشتاور وارد شده نیز دامنه یکنواخت ندارد برای رفع شدن این معایب می بایست تعداد کلافها و تیغه های کوموتاتور را افزایش داد کلافها در زاویه های مختلف قرار می گیرد و با هم توسط تیغه های کوموتاتور سری می شود.
تغییر جهت گردش در موتور ساده: DC

تغییر جهت گردش موتور ساده به دو روش زیر ممکن است:
1) تغییر جهت جریان در کلاف که با تغییر پلاریته ولتاژ منبع از خارج موتور میسر است.
2) تغییر قطبهای مغناطیسی که با تغییر جهت جریان در سیم پیچی تحریک ممکن است.


ساختمان ماشینهای جریان مستقیم
اجزاء تشکیل دهنده ماشینهای جریان مستقیم را میتوان به صورت زیر دسته بندی کرد:
1) قسمت ساکن شامل قطبها و بدنه
2)قسمت گردان (آرمیچر(
3) مجموعه جاروبک و جاروبک نگهدارها


هر کدام از قسمتهای فوق بطور خلاصه توضیح داده می شود

1)اجزاء ساکن ماشینهای جریان مستقیم:

 قسمتهای ساکن جریان مستقیم شامل اجزاء زیر هستند:
الف- قطبهای اصلی
ب- قطبهای کمکی
ج- بدنه
 - قطبهای اصلی: وظیفه این قسمت تامین میدان مغناطیسی مورد نیاز ماشین است. قطبهای اصلی خود شامل قسمتهای زیر می باشد:
-  هسته قطب: از ورقهای فولاد الکتریکی به ضخامت حدود 5/0 تا 65/0 میلی متر با خاصیت مغناطیسی قابل قبول تشکیل می شود.
 - کفشک قطب: شکل قطب به نحوی است که سطح مقطع کوچکتر برای سیم پیچ  اختصاص داده می شود و قسمت بزرگتر که کفشک قطبی نام دارد سبب شکل دادن میدان مغناطیسی و سهولت هدایت فوران مغناطیسی به فاصله هوایی می شود.
 - سیم پیچ تحریک: یا سیم پیچ قطب اصلی که دور هسته قطب پیچیده می شود، برای جریانهای کم باید تعداد دور سیم پیچ تحریک زیاد باشد و سطح مقطع آن کم و برا ی جریانهای زیاد تعداد دور کم برای سیم پیچ لازم است و با سطح مقطع زیاد
 - قطبهای کمکی: قطبهای کمکی در ماشینهای جریان مستقیم از هسته و سیم پیچ تشکیل می شوند، هسته قطبهای کمکی را معمولاٌ از فولاد یکپارچه می سازند. سیم پیچی قطبهای کمکی نیز با تعداد دور کم و سطح مقطع زیاد پیچیده می شوند.
 - بدنه: قطبهای اصلی، کمکی، جاروبک نگهدارها روی بدنه ماشین محکم می شوند و بوسیله ماشین روی پایه اش نصب می گردد. قسمتی از بدنه را هسته آهنی تشکیل می دهد که برای هدایت فوران مغناطیسی قطبهای اصلی و کمکی بکار می رود این قسمت طوق بکار می رود. شکلهای زیر قطب اصلی و کمکی ماشین جریان مستقیم را نشان میدهد.


2) قسمت گردان یا آرمیچر:

در ماشینهای جریان مستقیم قسمت گردنده را القاء شوند یا آرمیچر می نامند که از اجزاء زیر تشکیل شده است:
الف - هسته آرمیچر
ب - سیم پیچی آرمیچر
ج- کلکتور یا یکسوکننده مکانیکی
د- محور
ﻫ- پروانه خنک کننده

 -سیم پیچی آرمیچر: از کلافهای مشابهی تشکیل می شود که با الگوی مناسب تهیه و در شیارها قرار می گیرد سیم پیچی آرمیچر مبتنی بر اصول فنی بوده و از طراحی ماشینهای جریان مستقیم تبعیت می کند.
- کلکتور: از تیغه های مسی سخت که توسط میکا نسبت به یکدیگر و محور ماشین عایق شده اند تشکیل می شود.
- محور: محور آرمیچر ماشینهای جریان مستقیم باید از فولادی تهیه گردد که خاصیت مغناطیسی آن کم اما استحکام مکانیکی کافی در مقابل تنشهای برشی، کششی، و پیچشی را دارا باشد انتخاب کردن محور ضعیف خطر آفرین بوده و ممکن بوده در مواقع بروز خطا سبب انهدام کلی ماشین گردد.
- پروانه خنک کننده: پروانه خنک کننده سبب تهویه و ازدیاد عمر مفید ماشین میشود شکل زیر آرمیچر ماشین DC با پروانه خنک کننده را نشان میدهد.


3) جاروبک و جاروبک نگهدارها:

 وظیفه جاروبک نگهدار قرار دادن صحیح جاروبک روی تیغه های کلکتور است جاروبکها قطعاتی از جنس زغال یا گرافیت می باشند که برای گرفتن جریان از کلکتور یا دادن جریان به آن استفاده می شود.


سیم پیچی آرمیچر ماشینهای جریان مستقیم
همانطور که قبلا اشاره شد سیم پیچی آرمیچر مبتنی بر اصول فنی خاص می باشد که در طراحی آن به نکات مهمی از قبیل استحکام مکانیکی، الکتریکی و حرارتی با عمر مفید و عادی حدود 20 سال حداکثر گشتاور و جریان و ولتاژ با حداقل نوسانة جرقه کم بین زغال و کلکتور و صرفه جویی در مواد اولیه باید توجه کرد.
بسته به نیاز کلافها می توانند بطور سری یا موازی یا ترکیبی از این دو به همدیگر وصل می شوند.
در صورتیکه کلافها با هم سری شوند نیرومحرکه کلافها با هم جمع می شوند و ولتاژ دهی آرمیچر افزایش می یابد. (سیم پیچی موجی)
در صورتیکه کلافها موازی شوند تعداد مسیرهای جریان موجود در آرمیچر افزایش یافته و قابلیت ولتاژ دهی آرمیچر افزایش می یابد. (سیم پیچی حلقوی)
توضیح کامل روشهای سیم پیچی آرمیچر در کتابهای سیم پیچی DC مطرح شده است و ما در این جزوه به مصرفی آن کفایت می کنیم.
الف- سیم پیچی حلقوب شامل حلقوی ساده و حلقوی مرکب
ب- سیم پیچی موجی شامل موجی ساده و موجی مرکب
ج- سیم پیچی پای قورباغه ای
لازم است در اینجا تعداد مسیرهای جریان که در هر نوع ایجاد می شود نیز معرفی شود. تعداد مسیرهای جریان را با  2a نشان میدهند که بشرح زیر است:
                                                                     2a = 2P          حلقوی ساده
                                                                     2a = 2P.m      حلقوی مرکب
                                                                     2a = 2            موجی ساده
                                                                     2a = 2m         موجی مرکب


 :2P  تعداد قطبهای آرمیچر *** : m   درجه مرکب بودن آرمیچر


عکس العمل مغناطیسی آرمیچر:
چنانچه ماشینهای جریان مستقیم زیر بار قرار گیرند یعنی از سیم پیچی آرمیچر جریان عبور کند یک میدان عکس العمل (عرضی) توسط آرمیچر ایجاد می گردد. این میدان باعث می شود منطقه خنثی در مولدها در جهت چرخش و در موتورها در خلاف جهت چرخش تغییر مکان دهد. عکس العمل آرمیچر علاوه بر انحراف محور خنثی سبب تضعیف میدان مغناطیسی اصلی می شود در نتیجه نیرو محرکه القاء شده در سیم پیچ کم شده، تلفات انرژی در ماشین و جرقه در زیر جاروبکها بوجود می آید برای از بین بردن و یا کم کردن اثر عکس العمل در ماشینهای جریان مستقیم می توان از قطبهای کمکی و یا در ماشینهای بزرگتر از سیم پیچی جبرانگر هم استفاده کرد.


پدیده کموتاسیون:
تغییر تماس جاروبک از یک تیغه کموتاتور به تیغه دیگر کموتاسیون نام دارد  در این جابجایی کلافی که تحت کموتاسیون قرار می گیرد چون توسط جاروبک اتصال شده  باید در صفحه خنثی قرار گیرددر عین حال چون جریان در این کلاف در زمان کموتاسیون تغییر مقدار و جهت میدهد سبب بوجود آمدن ولتاژ خود القایی در این کلاف شده و از آنجا که این کلاف توسط جاربک و تیغه های کموتاتور اتصال کوتاه شده است جرقه نسبتاٌ شدید بین زغالها و کموتاتور بوجود می آید. قطبهای کمکی برای رفع این عیب موثر خواهد بود. اما در ماشینهای که قطب کمکی ندارند بهبود عمل کموتاسیون با تغییر محل جاروبکها (در جهت گردش در مولدها و در خلاف جهت گردش در موتورها) انجام گیرد. این جابجایی درست کاملا امکان پذیر و قابل مشاهده می باشد

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ELEC4U

 

www.elec4u.blogsky.com

 




:: برچسب‌ها: ماشینهای الکتریکی
ن : ع غ
ت : ۱۳٩٠/٦/٢۸
نظرات ()

نیروگاه های گازی

 

نیروگاه های گازی ، کاربردهای ویژه ای دارند.

نیروگاه گازی به نیروگاهی می گویند که برمبنای سیکل گاز( سیکل برایتون) کارمی کند ؛وازسیکل های حرارتی می باشد، یعنی سیال عامل کار یک گاز است.( عامل انتقال وتبدیل انرژی گازی است ، مثلا هوا (

  در نیروگاه های بخار عامل انتقال« بخارمایع» می باشد.

  نیروگاه گازی دارای توربین گازی است ،یعنی با سیکل برایتون کارمی کند.ساختمان آن درمجموع ساده است :

1-   کمپرسور: وظیفه فشردن کردن هوا .

2-   اتاق احتراق: وظیفه سوزاندن سوخت در محفظه

3-   توربین :  وظیفه گرداندن ژنراتور


 هوای فشرده کمپرسور وارد اتاق احتراق که دارای سوخت گازوئیل است می شود .
چون هوای فشرده شده گرم است و در اتاق احتراق سوخت آتش گرفته و هوا فشرده و داغ می شود .

هوای داغ فشرده کار همان بخار داغ فشرده توربین های بخار را انجام می دهد .
کمپرسور به کار رفته در نیروگاه های گازی شبیه توربین است، دارای رتوری است که بر روی این رتور پره متحرک است، هوا به حرکت درآمده و به پره های ساکنی برخوردکرده، در نتیجه جهت حرکت هوا عوض شده و این هوا باز به پره های متحرک برخورد کرده و این سیکل ادامه دارد و در هر عمل هوا فشرده ترمی شود.

  کمپرسور، مصرف کننده عظیم انرژی است .

  هوای فشرده گرم است. هوای فشرده کمپرسور وارد اتاق احتراق که دارای سوخت گازوئیل است می شود .

چون هوای فشرده شده گرم است و در اتاق احتراق سوخت آتش گرفته و هوا فشرده وداغ می شود .

هوای داغ فشرده کار همان بخار داغ فشرده توربین های بخار را انجام می دهد .
هوای داغ فشرده را به توربین می دهیم؛ توربین دارای پره های متحرک و ساکن است . پره های ثابت چسبیده به استاتور می باشد؛ پره های متحرک چسبیده به رتور می باشد.

حال ژنراتور را می توان به محور وصل کرده و از ترمینال های ژنراتور می توان برق گرفت ؛ طول نیروگاه ممکن است به  m 20 برسد.

قدرت نیروگاه های گازی 1 M w ولی بالای 100Mw نیز ساخته می شود .

 

نحوه راه اندازی واستارت نیروگاه چگونه است ؟


درابتدا نیاز به یک عامل خارجی است تا توربین رابه سرعت 3000 دوربرساند.

حسن نیروگاه :


1- سادگی آن است -تمام آن روی یک شافت سواراست .


2- ارزان است - چون تجهیزات آن کم است . یکی از عواملی که بر روی راندمان تأثیر می گذارد این است که هوای ورودی چه دمایی دارد.

3- سریع النصب است .

4- کوچک است . درسکوهای نفتی که نیاز به برق زیادی می باشد بایدازنیروگاه گازی استفاده کرد، تاجای کمتری بگیرد.

5- احتیاج به آب ندارد (درسیکل اصلی نیروگاه نیاز به آب نیست) اما درتجهیزات جنبی نیازبه آب است مثلا برای خنک کردن هیدروژن به کاررفته جهت سردکردن ژنراتور درسرعتهای بالا .

6- راه اندازی این نیروگاه سریع است .

7- پرسنل کم .


زمانی نیروگاه گازی خاموش است که دراتاق احتراق سوخت نباشد .
 یک نیروگاه بخار را بعد از راه اندازی نباید خاموش کرد .اما نیروگاه گازی بدین صورت است که صبح می توان روشن کرد و آخر شب خاموش نمود .نیروگاه گازی بسیار مناسب برای بار پیک است و نیروگاه بخار برای بار پیک نامناسب است .


معایب :


1- آلودگی محیط زیست زیاد است .

2- عمر آن کم است .(فرسودگی توربین وکمپرسور( سوخت مازوت به علت آلودگی بیشتری که نسبت به سوخت گازوئیل دارد، کمتربه کارمی رود .

3- استهلاک زیاداست . (پره توربین ، پره کمپرسور (

4- راندمان کم است (مصرف سوخت آن زیاد است ) ؛ این نقیصه ای است که کشورهای اروپایی با آن مواجهند .


دلایل راندمان پایین :

الف ) خروج دود با دمای زیاد

ب ) حدود 3/1 توان توربین صرف کمپرسور می شود .

بنابراین درنیروگاه گازی برای استفاده درازمدت اصلا جایزنیست چراکه هزینه مصرف سوخت گران است .


5- امکان استفاده ازسوخت جامد فراهم نیست . ( مانند زغال سنگ ) چراکه بلافاصله پره های رتورپرازدود می شود .


نیروگاه های گازی را اگر بخواهیم برای مدت طولانی استفاده کنیم ، هزینه نیروگاه گازی بالا ست .نیروگاه گازی را از جایی استفاده کنند که امکان بهره برداری زمان بهره برداری زیر2000 ساعت باشد .

اگرزمان بهره برداری بالای 2000 ساعت باشد از نیروگاه بخار اگر زمان بهره برداری در سال بالای 5000ساعت باشد ، نیروگاه آبی استفاده می شود.

 در کشور ما، برق عمده مصرفی برق خانگی است ( 60% ) وحدود 30 % برق صنعتی است . درنتیجه 50 % نیروگاه های کشور باید هر شب روشن شود ؛ بنابراین قسمت عمده برق تولیدی ماباید ازنوع نیروگاه گازی باشد.

نیروگاه گازی را به دلیل ارزانی درکارخانجات نیز می توان به کاربرد .نیروگاه گازی را درنیروگاه اتمی نیز استفاده می کنند. جهت سردکردن رآکتور هوا به کارمی رود که درنتیجه هوا داغ و فشرده می شود و در نتیجه به نیروگاه گازی داده و برق مصرفی نیروگاه اتمی راتأمین می کنند .

 

درنیروگاه های گازی جهت افزایش راندمان روش هایی را اتخاذ می کنند.


1- دود خروجی هوای ورودی به اتاق را گرم می کند (سیکل پیچیده ترشده اما راندمان بالا می رود).

    حالت اول : دود با هوای ورودی کمپرسور کنار یکدیگر قرار داده در این صورت راندمان تجهیزات به شدت افت می کند.

    حالت دوم : دود با هوای ورودی کمپرسور به صورت غیر مستقیم در کنار یکدیگر قرار داده که با این روش راندمان 1 الی 2 درصدقابل افزایش است ؛ (هوای ورودی به اتاق احتراق گرم می شود (

2- استفاده از توربین های دو مرحله ای :     زیاد شدن راندمان مستلزم مخارج و صرف هزینه نیز می باشد .

3- استفاده از کمپرسور دومرحله ای : هر چه دمای ورودی کمپرسور پایین تر باشد ؛ راندمان بیشتر است .

با این روش دمای ورودی کمپرسور به طورمصنوعی پایین نگه داشته می شود در مرحله Lp  به دلیل بالا رفتن فشار هوا گرم می شود که از کولر استفاده می کنند ؛ آب سرد بر روی لوله فشار هوا ریخته و هواخنک کرده آب گرم می شود و خارج می شود .
    بالاترین راندمان چیزی درحدود 35% است که نیروگاه دارای کمپرسور دومرحله ای توربین دومرحله ای و پیش گرم کن می باشد.

    نیروگاه گازی به این معنا نیست که سوخت آن گازاست ،بلکه توربین آن گازی است و سوخت آن مایع یا گازوئیل است که اکثرا گازوئیل است .

    درکشورما به دلیل زیاد بودن سوخت گازوئیل ، نیروگاه گازی با سوخت گازوئیل به کار میرود و مرسوم است. اما درکشورهای اروپایی به دلیل زیاد بودن سوخت جامد ، نیروگاه گازی به نحو دیگری طراحی شده که با سوخت جامد کارمی کند ، به این نیروگاه ها ، نیروگاه گازی سیکل بسته می گویند.

     هوای داغ ناشی از احتراق را داخل گرم کن می چرخانیم  و بعد هوا را بیرون میفرستیم.

    ملاحظه می شود که هوای داغ ناشی از احتراق داخل توربین می شود .لذا میتوان ازسوخت جامد استفاده کردکه این نوع ساده ترین نوع نیروگاه گازی سیکل بسته می باشد.

    می توان سیکل فوق را کامل تر کرد. اگر هوای ورودی به کمپرسور تصفیه شده باشد، پره های توربین دارای عمر زیادی خواهدبود. مشکل ایجاد این است که هوای خارج شده از توربین به دلیل تصفیه بودن بایداستفاده شود ، پس هوای خروجی از توربین را استفاده می کنیم ، اما این هوا داغ است و گاز وارد کمپرسور شود راندمان افت می کند ؛ لذا از کولر استفاده می کنیم و هوا را سرد می کنند .

    در نیروگاه گازی هرچه هوای ورودی به کمپرسور سردتر باشد، راندمان افزایش مییابد. لذا نیروگاه های گازی درزمستان راندمان بهتری دارند.



محاسن نیروگاه های گازی سیکل بسته :

1-   امکان استفاده ازسوخت جامد فراهم می شود.

2-   عمرزیاد ( خوردگی پره ها کم است (

3-   چون سیکل بسته است ، لذاضرورت نداردکه فشارهوای خروجی توربین 1  Atm باشد، پس می توان سطح کارفشار هوارابالا برد، به جای 1 Atm از 10 Atm که چون هوای فشرده ترشده ، جای کمتری گرفته وحجم کمپرسور وتوربین درنهایت کوچک ترمی شود.

 

  معایب :
1- راندمان درمقایسه باسیکل بازکمتر است .   4 الی 5 درصد راندمان کاهش می یابد.
2- هزینه زیاداست .

 

    درسوخت مایع نیروگاه های گازی سیکل بسته ، اجازه داریم توربین رادوقسمتی بسازیم .

    کمپرسور هوا را گرفته و داخل اتاق احتراق می سوزاند ، هوای خروجی آن را وارد گرم کن می کنیم که خود گرم کن یک سیکل بسته را تشکیل می دهد. توربین کمکی قدرت لازم از ژنراتور کوچک درقسمت توربین کمکی به کاربرد .

   

درنیروگاه گازی سیکل بازدارای معایب زیراست :


قدرت کمپرسور خیلی از انرژی توربین رامی گیرد و همچنین دود خروجی داغ است(در حدود 300 درجه سلسیوس) درنتیجه سوخت ایجاد شده به هدرمی رود ؛ لذا راندمان کاهش می یابد.


    استفاده از نیروگاه سیکل ترکیبی ( نیروگاه گازی درکنار نیروگاه بخار(  هوای گرم خروجی ازتوربین رابال اضافه کردن اکسیژن به آن به طرف بویل نیروگاه بخار برده میشود. راندمان این قبیل نیروگاه ها50  % می باشد.

 

برگرفته از وب سایت برق و الکترونیک www.ele.ir

با اصلاح و اضافه

 




:: برچسب‌ها: نیروگاه های گازی
ن : ع غ
ت : ۱۳٩٠/٦/٢۸
نظرات ()

1-1 تاریخچه توربین گاز

از حدود 70 سال قبل توربین های گازی جهت تولید برق مورد استفاده قرار می گرفته اند، اما در بیست سال اخیر تولید این نوع توربین ها بیست برابر افزایش یافته است.

اولین طرح توربین گازی مشابه توربین های گازی امروزی در سال 1791 به وسیله «جان پایر» پایه گذاری شد که پس از مطالعات زیادی بالاخره در اوایل قرن بیستم اولین توربین گازی که از یک توربین چند طبقه عکس العملی و یک کمپرسور محوری چندطبقه تشکیل شده بود، تولید گردید.

اولین دستگاه توربین گازی در سال 1933 در یک کارخانه فولادریزی در کشور آلمان مورد بهره برداری قرار گرفت و آخرین توربین گازی با قدرت 2/212 مگاوات در فرانسه نصب و مورد بهره برداری می گردد. [1]

در صنعت برق ایران اولین توربین گازی در سال 1343 در نیروگاه شهر فیروزه (طرشت) مورد استفاده قرار گرفته است که شامل دو دستگاه بوده و هر کدام 5/12 مگاوات قدرت داشته است. در حال حاضر کوچکترین توربین گازی موجود در ایران توربین گاز سیار «کاتلزبرگ» با قدرت اسمی یک مگاوات و بزرگترین آن توربین گازی 49-7 شرکت زیمنس با قدرت 150 مگاوات می باشد. [1]

1-2- نقش توربین گاز در صنعت برق

توربین های گاز جدا از تولید برق به خاطر خصوصیات ویژه ای که دارند می تواند در موارد دیگری مثل موتورهای جت در هواپیماها برای تأمین نیروی محرکه هواپیما و نیروی جلوبرندگی به کار رود یا مثلاً جهت به گردش درآوردن یک پمپ قوی به کار رود.

اما چون بحث ما پیرامون توربین های گازی است که در صنعت برق وجود دارد. لذا مطالب خود را بر اساس همین موضوع پیگیری می کنیم.

با توجه به آمار و ارقام مشخص می شود که میزان مصرف برق در ساعات مختلف شبانه روز متفاوت است مثلاً در بعضی از ساعات شبانه روز (فاصله ساعت 10:00 تا 12:00 صبح و از تاریک شدن هوا به مدت تقریباً دو ساعت در شب) مصرف برق خیلی زیاد است و به میزان حداکثر خود می رسد (پیک بار) و در بعضی ساعات مثل ساعات بین نیمه شب تا بامداد مصرف برق خیلی پایین است و در بقیه اوقات یک مقدار متعادل را دارد.

شکل (1-1) تغییرات بار به ازاء شبانه روز (منفی بار)

همانطوری که در شکل 1-1 دیده می شود [1] یک مقدار از بار مصرف تقریباً در تمام ساعات شبانه روز ثابت است که به آن بار پایه می گوییم و یک مقدار بار نیز تنها در ساعات محدودی از شبانه روز اتفاق می افتد و مقدار آن بیشتر از بار در بقیه ساعات شبانه روز می باشد. این بار را بار حداکثر یا پیک می گوییم. نوسانات بین بار پایه و بار پیک را نیز بنام بار متوسط یا میانی می گوییم و برای تأمین بار پایه به نوعی نیروگاه احتیاج داریم که مخارج جاری آن پایین باشد. این نیروگاه ها شامل نیروگاه های بخار (به خاطر سوخت ارزان- چون سوخت مصرفی آنها معمولاً سوخت های سنگین مثل ماژوت است) نیروگاه های هسته ای و نیروگاه های آبی می باشد. اما برای تأمین بار پیک به نوعی نیروگاه احتیاج داریم که مخارج نصب پایین و سرعت راه اندازی و باردهی بالا داشته باشد. [حتی اگر مخارج جاری آن بالا باشد و در رابطه با تأمین بار پیک توربین های گازی مطرح می شوند، زیرا خصوصیات تقاضا شده فوق را دارا می باشند.

توربین های بخار به خاطر آنکه برای راه اندازی و رسیدن به مرحله باردهی چندین ساعت وقت لازم دارند و استفاده از آنها به صورت رزرو به صرفه نیست در این مورد استفاده نمی شوند.

بار میانی نیز توسط ترکیبی از نیروگاه های مختلف که اقتصادی تر باشد، تأمین می شود. بنابراین یکی از بارزترین موارد استفاده توربین های گاز در صنعت برق، تأمین بار پیک توسط این واحدهاست البته در کشورهایی مثل ایران که مسأله سوخت حتی گاز و گازوئیل مسأله مهمی را ایجاد نمی کند از واحدهای گازی برای تأمین بار پایه نیز استفاده می شود.

از ویژگی های دیگر واحدهای گازی که با دیزل استارت می شود قادرند با استفاده از باتری ها موجود در باتری خانه که همواره شارژ کامل هستند بدون وابستگی به شبکه استارت شده و به مرحله باردهی برسند لذا از واحدهای گازی می توان برای مناطقی که به شبکه سراسری متصل نیستند و نیز برای شروع برقرارکردن شبکه پس از خاموشی کامل شبکه استفاده کرد. در بعضی از واحدهای گازی کلاچ مخصوص بین محور توربین و محور ژنراتور وجود دارد که می توان این دو محور را از هم جدا کند و در واحدهایی که به این نوع کلاچ مجهز هستند می توان در حالی که ژنراتور به شبکه متصل است با خاموش کردن توربین و باز شدن کلاچ موردنظر که با افت دور توربین نسبت به ژنراتور صورت می گیرد ژنراتور را به صورت موتور درآورد و به این وسیله عمل تنظیم ولتاژ شبکه را انجام داد. این کار معمولاً در شبهایی که بخاطر پایین بودن مصرف در شبکه ولتاژ بالا می رود انجام می شود به این نوع استفاده از ژنراتور اصطلاحاً کندانسور کردن گویند.

1-3-1- مزایای توربین گازی

الف) واحدهای گازی بخاطر جمع کوچک و ساده بودن نصب خیلی سریع نصب می شود.

ب) واحدهای گازی بعد از استارت، در عرض چند دقیقه (معمولاً کمتر از ده دقیقه) به مرحله بازدهی می رسند که در این زمان کوتاه، توربین های گازی را قادر ساخته است که برای منظورهای اضطراری و در مواقعی که ماکزیمم مصرف برق را در سیستم قدرت داریم مورد استفاده قرار گیرد. در ضمن تغییر بار (قدرت تولید) در این واحد، سریع صورت می گیرد.

ج) قیمت و هزینه نصب واحدهای گازی پایین است (حدود  واحدهای بخار برای قدرت برابر)

د) به علت سادگی ساختمان و کم بودن قسمت های کمکی و نوعی در توربین گاز بهره برداری از آن آسان می باشد. در ضمن در واحدهای گازی امکان کنترل و بهره برداری در محل و از راه دور وجود دارد.

هـ ) در توربین های گازی، امکان استفاده از سوخت های مختلف و تعویض نوع سوخت در حال کار واحد به هنگام باردهی، قدرت مانور خوبی به واحد می دهد.

1-3-2- معایب توربین گازی

الف) راندمان یا بازدهی واحدهای گازی به خاطر دفع مقدار زیادی انرژی، به صورت گرما از اگزوز، (برای یک واحد گازی با قدرت 25 مگاوات دمای خروجی اگزوز، بیش از Cْ500 می باشد) و تشعشع مقداری گرما از جدار اتاق احتراق، پایین تر می باشد (ماکزیمم تا حدود 27% برای سیکل ساده)

ب) چون در واحدهای گازی، معمولاً از گاز طبیعی یا سوخت های سبک استفاده می کنند، لذا مخارج جاری آنها بالا می باشد (به علت گرانی اینگونه سوختها)، ولی در عوض میزان آلودگی محیط زیست نسبت به سایر نیروگاه های حرارتی دیگر با قدرت مشابه کمتر است.

فص دوم

تئوری فرایندهای توربین گازی در افزایش قدرت و راندمان

2-1- مقدمه

با منبسط شدن گازهای حاصل از احتراق (که دارای دما و فشار بالایی می باشند) در چندین طبقه از پره های ثابت و متحرک قدرت در توربین گاز تولید می شود.

برای تولید بالا جهت محفظه احتراق (حدود 4 تا 13 اتمسفر) از کمپرسورهای محوری با چندین طبقه استفاده می شود. در هر طبقه بر میزان فشار هوای مکیده شده توسط کمپرسور افزوده می شود. کمپرسور توسط توربین به گردش در می آید به همین منظور محور کمپرسور و توربین به هم متصل است. اگر همه چیز را ایده آل فرض کنیم یعنی اصطکاک و تلفات ترمودینامیکی سیال صفحه فرض شوند. همه فرآیندها در تمام طبقات کمپرسور و توربین ایده آل است و افت فشار در محفظه احتراق نیز صفر است. بعد از راه اندازی توربین گاز اگر کل سیستم را به حالت خود رها کنیم (بدون اینکه سوختی مصرف کنیم) قاعدتاً باید قدرت تولید شده در توربین مساوی قدرت مصرف شده در کمپرسور باشد. اما این از لحاظ علمی غیرممکن است. در توربین گاز حدود   قدرت تولید شده در توربین صرف به گردش آوردن کمپرسور شده و  آن به عنوان کار خروجی جهت تولید برق (یا هر مصرف دیگر) مصرف می شود. بنابراین لازم است که قدرت تولیدی در توربین بیشتر از قدرت مصرفی در کمپرسور باشد. برای این منظور می توان با اضافه کردن حجم سیال عامل در فشار ثابت یا افزایش فشار آن در حجم ثابت قدرت تولیدی توربین را افزایش داد. هر یک از دو روش فوق را می توان با بالا بردن دمای سیال عامل پس از متراکم ساختن آن به کار برد. برای افزایش دمای سیال عامل یک محفظه احتراق لازم است تا با احتراق سوخت دمای هوا بالا رود. به این ترتیب یک سیکل ساده توربین گاز شامل قسمت های زیر است:

1- کمپرسور

2- اتاق احتراق

3- توربین

در توربین های گاز ممکن است یکی از دو نوع سوخت گازوئیل یا گاز طبیعی استفاده شود. توربین های گازی را از روی عمل انبساط گازها (مانند توربین بخار) تقسیم بندی می کنند که عبارتند از:

1- توربین های ضربه ای

2- توربین های ضربه ای- عکس العملی

توربین های گاز را از روی سیو سیال عامل نیز طبقه بندی می کنند که عبارتند از:

1- توربین های گازی با سیکل باز (سیال عامل از هوای بیرون موتور وارد و به داخل هوای محیط تلمبه می گردد.)

2- توربین های گاز با سیکل بسته (سیال عامل از هوای بیرون موتور وارد و به داخل هوای محیط تخلیه می گردد.)

3- توربین های گاز با سیکل نیمه بسته (مقداری از سیال عامل در داخل دستگاه گردش می کند و مقدار دیگر به داخل هوای محیط تخلیه می گردد.)

2-2- سیکل استاندارد هوایی

*******************************************

شکل (2-1) توربین گاز با سیکل ساده

در شکل (2-1) علائم زیر استفاده شده است:

C= کمپرسور

B= اتاق احتراق

T= توربین

P= کوپلینگ بین توربین و دستگاه مصرف کننده

S= راه انداز

**************************************************

شکل (2-2): نمودار 7-P سیکل برایتون

همانطور که در شکل (2-2) پیدا است هوای محیط در داخل کمپرسور از فشار 1P تا 2P طی یک فرآیند آیزونتروپیک متراکم می گردد و بعد در اتاق احتراق توسط سوخت پاشیده شده احتراق صورت می گیرد.

فرآیند احتراق تقریباً در فشار ثابت انجام می شود. در اثر احتراق دمای سیال عامل زیاد می شود و از T2 به T3 می رسد محصولات احتراق از اتاق احتراق خارج شده و در داخل توربین از P3 تا فشار جو منبسط می گردد و به داخل هوای محیط تخلیه می شود. توربین و کمپرسور به طور مکانیکی به هم متصل شده اند. بنابراین کار خالص برابر است با اختلاف بین کار انجام شده توسط توربین و کار مصرف شده توسط کمپرسور. برای آغاز کار کمپرسور یک راه انداز (استاتور) لازم خواهد بود، وقتی توربین شروع به کار کرد، راه انداز قطع می شود.

نمودار سیکل آرمانی (نظر) برایتون روی نمودار P-V یا T-S در شکل های شماره (2-2) و (2-3) نشان داده شده است.

فرآیند 2-1: تراکم ایزونتروبیک در کمپرسور

فرآیند 3-2: افزودن حرارت در فشار ثابت در اتاق احتراق

فرآیند 4-3: انبساط آیزونتروبیک در توربین

فرآیند 1-4: بس دادن حرارت در فشار ثابت

************************************************

شکل (2-3): نمودار T-S سیکل برایتون

با مراجعه به شکل (2-2) می توان بازده حرارتی سیکل را بر مبنای یک کیلوگرم از سیال عامل پیدا نمود.

(2-1)                                       حرارت افزوده شده

و چون گرمای ویژة فشار ثابت CP در کل فرآیند 3-2 ثابت است:

(2-2)                                       = حرارت پس داده شده

حرارت پس داده شده – حرارت افزوده شده = Wnet= کار خالص

(2-3)                                       =

این مقدار کار را می توان از راه محاسبه کار توربین و کمپرسور نیز به دست آورد.

(2-4)                                       کار انجام شده به وسیله توربین

(2-5)                                       کار مصرف شده به وسیله کمپرسور

کار مصرف شده به وسیله کمپرسور- کار تولید شده به وسیله توربین= Wnet

 

(2-6)                                      = Wnet

بازده حرارتی عبارت است از نسبت کار خالص سیکل به هزینة انجام شده

 

و به طور خلاصه:

(2-7)                                     

می دانیم که در یک فرایند آیزونتروبیک بین فشار، دما و حجم گاز در رابطه زیر برقرار است:

 

 

نظر به اینکه P2=P3 و P1=P4 می توان نوشت:

 

 

با قرار دادن مقدار  از معادله فوق در معادله (2-7) خواهیم داشت:

(2-8)                                     

نسبت فشار  را به rp نشان می دهیم، بنابراین:

 

(2-9)                                     

***********************************************

شکل (2-4): منحنی تغییرات بازده حرارتی سیکل نظری بر حسب تغییرات فشار

حال اگر راندمان حرارتی را بر حسب نسبتهای فشار متفاوت رسم کنیم نمودار شکل (2-4) به دست می آید. [2]

همانطور که از شکل (2-4) پیداست راندمان حرارتی با افزایش نسبت فشار افزایش می یابد. اما همانطور که از این نمودار پیداست این افزایش یکنواخت و خطی نیست، بلکه از نسبت فشار 1 تا 4 دارای شیب تند خطی می باشد و از آن به بعد نرخ آن کاسته می شود. از نسبت فشار 16 به بعد تغییرات راندمان حرارتی بر حسب نسبت فشار خیلی محسوس نیست، بنابراین می توان پیشنهاد کرد که برای راندمان حرارتی ماکزیمم یک نسبت فشار بهینه باید وجود داشته باشد.

2-3- نسبت فشار برای حداکثر کار خالص ویژه سیکل نظری برایتون

اگر شرایط سیکل را ایده آل فرض کنیم، برای تغییر قدرت خروجی، تنها عامل متغیر نسبت فشار می باشد. حداقل نسبت فشار، یک است که به ازاء آن قدرت خروجی صفر می شود، در این صورت:

(2-10)                                               

اگر دمای خورجی کمپرسور به دمای ورودی توربین یعنی T3 برسد حرارت افزوده شده در اتاق احتراق صفر خواهد بود. در نتیجه مقدار کار کمپرسور و توربین با هم برابر می شود. و کار خروجی (خالص) در این حالت هم صفر می شود. این نسبت فشار ماکزیمم برابر است با:

(2-11)                                               

بنابراین هیچ کدام از دو روش فوق الذکر عملی نیست و باید یک نسبت فشار میانی وجود داشته باشد که به ازاء آن قدرت خروجی یا بازده (با توجه به محدوده دمایی که توربین با آن مواجه است) حداکثر بشود. شکل (2-5) دیاگرام T-S این سیکل با مقادیر حداقل، حداکثر و میانی نسبت فشار نشان می دهد. برای به دست آوردن نسبت فشاری که به ازاء آن قدرت خروجی حداکثر شود (قدرت خروجی به ازاء یک کیلوگرم سیال عامل) به روش زیر عمل می کنیم با توجه به شکل (2-5):

 

 

(2-12)                                               

از طرفی داریم

                       و                     

با توجه به اینکه دوطرف راست معادله فوق با هم برابر است می توان نوشت:

 

بنابراین معادله (2-12) به صورت زیر در می آید:

(2-13)                                               

*****************************************

شکل (2-5) حداکثر و حداقل فشار در سیکل برایتون

در معادله (2-13) T3 , T1 حداقل و حداکثر دمای سیال می باشند، r و CP مقادیر ثابت محسوب می شوند. برای به دست آوردن فشاری که به ازاء آن قدرت خروجی حداکثر می شود از معادله (2-13) بر حسب rP مشتق می گیریم و آن را مساوی صفر قرار می دهیم:

 

 

طرفین معادله فوق را بر  تقسیم می کنیم در نتیجه معادله به صورت زیر در می آید:

(2-14)                                   

(2-15)                                   

2-4- سیکل عملی برایتون:

سیکل عملی (واقعی) توربین گاز از نقطه نظرهای زیر با سیکل نظری برایتون تفاوت دارد:

1- به علت وجود تلفات اصطکاکی در کمپرسور و توربین، فرآیند تراکم و انبساط بدون اصطکاک نیست و با مقداری افزایش در انتروپی همراه می باشد (این فرآیندها آدیاباتیک برگشت ناپذیر می باشند) در حالت ایده آل بازده کمپرسور و توربین 100% می باشد اما در عمل کمتر است.

2- در اتاق احتراق افت فشار مختصری وجود دارد. این افت فشار (تلفات) به قدری کم است که به منظور ساده شدن مسأله هرجا که لازم باشد می توان از آن صرفنظر نمود.

3- جرم گازی که از داخل توربین عبور می کند (1+f) برابر جرم هوایی است که از داخل کمپرسور عبور می کند که f نشان دهنده نسبت جرم سوخت به جرم هوا می باشد.

4- گرمای ویژه گازهای حاصل از احتراق کمی بیشتر از گرمای ویژه هوا می باشد. البته این افزایش به قدری کم است که گرمای ویژه گازهای حاصل از احتراق را می توان برای ساده شدن مسأله هرجا که لازم است با گرمای ویژه هوا مساوی فرض کرد.

****************************************************

شکل (2-16) نمودار T-S سیکل واقعی برایتون

در شکل شماره (2-6) نمودار T-S برای یک سیکل واقعی برایتون نشان داده شده است.

تلفات فشار در اتاق احتراق بصورت P2-P3 نشان داده می شود. در این سیکل:

فرآیند َ1-2 تراکم آیزوتروبیک.

فرآیند 2-1: تراکم واقعی.

فرآیند َ3-4: انبساط آیزوتروبیک

فرآیند 4-3: انبساط واقعی.

 بازده کمپرسور

 

چون CP ثابت است:

 (بازده کمپرسور)

   بازده توربین

اگر گرمای ویژه گازهای حاصل از سوخت با گرمای ویژه هوا با هم برابر فرض شود:

(2-17)                                               

بازده حرارتی سیکل بصورت زیر محاسبه می گردد:

کار مصرفی کمپرسور- کار واقعی توربین = Wnet= کار خالص واقعی

 

= حرارت افزوده شده

بنابراین بازده حرارتی سیکل برابر است با:

 

 

(2-18)                                               

اگر بجای  مقدار آنها را از معادله (2-16) و (2-17) در معادله (2-18) قرار دهیم خواهیم داشت:

 

(2-19)                                               

از روی معادله (2-19) واضح است که بازده حراتی واقعی سیکل با اصلاح  یا هر دو افزایش می یابد.

2-5- راههای اصلاح بازده و کار خروجی ویژه سیکل ساده

برای اصلاح کار یک مولد قدرت با سیکل ساده می توان از روشهای زیر استفاده نمود.

2-5-1- بازیابی حرارت

با گرم کردن اولیه هوا با استفاده از گرمای گاز خروجی توربین در مصرف سوخت صرفه جویی می شود. این روش را بازیاب حرارتی گویند.

***********************************************

شکل (2-7) نمودار جریان و T-S برای یک چرخه بسته غیر ایده آل برایتون با مبادله گرما.

به دلیل اینکه بازده سیکل توربین گازی با بازیاب بیشتر از بازده سیکل ساده توربین گازی است، مصرف سوخت در این سیکل تا 30 درصد و حتی بیشتر کاهش می یابد.

2-5-2- اصلاح قدرت خروجی واحد توربین

این عمل به روشهای زیر انجام می شود:

الف) گرم کردن مجدد انبساط کامل در توربین در دو یا چند طبقه حاصل می شود و پس از هر مرحله از انبساط گرم کردن مجدد صورت می گیرد.

ب) بالا بردن حداکثر دمای سیکل (دمای گاز ورودی توربین) این عمل به روشهای زیر انجام می شود:

1- استفاده از سوختی با کیفیت بهتر

2- استفاده از مولد بهتر برای پره های توربین که بتواند دمای زیادتری را تحمل کند.

3- استفاده از روشهای خنک کردن پره ها

4- اصلاح بازده توربین که بستگی به اصلاح طرح آن دارد.

2-5-3- کاستن از قدرت مصرفی کمپرسور

این عمل به راههای زیر انجام می گیرد.

الف) خنک کردن میانی: کار مصرفی کمپرسور با خنک کردن هوا در فاصله بین طبقات کمپرسور کاهش می یابد.

ب) بالا بردن بازده کمپرسور: این عمل با اصلاح طرح کمپرسور قابل اجرا است.

ج) تزریق آب: با تزریق آب در دهانه ورودی کمپرسور، کار خروجی و بازده در اثر جرم اضافی آب تزریق شده و افزایش دانسیته هوا و خشک کردن هوا زیاد می شود.

***************************************************

شکل (2-8) نمودار جریان و T-S یک سیکل بسته ایده آل برایتون با دو مرحله خنک کردن میانی و یک مرحله باز گرمایش و یک دستگاه مبادله گرما

مقدار کار در دستگاه هایی مانند کمپرسور یا توربین با استفاده از معادله زیر است:

 

این معادله برای گاز کامل با توجه به اینکه برای آن pv=Mrt است بصورت زیر در می آید:

 

بنابراین به ازاء  معین مقدار کار مستقیماً با دما متناسب است، لذا کمپرسور که بین حالت 1 و 2 کار می کند با افزایش دما کار بیشتری مصرف خواهد کرد از آنجا که کار کمپرسور منفی است افزایش آن کار خالص سیکل را کاهش می دهد، بهتر است در حالی که می خواهیم به فشار P2 برسیم T=T2-T1 را در حد پایین نگاه داریم، این کار را از لحاظ نظری می توان با خنک کردن متوالی گاز متراکم و نگهداشتن دمای آن در حد T1 انجام داد. این روش با استفاده از خط بریده پایینی در شکل (2-8) نشان داده شده است. اما این کار از لحاظ فیزیکی امکان پذیر نیست و خنک کردن گاز را بین دو مرحله تراکمی می توان انجام داد. در شکل (2-8) برای سادگی کار فرآیند تراکمی و انبساطی بصورت ایده آل (آیزونتروپیک) نشان داده شده اند و در آن دو مرحله خنک کن میانی دیده می شوند. گاز پس از تراکم نسبی از 1 تا 2 خنک می شود و دمای آن در حالی که فشارش ثابت است (در فرآیند ایده آل) به دمای نقطه َ1 می رسد. مجدداً گاز تا َ2 متراکم می شود و پس از آن دوباره تا ً1 خنک می شود و سرانجام تا ً2 متراکم می شود. در فرآیند ایده آل  و  است تحت این شرایط کمپرسور از سه قسمت تشکیل می شود که کار مصرفی هر قسمت یکسان است.

با توجه به معادله  می توان نتیجه گرفت که با بالا نگهداشتن دمای گاز در توربین می توان کار توربین را افزایش داد. این فرآیند به وسیله خط بریده افقی شکل (2-8) نشان داده شده است.

در شکل (2-8) دو دستگاه توربین نشان داده شده است که بین آنها یک مرحله بازگرمایشی قرار دارد. گاز در قسمت فشار بالای توربین از 3 تا 4 منبسط می شود و آنگاه در ضمن یک فرآیند فشار ثابت (در حالت ایده آل) تا حالت َ3 باز گرم می شود و بالاخره در قسمت فشار پایین توربین تا َ4 انبساط پیدا می کند. مساحت  مقدار افزایش کار در سیکل را نشان می دهد در حالی که مقدار گرمای داده شده به سیکل به اندازه  می باشد.

از عملیات خنک سازی میانی، بازگرمایش و بازیابی می توان توأماً در یک سیکل مطابق شکل (2-8) استفاده کرد.

