بخشی از مقاله
چکیده
یکی از مهمترین واماندگیهای مکانیکی در تجهیزات صنعتی، شکست محورهای دوار میباشد. محور های دوار در پمپ ها، فن ها و سیستم انتقال قدرت کاربرد دارد. از فن ها جهت انتقال یا افزایش فشار گازها استفاده می شود. در این پژوهش نواحی پرتنش فن بازگردان گاز بویلر نیروگاه بخار رامین اهواز بدست می آید. سپس ضریب اطمینان طراحی این محور محاسبه گردیده است. با توجه به مقدار ضریب اطمینان بدست امده برای محور فوق مشخص گردید ک علت شکست ناشی از بالا بودن تنش در محور نبوده و به دلایلی همچون خستگی مربوط است
مقدمه
یکی از مهم ترین تجهیزات نیروگاه های حرارتی، فن های بویلر می باشندکه نقش اساسی در پایداری واحدها و تولید ایفا می کنند. واماندگی در قطعات حساس نیروگاه و بهخصوص قطعه محور فن را میتوان ناشی وجود برخی ناپیوستگیهای هندسی از جمله ترک دانست. از مهمترین نقاط ضعف در محور ها می توان به وجود شیارها و تغییر قطر ها با طراحی نامناسب و همچنین وجود مناطقی با ضریب تمرکز تنش بالا و انتخاب نامناسب جنس محور اشاره نمود. یک محور با طراحی نامناسب، محلی را برای ایجاد و رشد ترک ایجاد مینماید که در نهایت به شکست محور منجر میگردد. ترکهای اولیه ناشی از عوامل مختلفی از قبیل معایب ساخت و تولید و یا بارهای وارده از آنها هستند. این ترک ها در اندازهها و شکلهای مختلفی در محور ظاهر میگردند و تحت بارهای گوناگون رفتار متفاوتی خواهند داشت. بعضی از این ترکها گسترش پیداکرده و باعث شکست ناگهانی و فاجعهبار محور میشوند. به طور مثال در بازرسیهای متناوب هواپیماها، در بعضی مواقع ترکهای متعددی رؤیت گردیده که باید تعمیر شوند. ترکها یا عیوب ترک مانند معمولا در محورهای کشتی، پل ها، مخازن تحتفشار، ماشینآلات سنگین و خودروهای زمینی نیز رخ میدهند. همچنین مطالعه این عیوب در قطعات مختلف راکتورهای هستهای و نیروگاهها از اهمیت بالایی برخوردار است. مکانیک شکست یکی از شاخههای مهم مهندسی مکانیک میباشد که به بررسی پدیده شکست در اجسام میپردازد. در واقع این علم بررسی پاسخ محور ترکخورده، تحت بارهای وارده و خرابی محور در نتیجه رشد و توسعه ترک اولیه است. مکانیک شکست تنها به بررسی اثرات وجود ترک در محور می پردازد و درباره نحوه ایجاد ترک اولیه بحثی نمیکند. مکانیک شکست الاستیک خطی، حالت خاصی از مکانیک شکست است که بر پایه نادیده گرفتن پلاستیسیته نوک ترک انجام میشود. امروزه برای جلوگیری از شکست در قطعات حساس، این گرایش از مکانیک بیش از گذشته مورد بررسی قرار میگیرد. . از جمله تحقیقات پیشین در زمینه محورهای دوار می توان تحقیقات زیر اشاره نمود.
زیائولی و ژیوی - - 2009 Xu & Yu, 1 به تحلیل شکست محور توروبوشارژر در یک لوکوموتیو پرداختند. محل شکست در این محور در لبه تیز یک شیار میان تکیهگاه دو یاتاقان با سطح مقاطع متفاوت بوده است. تصویر برداری شکست در این تحقیق نشان داد که خستگی خمشی، مکانیزم غالب شکست بوده است. کارپینتری و وانتودری - - 2002Carpinteri & Vantadori, رشد ترک خستگی در یک میله توپر دارای ترک داسی شکل نوک تیز تحت بار محوری خارج از مرکز را بررسی نمودند. در این نوع بارگذاری علاوه بر کشش محوری اعمالی، یک گشتاور خمشی نیز بر جسم وارد میگردد که هر دو نوع این بارها به صورت عمود بر سطح ترک وارد میشوند. آنها تاثیر میزان خروج از مرکز بار را بر روی تغییر شکل ترک و زاویه برخورد ترک با سطح آزاد را بررسی نمودند. نیروگاه برق رامین اهواز در 20 کیلومتری شهر اهواز واقع شده است. ظرفیت نامی این نیروگاه 1830 مگاوات میباشد نیروگاه شامل 6 واحد بخار می باشد که واحدهای 1 تا 4 نیروگاه ظرفیت نامی 300مگاوات و واحدهای 5 و 6 ظرفیت 315مگاوات دارند. سوخت اصلی واحدها، گاز طبیعی و مازوت میباشد. این نیروگاه با قرارگیری در مرکز بار شبکه برق استان خوزستان، نقش بسیار حیاتی و تعیین کننده در پایداری شبکه و کنترل ولتاژ منطقه برعهده دارد. در این پژوهش یک محور فن بازگردان نیروگاه حرارتی رامین اهواز در نرم افزار سالیدورکز مدلسازی و سپس به نرم افزار انسیس انتقال می گردد. سپس نواحی پرتنش آن بدست می آید. در نهایت ضریب اطمینان طراحی این قطعات محاسبه گردیده است.
خواص مکانیکی محور فن
مهمترین خواص مکانیکی فولادهای تشکیل دهنده محور فن بازگردان در جدول 1 آمده است. منظور از ν، E، Su و Sy به ترتیب ضریب پوآسون، ضریب الاستیسیته، تنشتسلیم و تنش نهایی می باشد.
مدلسازی هندسی محور فن
با استفاده از نقشه های ساخت محور فن، مدلسازی آن بهصورت سهبعدی انجام می شود. نمای سهبعدی مدلسازی شده محور فن در محیط مدلگر انسیس در شکل 1 نمایش داده شده است. جرم مدل با استفاده از نرم افزار انسیس اندازه گیری گردید که 583 کیلوگرم بدست آمد. طول محور 2609 میلیمتر می باشد.
