X
تبلیغات
mechanical engineering

mechanical engineering

مهندسی مکانیک

توربین

توربین

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد

واژهٔ توربین برای اولین بار به وسیلهٔ (Claude Burdin (۱۷۹۰-۱۸۷۳ در سال ۱۸۲۸ به وجود آمد که از لغت یونانی به معنی چرخنده یا سر گردان مشتق شده‌است. توربین موتوری چرخنده‌است که می‌تواند از یک سیال انرژی به‌دست آورد.

ساده‌ترین توربین‌ها یک بخش چرخنده و تعدادی پره دارند که به بخش اصلی متصل شده‌است سیال به پره‌ها برخورد می‌کند و بدین ترتیب از انرژی ناشی از متحرک بودن آن استفاده می‌کند به عنوان اولین توربین‌ها می‌توان آسیاب بادی و چرخاب را نام برد.

توربین‌های گاز، بخار و آب معمولاً پوشش محافظی در اطراف پره‌هایشان دارند که سیال را کنترل می‌کنند پوشش‌ها و پره‌ها می‌توانند اشکال هندسی مختلفی داشته باشند که هر کدام برای نوع سیال و بازده متفاوت است.

کمپرسور یا پمپ دستگاهی مشابه توربین است ولی با عملکرد بر عکس به طوری که این دستگاه انرژی را می‌گیرد و باعث حرکت یک سیال می‌شود.

[ویرایش] انواع توربین

  • توربین‌های بخار: برای تولید برق در نیروگاه‌های حرارتی که از ذغال سنگ، نفت و انرژی هسته‌ای استفاده می‌کنند به کار برده می‌شوند روزی از آنها برای هدایت وسایل نقلیه مانند کشتی استفاده می‌شد.
  • توربین‌های گازی: این توربین‌ها معمولاً دارای یک ورودی، فن، کمپرسور، محفظه متراکم کننده و یک نازل است.
  • توربین‌های ترانسونیک: جریان گاز در اکثر توربین‌ها همواره سرعتی زیر صفر دارد در این نوع توربین‌ها سرعت گاز هنگام خروج بالاتر از صفر است. این توربین‌ها در فشار بالاتری کار می‌کند ولی معمولاً بازده کمی دارند و خیلی هم مرسوم نیستند.
  • توربین‌های کنترا رتاتینگ: دو توربین که یکی بالا دیگری پایین در جهت مخالف هم می‌چرخند این سیستم پیچیدگی‌هایی دارد که تولید آن را کاهش می‌دهد.
  • توربین‌های سرامیک: توربین‌های با فشار بالا که از آلیاژ نیکل و فولاد ساخته شده‌اند معمولا دارای سیستم‌های خنک کننده پیچیده هستند اخیرا پره‌های سرامیکی روی توربین‌های گازی امتحان شده‌است.

تقریبا تمام الکتریکی روی از نوعی توربین استفاده می‌کند بازده بالاترین توربین ۴۰ درصد است. اکثر جت‌ها مانند کشتی‌ها و نیروگاه‌های اتمی برای حرکت از توربین استفاده می‌کنند.

[ویرایش] منابع

  • [۱] (فرانسوی)
  • [۲] (انگلیسی)
+ نوشته شده در  7 Sep 2009ساعت 4:21 AM  توسط مهندس ایمان نامدارصحت  | 

كمپرسور

كمپرسور

كمپرسورها را برحسب نياز در اندازه هاي مختلفي مي سازند و با توجه به نحوة كاركرد به سه نوع پيستوني ، دوار و گريز از مركز تقسيم مي شوند . كار كمپرسورها ، ايجاد نيروي مكش لازم براي مكيدن گاز مبرّد  از اواپراتور ، متراكم كردن گاز ، و سپس فرستادن آن به كندانسور است ، كه در آن گاز به مايع تبديل مي شود . مكندگي كمپرسور ، گاز را از سمت راست فشار ضعيف به سمت فشار قوي منتقل مي كند ، و حجم گازي كه بايد متراكم شود بستگي به ميزان جابه جايي پيستون كمپرسور دارد .

كمپرسورها را برحسب نياز در اندازه هاي مختلفي مي سازند و با توجه به نحوة كاركرد به سه نوع پيستوني ، دوار و گريز از مركز تقسيم مي شوند . كار كمپرسورها ، ايجاد نيروي مكش لازم براي مكيدن گاز مبرّد  از اواپراتور ، متراكم كردن گاز ، و سپس فرستادن آن به كندانسور است ، كه در آن گاز به مايع تبديل مي شود . مكندگي كمپرسور ، گاز را از سمت راست فشار ضعيف به سمت فشار قوي منتقل مي كند ، و حجم گازي كه بايد متراكم شود بستگي به ميزان جابه جايي پيستون كمپرسور دارد .

وظيفة كمپرسور در سيستم تبريد تراكمي اين است كه با ايجاد اختلاف فشار لازم ، جريان مبرّد را از يك قسمت سيستم به قسمت ديگر برقرار كند . در اثر وجود همين اختلاف فشار بين سمت فشار قوي و سمت فشار ضعيف است كه مايع مبرّد از ميان شير انبساط به اواپراتور رانده مي شود . براي اينكه بخار كم فشار ، اواپراتور را ترك كند و راهي واحد تقطير شود بايد فشاري بيشتر از فشار موجود در قسمت مكش واحد تقطير داشته باشد .

كمپرسورهايي كه در تهويه مطبوع به كار مي روند برحسب ساختمان و طرزكار به انواع زير تقسيم مي شوند :

۱- تک سیلندر

۲- چند سیلندر

كمپرسورهايي كه در تهويه مطبوع به كار مي روند برحسب  روش تراكم به انواع زير تقسيم مي شوند :

۱ - پيستوني

۲- دوار

۳- گريز از مركز

 كمپرسورهاي پيستوني:

 طراحي سيلندر در كمپرسورهاي پيستوني از نظر تعداد و نحوة آرايش سيلندرها و دوطرفه يا يك طرفه بودن آنها (پيستون دوسره يا يك سره) متفاوت است . كمپرسورهاي پيستوني را با يك سيلندر تا 16 سيلندر مي سازند و نحوة آرايش سيلندر در آنها برحسب نياز به صورتهاي جناغي ، جفت جناغي و شعاعي يا ستاره اي است.

كمپرسورهاي دوار :

 از آنجا كه در كمپرسورهاي دوّار نوع بسته يا هرمتيك ، كيفيت گرداندن كمپرسور به دليل يكجا بدن موتور و كمپرسور بهتر است ، امروزه آنها را ، به ويژه در ظرفيتهاي كمتر از يك تُن ، به تعداد زياد توليد مي كنند . كمپرسور بسته ، كمپرسوري است كه در آن موتور و كمپرسور هر دو درون يك محفظة‌تحت فشار جا گرفته اند ، و محور موتور و ميل لنگ كمپرسور يكپارچه است . موتور به طور دائم با مبرّد تماس دارد .

عملكرد كمپرسور دوّار مشابه با كمپرسور پيستوني است ؛ به اين ترتيب كه با متراكم ساختن گاز مبرّد اختلاف فشار لازم براي به گردش درآوردن مبرّد در سيستم را فراهم مي كند . البته نحوة تراكم گاز در كمپرسور دوّار ، اندكي متفاوت است . در اين كمپرسور عمل تراكم در اثر حركت دوراني روتور نسبت به اتاقك تراكم يا سيلندر انجام مي گيرد .

كمپرسورهاي دوّار از نظر ساختمان به دو نوع تيغه ثابت و تيغه گردان تقسيم مي شوند . قطعات متحرك كمپرسور دوّار تيغه ثابت عبارت اند از : رينگ ، بادامك و تيغة كشويي و...

كمپرسورهاي گريز از مركز:

 كمپرسورهاي گريز از مركز ذاتاً ماشينهاي پُر دور هستند و بهترين گردانندة‌ آنها توربين بخار است . از آنجا كه آنها را براي دورهاي همسنگ دور بالاي توربين طراحي مي كنند ، مي توان آنها را مستقيماً كوپله كرد . جايي كه بخار پُرفشار باشد ، توبين به منزلة شيرفشار شكن عمل مي كن و بخار كم فشار خروجي از توربين مي تواند براي گرمايش يا مقاصد ديگر به كار رود . ولي در بسياري از كاربردها ، خصوصاً در ظرفيتهاي پايين ، كمپرسورها را موتورهاي برقي مي گردانند كه به جعبه دنده هاي افزاينده مجهزند . كمپرسورهاي گريز از مركز از مبرّدهاي كم فشار استفاده مي كنند و معمولاً اواپراتور و كندانسور آنها هر دو با فشار كمتر از جوّ كار مي كنند .

عمل تراكم گاز در كمپرسور گريز از مركز با نيروي گريز از مركز انجام مي گيرد . از اين رو اين كمپرسورها براي تراكم مقادير زياد گاز مبرّد و اختلاف فشارهاي كم ايدئال هستند . همچنين سيستمهاي تبريد كم دما و به خصوص آنهايي كه از هيدروكربنهاي نفتي يا هالوژنه به عنوان مبرّد استفاده مي كنند ، سازگاري بيشتري با اين كمپرسورهاي دارند .

در تأسيسات كمپرسور گريز از مركز ، اگر توربين بخار در دسترس باشد از نظر اقتصادي ترجيح دارد ، زيرا تجهيزات و نيروي كار لازم براي چنين تأسيساتي در مقايسه با آنچه براي كمپرسور گردنده با توربين گازي مشابه لازم است ، نسبتاً كوچكتر و كمتر است . دليل آن عمدتاً جمع و جوري و سبكي دستگاهها نسبت به قدرت مصرفي است . به علاوه كمپرسور گريز از مركز فقط بخش كوچكي از فضاي لازم براي تجهيزات تبريد را اشغال مي كند . واحدهاي تبريد نوع گريز از مركز در ظرفيتهاي 100 تا 2500 تُن و براي كار موتور برقي ، توربين بخار و يا موتور درونسوز توليد مي شوند .

انواع كمپرسور

کمپرسور محوری :

 این نوع از کمپرسور هوا را از میان پره های خود عبور داده و به سمت عقب میراند این  کمپرسور دارای یک و یا دو و یا چند طبقه پره میباشد که زاویه های پره ها در طبقه اول زیاد است و به تدریج هر قدر که به سمت محفظه احتراق پیش میرویم زاویه پره ها کم میشود و از سرعت سیال کم شده و به فشار و دمایش افزوده میشود در جداره این کمپرسورها پره های ثابتی وجود دارد که جهت هوای ورودی را از هز طیقه به طبقه بعدی تنظیم میکند . در این نوع از کمپرسورها خطر سکته کمپرسور بسیار کم است . ردیف های ثابت کمپرسور انرژی جنبشی را که توسط پره های متحرک به سیال عامل داده میشود به ازدیاد فشار تبدیل کرده و همچنین جهت سیال را به زاویه ای مناسب برای ورود به ردیف بعدی پره های متحرک تصحیح مینماید  هر طبقه کمپرسور شامل یک ردیف پره چرخنده و به دنبال آن یک ردیف پره ثابت  میباشد . ولی قبل از ورود سیال به طبقه اول کمپرسور یک ردیف پره ثابت به نام ( پره راهنمای ورودی ) قرار میدهند که جهت سیال را برای ورود به طبقه اول کمپرسور تصحیح مینماید .

