بخشی از مقاله
خلاصه
مخازن تحت فشار در اغلب صنایع و شاخه های مهندسی کاربرد دارد،از این رو امروزه به ساخت آن ها توجه ویژه ای میگردد.در این مقاله به طراحی و تحلیل یک مخزن تحت فشار CNG نوع اول پرداخته شده است که نتایج حاصل از دو روش حل دستی و استفاده از نرم افزار های کتیا و انسیس در آن آورده شده است.مخازن تحت فشار برای اینکه کارکردی ایمن داشته باشند در فشار و دمای ویژه ای طراحی می شوند که اصطلاحا فشار طراحی و دمای طراحی گفته می شود.
طراحی و ساخت اینگونه تجهیزات تحت فشار بدون اصول و استفاده از کدها و استانداردهای طراحی بسیار خطرناک و حادثه آفرین خواهد بود. در اثر فشار وارد شده از سیال در یک مخزن جدار نازک مانند مخزن نگهداری سوخت یا بخار آب، نیروهایی به سطح مخزن وارد می شود .این نیروها باعث به وجود آمدن تنش در جداره فلزی مخزن می شوند .بدیهی است که تنش های به وجود آمده نباید از تنش مجاز فلز جداره مخزن بیشتر باشند. این تنش ها در دو جهت اصلی طولی و عرضی به وجود می آیند.
مقدمه
استفاده از سوخت های جایگزین،امروزه به دلیل آلودگی شهر ها و کاهش منابع سوخت های رایج،مورد توجه فراوان قرار گرفته است.گاز طبیعی فشرده - - CNGیکی از این سوختهای جایگزین می باشد. یکی از پارامترهای بسیار مهم در طراحی مخازن تحت فشار مقدار ضخامت مخازن است.
اگر مقدار آن کمتر از مقدار بهینه باشد باعث به وجود آمدن خطرات جبران ناپذیری از جمله انفجار، ایجاد شکست یا از این قبیل معایب خواهد شد و چنانچه مقدارآن بیشتراز اندازه بهینه باشد باعث افزایش وزن ناخواسته در سیلندر و سنگینی بیمورد آن میشود به همین دلیل باید مقدار بهینهای برای ضخامت به دست آوریم.ضخامت با حداکثر تنش ایجاد شده در سیلندر و مقدار تمرکز تنش نسبت عکس، و با ضریب اطمینان طراحی نسبت مستقیم دارد.
هرچه فشار در سیلندر افزایش یابد مقدار تنش در جدارههای داخلی سیلندر بیشتر شده و در صورت نبودن ضخامت کافی باعث ایجاد ترک و در نتیجه شکست و یا انفجار میشود.برای به دست آوردن مقدار ضخامت سیلندر از روابط مخزن جدار نازک استفاده میشود.بعد از به دست آوردن ضخامت از طریق حل دستی به محاسبه مقدار آن به صورت عددی در محیط نرم افزار انسیس و کتیا خواهیم پرداخت.
برای گاز سوز کردن برخی از خودرو های داخلی،مخازن نوع 1 با قطر خارجی نسبتا زیادانتخاب می شودکه وزن این مخازن به مقدار قابل توجهی زیاد می باشد.نصب این مخازن بر روی خودرو علاوه بر اعمال بار به قطعات بدنه و شاسی،باعث تغییر رفتار دینامیکی آن نیز می شود.استفاده از مخازن نیمه کامپوزیتی نوع 2 باعث کاهش وزن اضافه شده به خودرو می گردد.هم چنین مخازن نوع 2 با وجود وزن کمتر دارای استحکام بهتری نسبت به مخازن نوع 1نیز هستند.
-1طراحی دستی
با توجه به استاندارد ISO 11439 آلیاژ مورد استفاده در مخازن گاز طبیعی نوع 1 تمام فولادی ،فولاد به شماره ی شماره1.7220یاهمان34CrMo4بوده وفشارکارP=200bar،ضریب اطمینان طراحیn=2.25 وفشارانفجار P=450bar پارامترهای طراحی طبق استانداردISO 11439 هستند.فشار کاری فشاری است که مخزن مورد طراحی در این فشار کار میکند یعنی دائماً باید چنین فشاری را تحمل کند و فشار انفجار حداکثر فشاری است که طبق ضریب اطمینان طراحی مخزن باید تحمل داشته باشد.به عبارت دیگر در فشار کاری باید ضریب اطمینان طراحی برابر با2.25 و در فشار انفجار ضریب اطمینان طراحی باید برابر با1 شود.
باتوجه به اینکه فولاد مورد استفاده در مخازن CNG دارای آلیاژهای کروم - - Crومولبیدن - - Moاست میتوانیم طبق جدول - 1 - شماره فولاد مخزن را - G41براساس استاندارد AISI - در نظر گرفته وچون در فرآیند ساخت ورق های فولاد بکار رفته در این مخازن تا دمای 700 درجه سانتیگراد حرارت داده می شودوطبق جدول - 2 - می توانیم فولادی باSy=700Mpaرا انتخاب نماییم.وطبق جدول - - 3که از کلیدفولاد انتخاب شده است برای این تنش تسلیم، شعاع مخزن را175mmدرنظر میگیریم.
همانطور که می دانیم در مخازن تحت فشار، تنش وارده بر قسمت استوانه ای بیشتر ازقسمت های کروی مخزن است بنابراین فقط قسمت استوانه ای مخازن را تحلیل تنش می کنیم.طراحی خود را براساس دو معیار MSSوDE و طبق فرمول های کتاب طراحی اجزاء و هندبوک فشار انجام می دهیم.[1]
جدول-1 شماره آلیاژهای فولادبراساس استانداردAISI
جدول-2 خواص مکانیکی آلیاژهای فولاد برای ورق هایی به ضخامت - 1 اینچ -
جدول-3مقادیر SyوSut برای آلیاژ 34CrMo4 برای قطر های مشخص
-1-1طراحی براساس معیارترسکا - - MSS
چون مقدار ضخامت مخازن CNG خیلی کوچکتر از شعاع متوسط آن است وبراساس هندبوک فشار اگر در مخازن جدار نازک نسبت ضخامت به شعاع متوسط کمتر از10باشد میتوان از تنش شعاعی صرف نظر کرد, بنابراین از تنش شعاعی صرف نظر می کنیم.