****************************************

شکل (2-9) نمودار جریان T-S یک سیکل دو محوری توربین گازی با تزریق آب و مبادله گرما

تزریق آب به سیکل توربین گازی روشی است که به وسیله آن می توان قدرت خروجی سیکل را به طور محسوسی و بازده آن را به طور جزئی افزایش داد. در بعضی از هواپیماها و در بعضی از واحدهای ثابت، آب به داخل کمپرسور تزریق می شود و ضمن افزایش دمای هوا در فرآیند تراکمی به صورت بخار در می آید از این رو گرمای تبخیر موجب کاهش دمای هوای متراکم می شود و در نتیجه آن کار کمپرسور کاهش می یابد. این اثر در واقع مشابه اثر خنک کن میانی است (که قبلاً مورد بررسی قرار گرفت.)

تزریق آب به سیکل توربین گازی که دارای مبادله گرما است در صورتی که آب بین کمپرسور و مبادله گرما تزریق شود سودمندتر است[2]. این روش را می توان به وسیله پاشش برای سیکل های تک محوری و دو محوری به کار برد. این روش در شکل (2-9) آب بین کمپرسور و مبادله گرما نشان داده شده است. در نمودار T-S، 1-2-4-5-7-َ9-1 سیکل بدون تزریق آب را نشان می دهد. که در آن 4 و َ9 به ترتیب عبارتند از هوای متراکم خروجی و گازهای خروجی از مبادله ی گرما. دمای هوای متراکم در نقطه 2 در نتیجه تزریق آب ضمن یک فرآیند تقریباً با فشار ثابت به دلیل تبخیر آب از مقدار مربوط به 2 تا دمای 3 کاهش می یابد (فشار به اندازه کمی از 2 تا 3 افزایش پیدا می کند) آنگاه هوای متراکم خنک شده با حالت 3 وارد مبادله گرما می شود و در آن تا دمایی تقریباً برابر با دمای 4 پویش گرم می شود. (عملاً دما به مقدار جزئی کمتر از دمای 4 است). گرمای اضافی لازم برای گرم کردن هوای مرطوب از 3 تا 2 از گازهای خروجی و ضمن فرآیند َ9 تا 9 تأمین می شود. که در غیر این صورت این انرژی از دست می رفت از این رو دمای نقطه 9 دمای جدید گازهای خروجی محسوب می شود. آب ورودی ممکن است پیش از تزریق به وسیله گاز در نقطه 9 پینس گرم شود مطابق شکل (2-9) و همچنین ممکن است این عمل صورت نگیرد.

آب به اندازه ای می توانند تزریق شود که هوای متراکم در دمای T3 به صورت اشباع درآید. بیش از این مقدار آب موجب می شود که مایع آب توسط هوا حمل شود و با این عمل هر چند که کار تا حدی افزایش می یابد ولی بازده در مقایسه با حالت هوای اشباع کاهش پیدا می کند و مشکلاتی مانند پرکار کردن مبادله کن گرما، اختلاف دمای شدید موضعی و تنش های گرمایی ناشی از آن بوجود می آید.

افزایش کار نیروگاه در نتیجه تزریق آب تا حدی در نتیجه افزایش کار توربین به علت افزایش آهنگ جرمی جریان هوا و بخار آب از توربین است، بدون اینکه کار کمپرسور افزایش یافته باشد. مقدار افزایش جرم عبارت است از تفاضل جرم بخار اشباع در نقطه 3 شکل (2-9) و جرم بخار آبی که از اول در هوا در نقطه 1 موجود بود.

2-6- تأثیر متغیرهای کار روی بازده

بازده حرارتی سیکل ساده واقعی یک توربین گاز بستگی به متغیرهای زیر دارد:

1- نسبت فشار

2- بازده توربین

3- دمای ورودی توربین T3

4- دمای ورودی کمپرسور T1

5- بازده کمپرسور

2-6-1- تأثیرات دمای ورودی توربین و فشار آن

در شکل شماره (2-10) نشان می دهد که افزایش دمای ورودی توربین بازده حرارتی را با ثابت نگهداشتن عوامل دیگر، افزایش می دهد. به ازاء هر دمای ورودی توربین یک نسبت فشار عالی برای حداکثر بازده حرارتی وجود دارد.

***************************************************

شکل (2-10) تغییرات بازده حرارتی سیکل ساده توربین گاز بر حسب تغییرات ثبت فشار برای دماهای مختلف گاز ورودی

2-6-2- تأثیر بازده توربین و کمپرسور

شکل شماره (2-11) نشان می دهد که بازده حرارتی در برابر تغییرات بازده توربین و کمپرسور بسیار حساس است منحنی خط چین بازده حرارتی سیکل ایده آل (سیکل ساده آرمانی) را نشان می دهد. وقتی بازده توربین و کمپرسور زیاد می شود. بازده حرارتی سیکل هم زیاد می شود. به ازاء هر بازده توربین و کمپرسور یک حد اعلای فشار وجود دارد که به ازاء آن بازده حرارتی سیکل حداکثر می شود.

شکل (2-11) تغییرات بازده حرارتی سیکل بر حسب نسبت فشار برای مقادیر مختلف بازده توربین و کمپرسور

(اعداد روی منفی ها نشانه بازده توربین و کمپرسور بر حسب درصد می باشند.)

2-6-3- تأثیر تغییرات دمای هوای ورودی به کمپرسور

همانطور که در شکل شماره (2-12) نشان داده شده است با کاهش دمای هوای ورودی کمپرسور (هوای محیط) بازده سیکل افزایش می یابد. نقاط حد اعلا در نسبت فشار بالاتر بوجود می آید و هرچه انحنای منحنی کمتر بشود حدود وسیعتری برای بهترین نسبت فشار وجود دارد.

******************************************

شکل (2-12)" تغییرات بازده حرارتی سیکل ساده بر حسب نسبت فشار برای دماهای مختلف ورودی کمپرسور

(دمای هوای ورودی روی هر یک از منحنی ها نوشته شده است)

فصل سوم

خنک کاری هوا

3-1- ضرورت خنک کردن هوای ورودی کمپرسور

با افزایش دمای محیط و ارتفاع، بازده و قدرت خروجی توربین های گازی و سیکل های ترکیبی به شدت پایین می آید. با توجه به اینکه در اثر مناطق دارای توربین گازی یا سیکل ترکیبی نصب شده در کشور دمای محیط بالا می باشد، بنابراین این واحدها به علت کاهش بازدهی، سوخت بیشترری مصرف خواهد نمود.

همچنین با توجه به اوج مصرف انرژی الکتریکی در تابستان، کم شدن قدرت خروجی ممکن است مشکلاتی را در تأمین انرژی الکتریکی لازم در کشور ایجاد کند و موجب خساراتی بر اقتصاد کشور گردد. در واقع سرمایه های ملی در اثر این مسأله از دست می رود.

تولید کار در توربین های گازی یک فرآیند حجم ثابت است با افزایش دمای محیط جرم مخصوص هوا کاهش یافته و دبی جرمی عبوری از توربین پایین می آید در نتیجه قدرت تولیدی توسط توربین کاهش خواهد یافت، با تقریب می توان گفت که قدرت خروجی با دبی جرمی در سیکل نسبت مستقیم دارد.

(3-1)                                                 

به ازاء هر F ْ1 افزایش در دمای محیط 3/0% تا 5/0% از توان خروجی واحد توربین گازی کم می شود. با بالا رفتن دمای محیط، همانطور که در دیاگرام T-S شکل (3-1) نشان داده شده فرآیند آنتروپی ثابت 2-1 در کمپرسور به فرآیند 1h-2h تبدیل می گردد با توجه به واگرا بودن خطوط فشار ثابت در این دیاگرام میزان کار انجام شده توسط کمپرسور افزایش خواهد یافت.

از طرفی با بالا رفتن دمای محیط فشار بعد از کمپرسور کم شده و در نتیجه بازدهی حرارتی واحد کاهش می یابد (شکل 3-2) همچنین به علت کاهش دانسیته هوا نرخ حرارتی و نیز مصرف ویژه سوخت (دبی سوخت مصرفی بر واحد قدرت تولیدی) بالا می رود[3].

*************************************************

شکل (3-1) تحول تراکم در کمپرسور بر روی دیاگرام T-S در یک روز گرم و یک روز عادی

کاهش نسبت فشار در شکل (2-3) برای یک روز گرم نشان داده شده است با توجه به محدود بودن دمای گازهای ورودی به توربین گاز، همانطور که در شکل دیده می شود کار انجام شده در توربین گاز کاهش خواهد یافت.

**************************************************

همچنین گزارشها نشان می دهد که تولیدکنندگان انرژی الکتریکی هزینه بیشتری برای انرژی تولیدی در ساعاتی که تقاضای مصرف برق زیاد است (مانند بعدازظهرهای گرم تابستان) می پردازند. این موضوع انگیزه آنرا ایجاد می کند که به طریقی، قدرت خروجی از دست رفته توربین گازی در ساعات گرم را به آن بازگرداند. خلاصه آنکه نیروگاه های باریپک نیز احتیاج به افزایش قدرت خروجی در ساعات مصرف بالا دارند.

نیاز به افزایش توان در ساعات گرم به علاوه ضرورت افزایشی توان با هزینه کم از طرفی و امکان محقق کردن این موارد در توربین های گازی از طرف دیگر باعث شده است تا از روشهای خنک کردن هوای ورودی به کمپرسور برای این منظور استفاده گردد.

کاهش دمای هوای ورودی توربین علاوه بر افزایش قدرت خروجی باعث کاهش نرخ حرارتی (HeatRate) آن نیز می شوند و بازده مجموعه را نیز افزایش می دهد. در شکل (3-3) تأثیر دمای هوای ورودی روی نرخ حرارتی توربین گاز نیز نشان داده شده است.

*******************************************

شکل (3-3): تأثیر دمای ورودی کمپرسور روی قدرت خروجی و نرخ حرارتی یک توربین گازی

همانطور که در مباحث قبلی گفته شد سیال عامل در توربین های گازی معمولاً هوا می باشد. لذا عملکرد سیکل توربین گاز بستگی شدیدی به شرایط هوای محیط دارد. هرچه درجه حرارت محیط پایین تر باشد توان خروجی سیکل افزایش می یابد.

در جدول (3-1) اثرات دمای ورودی به کمپرسور بر عملکرد توربین گازی محل PG65418 نشان داده شده است.

***********************************************

جدول (3-1): اثر دمای ورودی به کمپرسور بر عملکرد توربین

همانطور که گفته شد خنک کاری هوا در توربین های گازی به 4 طریق انجام می پذیرد:

1- خنک کاری میانی

2- خنک کاری تبخیری

3- خنک کاری به وسیله سیستم ذخیره سرما

4- خنک کاری هوای ورودی به کمپرسور به وسیله چیلر

خنک کردن هوای ورودی به کمپرسور به دلیل اینکه یک فرآیند مستقل می باشد بیشتر در توربین های گازی در حال بهره برداری مورد توجه قرار می گیرد. این روش بدون هیچگونه تغییر یا اصلاحی در اجزاء اصلی واحد توربین گازی و با رعایت برخی نکات فنی بدون هیچگونه اثرات منفی قابل اجرا است. محل نصب تجهیزات مربوط به آن تقریباً مستقل و جدا از اجزاء اصلی سیکل توربین گاز می باشد و در کل طرح و اجزاء ساده تری دارد.

با این حال تمام روشهای خنک کردن هوای ورودی در توربین های گازی در حال طرح و برنامه ریزی نیز قابل طراحی و اجراء است.

هر یک از روشهای خنک کردن هوای ورودی با توجه به هزینه اولیه، هزینه عملیاتی و تعمیرات و تأثیر آن بر مقدار افزایش قدرت خروجی و بازدهی، انتخاب می شوند. در زمان طراحی به دلیل عمر طولانی تر سیکل، می توان از روشهای پرهزینه تر و مؤثرتری استفاده نمود.

روشهای سرمایش هوای ورودی به کمپرسور اساساً به سه دسته اصلی تقسیم می شود. اول روشهای تبخیری می باشد. در این روش آب در کانال هوای ورودی به کمپرسور تبخیر می گردد. بدین ترتیب گرمای نهان تبخیر آب از هوا گرفته شده و هوا خنک می شود. محدودیت اساسی این روش کاهش دمای ورودی، حداکثر تا دمای نقطه اشباع بخار یا نقطه شبنم است و مزیت آن هزینه اولیه و عملیاتی کمتر می باشد.

دومین روش، روشهای تبرید مکانیکی یا جذبی است. در روش تبرید مکانیکی از یک چیلر ضربه ای یا سانتریفیوژ کمک گرفته می شود تا به وسیله یک کویل خنک کن یا با قرار دادن اوپراتور در مسیر هوا، هوای ورودی به کمپرسور را خنک نمود. هزینه اولیه و خصوصاً هزینه عملیاتی بالا و مصرف انرژی زیاد از معایب این روش می باشد و توانایی خنک کردن تا Cْ5 از مزایای این روش است.

در روش تبرید جذبی از یک چیلر جذبی برای خنک کردن هوای ورودی به کمپرسور استفاده می شود. هزینه اولیه بالا، هزینه عملیاتی پایین و مصرف انرژی با توجه به اینکه می توان هوا را تا Cْ7 خنک کرد از ویژگی های این روش می باشد. سیال *** در چیلر جذبی (آب) خود تا Cْ4 سرد شده و قادر است هوا را فقط تا Cْ7 خنک کند[3].

روش سوم: روش ذخیره سازی انرژی است از این روش برای تأمین انرژی الکتریکی مورد نیاز در زمان پیک مصرف برق استفاده می شود. در ساعت هایی که مصرف برق کم است از انرژی الکتریکی تولیدی اضافی برای تولید یخ یا خنک کردن آب استفاده می شود. در ساعت های پیک از این یخ یا آب خنک تولید شده برای سرد کردن هوای ورودی به کمپرسور تا دمای Cْ5 استفاده می شود و توان خروجی توربین گازی و بازدهی آن را بالا می برد.

نکته قابل توجه این است که با کاهش دمای هوای ورودی به کمپرسور در حد پایین تر از Cْ5 امکان تشکیل قطرات آب وجود دارد. در ورودی کمپرسور به علت سرعت گرفتن هوا، دمای آن کاهش یافته وباعث ایجاد ذرات کوچکی از یخ می شود که به کمپرسور آسیب می رساند. بنابراین در ایده آل ترین شرایط حداقل دمای ورودی به کمپرسور را می توان به Cْ5 رساند. توضیحات کاملتر در مورد روش سرد کردن هوای ورودی در ادامه ارائه خواهد شد[3].

(3-2) خنک کاری میانی

کار خالص سیکل توربین گاز را می توان با کاهش کار کمپرسور افزایش داد. این کاهش با به کار بردن چند کمپرسور و خنک کردن در بین طبقات عملی می گردد. هوای کمپرسور مرحله اول در داخل خنک کن میانی، تقریباً تا دمای اولیه خنک می شود و وارد کمپرسور بعدی می گردد. با استفاده از خنک کن میانی پرسه تراکم به پرسه ایزوترمال تبدیل می شود. تأثیر خنک کن میانی افزایش کار خالص و کاهش راندمان در مقایسه با سیکل ساده آرمانی بدون خنک کن میانی می باشد.

***********************************************

شکل (3-4) شماتیک سیکل توربین گاز با خنک کن میانی و دیاگرام T-S

کمپرسور اولی (C1) هوا را از فشار محیط به فشار میانی Px می رساند سپس هوا وارد خنک کن ساده شده و گرمای خود را به محیط پس می دهد آنگاه کمپرسور دومی هوا را تا فشار P2 متراکم می کند در اتاق احتراق گاز تا دمای T5 گرم می شود. و پس از آن در توربین از فشار P2 و دمای T5 تا فشار P1 منبسط می شود.

کار انجام شده به وسیله کمپرسور به سبب وجود خنک کن میانی صرفه جویی شده است و این همان مقدار کاری است که به کار خالص سیکل در مقایسه با سیکل اصلی افزوده می شود (شکل 5-1) اما به حرارت داده شده به سیکل نیز در اتاق احتراق به اندازه (aَh-ha) اضافه شده است، زیرا دمای هوای فشرده شده خروجی از کمپرسور دوم (4َT) پایین تر از دمای سیکل ساده با نسبت تراکم یکسان (Ta) می باشد. بنابراین خنک کن میانی راندمان حرارتی را کاهش می دهد. چون حرارت داده شده از طرف هوا به خنک کن میانی کاملاً تلف می شود و به کار مفید تبدیل نمی شود. کار توربین، کار کمپرسور، حرارت اضافی و راندمان حرارتی برابرند با:

(3-1)                                     

(3-2)                                     

(3-3)                                     

(3-4)                                     

(3-5)                                     

فشار مطلوب برای خنک کاری به ازاء مقادیر فشار هوای ورودی به کمپرسور (P1) و فشار هوای خروجی از کمپرسور یا ورودی به اتاق احتراق (P2) برابر است با:

(3-6)                                     

همچنین راندمان (میزان مؤثر بودن خنک کردن میانی) نیز از رابطه زیر تعریف می شود:

(3-7)                                     

اگر راندمان خنک کن 100% باشد دمای هوای ورودی به کمپرسور (C2) با دمای هوای ورودی کمپرسور اول مساوی می شود و هوای خارج شده از کمپرسول اول بدون تغییر دما وارد کمپرسور دوم می شود.

راندمان واقعی سیکل برابر است با:

(3-8)                                     

(3-9)                                     

بوسیله خنک کاری میانی کار خروجی در حدود 30% افزایش خواهد داشت اما همانگونه که گفته شده راندمان کلی سیکل کاهش می یابد. هزینه های اولیه نصب کمپرسور و خنک کن میانی میانی بالا می باشد. استفاده از چندین خنک کن میانی و چندین کمپرسور به جهت هزینه های سرمایه گذاری سنگین و هزینه های بالای مصرف انرژی و نگهداری آنها توصیه نمی شود[6].

خنک کردن هوای متراکم شده در طبقات کمپرسور به چهار روش ممکن است:

1- سرمایش سیال با استفاده از مبدل حرارتی سطحی بدون به کارگیری بازیاب حرارتی در این روش تنها گرمای هوای متراکم شده گرفته می شود.

2- سرمایش سیال با استفاده از مبدل حرارتی سطحی و با به کارگیری بازیاب حرارت: در این روش نه تنها هوا خنک می شود بلکه از گرمای دریافتی از آن نیز استفاده می شود.

3- تزریق آب بدون کمپرسور، در این روش آب در طبقات مختلف به داخل کمپرسور پاشیده می شود. هرچه مقدار مراحل پاشش آب به درون طبقات کمپرسور بیشتر باشد عمل تراکم به تراکم ایزوترمال نزدیک تر می گردد. اما در عمل داشتن تعداد زیاد مراحل تزریق آب نیز غیر سودمند است. مسئله اصلی این روش، اندازه قطرات پاشیده شده به داخل کمپرسور است، قطرات ریزتر نرخ تبخیر بالایی دارند و در زمان کوتاهی تبخیر می شوند و برخورد قطعات درشت با پره های کمپرسور می توانند باعث فرسایش آنها گردد.

4- تزریق متیل یا اتیل الکل به داخل کمپرسور به دلیل ارزش کالریک پایین اتیل یا متیل الکلها و آنتالپی بسیار بالای تبخیر آنها، تأخیر قابل توجهی در سرایش تبخیری داشته و موجب کاهش کار کمپرسور می گردد. از سوی دیگر با افزایش حجم گاز، کار مصرفی کمپرسور بیشتر می شود. اما تحقیقات نشانگر آن است که برای متانول و اتانول تأثیر سرمایش غلبه دارد و در مجموع کار مصرفی کمپرسور کمتر می گردد.

3-3- خنک کاری تبخیری EVAPORATIVE COOLING

در این روش عمل سرمایش هوای ورودی به کمپرسور با تبخیر آب در جریان هوای ورودی صورت می گیرد، شیوه فوق دارای دو روش عمواسپری مستقیم آب فشار بالا بصورت: High pressure foygrny  و خنک کاری تبخیری مدیا (Media Evaportive cooling) پاش آب به دلیل سادگی سیستم و تجهیزات به کار رفته در آن به سرعت در حال گسترش می باشد. به طوریکه امروزه محققان به دنبال راه حلهایی برای استفاده از این سیستم در مناطق با رطوبت بالا که امکان تبخیر آب بسیار پایین می باشد هستند.

با توجه به مطالب عنوان شده و اهمیت ویژه این روش هرکدام از سیستم های اشاره شده توضیح داده می شوند.

3-3-1- پاش مستقیم آب به هوای ورودی

در این روش با اسپری آب به ورودی کمپرسور توسط نازلهای مخصوصی درجه حرارت هوای ورودی را به طور محسوسی پایین آورده می شود. به طوری که باعث افزایش قدرت خروجی تا حد 11% در سیکل ساده و تا 7% در سیکل ترکیبی می شود. با خنک کردن هوا چگالی آن بیشتر شده و در نتیجه قدرت خروجی بالاتر می رود. در شکل (3-5) نمایی کلی از سیستم مه پاش ارائه شده است.

اثر پاش آب به دو طریق انتقال حرارت و جرم می باشد یعنی آب و هوا در تماس با یکدیگر به علت اختلاف درجه حرارت و فشار مجاز با یکدیگر تبادل حرارت و جرم می نمایند در این پروسه حرارت از هوا به آب در حال تبخیر (انتقال حرارت) و بخار آب به هوا (انتقال جرم) منتقل می گردد.

پاشش آب به ورودی کمپرسور توسط نازلها به نحوی می باشد که در آن از کویلهای گرم (Heating coil) برای کنترل رطوبت استفاده می شود.

عدم توانایی این سیستم برای مناطق مرطوب به این دلیل است که اسپری کردن آب سرد یک فرآیند آنتالپی ثابت است.

***********************************************

شکل (3-5) نمایی کلی از سیستم خنک کاری به وسیله تولید مه

3-3-1-1- تشریح سیستم مه پاش

مه با فشار بالا از 10 سال پیش مورد توجه قرار گرفته و به صورت عملی استفاده می شود.

خنک سازی به وسیله میلیون ها ذره آب تولید شده با اندازه 4 تا 6 میکرون انجام می شود. بر اساس آزمایشات انجام شده این سیستم حتی در رطوبتهای بالا راندمان 100% دارد. قطرات آب (Foy) در هوا حرکت براوانی (Brownian) دارند. در هوای ساکن سرعت افتادن قطرات با اندازه 10 میکرون، حدود یک متر در پنج دقیقه و قطرات با اندازه های بالای 100 میکرون، حدود یک متر در سه ثانیه می باشد. این امر نشاندهنده مدت زمان باقی ماندن در هوا می باشد که رابطه مستقیم با قطر آن دارد.

تجهیزات سیستم مه پاش عبارتند از:

1- پمپهای فشار بالا که روی skid نصب می شوند.

2- سیستم کنترل لاجیک programmable logic control (ple) پاشسورهای مربوط به درجه حرارت و رطوبت محیط

3- نازل تولید کننده Fog که در داکتاوردی نصب می شوند.

برای تولید مه از آب مقطر (Demineralized) با فشار بین psi1000 و psi300 و نازلهای خاص استفاده می شود. یک نمونه از نازلهای تولید مه به همراه مه تولیدی در شکل (3-6) نشان داده شده است. جنس نازل stain less steel بوده و شامل یک اوریفیس کوچک با قطر 5 تا 7 هزارم اینچ می باشد. جت خروجی از این اورفیس توسط یک بین ضربه ای (Impaetron pin) تبدیل به میلیونها قطره بسیار ریز (مه) می شود. میزان تبخیر قطره ها بستگی به سطحی از آب که در معرض هوا قرار می گیرد دارد. سطح تبادل حرارتی مه تولیدشده در فشار بالا بالاترین میزان تبخیر را ایجاد می کند.

*************************************************

شکل (3-6) تصویری از یک نازل تولید مه و مه تولیدی از آن

*********************************************

شکل (3-7) نمونه نازلهای مورد استفاده در سیستم Fog

لوله های توزیع کننده آب ورودی (Manifold) باید کمترین افت فشار ممکن را در مسیر ایجاد کنند. افت فشار مجاز کمتر از 02/0 اینچ ستون آب می باشد. این لوله ها از جنس stainless steel بوده و به گونه ای طراحی و ساخته می شود که از ارتعاشات القایی توسط جریان آب جلوگیری کنند سیستم توزیع به گونه ای است که امکان خنک کاری در چند مرحله را ایجاد می کند. هر مرحله توسط یک پمپ بالا بصورت مستقل تغذیه می شود.

شکل (3-8) یک سری لوله های توزیع با قطر 2/1 اینچ و تعدادی نازل را نشان می دهد.

*****************************************

شکل (3-8) لوله های توزیع آب ورودی با نازلهای Fog

- اندازه قطرات مه Fog

با توجه به اهمیت اندازه قطرات تولیدی در افزایش راندمان تبخیر و جلوگیری از ساییدگی در کمپرسور نازلهای مورد استفاده به دقت طراحی و تست می گردند، نتایج مربوط به تست یک نازل تولید مه (Fog) با مشخصات زیر در شکل (3-9) نشان داده شده است[3]

- فشار کاری psi 1000

- دبی آب GPM 320/0

- قطر اورفیس in 06/0

***********************************************

شکل (3-9) توزیع آماری اندازه قطرات تولیدی

شکل (3-10) نمودار اندازه قطرات تولیدی بر حسب فشار کاری

با توجه به نمودار 85/0 اندازه قطرات کمتر از 10 میکرون بوده و تقریباً هیچ قطره ای با اندازه بیش از 20 میکرون وجود ندارد. با افزایش فشار اتمایزینگ اندازه قطرات کاهش می یابد نمودار تغییرات اندازه مه بر حسب فشارهای مختلف در شکل (3-10) نشان داده شده است. اندازه قطرات نسبت معکوس با فشار نازل دارد. به طوری که با دو برابر کردن فشار اندازه قطره ها حدود 30% کاهش می یابد.

- فرسایش و رسوب روی پره های کمپرسور:

یکی از مسائل اساسی در استفاده از سیستم های تبخیری مسأله فرسایش پره های کمپرسور می باشد. این مشکل در سیستم مه پاش با توجه به مقطر بودن آب و کوچک بودن اندازه قطرات حل شده است. با استفاده از مه فشار بالا هیچ گونه رسوب یا فرسایشی روی پره ها حتی با ذرات بزرگتر هم مشاهده نشده است. لازم به ذکر است یکی از نکات کلیدی در طراحی سیستم این است که دقت شود ذراتی که به کمپرسور می رسند حتماً تبخیر شده باشند. زیرا همانطور که در شکل (4-5) مشخص است ذرات بالاتر از 10 میکرون می توانند باعث فرسایش پره های کمپرسور شوند.

هنگام استفاده از آب با کیفیت بالا علاوه بر عدم رسوب روی پره ها، شستشوی پره ها نیز انجام شود. این مسئله باعث کاهش افت قدرت ناشی از کثیفی پره های کمپرسور می شود. ذرات (Fog) آلودگی های هوای ورودی را به میزان قابل توجهی کاهش می دهند. این در صورتی است که نازلها قبل از فیلتر هوا نصب شده و همچنین از یک جذب کننده قطرات برای خارج کردن آنها از سیستم و جلوگیری از رسیدنشان به فیلتر barriea استفاده شود.

اگر نازلها بعد از فیلتر هوای ورودی نصب شوند، محل قرارگیری آنها برای جلوگیری از خیس شدن کف راکت بسیار مهم است. نازل باید قبل از صداخفه کن با جت مناسب نصب شوند. تا زمان کافی برای تبخیر تمام ذرات وجود داشته باشد. در قسمت بعد راجع به موقعیت قرارگیری نازلها صحبت می شود[3].

- نازل ها و محل قرارگیری آنها

مسأله اساسی در سیتسم مه پاش، طراحی نازلهای آن می باشد. این نازلها از جنس ss716 با چین های ضربه ای مخصوص هستند (شکل 3-11). برای جلوگیری از ورود ذرات خارجی به نازل (که ممکن است باعث صدمه زدن به توربین گازی شود) باید از فیلتر مخصوص در نازلها استفاده شود.

قطر نازلها در حدود 5 تا 7 هزارم اینچ می باشد. نازلها به صورت چندمرحله ای نصب شده که قدرت مانور در مورد میزان تبخیر با توجه به شرایط آب و هوایی را پدید می آورد.

****************************************

شکل (3-11) اجزاء یک نازل تولید مه

دو محل اصلی برای نصب نازلها در دل مه پاش وجود دارد:

1- قبل از فیلتر

2- بعد از فیلتر

این دو محل در شکل (3-12) نشان داده شده است.

*********************************************

شکل (3-12) موقعیت نصب نازل های تولید مه

ویژگی های نصب نازلها قبل از فیلتر:

- زمان نصب بسیار کوتاه

- نیاز به نصب جاذب بعد از فیلترها برای جذب قطرات تبخیر نشده

- جذب و برگشت حدود نیمی از قطرات آب

- نیاز به تعداد نازل بیشتر و آب بیشتر

- نصب و بهره برداری گرانتر

ویژگی های نصب نازلها بعد از فیلتر:

- زمان نصب حدود یک الی دو روز

- نیاز به تعمیرات بسیار کم در ساختار توربین

- وجود زمان کافی برای تبخیر شدن قطرات

با توجه به موارد بیان شده معمولاً نازل ها را بعد از فیلتر هوا و قبل از صداخفه کن نصب می کنند.

- پمپ ها و سیستم کنترل

پمپهای مورد استفاده فشار psi2000 تا psi3000 را تأمین کرده و از نوع جابجایی مثبت positive pisplacment (انژکتوری) می باشند. قسمت هایی که در تماس با آب هستند، باید از جنس سرامیک یا stainless steel باشند هر پمپ فقط به تعداد مشخصی نازل وصل می شود. Skid پمپها باید تا حد امکان به آخرین لوله های توزیع نزدیک باشد.

سیستم کنترل از نوع plc می باشند. این سیستم با اندازه گیری رطوبت و دمای خشک هوا توسط برنامه ای مخصوص دمای مرطوب هوا را محاسبه کرده و سپس میزان تبخیر مورد نیاز جهت رسیدن به دمای مناسب را تعیین می کنند. این سیستم با فعال و غیرفعال کردن هر مرحله از پاشش مه، میزان تبخیر لازم را با شرایط محیط تنظیم می کند. این سیستم پارامترهای پمپ نظیر دبی آب، فشار و... را اندازه گیری کرده و در صورت خارج شدن هریک از این پارامترها از محدوده موردنظر آلارم خواهد داد.

- خواص آب مصرفی

- آب مصرفی نباید ذراتی بزرگتر از 20 میکرون داشته باشد. مجموع ناخالصی آب باید حداکثر ppm5 مواد نامحلول آن حداکثر ppm3، سیدوم و باسیم ppm1/0 آسیدسیلیس ppm1/0 کلریدها ppm5/0 و سولفاتها ppm5/0 آب مقطر برای استفاده در این سیستم نیاز به یک تصفیه اضافی دارد. چرا که مقطر کردن آب فقط یونهای آن را جذب می کند و مواد کلوئیدی در آن باقی می مانند. آب رودخانه ها، دریاچه ها و باقی آب چاه دارای ذرات سیلیس بصورت کلوئیدی هستند[3].

سیلیس یک عنصر بسیار سخت بوده و باعث صدمه زدن به نازل ها و یا حتی پره های توربین می شود. برای این منظور باید فیلترهای آبی sub micron را جهت جذب سیلیس از آب به کار برد.

- تعمیر و نگهداری

تعمیرات اساسی سیستم مه (Fog) در حدود 15 الی 20 ساعت در طور یکسال می باشد. در این مدت موارد زیر بررسی می شوند.

- بازرسی ردیف های نازل و تمیزکاری و یا تعویض آسیب دیده تولید مه

- تعویض روغن پمپ های فشار بالا

- تعویض فیلترهای آب ورودی نازلها

- بررسی خواص آب تصفیه شده و انجام تستهای متناوب کیفیت آب

- کالیبراسیون تجهیزات

- شرایط آب و هوایی:

کارآیی این سیستم رابطه معکوس با رطوبت هوا دارد. رطوبت نسبی هوا در اوایل صبح و هنگام غروب بالاترین مقدار و در اواسط روز کمترین مقدار را دارد. بنابراین سیستم می تواند در طول روز کارآیی بسیار خوبی در خنک سازی هوا داشته باشد.

با توجه به مطالب ارائه شده می توان بطور خلاصه معایب و مزایای سیستم مه پایین را به صورت زیر بیان نمود.

مزایای سیستم:

- عدم نیاز به فضای زیاد جهت نصب نازلها و سایر تجهیزات

- عدم نیاز به تغییر ساختار اطلاق فیلتر

- قابلیت خنک کردن سریع هوای ورودی به علت ریز بودن ذرات آب

- ایجاد افت فشار کمتر در هوای ورودی نسبت به سایر سیستم های خنک کن

- هزینه سرمایه گذاری و نصب بسیار کمتر نسبت به سایر سیستم ها

- زمان نصب بسیار پایین (در حدود 1 الی 2 روز)

- مصرف آب کمتر نسبت به سایر سیستم های تبخیری

- امکان ایجاد رطوبت 100% در هوای ورودی

- افزایش راندمان کمپرسور

- کاهش میزان Nox تولیدی

- قیمت پایین تمام شده برای تولید هر کیلووات حداکثر 30 دلار

معایب این سیستم عبارتند از:

- نیاز به آب مقطر

- تغییر منحنی عملکرد کمپرسور و نزدیک تر کردن آن به surge

- عدم کارایی لازم در مناطق با رطوبت بسیار بالا

- مصرف آب بیشتر نسبت به سایر روشهای خنک کاری غیر تبخیری

3-3-2- خنک کاری تبخیری مدیا

همانطور که پیشتر گفته شد، یکی از روشهای مؤثر در افزایش قدرت خروجی توربین گازی خنک کاری هوای ورودی می باشد. عمل خنک کاری هوا در سیستم تبخیری بر اساس تبخیر آب و جذب گرمای هوا می باشد. برای تبدیل یک یوند آب از حالت مایع به بخار حدود BTU1410 انرژی حرارتی مورد نیاز است این حرارت از هوای محیط به آب منتقل خواهد شد.

از مشکلات اساسی روش تبخیری، ارتباط مستقیم هوا با آب می باشد. در مورد سیستم Fog آب به صورت پودر درآمده و اختلالاط و تبخیر آن تقریباً 100% می باشد اما در روش (Media) نحوه ارتباط آب با هوا متفاوت می باشد.

**************************************************

شکل (3-13) اجزاء سیستم مدیا

شکل (3-13) یک نمونه کولوتبخیری مدیا را نشان می دهد. این سیستم شامل صفحات مدیا، لوله های توزیع آب (manifold) پمپ سیستم لوله کنی و شیرهای کنترل تانک ذخیره آب و سیستم جاودان (Blowdown) می باشد. آب توسط پمپ از تانک پایین کولو به هدر توزیع کننده آب در بالای کولر پمپاژ می باشد. سپس بین صفحات Media توزیع می گردد.

شکل (3-14) نحوه عملکرد سیستم مدیا را نشان می دهد. آب پس از عبور و خیس کردن سطوح مدیا در پایین کولر جمع شده و به تانک ذخیره تخلیه می شود. هوای ورودی به کمپرسور نیز از میان صفحات مدیا عبور کرده و تا حد اشباع آب موجود را تبخیر می کند. سرعت هوای عبوری از روی این صفحات نباید از حد معینی بالاتر باشد چرا که ممکن است در سرعت های بالا قطرات آب از روی سطوح جدا شده و باعث خرابی پره های کمپرسور گردند. البته بعد از سیستم کولر تبخیری هوای سرد از یک جاذب رطوبت عبور می کند تا قطرات احتمالی آب جذب شوند.

************************************

شکل (3-14) نحوه عملکرد سیستم مدیا

نقطه کار کولر تبخیری بر اساس دمای محیط روی کنترل کننده کولر قابل تنظیم می باشد. کولر در دمای بالاتر از این نقطه فعال خواهد بود. نقطه کار نباید در دمای پایین تنظیم گردد. چرا که اگر سیستم دما را بیش از حد کاهش دهد. امکان تشکیل یخ وجود خواهد داشت اگر دمای محیط به زیر صفر برسد کل سیستم تبخیری برای جلوگیری از اثرات یخ زدگی از آب تخلیه می گردد. یخ زدگی باعث ایجاد ترک در سطح مدیا می شود.

صفحات مدیا از جنس فیبر سلولزی بوده و به صورت موج دار ساخته می شود. یک مجموعه از صفحات در کنار یکدیگر، تشکیل یک کولر تبخیری مدیا که به صورت لانه زنبوری است می دهند. شکل (3-15) صفحات مدیا را نشان می دهد. این سطوح خاصیتی مشابه خاصیت فیتیله در مکش سیالات دارند و آب در سطح مدیا پخش می شود.

******************************************

شکل (3-15) صفحات مدیا به همراه قطرات آب

راندمان یک کولر تبخیری مدیا به صورت زیر تعریف می شود:

(3-10)                                               

در رابطه فوق اندیس 1 برای دماهای ورودی، اندیس 2 برای خروجی DB مخفف DuyBulb  و WB مخفف Wetbulb می باشد.

راندمان سیستم مدیا 80 تا 90 درصد است بنابراین میزان کاهش درجه حرارت محیط توسط کولری با راندمان 90% از رابطه زیر به دست می آید:

(5-11)                                               

شکل (3-16) میزان افزایش قدرت خروجی را بر حسب دمای هوا و درصد رطوبت برای سیستم Media نشان می دهد. با توجه به نمودار، افزایش قدرت برای رطوبت های نسبی پایین بسیار بالاتر است[3].

****************************************

شکل (3-16) میزان افزایش قدرت خروجی با استفاده از سیستم مدیا

در سیستم های تبخیری، اصلی ترین عامل محدودکننده در کاهش دما میزان رطوبت موجود در *** می باشد. به طوری که این سیستم ها در هوای با رطوبت بسیار بالا تقریباً کارآیی خود را از دست می دهد به طور معمول سیستم مدیا در هوای گرم با رطوبت پایین خروجی توربین را حدود 15 تا 20 درصد و در رطوبت بالا حدود 10 درصد افزایش می دهند.

بطور متوسط قدرت توربین حدود 4/0 درصد به ازای هر درجه فارنهایت کاهش در هوای ورودی افزایش می یابد و حدود 7/0 درصد به ازای هر درجه سلسیوس افزایش می یابد. شکل (3-13) چگونگی خنک شدن هوای ورودی از نقطة A تا نقطه B را روی دیاگرام سایکومتریک نشان می دهد.

*******************************************

شکل (3-17) چگونگی خنک شدن هوای ورودی در سیستم مدیا بر روی دیاگرام سایکومتریک

محل نصب کولرهای تبخیری مدیا نیز از اهمیت ویژه ای برخوردار است. این محل با توجه به طراحی شرکت سازنده در قبل و یا بعد از فیلتر خشک می باشد (شکل 4-14) یک نمونه کولر تبخیری را نشان می دهد.

*********************************************

شکل (3-18) یک نمونه کولر تبخیری

نصب کولر قبل از فیلتر به دلایل زیر توصیه می شود:

- این کولرها خود مانند فیلتر عمل کرده و حدود 87% ذرات بافر بالاتر از 10 میکرون را جذب خواهند نمود. در نتیجه عمر مفید فیلتر خشک افزایش پیدا کرده و هزینه های تعمیرات و نگهداری آن کاهش می یابد.

- نصب تجهیزات مکانیکی و سرمایه گذاری آن پایین تر است. اما از معایب این روش عدم کنترل سرعت هوای ورودی به سیستم مدیا می باشد.

شرکت Donaldsan که یکی از سازندگان کولرهای تبخیری است محل مناسب برای نصب این کولرها را بعد از فیلتر هوای خشک پیشنهاد می کند دلایل این شرکت بصورت زیر است[3].

- نصب آسان طرح خاص و انحصاری این شرکت برای کولرها و عدم نیاز به عملیات جوشکاری برای نصب

- افت فشار بسیار کم در هوای ورودی حدود 4/0-3/0 یا 6/0-5/0 اینچ ستون آبی بر حسب نوع مدیا مورد استفاده

- استفاده از قطعات و تجهیزات از جنس مواد ضد زنگ (کربن استیل)

- خصوصیات آب مورد استفاده در سیستم:

بیشترین کاربرد سیستم مدیا در مناطق گرم و خشک می باشد در این نواحی پیدا کردن آب بدون املاح تقریباً غیرممکن است. اگر این آب مستقیماً جایگزین آب تبخیر شده گردد به تدریج غلظت املاح موجود در آب افزایش یافته و امکان رسوب این املاح بر روی سطوح مدیا می باشد. در نتیجه خرابی و از کار افتادگی سطوح و همچنین امکان نفوذ ذرات رسوب به هوا و آسیب رساندن به قطعات دوار توربین و کمپرسور وجود خواهد داشت.

بنابراین بطور پیوسته، در حدی از آب به عنوان بلودان (BlowDown) از تانک ذخیره آب گرفته شده و غلظت مواد موجود در آن کنترل می شود. دبی جرمی آب جبرانی برابر مجموع دبی آب بلودان و آب تبخیر شده در سطوح مدیا خواهد بود.

شکل (3-19) میزان آب تبخیر شده در دماهای مختلف را برای توربین گازی مدل MS8001 نشان می دهد.

بطور معمول برای توربین های گازی صنعتی با دبی جرمی هوای حدود 200 lb/s نسبت آب تبخیر شده حدود 200 تا 800 گالن[1] بر ساعت (که تابعی از رطوبت هوای محیط است) می باشد[3].

****************************************

شکل (3-19) نرخ آب تبخیر شده در دماهای مختلف

برای بررسی کیفیت آب مومرد نیاز میزان سختی، میزان قلیایی بودن، میزان نامحلول و PH آن باید در محدوده مشخص باشد.

اگر در کیفیت آب دقت کافی نشود روی صفحات مدیا لایه ای از رسوبات تشکیل خواهد شد که این امر در درازمدت (حدود 2 سال) اتفاق می افتد.

احتمال وجود فلزات سدیم و پتاسیم نیز در آب تغذیه وجود دارد. اما هیچ کدام از این فلزات در صئرتی که از حد معینی بالاتر نرود توسط هوا منتقل نخواهد شد. بنابراین توجه کافی برای اندازه گیری درصد این فلزات در حین بهره برداری ضروری است.

در صورتی که مقدار سدیم و پتاسیم بالاتر از ppm133 باشد بهتر است احتمال وجود این عناصر در ورودی توربین به وسیله بالانس جرمی در تانک ذخیره بررسی شود. هرگونه اختلافی بین نسبت درصد این عناصر در آب ورودی به تانک (make-up-water) و آب گرفته شده برای بلوداون احتمال حمل و انتقال آنها توسط هوا را افزایش می دهد.

بررسی دقیق سطوح مدیا، عدم وجود مانع یا اشکال در مسیر هوا یا آب و توزیع یکنواخت آب روی سطوح مدیا و تخلیه آب اضافی به تانک برای جلوگیری از ورود ذرات آب به هوا ضروری می باشد. احتمال ورود ذرات آب به هوا در سه حالت زیر ممکن است:

- خرابی و عدم نصب صحیح سطوح مدیا: این حالت باید این سطوح را تعویض و بطور صحیح نصب نمود.

- از محل لوله توزیع آب: با نصب صفحاتی بعد از المان های اسیدی آب می توان جلو نفوذ آب را از این لوله ها به هوا گرفت.

- بالا بودن سرعت هوای عبوری: برای این مسئله دو راه پیشنهاد شده است. راه حل اول اتصال صفحاتی برای یکنواخت تر کردن جریان و در نتیجه محدود کردن سرعت هوا در ناحیه مجاز می باشد. راه حل دوم استفاده از پره های از بین برنده قطره (شکننده) درست بعد از سطوح مدیا می باشد. هر دو روش قابل دسترسی و مناسب می باشد.

- معایب و مزایای سیستم مدیا:

در مورد مزایای سیستم می توان به موارد زیر اشاره نمود:

- افزایش قدرت خروجی توربین

- بهبود راندمان حرارتی

- بازگشت سریع سرما

- قیمت سرمایه گذاری پایین

- هزینه های تعمیر و نگهداری سالیانه کم

- افزایش عمر فیلتر خشک (در صورت قبل از آن)

- کاهش شدید مقدار Nox تولیدی

- سادگی سیستم و تجهیزات

- میرایی اغتشاشات جریان

این سیستم دارای معایبی نیز هست که به صورت زیر می باشند.

- سرعت هوا هنگام عبور سطوح مدیا باید پایین باشد.

- در مناطق با رطوبت بالا، محدودیت افزایش قدرت وجود دارد.

- در سیستم های تبخیری متد اول به دلیل پایین بودن راندمان و کاهش زیاد افت فشار هوا، هرگز حداکثر خنک کاری انجام نمی شود.

3-4- خنک کاری هوای ورودی با ذخیره سازی سرما

تکنولوژی ذخیره سازی سرما معمولاً به منظور انتقال بار از ساعات پیک به غیر پیک مورد استفاده قرار می گیرد در ساعات غیر پیک که هزینه الکتریسیته و تقضای آن پایین است با بهره برداری از تجهیزات سرمایشی، انرژی سرمایشی ذخیره می شود. انرژی سرمایشی ذخیره شده جهت تأمین بار سرمایشی مورد نیاز ساعات پیک که هزینه الکتریسیته و تقاضای آن بالاست مورد استفاده قرار می گیرد. بسته به نوع ماده واسطه و منابع انرژی اولیه روشهای مختلفی برای ذخیره سازی سرما وجود دارد.