کمپرسور شعاعی ( گریز از مرکز):

از این نوع کمپرسور بیشتر در موتورهای قدیمی استفاده میشده است.  این نوع از کمپرسور دارای پره های بسته میباشد و هوا را از میان پره های خود عبور نمیدهد بلکه هوا را در جهت شعاع خود به سمت بیرون میراند و هوا پس از برخورد به پخش کننده (دیفیوژر)  از سرعتش کاسته شده و به دما و فشارش افزوده میشود . این نوع از کمپرسور شامل دو نوع یک طرفه و دو طرفه میباشد    است Allison  j-33 درمیان موتورها مجهز به کمپرسور گریز از مرکزکه در آمریکا ساخته شد موتور  در زیر کمپرسور نوع شعاعی را مشاهده میکنید .

کمپرسور موتورهای جت 
در قسمت پیش گفتم که کمپرسور واحدی در موتور جت است که هوا را فشرده میکند و آنرا به محفظه ی احتراق میفرستد.اکنون قسمت کمپرسور را به طور کامل شرح میدهم.
در حالت کلی سه نوع کمپرسور در موتورهای جت استفاده میشود :
1. کمپرسور گریز از مرکز(Centrifugal)
2. کمپرسور محوری(Axial)
3. کمپرسور ترکیبی محوری-گریز از مرکز


کمپرسور گریز از مرکز
در این نوع  کمپرسور هوا از مقابل مکیده  شده  و به شعاع  بزرگتری  درجهت عمود بر شفت(محور اصلی) رانده میشود.یک کمپرسور گریز از مرکز در شکل زیر نشان داده شده است.
این کمپرسور بصورت یک مرحله ای و دومرحله ای در موتورها استفاده میشود ودر موتور های استاندارد بعد از این کمپرسور یک قسمت قرار میگیرد که دیفیوژر نام دارد و وظیفه ی آن  کاستن سرعت هوا و در بعضی منظم کردن حرکت هوا میباشد.معمولا در تمام کمپرسور هایی که دارای دیفیوژر میباشند دو دیفیوژر قرار میگیرد که یکی در جهت گریز از مرکز و بعدی در جهت افقی قرار میگیرد.چنانچه دارای  یک دیفیوژر باشد آن دیفیوژرL شکل خواهد بود(دید از نمای بغل) و طوری روی موتور قرار میگیرد که نیمساز زاویه داخلی آن با شفت زاویه ی ˚45 بسازد.مزایای استفاده از این کمپرسور وزن سبک ؛سادگی وقیمت کم میباشد.

طریقه ی اتصال این نوع کمپرسور در شکل زیر به وضوح مشاهده میشود.البته نوع اتصال دیگری نیز وجود دارد بطوریکه دو کمپرسور از سمت پشت (قسمت بدون پره) به یکدیگر متصل هستند و پرهای آندو مخالف یکدیگر است.

 

کمپرسور محوری
این نوع کمپرسور از آن جهت که هوا را در جهت محوری فشرده میکند کمپرسور محوری نامیده میشود.کمپرسور محوری در موتورهایی با ؛یک شفت ؛ دو شفت و سه شفت بکار میرود.این بدان معناست که توربین های این نوع کمپرسور ممکن است حرکت جداگانه از یکدیگر داشته باشند و توربینهایی که این کمپرسورها را به حرکت درمی آورند هم از یکدیگر جدا هستند ولی در جهت مخالف یکدیگر گردش نمیکنند(تا جایی که من اطلاع دارم) و دلیلی هم برای گردش مخالف وجود ندارد. در موتورهای چند شفته (1,2,3) درونی ترین شفت مربوط  به کمپرسور فشار ضعیف  بوده و به همین ترتیب شفت میانی  یا  بیرونی (در موتور دو شفته) دارای کمپرس  فشار متوسط (در موتور سه شفته) ودارای کمپرس فشار قوی (در موتور دو شفته) میباشد.بیرونی ترین  شفت هم در موتور سه شفته دارای قویترین فشار میباشد.




معمولا در اکثراین کمپرسورها برای هر چرخ توربین یک کنترل کننده(یا هدایت کننده) هوا که مانند یک چرخ توربین است قرار میدهند و معمولا هم این هدایت کننده ها متحرک میباشد.در این مورد بعدا توضیحاتی به همراه عکس  در صفحه قرار میدهم.
 مطلب دیگری که در مورد کمپرسور محوری است این است که در این نوع کمپرسور تعداد مراحل توربین زیادی قرار میدهند(نسبت به قدرت) و در صورتی که دارای هدایت کننده ی هوا نباشد با پیش رفتن به مرکز موتور از زاویه ورودی و خروجی نسبت به محور توربین کاسته میشود.از مزایای این کمپرسور قدرت بسیار بالایی است که این کمپرسور دارا میباشد ودر تمام موتورهای جت پر قدرت استفاده میشود.از معایب این کمپرسور میتوان به سنگینی و حساسیت زیاد به عوامل مخرب بیرونی و قیمت بالا برای ساختن آن اشاره کرد.البته از این نوع کمپرسور در موتورهای توربینی کوچک استفاده نمیشود.

کمپرسور ترکیبی(Axial-Centrifugal)
کمپرسور گریز از مرکز در موتورهای جت قدیمی استفاده میشد.بازده کمپرسور گریز از مرکز یک مرحله ای نسبتا کم است اما کمپرسور گریز از مرکز چند مرحله ای بهتر از یک مرحله ای آن است. ولی با کمپرسور محوری برابری نمیکند.بعضی از موتورهای پیشرفته ی توربوپراپ و توربوشفت نتیجه ی مطلوبی از کاربرد ترکیبی این دو نوع  کمپرسور کسب کردند مانند PT6 Pratt و Whitney ازکانادا که امروزه خیلی محبوب بازار است.در زیر موتور PT6 Pratt به شکل برش خورده نشان داده شده است.


در اینجا قسمت کمپرسور را به پایان میرسانم و در مطلب بعدی در باره ی محفظه ی احتراق توضیح خواهم نوشت.در صورت داشتن هر گونه سوال در مورد کمپرسور و سایر قسمت های موتورهای توربینی وجت من در خدمت شما هستم .

+ نوشته شده در  24 Feb 2009ساعت 2:28 AM  توسط مهندس ایمان نامدارصحت  | 

راکتور هسته ای

واکنشگاه هسته‌ای[۱] یا رآکتور اتمی دستگاهی برای انجام واکنشهای هسته‌ای بصورت تنظیم شده و تحت کنترل است. این دستگاه در اندازه‌های آزمایشگاهی، برای تولید ایزوتوپهای ویژه مواد پرتوزا (رادیواکتیو) و همینطور پرتوداروها برای مصارف پزشکی و آزمایشگاهی، و در اندازه‌های صنعتی برای تولید برق ساخته می‌شوند

تاریخچه

اولین انرژی کنترل شده ناشی از شکافت هسته در دسامبر ۱۹۴۲ بدست آمد. با رهبری فرمی ساخت و راه اندازی یک پیل از آجرهای گرافیتی، اورانیوم و سوخت اکسید اورانیوم با موفقیت به نتیجه رسید. این پیل هسته‌ای، در زیر میدان فوتبال دانشگاه شیکاگو ساخته شد و اولین راکتور هسته‌ای فعال بود.


 ساختمان راکتور

با وجود تنوع در راکتورها، تقریبا همه آنها از اجزای یکسانی تشکیل شده‌اند. این اجزا شامل سوخت، پوشش برای سوخت، کند کننده نوترونهای حاصله از شکافت، خنک کننده‌ای برای حمل انرژی حرارتی حاصله از فرآیند شکافت ماده کنترل کننده برای کنترل نمودن میزان شکافت می‌باشد.

سوخت راکتورهای هسته‌ای باید به گونه‌ای باشد که متحمل شکافت حاصله از نوترون بشود. پنج نوکلئید شکافت پذیر وجود دارند که در حال حاضر در راکتورها بکار می‌روند. ۲۳۲Th ، ۲۳۳U ، ۲۳۵U ، ۲۳۸U ، ۲۳۹Pu . برخی از این نوکلئیدها برای شکافت حاصله از نوترونهای حرارتی و برخی نیز برای شکافت حاصل از نوترونهای سریع می‌باشند. تفاوت بین سوخت یک خاصیت در دسته‌بندی راکتورها است. در کنار قابلیت شکافت، سوخت بکار رفته در راکتور هسته‌ای باید بتواند نیازهای دیگری را نیز تأمین کند. سوخت باید از نظر مکانیکی قوی، از نظر شیمیایی پایدار و در مقابل تخریب تشعشعی مقاوم باشد، تا تحت تغییرات فیزیکی و شیمیایی محیط راکتور قرار نگیرد. هدایت حرارتی ماده باید بالا باشد بطوری که بتواند حرارت را خیلی راحت جابجا کند. همچنین امکان بدست آوردن، ساخت راحت، هزینه نسبتا پایین و خطرناک نبودن از نظر شیمیایی از دیگر فایده‌های سوخت است.

غلاف سوخت راکتور

سوختهای هسته‌ای مستقیما در داخل راکتور قرار داده نمی‌شوند، بلکه همواره بصورت پوشیده شده مورد استفاده قرار می‌گیرند. پوشش یا غلاف سوخت، کند کننده و یا خنک کننده از آن جدا می‌سازد. این امر از خوردگی سوخت محافظت کرده و از گسترش محصولات شکافت حاصل از سوخت پرتو دیده به محیط اطراف جلوگیری می‌کند. همچنین این غلاف می‌تواند پشتیبان ساختاری سوخت بوده و در انتقال حرارت به آن کمک کند. ماده غلاف همانند خود سوخت باید دارای خواص خوب حرارتی و مکانیکی بوده و از نظر شیمیایی نسبت به برهمکنش با سوخت و مواد محیط پایدار باشد. همچنین لازم است غلاف دارای سطح مقطع پایینی نسبت به بر همکنشهای هسته‌ای حاصل از نوترون بوده و در مقابل تشعشع مقاوم باشد.

 مواد کند کننده نوترون

یک کند کننده ماده‌ای است که برای کند یا حرارتی کردن نوترونهای سریع بکار می‌رود. هسته‌هایی که دارای جرمی نزدیک به جرم نوترون هستند بهترین کند کننده می‌باشند. کند کننده برای آنکه بتواند در راکتور مورد استفاده قرار گیرد بایستی سطح مقطع جذبی پایینی نسبت به نوترون باشد. با توجه به خواص اشاره شده برای کند کننده، چند ماده هستند که می‌توان از آنها استفاده کرد. هیدروژن، دوتریم، بریلیوم و کربن چند نمونه از کند کننده‌ها می‌باشند. از آنجا که بریلیوم سمی است، این ماده خیلی کم به عنوان کند کننده در راکتور مورد استفاده قرار می‌گیرد. همچنین ایزوتوپهای هیدروژن، به شکل آب و آب سنگین و کربن، به شکل گرافیت به عنوان مواد کند کننده استفاده می‌شوند.

