بخشی از مقاله
چکیده
برای داشتن یک اتصال مطمئن و مناسب بین لولهها و صفحه پوسته - تیوب شیت - در مبدلهای لوله و پوستهای، روشهای مختلفی وجود دارد. رایجترین این روشها، انبساط لوله داخل صفحه میباشد. روش انبساط لوله بهمراه شیار، اتصال مطمئن و آب بندی خوبی را ایجاد میکند. در صنعت برای ماشینکاری داخل لولهها و قطعات از جمله شیار زنی، پرداختکاری، خشن کاری و یا ایجاد پله، نیاز به ابزار هایی با قابلیت حرکت در راستای عرضی بسیار مورد نیاز میباشد. ابزار های معمول بعلت ثابت بودن و محدوده حرکتی که دارند نمیتوانند پاسخگوی این نیاز باشند.
ابزار شیار زن ابزاری است جهت شیار زدن داخل لولهها، پرداختکاری و جای اورینگ استفاده میشود. این ابزار دارای اندازههای مختلفی میباشد. در ابزار های معمول ابزار شیارزن، ابزار تک لبه میباشد و به همین خاطر باعث ایجاد نیروهای مانند نیروی شعاعی، محوری و ارتعاشات بسیار زیاد میشود. با این حال در بیشتر مواقع همین نیروها بخصوص ارتعاشات باعث کاهش کیفیت سطح نیز و حتی باعث سایش زود هنگام لبه ابزار و یا موجب شکست آن میشود. در این مقاله ابزاری جدید طراحی و تحلیل شده است که ابزار دو لبه بوده و بصورت همراستا و در جهت خلاف یکدیگر توسط نیروی محرکه مکانیکی حرکت میکند.
-1 مقدمه
مبدل حرارتی پوسته و لوله، نوعی مبدل حرارتی است که کاربرد وسیعی در صنایع شیمیایی مانند واحدهای تقطیر نفت خام دارد. همانطور که از نام آن پیداست این مبدل از یک مخزن استوانهای شکل بزرگ - پوسته - در فشار بالا و تعدادی لوله در داخل آن تشکیل شده است. مایع در داخل لولهها حرکت میکند و بخار داغ بر روی لولهها و درون پوسته جریان دارد. به علت تعداد زیاد این لولهها و سطح تماس بالایی که ایجاد میکند،حرارت بخار به مایع داخل لوله منتقل شده و مایع را به جوش میآورد. درشکل -1الف نمونه ای از یک مبدل پوسته و لوله نمایش داده شده است.
برای داشتن یک اتصال مطمین و مناسب بین لوله ها و صفحه پوسته - تیوب شیت - روش های مختلفی وجود دارد. رایجترین این روشها، انبساط لوله داخل صفحه می باشد که به دو صورت با شیار و بدون شیار داخل پوسته انجام میشود. روش انبساط لوله بهمراه شیار، اتصال مطمئن و آب بندی خوبی را ایجاد میکند .[4-1] نحوه اتصال لوله های در صفحه و وجود شیارها در شکل -1ب نشان داده شده است.این شیار ها عمق و ارتفاع مشخصی نسبت به یکدیگر دارند، درنتیجه با ابزار های معمول نمیتوان عمل ماشینکاری آنها را انجام داد.
شکل:1 الف - یک مبدل پوسته و لوله ای، ب - وجود شیارها در تیوب شیت
برای ایجاد شیار بطور معمول در ماشینهای متداول، نیاز به ماشینهای کنترل عددی و ابزارهای تک لبه می باشد، که هزینه های ماشینکاری این شیارها را بالا میبرد. در صنعت برای ایجاد شیار ها و جای اورینگ داخل تیوب شیت ها از ابزارهای مخصوصی استفاده می شود که به آنها ابزارهای شیارزن گفته می شود که معمولا این ابزار ها بروی اسپیندل ماشین دریل سوار میشود. جنس این ابزار ها فولاد تند بر میباشد البته کاربر با توجه به جنس ماده ای که قرار است ماشینکاری شود میتواند نوع ابزار را نیز تغییر دهد.[5] یک ابزار شیارزن در شکل -2الف نشان داده شده است.
اختراعات و طرح های گوناگونی برای جواب به این نیاز ایجاد شده است و هر کدام در راستای تکمیل یکدیگر گامی برداشته اند. از نمونه این ابزار ها میتوان به ابزار شیار زن اشاره کرد .[7-6] این ابزار که به چند صورت موجود میباشد، مطابق شکل -2ب بر روی ماشین دریل سوار شده، و بصورت دستی و یا با استفاده از نیروی محرکه مانند نیروی هیدرولیکی میتوان ابزار را در جهت عرضی حرکت داد.
شکل:2 الف - نمونه تجاری ابزار شیارزن، ب - ایجاد شیار بوسیله ابزار شیارزن نصب شده بر روی ماشین دریل
در ابزار های معمول ابزار شیارزن، ابزار تک لبه میباشد - شکل - 2 و به همین خاطر باعث ایجاد نیروهای مانند نیروی شعاعی، محوری و ارتعاشات بسیار زیاد میشود و برای کاهش ارتعاشات و نیروهای ناخواسته اپراتور مجبور به کاهش سرعت براده برداری و کاهش عمق پیشروی میشود. با این حال در بیشتر مواقع همین نیروها بخصوص ارتعاشات باعث کاهش کیفیت سطح نیز و حتی باعث سایش زود هنگام لبه ابزار و یا موجب شکست آن میشود. در این مقاله ابزاری جدید طراحی و تحلیل شده است که ابزار دو لبه بوده و بصورت همراستا و در جهت خلاف یکدیگر توسط نیروی محرکه مکانیکی حرکت میکند.
-2 طرح مسئله و موضوع پژوهشی
در ابزار های معمول ابزار شیارزن، ابزار تک لبه میباشد - شکل - 3 و به همین خاطر باعث ایجاد نیروهای مانند نیروی شعاعی، محوری و ارتعاشات بسیار زیاد میشود و برای کاهش ارتعاشات و نیروهای ناخواسته اپراتور مجبور به کاهش سرعت براده برداری و کاهش عمق پیشروی میشود. با اینحال در بیشتر مواقع همین نیروها بخصوص ارتعاشات باعث کاهش کیفیت سطح نیز و حتی باعث سایش زود هنگام لبه ابزار و یا موجب شکست آن میشود.
شکل:3 الف - نمای برش خورده از ابزار شیارزن تک لبه، ب - ابزار شیار زدن طراحی شده
در ابزار جدید مشکلات فوق حل شده و نیرو های ماشینکاری به حداقل مقدار خود رسیده اند. در این ابزار با استفاده از 2 لبه ابزار که بر روی قسمت مولد مخروط ما حرکت کرده و با استفاده از نیروی محرکه مکانیکی ابزار رو به جلو حرکت کرده که همین حرکت رو به جلو بر روی مولد مخروط باعث بیرون زدگی لبه ابزار میشود و هرچقدر حرکت رو به جلو زیاد شود لبه ابزار بیرون میآید که در واقع برابر با عمق بار ما خواهد بود.
در پشت این ابزار نیز یک فنر برای دمپ ارتعاشات استفاده شده است و با کاهش نیروی رو به جلو بر روی مولد مخروط ابزار با استفاده از همین فنر به عقب باشزگشته که برابر با کاهش عمق بار ما میباشد.
مطابق با آنچه که در شرح سیستم صنعتی گفته شد نیاز به ابزاری که قابلیت انجام کار آن بیش از نمونه های متداول باشد بشدت مورد نیاز است.