تجهیزات مورد استفاده در این روش عبارت از سیستم تولید و ذخیره سرما، مبدل حرارتی جهت خنک کاری هوای ورودی به کمپرسور و سیستم کنترل می باشد. شکل (3-21) شمای کلی از سیستم سرمایشی هوای ورودی به وسیله ذخیره سازی یخ را نشان می دهد.

**************************************************

شکل (3-20) شماتیک سیستم ذخیره سازی یخ

آب سرد، یخ و مواد تغییر فازدهنده معمولترین واسطه های ذخیره سازی می باشند. اختلاف آنها در میزان ذخیره سازی انرژی به ازاء واحد حجم، دمای سرمایش ذخیره شده و تجهیزات فیزیکی برای ذخیره سازی سرما می باشد.

در ذخیره سازی آب سرد از ظرفیت حرارتی ویژه آب (kg/kg.k 148/4) جهت ذخیره سازی سرما استفاده می شود. حجم ذخیره سازی به نسبت نهایی یخ به آب در تانک ذخیره بستگی دارد و با توجه به خصوصیات تکنولوژی های ذخیره سازی حجم تانک ذخیره یخ بین m3/kwh 03/0-02/0 می باشد. انرژی حرارتی در یخ در دمای انجماد آب (Cْ0) ذخیره می شود. برای ذخیره سازی این انرژی تجهیزات تبرید باید بتوانند سیال را تا دمای Cْ9 تا 6 سرد نمایند[40].

متداولترین منابع انرژی اولیه در سیستم های ذخیره سازی حرارتی، الکتریسیته، گاز طبیعی و بخار می باشد. همچنین از بازیافت حرارت در سیستم های تولید همزمان یا فرآیند گرمایش نیز استفاده می شود.

در صورتیکه انرژی الکتریکی به صورت مناسب در دسترس باشد از جملیرهای تراکمی جهت تولید سرمایش مورد نیاز استفاده می شود. در صورت وجود حرارت یا بخار مناسب استفاده از چیلرهای جذبی برای سیستمهای ذخیره سازی توصیه می شود.

روشهای ذخیره سازی سرما جهت سرمایش را می توان با مشخصه هایی مانند واسطه های ذخیره سازی منابع انرژی اولیه و تکنولوژی های ذخیره سازی تقسیم بندی کرد. تکنولوژیهای تولید و ذخیره سازی سرما شامل سیستم های آب سرد (chilledwater) و یخ (Ice Harveshing) می باشد.

3-4-1- سیستم ذخیره سازی آب سرد Chilled water storge

تکنولوژی ذخیره سازی آب سرد از ظرفیت حرارتی محسوس آب جهت ذخیره سازی سرما استفاده می نماید. آب توسط چیلر در ساعت غیرپیک سرد شده و در تانک ذخیره می شود. مقدار ذخیره انرژی سرمایشی بستگی به اختلاف دمای آب سرد ذخیره شده در تانک و آب گرم برگشتی دارد. این اختلاف با ماکزیمم شدن دمای آب گرم برگشتی، مینیمم شدن دمای آب سرد ذخیره شده ماکزیمم می شود.

ذخیره سازی آب سرد بر اساس جداسازی حرارتی بین آب سرد تولیدی و آب گرم برگشتی می باشد. جداسازی حرارتی به یکی از روشهای زیر انجام می شود:

- تشکیل لایه (Stratification)

- استفاده از چند تانک (Multiple tanke)

- استفاده از غشاء و دیافراگم (Membrance & Diaphragm)

- استفاده از مارپیچ بافل (Labyrinth & Baffle)

روش تشکیل لایه ساده ترین روش از نظر فنی و مناسبترین روش از نظر هزینه و دارای بالاترین راندمان می باشد. بنابراین فقط این روش تشریح می گردد.

- تشکیل لایه: دانسیته آب وابسته به دما می باشد. در دمای Cْ4 آب بالاترین دانسیته را داراست بنابراین این دما در پایین ترین قسمت تانک ذخیره می گردد. در قسمت های بالاتر آب با دمای حدود 10 تا 18 درجه سانتیگراد ذخیره می شود. آب گرم و سرد با ایجاد Thermocline بین ناحیه گرم در بالا و ناحیه سرد در پایین از یکدیگر جدا می شوند.

Thermocline یک لایه از سیال است که به علت اختلاف بالای دانسیته و دما موجب جدانگهداشتن سیال سرد از سیال گرم می شود. در طی سیکل شارژ (سیکل ایجاد و ذخیره سرمایش) آب گرم از بالای تانک خارج می شود و پس از سرد شدن از انتهای تانک ذخیره از طریق یکسری باشنده ها در پایین تانک توزیع می گردد. بدین صورت حجم آب سرد افزایش می یابد و جایگزین آب گرم موجود در تانک می شود و در مجموع کل حجم آب داخل تانک ثابت می ماند در شکل (3-21) دیاگرام ذخیره سازی، آب سرد با تشکیل لایه نشان داده شده است.

*************************************************

شکل (3-21) دیاگرام ذخیره سازی آب سرد با تشکیل لایه

در طی سیکل تخلیه (سیکل استفاده از سرمای ذخیره شده برای خنک کاری هوای ورودی به کمپرسور) که جریان آب تانک برعکس می شود، آب سرد از انتهای تانک خارج می گردد و آب گرم برگشتی از مبدل حرارتی از طریق یکسوی پاشنده ها در بالای تانک توزیع می شود. ورود و خروج آب به تانک توسط پاشنده ها صورت می گیرد با طراحی دقیق آنها ورود و خروج آب به تانک به آرامی صورت می گیرد و باعث عدم آشفتگی در تانک و حفظ ناحیه Thermocline می شود[3].

در شکل (3-22) شماتیک تانک ذخیره سازی آب سرد با تشکیل لایه نشان داده شده است ظرفیت ذخیره سازی تانک ذخیره در روش تشکیل لایه با کاهش اختلاف دمای بین آب سرد ذخیره شده و آب گرم برگشتی کاهش می یابد اختلاف دمای زیادتر باعث افزایش اختلاف دانسیته بین آب گرم و سرد می شود که موجب تسهیل در تشکیل لایه می شود.

*******************************************

شکل (3-22) شماتیک تانک ذخیره سازی آب سرد با تشکیل لایه

3-4-1-1- تجهیزات تولید سرما در روش ذخیره سازی آب

سیستم های تبرید مورد نیاز برای تولید آب سرد معمولاً چیلرها می باشند، زمانی که اختلاف دمای بین آب سرد و گرم بیشتر از Cْ18 باشد از چیلرهای گریز از مرکز سربی استفاده می گردد.

چیلرهای جذبی نیز زمانی که دمای آب سرد مورد نیاز حدود Cْ6 باشد استفاده می شوند. از چیلرهای جذبی جهت بیش سرمایش نیز می توان استفاده نمود.

3-4-1-2- تانکهای ذخیره

در سیستم های ذخیره سازی با تشکیل لایه، شکل تانک استوانه ای ته صاف می باشد. تانکهای استوانه ای در مقایسه با تانکهای مستطیل شکل دارای نسبت سطح به حجم کمتر می باشند. در یک تانک با نسبت سطح به حجم کمتر میزان اتلاف حرارت و هزینه ساختمان به ازاء ظرفیت سرمایش کمتر است. تانکهای ذخیره سازی از استیل یا بتن ساخته می شوند. تانکهای استیل نمی توانند از اتلاف حرارت دیواره های جلوگیری نمایند. هدایت حرارت از ناحیه Thermocline توسط دیواره ها باعث کاهش راندمان ذخیره سازی می شود. تانکهای بتنی در مقایسه با تانکهای استیل مقاومت بیشتری در مقابل انتقال حرارت دارند و می توانند به طور کامل یا جزیی بر روی زمین نصب شوند.

3-4-1-3- مشخصات سیستم شارژ تخلیه

تانکهای ذخیره سازی آب سرد باید آب را در کمترین دمای ممکن حدود Cْ4 شارژ نمایند آب در این دما بالاترین دانسیته را دارد و کمترشدن دمای آب باعث کاهش دانسیته آب و بالا رفتن آب سرد تولیدی و اختلاط ناخواسته در تانکهای ذخیره سازی می شود. بنابراین پایین آوردن دمای شارژ تا زیر نقطه Cْ4 برای یک تانک با اختلاف دمای مشخص باعث افزایش حجم ذخیره می گردد.

برای کمتر شدن تغییرات دانسیته و جلوگیری از ایجاد جریانهای شناوری در تانک باید آب سرد ورودی و آب گرم برگشتی در دمای ثابتی وارد شوند. دمای آب سرد ذخیره شده معمولاً 5/0 تا 1 درجه سانتیگراد در تانک ذخیره به علت هدایت حرارتی و اختلاط های ناخواسته افزایش می یابد.

آب باید در دمای ثابت از تانک خارج شود اما در طول زمان تخلیه دمای آن افزایش می یابد. میزان افزایش دما در طول زمان تخلیه به کیفیت تشکیل لایه در داخل تانک بستگی دارد. این امر مستقیماً به طراحی پاشنده ها و انتقال حرارت در داخل تانک و دیواره ها بستگی دارد. معمولاً 90% از آب سرد موجود در تانک ذخیره می توان به منظور تامین بار سرمایش مورد استفاده قرار گیرد[3].

3-4-2- ذخیره سازی یخ Ice Harresting

سیستم Ice Harresting از چهار جزء اصلی تبخیر کننده کمپرسور کندانسور و تانک ذخیره یخ تشکیل شده است. در این روش آب در فشار پایین از تانک ذخیره به خارج پمپ و بر روی صفحات یا لوله های تبخیر کننده توزیع می شود و در آنجا به آب سرد یا یخ تبدیل می شود. یخ تولیدی بر روی صفحات یا لوله های تبخیرکننده جدا شده و در داخل تانک ذخیره که در زیر تبخیرکننده قرار دارد و محتوی آب و یخ می باشد ذخیره می گردد.

در روش تولید یخ بخشی از آب به بالای صفحات یا لوله های تبخیرکننده جریان می یابد و در آنجا منجمد می شود. لایه های یخ تشکیل شده بصورت تناوبی بداخل تانک ذخیره می ریزند. زمان تولید یخ برای یک تخمین اولیه 10 تا 30 دقیقه می باشد شکل (3-23) سیکل تشکیل یخ را در سیستم Ice Harresting نشان می دهد.

**********************************************

شکل (3-23) سیکل تشکیل یخ

همچنین در این سیستم امکان تولید آب سرد نیز وجود دارد. در روش تولید آب سرد آب گرم برگشتی به بالای همان صفحات تبخیرکننده جریان می یابد و ضمن سرد شدن به داخل تانک ذخیره می ریزد انتخاب تولید یخ یا آب سرد به صورت اتوماتیک بوده و وابسته به دمای آب ورودی به تبخیرکننده است.

تبخیرکننده ها از جنس استیل نوع 304 می باشند شکل (3-24) یک واحد تبخیرکننده را نشان می دهد.

**************************************************

(3-24) یک واحد تبخیرکننده Ice Harresting

در طی سیکل تخلیه آب سرد از انتهای تانک ذخیره جهت تأمین بار سرمایش مورد نیاز به سمت مبدل حرارتی جریان می یابد. دمای آب سرد خروجی در تمام مدت سیکل تخلیه تقریباً ثابت باقی می ماند. آب گرم برگشتی از بالای تانک بصورت اسیدی به داخل تانک محتوی آب و یخ پاشیده می شود و باعث انتقال حرارت بین آب گرم برگشتی و یخ می شود. امکان تخلیه با سرعت بالا به علت سطح وسیع قطعات یخ وجود دارد.

3-4-2-1- تجهیزات تولید سرما در روش ذخیره سازی یخ

واحد تبرید سیستم های Ice Harresting معمولاً توسط کارخانه سازنده بصورت چکیچ تحویل می شود. تمام اجزاء پکیچ شامل کمپرسور، کندانسور، تبخیرکننده در ظرفیت های اسمی تولید یخ حدود 35 تا 550 تن می باشند تبخیرکننده این سیستم ها به شکل صفحات تخت یا لوله های دوجداره می باشد.

سیال مبرد مورد استفاده از نوع R-ZZ می باشد زیرا محدوده وسیعی از دماهای تبخیرکننده را تولید می نماید. اما برای ظرفیتهای اسمی تولید 400 تن یخ و بیشتر که چندین واحد تبخیرکننده استفاده می شود آمونیاک مناسبتر است. در این حالت می توان برای هر واحد تبخیرکننده از یک واحد تبرید جداگانه یا برای تمام تبخیرکننده ها از واحد تبرید مرکزی استفاده نمود.

تجهیزات تبرید Ice Harresting نسبتاً گران هستند حال آنکه هزینه تانکهای ذخیره در مقایسه با آنها ارزان می باشد، بنابراین برای حداقل کردن هزینه های سرمایه گذاری باید از این تکنولوژی در کاربردهایی که نیاز به احتیاج به ظرفیت ذخیره سازی زیاد و ظرفیت تبرید کم دارند استفاده نمود.

********************************

شکل (3-25) هزینه های سرمایه گذاری اولیه تجهیزات Ice Harresting

3-4-3- مقایسه سیستم های ذخیره سازی سرما

در مورد روش های ذخیره سازی سرما در ساعت های غیرپیک به وسیله آب و یخ می توان به نکات زیر اشاره نمود:

- بار سرمایش موردنیاز در نتیجه اندازه تجهیزات هر یک از روشهای فوق به دبی هوای ورودی دمای حباب خشک، رطوبت نسبی هوای ورودی و ساعتهای بهره برداری از سیستم ذخیره سازی بستگی دارد.

- زمان بهره برداری از سیستم های ذخیره سازی نیز در انتخاب طرح سرمایشی حائز اهمیت می باشد. زیرا زمانهای بهره برداری طولانی باعث بزرگ شدن ظرفیت ذخیره ساز و در نتیجه افزایش هزینه سرمایه گذاری اولیه می شود. به عبارت دیگر سیستم های ذخیره سازی سرما جهت استفاده مواقعی که زمان پیک کوتاه است بهترین انتخاب می باشد.

- روش ذخیره سازی آب قادر است دمای هوای ورودی را تا Fْ45 سرد نماید. هزینه سرمایه گذاری اولیه آن در مقایسه با سایر تکنولوژی های ذخیره سازی سرما پایین تر است. همچنین مصرف برق آن در ساعات پیک کم بوده و بهره برداری از آن ساده می باشد. اما این روش به تانک ذخیره بزرگ برای ذخیره آب نیازمند است. همچنین ساعت بهره برداری از آن در روز محدود می باشد.

- افزایش قدرت خروجی توسط سیستم ذخیره سازی یخ بیشتر از روش ذخیره سازی آب می باشد اما میزان برق مصرفی توسط آن از سیستم ذخیره آب سرد بیشتر است. ضمناً هزینه سرمایه گذاری اولیه آن نیز نسبت به روش ذخیره آب بالاتر است.

- روش های ذخیره سازی سرما، قدرت خروجی از توربین گاز را حدود 20% افزایش می دهد[10].

3-5- خنک کاری هوای ورودی با استفاده از چیلر

خنک کاری هوای ورودی به کمپرسور در این روش از طریق یک مبدل حرارتی که در مسیر هوا نصب می گردد انجام می شود. این سیستم شامل چیلر (تولیدکننده آب سرد)، مبدل حرارتی فشرده، سیستم تهیه آب مورد نیاز و پمپ های انتقال آب می باشد.

نحوه سرمایش هوا بر روی نمودار سایکومتریک (3-25) نشان داده شده است. در مبدل حرارتی فشرده، هوا در خارج لوله ها و آب سرد در داخل لوله ها جریان دارد. هوای گرم ورودی تا رطوبت 100% گرمای خود را از دست می دهد (تحویل a-b) پس از اشباع شدن، خنک کاری هوا با تقطیر بخار آب موجود در آن صورت می گیرد. (تحویل b-c) در واقع مهمترین مزیت این سیستم نسبت به روش های تبخیری مسأله فوق می باشد، به طوری که سیستم های تبخیری فقط تا حد اشباع آب می توانند آن را خنک نمایند.

*****************************************

(3-25) تحولات سرمایشی هوای ورودی بر روی نمودار سایکومتریک

آب سرد مورد نیاز برای خنک کاری مبدل توسط یک چیلر (دستگاه ایجاد برودت) تأمین می گردد.

چیلرها بر حسب نحوه عملکرد به دو دسته کلی مکانیکی و جذبی تقسیم می شوند.

3-5-1- خنک کردن هوای ورودی با استفاده از چیلرهای مکانیکی

در این روش با استفاده از چیلر تراکمی هوای ورودی به کمپرسور خنک می شود. چیلر تراکمی از کمپرسور اوپراتور، کندانسور، شیر انبساطی تشکیل شده است و دارای مبرد آمونیاک می باشد.

چیلر تراکمی عملی ترین و از دیدگاه صنعتی و تباری مهترین نوع وسیله تبرید می باشد. در این سیستم، مبرد در حالت مایع، گرما را از تبخیر کننده (اوپراتور) از منبع سرد جذب و به بخار تبدیل می شود. بخار حاصل وارد کمپرسور شده و در آنجا متراکم می شود و سپس در تقطیرکننده (کندانسور) حرارت خود را به خارج دفع کرده و تقطیر می شود. در نتیجه مبرد به طور پیوسته از بخار به مایع و از مایع به بخار تبدیل می شود. در این نوع سیستم از مبردهای مانند آمونیاک و فوئونها که دمای جوش پایین در فشار اتمسفر دارند، استفاده می شود.

با این روش می توان دمای هوا را تا Cْ7 کاهش داد. این روش عمدتاً در سیستم های ذخیره سازی یخ استفاده می شود. روش خنک کاری با استفاده از چیلر فقط در زمانهای گرم سال (که پیک مصرف وجود دارد) و قدرت خروجی توربین کاهش می یابد توصیه می شود. بنابراین سیستم چیلر مکانیکی برای افزایش قدرت خروجی از توربین توصیه نمی گردد. چرا که مصرف برق در تجهیزات آن به ویژه کمپرسور بسیار بالا می باشد. در سیستم ذخیره سازی سرما نیز چیلر در ساعتهای غیر پیک وارد مدار می شود. معمولاً حدود 30% افزایش ظرفیت توربین گاز سیستم تبرید تراکمی استفاده می کند[6].

3-5-2- خنک کردن هوای ورودی با استفاده از چیلر انژکتوری

امروزه صنعت تبرید با توجه به کاربردهای آن و اهمیت آن به لحاظ رعایت مسائل زیست محیطی پیش از پیش مورد توجه واقع شده است به گونه ای که تلاش همه جانبه در جهت بهینه سازی و ابداع روشهای نوین در آن صورت می گیرد.

یکی از روشهای ساده و در عین حال کارآمد استفاده از شیپورهای بخار (stem ejector) می باشد و عدم استفاده از قطعات متحرک حذف مبردهای مضر و گران قیمت شیمیایی ضمن صرفه جویی در مصرف انرژی الکتریکی و دفع اثرات زیست محیطی باعث کاهش شدید قیمت لوله دستگاه و هزینه نگهداری آن شده است، اصول کار با چیلرهای انژکتوری با توجه به اینکه نقطه جوش آب در فشار های پایین کم می شود ایجاد خلاء در یک مخزن و رساندن نقطه جوش آب به یک دمای پائین که آب در آن تبخیر گردد.

وقتی آب و بخار با فشار بالا در دسترس باشد واحد جهت بخار قیمت نسبتاً مناسبی دارد و جهت سرد نمودن آب بسیار مفید می باشد. پتهای بخار (انژکتورها) با توجه به اینکه قطعات گردان مکانیکی ندارند از عمر بالایی برخوردار خواهند بود و نیز به لحاظ زیست محیطی چون بخار و آب دارای کمترین آلودگی می باشد لذا جهت حفظ محیط زیست بسیار مناسب می باشد.

تنها وسیله مکانیکی آن در حال دوران می باشد و بین قطعات اصطکاک ایجاد می نماید و عمر دستگاه را کم می کند پمپ سانتریوفیوژ می باشدکه جهت *** کوله آب استفاده می گردد.

3-5-2-1- اجزاء و نحوه عملکرد چیلرهای انژکتوری

کمپرسورهای جبران کننده نمی توانند جهت تراکم استفاده شوند و بخار در شرایط فشار پایین حجم زیادی دارد لذا جهت تراکم نیاز به یک کمپرسور که دارای سیلندرهای بزرگ باشد استفاده نماییم که این کمپرسورها بسیار گران خواهد بود لذا از بخار با فشار بالا و نازلها استفاده می نمایند بدین طریق که بخار با فشار بالا وارد نازل شده و پس از عبور از نازل سرعت آن زیاد می شود و به سرعت 4000ft/scc می رسد[5]. این سرعت زیاد باعث می شود تا بخارات ایجاد شده در تانک که سریعاً ایجاد می شود دائماً بیرون کشیده شود و سریعاً وارد بخار شوند.

مخلوط بخار و تبخیرات آن آب مخزن وارد دیفیوزر شده و در آنجا سرعت رفته رفته کاهش می یابد چون سطح مقطع در دیفیوزر افزایش می یابد فشار در داخل فلاش تانک به حدود 0.15Psia میرسد و در داخل کندانسور به 0.95Psia که دمای آن Fْ45 در داخل فلاش تانک می بایست در داخل کندانسور دمای مخلوط بخار و تبخیرات آنی آب فلاش تانک به Fْ100 برسد تا بخارات کندانس شده و *** را به شکل گرمایی بازگرداند که یک پمپ سانتریفیوژ دیگر جهت بازگرداندن آبهای کندانسور به بویلر لازم می باشد که جهت کار پمپ باید انرژی الکتریکی صرف نماییم.

جهت دفع حرارت نهان تبخیر در کندانسور، آب برج خنک کن با حداکثر دمای Fْ80 وارد کندانسور می شود و آب برج خنک کن باید توسط یک پمپ سانتریفیوژ سیرکوله گردد.

مقدرای هوا در آب به صورت محلول همیشه وجود دارد. لذا این هوا چنانچه در کندانسور باقی بماند باعث می شود فشار در داخل کندانسور بالا رفته و باعث افت راندمان انژکتور می گردد و لذا این هوا باید از داخل کندانسور خارج شود که توسط دو عدد انژکتور ثانویه این عمل انجام می شود.

این دو انژکتور به صورت سری با هم می باشند بدین صورت که انژکتور ثانویه اولی هوا را از داخل کندانسور اصلی مکش می نماید و در کندانسور اصلی ایجاد خلاء می نماید و بخارات و هوا وارد کندانسور این انژکتور می شود. و انژکتور ثانویه دومی از کندانسور انژکتور ثانویه اولی هوا را مکش نموده و در کندانسور انژکتور اولی ایجاد خلاء می نماید و وارد کندانسور این انژکتور هوا و مقداری بخار شده که بخارات تقطیر شده و به سیکل برمی گردند و هوا به اتمسفر و نت داده می شوند.

همانطور که در شکل (3-26) مشاهده می شود. در نقطه 1 بخار فشار بالا از بویلر می آید در نقطه 2 با عبور از ناول سرعتش افزایش یافته و با عبور از دیفیوزر به سمت کندانسور در نقطه 3 می رود وقتی که بخار از نازل خارج می شود به همراه خود بخارات موجود در فلاش تانک را از نقطه 4 مکش نموده و فشار روی سطح آب موجود در فلاش تانک را کاهش می دهد.

****************************************

شکل (3-26)

بخارات گازهای غیرقابل کندانس و هوای موجود در کندانسور توسط انژکتور شماره 5 مکش شده و کندانسور نیز تحت فشار پائین قرار می گیرد و یک انژکتور دیگر که در نقطه 6 می باشد هوا و گازهای غیرقابل کندانس کندانسور انژکتور ثانویه را خارج می نماید و پس از کندانس شدن بخارات آب موجود آب موجود در گازهای غیرقابل کندانس این گازها به اتمسفر تخلیه می شود.

دو عدد پمپ سانتریفیوژ یکی برگرداندن آب تمیز به بویلر و دیگری برای رساندن آب سرد به محل مصرف موجود می باشد. خروج این هوا از داخل کندانسور باعث می شود تا راندمان انژکتور بالا رفته چون فشار داخل کندانسور پائین آمده است.

انژکتورهای بخار با توجه به برودت مورد نیاز خلاء مشخصی را ایجاد می نمایند که این خلاء باعث می شود تا مقدار معینی آب تبخیر شده و جهت کسب حرارت نهان تبخیر و دمای آب باقی مانده در فلاش تانک به میزان لازم کاهش یابد.

برای تبدیل هر کیلوگرم آب از حالت مایع به بخار 500 کیلوکالری انرژی حرارتی جذب می شود. لذا برای ایجاد یک تن تبرید برودت نیاز به تبخیر 5 کیلوگرم آب داریم تا با تبخیر این میزان آب و کسب حرارت نهان تبخیر از آب موجود در فلاش تانک آب داخل فلاش تانک سرد شده و دمای آن به Fْ55 برسد.

با توجه به دیاگرام شکل (3-23) چنانچه فشار مخزن فلاش تانک پایین بیاید میزان حرارتی که باید آب ببیند تا از حالت مایع اشباع به بخار اشباع برسد و توسط انژکتور از داخل مخزن فلاش تانک خارج شود افزایش پیدا می کند. خط قرمز رنگ که در فشار 0.1bar رسم شده است محدوده حرارت نهان تبخیر را نشان می دهد که نسبت به فشار 1 bar رسم شده است محدوده حرارت نهان تبخیر را نشان می دهد که نسبت به فشار 1 bar خیلی بیشتر شده است پس نتیجه می شود که هرچه فشار داخل مخزن فلاش تانک چیلرهای انژکتوری را کاهش دهیم علاوه بر اینکه نقطه جوش آب را پائین آورده ایم حرارت نهان تبخیر را افزایش داده ایم و بدینوسیله می توانیم حرارت بیشتری از سیستم دفع نماییم و قدرت این چیلرها را افزایش دهیم.

از آب سرد ایجاد شده در داخل فلاش تانک این چیلرها می توانیم جهت سرمایش هوای ورودی به کمپرسور استفاده نماییم. این آب را توسط یک پمپ سانتریفیوژ به داخل یک ابرکولر که داخل راکت هوا می باشد ارسال می نماییم.

تا اینجا هزینه سرمایش آب با توجه به اینکه بخار کافی نیروگاه در دسترس می باشد خیلی زیاد نبوده و از طرفی نیز هزینه اولیه این چیلرها چون قطعات مکانیکی زیادی ندارند ارزیان می باشد.

3-5-2-2- محاسبات مربوط به ابرکولر و افت فشارهای ایجاد شده مسیر هوا

با رسوماتی که توسط این سیستم می توانیم داشته باشیم:

آب خروجی از *** انژکتوری با دمای Fْ55 می باشد.

آب ورودی به چیلر Fْ55 می باشد که Fْ10 اختلاف دما در نظر می گیریم البته این Fْ10 اختلاف دما بر اساس کار چیلرها در تهویه مطبوع می باشد.

در این سیستم بار سرمایی ما نامحدود می باشد یعنی در تابستان که دمای محیط FْTab=96  در نظر گرفتیم.

چنانچه بتوانیم هوا را تا Fْ60 سرد نماییم برای افزایش راندمان توربین گاز بسیار مفید می باشد. رسیدن به چنین دمایی با توجه به اینکه مجاز نمی باشیم در هوای ورودی به کمپرسور افت فشار زیادی ایجاد نماییم بسیار مشکل می باشد. مبدل طراحی شده باید بر اساس افت فشار ما باشد.

گرفتن حداقل دمایی Fْ60 برای هوا در روش مبدل با توجه به دمای ورود و خروج آب به داخل مبدل می باشد و زمانی که هوا برای تبادل حرارت دارد و محدودکننده های افت فشار در نظر گرفته شده است.

**************************************

شکل (3-27)

در شکل (3-27) سیستم چیلر انژکتوری با سیکل بسته و یا با سیکل باز نمایش داده شده است.

در شکل (3-27) الف چیلر انژکتوری در یک سیستم بسته (ابرکولر) نشان داده شد.

***** سیستم جهت سرمایش هوای ورودی به کمپرسور استفاده نمی کنیم ولی جهت سیستم احیاء آب از دودکش HRSG این سیستم به کار می رود.

در شکل (3-27) ب تصویر یک چیلر انژکتوری با سیستم باز می باشد که از این سیستم جهت سرمایش تبخیری هوای ورودی به کمپرسور استفاده می نماییم از این روش به صورت ترکیبی از تبخیر و انژکتوری به طور که توضیح داده شده است استفاده می نماییم.

چنانچه بخواهیم به Fْ60 برسیم میزان بار سرمایی برابر است با:

 

برای اینکه چنین بار سرمایی را توسط کویلهای ایرکولر سرد نمایم نیاز به تعداد زیادی کویل می باشد. که با توجه به افت فشاری که در مسیر هوای ورودی به کمپرسور ایجاد می نماید مقرون به صرفه نمی باشد. پس استفاده از سیستم بسته نمی تواند کارساز باشد بنابراین سیستم باز که به صورت ایرواش (مه سازی) استفاده می نماییم بررسی می شود که همانند روش ایرواش عمل می نماید با این تفاوت که آب تزریق شده به هوا نیز از دمای پایینی برخوردار می باشد، لذا راندمان بالا می رود. و با توجه به اینکه سیستم کنترل رطوبت در داخل کانال اهمیت زیادی دارد. باید مورد خاص این **** رعایت شود.

از آب سرد این روش می توانیم در سرمایش تبخیری استفاده نماییم که بدین ترتیب راندمان سیستم تبخیری بسیار بالا می رود و می توانیم در تابستان به اختلاف دمای بسیار مطلوبی دست یابیم در این روش نیز باید توجه داشت که گردوغبار موجود در هوا که جذب آب می شود باید همواره از درون سیکل خارج شود. به نظر می رسد چنانچه از ترکیب دو سیستم سرمایش تبخیری توسط آب سرد خروجی از ***** استفاده نماییم بسیار مناسب می باشد و می توانیم به نحوه مطلوبی راندمان توربین گاز را افزایش دهیم بدون آنکه افت فشاری بر روی هوای ورودی ایجاد نماییم.

3-5-2-3- محاسبه ظرفیت چیلر انژکتوری

چنانچه دمای آب خروجی از فلاش تانک چیلر را Fْ45 بگوییم که همان دمای واقعی می باشد و دمای به فلاش تانک را که نهایتاً به دمای مرطوب منطقه می تواند برسد؟ در نظر بگیرم لذا مقدار بار سرمایی از رابطه زیر محاسبه می گردد.

 

 دبی جرمی آب

Cp=1 گرمای ویژه برای آب

 بار سرمایی

 ظرفیت سرمایی پیلر

جهت محاسبه ظرفیت چیلر بایستی ضریب اطمینان 10% را منظور نماییم، لذا هر 5kg یک تن تبرید ایجاد برودت نماید این مقدار سرما بایستی

 مقدار آب تبخیر شده در چیلر

بایستی  آب در این چیلر تبخیر شود تا بتوانیم تنها بوسیله آب این میزان حرارت را از هوا خارج نماییم.

چنانچه بخواهیم هوای ورودی به کمپرسور را تا دمای Fْ71 و رطوبت نسبی 80% سرد نماییم بار سرمایی سیستم برابر خواهد شد با:

 

 

این مقدار بار سرمایی مقدار  آب توسط چیلر حذف شده است و مابقی که  بایستی تنها توسط تبخیر آب بر روی پوشالها حذف شود.

این مقدار حرارت در رطوبت نسبی کمتر از 70% ایجاد خواهد شد.

 

رسیدن به دمای FْTdb=76/4 از دمای Tdb=96F توسط این سیستم ترکیبی ممکن و عملی است و این اختلاف دما حدود Fْ20 با کمترین هزینه راندمان توربین گاز را به نحوه مطلوبی افزایش خواهد داد.

کنترل رطوبت نسبت در این روش به راحتی انجام پذیر می باشد و رسیدن به ناحیه اشباع با توجه به فاصله زیادی که از نقطه اشباع داریم در کمپرسور غیرممکن می باشد.

علاوه بر این، با توجه به اینکه فضای کافی جهت چیدن سکتورهای تبخیر کننده داریم حداقل افت فشار را در هوای ورودی به فیلترها و نهایتاً به کمپرسور خواهیم داشت.

3-5-3- خنک کردن هوای ورودی با استفاده از چیلر جذبی

دیاگرام استفاده از چیلر جذبی برای خنک کاری هوای ورودی در شکل (3-28) نشان داده شده است در این روش با استفاده دود خروجی توربین در یک بویلر بازیاب، بخار تولید می شود و بخار تولیدی به مصرف چیلر جذبی می رسد. آب سرد شده در چیلر جذبی از درون مبدل حرارتی (Air cooler) عبور کرده و جریان هوای ورودی به کمپرسور را خنک می نماید.

**************************************************

شکل (3-28) دیاگرام خنک کاری هوای ورودی با استفاده از چیلر جذبی

شکل (3-29) یک نمونه مبدل حرارتی مورد استفاده را نشان می دهد. این مبدل قادر است هوا را تا Cْ7 خنک کنند افت فشار در هوای ورودی ناشیاز نصب این مبدل بیشتر از افت فشار سیستم های تبخیری می باشد. لوله های مبدل از جنس مس با *** های آلومینیومی می باشد. قطرات آب کندانسه شده نیز در ظرف استیل پایین مبدل جمع آوری و به بیرون هدایت می شوند. از صفحات جاذب رطوبت برای حذف قطرات احتمالی آب در هوا بعد از مبدل استفاده می شود[3].

********************************************

شکل (3-29) مبدل حرارتی مورد استفاده در چیلر جذبی

چیلرهای جذبی به دلیل داشتن ویژگی های خاص خود، د مقام مقایسه با انواع دیگر چیلرها دارای برتریهای از نقطه نظر اقتصادی و سهولت در نگهداری هستند. چیلر جذبی بهترین و کم هزینه ترین دستگاه برای تولید آب سرد در نوع خود بوده که در ظرفیت های مختلف برای تهیه آب سرد و تهویه مطبوع مورد استفاده قرار می گیرد.

3-5-3-1- اجزاء و نحوه عملکرد چیلر جذبی

یک سیستم ساده جذبی از چند جزء اصلی و فرعی تشکیل شده است اجزاء اصلی شامل ژنراتور، کندانسور، سیستم خنک کننده، اوپراتور و جاذب (Absorber) می باشد. اجزاء *** نیز عبارتند از: پمپ سیرکولاسیون محلول جاذب، پمپ سیال مبرد، مبدلهای حرارتی و سیستم تخلیه.

شکل (3-30) اساس سیکل جذبی را نشان می دهد.

نحوه عملکرد یک چیلر جذبی در حالت کلی بصورت زیر می باشد.

مایع مبرد (آب) ابتدا بر روی سطح خارجی لوله ها اوپراتور پاشیده شده و از میان مجموعه لوله ها اوپراتور می گذرد. در این حالت مایع مبرد بر اثر جذب گرما از این لوله ها تبخیر می گردد. در نتیجه مایع داخل لوله های سرد می شود. سپس بخار سیال مبرد از اوپراتور به منطقه جاذب (Absorber) کشیده شده و توسط مایع جذب (محلول لیتیم برومابر) که روی لوله های جاذب پاشیده می شود جذب می گردد.

گرمای نهان تبخیر و گرمای واکنش به مایع جذب کننده و سپس به آب داخل لوله های جاذب انتقال می یابد محلول لیتیم برومابر به دلیل جذب سیال مبرد (آب) رقیق می شود و برای تغلیظ مجدد و بازیابی مایع مبرد (آب) توسط پمپ به درون ژنراتور منتقل می گردد. در ژنراتور به محلول رقیق (با بخار یا آب داغ) حرارت داده می شود. و در نتیجه مایع مبرد (آب) به شکل بخار از مایع جاذب (محلول لیتیم بروماید) جدا می گردد. و مجدداً بخار می شود. بخار سیال مبرد از میان کندانسور عبور کرده و در آنجا ضمن برخورد با لوله های آب سرد کننده تقطیر می شود. مایع مبرد (آب) مجدداً به درون اوپراتور منتقل شده و چرخه مذکور از نو آغاز می گردد. در همین حال محلول جاذب تغلیظ شود و مجدداً از ژنراتور به بخش جاذب منتقل می شود و چرخه جدید آغاز می شود. کارآیی سیکل از طریق عبور محلول رقیق نسبتاً سرد و محلول غلیظ نسبتاً گرم از میان یک مبدل حرارتی افزایش می یابد.

***************************************

شکل (3-30) اساس یک واحد تبرید جذبی

این نوع چیلر کاملاً بسته و یکپارچه بوده و هیچ قطعه متحرکی در داخل خود ندارد. مایع مبرد چیلر آب و جاذب آن محلول لیتیوم بروماید و یا آمونیاک می باشد. انرژی موردنیاز دستگاه می تواند آب گرم، آب داغ، بخار و یا شعله مستقیم تأمین شود. مزایای این چیلرها نسبت به چیلرهای تراکمی مصرف برق کمتر، صدای کمتر، نگهداری و تعمیرات بسیار آسان به علت استفاده از قطعات مکانیکی سنگین و عدم استفاده از گاز فرئون به عنوان مبرد می باشد.

چیلرهای جذبی بر حسب نوع ماده مبرد، جاذب، منبع انرژی به چند دسته تقسیم می شوند.

3-5-3-2- سیستم جذبی آب- آمونیاک

در این سیستم آمونیاک یک سیال مبرد و آب سیال جاذب می باشد. این سیستم برای دستیابی به درجه حرارت پایین (حدود Cْ45-) متداول می باشد. چون در روش خنک کاری هوای ورودی با استفاده از چیلر به درجه حرارتهای خیلی پایین احتیاجی نیست لذا این سیستم کاربرد چندانی در خنک کاری هوای ورودی ندارد.

4-5-3-3- سیستم جذبی لیتیم بروماید- آب

در این سیستم آب سیال مبرد و محلول لیتیم بروماید سیال جاذب می باشد. چیلرهای جذبی لیتیم بروماید قادر به تولید دماهای حدود Cْ4/4 می باشند. انرژی مورد نیاز این سیستم از بخار تأمین می گردد.

همانطور که در شکل (3-31) نشان داده شده توسط یک بویلر بازیاب و با استنفاده از دود خروجی توربین گاز می توان بخار موردنیاز را تأمین نموده بخار انرژی گرمایی خود را در ژنراتور به محلول رقیق لیتیم بروماید می دهد.

**********************************************

شکل (3-38) شماتیک سیستم تبرید جذبی

3-5-4-3- چیلر- هیترهای شعله مستقیم

یکی دیگر از انواع چیلرها- چیلر- هیتر شعله مستقیم می باشد. سیکل کاری این چیلر نیز مانند چیلر جذبی دو مرحله ای می باشد. این چیلر می توانند به طور مستقیم در خروجی توربین گاز نصب گردند. در این حالت نیازی به تولید بخار در بویلر بازیاب نخواهد بود[3]. شکل (4-32) سیستم سرمایش هوای ورودی به کمپرسور را با استفاده از چیلر جذبی شعله مستقیم نشان می دهد. احتمال وجود خورندگی در لوله های ژنراتور این چیلر به علت استفاده از دود وجود دارد و کاربرد آن هنوز رایج نمی باشد.

*********************************************

شکل (3-32) استفاده از چیلر شعله مستقیم برای سرمایش هوای ورودی

فصل چهارم

تزریق آب داغ به کمپرسور

یکی از نقاط ضعف توربین های گازی فرآیند آدیاباتیک صورت گرفته در کمپرسور می باشد که باعث افزایش دما و فشار می شود. اگر فرآیند تراکم به صورت شبه دما ثابت باشد مقداری انرژی هدر رفته کاهش می یابد. یک راه ساده برای پایین نگهداشتن دما، تبخیر آب در طی این فرآیند می باشد. در واقع این انرژی بصورت انرژی درونی در آب ذخیره شده و در توربین گاز قابل بهره برداری خواهد بود.

قطرات آب باید از کیفیت بسیار بالایی برخوردار بوده و بسیار ریز باشند بطوریکه در کمتر از 10 میلی ثانیه تبخیر شوند. شرکت KEMA جهت اسیدی آب در کمپرسور و خنک کردن هوا روشی ابداع کرده و به ثبت رسانیده که توانایی تولید قطرات با قطر 2 و کمتر را دارد این تکنولوژی swirl-flash نام دارد[3]. نکته اساسی در این روش استفاده از نازلهای چرخشی می باشد که مستقیماً در ورودی یا در طبقات مختلف کمپرسور نصب شده و آب داغ را به درون آن اسپری می کنند آب گرم بعد از خروج از نازلها طی فرآیند flashing تبخیر شده و موجب بالا رفتن رطوبت می شود بدین ترتیب دمای هوای خروجی از کمپرسور به میزان قابل ملاحظه ای پایین می آید در صورت اعمال این روش بر روی کمپرسور قبل از انتخاب و نصب سیکل گازی حجم توربین گاز مورد نیاز کاهش یافت. همچنین این روش باعث افزایش قدرت و راندمان و کم شدن هزینه سرمایه گذاری می شود.

4-1- اصول تکنولوژی TOPHAT

(the Top Hamidified Air Turbine principle)

ایده تکنولوژی TOPHAT از کاهش کار در فرآیند تراکم هوا در کمپرسور سرچشمه می گیرد این هدف با خنک کردن هوا طی فرآیند تراکم تحقق می پذیرد. تراکم هوا در دمای پایین به دلیل کاهش حجم، انرژی کمتری نیاز دارد.

همانطور که قبلاً گفته شد کاهش درجه حرارت از طریق خنک کاری میانی کمپرسور نیز انجام می شود که با توجه به قیمت بالای مبدل های حرارتی ممکن است به صرفه نباشد. با اسپری آب به داخل کمپرسور و فراهم نمودن شرایط جهت تبخیر قطرات نتیجه و اثر مشابه می تواند حاصل شود.

باید توجه داشت که کمتر اتفاق می افتد آب وارد کمپرسور شود. مگر در شرایط شستشو و تمیزکاری و یا در هواپیماها هنگامی که در ابرها و یا هوای طوفانی پرواز می کنند.

شکل (4-1) مقایسه بین روش خنک کاری تبخیری و اسپری آبی داغ به کمپرسور را در چند نیروگاه گازی نشان می دهد‍]3].

برای جلوگیری از مسائلی که ممکن است در اثر حضور آب در کمپرسور پیش آید باید قطرات بسیار ریز باشند (حدود 1 تا 5)

آزمایشات نشان داده که بهترین روش برای رسیدن به این منظور از تکنولوژی swirl-Flash می باشد. ابتدا فشار آب بالا رفته و گرم می شود و پس از خروج از دهانه swirl Nozzle فرآیند Explosive Flashing اتفاق می افتد در نتیجه قطرات آب با شرایط موردنظر تولید می شوند.

****************************************************

شکل (4-1) مقایسه بین قدرت افزایش یافته در روش اسپری آب و خنک کاری تبخیری

کاهش حجم هوا در اثر کاهش دما بیشتر از حجم بخار آب تولیدی می باشد. هنگامی که دمای خروجی کمپرسور از Cْ500 به Cْ400 کاهش می یابد، حجم هوا به اندازه 37% کاهش می یابد و تنها به مقدار 10% تا 15% در اثر تبخیر آب به حجم کل افزوده می شود. یعنی در مجموع 25% کاهش حجم وجود نخواهد داشت پس از اسپری آب به درون کمپرسور، مقداری از انرژی در بخار ذخیره می شود که می تواند در حین انبساط در توربین گاز قابل بازیافت می باشد. این قابلیت باعث افزایش قدرت خروجی توربین گاز و همچنین راندمان می شود. هوای خنک متراکم شده خروجی از کمپرسور می تواند به وسیله دود خروجی از توربین گاز گرم شود. همچنین می توان آب را نیز به وسیله دود خروجی گرم کرد که باعث حذف بویلر بازیافت و سیستم تولید بخار می شود.

اگر پس از آنکه دود خروجی حرارت خود را به وسیله آب سرد و هوای ورودی به محفظه احتراق از دست داد، در یک کندانسور، بخار آب موجودش را از دست بدهد، سیکل تولید شده سیکل TOPHAT (The Top Humidified Turbine)  نام دارد کندانسه کردن آب می تواند در یک مبدل حرارتی جهت بازیافت انرژی بیشتر نیز انجام شود. سیکل تکمیل شده هم دارای قیمت تمام شده کمتر و هم دارای راندمان بالاتری می باشد.

*******************************************

شکل (4-2) شمای ساده سیکل تولید همزمان TOPHAT برای گاز طبیعی

4-2- تکنولوژی اسپری چرخشی (SWLRL-SPRAY)

برای آنکه از اثرات زیان آور قطرات بر روی سطح فلزی کمپرسور جلوگیری شود باید قطر آنها بین 1 تا 2 باشد. به دنبال تحقیقات بیست و پنج ساله دانشگاه صنعتی داف (Technological university of Delft) جوابی برای این مساله پیدا شده است که استفاده از نازلهای چرخشی ناگهانی (swirl spray Nozzle) می باشد. با استفاده از این روش که ترکیبی از اسپری و فلاشینگ آب می باشد، قطرات تا حدود 1000 برابر کوچکتر در هوای راکد تولید می شود. در روش swirl-Flash نازلها بین ده هزار میلیون تا صد هزار میلیون قطره در ثانیه تولید می کنند که عدد خوبی می باشد[3].