آب سنگین در بعضی از انواع رآکتورهای هسته‌ای نیز به عنوان کند کننده نوترون به کار می‌رود. نوترون‌های کند می‌توانند با اورانیوم واکنش بدهند.از آب سبک یا آب معمولی هم می‌توان به عنوان کند کننده استفاده کرد، اما از آنجایی که آب سبک نوترون‌های حرارتی را هم جذب می‌کنند، رآکتورهای آب سبک باید اورانیوم غنی شده اورانیوم با خلوص زیاد استفاده کنند، اما رآکتور آب سنگین می‌تواند از اورانیوم معمولی یا غنی نشده هم استفاده کند، به همین دلیل تولید آب سنگین به بحث‌های مربوط به جلوگیری از توسعه سلاح‌های هسته‌ای مربوط است. رآکتورهای تولید آب سنگین را می‌توان به گونه‌ای ساخت که بدون نیاز به تجهیزات غنی سازی، اورانیوم را به پلوتونیوم قابل استفاده در بمب اتمی تبدیل کند. البته برای استفاده از اورانیوم معمولی در بمب اتمی می‌توان از روش‌های دیگری هم استفاده کرد. کشورهای هند، اسرائیل، پاکستان، کره شمالی، روسیه و آمریکا از رآکتورهای تولید آب سنگین برای تولید بمب اتمی استفاده کردند.با توجه به امکان استفاده از آب سنگین در ساخت سلاح هسته‌ای، در بسیاری از کشورها دولت تولید یا خرید و فروش مقدار زیاد این ماده را کنترل می‌کند. اما در کشورهایی مثل آمریکا و کانادا می‌توان مقدار غیر صنعتی یعنی در حد گرم و کیلوگرم را بدون هیچ گونه مجوز خاصی از تولید کنندگان یا عرضه کنندگان مواد شیمیایی تهیه کرد. هم اکنون قیمت هر کیلوگرم آب سنگین با خلوص ۹۸۹۹ درصد حدود ۶۰۰ تا ۷۰۰ دلار است. گفتنی است بدون استفاده از اورانیوم غنی شده و آب سنگین هم می‌توان رآکتور تولید پلوتونیوم ساخت. کافی است که از کربن فوق العاده خالص به عنوان کند کننده استفاده شود از آنجایی که نازی‌ها از کربن ناخالص استفاده می‌کردند، متوجه این نکته نشدند در حقیقت از اولین رآکتور اتمی آزمایشی آمریکا سال ۱۹۴۲ و پروژه منهتن که پلوتونیوم آزمایش ترینیتی و بمب مشهور «FAT MAN» را ساخت، از اورانیوم غنی شده یا آب سنگین استفاده نمی‌شد.

خنک کننده‌ها

Pulstar2.jpg

گرمای حاصله از شکافت در محیط راکتور یا باید از سوخت زدوده شود و یا در نهایت این گرما بقدری زیاد شود که میله‌های سوخت را ذوب کند. حرارتی که از سوخت گرفته می‌شود ممکن است در راکتور قدرت برای تولید برق بکار رود. از ویژگیهایی که ماده خنک کننده باید داشته باشد، هدایت حرارتی آن است تا اینکه بتواند در انتقال حرارت مؤثر باشد. همچنین پایداری شیمیایی و سطح مقطع جذب پایین‌تر از نوترون دو خاصیت عمده ماده خنک کننده‌است. نکته دیگری که باید به آن اشاره شود این است که این ماده نباید در اثر واکنشهای گاما دهنده رادیواکتیو شوند.

از مایعات و گازها به عنوان خنک کننده استفاده شده‌است، مانند گازهای دی اکسید کربن و هلیوم. هلیوم ایده‌آل است ولی پر هزینه بوده و تهیه مقادیر زیاد آن مشکل است. خنک کننده‌های مایع شامل آب، آب سنگین و فلزات مایع هستند. از آنجا که برای جلوگیری از جوشیدن آب فشار زیادی لازم است خنک کننده ایده‌آلی نیست.

 مواد کنترل کننده شکافت

برای دستیابی به فرآیند شکافت کنترل شده و یا متوقف کردن یک سیستم شکافت پس از شروع، لازم است که موادی قابل دسترس باشند که بتوانند نوترونهای اضافی را جذب کنند. مواد جاذب نوترون بر خلاف مواد دیگر مورد استفاده در محیط راکتور باید سطح مقطع جذب بالایی نسبت به نوترون داشته باشند. مواد زیادی وجود دارند که سطح مقطع جذب آنها نسبت به نوترون بالاست، ولی ماده مورد استفاده باید دارای چند خاصیت مکانیکی و شیمیایی باشد که برای این کار مفید واقع شود.

 انواع راکتورها

دوگروه اصلی راکتورهای هسته‌ای بر اساس تقسیم بندی کاربرد آنها. راکتورهای قدرت و راکتورهای تحقیقاتی هستند. راکتورهای قدرت مولد برق بوده و راکتورهای تحقیقاتی برای تحقیقات هسته‌ای پایه، مطالعات کاربردی تجزیه‌ای و تولید ایزوتوپها مورد استفاده قرار می‌گیرند.

بر حسب نوع فرآیند شکافت، راکتورها به اقسام حرارتی، ریع و میانی (واسطه)، و بر حسب مصرف سوخت به راکتورهای سوزاننده، مبدل و زاینده، و بر حسب نوع سوخت به راکتورهای اورانیوم طبیعی، راکتورهای اورانیوم غنی شده با ۲۳۵U (راکتور مخلوطی Be)، و نیز بر حسب خنک کننده به راکتورهای گاز (CO۲مایع (آب، فلز)، و بر حسب فاز سوخت کند کننده‌ها به راکتورهای همگن، ناهمگن و بالاخره بر حسب کاربرد به راکتورهای قدرت، تولید نوکلید و تحقیقاتی تقسیم می‌شوند.

 راکتورهای آب سنگین و آب سبک

نوشتار اصلی:

راکتورهای آب سبک با آب معمولی کار می‌کنند هیدورژن آب معمولی از یک پروتون تشکیل شده‌است اما در هیدروژن آب سنگین یک پروتون و یک نوترون وجود دارد برای راکتورهای آب سبک به اورانیوم غنی‌شده نیاز داریم اما در راکتور آب سنگین از اورانیوم معمولی می‌شود استفاده کرد به این ترتیب در عمل استفاده از راکتور آب سنگین نتیجه‌ای شبیه به غنی‌سازی اورانیوم خواهد داشت.

 کاربردهای راکتورهای هسته‌ای

راکتورها انواع مختلف دارند برخی از آنها در تحقیقات، بعضی از آنها برای تولید رادیو ایزتوپهای پر انرژی برخی برای راندن کشتیها و برخی برای تولید برق بکار می‌روند.

منبع :
از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
 

+ نوشته شده در  3 Feb 2009ساعت 1:21 AM  توسط مهندس ایمان نامدارصحت  | 

تعیین مشخصه های سیستم پیشرانش در میکروپرنده ها

تعیین مشخصه های سیستم پیشرانش در میکروپرنده ها 
مقاله زیر نوشته مهندس سعید شادروانان است و در مجله موتور چاپ شده است.

چكیده
در سال‌های اخیر، توانمندیهای پرنده های كوچك (mini aerial vehicles) و میكروپرنده‌ها (MAV's) به منظور انجام عملیات شناسایی، اكتشاف و تجسس در كنار هواپیماهای بدون سرنشین (UAV)، بسیار مشهود بوده است. انتخاب تركیب مناسبی از سیستم پیشرانش (موتور و ملخ)، یكی از مهمترین مراحل تعیین كننده در طراحی این وسایل پرنده میباشد. در این مقاله به مطالعه و بررسی سیستم اندازه‌گیری و محاسبه كارآیی بخش پیشرانش میكروپرنده‌ها پرداخته خواهد شد. همچنین آزمایشات تجربی مختلف در راستای محاسبه نیروی تراست و توان تولیدی در این وسایل پرنده شرح داده میشود. نتایج حاصل از آزمایشات تجربی با داده‌های شركت سازنده مقایسه شده و از این طریق، صحت روند آزمایشات بررسی میگردد. بررسی سیستم‌های اندازه‌گیری و انجام آزمایشات تجربی، موجب بهینه شدن روند طراحی ملخ‌ها و انتخاب مناسب موتور با توجه به پارامترهای انجام مأموریت وسیله پرنده خواهد شد.

كلمات كلیدی : میكروپرنده، مشخصه‌های سیستم پیشرانش، آزمایشات تونل باد، بهینه‌سازی ملخ.

 


مقدمه
اخیراً، طراحی، پیشرفت و گسترش پرنده‌های كوچك بدون سرنشین توجه بسیاری از متخصصین را به خود جلب نموده است. دهانه بال این وسایل پرنده بین 0.3 تا 2.5 متر (1 تا 8 فوت) و محدوده وزنی آنها بین 1 تا 10 كیلوگرم میباشد. آنها قادرند محموله‌ای با وزن بیش از یك كیلوگرم را در شرایط مختلف حمل كنند. با چنین توانایی، آنها توانایی حمل محموله‌هایی نظیر دوربین‌های هوایی، سنسورهای شیمیایی و زیست محیطی، مواد منفجره، سیستم جمع‌آوری اطلاعات و ... را دارند.
حدود 60 درصد وزن كل پرنده‌های كوچك را سیستم پیشرانش آنها تشكیل میدهد و این در حالی است كه سهم وزنی محموله، سیستم‌های كنترل و سازه روی هم 40 درصد از وزن كل میباشد. نتایج حاصل از آنالیز حساسیت در مورد برخی میكروپرنده‌ها نشان میدهد كه در مقابل افزایش نیروی پسای هواپیما به میزان 0.01 نیوتن (1 گرم)، مداومت پروازی هواپیما به میزان 180 ثانیه كاهش مییابد. همچنین افزایش یك گرم به جرم هواپیما، 3 ثانیه مدت زمان مداومت پروازی را كاهش میدهد. لذا، اندازه و وزن سیستم پیشرانش در كارآیی پروازی وسیله پرنده نقش بسزایی را ایفا میكند. استفاده از ملخ به عنوان تأمین كننده نیروی تراست، برای پرنده‌های كوچك و میكروپرنده‌ها مناسبترین گزینه میباشد. با توجه به سطح تكنولوژی كنونی، موتورهای احتراق داخلی كوچك و موتورهای الكتریكی به عنوان مولد قدرت در پرنده‌های كوچك استفاده میشوند. مناسبترین سوخت مورد استفاده در موتورهای احتراق داخلی، سوخت‌های پایه متانول میباشد و منبع ایجاد انرژی در موتورهای الكتریكی، انواع باتریها و سلول‌های خورشیدی به‌شمار میروند.

