بخشی از مقاله
چکیده
یکی از تجهیزات اصلی خط نورد گرم فولاد، پمپ هاي عمودي انتقال آب صنعتی بر روي تختال در حال نورد می باشد. وجود ارتعاشات بیش از حد در پمپ باعث بوجود آمدن نیروهاي تناوبی ناخواسته و اعمال بارهاي خستگی بیش از حد به یاتاقانها و اجزاي مکانیکی می شود. زمانی که فرکانس طبیعی تجهیز با فرکانس در حال کار نزدیک هم باشد، خود را به شدت نشان داده و در تجهیز دوار، پدیده تشدید رخ می دهد. با توجه به وجود ارتعاشات بیش از حد در پمپ احتمال بوجود آمدن پدیده تشدید در پمپ مذکور می رفت.
به علت زیاد بودن تعداد تعمیرات این پمپ و هزینه هاي بالاي تهیه و تعویض قطعات، ضرر اقتصادي عمده اي به علت طولانی بودن دوره توقف پمپ و خط تولید، بر کارخانه تحمیل می شد. در این پژوهش، آنالیز مودال پمپ مذکور توسط نرم افزار ABAQUS انجام شده است. نتایج شبیه سازي با تست عملی که توسط دستگاه ارتعاش سنج مدل XR64 تست شده، مقایسه و تایید گردید. در پایان با استفاده از شبیه سازي عددي پیشنهادات لازم در راستاي افزایش فرکانس طبیعی و جلوگیري از پدیده تشدید ارایه گردید.
-1 مقدمه
خط نورد گرم، یک خط تولید پیوسته می باشد. در این نوع خطوط تولیدي معمولاً تختال که به دماي بالاي 1000 درجه سانتی گراد رسیده است با عبور از تعدادي قفسه نورد به ورق تبدیل می گردد
یکی از تجهیزات اصلی این خطوط پمپ هاي عمودي گریز از مرکز با دبی بالا 1600 m 3 می باشد. یکی از
کاربردهاي مهم این نوع پمپ ها در خطوط نورد گرم است. سیال - آب صنعتی - بر روي تختال در حال نورد پاشیده می شود.
این آب ارسالی به سه منظور در خط نورد گرم بکار گرفته می شود:
الف - شستشوي پوسته هاي جدا شده از تختال در هنگام نورد ب - جلوگیري از چسبیده شدن ورق به غلطک هاي نورد ج - جلوگیري از افزایش دماي غلطک هاي نورد
ارتعاشات در کلیه سیستم ها باعث افزایش تنش و نیز اتلاف انرژي می گردد و در مجموع پدیده اي مضر محسوب می شود. بنابراین بایستی رفتار نوسانی طرح را در نظر بگیریم و با طراحی مناسب، ارتعاشات را حذف نموده و یا کاهش دهیم. تحلیل ارتعاشات در مورد سیستمهاي با سرعت بالا و با شافت هاي بلند شکل - 1 - داراي اهمیت ویژه اي می باشد
هر ساختاري تمایل دارد در فرکانسهاي معینی که فرکانسهاي طبیعی نامیده می شود، ارتعاش کند. کمترین فرکانس طبیعی را فرکانس اصلی می نامند. براي هر فرکانس طبیعی، قطعه یک شکل معینی به خود می گیرد که به آن مود ارتعاشی گفته می شود. موقعی که یک ساختار با یک بار دینامیکی که داراي فرکانس طبیعی ساختار است تحریک شود، ساختار دستخوش جابجایی ها و تنش هاي بزرگی خواهد شد. این پدیده را در اصطلاح تشدید یا رزونانس نامیده می شود
در یک قطعه تعداد بیشماري فرکانس طبیعی وجود دارد. در یک مدل المان محدود، تعداد محدودي از فرکانس-هاي طبیعی که مساوي با درجات آزادي آن می باشد، وجود دارد. در بسیاري از اهداف فقط چند مورد اول مورد نیاز است. فرکانس هاي طبیعی و شکل مودهاي متناظر به هندسه، مشخصات مواد و شرایط تکیه گاهی بستگی دارند.
-2 مرور پژوهش هاي صورت گرفته
ارتعاشات در سلامت کارکرد پمپ هاي گریز از مرکز مهم و تاثیر بسزایی دارد. در سال 2010 آقاي اندیرا و همکارانش1 تحقیق گسترده اي در رابطه با تاثیر ارتعاشات در عمر پمپ بعمل آورند که نتیجه آن مطالعه این بود در صورتی که ارتعاشات پمپ در میزان بهینه اي قرار داشته باشد تا 35٪ عمر تجهیز افزایش می یابد.
در سال 2006 آقاي راتبون2 در مقاله اي مبنایی جهت تعیین وضعیت ارتعاشات ماشین آلات و تشخیص پدیده تشدید مشخص نموده اند. ایشان در این مطالعه توربین شرکت Fidelity and Casuatly در نیویورك را مورد بررسی قرار داده اند
پمپ هاي عمودي نوع 16QL17 نشان داده شده در شکل شماره - 1 - یکی از تجهیزات مهم درخط نورد گرم فولاد مبارکه اصفهان می باشند.
در پمپ هاي گریز از مرکز عمودي شکل - 1 - با طول شافت بلند ارتعاش پمپ مهترین عامل ایجاد خرابی زود هنگام می باشد. با توجه به هزینه هاي بالاي تعمیرات نیاز به رسیدن به روشی براي جلوگیري و کاهش ارتعاش امري بدیهی است. وضعیت اشاره شده براي جلوگیري از پدیده تشدید3 بسیار حیاتی است
تجهیز انتهایی به صورت دقیق محاسبه و اندازه گیري شده و با توجه به اعداد بدست آمده، دیسک با دقت زیادي مدل شده است.
شکل - 1 - پمپ عمودي گریز از مرکز مورد مطالعه
در این تجهیز تشدید وقتی اتفاق می افتد که فرکانس نیروي وارد بر تجهیز در اثر عیب، با فرکانس طبیعی سیستم مطابقت پیدا میکند و می تواند باعث تقویت دامنه ارتعاشی گردد که نتیجه ي آن عیوب زود هنگام و یا حتی توقف ناگهانی تجهیز می باشد. اگر یک شافت دوار نزدیک یا برابر فرکانس رزنانس بچرخد تقریباً غیر ممکن است بتوان این روتور را بالانس نمود. اغلب لازم است فرکانس طبیعی سیستم را تغییر داد که بهترین راه نصب صحیح یاتاقانها در محلهاي مناسب است
در این مقاله با استفاده از نرم افزار ABAQUS شبیه سازي عددي بر روي پمپ مذکور بعمل آمد و در پایان این نتایج با نتایج تجربی مقایسه و صحت مطالعه عددي تائید شده است.
-3 روش کار
در این مطالعه با استفاده از نرم افزار ABAQUS، اجزاي اصلی پمپ گریز از مرکز، که در آنالیز مودال تاثیر بسزایی دارند با ابعاد واقعی به صورت سه بعدي مطابق شکل - 2 - مدل شده است.
شکل - - 2 - مدل شافت، غلاف، بوشهاي مربوطه و پروانه در نرم افزار
خواص مکانیکی طبق آنالیز جدول - 1 - در نظر گرفته شده است.
جدول - - 1 - خواص مکانیکی مواد