*******************************************

شکل (4-3) مقایسه بین نازلهای Swirl-flash (الف) و نازلهای معمولی (ب) با آب سرد در هوای راکد

با استفاده از روش مشاهده جریان توسط لیرز اندازه قطرات تولید شده برآورد شده است.

متوسط اندازه قطرات با آب سرد حداکثر 24 و با نازلهای swirl flash حداکثر 2/2 می باشد. این بدین معناست که حجم قطرات تولیدشده با ضریب یک هزارم کوچکتر شده است. هنگامی که قطرات بسیار ریز بوده و دمای آنها نیز بالا باشد پدیده تبخیر بیشتر و سریعتر انجام می گیرد. تحت این شرایط در کمتر از دو ثانیه قطرات تبخیر می شوند. البته این مسأله بستگی به شرایط و رطوبت محیط نیز دارد.

نصب تجهیزات اسپری در کمپرسور یک موتور دیزل kw400 متعلق به دانشگاه نیروی دریایی سلطنتی هلند، تست شده است شکل (5-4) در این سیستم 14 نازل در کانال ورودی کمپرسور توربر شارژ نصب شده است. با نصب این نازلها و با دبی آب kj/s14 مقدار Nox به میزان 30% کاهش یافته است که بسیار قابل توجه می باشد. همچنین در این سیستم آب پاشی توسط دود خروجی تا دمای Cْ250 گرم می شود.

**********************************************

شکل (4-4) نصب سیستم Swirl-Flash بر روی کمپرسور یک موتور دیزل 400 کیلوواتی

21 نازل در راکت ورودی به یک توربین گاز Centrax نصب شده اند. بیش از 30 تست مختلف در شرایط خشک و مرطوب انجام شده است. نتایج نشان می دهد که به ازای هر درصد آب پاشش شده 25 درجه سانتیگراد دمای هوای خروجی کمپرسور کاهش می یابد.

همچنین به ازای 5/1% آب گرم پاششی 10% قدرت و 2% راندمان نسبی افزایش یافته و 25% مقدار Nox کاهش می یابد.

همچنین تمام آب گرم شده در ردیف اول کمپرسور تبخیر می شود سیکل TOPHAT در 35 کشور سراسر دنیا به کار برده شده است[3].

4-3- مثالهای علمی از تکنولوژی TOPHAT

به عنوان مثال اول اثرات پاشش آب در یک توربین گاز مدل ABB-GT9D بررسی شده است [3] نتایج به دست آمده در جدول (4-1) با توجه به فرضیات زیر درج شده اند.

1- محاسبات به ازای دبی های آب پاششی به مقدار 1 و 2 درصد دبی هوای انجام شده است.

2- دمای آب داغ Cْ250 می باشد.

3- شرایط محیط به صورت So1 شامل دمای Cْ15 و فشار Kpa325/101 و رطوبت نسبی 60% می باشد.

4- آب درست جلوی کمپرسور پاشش شده است.

***************************************

جدول (4-1) محاسبات برای توربین Betrofit شده با سیستم اسپری

با توجه به جدول می توان دریافت به ازای دبی آب پاششی برابر 2% دبی هوا، دمای هوای خروجی کمپرسور Cْ52 کاهش یافته و دبی جرمی عبوری از کمپرسور kj/s9/146 کاهش می یابد. قدرت خروجی 14% افزایش یافته در حالیکه راندمان پلی تورپیک کمپرسور تغییر نمی کند. اگر قدرت موردنیاز کمپرسور کمتر شود راندمان کلی سیستم توربین گاز حدود 1/1% و قدرت خروجی 10% افزایش می یابد همچنین دمای احتراق (SAFT) از دمای Cْ2192 به Cْ2107 کاهش می یابد.

این توربین گاز ABB-GT9D قسمتی از نیروگاه سیکل ترکیبی Amer8(هلند) می باشد که بویلر آن با سوخت زغال سنگ کار می کند. تولید کلی این نیروگاه 645 می باشد. این نیروگاه اولین نیروگاهی است که به تکنولوژی Swirl-Flash مجهز شده است با نصب این سیستم مقدار Nox تولید از g/Gj247 با کاهش 40% به g/Gj150 رسیده است. در این مورد به خصوص، آب لازم جهت اسپری از بیش گرمکن فشار بالا تأمین می شود.

آب مورد نیاز جهت پاشش از سیکل توربین بخار تأمین می گردد. بنابراین راندمان سیکل توربین بخار کاهش می یابد و در مقابل راندمان سیکل توربین گاز به علت افزایش دبی و همچنین افزایش cp و کاهش دمای هوای خروجی از کمپرسور افزایش می یابد.

لازم به ذکر است نصب و راه اندازی این سیستم 15 هفته به طول انجامیده است.

********************************************************

شکل (4-5) جزئیات دو نازل Swirl-Flash و تجهیزات مربوط به اندازه گیره دما و فشار آن

فصل پنجم

تزریق بخار به محفظه احتراق

روش تزریق بخار در سالهای اخیر در موتورهای رفت و برگشتی و توربین های گازی کاربرد پیدا کرده است. در این روش بخار سوپرهیت تولیدی در یک بویلر را با فشار معادل فشار اتاق احتراق توربین گاز به درون آن تزریق می کنند این امر موجب افزایش آهنگ جریان جرمی گذرنده از توربین و همچنین افزایش گرمای ویژه محصولات احتراق که نتیجه آن افزایش توان و بازده سیکل می باشد.

از نظر ماهیتی سیکل تزریق بخار توربین گاز ترکیبی از سیکل برایتون و سیکل رانکین می باشد که در آن، بخار و هوا به جای آنکه در دو توربین مجزا منبسط شوند فقط در یک توربین مشرک انبساط می یابند. بخار موردنیاز معمولاً از بازیافت حرارت دود خروجی توربین گاز در یک بویلر بازیافت تولید می گردد.

چون درجه حرارت آب پاشیده شده از درجه حرارت داخل محفظه احتراق پایین تر می باشد، موجب خنک تر شدن محفظه احتراق می شود. بنابراین بدون افزایش درجه حرارت محفظه احتراق سوخت بیشتری در سیکل سوزانده شده و توان خالص سیکل افزایش می یابد. تزریق بخار به ورودی توربین گاز یا به خروجی کمپرسور انجام می گیرد که در ادامه هر دو روش بررسی می گردد.

5-1- تزریق بخار به انتهای اتاق احتراق

در این روش بخار با فشار حدود 30 بار و بصورت سوپرهیت به ورودی توربین گاز بعد از محفظه احتراق تزریق می شود. به علت افزایش دبی جرمی گازهای عبوری از توربین توان خروجی آن بدون افزایش مصرف سوخت افزایش می یابد. در نتیجه راندمان کلی سیکل افزایش خواهد یافت. همچنین تزریق بخار باعث خنک کاری پره های توربین می شود این روش ساده بوده و هزینه سرمایه گذاری و نگهداری پایینی دارد و از نظر اقتصادی مقرون به صرفه می باشد شکل (5-1) دیاگرام تولید و تزریق بخار به ورودی توربین گاز را نشان می دهد.

در سیکل معمولی توربین گازی جهت خنک کاری پره های توربین از هوای متراکم قبل از محفظه احتراق استفاده می گردد. این مسأله موجب کاهش راندمان سیکل و کار توربین می گردد ولی در سیکل پاشش بخار چون بخار آب پاشیده شده به توربین دارای درجه حرارت پایینی است (حدود Cْ430) لذا عمل خنک کاری پره های توربین را نیز انجام می دهد و در نتیجه نسبت به حالت معمولی راندمان و توان تولیدی توربین افزایش می یابد.

*******************************************

شکل (5-1) شماتیک تولید و تزریق بخار به ورودی توربین گاز

مطالعات انجام شده نشان می دهد که استفاده از سیکل پاشش بخار به ورودی توربین گاز مزایای زیادی در سیکلهای تولید همزمان برق و حرارت دارد. راندمان سیکل ساده گازی به همراه پاشش بخار تا حدود 49% و با در نظر گرفتن اثرات خنک کاری پره ها توسط پاشش بخار تا 52% قابل افزایش است[7]

شکل (5-2) اثر پاشش بخار بر روی قدرت خروجی و نرخ حرارتی (Heat Rate) یک توربین گاز مدل MS700IEA نشان می دهد. این منحنی ها با فرض آنکه بخار مورد نیاز از منبع دیگری غیر از بویلر بازیاب تأمین می شود رسم شده اند[7].

********************************************

شکل (5-2) اثر پاشش بخار بر روی قدرت خروجی و نرج حرارتی

در جدول (5-1) نمونه های علمی توربین با تزریق بخار داده شده است[7].

*******************************************

جدول (5-1) نمونه های علمی توربین گاز با تزریق بخار

5-2- توربین گاز با تزریق بخار به خروجی کمپرسور

در این روش از بخار جهت تزریق به خروجی کمپرسور استفاده می شود. به این ترتیب که بخار در هوای خروجی کمپرسور تزریق شود و در نتیجه دبی جرمی عبوری از توربین افزایش پیدا می کند. چون بخار بعد از کمپرسور تزریق می شود لذا کار مورد نیاز کمپرسور افزایش نمی یابد.

شکل (5-3) شماتیک توربین گاز به همراه بویلر و تزریق بخار به هوای خروجی کمپرسور را نشان می دهد.

**************************************************

شکل (5-3) شماتیک سیکل توربین گاز به همراه تزریق بخار به هوای خروجی کمپرسور

بخار بعد از کمپرسور، ولی قبل از مشعل تزریق می شود و مخلوط مناسبی ایجاد می کند. بنابراین درجه حرارت اولیه در اتاق احتراق کاهش پیدا کرده و همچنین میزان Nox خروجی کم می شود.

5-3- مزایا و معایب روش تزریق بخار

از معایب تزریق بخار به سیکل توربین گاز، هدر رفتن آب یا بخار تزریق شده و مساله خوردگی می باشد. این مشکلات با استفاده از سیکل VODOLET قابل حل می باشد که در ادامه سیکل فوق بررسی می شود.

اجزاء اصلی سیکل VODOLET عبارتند از توربین گاز به همراه (FLOW-PART) بویلر بازیاب، لوله های و تجهیزات مربوط به تزریق بخار تولید شده به توربین می باشد.

سیکل VODOLET دارای FLOW-PART خاص در توربین می باشد. یعنی سطح جریان به طور خاص تغییر یافته تا مساحت لازم جهت عبور همزمان بخار و محصولات احتراق در توربین گاز فراهم آید و محفظه احتراق نیز به شکل خاصی طراحی شده است.

مزیت این سیکل در استفاده از یک کندانسور تماسی آبی نصب شده در خروجی بویلر می باشد. هدف از کندانسور، کاهش حرارت گازهای خروجی از بویلر، پایین آوردن نقطه شبنیم کندانسه کردن، کنترل و جمع آوری آب از ترکیب بخار و گاز خروجی می باشد.

مزیت استفاده از سیکل VODOLET آن است که نه تنها باعث برطرف شدن عیب فوق می شود بلکه در شرایط خاص آب تولید شده از فرآیند احتراق، رطوبت محیط و همچنین آب حاصل از چگالش بخار تزریقی توسط کندانسور به سیکل اضافه می شود. همچنین آزمایشات مختلف و مکرر نشان داده است که خوردگی نیز اتفاق نمی افتد.

از مزایای روش تزریق بخار به سیکل توربین گازی به شرح زیر می باشد:

1- تولید اکسیدهای نیتروژن به میزان کم و ناچیز

2- عدم وابستگی شرایط عملکرد و راندمان سیکل به عوامل محیطی

3- اشغال فضای کم

4- هزینه پایین تعمیرات و نگهداری

هزینه تبدیل سیکل توربین گاز با تزریق بخار کم بوده و حدود صد دلار برای هر کیلووات افزایش یافته می باشد، همچنین پیاده کردن این سیستم نیاز به تغییرات اساسی در سیکل ندارد.

فصل ششم

بازیافت حرارت از دود خروجی توربین گاز

یکی از روشهای افزایش راندمان سیکل های گازی استفاده از دود خروجی از توربین گازی می باشد. بنابر قانون دوم ترمودینامیک نمی توان موتور حرارتی ساخت که تنها با یک منبع سرد یا گرم تبادل حرارت نموده و کار یا توان تولید نماید. در مورد سیکل گازی به عنوان یک موتور حرارتی، منبع گرم محصولات احتراق حاصل از سوختن مخلوط سوخت و هوا در اطاق احتراق توربین گازی می باشد. منبع سرد نیز هوای محیط است. با توجه به اختلاف دمای بسیار بالا بین دود خروجی از توربین گازی با هوای محیط حرارت بسیار زیادی با منبع سرد مبادله شده و در واقع تلف می شود. بنابراین امروزه تلاشهای بسیار گسترده ای در سراسر دنیا توسط طراحان سازنده برای بهره برداری از این انرژی اتلافی صورت گرفته است.

واضح است که بازیابی انرژی باعث افزایش راندمان سیکل گازی و کاهش سوخت مصرفی در سیکل می گردد. در مورد توربین گاز معمولاً دو نوع بازیاب حرارت مطرح می شود:

1- گرم کردن هوای خروجی از کمپرسور

2- تولید بخار به وسیله بویلر بازیاب

در ادامه این روشها به همراه مزایا و معایب هر یک بررسی می گردد.

6-1- گرم کردن هوای خروجی کمپرسور

در این روش هوای خروجی از کمپرسور از داخل یک مبدل حرارتی که با گازهای خروجی از توربین گرم می شود عبور می کند. سپس هوای گرم وارد اتاق احتراق شده و مقداری از آن برای سوخت مورد استفاده قرار می گیرد.

با توجه به گرم بودن هوا، عمل اختلاط با سوخت و احتراق بهتر انجام شده و سوخت کمتری برای رسیدن به شرایط مناسب جهت ورود به توربین مورد نیاز خواهد بود. بنابراین با کم شدن مصرف سوخت بازده حرارتی افزایش می یابد. با اضافه کردن بازیاب حرارتی به سیکل، توربین، کمپرسور و کار خالص تولیدی تحت تأثیر قرار نمی گیرند.

**********************************************

شکل (6-1) مسیر جریان هوا و دود در توربین گاز با بازیاب حرارتی

دیاگرام های (P-V) و (T-S) سیکل توربین گاز با بازیاب حرارت در شکل (6-2) نشان داده شده است.

*******************************************

شکل (6-2) دیاگرام های (p-r) و (T-S) سیکل توربین گاز با بازیاب حرارتی

با توجه به دیاگرام (T-S) هوای فشرده در مرحله 2 وارد مبدل حرارتی می شود و با فشار ثابت از  تا  گرم می شود. این افزایش حرارت از انرژی گازهای خروجی توربین گاز تأمین می گردد. دود خروجی توربین با دمای  وارد مبدل حرارتی شده و با دمای  از آن خارج می گردد. اگر تبادل حرارت به طور کامل انجام گیرد در حالت ایده آل دمای هوای خروجی از مبدل حرارتی ( ) برابر دمای گازهای ورودی به آن ( ) و همینطور دمای هوای ورودی با دمای دود خروجی برابر خواهد بود هوا پس از عبور از مبدل وارد محفظه احتراق شده و تا دمای  گرم خواهد شد.

مزیت بازیابی انرژی دود خروجی از توربین گاز کاهش حرارت داده شده در اتاق احتراق از مقدار  می باشد. به این ترتیب بازده حرارتی افزایش خواهد یافت.

با فرض عبور kj1 هوا از داخل کمپرسور (اگر از جرم سوخت صرف نظر شود)، مساوی بودن گرمای ویژه هوا و گاز خروجی از اتاق احتراق، کار خروجی از کمپرسور به روش زیر محاسبه می گردد:

کار واقعی توربین: (6-1)                                

کار واقعی کمپرسور: (6-2)                            

کار خالص واقعی: (6-3)                                

حرارت افزوده شده: (6-4)                             

بنابراین راندمان حرارتی برابر خواهد شد با:

(6-5)                         

با توجه به اینکه  معادله فوق را می توان به صورت زیر نوشت:

(6-6)                         

در عمل تبادل حرارت کامل در دستگاه مبدل حرارتی امکان پذیر نیست به همین سبب میزان مؤثربودن مبدل حرارتی یا بازیاب حرارتی به صورت زیر تعریف می شود:

(6-7)                         

یکی از دلایل متداول نبودن استفاده از این روش، پایین بودن ضریب انتقال حرارت از یک گاز به گاز دیگر می باشد. حداکثر ضریب تأثیر آن در صورتی که سطح تبادل حرارت زیاد باشد در حدود 75% است[6].

از دیگر معایب این روش، افت فشار هوا در مبدل حرارتی می باشد. این افت فشار با افزایش سطح تبادل حرارتی افزایش می یابد. افت فشار باعث کاهش کار تولید شده در توربین و در نتیجه کاهش قدرت و راندمان می گردد.

در شکل (6-3) تأثیر بازیاب حرارتی بر روی راندمان حرارتی بر حسب نسبت فشارهای مختلف نشان داده شده است:

******************************************

شکل (6-3) تغییرات راندمان حرارتی توربین گاز بر حسب نسبت فشار برای مقادیر مختلف راندمان بازیاب

با توجه به شکل تا مقدار معینی از نسبت تراکم با افزایش نسبت تراکم راندمان حرارتی زیاد می شود و پس از مقدار معینی از نسبت فشار یعنی موقعی که دمای هوای فشرده بیشتر از دمای دود خروجی توربین باشد راندمان حرارتی کاهش می یابد. همچنین راندمان حرارتی در نسبت فشارهای کم، یعنی در جاهایی که دما هوای متراکم شده پایین باشد حداکثر است.

6-2- تولید بخار به وسیله بویلر بازیاب

دمای محصولات احتراق خروجی از توربین گاز حدود Cْ540 می باشد که تابعی از بار واحد است. همچنین دبی محصولات احتراق برابر 3 تا 4 کیلوگرم بر ثانیه به ازای هر مگاوات تولیدی می باشد[6].

با توجه به بالا بودن دما و دبی دود خروجی از توربین انرژی بسیار زیادی در حدود 5/1 برابر توان خروجی توربین به هدر می رود. در صورت استفاده از این انرژی اتلافی برای تولید بخار در بویلر بازیاب می توان راندمان سیکل را افزایش داد. البته لازم به ذکر است به علت وجود اکسیدهای گوگرد در محصولات احتراق نمی توان دمای دود را از نقطه شبنم پایین تر آورد.

بخار تولیدی را می توان جهت تولید برق در یک نیروگاه بخار، مصارف مختلف صنعتی نظیر آب شیرین کن ها، صنایع نساجی، سیستم های گرمایشی و سرمایشی به کار برد. به عبارت دیگر توان تولید همزمان برق و حرارت (Cogeneration) داشت. همچنین می توان از بخار تولیدی در یک چیلر جذبی برای ایجاد برودت استفاده کرد که این سیستم به نام تولید همزمان برق، حرارت و غیره (Trigeneration) معروف است. راندمان تولید همزمان گرما و برق بسیار بالا و در حدود 70% تا 90% می باشد. بنابراین استفاده از این روش راندمان کل مجموعه را بسیار بالا خواهد برد.

*********************************************

شکل (6-4) یک نمونه بویلر بازیاب حرارتی

شکل (6-4) مربوط به یک نمونه بویلر بازیاب حرارتی می باشد. بویلر بازیاب یک مبدل حرارتی با جریان متقاطع است که در آن انتقال حرارت به روش جابجایی صورت می گیرد بر حسب نیاز بویلر شامل سوپرهیتر، اوپراتور، اکوتومایزر خواهد بود. با توجه به مشخصات بخار مصرف و نوع استفاده از آن از بویلرهای بازیاب گوناگون استفاده می شود. متداولترین بویلرهای بازیاب موجود به صورت زیر می باشد.

- بویلرهای عمودی

- بویلرهای افقی

- بویلرهای بدون مشعل

- بویلرهای بازیاب با مشعل

*************************************

شکل (6-5) یک نمونه بویلر بازیاب مشعل دار

6-2-1- استفاده از بخار تولیدی در یک سیکل ترکیبی

به منظور مقایسه دو سیکل بخار و گاز، تحولات هر دو سیکل در یک دیاگرام (T-S) رسم شده است. با توجه به دیاگرام (7-6) می توان به اندازه سطح (6-10-9-8-7-6) از میزان حرارت تلف شده بازیابی نمود.

********************************************

شکل (6-6) دیاگرام T-S در سیکل گازی و بخاری

با توجه به اینکه دمای گازهای خروجی از توربین گازی در کل تحول خنک شدن آن (1-4) از دمای آب و بخار سیکل بخاری در کل تحول گرم شدن آن در دیگ بخار (6-9) بالاتر می باشد. بنابراین به راحتی می توان عمل گرایش آب در دیگ بخار یک نیروگاه بخاری ساده را توسط گازهای خروجی توربین گازی انجام داد و احتراق در بویلر نیروگاه بخاری را حذف نمود. این اقدام در واقع یکی از مهمترین و متداولترین روش های افزایش راندمان حرارتی بوده و سیکل ترکیبی نمایده می شود.

*************************************

شکل (6-7) دیاگرام ساده سیکل ترکیبی

در شکل (6-7) دیاگرام اجزاء ساده ترین سیکل ترکیبی نشان داده شده است با توجه به شکل بویلر بازیاب حرارتی جزء ارتباط دهنده دو سیکل گازی و بخاری بوده و از اهمیت ویژه ای برخوردار است در حالت ساده راندمان سیکل گازی از معادله زیر محاسبه می شود.

(6-8)                                                 

در سیکل ترکیبی با توجه به اینکه جهت تولید بخار از هیچ احتراقی اضافه بر احتراق توربین گازی جهت تولید بخار استفاده نشده است، راندمان از معادله زیر محاسبه می شود:

(6-9)                                                 

در معادلات فوق  راندمان سیکل گازی،  راندمان سیکل ترکیبی، Wnetg کار خالص سیکل گازی Wnets کار خالص سیکل بخاری، QH حرارت داده شده توسط محصولات احتراق در سیکل گازی به هوا (به علاوه خود محصولات احتراق) می باشد. بررسی معادلات نشان دهنده بزرگتر بودن راندمان سیکل ترکیبی نسبت به سیکل گازی می باشد. چرا که کار توربین بخار با استفاده از تلفات حرارتی تولید شده است.

از نقاط ضعف سیستم سیکل ترکیبی می توان به هزینه اولیه زیاد آن و همچنین مقرون به صرفه بودن فقط برای توربین های گازی با ظرفیت بالاتر از 100 مگاوات اشاره نمود.

فصل هفتم

گرمایش مجدد گازها در توربین

درسیکل گازی با گرم کردن مجدد گازها پس از خارج شدن از توربین اول در یک اتاق احتراق می توان کار بیشتری به دست آورد این سیکل شامل یک توربین دوطبقه است که قبل از هر طبقه یک اتاق احتراق قرار دارد و دمای گازی که در اثر انبساط در توربین اول کاهش یافته، دوباره افزایش می یابد و تقریباً به دمای اولیه که هنگام ورود به توربین گاز اولی داشته است رسانده می شود و وارد توربین دوم می گردد. با توجه به اینکه گاز خروجی از توربین اولی دارای حدود 85% هوا می باشد می توان مقدار دیگری سوخت به داخل آن تزریق و احتراق را بدون نیاز به هوای رسانی جدید انجام داد. شکل (7-1) دیاگرام شماتیک چنین سیستمی را نشان می دهد.

*****************************************

شکل (7-1) دیاگرام توربین گاز با گرمکن مجدد

در سیکل گازی به همراه گرمکن مجدد، کار خالص در مقایسه با سیکل آرمانی بدون گرمکن بیشتر است، همچنین راندمان این سیکل نسبت به سیکل اصلی کمتر می باشد شکل (7-2) دیاگرام (T-S) سیکل توربین گاز با گرمکن مجدد را نشان می دهد[6].

برای حداکثر شدن قدرت خروجی گرم کردن مجدد باید در نسبت فشار مناسب صورت گیرد. کار کمپرسور تحت تأثیر گرم کردن مجدد گاز قرار نمی گیرد. بنابراین برای حداکثر شدن قدرت خروجی، باید شرایط را تعیین نمود که در آن کار توربین حداکثر باشد.

******************************************

شکل (7-2) دیاگرام (T-S) سیکل توربین گاز با گرمکن مجدد

شکل (7-3) دیاگرام اثر نسبت فشار و درجه حرارت ورودی توربین گاز در سیکل با گرمایش مجدد را نشان می دهد. مطابق این شکل راندمان سیکل گرمایش مجدد کمتر از راندمان سیکل ساده است ولی به میزان 35% قدرت خروجی بیشتر تولید می شود.

این سیستم در سیکل گازی در حال بهره برداری قابل اجراء نمی باشد، با توجه به افزایش سوخت مصرفی، کاهش راندمان سیکل و هزینه بالای سرمایه گذاری آن روش مذکور در نیروگاه ها معمول نمی باشد، گرمای مجدد گازها در توربوجت ها می تواند کاربرد داشته باشد.

*************************************

شکل (7-3) دیاگرام ثر نسبت فشار و درجه حرارت ورودی توربین گاز در سیکل با گرمایش مجدد

فصل هشتم

نتیجه گیری

روش های بهینه سازی بازدهی و قدرت خروجی توربین گازی را می توان بر حسب مورد به دو دسته تقسیم بندی نمود:

1- واحدهای گازی در حال بهره برداری با تغییرات جزیی

2- واحدهای گازی در دست برنامه ریزی و طراحی با تغییرات اساسی

ویژگی های متمایز این دو نوع حالت، باعث کارایی و امکان اعمال روش های خاص برای هر یک می شود. به عنوان مثال از ویژگی های واحدهای در حال بهره برداری می توان به موارد زیر اشاره نمود.

- بسیاری از شرایط اساسی واحد که بستگی به اجزاء اصلی نظیر توربین و کمپرسوردار دارد تعیین شده اند.

- تغییرات اساسی پرهزینه است.

- تغییر هر یک از پارامترها می تواند بر بقیه تأثیر بگذارد و باید این تأثیرات بررسی شوند.

- شرایط آب و هوایی، ارتفاع، نوع توربین و مکان و فضای مورد نیاز برای نصب هر سیستم بهبود و توان خروجی، محدودیت های را اعمال می نمایند.

و از ویژگی های واحد در دست طراحی و برنامه ریزی را می توان به شرح زیر در نظر گرفت.

- شرایط اساسی و کلی واحد و نیز پارامترهای طراحی در اختیار ماست

- هرگونه طراحی از محدودیت هایی که در شرایط بهره برداری وجود دارد قابل بررسی و طراحی است.

روش های بررسی شده در فصل های قبلی بر روی توربین های گازی مختلف در سراسر دنیا نصب شده اند با توجه به موقعیت محل توربین گاز، شرایط آب و هوایی منطقه، نوع توربین، میزان کارکرد آن و میزان توانایی سرمایه گذاری یکی از روش های مذکور را انتخاب و اجرا می گردد. برخی از این روشها موجب افزایش قدرت و برخی دیگر موجب افزایش راندمان کلی سیکل می شوند.

خنک کاری میانی هوا در کمپرسور باعث افزایش قدرت خروجی از توربین می شود اما اجرای این روش نیازمند اصلاحات بر روی کمپرسور توسط شرکت سازنده می باشد و برای توربین های در حال بهره برداری توصیه نمی گردد. ضمن اینکه این سیکل راندمان کلی را کاهش می دهد.

سرمایه گذاری اولیه برای نصب کمپرسور و خنک کن میانی، میزان مصرف انرژی و هزینه های نگهداری بسیار بالا می باشد.

روش پاشش آب به ورودی کمپرسور به طریق مه (Fog) نیز برای مناطق گرم و خشک کاربرد دارد و در مناطق با رطوبت بالا جواب نمی دهد. خنک کاری هوا فقط با نقطه اشباع آن می تواند صورت گیرد و راندمان سیستم تولید مه در کاهش دمای هوا تا حد اشباع حدود 100% می باشد. فضای موردنیاز برای نصب تجهیزات این سیستم بسیار کم بوده و نیازی به تغییر ساختار اتاق فیلتر نمی باشد. زمان لازم برای نصب در حد یک الی دو روز می باشد. مصرف آب آن کمتر از سایر روش های خنک کاری تبخیری و هزینه سرمایه گذاری، افت فشار در هوای ورودی در این روش کمتر از سایر روش های خنک کاری می باشد. معمولاً هزینه تمام شده کل سیستم حدود 30 دلار برای هر کیلووات تولیدی می باشد.

از دیگر روش های تبخیری روش مدیا می باشد. این سیستم نیز فقط در مناطق گرم و خشک کاربرد دارد. راندمان عملکرد آن حدود 85% می باشد. هزینه سرمایه گذاری و تعمیر و نگهداری سالیانه پایین می باشد. هزینه تمام شده کل سیستم مدیا، تقریباً با هزینه تمام شده سیستم مه پاش مساوی است سیستم فوق باعث افزایش قدرت خروجی از توربین، افزایش عمر مفید، فیلتر خشک کاهش مقدار Nox تولیدی، میرای اغتشاشات جریان می گردد. اما در این روش سرعت هوا هنگام عبور از سطوح مدیا باید پایین باشد. در سیستم های تبخیری متداول به دلیل پایین بودن راندمان و کاهش زیاد افت فشار هوا، هرگز حداثکر خنک کاری انجام نمی شود.

ذخیره سازی سرما با آب یا یخ از دیگر روش های افزایش قدرت خروجی می باشد که در زمان های پیک مورد استفاده قرار می گیرد. این روش در مناطق گرم کاربرد دارد و رطوبت هوا تأثیری بر عملکرد آن ندارد. مزیت اصلی این روش استفاده از برق در زمان های غیرپیک و افزایش تولید برق در ساعت های پیک می باشد. البته این سیستم با توجه به اندازه تجهیزات آن، قادر است ساعت های محدودی خنک کاری هوا را انجام دهد. هزینه سرمایه گذاری اولیه و هزینه های تعمیر و نگهداری آن در مقایسه با سایر سیستم ها بالا می باشد.

استفاده از چیلر جذبی به همراه مبدل حرارتی برای افزایش قدرت خروجی (در تابستان و در ساعت های گرم روز که معمولاً ساعت های پیک مصرف برق نیز می باشند) استفاده می شود.

محدودیتی برای استفاده از این روش در مناطق مرطوب وجود ندارد. بنابراین این سیستم در نواحی جنوبی ایران بهترین عملکرد را دارد. استفاده از چیلر جذبی به همراه بویلر بازیاب حرارتی بسیار مناسب می باشد. زیرا علاوه بر استفاده از بخار بویلر در چیلر، باقیمانده آن را می توان جهت مصارف، نظیر تولید آب شیرین، تولید سرمایشی سردخانه و... استفاده نمود البته هزینه سرمایه گذاری اولیه و هزینه های تعمیر و نگهداری آن پایین تر از سیستم ذخیره سازی سرما و بالاتر از روش های تبخیری می باشد.

روش تزریق آب داغ به داخل کمپرسور با تبدیل فرآیند آدیاباتیک صورت گرفته در کمپرسور به فرآیند شبه دما ثابت (Quasi-isothermal) مقداری انرژی هدر رفته در کمپرسور را کاهش می دهد. این روش باعث افزایش راندمان سیکل و قدرت خروجی از توربین می گردد.

محدودیتی برای استفاده از سیستم فوق در شرایط آب و هوایی متفاوت وجود ندارد. هزینه سرمایه گذاری آن در مقایسه با افزایش قدرت خروجی از توربین مناسب می باشد. از مسائل اساسی این سیستم این است که قطرات آب باید از کیفیت بسیار بالایی برخوردار بوده و بسیار ریز باشند. به طوری که در کمتر از 10 میلی ثانیه تبخیر شوند البته مشکل فوق امروزه با استفاده از نازلهای چرخشی تا حدودی رفع شده است، با استفاده از این روش میزان Nox تولیدی حدود 40% کاهش می یابد.

سیستم تزریق بخار به محفظه احتراق برای افزایش راندمان و قدرت خروجی از توربین استفاده می شود. با اعمال این روش تولید اکسیدهای نیتروژن بسیار پایین می آید. تجهیزات آن فضای بسیار کمی را اشغال می کنند. عملکرد سیستم به شرایط و عوامل محیطی وابسته نمی باشد. هزینه تبدیل سیکل ساده توربین گاز ساده به سیکل تتوربین گاز با تزریق بخار نسبتاً پایین بوده و حدود صد دلار برای هر کیلووات افزایش یافته می باشد. اما برای اجرای طرح باید فضای عبوری از توربین با اصلاح پره ها افزایش یابد. هدر رفتن بخار تزریقی یکی از معایب آن می باشد که در سیستم های جدید این مشکل با بازیاب آب برطرف شده است ولیکن هزینه سیستم کامل با بازیاب آب نسبتاً بالا می باشد.

ترکیب سرمایش تبخیری با استفاده از آب سرد چیلر انژکتوری برای افزایش قدرت خروجی و راندمان می شود و در تابستان به اختلاف دمای بسیار مطلوبی دست می یابیم در این روش نیز باید توجه داشت که گرد و غبار موجود در هوا که جذب آب می شود باید همواره از درون سیکل خارج شود و به نظر می رسد چنانچه از ترکیب دو سیستم سرمایش تبخیری توسط آب سرد خروجی از چیلر انژکتوری استفاده نماییم بسیار مناسب می باشد و می توانیم به نحوه مطلوبی راندمان توربین گاز را افزایش دهیم بدون آنکه افت فشاری بر روی هوای ورودی ایجاد نماییم.

جهت های بخار (انژکتورها) با توجه به اینکه قطعات مکانیکی گردان ندارد از عمر بالایی برخودار خواهند بود و نیز از لحاظ زیست محیطی چون بخار آب دارای کمترین آلودگی می باشد لذا جهت حفظ محیط زیست بسیار مناسب می باشد.

هزینه سرمایه گذاری و تعمیر و نگهداری آن نسبت به سایر روش های خنک کنندگی چیلری کمتر بوده ولی نیاز به بخار کافی می باشد که مورد استفاده در واحدهای نیروگاهی سیکل ترکیبی را ملزم می نماید.

یکی از راه های افزایش راندمان سیکل های گازی استفاده از حرارت گازهای خروجی آن می باشد این حرارت را با گرم کردن هوای خروجی از کمپرسور یا تولید بخار در یک بویلر، بازیاب نمود. گرمایش هوای خروجی از کمپرسور به دلیل پایین بودن ضریب انتقال حرارت از یک گاز به یک گاز دیگر، افت فشار هوا در مبدل حرارتی و عدم استفاده از کل انرژی دود خروجی رایج نمی باشد.

استفاده از بویلر بازیاب در سیکل های ترکیبی بسیار معمول می باشد. بخار تولیدی می تواند در یک توربین بخار استفاده گردد با این کار راندمان سیکل حاصل حداکثر تا 45% خواهد بود. بویلر بازیاب می تواند در کنار سایر سیستم های افزایش قدرت و توان نظیر ذخیره سازی سرما، چیلر جذبی، تزریق بخار به کمپرسور و محفظه احتراق استفاده شود. بخار را می توان برای سایر کاربردهای صنعتی به کار برد، با تولید همزمان برق و حرارت (Cogemeration) و یا تولید همزمان برق و حرارت و سرما (Trigeneration) راندمان کل مجموعه توربین گازی و سیستم بازیافت بسیار بالا خواهد بود. این راندمان حدود 70% تا 90% می باشد.

برای افزایش قدرت خروجی از توربین روش گرمایشی مجدد وجود دارد. در سیکل گازی با گرم کردن مجدد گازها پس از خارج شدن از توربین اول در یک اتاق احتراق با سوخت ترکیب و سوزانده می شود و سپس وارد توربین دوم می شوند. در این سیستم به صورت دوطبقه می باشد.

راندمان سیکل گرمایش مجدد کمتر از راندمان سیکل ساده است ولی حدود 35% قدرت خروجی بیشتر تولید می شود. میزان سوخت نیز افزایش می یابد. هزینه سرمایه گذاری آن بالا بوده و برای توربین های در حال بهره برداری قابل اجرا نمی باشد. بنابراین سیستم فوق برای افزای قدرت واحدهای گازی نیروگاه ها توصیه نمی شود.

برای افزایش قدرت و راندمان سیکل های ترکیبی (Combined cycle) از سیستم های فوق نیز می توان استفاده نمود ولیکن باید به این نکته توجه نمود که عموماً میزان افزایش قدرت خروجی و راندمان در این نوع نیروگاه ها در مقایسه با سیکل توربین گازی ساده کمی کمتر خواهد بود.

 

مراجع

1- مهندس مهدی گلزاری اسکویی، توربین های گازی

2- محمد محمد الوکیل، ترجمه کاظم سرابچی، نیروگاه های حرارتی

3- دکتر عامری، افزایش راندمان توربین گازی با کاهش دمای هوا

4- کوروش مختصر، اماکن سنجی افزایش قدرت خروجی توربین گازی با استفاده از خنک کردن هوای ورودی با استفاده از ذخیره سازی سرما، پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه صنعت آب و برق 1380

5- دکتر علوی، افزایش راندمان توربین گازی با سرد کردن هوای ورودی به کمپرسور و احیاء آب محصولات احتراق خروجی از دودکش

6- احمد اکبری رحیم آبادی، مهدی صادق قلعه بالا، افزایش توان تولیدی توربین های گازی نوشان و چابهار با استفاده از سیستم چیلر جذبی، پایان نامه کارشناسی، دانشکده صنعت آب و برق، 1381

7- علیرضا افراد، ابراهیم محمدی، بررسی افزایش قدرت و راندمان توربین گازی سری GE-F5 نیروگاه مشهد با تزریق بخار، پایان نامه کارشناسی، دانشکده صنعت آب و برق

8- نخستین همایش علمی تخصصی افزایش قدرت خروجی توربین های گازی دفتر بهینه سازی مصرف انرژی وزارت نیرو، شرکت سهامی خدمات مهندسی برق، مشاهیر، تهران خرداد 1381

 



[1] - یک گالن برابر 16 لیتر است.




:: برچسب‌ها: توربین گاز
ن : ع غ
ت : ۱۳٩٠/٦/٢۸
نظرات ()

مقایسه موتورهای توربو شارژ و سوپر شارژ

 

 

الف) توربوشارژر(Turbocharger):

زمانی که مردم درباره خودروهای مسابقه ای یا موتورهایی با بازدهی و عملکرد بالا صحبت می کنند معمولاً بحث توربوشارژرها مطرح می شود. توربوشارژرها همچنین در موتورهای دیزلی بزرگ نیز استفاده می شوند.

توربوشارژر یک کمپرسور می باشد که توان خروجی موتورهای احتراق داخلی را در اثر افزایش میزان جرم هوا و سوخت ورودی به موتور افزایش می دهد. یکی از مزایای بزرگ توربوشارژرها آن است که افزایش قدرت خروجی موتور آنها در مقایسه با وزن آنها بسیار ناچیز است و این یکی از دلایلی است که باعث شده توربوشارژرها تا این اندازه محبوب و معروف گردند.(شکل ۱ را نگاه کنید)

 

شکل ۱ -  یک نمونه از توربوشارژر

 

نحوه عملکرد توربوشارژر:

یک توربوشارژر از یک کمپرسور گریز از مرکز و یک توربین گازی تشکیل شده است که توربین گازی توسط پیچ به مانیفولد دود متصل می شود و گازهای خروجی از موتور باعث چرخش توربین گاز شده و به سبب آن کمپرسور که توسط یک شفت به توربین گازی متصل است شروع به چرخش نموده و هوای محیط را مکش کرده و سپس آن را متراکم کرده و به طرف موتور می فرستد و هوای ورودی بیشتر به موتور به معنی سوخت بیشتر به داخل موتور و هوا و سوخت بیشتر به معنی انرژی و قدرت خروجی موتور می باشد. سرعت چرخش توربین با توجه به استفاده توربوشاررژ می تواند متفاوت باشد و اکثراً دارای سرعتهای چرخش بالا هستند به همین دلیل باید از یاتاقانهای مخصوصی استفاده گردد که بتواند نیروی حاصل از چرخش شقت را تحمل کند که معمولاً از یاتاقانهای سیال (fluid  bearing) استفاده می شود. در یاتاقانهای سیال بین شفت و یاتاقان یک لایه روغن قرار دارد که روغن فوق دو وظیفه مهم بر عهده دارد:      

  ۱- باعث خنک شدن شفت و سایر قسمتهای توربوشارژر می شود  

  ۲- باعث از بین رفتن اصطکاک بین شفت و یاتاقان هنگام چرخش می شود.(شکل ۲ را نگاه کنید)

 

 

 

شکل ۲- داخل یک توربوشارژر

 

 

نکاتی در مورد طراحی یک توربوشارژر:

 

۱- تقویت بیش از اندازه:

 اگر فشار تولیدی توربوشارژر خیلی زیاد باشد همان طور که می دانید این امر باعث بالا رفتن درجه حرارت هوای ورودی به موتور شده و در نتیجه سوخت قبل از آن که توسط شمع محترق شود دچار خودسوزی شده که به پدیده فوق ضربه (Knocking) می گویند که برای جلوگیری از پدیده فوق می بایست از بنزین با درجه اکتان بالاتر استفاده نموده و یا نسبت تراکم موتور را کاهش دهیم.

۲- پس افت (Lag):

یکی از مشکلات توربوشارژر آن می باشد که توربوشارژرها نمی توانند یک قدرت فوری را زمانی که شما پدال گاز را فشار می دهید، ایجاد نمایند و مدت زمانی طول می کشد تا توربین گاز چرخیده و هوای متراکم شده را به داخل موتور بفرستد. به همین خاطر شما در اول حرکت خودروی خود احساس یک حرکت ناگهانی به طرف جلو می کنید. دلیل این موضوع نیروی اینرسی (واماندگی) قسمت چرخنده توربین گاز می باشد. اما می توانیم با تمهیداتی نیروی اینرسی را کاهش داده تا توربین گاز بتواند در مدت زمان کوتاهی شتاب گرفته و دیگر پدیده پس افت ایجاد نشود، که در زیر به مواردی اشاره می کنیم:

 

الف) استفاده از توربوشارژرهای کوچک به جای توربوشارژرهای بزرگ:

 یکی از راههای که می توانیم نیروی اینرسی توربین گاز را کاهش دهیم آن است که از توربوشارژرهای کوچک استفاده نمائیم زیرا توربوشارژرهای کوچک سریعتر شتاب گرفته و در دور پائین موتور تقویت بهتری ایجاد می نمایند اما نمی توانند تقویت بیشتری را در دورهای بالای موتور که ما نیاز به وارد نمودن حجم بیشتری از هوا به موتور هستیم را تولید کنند و نیابد دور توربین گاز در آنها خیلی بالا رود. در جاهائی که ما نیاز به شتاب بالا در توربین گاز و مقدار بیشتری از هوای ورودی به موتور داریم می توانیم از دو توربو شارژر کوچک که به صورت مجزا از یکدیگر می باشند، استفاده نمائیم که شرکتهای خودروسازی همچون تویوتا، آئودی، مزدا این نوع توربوشارژر را در برخی از تولیدات خود به کار برده اند. به توربوشارژرهای فوق توربوشارژرهای دوقلو (Twin Turbocharger) نیز می گویند.

 

ب) استفاده از توربین گاز با پره های سرامیکی:

همان طور که می دانید توربین گاز با پره های سرامیکی سبکتر از توربین گاز با پره های فولادی هستند در نتیجه این امر باعث می شود که توربین گاز سریعتر شتاب گرفته و نیروی اینرسی کاهش یابد.

 

ج) استفاده از یاتاقانهای توپی (Ball Bearing) به جای یاتاقانهای سیالی:

 برخی از توربوشارژرها از یاتاقانهای توپی به جای یاتاقانهای سیالی استفاده می کنند که یاتاقانهای فوق بسیار دقیق و از مواد پیشرفته و خاصی ساخته شده اند تا بتوانند سرعت و حرارت شفت را کنترل نمایند. یاتاقانهای توپی باعث می شوند که شفت با اصطکاک کمتری بچرخد و همچنین این نوع یاتاقانها به ما اجازه می دهد تا از شفتهای کوچکتر و سبکتر استفاده نمائیم که امر فوق باعث می شود تا توربین گاز با شتاب بیشتری چرخیده و نیروی اینرسی آن کاهش یابد.

 

د) استفاده از توربوشارژرهای ترتیبی (Sequential Turbocharger):

 برخی از موتورها از دو توربوشارژر با اندازه مختلف استفاده می کنند که توربوشارژر کوچکتر در دور پائین موتور تا پس افت را کاهش دهد استفاده دارد اما توربو شارژر بزرگتر در دورهای بالاتر موتور که نیاز به تقویت و حجم بیشتری از هوا داریم کاربرد دارد. این نوع توربوشارژر در ب.ام.و سری 5 مدل 535d استفاده شده است.