 


تئوری پیشرانش
سیستم پیشرانشی كه بالاترین راندمان كلی و حداقل وزن را با توجه به محدودیت‌های مأموریتی دارا باشد، به عنوان بهترین گزینه در وسایل هوایی، مطرح خواهد بود. راندمان كلی سیستم پیشرانش بصورت حاصل‌ضرب راندمان ملخ و راندمان منبع تولید توان، تعریف میگردد

كه Ps توان محور موتور، J نسبت پیشروی، CT ضریب نیروی تراست و Cp ضریب قدرت میباشند. برای محاسبه نسبت پیشروی داریم

در موتورهای الكتریكی، راندمان از تقسیم توان تولیدی محور موتور به توان ورودی محاسبه میشود

كارایی موتورهای احتراق داخلی با اندازه‌گیری مقدار مصرف ویژه سوخت (SFC) مشخص میگردد. مصرف ویژه سوخت به صورت وزن سوخت مصرف شده برای تولید یك واحد قدرت در واحد زمان تعریف میشود.
طراحی و پیشرفت آزمایشات تجربی
تست تونل باد میكروپرنده‌ها :
تونل بادی با ابعاد 1.25*1*1 متر در IIT Bombay به منظور انجام آزمایش‌های آیرودینامیكی و پیشرانشی طراحی و ساخته شده است. این تونل باد از نوع باز بوده و هوا در آن توسط دو موتور با توان 10 اسب بخار با دور 960 در دقیقه به جریان در میآید. موتورها توسط اتوترانسفورمر 440 ولت و 30 آمپری كنترل میشوند. این تونل برای انجام انواع آزمایشات روی میكروپرنده‌ها طراحی شده و در آن محدوده‌ی سرعت بین صفر تا 25 متر بر ثانیه میباشد كه این مقدار، محدوده‌ی عملیاتی میكروپرنده‌ها به‌شمار میرود. اتاقك آزمایش این تونل باد طوری طراحی شده كه میكروپرنده یا مدلی از آن با ابعاد 0.6*0.6 متر به راحتی جهت اندازه‌گیری بارهای آیرودینامیكی در آن نصب میشود. جهت آزمایش سیستم پیشرانش، سكوی اندازه‌گیری توان و نیروی تراست، به‌كمك پایه‌های مختلف، در درون تونل نصب شده‌اند.
نحوه اندازه‌گیری توان به صورت تجربی:
دستگاه اندازه‌گیری توان ، مجهز به سنسور اندازه‌گیری گشتاور، ملخ و محل نصب موتور در كنار سنسور میباشد. ملخ، موتور و سنسور توسط محور مركزی بهم متصلند و خود محور توسط چهار بیرینگ به میز آزمایش محكم شده است. كار ایجاد شده توسط موتور، موجب چرخیدن ملخ میشود و گشتاور حاصل از آن توسط سنسور اندازه‌گیری گشتاور، محاسبه میگردد. توان خروجی از محور موتور، حاصل این گشتاور و سرعت چرخشی ملخ میباشد ( ). افت توان ناشی از اصطكاك موجود در بیرینگ‌ها، با بكار انداختن موتور بدون بارگذاری (بدون ملخ)، و مشخص كردن افت موجود بر حسب دور موتور، محاسبه و اتخاذ میگردد. جعبه زیر موتور بایستی تا حد امكان كوچك باشد تا شرایط كاری ملخ را با مشكل مواجه نكند. به منظور اندازه‌گیری دور موتور، سنسور اندازه‌گیری دور در پشت ملخ تعبیه شده است كه با ارسال نور قرمز و دریافت آن با هر دور چرخیدن ملخ، دور موتور را در زمان مشخص، معلوم میكند.

دستگاه اندازه‌گیری نیروی تراست :
دستگاه اندازه‌گیری نیروی تراست، مجهز به نیروسنجی (load cell) متناسب با محدوده عملكرد ریزپرنده‌ها میباشد. موتور الكتریكی (DC)، به كمك دو گیره به سكوی آزمایش و نیروسنج متصل شده است. سمت دیگر نیروسنج به محل صلب و بدون حركتی محكم شده است. عملكرد نیروسنج همانند عملكرد تیر یك سر درگیر میباشد و نیروی تراست ایجاد شده توسط ملخ، در راستای عمود بر نیروسنج بصورت نیروی برشی، عمل كرده و مقدار آن توسط نیروسنج مشخص میگردد. دور موتور را به روش مشابه كه در بالا تشریح گردید، میتوان اندازه‌ گرفت. از آنجا كه این دستگاه اندازه‌گیری در درون تونل مخصوص نصب میشود تا نیروی تراست ایجاد شده توسط ملخ را در سرعت‌های مختلف جریان نشان دهد، لذا بایستی نیروی پسای حاصل از دستگاه را محاسبه نموده و در مقادر ثبت شده لحاظ كرد. در زیر شاهد تجهیزاتی هستید كه برای اندازه‌گیری پارامترهای مربوط به نیروی پیشران میكروپرنده‌ها مورد نیاز است
میزان دقت و اعتبار آزمایشات تجربی :
جهت اطلاع از دقت دستگاه آزمایش تجربی، دستگاه اندازه‌گیری گشتاور و نیروی راست را با ملخ نوع 12x8APC به قطر 12 اینچ و گام 8، آزمایش شده است. نمودارهای 1 و 2 نتایج حاصل از آزمایشات تجربی و مقادیر موجود در مراجع را با هم مقایسه كرده‌اند. نتایج تجربی بیانگر حدود 10 درصد افت در دور 5000 در دقیقه، نسبت به مقادیر ذكر شده هستند و این افت ناشی از انواع اصطكاك‌ها و یكسان نبودن شرایط آزمایش میباشد. این نتایج، بیانگر صحت و قابل اعتماد بودن نتایج حاصل از دستگاه تست تجربی میباشد.

 


کاربردها :
انتخاب مناسبترین ملخ :
با مشخص شدن پارامترهای عمومی ملخ در روند طراحی وسیله پرنده، با ثابت نگه داشتن سرعت جریان در تونل و رساندن دور موتور از صفر به حداکثر مقدار خود برای ملخ‌های مختلف، میتوان با ثبت نتایج، مناسبترین ملخ را از بین ملخ‌های تست شده، انتخاب نمود. این عمل موجب بهینه شدن پارامترهایی است که مستقیماً با عملکرد ملخ در ارتباطند.

 


انتخاب مناسبترین موتور و تعیین پارامتر‌های آن :
انتخاب موتور برای ریزپرنده‌ها، به دو عامل تعیین کننده بازده موتور و نسبت وزن به توان موتور بستگی دارد. با در دست داشتن دستگاه اندازه‌گیری توان، میتوان در شرایط مختلف عملیاتی موتور، مقادیر پارامترهای فوق را محاسبه نمود. اطلاع کافی از پارامترهای مختلف موتور در شرایط مختلف، موجب انجام صحیح مأموریت وسیله پرنده و پیشگیری از بروز سوانح پیش‌بینی نشده خواهد شد.

 


تعیین پارامترهای مهم موتورهای احتراق داخلی :
با در اختیار داشتن دستگاه اندازه‌گیری نیروی تراست و توان موتورهای احتراق داخلی، میتوان مقدار مصرف سوخت ویژه را در دورهای مختلف موتور بدست آورد و این تحلیل موجب تعیین دور ایده‌آل موتور برای به حداقل رساندن مصرف سوخت میگردد. میزان مصرف سوخت به ملخ، موتور و نوع سوخت بستگی دارد. با ثابت نگه داشتن گاز و دور موتور، میتوان در مدت زمان مشخص، مقدار سوخت مصرفی را به راحتی اندازه‌گیری نمود.

 


نتیجه‌گیری :
بررسیهای گسترده در مورد عملکرد پرنده‌های بدون‌سرنشین و ریزپرنده‌ها، بیانگر اهمیت و نقش اساسی و تعیین کننده سیستم پیشرانش در انجام موفق مأموریت این وسایل پروازی است. اطلاعات دقیق و کافی از عملکرد سیستم پیشرانش و در دست داشتن وسایل اندازه‌گیری پارامترهای مرتبط با آن موجب پیشرفت در روند طراحی، ساخت و پرواز آنها خواهد بود. با در دست داشتن دستگاه‌های اندازه‌گیری تجربی، میتوان عملکرد موتور و ملخ را در شرایط مختلف بررسی نمود و با ثبت نتایج حاصل از آزمایشات، مقادیر بهینه شده پارامترهایی از قبیل دور ایده‌آل و حداکثر دور موتور، حداکثر نیروی تراست، مصرف سوخت ویژه، پارامترهای مؤثر در ملخ و ... را در تعریف کاربرد پرنده اعمال نمود.
+ نوشته شده در  1 Nov 2008ساعت 9:1 PM  توسط مهندس ایمان نامدارصحت  | 

توربو ماشین ها

توربو ماشین ها

توربین یا تور بینیس از ریشه لاتین و به معنی چیزی است که می گردد یا می چرخد منظور از توربو ماشین هر نوع وسیله ای است که در آن بر اثر هر نوع کنش دینامیکی یک یا چند ردیف تیغه متحرک با سیالی که پیوسته جریان دارد تبادل انرژی انجام می دهد . اساسا ردیف تیغه گردنده یا روتور ، آنتالپی سکون سیال عبور کننده را بسته به انتظاری که از ماشین داریم با انجام کار مثبت یا منفی تغییر می دهد . این تغییر آنتالپی با تغییرا ت همزمان فشار در سیال ارتباط نزدیک دارد .تعریف فوق از توربوماشین زیاد کلی است زیرا توربو ماشین های باز مانند پیشرانها ؛ اسیابهای بادی و بادزنهای
بی پوشش را نیز که با مقدار سیال نامعین عمل می کند در بر می گیرد .

بنابراین دامنه بحث را به توربو ماشین های بسته که در آنها مقدار سیال معین در زمان واحد از دستگاه عبور می کند منحصر می کنیم . توربو ماشین ها کلا دو دسته اند :
اول آنهایی که قدرت جذب می کنند تا فشار سیال و یا ارتفاع سیال را بالا ببرند مثل بادزنهای کانال دار ، کمپرسور ها و پمپ ها .
دوم آنهایی که با انبساط سیال و رسیدن آن به فشار یا ارتفاع کمتر قدرت تولید
می کنند مثل توربین های هیدرولیکی ، بخاری و گازی . توربو ماشین ها را بر حسب نوع مسیر جریان درگذر گاههای موتور نیز می توان دسته بندی کرد .
هنگامی که جریان تماما یا عمدتا موازی محور چرخش باشد دستگاه را توربو ماشین جریان محوری نامند .
وقتی مسیر جریان تماما و یا عمدتا در صفحه عمود بر محور چرخش قرار گیرد دستگاه را توربو ماشین جریان شعایی می نامند . طریق دیگر تقسیم بندی توربوماشین ها بسته به وجود یا عدم تغییرات فشار در جریان عبور کننده از روتور می باشند که توربو ماشین ها را به ضربه ای و یا عکس العملی ( واکنشی ) تقسیم می کند . در ماشین های ضربه ای کل تغییرات فشار در یک یا چند شیپور ( نازل ) اتفاق می افتد و سیال به روتور هدایت می شود .

توربین گازی

یکی از انواع توربو ماشین های جریان محوری ، توربین های گازی می باشند که کاربردهای زیادی در صنعت دارند تئوری و روشهای انجام این کارسالهای پیش از دستیابی به مواد لازم و دانش توربو ماشین ها مطرح شده بود ، امروزه بالا رفتن تکنولوژی و علوم مرتبط با کار توربو ماشین ها ساخت و کاربرد توربین های گازی بطور چشم گیری رو به افزایش است . اولین طرح واقعی توربین گازی را " جان پارپر " درسال 1791 میلادی نسبت می دهند ولی اولین توربین گازی قابل استفاده توسط شرکت "بران باوری" جهت تولید نیروی الکتریسیته در سال 1939 میلادی درنمایشگاه ملی سوئیس در شهر زوریخ به نمایش در آمد ، در عرض زمان کوتاهی که از ساخت توربین های گازی می گذرد امروز در هواپیما ، هلی کوپتر ، تولید الکتریسیته ، پمپاژ نفت وگاز ، کشتی ، قطار و تولید مواد فشرده استفاده می شود .
امتیازا ت توربین گازی در توربین بخار عبادتند از :
1- استفاده نمودن از گاز به عنوان انرژی
2- استفاده نمودن از سوخت مایع (گازوئیل ) در مواقعی که به عللی گاز قطع گردد

با توجه به آ نچه که در بالا ذکر شد بکار گرفتن توربین گازی در محل هایی که گاز به مقدار کافی وجود دارد به صرفه تر خواهد بود . می دانیم که ، برای استفاده از انرژی موجود در گاز و یا گازوئیل باید آنها را بسوزانیم ، از طرفی سوزاندن باید در مجاورت هوا انجام شود ، بنابراین توربین گازی باید مجهز به دستگاههای دیگر مثل اطاق احتراق و فشار دهنده هوا باشد .

"اهداف مهم در روند توسعه ی توربين های گازی پيشرفته "

عامل اصلی توسعه توربین های گازی با توان و کارایی بالا ، دسترسی به گاز طبیعی تمیز با قیمت ارزان است . اما خروج گاز با درجه حرارت بالا از خروجی توربین – که پیامد آن به کاهش کارایی سیکل است – متخصصان مربوط را بر آن داشته که سیکل های ترکیبی را مطرح کنند تا گاز با درجه حرارت بالا ، در محفظه ی دیگری موسوم به جدول باز یاب حرارتی بخار ( HRSG ) استفاده شود.
در این حالت ،سیکل ترکیب شده کارایی بالاتری دارد . این نوع سیکل ها ، با داشتن کارایی بالاتر از سیکل های عاد ی با سوخت زغال سنگ و همچنین داشتن ویژگی کاهش آلودگی محیط زیست ، سهم بزرگی در تولید برق در شبکه ها بر عهده دارند .محدودیت استفاده از گاز طبیعی در نیرو گاهها با قیمت ارزان و فشار های سیالی در جهت مصرف آن برای تولید انرژی الکتریکی ، از عواملی است که استفاده کلان از توربین گازی را به طور گسترده ای با مشکل روبه رو کرده است .
بنابراین متخصصان و کارشناسان ، طرح تبدیل زغال سنگ به گاز را پیش بینی
کرده و معتقدند که این طرح جایگزین خوبی برای استفاده از منابع گاز طبیعی است .

همچنین تلاش می کنند تابا ابداع روشهایی جدید ، کارایی توربین های گازی را افزایش دهند . نیروی هوایی امریکا توانست در سال 1986 با همکاری هفت سازنده ی توربین ، موتور توربین با کارایی بالا بسازد .
اهدافی که در توسعه ی این نوع موتور توربین مد نظر بوده به قرار زیر است :
الف ) تولید گاز با دمای بالا در محفظه ی احتراق و ورودی توربین ؛
ب ) ساخت کمپرسوری با ظرفیت و کارآیی بالا ؛
ج ) ساخت اجزای تشکیل دهنده سبک
بند "ج" برای توربین هایی که در تولید برق ، بکار رفته و در سطح زمین نصب
می گردد چندان مورد توجه نبوده و از پیچیدگی علمی نیز برخوردار نیست . اخیراً برای این نوع توربین ها از موتوری که اصلاح شده موتور هوایی (Aeroengine ) است استفاده می شود .
برای مثال شرکت گاز و الکتریک پاسیفیک (E & PG) طرح پیشرفته ای
را بر اساس موتورهای صنایع هوایی با جت مجهز به سوپرفن جنرال الکتریک مدل GE90 ارائه داده است و رولزرویس سیستمی را برای تولید برق از توربین گازی به منظور به کارگیری در موتورهای هوایی . در توسعه ی توربین گازی ، انواع مختلفی از سیکل های پیشرفته مبتنی بر کولر داخلی ، استفاده از هوای مرطوب ، تزریق بخار ،

محفظه ی احتراق مجهزبه بازیافت حرارتی و مبدلهای حرارتی ، طراحی و به کار گرفته می شود .
اخیراً سازمان انرژی آمریکا برنامه ای مبنی بر تولید توربینهای پیشرفته ایی با کارایی حدود 52 درصد برای سیکل های ترکیبی و در آینده ای نزدیک با کارایی 60 درصد و تولید NOX پایین را تهیه کرده و دردست اجرا دارد .
در این برنامه ، دمای احتراق تاحدودCº 1427 افزایش یافته و برق با نازلترین قیمت تولید می شود .

نوشته شده توسط مهندس ایمان نامدار

 

+ نوشته شده در  29 Aug 2008ساعت 2:54 AM  توسط مهندس ایمان نامدارصحت  | 

انواع کمپرسورهای تبرید

انواع کمپرسورهای تبرید

کمپرسورهای تبرید:
کمپرسورها در واقع قلب یک سیستم تبرید هستند زیرا عمل آنها مکش گاز از اواپراتور و رانش به طرف کندانسور می باشد.
کمپرسور در قسمت مکش تولید فشار ضعیف و در قسمت خروجی تولید فشار زیاد می نماید که این گاز به نوبه خود در کندانسور مایع می گردد و به طور مختصر کمپرسور نیروی لازم برای ادامه عمل سیستم را تولید می نماید و برای این منظور کمپرسورهای مختلفی به کار رفته است و معمولی ترین این کمپرسورها عبارتند از:

کمپرسورهای متقارن(پیستونی)
کمپرسورهای دوار (با تیغه ثابت - با تیغه گردان پیچی یا حلزونی )
کمپرسورهای گریز از مرکز(سانتریفوژ)

یک کمپرسور چه طور کارمی کند؟
سوپاپهای مکش و رانش توسط دو عمل فشار فنر و فشار گاز بسته نگاهداشته می شوند. در موقع عمل برگشت پیستون و با بسته بودن هر دو سوپاپ فشار داخل سیلندر به همان نسبت که حجم افزایش می یابد. تنزل می کند و موقعی که فشار داخل سیلندر کمتر از فشار زیرین سوپاپ مکش شود اختلاف این دو فشار موجب باز شدن این سوپاپ می گردد.
وقتی پیستون پایین می آید یعنی در مرحله برگشت پیستون گاز موجود در داخل اواپراتور به طرف سیلندر کمپرسور کشیده شده و موجب زیاد شدن تدریجی حجم گاز در سیلندر می شود.
در پایین ترین نقطه حرکت پیستون دیگر فضایی برای زیاذ شدن حجم و جریان گاز به داخل مدار وجود ندارد. بنابراین اختلاف فشاری هم وجود نخواهد داشت و فنر سوپاپ مکش را می بندد زیرا سیلندر از گاز پر شده است. در موقع عمل بالا رفتن پیستون گاز داخل سیلندر تحت فشار قرار گرفته و متراکم می شود و فشار آن از فشار کمی بیشتر از لوله خروجی گاز در بالای سوپاپ فشار می رسد این فشار موجب می شود که سوپاپ فشار باز شود و بقیه نیروی پیستون تا انتهای سیلندر صرف راندن و تخلیه گاز از طریق سوپاپ می گردد.
چون در انتهای عمل رفت پیستون دیگر اختلاف فشاری برای باز نگاهداشتن سوپاپ وجود ندارد در نتیجه فنر سوپاپ را می بندد ولی مقدار کمی گاز در آخرین فاصله بین پیستون و سیلندر صفحه سوپاپ باقی می ماند و این گاز می بایستی در موقع پایین رفتن پیستون و قبل از این که سوپاپ مکش دو مرتبه باز شود انبساط پیدا کند . این عمل در روی دیاگرام کمپرسور نشان داده می شود و این دیاگرام می تواند توسط دستگاهی بنام تعیین کننده سیکل کمپرسور یا (اندیکاتور) ترسیم نمود.

ساختمان و اجزای کمپرسور:

سوپاپهای مکش (suction valves)
سوپاپهای تخلیه (فشار) (discharge valves )
محور و محفظه یاتاقان و آبندی آنها
سسیتم روغن کاری( lubrication)
سیستم خنک کننده
شیرهای سرویس کمپرسور ( service valve )
دستگاه کنترل ظرفیت (capacity contorol)

انواع کمپرسور:
کمپرسورها را برحسب نیاز در اندازه های مختلفی می سازند و با توجه به نحوة کارکرد به سه نوع پیستونی، دوار و گریز از مرکز تقسیم می شوند . کار کمپرسورها ، ایجاد نیروی مکش لازم برای مکیدن گاز مبرّد از اواپراتور ، متراکم کردن گاز، و سپس فرستادن آن به کندانسور است ، که در آن گاز به مایع تبدیل می شود . مکندگی کمپرسور ، گاز را از سمت راست فشار ضعیف به سمت فشار قوی منتقل می کند، و حجم گازی که باید متراکم شود بستگی به میزان جابه جایی پیستون کمپرسور دارد .
کمپرسورها را برحسب نیاز در اندازه های مختلفی می سازند و با توجه به نحوة کارکرد به سه نوع پیستونی ، دوار و گریز از مرکز تقسیم می شوند . کار کمپرسورها ، ایجاد نیروی مکش لازم برای مکیدن گاز مبرّد از اواپراتور ، متراکم کردن گاز ، و سپس فرستادن آن به کندانسور است ، که در آن گاز به مایع تبدیل می شود . مکندگی کمپرسور ، گاز را از سمت راست فشار ضعیف به سمت فشار قوی منتقل می کند ، و حجم گازی که باید متراکم شود بستگی به میزان جابه جایی پیستون کمپرسور دارد .
وظیفة کمپرسور در سیستم تبرید تراکمی این است که با ایجاد اختلاف فشار لازم ، جریان مبرّد را از یک قسمت سیستم به قسمت دیگر برقرار کند . در اثر وجود همین اختلاف فشار بین سمت فشار قوی و سمت فشار ضعیف است که مایع مبرّد از میان شیر انبساط به اواپراتور رانده می شود . برای اینکه بخار کم فشار ، اواپراتور را ترک کند و راهی واحد تقطیر شود باید فشاری بیشتر از فشار موجود در قسمت مکش واحد تقطیر داشته باشد .

کمپرسورهایی که در تهویه مطبوع به کار می روند برحسب ساختمان و طرزکار به انواع زیر تقسیم می شوند:
۱- تک سیلندر
۲ - چند سیلندر

کمپرسورهایی که در تهویه مطبوع به کار می روند برحسب روش تراکم به انواع زیر تقسیم می شوند:
۱ - پیستونی
۲- دوار
۳- گریز از مرکز

کمپرسورهای پیستونی:
طراحی سیلندر در کمپرسورهای پیستونی از نظر تعداد و نحوه آرایش سیلندرها و دوطرفه یا یک طرفه بودن آنها (پیستون دوسره یا یک سره) متفاوت است. کمپرسورهای پیستونی را با یک سیلندر تا 16 سیلندر می سازند و نحوة آرایش سیلندر در آنها برحسب نیاز به صورتهای جناغی ، جفت جناغی و شعاعی یا ستاره ای است.

کمپرسورهای دوار:
از آنجا که در کمپرسورهای دوار نوع بسته یا هرمتیک، کیفیت گرداندن کمپرسور به دلیل یکجا بدن موتور و کمپرسور بهتر است، امروزه آنها را ، به ویژه در ظرفیتهای کمتر از یک تن، به تعداد زیاد تولید می کنند. کمپرسور بسته ، کمپرسوری است که در آن موتور و کمپرسور هر دو درون یک محفظة‌ تحت فشار جا گرفته اند، و محور موتور و میل لنگ کمپرسور یکپارچه است. موتور به طور دائم با مبرد تماس دارد.