 

مکانیزم کنترل توربین گاز (Waste Gate):

بسیاری از توربوشارژر خودروها یک سوپاپ بایپس یا گذرگاه فرعی(Waste Gate) دارد که باعث می شود در توربوشارژرهای کوچک میزان چرخش آنها از حد مجازی تجاوز نکند. در واقع سوپاپ بایپس فشار داخل توربین گاز را حس کرده و اگر فشار آن بالا باشد سوپاپ فوق باز شده و مقداری از گاز را به خارج از محفظه توربین گاز هدایت می کند تا این که فشار به میزان مطلوبی برسد.

 کولر داخلی (Inter Cooler):

همان طور که می دانید زمانی که هوا فشرده می شود آن گرم شده و منبسط می شود اما هدف از استفاده توربوشارژرها افزایش میزان چگالی ورودی به موتور (تعداد بیشتری از مولکولهای هوا) می باشد. به همین خاطر از کولرهای داخی استفاده می کنند تا هوای فشرده خروجی از کمپرسور را خنکتر کند تا میزان چگالی آن افزایش یابد. (شکل ۳ را ببینید)

 

 

شکل۳- مدار یک سیستم تقویت کننده (توربوشارژر) به همراه کولر داخلی

 

 

ب) سوپر شارژ (Supercharge)

ساختار موتورهای سوپر شارژ مشابه توربو شارژ است با این تفاوت که در سوپر شارژها توربین وجود ندارد و کمپرسور قدرت خود را مستقیما (با استفاده از تسمه یا زنجیر) از موتور گرفته و هوای ورودی به سیلندر را فشرده می کند.

با این که استفاده  از سوپر شارژها مقداری از قدرت موتور را میگیرد اما در موارد خاص که ایجاد سرو صدای کمتر مهم بوده یا قیمت تمام شده از اهمیت بیشتری برخوردار است یا فضای کمی در محفظه موتور موجود باشد از سوپر شارژ استفاده می کنند.

در مجموع با توجه با این که توربو شارژها از انرژی گاز خروجی که بلا استفاده است, استفاده می کنند از بازده بهتری برخوردار میباشند.

 

 




:: برچسب‌ها: مقایسه موتورهای توربو شارژ و سوپر شارژ
ن : ع غ
ت : ۱۳٩٠/٦/٢۸
نظرات ()

توربو شارژ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

تاریخچه :
        توربو شارژ در سال 1905 میلادی توسط مهندس مکانیک سوئیسی آلفرد بوچی اختراع شد . توربوشارژ عبارتست از نوعی کمپرسور توربینی و یک کمپرسور گریز از مرکز که توسط یک شفت که با اتصال فلانچی به آن متصل شده را می چرخاند، توربین گازی توسط پیچ به مانیفولد دود متصل می شود و گازهای خروجی از موتور باعث چرخش توربین گاز شده و به سبب آن کمپرسور که توسط یک شفت به توربین گازی متصل است شروع به چرخش نموده و هوای محیط را مکش کرده و سپس آن را متراکم و به طرف موتور می فرستد. هوای ورودی بیشتر به موتور، به معنی سوخت بیشتر به داخل موتور،و هوا و سوخت بیشتر به معنی افزایش انرژی و قدرت خروجی موتور می باشد .
یکی از مطمئن ترین راهها برای افزایش توان موتور ها، افزایش مقدار هوا و سوختی است که در سیلندرآنها می سوزد برای این منظور افزودن تعداد سیلندرها یا بزرگ کردن هر یک از سیلندرها یکی از روش هاست اما در بعضی مواقع امکان این کار وجود ندارد. یک راه برای افزایش قدرت موتور که ساده تر و با صرفه تر می باشد استفاده از توربو شارژ در موتوراست که بدون نیاز به تغییر در حجم و وزن موتورتوان آن را افزایش می دهد. برای افزایش توان موتور از توربوشارژها درخودروهای پر سرعت مسابقه ای و سوپر اسپرت هاو حتی خودروهای خانوادگی و در موتورهای دیزلی بزرگ نیز استفاده می شوند.
یک توربو شارژر ازدو قسمت اصلی تشکیل شده است" توربین و کمپرسور. در موتور هایی که توربوشارژ نصب گردیده، پس از اینکه مخلوط سوخت و هوا در داخل سیلندر متراکم شد توسط جرقه شمع محترق شده، و این احتراق باعث آزاد شدن انرژی حاصل از سوختن مخلوط گاز می گردد،حال این گاز (دود منیفولد) پس از گذراندن این سیکل، باید سیلندر را ترک کند که این گاز خروجی فشاری حداقل معادل 30 اتمسفر را دارد یعنی 30 برابر فشار داخل سیلندر .
 این گاز حاوی مقدار قابل توجهی از که می توان از این انرژی بصورت مفید استفاده کرد ولی درموتور هایی که تنفس بصورت عادی [ بدون توربوشارژ ] است گاز خروجی و انرژی موجود توسط اگزوز به بیرون رانده می شود که این عمل برابر است با اتلاف مقدار زیادی از انرژِی کنترل نشده ! 

 

توربوشارژ دارای یک محور(شفت)مرکزی است که یک سر این محور به یک توربین متصل است که براثر برخورد گاز های خروجی با پره های این توربین ، محور شروع به چرخیدن می کند، سر دیگر این محور به یک کمپرسور متصل است که بر اثر چرخیدن هوای بیرون را با قدرت بیشتر ی مکیده و در داخل سیلندر متراکم می کند. به طور معمول توربوشارژها فشار هوا را به اندازه 6تا8 psi فشرده تر می کنند، از آنجا که فشار معمولی اتمسفر 14.5تا14.7 psi در سطح دریاست با این روش در حدود 50 درصد بیشتر هوا وارد سیلندرهای موتور خواهد شد و بازدهی واقعی نیز بین 30% تا 40 % افزایش خواهد یافت .
یکی از مزایای توربو شارژها، کمکی است که در ارتفاعات و مناطق مرتفع به موتور می کنند، موتورهای معمولی در ارتفاعات دچار کاهش شدید قدرت می شوند زیرا برای هر مکش پیستون جرم کمتری از هوا را به داخل سیلندر می کشد و حتی در صورت افزایش مقدار سوخت پاشیده شده به داخل سیلندر نیز به علت فقدان اکسیژن کافی ، احتراق کامل صورت نمی گیرد، بنابراین مساله رقیق بودن هوا موجب کم شدن قدرت موتور، در این نقاط می شود که توربو شارژها با کمپرس کردن و افزایش جرم هوای ورودی به موتور، این نقص را جبران می کنند.

نقش پره ها در کمپرسور  Housing Compressor:

توربین کمپرسور دارای پره هایی مخصوص می باشد که عامل مکش هوا و متراکم کردن آن است.

 

پره های توربین کمپرسور در توربوشارژ Housing Compressor  با دوران کردن باعث مکش هوا به داخل توربوشارژ می شوند کمپرسور نیز هوا را از مرکز تیغه هایش به داخل کشیده و توسط پره های خود، در حین چرخش به بیرون پرتاب می کند. کمپرسور معمولا بین صافی و منیفولد هوای ورودی به موتور قراردارد پره های کمپرسور می تواند بصورت تک ، دوبل و یا دوبل متغییر باشدو لازم به ذکر است که پره های کمپرسور در توربوشارژ ها که برای ایجاد قدرت در دور های پایین طراحی می شوند معمولا دارای کمپرسور هایی با پره های نزدیک به هم و بلعکس در توربوشارژ هایی که برای حصول قدرت در دور های بالا طراحی می شوند دارای کمپرسور هایی هستند که فاصله پره های آنها از هم بیشتر است .


نقش پره ها در توربین  Hosing Turbine :

 

پره های توربین Hosing Turbine در برخورد با گاز های خروجی باعث دوران محور می گردد این پره ها همیشه از نوع تکی می باشند و زاویه و انحنای آنها یکسان است .

 


امروزه برخی از شرکت ها توربوشارژهایی ساخته اند که در آن زاویه پره ها در دور های مختلف بسته به دور موتور تغییر می کند .

 Housing :

Housing  عبارت است از یک محفظه باشکل حلزونی که توربین و کمپرسور را درخود جای می دهد که هر توربوشارژ دارای دو عدد از آن میباشد .

 


همچنین به محفظه ای که توربین را در خود جای می هد turbine housing  یا  hot side  نامیده می شود و به محفظه ای که کمپرسور را در خود جای می هد cold side  یا housing compressor  می گویند .

 


در محفظه توربین ، هر چه اندازه این محفظه کوچکتر باشدفشار گاز های خروجی از  اگزوز بالا تر مانده و توربین سریع تر دور خواهد گرفت. توربو شارژ ها با محفظه کوچک برای اتومبیل های خیابانی مناسب ترند. اگر محفظه توربین بزرگتر باشد مدت زمان بیشتری طول می کشد تا توربین دور بگیرد که محفظه بعضی از مواقع تا حد سرخ شدن گرم می شود که برای خنک کردن آن ازآب یا روغن و در بعضی از هردو استفاده می شود .

فلانچ در توربوشارژ:

فلانچ یا واسطه، قطعه ای است که فلزی می باشد،

 

درتوربوشارژها معمولا از چدن یا آلومینیوم آلیاژی ساخته می شود و در حد فاصل بین توربین و کمپرسور قرار گرفته و آنها را به هم مرتبط می کند.

 

 

فلانچ ها را با توجه به نوع موتور و نوع توربو شارژ انتخاب می کنند و معمولا با کد های بین المللی  T6 و T4 ، T3 ساخته می شوند .

خروجی توربوشارژ Down pipe :

یکی دیگر از قسمتهای مهم توربوشارژ Down pipe یا خروجی آن می باشد گازهای اگزوز (دود) پس از چرخاندن توربین ، محفظه توربین را باید ترک کند که این کار از طریق این دریچه صورت می پذیرد.
 Down pipe یا خروجی توربوشارژ با توجه به محفظه توربین، اشکال مختلفی دارد ولی می توان آن را به دودسته کلی تقسیم کرد، که عبارت است از" نوع فلانچی که به توربوشارژ پیچ می شود و نوع  V-Band  که توسط دو عدد واشر و یک بست مخصوص به توربوشارژ متصل می شود. توربین بین منیفولد هوای خروجی وانباره اگزوز قرار می گیرد، تمامی گازهای خروجی موتور (اگزوز) از محفظه توربین می گذرد و انبساط این گازهای تحت فشار، بر پره های توربین عمل می کند و موجب حرکت دورانی آنها می شود.

 

 این گازها پس از گذشتن از توربین وارد اتمسفر می شوند ،توربین صدای حاصل از گازهای اگزوز را نیز خفه می کند و به این ترتیب در اکثر موارد نیازی به استفاده از انباره اگزوز نیست .
شاید بتوان نوع توربوشارژها را با توجه به قطعات بکار رفته در آن به چند شکل تقسیم بندی کرد :
عملکرد محور مرکزی آن ممکن است بصورت یاتاقانی و یا بلبرینگی باشد ،
Waste Gate که ممکن است از نوع Internal ( متصل به محفظه توربین ) یا نوع  External   بر روی منیفولد دود قرار داشته باشد ،
نوع محفظه دار ( Huosing )، توربین و کمپرسور ،
ویانوع فلانچ یا رابط توربوشارژ ومنیفولد اگزوز .

 

 


محور مرکزی که در واقع رابط بین توربین و کمپرسور است و با سرعت بسیار بالایی (100 تا 240 RPM ) دوران می کند باید در دو سر خود به چیزی تکیه داشته باشد ، که اکثر توربوشارژها دارای محورهای مرکزی یاتاقانی هستند ولی در توربوشارژهای گران قیمت که در موتور هایHighPerformance  استفاده می شوند دارای محور های مرکزی بلبرینگی هستند ودر مواردی بعضی ازنوع یاتاقانی هم کیفیت بالایی دارند .

 


محور های بلبرینگی دارای استقامت بالایی هستند بلبرینگ هایی که در این محور ها بکار گرفته می شوندچون از فزات آلیاژ ی ساخته می شوند، در مقابل حرارت و سایش بسیار مقاوم بوده و سریع تر از نوع یاتاقانی دور می گیرند .
معمولا یک توربوشارژ یاتاقانی در هر20 هزار کلومتر و نوع بلبرینگی در هر 80 هزار کیلومتر باید سرویس شود.

مکانیزم کنترل فشار در توربین Waste Gate :

برای اینکه فشار داخلی توربوشارژ با توجه به کاربرد آن تنظیم شده و از حد مجاز بالاتر نرود، سوپاپی بانام Waste Gate طراحی شده است .
(Waste Gate):
بسیاری از توربوشارژ خودروها یک سوپاپ بایپس یا گذرگاه فرعی(Waste Gate) دارد که باعث می شود

 

در توربوشارژهای کوچک میزان چرخش آنها از حد مجازی تجاوز نکند. در واقع سوپاپ بایپس فشار داخل توربین هوا را حبس کرده و اگر فشار آن بالاتر ازحد مجاز باشد سوپاپ فوق باز شده و مقداری از سیال را به خارج از محفظه توربین گاز هدایت می کند تا این که فشار به میزان مطلوبی برسد.
Waste Gate به دونوع طراحی آن صورت گرفته که عبارتند از نوع :
1)Internal Wast Gate
2)External Waste Gate .
نوع Internal Wast Gate بر روی محفظه توربین قرار می گیرد و می تواند به صورت تنظیم شونده یا ثابت باشد این نوع معمولا در توربوشارژهایی که با فشار کمتری کارمی کنند ( psi  9 تا 24 ) کاربرد دارند .
نوع External Waste Gate برروی منیفولد دود قرار گرفته و انواع 35 و 38و 40و 46 و60 میلیمتری ساخته می شود و لازم به ذکر است که فلانچ خاصی که بر روی منیفولد دود تعبیه می شود با توجه به  Waste Gateو اندازه آن طراحی می گردد .
در انواع سوپاپ 35و 38 میلیمتری از فلانچ لوزی شکل استفاده می گردد و در انواع دیگر بصورت مربعی بکار گرفته می شود .
در داخل سوپاپ های External فنر هایی تعبیه شده که بوسیله رنگ استاندارد شده ، و از رنگ زرد کوچک تا آبی بزرگ 3.6 تا 14.5 Psi و در زمانی که توربوشارژ شما نیاز به 21psi   دارد از هر دو فنر استفاده می شود ( مثلا از یک فنر 7psi   و یک فنر 14.5 psi ) .

تنظیم فشار دقیق Boost Controller :

 

در توبوشارژهای حرفه ای برای تنظیم فشار دقیق از Boost Controller استفاده می شود. دامنه تنظیم Boost Controller بسته به نوع توربوشارژ و نوع Boost Controller از فشار 1تا60 psi متغییر است ( قابل ذکر است که فشار 30یا 60 psi برای هر موتور یا توبوشارژ قابل تحمل نیست!) .
ازجمله معروف ترین شرکت های معروف سازنده Boost Controller عبارتند از " Tial , HKS , Greaing .

Enter Cooler :

برای حصول احتراق بهتر وکامل تر و در نتیجه کسب راندمان حرارتی بالاتر به هوای بیشتری نیاز داریم. این هوا باید بصورت فشرده و خشک به دورن سیلندر موتور فرستاده شود ولی اگر خنک کاری این هوای ورودی به خوبی صورت نگیرد نتیجه عکس را به دنبال خواهد داشت ، چون با افزایش فشار و سرعت، افزایش دما خواهیم داشت و افزایش دما باعث می شود ملکول های هوا به صورت متراکم تر و فشرده به داخل سیلندر فرستاده نشوند و سیلندر موتورخودرو ، نسبت مناسبی از هوا را در خود جای ندهد!
به عبارت دیگر، برطبق نظریه بویل ماریوتبین در کاهش حجم و افزایش فشارگازها همواره نسبت ثابتی وجود دارد یعنی هر چه یک گاز را متراکم تر کنیم باعث بالا رفتن فشار آن می شود و این افزایش فشار افزایش حرارت را به دنبال خواهد داشت .

 


هوایی که توسط توربوشارژ به داخل سیلندر فشرده می شود بسیار گرم است، و این هوا پس از ورود یه سیلندر و فشرده شدن توسط پیستون (درحالت تراکم مخلوط وسخت و هوا) باز هم گرمتر می گردد، حال اگر مخلوط سوخت به داخل سیلندر پاشش گردد قبل از آن که توسط جرقه شمع محترق شود، هوای داغ ورودی باعث احتراق زودرس می شود که به این پدیده خودسوزی گویند، که با بد کار کردن موتور یا لگد(ضربه)زدن موتور ( Knock یا Knocking ) همراه است. برای جلوگیری از پدیده فوق می بایداز بنزین با درجه اکتان بالاتر استفاده نموده و یا نسبت تراکم موتور را کاهش دهیم.

 


میتوان نتیجه گرفت که تنها فشار و تراکم بالای هوا، برای ما ایجاد راندمان بالاتر و قدرت بیشتر را به همراه نخواهد داشت کاهش دادن ( Knock یا Knocking ) هم برای ما کافی نیست تا یک راندمان مناسب را داشته باشیم، پس نیاز به خنک کننده ای داریم تا هوا را تا حد نرمال خنک نگه دارد این خنک کاری همان طور که قبلا هم ذکر شد از طریق آب و روغن و همچنین Enter Cooler امکان پذیر است .

 


اینتر کولر Enter Cooler یا خنک کننده میانی یک نوع رادیاتور است که معمولا از آلومینیوم ساخته می شود. هوایی که توسط توربوشارژ فشرده شد به داخل Enter Cooler وارد می شود و دمای آن تا حد مطلوب گرفته شده وسپس هوای متراکم که خنک، Enter Cooler را به مقصد سیلندر ترک می کند.
با بکار گیری اینتر کولر که نقش بسیار مهمی را در افزایش راندمان ایفا می کند می توانیم احتمال پدیده خودسوزی را تا 99% کاهش داد و موتور نرم تر و قوی تر کار می کند .
نکات مهم1 :
اتومبیل های کاربراتوری برای توربو شدن مناسب نیستند ولی می توان این خودرو ها را هم مجهز به توربو شارژ کرد.
قبل از اینکه توربوشارژ به موتور این نوع خودرو ها اضافه شود باید به نکات زیر توجه داشت :
1)استفاده از ECU
2) سیم کشی و سنسور های مناسب برای تطابق موتور با شرایط محیطی مثل آب و هوا و نوع سوخت (اکتان بنزین)
3) استفاده از پیستون های فورج و ترجیحا میل لنگ قوی تر
 4) بهینه سازی سیستم سوخت رسانی و استفاده از پمپ سوخت قوی تر و ریل سوخت بهتر و سوزن انژکتورهای بزرگتر
5) بهینه سازی سیستم برق خودرو و استفاده از کوئل،وایر و شمع های بهتر .
 هر کدام از موارد بالا از مهمترین عوامل در بالا بردن راندمان موتور خودرو است و نقص در هر کدام صدمات جدی را در بر خواهد داشت . 

پس افت  Lag:

یکی از مشکلات توربوشارژ این است که، توربوشارژها نمی توانند یک قدرت فوری را زمانی که شما پدال گاز را فشار می دهید، ایجاد نمایند و مدت زمانی را نیاز دارند تا توربین را چرخانده و هوای متراکم شده را به داخل موتور بفرستد، به همین خاطر شما در ابتدای حرکت خودروی خود، احساس یک حرکت ناگهانی به طرف جلو می کنید دلیل این موضوع نیروی اینرسی (واماندگی) قسمت چرخنده توربین گاز می باشد، اما می توانیم با تمهیداتی نیروی اینرسی را کاهش داده تا توربین بتواند در مدت زمان کوتاهی شتاب گرفته و دیگر پدیده پس افت  Lagایجاد نشود، که به مواردی اشاره می کنیم:
 1) استفاده از توربوشارژهای کوچک به جای توربوشارژهای بزرگ:
 یکی از راههای که می توانیم نیروی اینرسی توربین را کاهش دهیم آن است که از توربوشارژهای کوچک استفاده نمائیم زیرا توربوشارژهای کوچک سریعتر شتاب گرفته و در دور پائین موتور تقویت بهتری ایجاد می نمایند اما نمی توانند تقویت بیشتری را در دورهای بالای موتور که ما نیاز به وارد نمودن حجم بیشتری از هوا به موتور هستیم را تولید کنیم و نباید دور توربین در آنها خیلی بالا رود، در جاهائی که ما نیاز به شتاب بالا در توربین و مقدار بیشتری از هوای ورودی به موتور را داریم می توانیم از دو توربوشارژ کوچک که به صورت مجزا از یکدیگر می باشند،استفاده نمائیم که به این نوع توربوشارژها، توربوشارژهای دوقلو Twin TurboCharger نیز می گویند، که شرکتهای خودروسازی همچون Toyota، Ford، Mazda و Volvo این نوع توربوشارژ را در برخی از تولیدات خود به کار برده اند.
 2) استفاده از توربین گاز با پره های سرامیکی:
همان طور که می دانید توربین گاز با پره های سرامیکی سبکتر از توربین گاز با پره های فولادی آلیاژی هستند در نتیجه این امر باعث می شود که توربین سریعتر شتاب گرفته و نیروی اینرسی کاهش یابد.
 3) استفاده از یاتاقانهای توپی Ball Bearing به جای یاتاقانهای سیالی:
 برخی از توربوشارژها از یاتاقانهای توپی به جای یاتاقانهای سیالی استفاده می کنند که یاتاقانهای فوق بسیار دقیق و از مواد پیشرفته و خاصی ساخته شده اند تا بتوانند سرعت و حرارت شفت را کنترل نمایند. یاتاقانهای توپی باعث می شوند که شفت با اصطکاک کمتری بچرخد و همچنین این نوع یاتاقانها به ما اجازه می دهد تا از شفتهای کوچکتر و سبکتر استفاده نمائیم که امر فوق باعث می شود تا توربین با شتاب بیشتری چرخیده و نیروی اینرسی آن کاهش یابد.
4) استفاده از توربوشارژهای ترتیبی  Sequential Turbocharger:
 برخی از موتورها، از دو توربوشارژ با اندازه مختلف استفاده می کنند که توربوشارژ کوچکتر در دور پائین موتوراستفاده می شود تا پس افت را کاهش دهد و توربوشارژ بزرگتر در دورهای بالاتر موتور که نیاز به تقویت و حجم بیشتری از هوا داریم کاربرد دارد. این نوع توربوشارژ در BMW سری 5 مدل 535d استفاده شده است.

 نکات مهم2 :
 در هنگام استارت زدن موتور توربو نباید بصورت ناگهانی به موتور گاز داد بلکه باید کمی صبر کرد تا موتور گرم شده و فشار روغن به حد مناسب برسد. در ابتدای رانندگی نباید پدال گاز را تا انتها فشرد و اصطلاحا باید توربوشارژ را آهسته زیر بار برد، زمانی که موتور گرم شدنباید به صورت مداوم توربوشارژ را تحت فشار نگه داشت بلکه باید پس از هر 10تا15 دقیقه استفاده از توربوشارژ، 3تا4 دقیقه موتور را در حالت کم گاز یا Ldle نگه داریم تا روغن و آب که وظیفه خنک کاری توربوشارژ را برعهده دارند ، گرمای توربو را از آن گرفته و گرمای آن را به رادیاتور روغن و آب منتقل کنند.
در زمان خاموش کردن موتور، ابتدا باید کمی صبر کرد تا خنک کننده ها حرارت را کاهش دهند و سپس موتور را خاموش کرد که برای این منظور زمانی در حدود 2تا 3 دقیقه کافی می باشد.

نقش روغن موتور در توربوشارژها Oil Motors :

 روغن موتور در موتورهای تقویت شده، باید مرتب کنترل و در هنگام لزوم آن را تعویض نمود.

 

در یاتاقانهای سیال Fluid Bearing ، بین شفت و یاتاقان یک لایه روغن قرار دارد که این روغن دو وظیفه مهم را بر عهده دارد:     
  ۱- باعث خنک شدن شفت و سایر قسمتهای توربوشارژ می شود 
  ۲- باعث از بین رفتن اصطکاک بین شفت و یاتاقان هنگام چرخش می گردد.
برای کنترل فشار روغن، باید حتما از روغن با درجات استاندارداستفاده کرد، در موتور های توربو بهتر است از روغن هایSynthetic   یا طبیعی استفاده کرد .
بهترین توربوشارژها امروزه در شرکت هایی همچون "Garrett,Torbonetics Mitsubishi ,Holset ,kkk ,AGP ,AirResearch   ساخته می شوند.

  تفاوت توربوشارژها  Turbocharger با سوپر شارژها  Supercharge:
 
ساختار موتورهای سوپر شارژ Supercharge مشابه توربو شارژ است با این تفاوت که در سوپر شارژها توربین وجود ندارد و کمپرسور قدرت خود را مستقیما (با استفاده از تسمه یا زنجیر) از موتور گرفته و هوای ورودی به سیلندر را فشرده می کند.

 


با این که استفاده از سوپر شارژها مقداری از قدرت موتور را می گیرد اما در موارد خاص که ایجاد سرو صدای کمتر مهم بوده یا قیمت تمام شده از اهمیت بیشتری برخوردار است یا فضای کمی در محفظه موتور موجود باشد از سوپر شارژ استفاده می کنند.

 

 

 


یکی از مزایای بزرگ توربوشارژها Turbocharger آن است که، افزایش قدرت خروجی موتور آنها در مقایسه با وزن آنها بسیار ناچیز است و این یکی از دلایلی است که باعث شده توربوشارژرها تا این اندازه محبوب و معروف گردند.
در مجموع با توجه با این که توربوشارژها Turbocharger از انرژی گاز خروجی که بلا استفاده است، استفاده می کنند از بازده بهتری برخوردار می باشند.

****

 

مقایسه موتورهای توربو شارژ و سوپر شارژ

 

 الف) توربوشارژر(Turbocharger):

زمانی که مردم درباره خودروهای مسابقه ای یا موتورهایی با بازدهی و عملکرد بالا صحبت می کنند معمولاً بحث توربوشارژرها مطرح می شود. توربوشارژرها همچنین در موتورهای دیزلی بزرگ نیز استفاده می شوند.

توربوشارژر یک کمپرسور می باشد که توان خروجی موتورهای احتراق داخلی را در اثر افزایش میزان جرم هوا و سوخت ورودی به موتور افزایش می دهد. یکی از مزایای بزرگ توربوشارژرها آن است که افزایش قدرت خروجی موتور آنها در مقایسه با وزن آنها بسیار ناچیز است و این یکی از دلایلی است که باعث شده توربوشارژرها تا این اندازه محبوب و معروف گردند.(شکل ۱ را نگاه کنید)

 

شکل ۱ -  یک نمونه از توربوشارژر

 

نحوه عملکرد توربوشارژر:

یک توربوشارژر از یک کمپرسور گریز از مرکز و یک توربین گازی تشکیل شده است که توربین گازی توسط پیچ به مانیفولد دود متصل می شود و گازهای خروجی از موتور باعث چرخش توربین گاز شده و به سبب آن کمپرسور که توسط یک شفت به توربین گازی متصل است شروع به چرخش نموده و هوای محیط را مکش کرده و سپس آن را متراکم کرده و به طرف موتور می فرستد و هوای ورودی بیشتر به موتور به معنی سوخت بیشتر به داخل موتور و هوا و سوخت بیشتر به معنی انرژی و قدرت خروجی موتور می باشد. سرعت چرخش توربین با توجه به استفاده توربوشاررژ می تواند متفاوت باشد و اکثراً دارای سرعتهای چرخش بالا هستند به همین دلیل باید از یاتاقانهای مخصوصی استفاده گردد که بتواند نیروی حاصل از چرخش شقت را تحمل کند که معمولاً از یاتاقانهای سیال (fluid  bearing) استفاده می شود. در یاتاقانهای سیال بین شفت و یاتاقان یک لایه روغن قرار دارد که روغن فوق دو وظیفه مهم بر عهده دارد:      

  ۱- باعث خنک شدن شفت و سایر قسمتهای توربوشارژر می شود  

  ۲- باعث از بین رفتن اصطکاک بین شفت و یاتاقان هنگام چرخش می شود.(شکل ۲ را نگاه کنید)

 

 

شکل ۲- داخل یک توربوشارژر

  

نکاتی در مورد طراحی یک توربوشارژر:

 ۱- تقویت بیش از اندازه:

 اگر فشار تولیدی توربوشارژر خیلی زیاد باشد همان طور که می دانید این امر باعث بالا رفتن درجه حرارت هوای ورودی به موتور شده و در نتیجه سوخت قبل از آن که توسط شمع محترق شود دچار خودسوزی شده که به پدیده فوق ضربه (Knocking) می گویند که برای جلوگیری از پدیده فوق می بایست از بنزین با درجه اکتان بالاتر استفاده نموده و یا نسبت تراکم موتور را کاهش دهیم.

۲- پس افت (Lag):

یکی از مشکلات توربوشارژر آن می باشد که توربوشارژرها نمی توانند یک قدرت فوری را زمانی که شما پدال گاز را فشار می دهید، ایجاد نمایند و مدت زمانی طول می کشد تا توربین گاز چرخیده و هوای متراکم شده را به داخل موتور بفرستد. به همین خاطر شما در اول حرکت خودروی خود احساس یک حرکت ناگهانی به طرف جلو می کنید. دلیل این موضوع نیروی اینرسی (واماندگی) قسمت چرخنده توربین گاز می باشد. اما می توانیم با تمهیداتی نیروی اینرسی را کاهش داده تا توربین گاز بتواند در مدت زمان کوتاهی شتاب گرفته و دیگر پدیده پس افت ایجاد نشود، که در زیر به مواردی اشاره می کنیم: 

الف) استفاده از توربوشارژرهای کوچک به جای توربوشارژرهای بزرگ:

 یکی از راههای که می توانیم نیروی اینرسی توربین گاز را کاهش دهیم آن است که از توربوشارژرهای کوچک استفاده نمائیم زیرا توربوشارژرهای کوچک سریعتر شتاب گرفته و در دور پائین موتور تقویت بهتری ایجاد می نمایند اما نمی توانند تقویت بیشتری را در دورهای بالای موتور که ما نیاز به وارد نمودن حجم بیشتری از هوا به موتور هستیم را تولید کنند و نیابد دور توربین گاز در آنها خیلی بالا رود. در جاهائی که ما نیاز به شتاب بالا در توربین گاز و مقدار بیشتری از هوای ورودی به موتور داریم می توانیم از دو توربو شارژر کوچک که به صورت مجزا از یکدیگر می باشند، استفاده نمائیم که شرکتهای خودروسازی همچون تویوتا، آئودی، مزدا این نوع توربوشارژر را در برخی از تولیدات خود به کار برده اند. به توربوشارژرهای فوق توربوشارژرهای دوقلو (Twin Turbocharger) نیز می گویند.

ب) استفاده از توربین گاز با پره های سرامیکی:

همان طور که می دانید توربین گاز با پره های سرامیکی سبکتر از توربین گاز با پره های فولادی هستند در نتیجه این امر باعث می شود که توربین گاز سریعتر شتاب گرفته و نیروی اینرسی کاهش یابد.

ج) استفاده از یاتاقانهای توپی (Ball Bearing) به جای یاتاقانهای سیالی:

 برخی از توربوشارژرها از یاتاقانهای توپی به جای یاتاقانهای سیالی استفاده می کنند که یاتاقانهای فوق بسیار دقیق و از مواد پیشرفته و خاصی ساخته شده اند تا بتوانند سرعت و حرارت شفت را کنترل نمایند. یاتاقانهای توپی باعث می شوند که شفت با اصطکاک کمتری بچرخد و همچنین این نوع یاتاقانها به ما اجازه می دهد تا از شفتهای کوچکتر و سبکتر استفاده نمائیم که امر فوق باعث می شود تا توربین گاز با شتاب بیشتری چرخیده و نیروی اینرسی آن کاهش یابد.

د) استفاده از توربوشارژرهای ترتیبی (Sequential Turbocharger):

 برخی از موتورها از دو توربوشارژر با اندازه مختلف استفاده می کنند که توربوشارژر کوچکتر در دور پائین موتور تا پس افت را کاهش دهد استفاده دارد اما توربو شارژر بزرگتر در دورهای بالاتر موتور که نیاز به تقویت و حجم بیشتری از هوا داریم کاربرد دارد. این نوع توربوشارژر در ب.ام.و سری 5 مدل 535d استفاده شده است.

 

مکانیزم کنترل توربین گاز (Waste Gate):

بسیاری از توربوشارژر خودروها یک سوپاپ بایپس یا گذرگاه فرعی(Waste Gate) دارد که باعث می شود در توربوشارژرهای کوچک میزان چرخش آنها از حد مجازی تجاوز نکند. در واقع سوپاپ بایپس فشار داخل توربین گاز را حس کرده و اگر فشار آن بالا باشد سوپاپ فوق باز شده و مقداری از گاز را به خارج از محفظه توربین گاز هدایت می کند تا این که فشار به میزان مطلوبی برسد.

 کولر داخلی (Inter Cooler):

همان طور که می دانید زمانی که هوا فشرده می شود آن گرم شده و منبسط می شود اما هدف از استفاده توربوشارژرها افزایش میزان چگالی ورودی به موتور (تعداد بیشتری از مولکولهای هوا) می باشد. به همین خاطر از کولرهای داخی استفاده می کنند تا هوای فشرده خروجی از کمپرسور را خنکتر کند تا میزان چگالی آن افزایش یابد. (شکل ۳ را ببینید)

 

 

شکل۳- مدار یک سیستم تقویت کننده (توربوشارژر) به همراه کولر داخلی

 

ب) سوپر شارژ (Supercharge)

ساختار موتورهای سوپر شارژ مشابه توربو شارژ است با این تفاوت که در سوپر شارژها توربین وجود ندارد و کمپرسور قدرت خود را مستقیما (با استفاده از تسمه یا زنجیر) از موتور گرفته و هوای ورودی به سیلندر را فشرده می کند.

با این که استفاده  از سوپر شارژها مقداری از قدرت موتور را میگیرد اما در موارد خاص که ایجاد سرو صدای کمتر مهم بوده یا قیمت تمام شده از اهمیت بیشتری برخوردار است یا فضای کمی در محفظه موتور موجود باشد از سوپر شارژ استفاده می کنند.

در مجموع با توجه با این که توربو شارژها از انرژی گاز خروجی که بلا استفاده است, استفاده می کنند از بازده بهتری برخوردار میباشند.

 

توربو شارژ چگونه کار می کند.

وقتی مردم درباره ی اتومبیل های مسابقه یا اتومبیل های ورزشی با سرعت بالا صحبت می کنند،موضوع توربوشارژرها ظاهر می شود ،توربوشارژرها در موتورهای دیزل بزرگ هم وجود دارند،یک توربوشارژر به طور عمده قدرت موتور را بدون افزایش وزن آن زیاد می کند که مزیت بزرگی است و توربوشارژرها را مهم می کند 

در این مقاله یاد می گیریم که چطور توربوشارژر قدرت خروجی موتور را افزایش می دهد،همچنین یاد می گیریم پره های سرامیکی و یاطاقان های ساچمه ای چطور به توربوشارژر کمک می کنند تا وظیفه اش را بهتر انجام دهد

توربوشارژرها یک نوع سیستم مکش هوا هستند که جریان هوای ورودی به موتور را فشرده می کنند،مزیت این سیستم این است که به موتور اجازه می دهد هوای بیشتری به سیلندر وارد کند و هوای بیشتر به معنی سوخت بیشتر است،بنابر این انرژی بیشتری از هر انفجار به دست می آید،یک موتور با توربو شارژر در کل قذرت بیشتری از یک موتور مشابه بدون تورربوشارژر دارد،یعنی توربوشارژر نسبت قدرت به وزن موتور را افزایش می دهد 

برای رسیدن به این تقویت فشار،توربوشارژر از جریان خروجی  اگزوز برای چرخاندن یک توربین استفاده می کند که خود یک پمپ هوا را می چرخاند،توربین در توربوشارژر با سرعتی بالغ بر ١۵٠٫٠٠٠ دور در دقیقه می چرخد که ٣٠ برابر سریع تر از دور موتور است،چون تئربین به اگزوز چسبیده دما در آن خیلی بالاست

اصول

راه قطعی برای بدست آوردن قدرت بیشتر از موتور افزایش مقدار هوا و سوختی است که می سوزد،یک راه برای انجام این کار اضافه کردن یا بزرگتر کردن سیلندرهاست،بعضی مواقع این تغییرات شدنی نیست،یک توربوشارژر ساده تر است

توربوشارژرها با فشرده کردن هوا به موتور اجازه می دهند سوخت و هوای بیشتری بسوزاند،فشار نسبی ایجاد شده توسط توربوشارژر بین ۶تا ٨ پوند بر اینچ مربع است،از آن جایی که فشار جو در سطح دریا  ٧/١۴ پوند بر اینچ مربع است می توانید بفهمید که حدود ۵٠٪ هوای بیشتری وارد موتور می شود،بنابراین می توان انتظار داشت ۵٠٪ قدرت بیشتری بدست آید،اما توربوشارژر کاملا ایده آل نیست و بین ٣٠ تا ۴٠ درصد بهبود در قدرت موتور مشاهده می شود

یکی از دلایل عدم کارایی این است که انرژی چرخاندن توربین از اگزوز گرفته می شود و وجود یک توربین در اگزوز مقاومت در برابر خروج دود را افزایش می دهد،و این یعنی در مرحله ی خروج دود،موتور باید دود را با فشار بیشتری خارج کند در نتیجه کمی از قدرت سیلندری که در مرحله ی انفجار قرار دارد کاسته می شود 

در ارتفاعات

توربوشارژرها در ارتفاعات که چگالی هوا کم است به موتور کمک می کنند،موتورهای معمولی در ارتفاعات با کاهش قدرت مواجه می شوند چون موتور جرم کمتری از هوا را دریافت می کند،یک موتور با توربوشارژر ممکن است با کاهش قدرت روبرو شود اما این کاهش قدرت خیلی کمتر است چون هوای رقیق تر راحت تر پمپ می شود 

خودروهای قدیمی با کاربراتور به صورت خودکار مقدار سوخت را افزایش می دهند تا مناسب افزایش هوای ورودی شود،خودروهای مدرن با انژکتور نیز این کار را انجام می دهند،سیستم انژکتور بر مبنای سنسورهای اکسیژن در اگزوز کار می کنند تا نعیین کنند که نسبت سوخت و هوا درست است یا نه بنابراین در این سیستم نیز اگر توربوشارژر اضافه شود مقدار سوخت ورودی خود به خود افزایش می یابد

اگر یک توربوشارژر با فشار بالا به یک خودروی انژکتوری اضافه شود ممکن است کنترل کننده ی انژکتور اجازه ی ورود سوخت زیاد را ندهد ویا پمپ بنزین و تزریق کننده ها توانلیی رساندن این مقدار سوخت را نداشته باشند،در این حالت باید تغییرات دیگری اجرا شود تا بتوان از توربوشارژر استفاده کرد 

چگونه کار می کند؟ 

توربوشارژر به خروجی اگزوز موتور متصل شده است،گازهای  خروجی از سیلندر توربین را می چرخانند که شبیه یک توربین گازی است،توربین توسط یک محور به کمپرسور که بین فیلتر هوا و لوله های ورودی هوا واقع شده متصل می شود،کمپرسور هوای ورودی به پیستون را فشرده می کند

 

 

گازهای خروجی از بین پره های توربین عبور می کنند و آن را می چرخانند،هر چه گازهای بیشتری خارج شود توربین سریع تر می چرخد

در طرف دیگر محوری که به توربین متصل است کمپرسور هوا را به سیلندر ها پمپ می کند،کمپرسور یک پمپ از نوع گریز از مرکز است که هوا را از مرکز پره ها می کشد و به بیرون پمپ می کند

  برای رسیدن به سرعت ١۵٠٫٠٠٠ دور در دقیقه محور توربین باید به دقت پشتیبانی شود،اکثر یاطاقان در این سرعت خراب می شوند بنابراین بیشتر توربوشارژرها از یاطاقان های مایع استفاده می کنند،این نوع یاطاقان محور را روی لایه ی نازکی از روغن که به طور پیوسته به دور محور پمپ می شود نگه می دارد،این نوع یاطاقان دو مزیت دارد،یک اینکه محور و سایر قسمت های توربوشارژر را خنک نگه می دارد،دوم اینکه محور بدون اصطکاک چندانی می چرخد

تقویت فشار بیش از اندازه 

با هوای فشرده ای که توسط توربوشارژر به سیلندر پمپ می شود و فشرده شدن بیشتر توشط حرکت پیستون خطر ضربه زدن موتور وجود دارد چون وقتی شما هوا را فشرده می کنید دمای آن افزایش می یابد این دما ممکن است آنقدر افزایش یابد که سوخت قبل از جرقه زدن شمع ها و در زمان نا مناسب بسوزد که این باعث کوبش موتور می شود،خودرو های دارای توربوشارژر اغلب باید از سوختی با درجه اکتان بالاتر استفاده کنند تا موتور ضربه نزند،اگر فشار واقعا بالا باشد باید نسبت تراکم موتور کاهش یابد تا کوبش نداشته باشد.

 




:: برچسب‌ها: توربو شارژ
ن : ع غ
ت : ۱۳٩٠/٦/٢۸
نظرات ()

مراحل ساخت ونصب مخزن تحت فشار

مقدمه:

مخزن تحت فشار محفظه یا ظرفی است که مطابق تعاریف و محدوده کاری ASME SEC VIII بوده که بر اساس فشار داخلی یا فشار خارجی طراحی می گردد. معیار تبعیت از این استاندارد بیشتر بودن فشار داخلی مخزن ازpounds/in215 یا  Kilo Pascal3/1  می­باشد. در مخازن تحت فشار خارجی این فشار می­تواند ناشی از خلأ بین جاکت و دیواره مخزن باشد.

برج­های فرآیندی، مخازن، محفظه­های کروی، راکتور­ها، مبدل­های حرارتی و... از انواع مخازن تحت فشار می­باشند.

این نوع مخازن از لحاظ ظاهری به اشکال مختلف طراحی می­شوند. بطور مثال ممکن است استوانه­ای با عدسی­های مختلف از قبیل (Hemispherical، Ellipsoidal، Torispherical و Flat) و یا کروی ساخته ­شوند.

مخازن از لحاظ موقعیت نصب به دو نوع افقی(با استفاده از Saddle) و عمودی (با استفاده از Lug، Leg، Skirt) دسته­بندی می­شوند.

 

کلیات

 2-1- هدف و دامنه کاربرد

هدف از بازرسی و ارزیابی تجهیزات تطابق مشخصات ساخت با درخواست موردنظر مشتری می­باشد. برای نیل به این هدف        می­بایست بازرسی­ها بموقع و از محل­های مناسب صورت پذیرد. معمولاً در انجام پروژه­های بزرگ از شرکت­ها و زیرمجموعه­های مختلفی جهت ساخت و بازرسی مخازن استفاده می­شود. بدین ترتیب که معمولاً شرکت­­های طراحی بندرت سازنده تجهیزات نیز می­باشند. لذا این مسئله باعث ایجاد مسئولیت­های تجاری و قانونی مختلف در یک پروژه می­گردد. برای اطمینان از تطابق تجهیزات با نیازمندی­های استاندارد و خواسته­های موردنظر، انجام بازرسی و کنترل نمودن تجهیزات امری اجتناب­ناپذیر است که این مسئولیت بر عهدۀ شرکت­های معتبر بازرسی می­باشد.این شرکت­ها با توجه به استاندارد ISO 17020  به اشکال مختلف قابل تعریف می­باشند.

دامنه کاربرد این دستور­العمل مطابق با تعاریف و محدوده ذکر شده در ASME SEC.VIII می­باشد.

 

2-2- مدارک مرتبط (مراجع و منابع)

 

*Pressure Vessel Handbook (Sixth Edition) by Eugene F. Megyesy

*API RP 572," Inspection of Pressure Vessel"

* Guidebook for the Design of ASME Section VIII (Second Edition) by James R. Farr

* AWS (D10.4), "Recommended Practice for Welding Austenitic Chromium-Nickel Stainless Steel Piping & Tubing".

*AWS (CM CH-2), "Welding Inspector Responsibilities".

*AWS (B1.11), "Guide for the Visual Examination of Welds".

*ASME SEC.VIII, "Rules for Construction of Pressure Vessels".

* ASME SEC.V, "Nondestructive Examination".

*DIN28011, "Torispherical Dished Ends" ِِ

* ANSI Z49.1, "Safety in Welding, Cutting and Allied Processes".

*ASTM A380," Standard Practice for Cleaning, Decaling, and Passivation of Stainless Steel Parts".

*ASTM A967," Standard Specification for Chemical Passivation Treatments for Stainless Steel Parts".

*ASTM D3359," Standard Test Methods for Measuring Adhesion by Tape Test"

 

2-3- مسئولیت­ها و اختیارات

 

2-3-1 مسئولیت بازرس

اجرای بازرسی مطابق با دستورالعمل و رعایت کلیه موارد بر طبق استاندارد

 

2-3-2 مسئولیت مدیر بخش بازرسی فنی

در اختیار قراردادن لوازم و تجهیزات بازرسی و فراهم کردن امکانات جهت اجرای بازرسی

 

تعاریف

3-1- اصطلاحات

 

- فشار کاری(Operating Pressure): فشار کاری مخزن در حین کار کردن را گویند.