عملکرد کمپرسور دوار مشابه با کمپرسور پیستونی است؛ به این ترتیب که با متراکم ساختن گاز مبرد اختلاف فشار لازم برای به گردش درآوردن مبرد در سیستم را فراهم می کند . البته نحوة تراکم گاز در کمپرسور دوار ، اندکی متفاوت است. در این کمپرسور عمل تراکم در اثر حرکت دورانی روتور نسبت به اتاقک تراکم یا سیلندر انجام می گیرد.
کمپرسورهای دوار از نظر ساختمان به دو نوع تیغه ثابت و تیغه گردان تقسیم می شوند . قطعات متحرک کمپرسور دوار تیغه ثابت عبارت اند از : رینگ ، بادامک و تیغة کشویی و....

کمپرسورهای گریز از مرکز:
کمپرسورهای گریز از مرکز ذاتاً ماشینهای پر دور هستند و بهترین گردانندة‌ آنها توربین بخار است. از آنجا که آنها را برای دورهای همسنگ دور بالای توربین طراحی می کنند ، می توان آنها را مستقیماً کوپله کرد . جایی که بخار پرفشار باشد ، توبین به منزلة شیرفشار شکن عمل می کن و بخار کم فشار خروجی از توربین می تواند برای گرمایش یا مقاصد دیگر به کار رود . ولی در بسیاری از کاربردها ، خصوصاً در ظرفیتهای پایین ، کمپرسورها را موتورهای برقی می گردانند که به جعبه دنده های افزاینده مجهزند. کمپرسورهای گریز از مرکز از مبردهای کم فشار استفاده می کنند و معمولاً اواپراتور و کندانسور آنها هر دو با فشار کمتر از جو کار می کنند.

عمل تراکم گاز در کمپرسور گریز از مرکز با نیروی گریز از مرکز انجام می گیرد. از این رو این کمپرسورها برای تراکم مقادیر زیاد گاز مبرد و اختلاف فشارهای کم ایده ال هستند . همچنین سیستمهای تبرید کم دما و به خصوص آنهایی که از هیدروکربنهای نفتی یا هالوژنه به عنوان مبرد استفاده می کنند ، سازگاری بیشتری با این کمپرسورهای دارند.

در تأسیسات کمپرسور گریز از مرکز ، اگر توربین بخار در دسترس باشد از نظر اقتصادی ترجیح دارد ، زیرا تجهیزات و نیروی کار لازم برای چنین تأسیساتی در مقایسه با آنچه برای کمپرسور گردنده با توربین گازی مشابه لازم است، نسبتاً کوچکتر و کمتر است. دلیل آن عمدتاً جمع و جوری و سبکی دستگاهها نسبت به قدرت مصرفی است. به علاوه کمپرسور گریز از مرکز فقط بخش کوچکی از فضای لازم برای تجهیزات تبرید را اشغال می کند . واحدهای تبرید نوع گریز از مرکز در ظرفیتهای 100 تا 2500 تن و برای کار موتور برقی ، توربین بخار و یا موتور درونسوز تولید می شوند

مهندس ایمان نامدارصحت

+ نوشته شده در  28 Mar 2008ساعت 1:40 AM  توسط مهندس ایمان نامدارصحت  | 

قانون دوم ترمو ديناميك

قانون دوم ترمو ديناميك :

هدف از قانون دوم ترمو ديناميك :

مي خواهيم بيان كنيم كه كليه فرآيند هاي خود بخودي طبيعت ، يك جهت خاص دارند .

مثال :

آب رود خانه ها هميشه از ارتفاعات بسمت مناطق پست در حركتند.

تعاريف مختلف قانون تر موديناميك :

1- گرما بخودي خود از جسم سر د تر به جسم گرمتر جاري مي شود .

2- امكان ندارد كه گرما را از يك جچشمه گر مايي گرفت وآنر بطور كامل به كار تبديل نمود ؛ بدون آنكه تغيير در در دستگاه يا محيط آن صورت گيرد.

3- جهت فرآيند هاي خود بخودي ، جهتي است كه در آن بي نظمي و كاتورگي زيادتر و اطلا عات نسبت به دستگاه كمتر مي شود .

4- در هر فرآيند خود بخودي ، آنتروپي مجموعه دستگاه و محيط افزايش مي يابد .

براي تجزيه و تحليل قانون دوم ترموديناميك نحوه كار ماشينهاي گرمايي را در نظر مي گيريم:

اين ماشينها ، ماشينهايي هستند كه در آنها ماده اي بنام ماده كاري ( مانند آب در ماشين بخار ) گرما را از منبع گرم گرفته ، بخشي از آن را به كار تبديل مي كند و سپس بقيه را به منبع سرد تحويل مي دهد .

مثال :

چرخه ماشين بخار :

اگر به جهت فلشها دقت نماييد، جهت حركت ماده كاري را مشاهده ميكنيد .

فرآيندهايي كه چرخه ماشين بخار طي ميكند عبارتست از :

ç a-b  فرآيند فشار ثابت

ç b-c  فرآيند آدياباتيك

ç c-d  فرآيند فشار ثابت

ç d-a  فرآيند حجم ثابت

 

 

محاسبه كار در فرآيندهاي مختلف ماشين بخار:

aèb Þ     W=-Pa(Vb-Va) Vb>Va Þ   Wa-b<0

bèc Þ   W=Cv(Tc-Tb) Tcb Þ   Wb-c<0

cèd Þ   W=-Pd(vd-Vc) vdc Þ   Wc-d >0

dèa Þ   W=0

è Wa-b+Wb-c-Wc-d<0 è WTotal <0

چون كل كار انجام شده بر روي دستگاه منفي است ، لذا نتيجه ميگيريم كه كار از سيستم در يافت مي شود. اگر گرما ي داده شده به منبع بخار اين ماشين QH باشد ، آنگاه بازده ماشين برابر خواهد بود با :

h=|W|/QH

بازده ماشين گرمايي :

براي توضيح اين بخش به دياگرام چرخه ماشين گرمايي مراجعه مي كنيم :

 

همانگونه كه ملاحظه مي كنيد ، اگر به كل پروسه نگاه بياندازيم ، مي بينيم كه ماده كاري يعني آب در فرآيند a-b گرما از چشمه گرم گرفته و به بخار تبديل مي شود .ما ميزان گرمايي را كه آب دريافت ميكند تا به بخار تبديل شود را QH مي ناميم. اين بخار پس از انبساط آدياباتيك در محفظه سيلندر و پيستون به منبع سرد رفته و براي آنكه بتواند از طريق پمپ مجدداْ به منبع گرم برگردد ، به مايع تبديل مي شود .براي تبديل شدن به مايع لا زم است كه بخا ر بخشي از حرارت خود را ازدست بدهد ، كه ما اين بخش راز حرارت از دست داده شده را QC مي ناميم . حال اگر به كل پروسه نگاه كنيم به نتايج زير مي رسيم :

كل گرماي چرخه : Q=QH+QC

بنا به قرار داد داريم :

QC منفي است ؛ چون از سيستم در يافت مي شود .

QH مثبت است ؛ چون به سيستم داده مي شود .

لذا خواهيم داشت :

Q=QH-|QC|

علامت قدر مطلق به اين خاطر است كه ما تنها به ميزان كمي گرما كار داريم .

 

+ نوشته شده در  15 Feb 2008ساعت 2:12 PM  توسط مهندس ایمان نامدارصحت  | 

قانون تبادلي بين كار و گرما

5- قانون تبادلي بين كار و گرما :

مجموع كار و گرما براي هر مسير دلخواه بين دو نقطه براي گا ز ايده آل همواره برابر است .

W1+Q1=W2+Q2=W3+Q3=W4+Q4

 

 

 

انرژي دروني :

به مجموع انرژي پتانسيل و انرژي جنبشي يك دستگاه انرژي دروني گويند و با U نمايش مي دهند .

هما نگونه كه ميدانيد گاز ايده آل ، گازي است كه در چگالي بقدر كافي كم ، نيروهاي بين ملكولي و انرژي وابسته به آن قابل صرف نظر كردن است .در نتيجه اگر رابطه زير را براي گازتك اتمي با n مول در نظر بگيريم :

كه در آن :

N= تعداد ذرات تشكيل دهنده گاز

K = ثابت بولتزمان و برابر است با 1.38*10-23 j/molecule.K

T = دما بر حسب كلوين

مي بينيم كه انرژي دروني تنها وتنها تابع دما است .در نتيجه براي تمام گازهاي كامل صادق مي باشد

قانون اول ترمو ديناميك :

بخشي از گرمايي كه به گاز داده مي شود سبب افزايش انرژي داخلي آن شده و بخشي ديگر به كار تبديل مي شود .يعني :q=Δu+w . اگر گرما در فرآيند حجم ثابت به دستگا ه داده شود ، فقط سبب افزايش انرژي داخلي آن مي شود .يعني :du=Cvdt و اگر در حالت دما ثابت به دستگاه داده شود ، فقط به كار تبديل مي شود . Du = 0 .

نكته : اگر به سيستم كار داده شود آنگاه اي معا دله بصورت زير در مي ايد:

ΔU=Q+W

توجه : همواره فرض ما بر آنستكه كار به سيستم داده مي شود .

نكته :رابطه بين CMV و CMp برابر است با : CMp-CMv=R

تفسير :

براي گازها ي ايده آل همواره بين ظرفيت گرمايي ويژه در حالت فشار ثابت و حجم ثابت اختلافي به اندازه R=8.314 j/mol.k است كه اين مقدار صرف گرم كردن گاز جهت انبساط مي شود .

مثال :

بر روي 0.2 مول از يك گاز كامل تك اتمي فرآيند هاي آ رماني هم حجم ( حجم ثابت) و هم فشار مطابق شكل زير انجام مي شود . مطلوبست :

الف) كار انجام شده بر روي گاز در اين چرخه

ب) گر مايي كه گاز در يافت مي كند

ج) مجموع كار و گر ما در اين چرخه

جواب :

ابتدا جواب قسمت (ج) را مي دهيم :

چون اين چرخه يك چرخه بسته است لذا با فرض اينكه هيچ گونه تبادل حرارتي با خارج نداريم ، لذا مجموع كار وگرما ، يعني تغيير انرژي داخلي برابر صفر است .

1) مسير A__B :

تحليل فرآيند : فرآيند هم فشار با فشار معلوم p=3*105pa

تغيير حجم از V=2lit به V=4lit بصورت انبساطي

طبق قانون اول ترمو دينا ميك :

ΔUAB=QAB+WAB

QAB =nCMp . (TB-TA)

WAB=-P(N/mm2) .[(V2-V1)(m3)]=(-3*105[(4-2)*10-3)]=-6*102 j/mol

2) مسير B___C :

تحليل فرآيند: فرآيند حجم ثابت با مقدار حجم V=4 lit و تغيير فشار از 3*105pa به 1.2*105pa

طبق قانون اول ترمو ديناميك :

ΔUBC= QBC+WBC

QBC =nCMV(Tc-TB)

WBc= 0

3) مسير C___D :

تحليل فرايند : فرآيند هم فشار با فشار معلوم P=1.2*105pa و تغيير حجم از V=4lit به V=2lit .