- فشار طراحی (ِDesign Pressure): این فشار حدود %10 یا psi 30(هر کدام که بزرگتر باشند) بیشتر از فشار کاری در نظر گرفته می­شود.

- ماکزیمم فشار کاری مجاز(Maximum Allowable Working Pressure): به ماکزیمم فشار قابل تحمل جهت ضعیف­ترین قسمت مخزن اطلاق می­شود.

 

- فشار هیدروتست(Hydrostatic Test Pressure): 5/1 برابر ماکزیمم فشار مجاز کاری یا فشار طراحی (در صورتی که نتوان ماکزیمم فشار مجاز کاری را تعیین کرد) اطلاق می­شود.

 

- کلاسه ­بندی اتصالات جوش((Weld Joint Category:

کلاسه ­بندی اتصالات جوش بر اساسUW-3  و ASME SEC.VIII مدنظر می­باشد. این کلاسه­بندی در ساخت تجهیزات بکار می­رود و منظور نوع جوش(Butt, Fillet, Lap Joint) نمی­باشد. از این تعریف در مشخص نمودن درجۀ بازرسی و موقعیت جوش وتعیین میزان NDT استفاده می­شود. در این دسته­بندی از 4 گروه نام برده می­شود که عبارتند از:

- گروه A: این دسته شامل تمامی جوش­های طولی(Longitudinal Weld) بر روی مخزن یا اتصالاتی نظیر نازل­ها و جوش پوسته به عدسی(Circumferential) می­باشد.

- گروه B: این دسته تمامی جوش­های محیطی (بغیر از جوش محل اتصال پوسته به عدسی) را شامل می­شود.

- گروه C: تمامی جوش­های فلنج به نازل یا فلنج به پوسته در این گروه جای می­گیرند.

- گروه D: این گروه جوش­­های محل اتصال نازل به تجهیز را شامل می­شود.

 

 

 

-  Joint Efficiency(UW-12)

 

این اصطلاح که با علامت E نشان داده شده، جهت اتصالات جوشی با نفوذ کامل(CJP) که توسط روش­های قوسی و یا گازی انجام می­شود که وابسته به طرح جوش و میزان تست(رادیوگرافی) است. حداکثر مقدار آن برابر با 1 می­باشد. مهمترین کاربرد آن در تعیین ضخامت تجهیزمی­باشد.

 

- روش­های ساخت(API RP 572)

قبل از توسعه فرآیند جوشکاری، مرسوم­ترین روش ساخت توسط پرچ بود که در این روش درز­ها بصورت Lap joint پرچ می­گردیدند و بمنظور جلوگیری از نشتی از بتونه استفاده می­شد. این مسئله در دماهای بالا مشکل­آفرین بود. بعد از توسعه روش­های جوشکاری، این روش جایگزین روش پرچ و بتونه گردید و اکنون مرسوم­ترین روش ساخت مخازن استفاده از جوشکاری می­باشد.

 

QC Plan

 

ITP یا QCP مدرکی است که توسط سازندگان، مشتریان و لایه­های مختلف بازرسی استفاده می­شود که فعالیت­های ساخت، بازرسی و تست­ها در آن مشخص می­گردد.

 

3-2- اختصارات و کلید واژه­ها

 

تعاریف اختصارات آورده شده شامل:

ASNT: American Society for Non-Destructive Testing

ASME: American Society of Mechanical Engineers

ASTM: American Society of Testing and Materials

DIN: Dutch's Institute for Nurmung

API: American Petroleum Institute

NDT: Non-Destructive Testing

OSHA: Occupational Safety and Health Administration

ANSI: American National Standards Institute

ITP: Inspection Test Plan

QCP: Quality Control Plan

VT: Visual Examination

PWHT: Post Weld Heat Treatment

MAWP: Maximum Allowable Working Pressure

 

 

پیش­نیازها

4-1- ایمنی

از آنجائیکه محیط کاری بازرسین جوش مشابه محیط­های کاری جوشکاران می­باشد، این افراد نیز ممکن است در معرض خطرات زیادی قرار گیرند. این خطرات عبارتند از شوک الکتریکی، سقوط از ارتفاع، خطراتی که چشم و سیستم بینایی را تهدید می­کنند، از جمله اشعه ماوراء بنفش، ذرات موجود در هوا، دود و بخار و در نهایت اشیائی که از ارتفاع سقوط می­کنند.

بازرسین ممکن است هر لحظه در معرض این خطرات قرار بگیرند، بنابراین نباید ایمنی نادیده گرفته شود. بازرسین در چنین شرایطی می­بایست تدابیر ایمنی از جمله استفاده از عینک و کلاه ایمنی، لباس کار مناسب و سایر تجهیزات ایمنی را مدنظر قرار دهد.

عملیات جوشکاری و برشکاری می­باید در مناطق امن صورت گیرد و چنانچه نیاز به اجرای کار در مناطق غیرامن باشد، باید دستورالعمل­های ویژه مورد استفاده قرار گیرد.

جهت کسب اطلاعات بیشتر به استاندارد ایمنی در جوشکاری، برشکاری و فرآیند­های وابسته(ANSI Z49.1) که توسط انجمن جوشکاری آمریکا منتشر شده و همچنین سازمان ایمنی و سلامت شغلی آمریکا (OSHA) مراجعه شود.

 

4-2- اسناد و مدارک مورد نیاز

 

بازرسی جوش جهت انجام فعالیت­های بازرسی به  دسته­ای از اطلاعات، اسناد و مدارک مرتبط نیاز دارد اگر چه عملیات بازرسی جوش در صنایع گوناگون از جنبه­های مختلف دارای اشتراک است، ولی در هر صنعتی الزامات ویژه­ای وجود دارد که آنرا از دیدگاه بازرسی منحصربفرد نموده است. بازرسین جوش بدون کسب اطلاع کافی از طراح و یا مهندس جوش قادر به ارزیابی دقیق سازه­ها و تجهیزات جوشی نیستند.

بسیاری از اسناد، خود دارای معیار پذیرش می­باشند. تعدادی از اسنادی که در ارتباط با فعالیت بازرسی مورد استفاده قرار می­گیرند شامل: نقشه­ها، کد­ها، استاندارد­ها و مشخصات(Specification) می­باشند. همچنین اسناد مربوط به قرارداد نیز در این رابطه حائز اهمیت می­باشند زیرا در قرارداد نوع استاندارد و یا کد، مشخص می­باشد.

این اطلاعات به شرح ذیل می­باشند:

سایز و شکل هندسی قطعه

جنس فلز پایه و انتخاب فلز پرکننده

جزئیات فرآیند ساخت محصول

فرآیند جوشکاری

آزمایشات غیرمخرب مورد استفاده

میزان و درصد بازرسی

محدوده پذیرش عیوب

ملزومات تأیید صلاحیت پرسنل

دستورالعمل جوشکاری و تأیید آن

ملزومات کنترل مواد

 

4-3- ابزار مورد نیاز AWS (B1.11)

انجام بازرسی و کیفیت آن متکی به تجهیزات و ابزارآلات بازرسی می­باشد. برای مثال برخی از این وسایل در ذیل آمده است:

1- متر

2- کولیس و ریزسنج

3- آمپرمتر و ولتمتر

4- گیج­های حرارتی یا تجهیزات نشان­دهنده حرارتی دیجیتال

5- گیج­های جوشکاری

6- فایبراسکوپ و بروسکوپ

7- ذره­بین

8- چراغ­ قوه

 

 

بازرسی مخازن تحت فشار

 

 5-1- QCP

QCP سندی است که در آن برای کلیۀ فعالیت­های تست و بازرسی برنامه­ریزی شده است و در آن نقش کلیۀ سازمان­های بازرسی، نوع تست و فعالیت­ها، معیار و استاندارد مرجع آنها، مدارک لازم و گاهاً مسئولیت­ها و چارت­سازمانی پروژه مشخص شده است. در پیوست(1)  نمونه­ای از QCP آورده شده است.

 

 

 

5-2- بازرسی مواد اولیه، قطعات و اجزاء

آزمایشات مختلف و متنوعی بر روی مواد مهندسی صورت می­گیرد. برای اینکه بازرسی موفقیت­آمیز باشد می­بایست با روش­های تست و آزمون مطابق استاندارد­های مواد  آشنا بود. بخش UG4 و UG10 مواد مجاز مصرفی در تجهیزات تحت فشار را مشخص نموده است. بمنظور تست­های مورد نیاز می­توان از استاندارد ASME SEC II Part A استفاده کرد. با مطابقت نتایج حاصله از تست و مراجعه به استاندارد مربوطه می­توان نسبت به پذیرش یا رد مواد اقدام نمود.

- برای بازرسی مواد می­بایست پس از بازرسی چشمی(VT)، مدارکی نظیر گواهینامه­ها (Certificate) و نتایج مدرک Mill Test بررسی شوند. در صورت ارائه مستندات کافی، بازرس می­تواند تا %10 از محموله را به عنوان نمونه­های تست بمنظور آزمایشات مورد نیاز مطابق استاندارد انتخاب نماید.(UG-10)

- در صورتی که نمونه­های یک محموله(Lot) مساوی یا کمتر از 3 عدد باشد، همگی باید تست شوند.

- ورق­های فلزی که جهت ساخت مورد استفاده واقع می­شوند که جهت نورد در آنها قابل تشخیص نمی­باشد، بایستی دو نمونه طولی و عرضی از هر محموله انتخاب شود. نتیجه تست بایستی نیاز­های حداقل مشخص شده در Spec. را تأمین نماید.

- برای تمامی نمونه­ها از کد مناسب جهت شناسایی آنها استفاده شود.

- جدایش متریال­ها از یکدیگر، باید انجام گیرد. برای مثال عدم تداخل فولاد­های کربنی ساده با فولاد­های زنگ­نزن ((Stainless Steel چه در حالت خام وچه در حین عملیات نورد و فرم­دهی باید مدنظر قرار گیرد.

- ورق­های فولادی منطبق باSA36 و SA283 نمی­بایست در فرآیند Lethal (مواد سمی یا شیمیایی که برای موجودات زنده مضر می­باشد) بکار گرفته شود. (UCS-6b)

- حداقل ضخامت ورق­های بکار رفته در ساخت تجهیز برابر با 6mm می­باشد (Pressure vessel H.B Page 158).

- تمامی ورق­های موردنظر برای ساخت می­بایست توسط روش فراصوتی تست تورق(Lamination) شوند.

- اتصالات 2" و کوچکتر می­بایست از کلاس 6000 انتخاب شوند(Pressure vessel H.B Page 157)

- کلیه فلنج­های مورد استفاده در ساخت می­بایست مطابق با استاندارد ANSI B16.5 بوده و مطابق ذیل بکار رود:( Pressure vessel H.B Page 157)

1- جهت Rating زیر 600Lb از فلنج Raised face استفاده شود.

2- جهت Rating 600Lb و لوله­های 3" و زیر آن از فلنج Raised face استفاده شود.

3- جهت Rating 600Lb و لوله­های 4" و بالاتر از فلنج Ring Type Joint استفاده شود.

4- جهت Ratingهای بیشتر از 600Lb از فلنج Ring Type Joint استفاده شود.

 

 

5-3- بازرسی جوش­ها

 

بازرسی جوش از مهترین مراحل بازرسی ساخت مخازن به حساب می­آید. این مرحله پس از انجام کارهای قطعه­زنی، فرم­دهی و ماشین­کاری انجام می­شود. به­ طورکلی می­توان گفت عمده­ترین بخش کار بازرسی در این مرحله می­باشد.

 

-  قبل از شروع کار می­بایست WPS و صلاحیت جوشکار به تایید بازرس رسیده باشند (ASME SEC IX).

- هیچگونه عملیات جوشکاری نباید قبل از تایید WPSهای جوشکاری صورت پذیرد (UW-26C).

- هر جوشکار یا اپراتور دستگاه جوش می­بایست دارای کد شناسایی منحصر به فرد باشد.(UW-37)

- قبل از مونتاژ قطعات به یکدیگر و انجام جوشکاری می­بایست لبه­سازی قطعات و طرح اتصال مطابق نقشه­های مربوطه باشد.

- مطابقت طرح اتصال با موارد قابل قبول در استاندارد ASME SEC. VIII (UW-16.1،UW-13.2 ,13.1 UW-16.2).

- کلیه جوشکارانی که قطعاتی که تحت فشار نیستند نظیر قلاب­های مخزن، ساپورت­ها و غیره را به قطعات تحت فشار جوشکاری می­کنند می­بایست مانند جوشکارانی که قطعات تحت فشار را جوشکاری می­نمایند طبق استاندارد ASME SEC IX تایید شده باشند (UW-29).

- حداقل سایز گلویی در جوش­های نبشی (Fillet) نمی­بایست از مقدار 6mm یا 0.7 t min  کمتر باشد (UW-16.1).

- ماکزیمم مقدار گرده جوش­ها(Reinforcement) نمی­بایست از مقادیر ذکر شده در ASME بیشتر باشد (UW-35).

- طول ناحیه Tapper شده، که در زمان یکسان نبودن ضخامت­ها و اصلاح آن بکار می­رود بایستی حداقل 3برابر اختلاف سطح دو قطعه باشد (UW-13.3) .

- انجام عملیات جوشکاری از هر نوعی زمانیکه دمای قطعه پایین­تر از c˚18- باشد مجاز نیست و در مواقعی که دما مابین     c˚-18 و c˚0 می­باشد، باید دمای قطعه قبل از جوشکاری حداقل به دمای 16˚c رسانده شود (UW-30) .

- توصیه می­شود در محوطه­هایی که سطح قطعات مرطوب و یا پوشیده از یخ ودر هنگام بارش برف یا در جریان باد شدید می­باشند جوشکاری انجام نشود. مگر اینکه جوشکار و محل جوشکاری به نحوه مناسبی محافظت شوند (UW-30) .

- زمانیکه برای مونتاژ قطعات از خال جوش استفاده می­­شود، خال جوش می­بایست بطور کامل از منطقه جوش حذف گردد (UW-31).

- محل شروع و پایان هر خط جوش می­بایست بوسیله سنگ­زنی یا دیگر روش­های مناسب آماده شود. خال جوش­ها چه برداشته شوند و چه در محل خود باقی بمانند  باید توسط یک روش تأیید شده­ مطابق ASME SEC. IX انجام گیرد. در حالیکه خال جوش­ها در محل باقی می­مانند، این خال جوش­ها باید بتوسط جوشکار دارای صلاحیت مطابق با ASME SEC. IX جوشکاری شوند و بازرسی چشمی از این خال جوش­ها باید انجام گیرد و اگر دارای عیوب هستند باید برطرف شوند (UW-31).

- سطوحی که جوشکاری می­شوند باید کاملاً تمیز و عاری از هرگونه سرباره، زنگ، روغن، گریس و دیگر مواد خارجی باشد (UW-32a).

- میزان هم­پوشانی ورق­ها در جوش­های Lap Joint حداقل معادل 4 برابر ضخامت نازک­ترین ورق می­باشد.(UW-9-e)

- لبه­های Opening در متریال­های با ضخامت38mm  و کمتر نمی­بایست نزدیکتر از 13mm به جوش­های نوع A، B و نوع C قرار گرفته باشد در غیر این­صورت باید مطابق بند UW-14d عملیات پرتونگاری انجام گیرد.

- زمانی که جوش طولی با جوش محیطی در تلاقی می­باشد می­بایست جوش طولی به میزان "4 از هر طرف از محل تلاقی رادیوگرافی شود. در بقیه حالت­ها محور جوش­های طولی می­بایست به­صورت زیگزاگی بوده یا به میزان 5 برابر ضخامت ورق ضخیم­تراز یگدیگر فاصله داشته باشند (UW-9-d).

- جهت Opening­های منفرد که در موقعیت­های اتصال جوش پوسته به عدسی­­، یا در موقعیت جوش­های نوع B یا C باشند، می­بایست مطابق با استاندارد به طول 3 برابر قطر Opening از مرکز سوراخ مورد نظر رادیوگرافی انجام شود.( UW-14b)

- در صورت استفاده از متریال­های فولاد زنگ نزن در ساخت مخزن، بمنظور جلوگیری از تشکیل اکسید در حین جوشکاری باید حتماً از گاز Purge استفاده شود (AWS D10.4).

- بعد از برداشتن عیوب، بایستی شیار توسط روش ذرات مغناطیسی و یا روش مایعات نافذ تست شود(UCS-56f-3).

- بمنظور تعمیر و اصلاح جوش­­ها بر روی متریال­های­  P-NO.1 Group NOs.1,2,3  منطقه تعمیر باید می­نیمم­ تا دمای C˚93 پیشگرم شود و در حین جوشکاری در این دما باشد. بمنظور تعمیر و اصلاح جوش بر روی متریال­های PN-NO-3 Group NO.1,2,3 منطقه تعمیر باید مینیمم تا دمایc˚177 پیشگرم و ماکزیمم دمای بین پاسی نیز c˚232 باشد(UCS-56f-4).

 

5-4 تلرانس­های ابعادی

 

- تلرانس ساخت نمی­بایست خارج از مقادیر اعلام شده در پیوست 1 باشد.(Pressure Vessel Page160)

- حداکثر میزان حالت  تخت در داخل عدسی­ها ( Ellipsoidal، Torispherical) در محدوده  شعاع rcrown برابر %15 طول rcrown می­باشد (28011ِِDIN ).

- مقدار نا­ترازی محور­های مرکزی(عدم هم­محوری) پوسته و عدسی نمی­بایست از نصف اختلاف ضخامت عدسی و پوسته بیشتر باشد(UW-13.3).

 

برای اطلاع از تلرانس­های ساخت به پیوست 2 مراجعه شود.

 

5-5 عملیات حرارتی(PWHT)

 

عملیات حرارتی یا تنش­گیری بعد از اتمام جوشکاری مخزن، بمنظور کاهش تنش­های حاصله از جوشکاری انجام میگیرد. این عملیات قبل از انجام تست هیدروستاتیک و بعد از اتمام کلیه تعمیرات انجام می­شود.(UW-40 e)

 قبل از انجام عملیات حرارتی می­بایست روش و سرعت سرد و گرم کردن قطعه در هنگام انجام عملیات حرارتی مطالعه و بررسی شود.

نیاز به عملیات حرارتی بعد از جوشکاری در بخش­های UCS-56, UW-2, UCS-68 ازASME SEC.IIIVآورده شده است.

- بمنظور بررسی و اطمینان از انجام صحیح تنش­زدایی می­توان از تست سختی کمک گرفت.

-پس از انجام عملیات حرارتی انجام جوشکاری مجاز نمی­باشد مگر در مواردیکه انجام تعمیرات اجتناب­ناپذیر باشد. در این صورت پس از تعمیرات، عملیات حرارتی بصورت موضعی انجام می­گیرد.

برای اطلاع از درجه حرارت و زمان عملیات حرارتی(با توجه به جنس مخزن) به جدول UCS-56  مراجعه شود.

 

 

5-6-تست­های غیر مخرب (ASME SEC. V)

 

جهت بازرسی جوش  روش­های مختلفی وجود دارد که با توجه به مزایا و محدودیت آنها قابل کاربرد در بازرسی جوش می­باشند.

به غیر از روش چشمی (Visual Inspection) که معیار مشاهده عیب و محدود به عیوب قابل مشاهده به توسط حس بینایی می­باشد مابقی روش­ها به دو دسته سطحی و حجمی دسته­بندی می­شوند. که عبارتند از:

 

5-6-1- روش آشکارسازی عیوب سطحی

عیوبی که به سطح راه دارند و یا نزدیک به سطح می­باشند در این گروه جای دارند و می­بایست از روش­های زیر در تشخیص عیب اقدام نمود:

 

الف- روش :MT

با استفاده  از خصوصیت میدان مغناطیسی جهت مواد فرومگنت می­توان موقعیت عیوب سطحی و نزدیک به سطح را مشخص نمود. در این حالت اختلال در میدان مغناطیسی تشکیل یافته نشانگر وجود عیب است.

 

ب-  روش PT(مایعات نافذ):

در این روش با استفاده از اصل مویینگی می­توان عیوبی که به سطح راه دارند را آشکار ساخت. در این روش محدودیت جنس و ماده وجود ندارد ولی عیب می­بایست حتماٌ به سطح راه داشته باشد.

 

5-6-2- روش آشکارسازی عیوب حجمی

تست­­های غیرمخرب حجمی به آن دسته از تست­ها اطلاق می­شود که موقعیت عیوب داخل قطعه را آشکار می­سازد. دو روش مرسوم که در این دسته­بندی قرار دارند عبارتند از تست پرتونگاری و فراصوتی

 

الف- تست فراصوتی (UT)

در این روش با استفاده از امواج فراصوتی و ارسال امواج و برگشت آنها قابلیت تشخیص و موقعیت عیوب را دارد.

 

ب- تست پرتونگاری (RT)

در این روش با استفاده از پرتو گاما یا X و گسیل آن به سمت قطعه و ثبت عیوب بر روی فیلم پرتونگاری حضور عیب در قطعه آشکار می­گردد. در فرآیند ساخت با توجه به نظر طراح و محاسبات انجام شده در طراحی از دو رویه بمنظور پرتونگاری استفاده می­شود.

 

روش پرتونگاری کامل:

در این رویه کلیه اتصالات جوشی توسط پرتو گاما یا X تحت آزمون قرار می­گیرد.

 

روش Spot:

در این روش با توجه به نظر طراح میزان رادیوگرافی از قطعه مشخص می­گردد. در این روش مطابق پاراگراف341.3.4 از کد ASME B31.3 که به صورت چارت ذیل درآمده است بر روی جوشکاری و میزان پرتونگاری تصمیم گرفته می­شود.(قانون پنالتی)

 

 

جهت اطلاع بیشتر از روش­های آزمون­های غیر مخرب و معیار­های پذیرش آنها، به استانداردASME SEC. V & VIII  مراجعه شود.

 

5-7- تست نشتی:

 

این تست بمنظور حصول اطمینان از درستی اتصالات و کیفیت جوش­های انجام شده بر روی مخزن می­باشد. که به دو دسته Hydrostatic &Pneumatic  تقسیم­ می­شود.

این تست پس از انجام مراحل زیر اجرا می­شود (UG-99):

 

- تکمیل تمامی اتصالات و پس از انجام تعمیرات

- انجام کلیه تست­های مخرب و غیر­مخرب

- انجام عملیات حرارتی(PWHT) و تنش­گیری

 

 نکته:  توصیه می­گردد عملیات سندبلاست و رنگ و عایق­کاری پس از انجام و تأیید تست هیدروستاتیک صورت پذیرد.

 

5-7-1- تست هیدروستاتیک:

 

برای انجام این تست می­بایست مراحل ذیل فراهم شود.

 

- تأمین  فشارسنج­های مورد نیاز و کنترل نمودن مدارک کالیبراسیون آنها (UW-102)

- رنج یا محدودۀ مندرج در فشارسنج  می­بایست دو برابر ماکزیمم فشار اعمالی در تست باشد. ضمناً در هیچ شرایطی نمی­بایست محدوده فشارسنج­ها از 5/1 برابر فشار تست کمتر و از 4 برابر فشار تست بیشتر باشد (UG-102 b).

- فراهم نمودن Vent و Drain بترتیب در بالاترین و در پایین­ترین نقطه مخزن جهت خارج نمودن هوا قبل از تست و تخلیه مخزن پس از اجرای تست (UG-99-4).

- تعبیه شیر اطمینان بمنظور جلوگیری از افزایش فشار غیر مجاز بر روی مخزن(می­بایست شیر زمانی عمل نمایید که فشار از 33/1 برابر فشار تست تجاوز نماید. این مسئله می­تواند زمانیکه مخزن در مکان روباز قرار دارد و گرمای محیط باعث بالا رفتن فشار داخل مخزن از میزان مجاز می­گردد، اتفاق افتد (UG99-4).

-  قبل از اعمال فشار می­بایست تمامی قطعات بر روی مخزن بررسی و کنترل شوند.

- فشار ناشی از تست هیدروستاتیک حداکثر برابر با 3/1 فشار کاری ماکزیمم می­باشد(UG-99-b)

- مخازن تک جداره یا چند جداره که جهت خلأ یا فشار جزئی خلأ طراحی شده­اند می­بایست توسط تست هیدروستاتیک و در صورت عدم امکان از تست نیوماتیک استفاده نمود بطوریکه فشار اعمالی نباید از 3/1 برابر تفاوت فشار اتمسفر و مینیمم فشار طراحی داخلی کمتر باشد.

- تأیید این تست منوط به عدم مشاهده نشتی و افت فشار می­باشد.

- مدت زمان  نگهداشتن مخزن زیر تست می­بایست حداقل 30 دقیقه باشد.(Pressure Vessel Handbook page 158)

- در صورتی که دمای طراحی کمتر از دمای تست هیدروستاتیک باشد، می­بایست جهت تعیین  فشار تست از فرمول ذیل استفاده نمود:(Pressure Vessel Handbook)

1.3* Max. Allow. W. Press.*(Stress Value AT Test Temp. / Stress Value AT Design Temp.

 

 

 

 

 

5-7-2- تست هوا(Pneumatic Test):

 

در برخی مواقع  می­توان از تست هوا بجای تست هیدروستاتیک استفاده نمود. این موارد عبارتند از(UG-100a):

-  مخزن طوری طراحی شده یا ساپورت شده که نتوان آنرا توسط آب پر نمود.

- نتوان به آسانی آن را خشک و رطوبت­گیری نمود.

 

درجه حرارت مخزن در هنگام تست باید 17 بالاتر از حداقل دمای طراحی فلز که مخزن با آن ساخته شده است باشد تا احتمال شکست ترد کاهش یابد(UG-100C).

حداکثر فشار اعمالی در این تست، 1/1 برابر فشار طراحی می­باشد.

 

5-8- عملیات اسید­شویی  و رویین­سازی

این عملیات جهت شستشوی شیمیایی رسوبات، اکسید­ها و چربی­­های باقیمانده در تجهیز و همچنین تشکیل لایه محافظ بر روی سطح قطعه اجرا می­شود (بیشتر برای جنس­های فولادی ضدزنگ، مونل و غیره بکار گرفته می­شود). زمانی می­بایست این پروسه انجام شود که تمام عملیات ساخت نظیر جوشکاری، سنگ­زدن و غیره به پایان رسیده باشد.

 

مراحل این فرآیند بشکل ذیل می­باشد:

 

- چربی­زدایی(Degreasing)

- اسید شویی(شامل Acid Cleaning, Pickling)

- تشکیل لایه خنثی(Passivation)

 

 لازم به ذکر است در بین هر مرحله مخزن می­بایست توسط آب  با کمترین مقدار TDS شستشو شود. و در پایان، مخزن توسط هوای گرم خشک گردد.

برای اطلاع بیشتر در رابطه با عملیات اسید­شویی و رویین­سازی فولاد ضد زنگ به استاندارد­های ASTM A380, A967 مراجعه شود.

 

 

5-9- عملیات رنگ و سندبلاست     

 

بعد از انجام کلیه مراحل ساخت، بازرسی، و انجام تست هیدروستاتیک، مخزن جهت سندبلاست و رنگ آماده می­شود. مراحل انجام عبارتست از:

آماده سازی مناسب قطعه (سندبلاست و نظایر آن)

انتخاب  سیستم رنگ متناسب با شرایط سرویس (فشار و دمای کاری) و رعایت ترتیب اجرای لایه­های رنگ(Primer, Mid Coat, Top Coat)

اعمال صحیح رنگ از لحاظ ترتیب اجرا، ضخامت لایه­ها

 

 در مرحله آماده­سازی و قبل از اجرای سندبلاست می­بایست موارد ذیل را مدنظر قرارداد:

- کلیۀ سطوح ماشینکاری شده مانند سطح فلنج­ها، اتصالات رزوه­ای با پوشش یا درپوش مناسب پوشانده شود.

- کلیۀ مجرا­های باز به داخل مخزن با درپوش مناسب پوشانده شود.

- سوراخ­هایی که بر روی ورق­­های تقویتی تعبیه شده، می­بایست بتوسط موادی نظیر گریس پر شوند.

جهت اعمال عملیات سندبلاست 4 سطح مطابق با استاندارد سوئدی جهت سندبلاست موجود است که به قرار ذیل می­باشند:

Sa1, Sa2, Sa2 1/2, Sa3

- بمنظور بررسی چسبندگی مناسب رنگ می­توان از استاندار­د­های مربوطه از جمله ASTM D3359 (تست شطرنجی) استفاده نمود.

- بمنظور اطمینان از درستی ضخامت لایه رنگ اعمالی  از ضخامت سنجی در مراحل تر و خشک استفاده می­شود.

 

5-10- مدارک نهایی جهت تحویل تجهیز

 

این مدرک به نام Final Book  شناخته می­شود. در این سند موارد ذیل  می­بایست گنجانده شوند:

-  قبل از آماده شدن تجهیز بمنظور حمل به مقصد، سازنده می­بایست حداقل مدارک ذیل را جهت خریدار تهیه نماید:

- کلیه گزارشات اطلاعاتی در رابطه با تجهیز ساخته شده

- نقشه­های ساخت تجهیز به همراه ابعاد مندرج در آن(As built)

- تهیه چارت یا نمودار فشار در حین هیدرو تست

- تهیه چارت یا نمودار عملیات حرارتی بعد از جوشکاری

 

 

5-11- آماده­سازی جهت حمل

 

- بعد از پایان  هیدرو تست، تجهیز می­بایست کاملاً خشک و تمیز و عاری از هرگونه اکسید، گریس، چربی و غیره باشد.

- Opening­هایی که توسط فلنج کور بسته نشده­اند می­بایست توسط پوشش محافظ و ایمن پوشیده شوند.

- Opening­هایی که بصورت رزوه­ای می­باشند، می­بایست بمنظور ممانعت از خراب شدن دنده­های داخلی با درپوش مناسب Plug شوند.

- برای قطعات داخلی بمنظور جلوگیری از تخریب آنها از حفاظ مناسب استفاده شود.

- سطوح پیچ و مهره­­ها توسط گریس یا روغن ضدآب پوشانده شود.

- قطعات کوچک باید در جعبه یا کیسه­ حمل شده و متناسب با شماره مخزن و شماره درخواست  دارای کد شناسایی باشند.

- هنگام بلند نمودن و حمل مخزن اقدامات احتیاطی رعایت شود.

 

 

5-12- گارانتی و تضمین

سازنده تضمین می­نماید که تجهیز مطابق Spec و بدور از هر­گونه اشتباه در حین طراحی، ساخت و متریال می­باشد. و هر گونه ایراد و عیبی که در طول سال­های نخست در حین سرویس بوجود آید بدون دریافت هرگونه وجهی تعمیر یا جایگزین می­نماید.

 

5-13- تعهدات(UG-90,AWS CMW CH2)

 

 

 

آیتم

نوع تعهدات

متعهد

شماره پیگیری در استاندارد ASME SEC. VIII

پیمانکار(سازنده)

کارفرما(خریدار)

شرکت بازرسی

1

تأیید نقشه­ها

 

 

Pressure vessel H.B

2

ارائه مدرک QC Plan

 

 

 

3

تهیه مدارکWPS, PQR,WQT

 

 

(UW-18-a)

4

جوشکاری نمونه­ها و مسئولیت انجام تست و ثبت نتایج(WPS ,PQR)

 

(UW-28-d)

5

تأیید یا رد نتایج حاصله از آیتم 4

 

 

 

6

انجام کلیه تست­های غیرمخرب و تأییدیه آنها

 

(UW-51-2)

7

انجام بازرسی و تأیید فعالیت­های انجام شده

 

Pressure vessel H.B

8

تهیه مدارک Shop Drawing برای تأیید کارفرما

 

 

Pressure vessel H.B

9

تهیه Final Book

 

 

Pressure vessel H.B

10

گارانتی و تضمین ساخت

 

 

Pressure vessel H.B

 




:: برچسب‌ها: مراحل ساخت ونصب مخزن تحت فشار
ن : ع غ
ت : ۱۳٩٠/٦/٢۸
نظرات ()

1- مبنای طراحی

از آنجایی که برای دستیابی به یک سیستم بهینه جهت اتخاذ تصمیم درست و بموقع نیاز مبرم به جمع آوری اطلاعات صحیح، دقیق و بموقع از کلیه رخدادهای سیستم می باشد لذا در اولین گام می بایست کلیه منا بع دریافت وتولید اطلاعات به تجهیزات اندازه گیری و ثبت اتوماتیک بدون دخالت خطاهای انسانی لحاظ گردند. پر واضح است که با داشتن اطلاعات فوق و مبتنی بر فن آوری های نوین اطلاعات (IT) قادر خواهیم بود اشراف و نظارت کامل بر عملکرد سیستم داشته و امکان اعمال فرمانهای درست و بهینه در شرایط مقتضی را فراهم آوریم.

همچنین با توجه به افزایش تعداد اتومبیل ها و مصرف رو به تزاید بنزین موتور و مواد افزودنی مسموم کننده آن، مسایل حفاظت محیط زیست را در سراسر دنیا بطور اعم و در ایران بطور اخص ایجاد کرده است . به همین منظور تمهیدات فنی و قوانین باز دارنده از آلودگی در کشورهای مختلف تصویب شده است تا حفاظت محیط زیست بیشتر مورد بررسی و مطالعه قرار گیرد.

قوانین جلوگیری از آلودگی جو به واسطه تبخیر ئیدروکربورها، بعد از ایجاد استانداردها و مطالعات تعیین مقدار کسری تبخیر که بار مالی در بر داشته است، مخصوصاً در استاندارد API بررسی و ایجاد گردیده است بطوری که استاندارد  API 2557  روشهای جلوگیری از نشر بخار ئیدروکربورها را بصورت توصیه های مختلف پیشنهاد میدهد.

اما از آنجایی که دستیابی به سیستمهای کنترلی فوق الذکر در یک مرحله منوط به صرف وقت و هزینه گزاف می باشد لذا جهت اجرایی نمودن طرح فوق پیشنهاد می گردد که بر اساس ارجحیت و هزینه های سیستم بصورت مرحله ای اقدام به عملیاتی نمودن آن نموده مرحله به مرحله با توجه به نظر آن مدیریت محترم اقدامات مقتضی پیگیری گردد.

 

 

2- مشخصات فنی سیستم پیشنهادی

بنابر جمعبندی ارائه شده در گزارش حاضر مراحل پیش بینی شده به شرح زیر تقدیم می گردد :

الف – مرحله اول

ارتقاء سیستم اندازه گیری پارامترهای موثر در مخازن نگهداشت فرآورده در جایگاه ها از طریق نصب تجهیزات اندازه گیری دقیق شامل ارتفاع سنج ، دما سنج وسیستم اندازه گیری میزان آب کف مخزن با مشخصات زیر :

  • سیستم ارتفاع سنج جهت اندازه گیری سطح فرآورده در مخزن نگهداشت فرآورده با دقت زیر 1 میلیمتر
  • سیستم اندازه گیری دما بصورت سنجش میانگین دما
  • سیستم اندازه گیری آب و لجن کف مخزن با دقت کمتر از 2 میلیمتر

شایان ذکر است مجموعه فوق در یک سنسور بصورت یکپارچه با مشخصات زیر تقدیم می گردد که این یکپارچگی خود از لحاظ خدمات مهندسی (شامل هزینه نصب، نگهداری، تعمیرات و .....) بسیار مقرون به صرفه میباشد.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

همچنین باستحضار می رساند که در سیستم پیشنهادی کلیه مقادیر بدست آمده از سنسورها (تجهیزات اندازه گیری) بدون هیچگونه وقفه بر روی صفحه نمایش در اتاق کنترل مرکزی به زبان فارسی با شمای گرافیکی کاملاً گویا نمایش داده خواهد شد و در صورت بروز هر گونه تغییر ناگهانی یا خطا کلیه رخدادها را در زمان وقوع ثبت و سریعاً کاربر را مطلع نموده، امکان بررسی و رفع خطای مربوطه را فراهم می سازد.

 

 همچنین به منظور رعایت استانداردهای معتبر بین المللی لازم است که هنگام تخلیه سوخت به منبع تمهیدات  زیر در نظر گرفته شود :

 

  • ·     جلوگیری از سرریز فرآورده از مخزن
  • جلوگیری از تخلیه بخارات هیدروکربور داخل مخزن نگهداشت، در هوا.
  • اتصال لوله تخلیه(Hose) ازنفتکش به منبع زیرزمینی نباید نشتی داشته باشد.
  • همچنین باید از پیچ و تاب لوله که معمولاً باعث نشتی و خراب شدن زودرس آن می شود جلوگیری شود.

 

مزایای اجرای مرحله اول

1)  با انجام مرحله فوق مسئولین و مدیران ذیربط قادر خواهند بود بصورت اتوماتیک و بدون دخالت نیروی انسانی از میزان دریافت و تحویل فرآورده در مخزن نگهداشت با دقت مناسب بهره مند گردند.

2) با مقایسه میزان موجودی داخل مخزن و مقدار بدست آمده از محاسبه اختلاف مقدار دریافت و تحویل فرآورده از مخزن در صورت عدم تطبیق می توان به موارد زیر پی برد :

  • امکان بروز نشتی که از لحاظ زیست محیطی امری حیاتی است.
  • امکان پیگیری و به حداقل رساندن خطاهای دستی پیش آمده توسط کاربران در سیستم (که میتواند عمدی یا غیر عمدی باشد.)

3) امکان دریافت گزارشات روزانه، هفتگی، ماهانه و سالانه بصورت تفضیلی یا آماری.

4) ایجاد امکان برنامه ریزی دقیق و مناسب جهت توزیع فرآورده بصورت از پیش تعیین شده و جلوگیری از بروز هرگونه اختلال در نحوه توزیع از منابع نگهداشت به جایگاهها بر اساس اطلاعات آماری بدست آمده طی مدت معین.

5) با قرار دادن تجهیزات اندازه گیری، سیستم می تواند کاملا" بسته شود و امکان تبخیر شدن فرآورده به حداقل برسد.

 

ب - مرحله دوم- سیستم بازیافت بخار و کنترل نشتی

هدف از اجرای این مرحله کنترل، جمع آوری و بازیافت بخارات هیدروکربور خارج شده از مخزن در هنگام انتقال و نگهداشت فرآورده های نفتی می باشد. در کشورهای پیشرفته صنعتی معمولا" این مرحله در دو بخش به شرح زیر صورت  می گیرد:

 

بخش اول (Stage I) :

در این بخش هنگام تخلیه سوخت به مخزن زیرزمینی، بخارهای موجود در مخزن زیرزمینی جایگزین فرآورده خارج شده از نفتکش می گردد. این گاز هنگام پر کردن نفتکش در انبار نفت به دستگاه بازیافت یا سوزاندن منتقل میگردد.

مهمترین روشهای مرسوم در این بخش عبارتند از :

1)   سوزاندن

2)   کربن اکتیو

3)   متراکم و سرد کردن

4)   جذبی

5)   غشائی

تذکر :) در این بخش کلیه عملیات روی بخار بنزین در انبار نفت انجام می گیرد.

بخش دوم (Stage II) :

این بخش شامل عملیات ارائه سوخت به مشتری از طریق تلمبه و دیسپنسرها می باشد که هنگام پر کردن باک اتومبیل بخارهای موجود در باک به مخزن زیرزمینی منتقل می گردد. جهت جلوگیری از این اتلاف بسیار اصولی است که در خود جایگاه سیستم بازیافت بخار لحاظ گردیده و کنترل نشتی نیزانجام پذیرد. لازم است دراین بخش نیز جهت رعایت استاندارد(In Station Diagnostic )  ISD برخی تمهیدات به شرح زیر در نظر گرفته شود :

 

الف - نصب سیستم بازیافت بخار

  • در این مرحله تعویض دیسپنسرها لازم نیست و کافی است که نازل، شیلنگ و سه راهی های موجود تعویض و لوله های برگشت بخار از دیسپنسرها به مخازن و از مخازن به دستگاه تبدیل بخار متصل گردد.

 

  • جهت اجرای این مرحله کلیه منافذ مخازن باید مسدود باشد و تنها راه ارتباطی به هوای آزاد شیر کنترل خلأ و فشار داخل مخزن می باشد که در 3- و8+ اینچ ستون آب عملکرده و تبادل هوا و گاز را میسر می سازند.

 

  • شایان ذکر است این تمهیدات در هنگام پر شدن باک نیز در سیستم بطور اتوماتیک اعمال میگردد و بخار داخل باک از طریق نازل به سیستم بازیافت بخار منتقل می گردد.

 

  • مهمترین واحد این مرحله دستگاه بازیافت بخار هیدروکربور می باشد که در کنار ساختمان،  روی پشت بام و یا در باغچه محوطه جایگاه استقرار میابد. لذا با توجه به بررسی های انجام شده بر روی روش های مختلف بازیافت از لحاظ فنی و اقتصادی بهینه ترین روش روش غشایی می باشد.

 

سیستم غشائی  Membrane System :

در حال حاضر شرکتهای ذیل ارائه دهنده سیستم غشائی در  لوله خروجی مخازن زیرزمینی هستند

Arid technologies

OPW

Vapor System technologies (VST)

 Hirt

در هر حال طراحی بی نظیر تبدیلی توسط سیستم غشائی بیشتر هنر است تا آنرا صنعت بنامیم.

این تکنیک عبارت از عبور جریان مولکولهای ئیدروکربن یا هوا از یک طرف غشاء به طرف دیگر که معمولاً با سرعت کم انجام میگیرد. فشار هوا و بخار در طرف اول و افت فشار زیاد مولکولها تا رسیدن آنها به سطح بعدی غشاء باعث تراکم لازم جهت تبدیل بخار به مایع میباشد . نوع مواد باعث تغییراتی در عملیات خواهد شد تغییر درجه حرارت و فشار جزو موارد اولیه متغیرها خواهد بود. فشار بالا دستی و خلاء پائین دستی عملیاتی است که مورد نظر ما بوده و باعث انجام میعان میگردد .

به عبارت دیگر آمیزه فشار و خلاء شرط لازم بهینه سازی عملیات می باشد. بر حسب قوانین ترمودینامیکی در این پروسه در مرحله نخست با توجه به مشخصات فیزیکی بخار ئیدروکربورها انرژی آنها گرفته شده و تبدیل به مایع میگردد و به مخزن باز میگردد. تبدیل بخار بنزین به مایع تغییر حجمی در مخزن ایجاد می نماید که باعث خلاء مورد نیاز در سیستم می باشد.

یک نمونه از سیستم غشائی بصورت ورق صاف ساخته میشوند و سپس بصورت مارپیچ در محفظه خود قرارگرفته و گنجانده میشوند. گازهای ورودی وارد اتاقک شده و بین ورقه های غشائی قسمت ورودی حرکت مینمایند. بخار ئیدروکربور با عبور از داخل غشائ حرکت کرده و به داخل نفوذ میکند. تا به لوله جمع آوری در مرکز اتاقک برسد .

گاز های سبک مانند ( ازت – اکسیژن – و یا حتی متان ) از غشائ بدون تغییر فیزیکی عبور کرده و به خارج رانده میشود و مایع تبدیلی از گاز هیدروکربور به داخل مخزن هدایت میگردد .

قطر اتاقک از چهار تا هشت اینچ متغیر بوده و طول ان از شش اینچ تا سه  فوت و گهگاه تا شش فوت نیز ساخته میشود .

ابعاد کوجک در جایگاه ها و ابعاد بزرگ در انبار های نفت یا پالایشگاه های نفت و پتروشیمی بر حسب دبی گاز های تبدیلی در اندازه های بزرگ و به تعداد لازم بصورت سری یا موازی  طراحی و نصب میگردد .

 

در شکل زیر پروسه سیستم غشائی ترسیم شده است .

 

 

 

ب – کنترل نشتی

جهت انجام سوخت رسانی از مخزن به باک اتومبیل باید کلیه مسیر از مخزن تا باک فاقد هر گونه نشتی باشد.(که در مرحله بعدی روش های مناسب پیشنهاد گردیده است.)

 

ارائه یک نمونه عملی در دنیا و آمار بدست آمده از محاسبه زمان برگشت سرمایه در داخل کشور:

در ایالات متحده امریکا که شامل پنجاه ایالت با استقلال نسبی داخلی می باشد، نردیک به ده ایالت آن نسبت به بنزین جدید و آلودگی محیط زیست حساسیت بسیار زیادی بکار می بندند (بعلت وحود محلول خطرناک MTBE) عدم حساسیت دیگر ایالات بدلیل مصرف کم بنزین بدون سرب آنها می باشد

در ایالت کالیفرنیا بدلیل مصرف رو به ازدیاد از یک طرف و سطح بالای آب تحت الارضی از سوی دیگر و با توجه به سطح زیر کشت نسبتاً زیاد آن، حساسیت مضاعفی نسبت به آلودگی محیط زیست نشان داده می شود.

طبق مصوبات این ایالت هر جایگاه جدیدالتاسیس از تاریخ اول اکتبر 2003 که پیش بینی فروش 3/1 میلیون گالن آمریکایی در سال را دارد باید به مجموعه(In station diagnostic) ISD مجهز باشد.

بصورتیکه طبق محاسبه پیش بینی شده از اول آوریل 2004 تمام جایگاههایی که فروش سالانه آنها 600.000 گالن در سال است باید به سیستم ISD  مجهزگردند و سر انجام تمام جایگاههای موجود فعال که فروش سالانه آنها 3/1 میلیون گالن آمریکایی در سال یا بیشتر است موظف به نصب و راه اندازی سیستم ISD می باشند بطوریکه از اول آوریل 2008 نیز کلیه جایگاههای موجود با فروش 600.000 گالن در سال به این مجموعه خواهند پیوست.

 

بطور خلاصه سیستم ISD دارای سنسورهای تشخیص گازهای هیدروکربور بوده که در دیسپنسرها ، کانالها و حوضچه ها نصب می شود و همراه سنسور اندازه گیری فشار بخار بالای سطح فرآورده مخازن زیرزمینی اطلاعات خود را به واحد پردازش کننده به نام DIM منتقل می نماید.

 

 

 

ج _ مرحله سوم_ سایر تمهیدات   

اعمال سایر عملیات ضروری جهت تثبیت استاندارد ISD به شرح زیر:

1) جلوگیری از زنگ زدگی و نشتی مخازن (از داخل و خارج) در حد امکان

در این مرحله غیر از پوشش های مرسوم بر روی سطوح می توان از آند فدا شونده در خارج و هم قسمت زیرین (کف) مخزن استفاده کرد. این سیستم برای استقرار در داخل مخزن پس از تخلیه و لای روبی قطعات آماده شده، در کف قرار گرفته و کابل مربوطه پس از خروج از مخزن در ترمینال کنترل به بدنه متصل خواهد شد. از این پس نگرانی از وجود کمی آب در کف مخزن نخواهیم داشت.برای استقرار میله های آند در خارج مخزن در مخازن نصب شده با توجه به هسته آهنی، می توان آنها را در اطراف مخزن با زاویه لازم کوبید. سپس کابل مربوطه را وصل و در ترمینال کنترل به بدنه وصل کرد.

 

2) اعلام سریع نشتی

جهت اعلام سریع نشتی مخازن و لوله ها از سنسورهای گاز و مایع بر حسب نوع باید استفاده کرد. شرط لازم جهت دقت ابزارهای اعلام کننده عدم وجود سر ریز و ریخت و پاش و آلودگی محوطه می باشد. با توجه به آلودگی محوطه جایگاههای کنونی، برای اجرای موفق این مرحله منوط به بازسازی و یا احداث جایگاه می باشد.

در هر حال حفر چند حلقه چاه در اطراف مخازن و کنترل مقدار بخارهای هیدروکربور خارج شده و نمونه برداری از آب چاهها و کنترل همراه مقایسه با نمونه های قبلی در مناطقی که سطح آب تحت الارضی آنها بالا است کنترلی نه چندان دقیق جهت اطلاع از نشانی احتمالی می باشد.

 

 

 

 

3) ایمنی و آتشنشانی

مسئله ایمنی و آتشنشانی از مسائل اساسی در کار با فرآورده های نفتی می باشد. با توجه به رفت بخار بنزین در مخازن زیرزمینی باید کلیه لوله های ورودی و خروجی مخصوصاً لوله کواکسیال پر کن به توری متوقف کننده شعله مجهز باشد.

در اکثر آتش سوزی های جایگاهها آمار نشان می دهد که نقطه تخلیه نفتکش شعله ور شده است. بنابراین پیشنهاد می گردد نقطه تخلیه را به روش های آب ضد آتش دستی یا خودکار مجهز نمایند.

 

 

 

د _ مرحله چهارم _سیستم جمع آوری اطلاعات، ثبت و کنترل رخداد ها جهت کنترل مدیریت در سطوح مختلف

با توجه به تبدیل نشان دهنده های مکانیکی به دیجیتالی و دستیابی به خروجی های موجود اطلاعاتی از طریق استقرار یک عدد PC در دفتر جایگاه ولحاظ نمودن کارتهای واسط و سخت افزار مناسب دراتاق کنترل مرکزی می توان به اطلاعات و گزارشات دقیقی به شرح زیردست یافت.

  • کنترل و ثبت فروش (دیسپنسرها)
  • تهیه بیلان مالی و موجودی مخازن بر حسب خرید و فروش و کنترل سرک کسری احتمالی
  • تهیه گزارش کارکرد شروع و ختم هر شیفت بر حسب تلمبه (دیسپنسر) و تلمبه چی
  • تهیه گزارش های روزانه، هفتگی، ماهانه و سالانه بطور ادواری و گزارش بر حسب درخواست متصدی جایگاه
  • اعلام زمان بازدید، کنترل، تعمیرات و نگهداری
  • کنترل مرغوبیت سوخت با توجه به درجه حرارت و وزن مخصوص سوخت داخل مخزن.

 

این سیستم شامل موارد ذیل می باشد :

 

×      سیستم سخت افزار

شامل یک مجموعه کامپیوتر (با آخرین فن آوری موجود) و کارتهای واسط جهت تبدیل سیگنالهای آنالوگ به دیجیتال، برد رله و ...... می باشد.

 

 

 

×      سیستم نرم افزار

  • ·  نرم افزار اندازه گیری و کنترل

این نرم افزار قادر است در هر لحظه (بصورت Online) کلیه پارامترهای مورد نظر شامل ارتفاع فرآورده در مخزن  نگهداشت، دمای مخزن، وضعیت تحویل فرآورده (مقادیر توتالایزر، تلمبه و دیسپنسر)، عملکرد سیستم بازیافت بخار و همچنین میزان هیدروکربور محیط و ... را از سنسورها دریافت نموده، با مقادیر تعریف شده مقایسه و در صورت نیاز عکس العمل مناسب را اعمال نماید.

 

 

  • ·  سیستم مانیتورینگ

توسط این نرم افزار کلیه رخدادها (شامل تغییرات، انحرافها، خطاها و ...) و مقادیر پارامترهای اندازه گیری شده در هر لحظه (بصورت Online) روی صفحه نمایش با شمای گرافیکی کاملاً گویا به زبان فارسی قابل مشاهده و نظارت می باشد.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  • ·  سیستم اخطار دهی

توسط این نرم افزار در صورت بروز هر گونه اشکال یا انحراف از معیارهای تعریف شده، سیستم قادر است در لحظه تشخیص خطا "هشدار مناسب" را جهت اپراتور اعلام نماید. یا حتی بصورت هوشمند (در صورت امکان) عکس العمل تعریف شده را جهت ترمیم آن و جلوگیری از هر گونه خسارت احتمالی اعمال نماید.

 

  • ·  سیستم  بازیابی و گزارش دهی

این نرم افزار قادر است کلیه رخدادها، خطای پیش آمده و مقادیر دریافتی از سنسورها را با حفظ تاریخ و زمان آنها ثبت نموده و در هر زمان بنا به نیاز اپراتور یا مدیران مربوطه در سطوح مختلف با ارائه گزارشات متنوع بصورت اجمالی یا تفضیلی یا آماری آنها را مطلع نماید.

 

 

ه – سیستم جلوگیری از سرریز فرآورده

 

با استفاده از این سیستم که یک سیستم کاملاً مکانیکی با عملکردی بسیار ساده می باشد می توان از سرریز فرآورده در هنگام تخلیه از تانکر حامل فرآورده جلوگیری نمود. این وسیله که در حقیقت یک Shutt off Valve می باشد در لوله ورودی هر مخزن در ارتفاعی که معادل 95% حجم مخزن می باشد نصب می شود و اگر حجم مخزن به 92% حجم واقعی برسد در مرحله اول مقدار جریان ورودی را کم می کند و در مرحله دوم یعنی در 95% مسیر ورودی را کاملاً مسدود کرده و اجازه ورود فرآورده به مخزن را نمی دهد.

با توجه به اینکه این سیستم کاملاً مکانیکی بوده و بدون استفـاده از برق عملیات جلوگیری از سرریز را انجام می دهد، به راحتی می تواند در محیط هایی قابل انفجار مانند داخل مخازن نصب شده و مورد استفاده قرار گیرد.

 

 




:: برچسب‌ها:
ن : ع غ
ت : ۱۳٩٠/٦/٢۸
نظرات ()

انتخاب سوخت مناسب برای موتورهای دیزل :

 کیفیت سوخت نقش مهمی در کارکرد درست ، افزایش طول عمر و کنترل انتشار آلاینده ها در  موتورهای دیزل دارد  . بطورکلی موتورهای دیزلی که مطایق با استاندارد ASTM D975-

 داشته باشند  عملکرد قابل قبولی دارند .

 سوختی که مورد استفاده قرار می گیرد باید تمیز ، پایدار و تصفیه شده باشد و خورندگی نداشته باشد .

میزان گوگرد  موجود در سوخت :

گوگرد موجود در سوخت باید به اندازه ای کم باشد که موجب سایش زود هنگام رینگهای پیستون و جداره سیلندر نشود و حداقل مقدار دی اکسید گوگرد را هم  از طریق اگزوز دفع کند .

میزان کمی گوگرد در سوخت قابل اغماض است ولی باید توجه داشت که همینمقدار هم می تواند باعث خورندگی و صدمه به موتور شود .

هر گاه از سوختی استفاده می کنید که بیشتر از 5/.%  جرمی گوگرد دارد باید دفعات تعویض روغن را زیاد تر کنید

تمامی موتورهای دیزلی که در شاهراههای ایلات متحده حرکت می کنند باید ذرات معلقی که از اگزوز آنها خارج می شود کمتر از 10/. گرم به ازای هر اسب بخار باشد . به منظور بر آورده کردن این شرایط میزان گوگرد موجود در سوخت نباید بیشتر از 05/%  باشد و در خارج از شاهراهها نباید بیشتر از 5/ % باشد . این نوع سوخت با برچسب قرمز مشخص شده است .

کم بودن میزان گوگرد سوخت سبب می شود که دفعات تعویض روغن و فیلتر کمتر شود .

کار کردن در شرایط هوای سرد :

سوخت دیزل در هنگامی هوا سرد است تشکیل کریستالهای مومی شکلی را می دهد که می تواند سبب مسدود شدن فیلتر سوخت و اختلال در سوخت رسانی شود برای جلوگیری از این مشکل راه حلهای متفاوتی ارائه شده است :

بعضی ها از سوختی که به همین منظور مورد  تصفیه اضافی واقع شده است استفاده می کنند و برخی نیز اقدام به اضافه کردن افزودنی هایی به سوخت می کنند مثل اضافه کردن نفت سفید به گازوئیل برای بهتر کردن درجه ابری بودن سوخت cloud point temperatures می شود ولی سبب می شود که سوختی سبک تر با ارزش حرارتی پائین تری بوجود آید . و توان بدست آمده از موتور را کم می کند و میزان هزینه به ازای مسافت طی شده : mileage=milage را هم افزایش می دهد .

تمیز بودن سوخت :

سوخت باید کاملا تمیز و عاری از هر گونه آلاینده ای باشد . محل نگهداری سوخت و مخزن سوخت را باید مرتب مورد بازرسی قرار داد تا عاری از قطرات آب و ذرات آلاینده و رسوبات باشد . ناپایداری سوخت سبب تشکیل لجن و لعاب varnish در مخزن سوخت می شود.

1- در صورتیکه سوخت دیزل را در سایت نگهداری می کنید نکات زیر را باید رعایت کنید :

از مخازنی فولادی گالوانیزه شده برای نگهداری سوخت و اتصالات آن استفاده نکنید چون بین سوخت و روی موجود در گالوانیزه واکنش شیمیایی صورت می گیرد و سبب مسدود شدن فیلتر ها و صدمه به موتور می شود .

2- برای جلوگیری از ورود آب و باران به داخل مخزن حتما سرپوش مطمئن برای آن در نظر بگیرید

3- اطراف مخزن و روزنه های آن را تمیز نگهدارید

4- مخزن را طوری قرار دهید که کمی به سمت عقب و محل تخلیه زیرین آن شیب داشته باشد . این کار باعث می شود که تخلیه آب و رسوبات داخل مخزن راحت تر صورت گیرد

5- با پر نگه داشتن مخزن در اکثر مواقع از تشکیل قطرات آب در داخل مخزن ممانعت به عمل آورید .

( این موضوع  مخصوصا در مناطقی مانند ماهشهر که در اواخر  تابستان و پائیز هوا غالبا شرجی است و در صورتی که فضای بالای مخزن سوخت خالی باشد امکان نفوذ بخار آب و تشکیل قطرات آب وجود دارد حائز اهمیت است )

6- همواره بعد از پر کردن مخزن سوخت  ، چند ساعتی صبر کنید تا  ذرات احتمالی موجود در آن رسوب کند بعد از این مخزن برای پر کردن باک دستگاهااستفاده کنید .

 آلودگی سوخت :

غالبا آلودگی موجود در سوخت  به هنگام جابجایی نامناسب آن اتفاق می افتد اغلب این آلاینده ها شامل : آب ، ذرات غبار و ذرات ناشی رشد میکربی(_لجن سیاه )

  Microbial growth ( black slime) می باشند ناپایداری سوخت و نگهداری آن به مدت طولانی هم می تواند سبب رسوب لعاب در مخزن شود . بهترین روش استفاده از سوخت های با کیفیت بالا و نگهداری آن رد مخازن تمیز است .

افزودنی های سوخت :

بعضی از سوخت های دیزل با مواد افزودنی همراه هستند که با نام سوخت ممتاز و نظایر آن و با قیمتی گرانتر فروخته می شوند premium diesel fuel   اساساً موتورهای دیزل نیاز چندانی به اینگونه سوخت های خاص ندارند ولی این به خواست مشتری و صلاحدید او بستگی دارد که از اینگونه سوخت ها استفاده کند یا نه ؟

افزودنی هایی که بعدا توسط مصرف کننده  به سوخت اضافه می شود :

Aftermarket supplemental  fuel  additives

 

افزودنی های مختلفی وجود دارد که بعدا توسط مصرف کننده می تواند به سوخت اضافه شود . طیف وسیعی از آنها وجود دارد و ادعا می کنند که :

*افزودنی های  ستان cetane(C16H34)  

* افزودنی هایی که باعث کاهش آلاینده ها می شوند

* پاکیزه کننده ها

* بهبود بخشنده ها به احتراق

* حذف کننده های دود

* بهبود بخشنده های سوخت در هوای سرد

 ولی باید دانست که اکثر این افزودنی ها  فقط باعث بالا رفتن هزینه می شوند و گاهی حتی به موتور دیزل هم صدمه می زنند .

 




:: برچسب‌ها: انتخاب سوخت مناسب برای موتورهای دیزل
ن : ع غ
ت : ۱۳٩٠/٦/٢۸
نظرات ()

کیسه هوا(AIR  BAG)

 

مقدمه

سیستم های کیسه هوایی به منظور حفاظت سر وسینه سرنشین خودرو در برابر ضربه های جانبی در ستون های بغل خودرو استفاده می شوند دراین تحقیق انواع مختلف سیستم های کیسه هوایی مورد تجزیه و تحلیل قرارگرفته و طراحی بهینه آن تهیه گردیده که میتوان برای هر مدل از خودرو با تغییرات جزئی از آن استفاده نمود.

 

کیسه های هوایی جانبی

درراستای تحقق خودکفایی درانجام پروژههایی که نیازبه فن وتکنولوژی پیشرفته ای دارد،تحلیل کیسه های هوایی در خودرو مورد استفاده قرار گرفت .استفاده از کیسه های هوایی  با طول عمر حدود   15 سال به طورعمده در  عمده در صنایع خودرو و موقع تصادفات ،ضربه های جلو ناشی از سرعتهای بالا را جذب میکند و اخیرا کیسه های هوایی جانبی نیز طراحی شده است.

اولین کیسه های هوایی درسال 1980 توسط کارخانه بنز وارد بازار شد ولی استقبال جهانی خوبی از آن نشد اما پس از انکه در سال 1989 استفاده از کیسه های هوایی جزاستاندارد های امریکا شناخته شد کاربرد آن در سطح جهانی افزایش یافت و این امر موجب  تشویق بسیاری از کارخانجات  در توسعه و تولید سیستم  های کیسه های هوایی شد. 

کاربرد همزمان کیسه هوایی و کمربندایمنی:

کیسه ها موقعی که با کمربند  ایمنی  استفاده شوند به میزان قابل توجهی از جراحات وآسیبهای  وارده به سر می

کاهند.کیسه های هوایی به عنوان یک سیستم کمکی استفاده می شوند.  سیستم کیسه های هوا به واسطه یک  مدار الکتریکی ،تحلیل گر،عیب نما و نمایش دهنده عیب سیستم از ایمنی واطمینان بسیار بالایی برخوردار می باشند.

به دلیل نقش عمده ای که کیسه هایی در کاهش جراحات وارده و مرگ و میر ناشی از تصادفات دارند .بنابراین   نیاز استفاده از ان در خودرو های داخلی نیز احساس میشود به همین دلیل تحقیقی در مورد قطعات و وظایف هر یک ازآنها دراین سیستم انجام شده است.دراین سیستم کیسه هوایی بواسطه استفاده از سنسورالکترومغناطیس با دقت بالایی در تصادف از جلو فعال میشودو امکان عملکرد آن در تصادف جانبی و تصادف از عقب وجود ندارد ودر تصادف از جلو که در حدود 15 درجه از مقابل خودرو انحراف داشته باشد فعال میشود.

هر چند کیسه های هوایی  نقش مکمل  کمربندهای ایمنی در خودرو را بر عهده دارند و روز به روز استفاده از آنها بیشتر می شود اما نمی توانند جایگزین کمر بند ایمنی در خودرو شوند . زیرا کمر بند های ایمنی در خودرو بعنوان بهترین ،  ارزانترین  و آسانترین وسیله ایمنی در خودرو مطرح می باشند که در کلیه  تصادفات  اعم  از ضربات جلو، پهلو و حتی وارونه شدن خودرو ، غلتش وغیره تاثیربسزایی در حفظ جان سر نشینان دارند.

 

تست کیسه هوایی

 

کیسه های هوایی با طول عمری کمتر از 15 سال در صنایع خودرو به طور عمده در تصادفات ضربه از جلو و تصادفات  ناشی از سرعت های بالای 40 کیلو متر بر ساعت  کاربرد دارند. در سالهای اخیر سیستم های کیسه های هوایی جانبی نیز طراحی گردیده است.ذکر این نکته لازم است که ایمنی کمر بند ایمنی و کیسه های هوایی باید بصورت توام بایکدیگر استفاده شوندو نتایج تحقیقات نشان می دهد که استفاده از کمر بند ایمنی در کنار کیسه های هوایی ضروری است وگرنه کارایی کیسه های هوایی کاهش می یابد. 

آمارسازمان ملی ایمنی ترافیک:

بر اساس امار سازمان ملی ایمنی ترافیک بزرگراههای امریکا در سال1997 استفاده از کیسه های  هوایی بتنهایی جان 842 نفر را نجات داده است و از سال 1987 به بعد این رقم به 4200 نفر افزایش یافته است اصولا کیسه های هوایی طراحی  شده اند تا اسیب های  وارده بر سر و سینه را در تصادفات محدود سازد و لذا جایگزین کمربندهای ایمنی نمی باشند، بلکه مکمل انها هستند. چنانچه سازمان ملی ایمنی ترافیک بزرگراه های  امریکا تخمین زده است. ترکیب کیسه های هوایی و کمربند ایمنی میزان جراحت های  وارده به  ناحیه سررا در تصادفات تا 75 در صد کاهش میدهد. در حالی که در حالت استفاده از کمر بند ایمنی به تنهایی این رقم را در حدود 38 درصد کاهش یافته است. این امرگواه آن است  که کیسه های  هوایی درکاهش  صدمات ناحیه سرنقش بیشتری دارد و حدود 40 درصد ان را کاهش میدهد.        انچه مسلم است نباید  کیسه های هوایی را با یک بالش نرم اشتباه گرفت بلکه باید در نظر داشت که انها درزمانی کمتراز05/0 ثانیه یعنی سریعتراز یک چشم بر هم زدن با سرعتی بیش از400 کیلومتر برساعت به شکل بالشتک درمی اید و خود این میتواند برای فردی  که به کیسه هایی  نزدیک است بسیار خطرناک باشد.لزوم  سریع عمل کردن کیسه هوایی به این دلیل است که باید قبل از وارد شدن ضربه تصادف به راننده و سرنشینان خودرو و یا کیسه هوایی عمل کرده باشد و گرنه وجود آن بی معنا خواهد بود.

صدای عمل کردن کیسه های هوایی بسیار زیاد است  ولی از انجا که این عمل در زمان بسیار کوتاهی  صورت  می گیرد .لذا اکثر افراد که تجربه عمل کردن کیسه های هوایی خودرو خود را داشته اند متوجه این صدا نشده اند بعضی افراد ادعا میکنند که بعد از عمل  کردن کیسه های هوایی صدایی شبیه زنگ در گوش حس می گردد.این بسیار زود گذر است بهمین دلیل است که تاکنون هبچ گزارشی از طرف سازمان ملی ایمنی ترافیک بزرگراههای امریکا مبنی بر آسیب از صدای کیسه های هوایی به گوش افراد دریافت نشده است.       

خودروهایی  که  به  کیسه های  هوایی  مجه زمی باشند با کلمات و یا حروفی از قبیل AIR BAG   یا  SRS مشخص  شده اند  که اغلب در ژاپن کاربرد دارد. همچنین وجود کیسه های هوایی در خودرو با نوشتن SIR که بطور برجسته  روی فرمان و یا قسمت پانل(برای خودرو هایی که دارای کیسه های هوایی جانبی نیز میباشند ) نوشته شده است  عدد مشخصه خودروVIN نیز می توانند دلیل وجود کیسه های هوایی در خودرو باشد.بعضی از سازندگان،  پلاکارد هایی در زیر کاپوت و یا روی ستون  بغل  پنجره  نصب می کنند که بیانگر وجود کیسه های هوایی در خودرو میباشد.

همچنین روی پانل خودرو معمولا چراغی وجود دارد که عیوب احتمالی کیسه هوایی را به راننده  تذکر می دهد. کیسه های هوایی را معمولا طوری طراحی کرده اند که در تصادفات جلو خودرو در برخورد با مانع سخت مثلا یک دیوار بتونی ویا خودرو دیگر در سرعتی بیش از  30یا  40 Km/h  فعال میشود. کیسه های هوایی دارای سنسورهای  متعددی به منظور تفکیک  تصادفات سرعت  پایین از سرعت  بالا و تصادفات فرعی از تصادفات اصلی می باشد.ذکر این نکته لازم است  که ترمز زدن خودرو نمی تواند منجر به عمل کردن کیسه  هوایی شود زیرا شتاب منفی در این حالت تنها 1/0شتاب منفی لازم برای فعال شدن کیسه هوایی است. 

 

مواردی که کیسه هوایی فعال نمیشود:

مواردی وجود دارند که به رغم تصادفات خودرو از جلو کیسه هوایی فعال نمی شوند این موارد عبارتند از: 

1- تغییر شکل شدیدی که در یک نقطه متمرکز باشد همانند برخورد با دکل های تلفن. 

 

 

2- تغییر شکل هایی که به تدریج صورت می گیردمانند برخورد از پشت به کامیون در حال حرکت

 

3- در تصادف هایی که مانع مورد برخورد تغییر شکل زیادی بدهد مانند برخورد به پهلوی ماشین دیگر

 

-4 در تصادف هایی که ضربه و تغییر شکل در نواحی متعدد و پس از برخورد های مکرر صورت پذیرد. 

 

 

 5- اگر خودرو دو یا چند  بار بصورت پیاپی تصادف کند و در یکی از آنها کیسه هوایی فعال شود در تصادف بعدی کیسه هوایی عملکردی نخواهد  داشت.زیرا  کیسه هوایی  طوری طراحی شده اند که پس از عمل کردن و منبسط شدن خالی شده و منقبض می گردد.

 

فعال شدن کیسه هوایی

موقعی کیسه هوایی فعال میشود که هردو سنسور جلو ضربه را احساس کنند.وکاپوت جلو جمع شود.سیستم کیسه های هوایی به منظورمحافظت بیشترازسروسینه سرنشین خودرو موقع تصادفات شدید سیستم کیسه هوایی و کمربند ایمنی برای جذب ضربه وارده ازجلوبکارگرفته می شود.این کیسه ها برای محافظت راننده در فرمان قرارمی گیرد و به دلیل نزدیکی راننده  به فرمان از حساسیت ویژه ایی برخوردار می باشد.برای محافظت سر نشین نیز سیستم کیسه هوایی در داشبورد جایگزین می شودو برای محافظت سرنشین از ضربات جانبی نیز کیسه های هوای جانبی در ستونهای ماشین کار گذاشته میشود.نحوه کار سیستم کیسه هوایی شبیه به اسلحه های  نظامی می باشد بدین  صورت که دریک  تصادف شدید از جلو سنسورهای دقیق و حساس ضربه ناشی از تصادف را حس کرده و پس از تجزیه و تحلیل توسط کنترلر  فرمان لازم به چاشنی ارسال میشود با عمل کردن این چاشنی مواد شیمیایی موجود در عملگر واکنش داده و  تولید گاز میکندو درزمان بسیار کوتاهی گاز ناشی ازآن کیسه را منبسط می کنند. کیسه در زمانی بسیارکوتاه معمولا  بین 04/0 تا  06/0 ثانیه براساس نوع خودرو وسیستم کیسه هوایی منبسط شده و  پس  از جذب ضربه سریعاًًخالی میشود.

 

انواع سنسورهای کیسه هوایی 

سنسورها یکی ازمهمترین ، دقیقترین وحساسترین قسمتهای سیستم کیسه هوایی می باشند مزیت مهم سنسورهای الکترومکانیکی عدم حساسیت آنها به صدای ناشی ازتجهیزات برقی خودرو می باشد.شرکت  تویوتا  سنسورهای مورد استفاده را به سه دسته تقسیم میکند:

  1. سنسور جلو
  2. سنسور کف
  3. سنسورایمنی

 

سنسورجلوبه علت  شرایط سخت  محیطی که درقسمتهای  جلویی خودروبه واسطه درمعرض محیط  بودن قراردارد،سنسورهای که درقسمت جلو خودرو قرار میگیردمیباید دارای ساختار صلب،پایدارو قابل اعتماد باشد. این

سنسور از نوع الکترومکانیکی بوده و در دو نوع غلطشی وچرخشی بکار میروند.سنسورغلتشی مرکب از یک جرم استوانه ای  و یک فنر تخت است که دور آن پیچیده شده است.  در طراحی  این سنسورها،باکنترل نمودن وزن و اندازه استوانه،سختی فنر تخت ومسافتی که استوانه باید طی کند میتواند با توجه

 به ویژگی های وسیله نقلیه و مدت زمان شتاب منفی که میگیرد طراحی میشود.درنوع سنسور چرخشی یک جرم خارج از مرکز و یک فنر پیچشی  نقش  اصلی را  دارند. وزنه در یک موقعیت اولیه توسط نیروی اولیه وارده از طرف فنر با یک سختی ثابت قرار گرفته است.

 

سنسور کف: 

 درانواع الکترومکانیکی و الکتریکی می باشد وازآنجا که این سنسورها از منطقه تصادف دور هستند و در قسمت کف شاسی خودرو نصب میگردند از تنوع بیشتر برخوردار بوده و از نوع الکتریکی بیشتر استفاده می گردد. در نوع الکتریکی  که بیشترین کاربرد را دارد نحوه کار براساس  کرنش تیر یک سر گیرداراست که توسط  یک  پل الکتریکی به سیگنال الکتریکی تبدیل میشود.عناصر این پل الکتریکی در جدول زیر آمده است.

 

 

سنسور ایمنی

سنسورهای ایمنی همانند سنسورهای کف کف در منطقه تصادف قرار نمیگیرد ودر واقع در کف خودرو روی شاسی نصب میشوداین سنسورها ارز نوع الکترومکانیکی میباشند تا صدای ناشی از اجزای برقی روی عملکرد آنها تاثیر نگذارداین سنسورها وظیفه دارند که از فعال شدن کیسه هوایی در سرعتهای پایین یا دراثرسروصدا جلوگیری  کند واگر سنسور کف یا جلو  به طور نابهنگام و در اثر ناهنجاری وعیب فعال شودتنها سنسور ایمنی است که مانع از فعال شدن کیسه هوایی میشوداین در حالیست که شتاب منفی ناشی از ماکزیمم  قدرت ترمز تنها 1/0 شتاب لازم برای عمل کردن سنسورها میباشد.این سنسورها در مدار الکتریکی با سنسورهای کف و جلو به طور سری بسته میشوند.

سنسور غلتشی 

این سنسورها ساختمانی شبیه سنسورهای غلتشی دارند و به منظور کاهش هزینه از نظر اندازه کوچکتر ودارای قطعات کمتری هستند.   

تحلیل گر سیستم کنترلی مورد استفاده در سیستم کیسه هوایی 

این قسمت ازسیستم کیسه هوایی وظیفه تشخیص ضربه های ناشی از تصادف،فرمان لازم جهت فعال شدن سیستم کنترل کارکرد اجزاء و عیب یابی سیستم کیسه هوایی و نمایش آن توسط کدهایی روی صفحه نمایش مقابل راننده را برعهده دارد. سنسورهای  الکتریکی  کف که در داخل واحد کنترلند همراه  با  دو سنسور جلویی که در قسمت جلوی خودرو نصب  شده اند به  طور موازی با  یکدیگر در مدار قرار گرفته اند علاوه بر این،این 3  سنسور و سنسور ایمنی و چاشنی به صورت سری در مدار قرار گرفته اند.

 

عملگرمورد استفاده درسیستم کیسه هوایی: 

عملگر در واقع آخرین قسمت فعال شونده  سیستم کیسه هوایی می باشد.که با منبسط کردن کیسه هوایی مقابل سرنشین خودرو مانع از جراحات جدی وارد به سریا سینه سرنشین خودرو میگردند.فرمان ارسالی به قسمت عملگر باعث صدور فرمان آتش به چاشنی وانفجار موادشیمیایی موجود در آن میشود. حاصل این انفجار گازی بی خطرمیباشد که کیسه هوایی را با فشار و سرعت بالا منبسط می نماید. موقعی که چاشنی منفجر میشود.هر دوی مواد مواد تقویت کننده و مواد تولید کننده گاز واکنش داده و به سرعت برای منبسط کردن کیسه تولید گاز مینماید.

 

مواد شیمیایی داخل کیسه هوایی:

این ماده شیمیایی اصطلاحا سدیم  ازته نامیده می شود.و در اثر انفجار به گاز بی خطر نیتروژن که  80%  گاز موجود در هوا میباشد و نیز دی اکسید کربن تبدیل میشود.و البته مقدار کمی هیدروکسید سدیم تولید می شودکه در بعضی موارد در افراد خارش پوست و حساسیت ایجاد میکند. به غیر از این موارد پودر تالکوم به منظور لغزنده کردن  سطوح داخلی قسمت باد شونده سیستم کیسه هوایی استفاده میشود(که باعث عدم چسبندگی سطوح داخلی به یکدیگر میشود)

 

 

 

 

منبع : www.gerdavari.com

 

http://chembabolsar.blogfa.com/post-5.aspx

 

 




:: برچسب‌ها: کیسه هوا(air bag)
ن : ع غ
ت : ۱۳٩٠/٦/٢۸
نظرات ()
 

 

عنوان : گرمکن ها (Heaters)

کلمات کلیدی:Heaters, Shell, Gas Tube, Fire Tube,expantion Tank, مشعل، گرمکن، هیتر، انواع گرمکن، اجزاء گرمکن ها

 

چون طبق قوانین گازها و رابطه P1.T2=P2.T1 اگر فشار گازی در حجم ثابت از P1 به P2 کاهش یابد دمای آن نیز از T1 به T2 کاهش خواهد یافت ، لذا در سیستم های تقلیل فشار گاز همواره با کاهش دمای گاز مواجه خواهیم شد و در نتیجه هنگامی که دمای گاز به نقطه شبنم گاز نزدیک شود بخار مایعات همراه گاز اعم از آب و هیدروکربورهای سنگین تر به صورت مایع درآمده و در دمای پایین محیط در تاسیسات ایجاد یخزدگی می نماید.

همچنین از آنجا که دمای گاز در شرایط استاندارد حدود 15C می باشد لذا تامین این شرایط در سیستم های تقلیل فشار و در نهایت در مبادی مصرف ضروری است . با توجه به موارد ذکر شده در سیستم های تقلیل فشار نصب گرمکن های گاز ضروری میباشد . این دستگاهها در شرایط ایمن توسط مشعلهای اتمسفریک آب داخل یک محفظه را گرم نموده و گاز با عبور از لوله های مارپیچی که از درون این محفظه عبور می نماید گرم میشود و به آنها حمام های غیرمستقیم (Water Bath indirect Heater) گاز گفته میشود.

 ساختمان گرمکن های گاز شامل محفظه گرمکن (Shell)، لوله های گاز (Gas Tube)، آتشدان (Fire Tube)، محفظه احتراق، مخزن انبساط آب (expantion Tank)، دودکش (exhaust) و سیستم تامین و کنترل سوخت می باشد.

محفظه گرمکن به صورت استوانه افقی بوده که حجم آن متناسب با ظرفیت حرارتی گرمکن میباشد .این مخزن روی یک شاسی ثابت می گردد و جهت جلوگیری از سرریز شدن آب مقطر هنگام گرم شدن ،مخزن کوچکتری بالای این مخزن نصب میگردد . لوله های گاز گرمکن که اندازه آنها متناسب با حجم گاز عبوری از گرمکن طراحی میگردد ،به صورت لوله های رفت و برگشت و در چند ردیف از یک قاعده وارد مخزن گرمکن میشوند و نشاندهنده های دما و فشار گاز روی این لوله تعبیه می گردند و کنترل کننده دمای گاز گرمکن نیز روی لوله خروجی آن نصب می شود.

آتش دان یا Fire Tube لوله ای است که معمولا به شکل U  ساخته شده و درون مخزن گرمکن و در قسمت زیرین لوله های گاز قرار می گیرد و دو دهانه آن از قاعده دیگر مخزن خارج و به دودکش و محفظه احتراق متصل میگردد و آتش مشعل و هوای گرم هیتر از درون این لوله به دودکش منتقل میشود.

دودکش یا exhaust لوله ای است که انتقال گاز حاصل از احتراق را به ارتفاع بالاتری منتقل نموده باعث مکش هوای درون آتشدان میشود. دودکش ها مجهز به دریچه هایی بوده که از اتلاف حرارت جلوگیری به عمل می آورد. در قسمت پایین دودکش ها سوراخهایی تعبیه شده که در صورت نصب تجهیزات مناسب میتوان دما و نوع گاز حاصل از سوخت را اندازه گیری نموده و در نتیجه میزان سوخت و هوای هیتر را تنظیم نمود.

محفظه احتراق محلی است که مشعلها و شمعک ها و متعلقات آنها درون آن قرار دارند.دریچه های ورودی هوای سوخت که مجهز به توری محافظ میباشد نیز روی این محفظه نصب شده اند .این محفظه به گونه ای ساخته میشود که مشعل و شمعک قابل رویت بوده و دریچه تنظیم هوای آنان قابل دسترسی باشد.برای تامین سوخت گرمکن ها معمولا از گاز خروجی گرمکن و یا گاز خروجی ایستگاه مربوطه استفاده میگردد. ولی در هر صورت این گاز پس از عبور مجدد از درون گرمکن با دمای بیشتر وارد سیستم سوخت هیتر میشود. این سیستم شامل فیلتر ، رگلاتور ، شیر قطع فشار برای فشار بالا و پایین و شیر اطمینان میباشد.

برای کنترل گرمکن های گاز از چهار نوع تجهیزات کنترل که شامل کنترل کننده دمای گاز خروجی ،کنترل کننده دمای آب گرمکن ،کنترل کننده سطح آب گرمکن و سیستم محافظ شعله پیلوت می باشند استفاده میگردد.
ظرفیت حرارتی گرمکن ها متناسب با ظرفیت سیستم بوده و معمولا به ازای هر متر مکعب از ظرفیت ایستگاه حدود 70 BTU/h ظرفیت حرارتی برای گرمکن در نظر گرفته می شود.
 

» فرستنده: مریم مزارعی

 




:: برچسب‌ها: گرمکن ها
ن : ع غ
ت : ۱۳٩٠/٦/٢۸
نظرات ()

 

 

 

 

سازمان مرکزی دانشگاه آزاد اسلامی

دفتر مطالعات و آموزش نیروی انسانی

 

 

 

 

 

 

 

برنامه درسی :

 

سونوشیمی

 

 

 

 

 

 

شناسه: 7007

ویرایش اول- خرداد 88  

 

 


 

 

 

 

مشاوران برنامه درسی :

-     دکتر سید فخرالدین میرخلف - سرپرست قسمت سونوالکتروشیمی مرکز سونوشیمی دانشگاه کاونترری(از دانشگاه  coventry  انگلیس دارای تخصص الکتروشیمی)

-         دکتر محمدرضا غلامی - عضو هیات علمی دانشگاه صنعتی شریف

-         آقای دکتر فرخ قریب  - عضو هیات علمی دانشگاه شهید بهشتی تهران

-         آفای دکتر حسین قاسم زاده - عضو هیات علمی دانشگاه آزاد قزوین

 

 

 

 

 

 

تنظیم نهایی و ویرایش:

-         آزاده کریمی- دفتر مطالعات و آموزش نیروی انسانی سازمان مرکزی دانشگاه آزاد اسلامی

-         کارشناس دفتر مطالعات و آموزش نیروی انسانی دانشگاه آزاد اسلامی واحد تاکستان

 

 

دفتر مطالعات وآموزش نیروی انسانی - تلفکس 22544471(021)


 

مقدمه :

 

در دنیای علم و صنعت کنونی موضوعات بین رشته ای جایگاه ویژه ای پیدا کرده و از رونق خوبی برخوردار شده اند. یکی ازاین موضوعات شامل اثرات فیزیکی و شیمیایی فراصوت درشیمی ، یا همان سرنوشیمی ( صوت شیمی) است که در سال های اخیر توجه پژوهشگران زیادی را به خود معطوف داشته است . این روزها دانشمندان زیادی به این شاخه تحقیقاتی جدید روی آورده اند، اصطلاحی که درابتدا برای توصیف اثر امواج فراصوت در واکنش های شیمیایی به کار می رفت و علاوه برآن در فرایندهایی شامل فراصوت قوی هم کاربرد داشت. دراین اصطلاح پیشوند « سونو» به معنی صوت است همانطور که در تکنیک های قبلی از نور( فتوشیمی) و الکتریسته (الکتروشیمی ) جهت فعالسازی شیمیایی استفاده می شد.

بسیاری از تکنیک های شیمیایی نیاز به شرایط خاصی برای تاثیرگذاری دارند بعنوان مثال در استفاده از امواج میکروحضور گونه های قطبی، الکتروشیمی وجود محیط رسانا و فتوشیمی حضور یک گروه کروموفور که در اثر تابش نور فعال شود ضروری است. بااین حال در فراصوت تنها حضور یک مایع که امواج قوی بتواند از آن عبورکند، کافی است با چنین نگرشی سونوشیمی را می توان یک تکنیک فعالسازی عمومی نظیر ترموشیمی ( گرما) و پیزوشیمی ( فشار) در نظر گرفت.

سال های زیادی است که فراصوت پتانسیل بزرگی برای استفاده در دامنه وسیعی از فرایندها در صنایع شیمیایی و وابسته به آن دارد. کاربردهای گزارش شده شامل تمیز سازی، استریلیزه کردن، شناور سازی، خشک کردن، گاززدایی، تغییر شکل، لحیم کاری ، جوشکاری پلاستیک ، سوراخ کردن ، صاف کردن ، همگی سازی ، امولسیون ، انحلال ، پودر ، تخریب سلول های زنده ، استخراج ، تبلور و اخیرا به عنوان یک محرک واکنش های شیمیایی می باشند.

 

                            دفتر مطالعات و آموزش نیروی انسانی       


اهداف  دوره:

  اهداف رفتاری این دوره عبارت خواهند بود از:

-         سرنوشیمی چیست؟

-         اهمیت آن در کجاست ؟

-         چه سیستم هایی تحت تاثیر سرنوشیمی قرار می گیرند؟

-         کاربردهای عمده این تکنیک کدامند؟

-         چه نوع تجهیزاتی موجودند و چگونه کار می کنند؟

-         چگونه دستگاه ها در آزمایشگاه ها به بهترین شکل بکار گرفته می شوند؟

-         به منظور بهینه کردن نتایج سرنوشیمی چه پارامترهایی را می توان تغییر داد؟

-         چه دستگاه هایی برای بزرگنمایی سونوشیمی ( درمقیاس صنعتی ) قابل دسترسند؟

 

 شرایط شرکت کنندگان:

-         اعضاء هیات علمی دانشگاه آزاد اسلامی با گرایش های علمی مرتبط

 

 معیارهای ارزیابی:

-         شرکت اعضاء‌در بحث کلاسی

-          ارائه سمینار

-          برگزاری آزمون کتبی (تستی و مفهومی ) و عملی ( امکانات آن موجود است)

 

 

مدت دوره:

-         16 ساعت ( معادل با یک واحد درسی)


عناوین و سرفصل مطالب

 بخش اول - مقدمه ای براصول کاربردهای فراصوت

- توان صوت ( تاثیر صوت )

- اهمیت فراصوت قوی در صنعت ( جوشکاری پلاستیک پاک کردن بریدن ، درمان پزشکی ، فراوان و سونوشیمی )

– حفر سازی (منشا اثرات سونوشیمی)

- پارامترهای موثر برسونوشیمی ( گاز داخل حباب ، دما ، گرانروی ، کشش سطحی و فشار بخار حلال ، فشار خارجی ، فرکانس و شدت فراصوت)

 

 بخش دوم - فراصوت آستانه و شدت

- آستانه حفره سازی ( تشخیص حباب ، سونولومینسانس، شروع کار واکنس شیمیایی ، تله اندازی اسپین و روش فلورسانس)

 - اندازه گیری توان فرصوت ( سنجش های فیزیکی و شیمیایی)

- ایمنی تجهیزات سونوشیمی

 

بخش سوم -  سنتز مواد

- واکنش های همگن

- سیستم های شیمیایی ناهمگن

- فلز در نقش کاتالیزور

- فلز در نقش واکنش دهنده

 – واکنشگرهای نافلزی

- امولسیون ها

 – واکنش های افزایشی

 – واکنس های الکیلاسیون

 – واکنش های اکسایش  و کاهش

 – آماده سازی پودرهای فلزی و اکسید فلزی .

 

بخش چهارم- حفاظت محیط زیست

خالص سازی آب

 – آلودگی های بیولوژی

 – تلفیق فراصوت با تکنی های دیگر ( ازن- تابش فرابنفش و الکتروشیمی )

 – تمیز سازی سطحی

 – آلودگی هوا

- لجن زدایی

- هضم آب و زادایی با فراصوت

 

  بخش پنجم - پلیمرها

- تجزیه پلیمرها

 – عوامل موثر (فرکانس، حلال، دما ، نوع گاز، شدت ، فشار خارجی ،  R.M.M و غلظت طبیعت پلیمر،مکانیسم تجزیه

– سنتزپلیمرها

– اثرات فراصوت

 – پلاستیک ها

 

  بخش ششم- سونو الکتروشیمی

- تخلیه الکترولیتیک

- الکتروپلیتینک درحضور فراصوت ( کروم ، روی ، آهن ، مس ، نقره ،  نیکل ) سنتز سونوالکتروارگانیک

 – سنتز الکتروواکسایش

- سنتز الکتروکاهش

– سنتزآلی فلزی

- پلیمریزاسیون الکتروشیمیایی

 

 بخش هفتم - تجهیزات سونوشیمی و طراحی راکتور

تولید فراصوت ( مبدل های گازی ، مایع و الکترومکانیکی ) راکتور سوتی

 – جزئیات عملی در زمنیه ساختار و روش استفاده از حمام تمیز کننده و سیستم پرآب

–سیستم های با شدت پایین و شدت بالا

 – کارایی (بهره ) فراصوتی

 – سیستم های فراصوت درمقیاس بزرگ

 – چشم اندازی به آینده

 

 

منابع

 

1- سونوشیمی ( اثر فراصوت در واکنش های شیمیایی) پروفسور تیموتی ج- میسون – مترجم : رجبعلی ابراهیمی 1386

2- Applied sonochemistry:uses of power uitrasound in chemistry and processingtimothy.j.mason.john p. lorimer2002

3- sonochemistry and cavitation milia a margulis,1999

synthetic organic sonochemistry, jean-louis luche,Claudia- bianchi1998

5-sonochemistry and sonoluminescenc,lawrencea.crum, Kenneth s. suslick,1999

6- advances insonochemistry, mason,tj/tiehm.a.2001

7- cavitaton reaction engineering,yatish t.shah.a.b. pandit,v,s.moholkbar1999

 




:: برچسب‌ها: سونوشیمی
ن : ع غ
ت : ۱۳٩٠/٦/٢۸
نظرات ()

 

 

ماشینهای راپیری GS900

ماشین بافندگی GS900  با استفاده از تکنولوژی کنترل دینامیکی راپیر و بدون استفاده از راهنما به منظورافزایش توان و تنوع پذیری کار طراحی شده است.

انتقال حرکت راژیری با استفاده از یک رابط کروی شکل انجام می گیرد و بدین ترتیب امکان کار با نخلهای ظریف و دستیابی به حداکثرراندمان پودگذاری را فراهم می آورد .