طبق قانون اول ترمو ديناميك :

ΔUcd=Qcd+Wcd

Qcd =nCMp . (TD-Tc)

Wcd=-P(N/m2)[V2-V1](m3)]=-1.2*105*[(2-4)*10-3]=2.4*102j

مسير D___A :

تحليل فرآيند: فرآيند حجم ثابت با مقدار معلوم V=2lit و تغيير فشار از1.2*105pa به 3*105pa

ΔUDA= QDA+WDA

QDA =nCMV(TA-TD)

WDA= 0   چون تغيير حجم نداريم.

با توجه به اينكه چرخه ما يك چرخه بسته است؛ يعني از نقطه A شروع كر ديم و به نقطه A باز گشته ايم . لذا تغيير انرژي داخلي در كل فرآيند با در نظر گر فتن آديا با تيك بودن سيستم ، برابر صفر است . لذا داريم :

راه حل اول :

ΔUAB+ ΔUBc+ ΔUcD+ ΔUDA=0

QAB+WAB+ QBC+WBC+ Qcd+Wcd+ QDA+WDA=0

QAB+ QBC+ Qcd+ QDA+ WAB+ WBC+ Wcd+ WDA=0

QTotal+WTotal=0è QTotal=- WTotal è QTotal=-[(-6*102)+(2.4*102)]=360j

منظور از زير نويس total همان <کل > است.

راه حل دوم :

ابتدا دماي نقاط A,B,C,D را بدست مي آوريم :

TA=? PV=nRT èTA= (PA.VA)/nR=[(3*105*2*10-3)/(0.2*8.314)]=3600k

TB=[(3*105*4*10-3)/(0.2*8.314)]=7210k

Tc=[(1.2*105*4*10-3)/(0.2*8.314)]=2880k

TD =[(1.2*105*2*10-3)/(0.2*8.314)]=144.330k

QAB =nCMp . (TB-TA)

QAB=0.2(20.785)(721-360)=1500.667

QBc=-1079.98

QCD=-598.608

QDA=538.747 è QTotal=1500.667-1079.98-598.608+538.747=360j

 

+ نوشته شده در  15 Feb 2008ساعت 2:4 PM  توسط مهندس ایمان نامدارصحت  | 

فرآيند ها ي ترمو دينا ميكي

انواع فرآيند هاي تر موديناميكي :

1- -فرآيند حجم ثابت :

در اين فرآيند حجم ثابت مانده ليكن فشار و دما تغيير مي يا بد.

ظرفيت گرمايي در حجم ثابتCv:
ميزان گرمايي است كه واحد جرم سيال در حالت حجم ثابت مي گيرد ، تا دماي آن يك درجه سانتي گراد افزايش يابد .

ظرفيت گرمايي مولي در حجم ثابت :

كه در آن n تعداد مول در واحد جرم است

 

 

 

2- فرآيند فشار  ثابت (هم فشار ):

در اين فرايند، فشا ر ثابت و دو كميت ديگر متغير هستند .

W=-P(V2-V1)

چون V21 است لذا داريم :

W=P(V1-V2)

لذا كار مثبت است .

از مثبت بودن كا ر اين نتيجه حاصل مي شود كه محيط بر روي سيستم كار انجام ميدهد .

ظرفيت گر مايي در فشار ثابت :( CP )

مفدار گر مايي است كه واحد جرم جسم در فشار ثابت در يافت مي كند تا دماي آن يك درجه سلسيوس  بالا برود .

ظرفيت گرمايي مولي در فشار ثابت :

n= تعدادمول

3- فرآيند دما ثابت (همد ما):

در اين حالت دما در حين فرآيند ثابت مانده ودو متغيير فشار و حجم تغيير مي كنند .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4- فرآيند بي دررو(آدياباتيك):

در اين فرايند هر سه مشخصه V,p,T ممكن است تغيير كنند ، ولي هيچگونه تبادل حرارتي اي با محيط انجام نمي شود.يعني :Q=0

 

نكته : تفاوت فرايند بي دررو با فرايند همدما در ميزان كار انجام شده است .

در فرايند بي دررو كار كمتري نسبت به فرآيند همدما براي رسيدن به يك فشار مورد نظر، نياز است .

دليل :

وقتي كه گرما نتواند از سيستم خارج شود به كار تبديل مي شود .

مثال :

شكل محفظه پيستون فرآيند همدما را در نظر بگيريد . چون در حين تركم يعني رفتن از حالت V1 به V2 گرما از سيستم خارج نمي شود . لذا گاز سريعتر به فشار P2 مي رسد . در نتيجه ما قبل از رسيدن به V2 يعني در ‘V به فشار P2 دست خواهيم يافت .

براي مقايسه به شكل روبرو توجه كنيد .

3- فرآيند دما ثابت (همد ما):

در اين حالت دما در حين فرآيند ثابت مانده ودو متغيير فشار و حجم تغيير مي كنند .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4- فرآيند بي دررو(آدياباتيك):

در اين فرايند هر سه مشخصه V,p,T ممكن است تغيير كنند ، ولي هيچگونه تبادل حرارتي اي با محيط انجام نمي شود.يعني :Q=0

 

نكته : تفاوت فرايند بي دررو با فرايند همدما در ميزان كار انجام شده است .

در فرايند بي دررو كار كمتري نسبت به فرآيند همدما براي رسيدن به يك فشار مورد نظر، نياز است .

دليل :

وقتي كه گرما نتواند از سيستم خارج شود به كار تبديل مي شود .

مثال :

شكل محفظه پيستون فرآيند همدما را در نظر بگيريد . چون در حين تركم يعني رفتن از حالت V1 به V2 گرما از سيستم خارج نمي شود . لذا گاز سريعتر به فشار P2 مي رسد . در نتيجه ما قبل از رسيدن به V2 يعني در ‘V به فشار P2 دست خواهيم يافت .

براي مقايسه به شكل روبرو توجه كنيد .

+ نوشته شده در  15 Feb 2008ساعت 2:3 PM  توسط مهندس ایمان نامدارصحت  | 

فرآيند ها ي ترمو دينا ميكي

فرآيند ها ي ترمو دينا ميكي :

تحولاتي كه باعث مي شوند مشخصه يا مشخصات ترمودينا ميكي يك دستگاه از يك حالت به حالت جديد تغيير يابد ، فرآيند ترمو دينا ميكي نا ميده مي شوند .
مثال :

آب درون زود پز با حرارت ديدن از دماي 20 در جه به 80 در جه مي رسد . در اين جا مي توان بنا به تظر خود مي توان يكي از سه حالت زير را در نظر گرفت :

آب

زود پز

آب و زود پز با هم

نكته :چون در ترمودينا ميك بيشتر سيالات (مايعات وگازها ) مورد بحث قرار مي گيرند ؛ پس ما هم در اين جا آب را بعنوان دستگاه در نظر مي گيريم .

همانطور كه ميدانيد ، هر سيال در هر لحظه سه مشخصه وابسته به هم دارد :

دما (T)، فشار ( P) ، و حجم (V) . اين سه ، حالت سيال را تعيين مي كنند .

با توجه به شكل مي بينيم كه :

در اثر عبور از فرايند هاي ترمودينا ميكي (در اينجا حرارت ديدن )حالت سيال تغيير مي يا بد .

رابطه بين V,P,T را معاد له حالت گويند:

PV=nRT

كه در آن :

n= تعداد مول و R= ثابت گاز

 

نكته : هر گاه د و كميت ا ز سه كميت V,P,T مشخص باشد ، آ نگاه مي توان گفت كه دستگا ه چه حالتي دارد .

فرآيند هاي آرماني يا شبه تعادلي :

اگر شعله اجاق گاز رابسيا ر كم كرده و زودپز را درارتفاعي دور نسبت به شعله قرار دهيم ، بطوريكه آب درون زودپز در هر لحظه درتمام نقاط مختلف زود پز تنها يك دماي خاص را نشان دهد ، انگاه مي گويند كه اين دستگاه (آب) در حال گذر از يك فرايند آرماني يا شبه تعادلي است .

كاردرفرايند هاي ترموديناميكي :

همانگونه كه ميدانيد كار عبارتست از نيرو در تغيير مكان .

در ترموديناميك نيز كار دقيقا به همين معنا است ؛ با اين تفاوت كه منشا ايجاد نيرو سيال است .

در مثال ما اگر سوپاپ زودپز خوب عمل نكند در اثر گرما در يافتي ، فشار آب تا آنجا بالا مي رود كه مي تواند باعث كنده شدن درب زودپز و پر تاب آن شود .

براي توضيح و فر مول بندي كار انجام شده به شكل زير)سمت چپ) توجه كنيد :

حالت (a) :

در اين حا لت هيچ نيرويي به دسته وارد نمي شود .

حالت گذر از (a) به (b) :

فرض كنيد به دسته نيرو وارد شده و به تدريج افزايش مي يابد ؛ بطوريكه اين افزايش كاملا كند بوده و شرايط آرماني براي گاز درون محفظه برقرار مي گردد. در اين حالت چون پيستون تغيير مكان مي يابد ، لذا كار انجام مي پذيرد.

W=∑W’

چون نيرو بصورت تد ريجي افزايش مي يابد لذا فرض كر ده ايم كه :

W' كار حاصل از نيرويي باشد كه باعث آن جزء از كار مي باشد . يعني :

كه در آن :

‘F=نيرويي كه در ان لحظه باعث انجام كار شده است .

Δx =تغيير مكان

چون نيرو و تغيير مكان هم جهت هستند پس ‘w مثبت است ، در نتيجه W مثبت خواهد بود . نتيجه (1)

براي ساده گي فرض كنيد كه فرايند انجام كار ما تحت حالت فشار ثابت اتفاق مي افتد(يعني ما در طول فرآيند سعي كرده ايم كه با خارج كردن حرارت از سيستم مانع از افزايش فشار شويم . بدين ترتيب فشار زير پيستون ثابت بوده و نيرويي كه صرف تراكم گاز مي شود نيز ثابت باقي مي ماند) در اين حالت اگر بخواهيم معادله كار را برحسب پارامترهاي مستقل يعني بر حسب x و P بنويسيم ،

 

خواهيم داشت :

W=P.A.Dx

بنا به تعريف داريم : Dx=x2 – x1

پس حاصل A(x2-x1) مي شود : V2-V1 كه مي توانيم آنرا DV بناميم .

با توجه به شكل مي بينيم كه : V21 است ، لذا حاصل V2-V1 مقداري منفي خواهد بود(كه گوياي حالت تراكم است ). از سويي ديگر ، چون كا ر انجام شده طبق نتيجه گيري (1) مثبت است لذا : براي آنكه طرفين معادله : W=P.A.Dx هم ارز باقي بماند ، بايد به سمت راست اين معادله يك منفي (-) اضافه نماييم .بنا بر اين خواهيم داشت :

 (1) W= - pDV

قانون :

اگر كار محيط بر روي دستگاه بصورت تراكم ظاهر شود اين كا ر مثبت است .( يعني دستگاه كار ميگيرد)

اگر كار محيط بر روي دستگاه بصورت انبساط ظاهر شود اين كا ر منفي است .( يعني دستگاه به محيط كار ميدهد)

 

با توجه به تعريف انتگرال ورابطه (1) داريم :

همانگونه كه ملاحظه مي كنيد حاصل انتگرال سطح زير

+ نوشته شده در  15 Feb 2008ساعت 1:49 PM  توسط مهندس ایمان نامدارصحت  | 

قانون صفرم و اول ترمودینامیک

قانون صفرم ترمودینامیک
Boltzmann
Ludwig Boltzmann , 1844-1906
از پایه گذاران علم ترمودینامیک
در زبان یونانی Thermos به معنای "گرما و حرارت" و Dynamic به معنای "تغییرات" می باشد و لغت Thermodynamic بیانگر شاخه ای از علم فیزیک می باشد که به بررسی رفتار خواص کلی سیستم ها مانند فشار، دما، انرژی داخلی، حجم، آنتروپی و ... می پردازد. از جمله مسائل مورد علاقه این علم می توان به بررسی قوانین حاکم بر تبدیل انرژی گرمایی به کار اشاره. قوانین اصلی حاکم بر این علم بسیار جالب بوده و مصادیق بسیاری در سایر علوم تجربی و نظری نیز دارند سعی خواهیم کرد که طی چند مطلب به تشریح ساده آنها بپردازیم.