گریپرهای WSC طوری طراحی شده اند که برای کار با همه انواع نخ و کاربردهایی نظیر تولید پوشاک، مبلمان و منسوجات خانگی و صنعتی مناسب می باشند.

بعلاوه روشهای جدید الکترومکانیکی در ساخت این سیستمها با هدف افزایش بهره وری، تنوع پذیری و انعطاف پذیری آنها بکارگرفته شده است :

*طراحی جدید موتور محرکه اصلی به منظور بهینه سازی شتاب های کند شونده و تند شونده و افزایش کیفیت پارچه تولیدی؛

*سیستم جدید بافت کناره موقت و کنترل الکترونیکی لنو ، که انجام و تکرار سیکل پود گذاری بطور کاملا برنامه ریزی شده (بصورت مستقل در چپ و راست ماشین و درهر پیک ) را برای دستیابی شرایط بهینه کشیدگی نخ پود امکانپذیر می سارد.

*سیستم الکترونیکی انتخاب نخ پود همراه با کنترل پیوسته موقعیت پود در دهنه ؛

*سیستم الکترونیکی برش پود همراه با مکانیزم تنظیم خودکار به منظور رسیدن به شرایط بهینه برش نخ پود .

ماشین بافندگی پارچه حوله ای GS900F

 

 

ویژگی های برجسته این ماشین بشرح زیر می باشد:

*ایجاد حلقه های پرز در این ماشین با استفاده از حرکت نوسانی دفتین انجام می گیرد ؛

*کنترل الکترونیکی دفتین برای ایجاد امکان برنامه ریزی مکانیزم ایجاد حلقه پرز که می تواند به منظور تغییر ارتفاع حلقه در سیلکهای مختلف پود گذاری متغیر باشد؛

*امکان برنامه ریزی ارتفاع حلقه های پرز به منظور ایجاد طرحهای مواج در جهت تاری؛

*سیستم الکترونیکی و بهینه تغذیه نخ پرز و نخ تار زمینه برای دستیابی به بهترین یکنواختی کشش نخ و ارتفاع حلقه پرز،

*نیرو محرکه اصلی با سیستم کنترل الکترونیکی برداری برای افزایش عملکرد و کارایی ماشین.

این ماشین در هشت عرض مختلف از 220 تا 360 سانتی متر و با سیستم تعویض دهنه دابی با حداکثر 20 شافت و یا ژاکارد موجود است.

ماشین بافندگی جت هوا GS900

ویژگیهای این ماشین عبارتند از :

*سیستم اتوماتیک پودیابی در زمان توقف دفتین؛

*زمان کوتاه مرگ عقبی دفتین و هندسه بهینه نخهای تار؛

*امکان پودگذاری در حد اکثر شش رنگ مختلف؛

*کنترل کاملا اتوماتیک جریان هوا برای عرضهایی تاm 8/3

*نیرو محرکه اصلی مستقیم که با استفاده از کنترل الکترونیکی کاملا جدید کار میکند؛

*صفحه ترمینال حساس به تماس (1/12)، با امکان نمایش رنگی و تصاویرگرافیکی راهنما.

شرکت اسمیت در نمایشگاه ایتمای آسیا این ماشین ها را به نمایش گذاشت :

*ماشین GS900B190N8SP، پارچه پیراهنی پنبه ای

*ماشین GS900B290F8SP، پارچه حوله ای نقشدار با مکانیزم دابی

*ماشین JS900S190N4SP ، پارچه لباسی از جنس نخهای مصنوعی (شیمیایی)

 

 

 

 

اوستر:تکنولوژی جدید 5-S800

گروه اوستر در نمایشگاه ایتمای آسیا سیستم جدید آزمایش و آنالیز داده ها را عرضه کرد.

سیستم آرمایشگاهی اوستر یکی از اولین انتخابها برای اندازه گیری کیفیت نخهای استیل، نیمچه نخ و فتیله محسوب می شود. سیستم آزمایشگاهی جدید اوستر 5-S800 ، قادر است مهمترین فاکتورهای کیفیت نظیر یکنواختی و عیوب نخ را با دقت بالا و با سرعت غیر قابل تصوری معادل  m/min800  محاسبه نماید.

دقت بالا و با سرعت آزمایش(تا m/min800 ) ،ظرفیت پذیری نمونه ها نیز تقریبا دو برابر می شود. بدین ترتیب خریدار می تواند با استفاده از این ظرفیت اضافی کلیه موقعیت های ریسندگی را در مدت زمان کوتاه تری آزمایش کند و یا اینکه با همان تعداد نمونه ولی با طول بیشتری کار کند و در نتیجه اطلاعات آماری بیشتری جمع آوری نماید. بعلاوه حتی این در سرعت بسیار زیاد، دستگاه S800 قادر است کلیه آزمایشات را بصورت تکرارپذیر در هر زمان دیگری انجام دهد. در حال حاضر وجود الیاف خارجی یکی از مهم ترین و اساسی ترین مشکلات خطوط ریسندگی است. دستگاه 5-S800 با استفاده از حسگر FM قادر است وجود الیاف خارجی را همزمان با اندازه گیری سایر پارامترهای کیفی نمونه و طی یک مرحله آزمایش تشخیص دهد.

سیستم جدید 5-S800 با تکنولوژی پیشرفته حسگر خود می تواند کلیه فاکتورهای کیفی نخ نظیر موئینگی، نوسانات و پراکندگی قطر ، شکل، دانسیته و آلودگیهای ناشی از گردو غبار و سایر ضایعات را بخوبی محاسبه نماید. این در حالیست که در بسیاری موارد، استفاده ازیک تکنولوژی اندازه گیری به تنهایی نمی تواند در مورد کیفیت نخ نهایی چنین قضاوت جامعی داشته باشد.

تنها ترکیبی از تکنولوژیهای متعدد حسگر محاسبه کیفیت را بطور جامع و کارا ممکن می کند.

دستگاه 5-S800  قابلیت های نرم افزاری متعددی نظیر امکان بزرگ کردن دیاگرامها و اندازه گیری فاکتورهای کیفی نخهای فانتزی را نیز به بهترین نحو دارا است. بعلاوه با بکارگیری سخت افزار جدید می تواند شرایط محیطی ( دما و رطوبت ) را محاسبه کند. از اینرو آزمایشها تطابق بیشتری با استانداردهای بین المللی خواهند داشت. همچنین با استفاده از تکنولوژی های اوستر 5-S400 و 5-S800 در کنار هم ، میتوان ظرفیت آزمایش را روی یک واحد کنترل تا دو برابر افزایش داد.

این گروه چند ملیتی در کشور سوئیس و تحت عنوان شرکت اوسترکار می کند. این گروه در زمینه ساخت قطعات الکترونیکی نساجی، مانیتوره کردن شرایط محیط و تهویه فعالیت می کند و یکی از بزرگترین سازندگان سیستم های کنترل کیفیت محصولات نساجی بشمار می رود.

 منبا= نساجی امروز

 

http://irtextile.persianblog.ir/

 




:: برچسب‌ها: ماشینهای راپیری gs900
ن : ع غ
ت : ۱۳٩٠/٦/٢۸
نظرات ()

مهندسی ساخت و تولید

رباتیک و جایگاه آن در ایران

مقدمه

رباتیک علمی است که با هدف راحتی انسان و افزایش وقت مفید او به وجود آمده است . متاسفانه در کشور ما آن طور که شایسته است شناخته نشده است . در این مقاله سعی می کنیم به وضعیت ایران در علم رباتیک در ایران بپردازیم . بدین منظور ابتدا تاریخچه و تعریف مختصری از ربات ارائه می نماییم . سپس به و ضعیت رباتیک در کشور های صنعتی می پردازیم و سرانجام و ضعیت ایران را بررسی می نماییم و برای بهبود آن راهکاری را مشخص می نمایییم .

تاریخچه ی رباتیک

در گذشته کشورهای استعمارگر برای افزایش سرمایه وپیشرفت خود به کشور های ضعیف حمله می کردند و با تصرف کشور قربانی ، مردم آنجا را به عنوان برده به خدمت می گرفتند و از آنها به عنوان نیروی کار رایگان بهره می بردند و آنها را در مزارع کارخانه ها آشپزخانه ها و… به کار می گرفتند . اما این برده ها چند عیب بزرگ داشتند . مهمترین عیب آن اسارت یک انسان و ظلم به او بود و دیگر عیب آن خستگی برده ها بود . برده ها نمی توانستند 24 ساعت شبانه روز کار کنند . باید به آن ها وقت استراحت می دادند . دیگر عیب آن ها این بود که ارباب باید آن ها را مداوم کنترل می کرد . در آن زمان آرزوی اربابان این بود که برده ای غیر انسانی داشته باشند که بتواند 24 ساعته کارکند و دچار خستگی نشود و نیاز به کنترل مداوم نداشته باشد . با توجه به علم آن زمان این رویایی بیش نبود و فقط در تئاتر به نمایش در می آمد و به این برده های آسمانی (( ربات )) می گفتند . با پیشرفت علوم در طی گذشت زمان و انقلاب صنعتی اروپا ، نیاز به برده هایی بیشتر با سرعت بالاتر دقت بیشتر و خستگی کمتر ، بیشتر احساس می شد . بنابراین دانشمندان به فکرساخت ماشین های خود کار افتادند . (تا آن زمان علم در زمینه ی برق و مکانیک مقداری پیشرفت کرده بود . ) از آن به بعد در قسمت هایی از کارخانه ها از ماشین های الکترومکانیکی استفاده می شد . بدین شکل مکانیزاسیون صنعتی آغاز شد . عیب بزرگ این دستگاه ها تک منظوره بودن و عدم انعطاف پذیری آن ها بود . یعنی با تغییر قسمتی از کارخانه یا محصول تولیدی می بایست کل دستگاه ها دوباره طراحی می شدند . با پیشرفت هر چه بیشتر علم ، کامپیوتر ها اختراع شدند و گسترش یافتند . تا حدی که در خانه ها نیز یافت می شد . سپس صنعت گران به فکر ترکیب ماشین ها ی الکترومکانیکی با کامپیوتر ها افتادند تا بتوان آن ها را برنامه نویسی کرد [ یکی از ویژگی های کامپیوتر قابل برنامه نویسی بودن آن است ] و بایک دستگاه بتوان چندین کار را انجام داد (مثلا دستگاهی که یک نوع ماشین را رنگ می زند بتواند با عوض شدن مدل و طرح آن ، آن ها را نیز رنگ بزند ) . بدین صورت ربات ها ساخته شدند

مترو لوژی و کالیبراسیون

مترولوژی در مقصد مهندسی مفهومی است که به اندازه گیری طول و زاویه ومقادیری که به صورت خطی یا زاویه ای بیان می شود اطلاق می گردد واندازه گیری فرایندی است که مقایسه می شود.عمل مقایسه توسط ابزار اندازه گیری صورت می گیرد که تفاوت کمیت مجهول واستاندارد را مشخص می سازد.ابرارهای اندازه گیری وسایلی هستند که یک سیستم کنترل اندازه گیری را تشکیل می دهند وکل این سیستم زمانی قابل اطمینان خواهد بود که کلیه ابزارهای اندازه گیری در محدوده مشخصات تعیین شده صحت داشته وعمل نمایند.ابزارهای اندازه گیری در اثر کارکرد،...دقت خود را از دست داده واز تنظیم خارج می شوند لذا کالیبراسیون منظم و برنامه ریزی شده این ابزارها ضروریست.

کالیبراسیون یعنی مجموعه ای از عملیات اندازه گیری دقیق که طی ان ورودی ها وخروجیها یک وسیله اندازه گیری با یک استاندارد معلوم بین المللی مقایسه می شود وخطای تجهیزات وابزارها تعیین ودر نهایت تصحیح می گردد به عبارتی کالیبراسیون یعنی همسان کردن اندازه ها با مقیاسها جهت تنظیم یک وسیله اندازه گیری دقیق مرجع،بنحوی که صحت ان وسیله در محدوده مشخصات شرکت سازنده تضمین گردد.روشن است که عملکرد موفق هر محصولی به دقت وصحت کارکرد هر یک از وسایل اندازه گیری وکنترل در فرایند تولید محصول بستگی دارد.و کالیبراسیون ابزارهای اندازه گیری این اطمینان را فراهم می سازد که فرایند بنحو مطلوبی در محدوده مشخصات تعریف شده عملکرد ومحصول نهایی با کیفیت لازم تولید شود

 




:: برچسب‌ها: رباتیک و جایگاه آن در ایران
ن : ع غ
ت : ۱۳٩٠/٦/٢۸
نظرات ()

The Practical Analysis of High Velocity Forming and the Influencing Factors on Formability of Sheet Metals at High Speeds

 

E. Kowsarinia[1], Y. Alizadeh[2]

Mechanical Engineering Department, Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran

ehsankowsar@aut.ac.ir

 

 

 

 

Abstract

In this paper, at first, it is discussed that high velocity forming, as can be implemented through electromagnetic forming, is a technology that should be developed for manufacturing of industrial products. As a process used in conjunction with traditional stamping, it may offer dramatically improved formability, reduced wrinkling and active control of spring-back among other advantages. Then, the important factors that lead to improved formability of sheet metals at high velocity are discussed. In particular, high sample velocity can inhibit neck growth that also depends on sample dimensions. In addition to this, boundary conditions imposed by sample launch and die impact can have important effects on formability. In this paper results from a global review of activities undertaken in the area of the effects of high velocity forming on mechanical properties and formability of sheet metals is presented.

 

Keywords: Dynamic plastic deformation, Electromagnetic forming, Necking

 

 


بررسی کاربردی شکل دهی پرسرعت و عوامل موثر بر شکل پذیری ورق در سرعتهای بالا

 

احسان کوثری نیا[3]، یونس علیزاده[4]

دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی امیرکبیر

ehsankowsar@aut.ac.ir

 

 

 

 

چکیده:

در این مقاله ابتدا، ضرورت توسعه فناوری شکل دهی پرسرعت، که می تواند در قالب شکل دهی الکترومغناطیس باشد، در تولید قطعات صنعتی مورد بحث قرار گرفته است. این فرآیند در کنار سایر مزایای آن، می تواند شکل پذیری ورق را به نحو چشمگیری بهبود بخشیده، چین خوردگی را کاهش داده و برگشت فنری ورق را کم کند. سپس عوامل مهمی که منجر به بهبود شکل پذیری ورق در سرعت بالا می شود مورد بررسی قرار گرفته است. به طور خاص، سرعت بالای ورق می تواند مانع از رشد گلویی شدن شود که این امر به ابعاد ورق نیز وابستگی دارد. به علاوه، شرایط مرزی و ضربه برخورد با قالب می تواند اثرات مهمی بر شکل پذیری بگذارد. در این مقاله نتایج مروری کلی بر فعالیتهای انجام شده در زمینه تاثیر شکل دهی سریع بر خواص مکانیکی و شکل پذیری ورقهای فلزی ارایه شده است.

 

کلیدواژه ها: تغییر شکل پلاستیک دینامیک - شکل دهی الکترومغناطیس - گلویی شدن

 

1- مقدمه

آلومینیوم از قابلیت بالایی برای کاهش وزن خودروها برخوردار است. یکی از مهمترین چالشهای استفاده از این فلز، شکل دادن آن بدون وقوع پارگی (مشابه شکل 1) است. در حال حاضر این مشکل با مونتاژ چند تکه ورقهای آلومینیومی یا بهره گیری از طراحیهای غیر بهینه برطرف می شود. مدت زیادی است مشخص شده که فلزات را می توان در سرعتهای بالا تا کرنشهای بیشتری نسبت به سرعتهای شبه ایستا تحت کشش قرار داد. بخش زیادی از کارهای پژوهشی در این زمینه را می توان در مرجع [1] یافت.

یکی از پرجاذبه ترین روشهای شکل دهی پرسرعت به لحاظ کاربردی، شکل دهی الکترومغناطیس است. این فرآیند را می توان در آرایشهای متنوعی به کار گرفت و از آن به همراه فرآیندهای شکل دهی متداول استفاده کرد. با به کارگیری همزمان این روش با روشهای متداول شکل دهی، می توان بسیاری از قطعات را با تعداد عملیات کمتر تولید کرد و ساخت بسیاری از قطعات با جنسهای دشوار مانند آلومینیوم امکان پذیر می شود. این امر در نهایت می تواند منجر به کاهش وزن قطعات و افزایش بازدهی خودروها و محصولات صنعتی شود.

شکل دهی الکترومغناطیس وابسته به خواص الکتریکی ماده قطعه کار است. نوعاً مقاومت ویژه الکتریکی جنس قطعه باید کمتر از  باشد. مواد مناسب برای این منظور عبارتند از مس، آلومینیوم، فولاد کم کربن، برنج، اغلب فلزات گرانبها و فولاد ضدزنگ. برای انجام شکل دهی، انرژی خازن در سیم پیچ دربرگیرنده قطعه تخلیه می شود (شکل 2). جریان گذرنده از سیم پیچ، یک میدان مغناطیسی ایجاد کرده که قدرت آن متناسب با شدت جریان است (قانون بیوت). میدان مغناطیسی ایجاد شده در اطراف سیم پیچ نیز به نوبه خود در قطعه یک جریان الکتریکی تولید کرده و این جریان یک میدان مغناطیسی حول قطعه تشکیل می دهد. دو میدان مغناطیسی یکدیگر را دفع کرده و نیروی مربوطه سبب تغییر شکل ورق می شود. فرکانس پالس جریان باید به اندازه کافی بالا باشد (معمولاً زمان خیز پالس کمتر از 30 میکروثانیه است). توزیع مکانی فشار را می توان با آرایش سیم پیچ ابزار کنترل کرد و شدت نیروی حاصله عمدتاً با انرژی تخلیه کنترل می شود.

 

 

شکل 1   نتایج شکل دهی یک نمونه قاب درب خودرو از جنس فولاد و جنس آلومینیوم (قطعه مرحله ای) با استفاده از قالبی که برای جنس فولاد طراحی شده است. وزن قاب آلومینیومی 5.2 کیلوگرم بوده در حالیکه وزن قاب فولادی 11.8 کیلوگرم می باشد.

 

 این سیستم یک فرآیند شکل دهی غیر تماسی بوده و لذا نیازی به اعمال روانکار ندارد. فرآیند شکل دهی الکترومغناطیس غالباً به عنوان یک روش مونتاژ و معمولاً به همراه روشهای دیگر به کار می رود. در یک نمونه از کاربرد این روش در صنعت خودروسازی، شرکتهای کرایسلر، فورد و جنرال موتورز تحت پوشش جامعه پژوهشهای خودرو ایالات متحده، روکشهای آلومینیومی درب خودرو را به روش ترکیبی از پرسکاری معمولی به همراه شکل دهی الکترومغناطیس تولید نمودند. منابع بیشتر در خصوص شکل دهی الکترومغناطیس در مراجع [2-4] آمده است.

 

 

شکل 2    آرایش شکل دهی الکترومغناطیس

 

بهره گیری از روشهای عمومی شکل دهی سریع (مانند شکل دهی انفجاری) و شکل دهی الکترومغناطیس به طور خاص، سرگذشت طولانی دارد. از دهه 1960، صدها خازن برای تولید انبوه میلیونها قطعه با مزیت ایمنی بالا و عدم آسیب رسیدن به پرسنل، تولید شده و مورد استفاده قرار گرفته اند. بخش عمده ای از فرآیندهای شکل دهی الکترومغناطیس انجام شده در گذشته مربوط به انقباض یا انبساط ساده متقارن محوری لوله ها به عنوان بخشی از فرآیند مونتاژ بوده است. بهبود شکل پذیری و کاهش چین خوردگی در  فرآیندهای شکل دهی سریع موضوعی است که در گذشته کمتر مورد توجه قرار گرفته است. چند مطالعه مروری بر پژوهشهای انجام شده در زمینه شکل دهی سریع انجام شده است [5، 4].

شکل دهی سریع مزایای مهمی دارد که می توان از آنها در کاربردهای فعلی و آتی شکل دهی فلزات بهره گرفت. این مزایا عبارتند از:

1)      بهبود قابلیت شکل پذیری. در شکل دهی سریع آلومینیوم در دمای اتاق و شرایط کرنش صفحه ای، تغییر طول نسبی بیش از 100 درصد مشاهده شده است. این مساله در بخشهای بعدی این مقاله مورد بررسی قرار خواهد گرفت.

2)      بهبود خواص در اثر ضربه ورق به قالب. هنگامی که ورق فلزی با سرعت بالا به سطح قالب برخورد می کند، تنشهای فشاری بالایی در آن ایجاد می شود. این امر می تواند سبب کاهش برگشت فنری، بهبود صافی سطح و افزایش شکل پذیری ورق شود.

3)      کاهش چین خوردگی. زمانی که ورق با پروفیل سرعت مشخصی حرکت می کند، هر جزء از ورق تمایل دارد که در جهت جریان خود حرکت کند. از آنجا که چین خوردگی معمولاً با تغییر جهت حرکت همراه است، در سرعت بالا، به دلیل اینرسی ماده، چین خوردگی کاهش پیدا می کند. به عنوان مثال، با استفاده از پالس الکترومغناطیس، می توان قطر رینگهای باریک را تا نسبت دو برابر و یا بیشتر کاهش داد.

استفاده همزمان از شکل دهی الکترمغناطیس و کشش عمیق می تواند مزایای زیادی داشته باشد. هر دو فرآیند را می توان در یک پرس تقریباً معمولی انجام داد. عملگرهای الکترومغناطیس را می توان در حین حرکت سنبه قالب به صورت پالسی فعال کرد و یا آنکه در انتهای کورس پرس با یک ایمپالس فعال نمود. همانگونه که در شکل 3 نشان داده شده، عملگرهای الکترومغناطیس متعددی را می توان در یک پرس به طور مستقل کنترل کرد.

 

 

شکل 3   تصویر طرحوار قالب پرس با چند عملگر الکترومغناطیسی

 

شکل دهی ترکیبی به دو روش معمولی و الکترومغناطیس می تواند مزایای متعدد ذیل را داشته باشد:

بهبود شکل پذیری – منحنیهای حد شکل دهی می تواند در سرعتهای بالا به نحو چشمگیری بهبود یابد.

بهبود توزیع کرنش – علاوه بر بهبود قابلیت شکل دهی، امکان توزیع بهتر کرنش در این روش، به ویژه در قسمتهایی از ورق که به دلیل اصطکاک تحت کرنش قرار نگرفته اند وجود دارد.

کاهش چین خوردگی –  به این ترتیب محدودیت در انجام فرآیندهایی چون لبه زنی کاهش پیدا می کند.

کاهش برگشت فنری – استفاده پالسهای ضربه ای در انتهای کورس پرس، برگشت فنری قطعه را تا حدود زیادی کاهش می دهد.

به حداقل رسیدن اعوعاج در فرمهای موضعی – فشارهای تماسی و سرعتهای بالای فرآیند الکترومغناطیس می تواند اعوجاجها در فرمهای موضعی را به حداقل برساند.

نمونه ای از کاربرد این روش برای تولید یکپارچه قاب داخلی درب آلومینیومی خودروی کاوالیر شرکت جنرال موتورز مورد استفاده قرار گرفته است. قطعه پیش فرم که گوشه های آن نرم شده، در فرآیند شکل دهی الکترومغناطیس به فرم نهایی شکل داده شده است. تولید این قطعه از جنس آلومینیوم با روشهای متداول امکان پذیر نیست [1] (شکل 3).

 

   
   

شکل 4   فرآیند شکل دهی تکمیلی الکترومغناطیس که برروی قاب درب خودرو انجام شده است. تصاویر نشان می دهد که قطعه آلومینیومی  پیش فرم شده نرم شده که با روش الکترومغناطیس شکل دهی شده است بسیار مشابه نمونه فولادی آن است.

 

2- حساسیت به نرخ کرنش

حساسیت به نرخ کرنش یک ماده را می توان با رابطه زیر تقریب زد:

(1)

 

برای فلزات مهندسی در محدوده دمای اتاق، مقدار m در محدوده -0.005 تا 0.015 است. حتی چنین مقادیر اندک m هم می تواند چشمگیر باشد. در یک نمونه آزمون کشش، اگر طول قسمت موازی نمونه L و سرعت کشش v باشد، نرخ کرنش برابر با v/L است. عرض نمونه آزمون نوعاً در حدود L/8 و ضخامت آن در مرتبه L/100 است. تغییر شکل در گلویی نفوذی، درون طولی تقریباً برابر با عرض رخ می دهد، لذا نرخ کرنش با ضریب 8 افزایش می یابد. در گلویی موضعی، تغییر شکل در طولی تقریباً برابر با ضخامت ورق متمرکز شده که نرخ کرنش را در مرتبه 100 برابر افزایش می دهد. حتی حساسیت اندک به نرخ کرنش استحکام ماده را در گلویی افزایش داده، که باعث می شود گلویی آرامتر توسعه یافته و امکان تغییر شکل بیشتر بیرون از گلویی و افزایش کرنش حدی را فراهم می کند.

 

3- شکل دهی در سرعت بالا

به منظور درک بهتر نکات بخش قبل، در این بخش، سازوکارهای شکل پذیری در سرعتهای بالا و نیز معیارهای ساده شده ای که می تواند در طراحی فرآیندهای شکل دهی پرسرعت به کار رود مورد بررسی قرار می گیرد. پیشرفتهای انجام شده در زمینه های شکل دهی سنتی و شکل دهی سوپرپلاستیک، می تواند به عنوان مبنایی برای اصول فنی و قواعد طراحی مهندسی مورد نیاز در شکل دهی پرسرعت مورد استفاده قرار گیرد.

در فرآیند شکل دهی سنتی، معمولاً مهمترین چالشهای طراحی قالب آن است که ورق فراتر از حدود کشش خود کشیده نشود و عمق کشش ورق در ماتریس نیز به اندازه ای نباشد که منجر به چین خوردگی آن شود. مبانی تئوری ناپایداری ورق در اثر کشش به کارهای پژوهشگرانی چون کانسیدر [6]، سویفت [7] و مارسینیاک و کوزینسکی [8] برمی گردد. با توسعه نمودارهای حد کشش (FLD)، توسط محققانی چون کیلر و گودوین، این پژوهشها کاربردهای عملی و گسترده ای یافت [9 ،10]. این نمودارها وابسته به رفتار کرنش سختی ورق، ناهمسانگردی، ریزساختار و پارامترهای متعدد دیگری (از قبیل پدیده پیچیده مسیرهای کرنش غیر تناسبی) است. علیرغم این پیچیدگیها، این روش تا حد زیادی مبنای روش تحلیل کاربردی فرآیندهای شکل دهی ورق می باشد.

به طور مشابه در شکل دهی سوپرپلاستیک مطالعات تحلیلی متعدد و ارزشمندی درباره ارتباط حساسیت نرخ کرنش ماده و درصد ازدیاد طول نسبی ماده انجام گرفته است [11]. همچنین داده های تجربی نشان داده که نرخ حساسیت به کرنش، عامل مهمی در تعیین مقدار کرنش شکست کشش تک محوری است [12]. بر همین اساس، در تحلیل مهندسی شرایط فرآیند شکل دهی سوپرپلاستیک، نرخ کرنش و دما به گونه ای انتخاب می شود که حساسیت به نرخ کرنش ماده به حداکثر برسد. برای مطالعه دقیقتر این فرآیند، باید تکامل ریزساختار با زمان و کرنش و نیز وضعیت کرنش چند محوره در فرآیندهای عملی را مورد بررسی قرار داد. البته در کاربردهای مهندسی، به دلیل عدم وجود این مطالعات، از فرضیات ساده کننده ای برای تحلیل فرآیندها استفاده شده که تا حدود زیادی با موفقیت همراه بوده است. در کاربردهای عملی شکل دهی الکترومغناطیس نیز استفاده از روشهای تحلیل طراحی ساده سازی شده اجتناب ناپذیر است. در ادامه، روشهای تئوری برای تحلیل فرآیند مورد بررسی قرار گرفته و نشان داده شده که انطباق مناسبی با داده های تجربی دارد.

برای بررسی شکل پذیری ماده در سرعتهای بالا، سه روش تحلیلی وجود دارد. نخست آنکه، هو و داهن [13] از روش المان محدود یک بعدی برای مطالعه شکست حلقه های باریک و نمونه های کشش در برابر کشش پرسرعت استفاده کردند. این مطالعه به بررسی ناپایداری ناشی از گلویی منفرد ناشی از یک عیب محدود می شود. در این پژوهش نشان داده شده که در فرآیند انبساط حلقه، کرنش شکست به طور یکنواخت با سرعت انبساط افزایش می یابد که این پدیده به صورت تجربی نیز با آزمایشهای آلتینوا و همکارانش صحه گذاری شد [14]. تفاوت مهم میان کشش تک محوره و انبساط حلقه را باید مورد توجه قرار داد. در حالت نخست، موج بارگذاری می تواند سبب پارگی نمونه از انتهای در حال حرکت، در کرنشهای بسیار پایین شود. این مساله که توسط ون کارمن و دوئز [15] مورد مطالعه قرار گرفته نشان می دهد که شرایط مختلف شتاب گرفتن نمونه می تواند بر شکل پذیری ورق تاثیر بگذارد. به طور مشابه، ضربه ناشی از کاهش شتاب نمونه هم می تواند تاثیرات مثبت یا منفی بر شکل پذیری داشته باشد، که متعاقباً مورد بررسی قرار خواهد گرفت.

شنوی و فروند [16] روشی تحلیلی برای انشقاق گلویی شدن در نرخ کرنشهای بالا برای انبساط کرنش صفحه ای یک ماده وابسته به نرخ کرنش ارایه کرده اند. این روش مبتنی بر قاعده انشقاق است که توسط هیل بیان شد [17]. تحلیل آنها نشان می دهد که برای ماده ای که طی شتاب گرفتن اولیه آن در معرض امواج تنش قرار نگرفته، ناپایداری در اثر نیروهای اینرسی به تاخیر می افتد. همچنان که سرعت افزایش می یابد طول موجی که در آن ناپایداری رشد می کند کاهش یافته، به گونه ای که در سرعتهای بالای نمونه، گلویی های چندگانه رخ می دهد. این مساله دو وجه دارد. نخست آنکه، همچنانکه یک گلویی رشد می کند، تمایل دارد تا نواحی مجاور خود را بی بار کند، به گونه ای که با افزایش تغییر شکل، تنش افزایش می یابد. دوم آنکه، با شکل گیری گلویی، شتاب شعاعی ایجاد شده، که به نوبه خود مجدداً باعث افزایش تنش می شود. در این تحلیل، نمونه نسبت طول به عرض مشخصی داشته و در جهت بعد سوم بی نهایت فرض شده است. آنها دریافتند که همچنانکه نسبت عرض به طول نمونه ها افزایش می یابد، دوره تناوب وضعیت غالب گلویی کاهش یافته و تنش دینامیکی که نمونه می تواند تحمل کند افزایش می یابد. به همین دلایل، انتظار می رود که با افزایش ابعاد مقطع و سرعت تغییر شکل، شکل پذیری بهبود یابد.

مشاهدات تجربی انطباق خوبی با این مدل دارد. پژوهش آلتینوا و همکارانش [14] نشان داده که کرنش شکست در انبساط حلقه می تواند تا دو برابر نسبت به حالت شبه ایستا برای آلومینیومهای 6061-T4، 6061-T6 و مس OFHC بازپخت شده افزایش یابد. همچنین دوره تناوب گلویی شدن با افزایش سرعت انبساط کاهش چشمگیری می یابد. لازم به ذکر است که در سرعتهای بسیار بالای انبساط، حلقه تبدیل به ترکش می شود.

آزمایشهایی نیز انجام شده که در آن برای جلوگیری از پارگی نمونه از یک قالب فولادی که نمونه را دربر گرفته استفاده شده است. در این موارد، نمونه از سرعت بالا به طور ناگهانی متوقف شده و در نمونه کرنشهای بالایی ایجاد می شود. در انبساط حلقه بدون قالب، چنانچه حلقه دچار پارگی نشود، سرعت آن، با تبدیل انرژی جنبشی به کار پلاستیک، به صفر می رسد. این امر بیانگر آن است که: 1) انجام آزمایشهای با سرعت انبساط ثابت دشوار است و 2) برای برآورد بهبود شکل پذیری در سرعتهای بالا، ممکن است برای مهار نمونه استفاده از قالب مورد نیاز باشد.

تامهان و همکاران [18] تاثیر ارتفاع حلقه و لوله را برای حلقه هایی با ضخامت 1 میلیمتر، قطر 31 میلیمتر و ارتفاع 1، 2، 4، 8 و 16 میلیمتر مورد بررسی قرار دادند. این دسته از آزمایشها نشان داده که شکل پذیری نمونه های مهار نشده با افزایش ارتفاع حلقه افزایش می یابد. کرنشهای محیطی بیش از 60 درصد در نمونه های بلند مشاهده شده، در حالیکه در نمونه های با ارتفاع 1 میلیمتر این مقدار تنها به 30 درصد می رسد. با وجود آنکه نمونه های مورد آزمایش قرار گرفته به لحاظ هندسی با مدل کرنش صفحه ای شنوی و فروند کاملاً متفاوت است، اثر اندازه نمونه بر گلویی شدن آن مشابه است. همچنین، با بزرگ شدن ارتفاع نمونه، تعداد ترکشها کاهش می یابد. در سرعت 135 متر بر ثانیه، نمونه با ارتفاع 4 میلیمتر به 10 عدد ترکش تبدیل می شود، در حالیکه نمونه با ارتفاع 16 میلیمتر سالم باقی می ماند.

اگرچه میان نتایج آزمایش و مدل شنوی و فروند ارتباط معناداری وجود دارد، ولیکن مقایسه مستقیم این مدل با نتایج تجربی تا حدودی دشوار است. نخست آنکه، آزمایشها می گوید مقادیر تمامی ابعاد نمونه مهم است و نمی توان آنها را در این مدل درنظر گرفت. دوم آنکه، بررسی تغییرات سرعت پیچیده و غیر یکنواخت (از قبیل اثر ون کارمن) حایز اهمیت است. سوم آنکه، سرعت آزمون با زمان ثابت نیست. این موارد را می توان با روش المان محدود مورد بررسی قرار داد. پاندولف، کریستل و اوریتز [19] کاربرد روش المان محدود با وابستگی به نرخ بارگذاری را در مساله انبساط حلقه نشان داده اند.

آخرین نکته ای که در این مساله نیاز به توجه دارد، تاثیر ضربه میان قطعه و قالب است. همانگونه که پیشتر نیز اشاره شد، قالب می تواند حرکت نمونه را پیش از شکست مهار کند. همچنین، زمانی که قطعه با سرعت 10 متر بر ثانیه یا بیشتر به قالب برخورد می کند، فشارهای ضربه بسیار بالایی (در مرتبه تنش جریان قطعه) ممکن است ایجاد شود. درصورت وجود ناپیوستگی، ممکن است اثر «حفره زنی اینرسی» ایجاد شده، که در آن قطعه پاره شود. اگرچه، بر روی یک سطح منحنی هموار، ضربه می تواند تنش فشاری بزرگی در ضخامت ایجاد کند که می تواند باعث انبساط صفحه ای نمونه (مشابه حالتی که در فرآیند اتوکشی رخ می دهد) شود. به نظر می رسد که در نظر گرفتن این تاثیر برای توجیه شکل پذیری بسیار بالا (بیش از 100 درصد، نزدیک به حالت کرنش صفحه ای) که در آلومینیوم، مس و آلیاژهای آهنی در آزمایشهای بلانتریمان و داهن [20، 21] مشاهده شده، ضروری باشد. در این آزمایشها، ورقهای تخت در قالبهای مخروطی با سرعت بالا کشیده می شود. نمونه با سرعتی در مرتبه 100 متر بر ثانیه به قالب مخروطی برخورد کرده و آثار سطح قالب بر روی نمونه حک شده که مشابه پدیده سکه زنی است. مباحث مربوط به افزایش پایداری و شکل پذیری در اثر مقاومت گلویی شدن اینرسی تنها حدود دو برابر حد شکل دهی را می تواند افزایش دهد، حال آنکه در اینجا تقریباً پنج برابر افزایش شکل پذیری مشاهده شده است. به نظر می رسد که در این مورد تاثیر مثبت وضعیت تنش فشاری ناشی از ضربه را بر شکل پذیری باید درنظر گرفت.

 

4- جمع بندی و نتیجه گیری

در خصوص سازه های سبک، به ویژه در زمینه مهندسی خودرو، شکل دهی موادی چون آلیاژهای آلومینیوم و منیزیم اهمیت پیدا کرده است. این امر می تواند یکی از دلایل توجه دوباره صنعت به فرآیندهای شکل دهی سریع از جمله روش الکترومغناطیس باشد. دلایل دیگر را می توان مربوط به پیشرفتهای جدید در توسعه تجهیزات فرآیند و امکانات نوین در درک و پیش بینی بهتر فرآیند با استفاده از روش المان محدود دانست. در کاربردهای صنعتی، روش شکل دهی الکترومغناطیس با روشهای شکل دهی متداول رقابت نمی کند، بلکه به عنوان مکملی برای آنها استفاده شده تا طراحی فرآیند به نحو بهینه ای انجام شود.

شواهد تجربی و تحلیلی زیادی وجود دارد که شکل پذیری ورق در سرعتهای بالا می تواند به نحو چشمگیری حد شکل دهی ماده را افزایش دهد. همچنین راهکارهایی برای بهره گیری از این ویژگی در حوزه ساخت و تولید در حال شکل گیری است. به منظور طراحی موثر فرآیندهای کاربردی ساخت و تولید، شناخت کمّی شکل پذیری در شرایط پیچیده بارگذاری ضروری است. در حال حاضر این مساله به عنوان یکی از زمینه های نوین در شکل دهی ورقهای فلزی مطرح بوده و مطالعه و بررسی تجربی و تئوری آن، به ویژه به روش المان محدود، مورد توجه پژوهشگران قرار دارد.

 

5- مراجع

  1. http://www.osu.edu/hyperplasticity, Accessed on 2007/04/16.
  2. Henselek, A,, Beerwald, M., Beerwald, C., 2004, Design and Adaptation of EMF Equipment, 1st Int. Conf. on High Speed Forming,Dortmund.
  3. High Velocity Forming of Metals, Revised Edition, E.L. Bruno, ed., ASTME, 1988
  4. Daehn, G.S., High rate forming—a historical background. http://er6s1.eng.ohio-state.edu/_daehn/pictures/introduction.htm.
  5. Mynors, D. J.; Zhang, B., “Applications and Capabilities of Explosive Forming”, Journal of Materials Processing Technology, 125–126, pp. 1–25, 2002.
  6. Seth, M.; Vohnout, V., J.; Daehn, G., S.; “Formability of Steel Sheet in High Velocity Impact”, J. Mech. Phys. Solids, vol. 168, pp. 390-400, 2005.
  7. Swift, H. W.; “Plastic Instability under Plane Stress”, J. Mech. Phys. Solids, vol. 1, pp.1-18, 1952.
  8. Marciniak, Z.; Kuczynski, K.; “Limit Strains in Process of Stretch Forming Sheet Steel”, J. Mech. Phys. Solids, vol. 9, pp. 609-620, 1967.
  9. Keeler, S. P.; Backhofen, W., A.; “Plastic Instability and Fracture in Sheet Stretched over Rigid Punches”, ASM Trans., Quart. 56, pp.25-48, 1964.
  10. Goodwin, G. M., “Application of Strain Analysis to Sheet Metal Forming Problems in the Press Shop”, SAE, Technical paper No.680093, 1968.
  11. Hecker, S. S., Metals Eng. Quart, vol. 14, p. 30, 1974.
  12. Ghosh, A. K., and Ayres, R. A., Met Trans, vol. 7A, p. 1589, 1976.
  13. Hu, X. ; Daehn, G., S.; “Effect of Velocity on Flow Localization in Tension” , Acta Materialia, vol. 44, no. 3, pp. 1021-1033, 1996.
  14. Altynova M., Hu X., Daehn G.S. , “Increased ductility in electromagnetic ring expansion”, Metall Mater Trans, Vol. 27, No 7, pp. 1837-1844, 1996.
  15. vonKarman, T., and Duwez, P., J. Appl. Phys., vol. 21, p. 987, 1950.
  16. Shenoy, V., B., Freund, L., B.; “Necking Bifurcation During High Strain Rate Extension”, J. Mech. Phys. Solids, vol. 47, pp. 2209 - 2233, 1999.
  17. Hill, R., “A General Theory of Uniqueness and Stability in Elastic/Plastic Solids”, Journal Mech. Phys. Solids, (v6, 1958), pp. 236-249.
  18. A. Tamhane , M. Altynova and G. S. Daehn, Scripta Mater, vol. 34, pp.1345-50, 1996.
  19. Pandolfi A.; Krysl, P.; Ortiz, M., “Finite Element Simulation of Ring Expansion And Fragmentation: The Capturing of Length And Time Scales Through Cohesive Models of Fracture”, Int. J. of fracture, Vol. 95, pp. 279-297., 1999.
  20. Balanethiram, V. S.; Daehn, G. S., “Hyperplasticity: Increased Forming Limits at High Workpiece Velocity”, Scripta Materialia, vol. 30, p. 515, 1994.
  21. Balanethiram , V. S; Daehn, G. S., “Enhanced Formability of Interstitial Free Iron at High Strain Rates”, Scripta Materialia, Vol. 27, pp. 1783-88, 1992.

 



[1] PhD Candidate, Mechanical Engineering

[2] Assistant Professor, Mechanical Engineering

[3] - دانشجوی دکترای رشته مهندسی مکانیک

[4] - استادیار رشته مهندسی مکانیک




:: برچسب‌ها: بررسی کاربردی شکل دهی پرسرعت و عوامل موثر بر شکل پ
ن : ع غ
ت : ۱۳٩٠/٦/٢٧
نظرات ()

                               مقاله جامع 

    تراشکاری           

نویسنده:  مهرداد جلالیان  
قطعات تراشکاری دارای مقاطع دایره ای شکل از قبیل میله های ساده و غیر ساده، میله های پیچ شده، پولکها، بوشها و نظائر اینها می باشد که قطعات اصلی ماشین ها و دستگاهها و اسبابهای فنی را تشکیل می دهند. همچنین عده زیادی از ابزارها مانند تیغه فرز، مته ها، برقوها، و قلاویزها هم دارای مقاطع گرد هستند. بنابر موارد استعمال خاصی که قطعات تراشکاری باید داشته باشند آن ها را از مواد مختلف مثلاً از فولاد، چدن، برنز، برنج، مس، فلزات سبک، چوب و یا مواد مصنوعی و نظائر آن ها می سازند.وضع سطح خارجی قطعات تراشکاری می تواند متفاوت باشد.
برای بدست آوردن فرم استوانه ایی، قطعه کار را توسط ماشین تراش به دور محور خودش) محور گردش) حرکت می دهند.در موقع گردش قطعه کار با ابزار برنده ایکه مقابل آن بسته شده و برای جدا کردن براده از روی آن است برخود می کند. این طریقه عمل براده گیری را« چرخ یا تراش کاری » می گویند و انجام کار مستلزم چند حرکت متفاوت است.
فرم های مختلف قطعات تراشکاری را از طریق انجام یک سری کارهای متفاوت بدست می آورند و بنا برآن که قطعات از خارج یا داخل تراشیده شوند. بطور مختصر به این صورت مشخص می کنند:
ت خ( تراش خارج) یا ت د( تراش داخل:(

قطعات استوانه شکل از طریق طول تراشی(سطوح صاف)،از طریق عرض تراشی، قطعات مخروطی از طریق مخروط تراشی و بالاخره قطعات فرم دار از طریق فرم تراشی و پیچها از طریق پیچ تراشی ساخته می شوند.
برای آنکه کلید مسائل تراشکاری حل شده و بتوان انواع مختلف کارها را چرخکاری نمود ماشین های تراش را به انواع مختلف ساخته اند متداولترین این ماشین ها همان تراش معمولی یا تراش مرغک دار است. و انواع مهم دیگرآن، ماشین پشیانی تراش و ماشین تراش عمودی یا کاروسل است که کارهای سوراخکاری را هم انجام می دهد.

قسمت های اصلی ماشین تراش معمولی(مدغک دار(:
چون برای بستن قطعات کار دراین ماشین از یک یا دو مرغک استفاده می شود لذا اسم آن را ماشین تراش مرغک دار گذارده اند ضمناً به آن ماشین تراش با میله کشش و هادی و همچنین ماشین طول تراش هم می گویند.
میله کار یاطاقان شده و بوسیله آن به قطعه کار گردش داده می شود.این میله به طرز بسیار خوبی یاطاقان بندی شده و کاملاً محکم نگه داری می گردد و جنس آن هم از بهترین فولادها است. اغلب اوقات این میله تو خالی است و می توان قطعه کار یا میله ای که باید رویش کار انجام شود از داخل سوراخ آن عبور داد.
بستر یاطاقان های این میله سنگ زده شده اند. یا یاطاقان هایی که معمولاً برای این میله ها مصرف می شوند از نوع یاطاقان های لغزشی و یاطافان های غلطکی می باشند.
پوسته داخل یا طاقان های لغزشی اکثراً از جنس برنز هستند. یا طاقان های غلطکی دارای اصطکاک کمتری می باشند. میله کار بایستی در یاطاقان خود بدون بازی( لقی) کار کند.اگر یاطاقان لقی داشته