قانون صفرم (Zeroth law)
برای هیچ یک از ما شکی وجود ندارد هنگامی که یک لیوان آب جوش را در یک ظرف بزرگتر آب سرد قرار می دهیم، پس از گذشت زمان لازم دمای آب درون لیوان و آب بیرون آن - درون ظرف بزرگتر - یکسان می شود. اینگونه بنظر می آید که میان دو منبع - منظور لیوان آب جوش و ظرف آب سرد - مفهومی بنام گرما به حرکت در می آید و از جایی که بیشتر است به سمت جایی که کمتر است حرکت می کند تا به تعادل گرمایی برسند.

مثال دیگر آنکه هنگامی که یک لیوان آب یخ را بدست میگیرد بوضوح احساس می کنید چیزی - بنام گرما - از دست شما به سمت لیوان جاری می شود و ضمن سرد کردن دست شما به گرم کردن لیوان مشغول می شود. نمونه معکوس حالتی است که شما یک لیوان چای داغ را در درست می گیرد. در هر دو مورد اگر لیوان ها را برای مدت طولانی در دست نگاه داریم دیگر احساس خاصی نخواهیم داشت و دمای لیوان ها با دمای بدن ما یکسان می شود.

این نمونه تجربه های به ظاهر ساده مصادیقی از قانون صفرم ترمودینامیک می باشند که معمولآ به اینصورت بیان می شود : "اگر A و B با جسم سومی مانند C در تعادل گرمایی باشند، حتمآ با یکدیگر نیز در تعادل خواهند بود."

دقت کنید که این خاصیت اگر چه بنظر ساده می آید اما در تمام موارد یکسان نیست و حتی شاید به نوعی ابهام هم داشته باشد. بعنوان مثال دلیلی وجود ندارد، اگر آقای A، گربه C را دوست داشته باشد و آقای B هم این گربه را دوست داشته باشد، در آنصورت آقایان A و B به یکدیگر علاقه داشته باشند.

قانون صفرم ترمودینامیک در واقع تاکیدی است بر وجود یک کمیت بنام دما که مقدار آن در سیستم های ترمودینامیکی در حال تعادل یکسان می باشد. مشابه این قانون اگرچه در فیزیک الکتریسیته تعریف خاصی شاید نداشته باشد وجود دارد. شما وقتی دو منبع با پتانسیل های مختلف الکتریکی را از طریق یک سیم هادی به یکدیگر متصل کنید و مدار بسته ای تشکیل دهید، جریان الکتریسیته آنقدر در مدار جاری خواهد بود - و تلف خواهد شد - تا پتانسیل دو منبع یکسان شود.

علت آنکه این قانون با شماره صفر مشخص می شود آن است که بسیار پایه ای بوده و نیز پس از گذشت سالها اسفتاده از سایر قوانین ترمودینامیک، در اوایل قرن بیستم به جمع قوانین ترمودینامیک پیوسته است.

قانون اول ترمودینامیک


قانون اول به ما اجازه می دهد که مقدار مجهول گرما یا کار لازم برای یک فرآیند را با استفاده از مقدار گرما و کار لازم برای فرآیندی متفاوت که سیستم را از همان حالت آغازین به حالت نهایی مشابه می رساند، محاسبه کنیم.
همچنین گاه به کمک آن می توانیم نتایج کیفی عمومی چندی درباره رفتار یک سیستم به دست آوریم.
برای مثال، آزمایش زیر را در نظر بگیرید.

‌یک بطری را که از نظر حرارتی عایق بندی شده با گاز آرمانی در دمایی مانند T1 بردارید، و  به وسیله یک لوله که شیری دارد، آن را به بطری عایق بندی شده دیگری که خلاء شده است متصل کنید. (شکل بالا) اگر ناگهان شیر را باز کنید، گاز از بطری اول به درون دومی خواهد شتافت تا فشارها برابر شوند. به طور تجربی، دریافته ایم که این فرآیند انبساط آزاد، دمای گاز را تغییر نمی دهد- هنگامی که گاز به تعادل دست می یابد و از شارش باز می ایستد، دمای نهایی هر دو بطری برابر با دمای آغازین(T1) است. چه چیزی می توانیم از این مشاهده تجربی استنتاج کنیم؟ از آنجا که بطریها از نظر حرارتی از محیط پیرامونشان عایق بندی شده اند، فرآیند انبساط نه گرمایی به گاز می افزاید و نه از آن می گیرد. یعنی Q=0 است. افزون بر این، فرآیند انبساط متضمن کاری نیست ( به استثناء مقدار ناچیزی که برای چرخاندن شیر لازم است)، یعنی W=0 است. در نتیجه قانون اول به ما می گوید که انرژی گاز تغییر نمی کند.
این نشان می دهد که تغییر حجم بر انرژی اثر نمی گذارد؛ یعنی، انرژی درونی گاز آرمانی تابعی از حجم نیست. بنابر قانون اول، فرض شده است انرژی گاز تابعی از پارامترهای ماکروسکوپی p،V و T است. از آنجا که قانون گاز آرمانی به ما اجازه می دهد که p را بر حسب V و T بیان کنیم، انرژی را می توان به صورت تابعی از دو متغیر V و T انگاشت. ولی مطالب بالا نشان می دهد که تغییر حجم بر انرژی بی اثر است؛ در نتیجه انرژی درونی گاز آرمانی تابعی از دمای تنهاست.
نتایج ترمودینامیک فقط برای حالتهای تعادلی سیستم بکار می رود، یعنی آن حالتهای ایستایی که سیستم، هنگامی که انتقال جرم، انتقال حرارت، و همه واکنشهای شیمیایی و دیگر واکنشها به پایان می رسند، در آن آرام می گیرد. برای گاز درون دو بطری که در شکل  نشان داده شده، حالت آغازین (گاز در یک بطری محدود شده و شیر بسته است) یک حالت تعادل است، و حالت نهایی (گاز به طور یکنواخت در هر دو بطری توزیع شده) نیز یک حالت تعادل است. اما حالت میانی، هنگامی که بلافاصله پس از این که شیر را باز می کنیم، و گاز از بطری پر به درون بطری خالی هجوم می برد، یک حالت تعادل نیست.
بنابراین مجبوریم در این مورد (و نیز در سایر مسائل ترمودینامیک) محاسبات را به تغییرات کند و گام به گام (شبه ایستا و نزدیک به حالت تعادل) محدود می کنیم تا فرمولها در حین تغییر نیز صادق باشند. ممکن است چنین محدودیتی دست و پا گیر به نظر برسد، اما در عمل خواهید دید که آنقدر هم که تصور می شود دردسرساز نیست. با استفاده از مدلسازی زیر می توانید مطالبی را که آموخته اید تمرین کنید. برای مشاهده این مدلسازی به نرم افزار
shockwave player نیاز دارید.

برای ساده تر کردن این مدل سازی مطالب زیر را فرض نموده ایم:
1. گاز ایده آل است، پس دما نشان دهنده میزان انرژی درونی آن می باشد.
2. فشار اتمسفر در محاسبات منظور نشده است؛ یعنی فرض کرده ایم که آزمایش در خلاء انجام می شود.
3. سطح مقطع پیستون دیسکی به قطر 4/67 سانتی متر است.
4. تعداد مولهای گاز 3- 10*1/023 می باشد، که در این صورت مقدار گردشده nR برابر 0/01 ژول بر درجه کلوین خواهد بود.
5. بازه تغییرات V,P و T محدود است. تغییرات دمایی بایستی در محدوده 2 تا 200 درجه کلوین صورت گیرد و حداکثر فشار مجاز نیز 200 کیلو پاسکال است. حداقل حجم ممکن هم 21cc است. این مقادیر به طور تقریبا اتفاقی انتخاب شده اند، اما نشان می دهند که حجم یا دما هیچ گاه نمی تواند صفر شود؟ آیا می توانید دلیل این امر را توضیح دهید؟

 


+ نوشته شده در  15 Feb 2008ساعت 1:10 PM  توسط مهندس ایمان نامدارصحت  | 

جریان سیال درلوله ها

 

  جریان سیال درلوله ها

 

سيالات موادي هستند كه شكل ظرفي را كه درون آنها قرار دارند، به خود مي‌گيرند و لذا براي انتقال آنها، به محيطي واسطه نياز داريم. بشر از ديرگاه براي انتقال  سيال بصورت پيوسته از لوله استفاده مي‌نمود. لوله ها در طولها، اشكال و اندازه‌هاي مختلف بكار ميروند . آيا تا به حال به شكل لوله ها توجه كرده‌ايد ؟ زياد شدن طول لوله يا قطر لوله ها چه اثري بر روي انتقال سيال و ميزان مصرف انرژي خواهد گذاشت؟ چرا لوله ها را به صورت مستقيم استفاده مي‌كنند؟ اگر لوله ها را خم كنند يا حتي بپيچانندچه تغييري در جريان مشاهده مي‌كنيم؟

گاهي از اوقات لوله حاوي سيال را گرم و يا سرد مي‌كنند و با اين عمل ، از لوله يك مبادله گر حرارتي ميسازند. با توجه به اين موضوع به سوالات بالا چنين پاسخ مي‌دهيم.

لوله در اينجا مجرايي است كه سيال در داخل آن جريان مييابد و همزمان گرم يا سرد نيز مي‌شود. هنگامي كه  سيال لزجي وارد مجرايي ميشود ، لايه مرزي، در طول ديواره تشكيل خواهد شد. لايه مرزي بتدريج در كل سطح مقطع مجرا توسعه مييابد و از آن به بعد به جريان، كاملا توسعه يافته (فراگير ) گفته مي‌شود. معمولا اگر طول لوله بلندتر از 10 برابر قطر لوله باشد آنگاه جريان توسعه يافته شده است.

اگر ديواره مجرا گرم يا سرد شود، لايه مرزي گرمايي نيز در طول ديواره مجرا توسعه خواهد يافت.

اگر گرمايش يا سرمايش، از ورودي مجرا شروع شود ، هم نمودار توزيع سرعت  و هم نمودار توزيع دما بصورت همزمان توسعه مي‌يابند. مسأله انتقال گرما در اين شرايط ، به مسأله طول ورودي هيدرو ديناميكي و گرمايي تبديل مي‌شود كه در بر گيرنده چهاذ حالت مختلف است و به اينكه هر كدام از دو لايه مرزي سرعت و دما در چه وضعيتي بسر مي‌برند(( كاملا توسعه يافته و يا در حال توسعه)) بستگي دارد.

در ناحيه كاملا توسعه يافته در داخل لوله ، عملا لايه مرزي وجود ندارد چون دو ناحيه مختلف، كه يكي با سرعت جريان آزاد و ديگري تحت تاثير ديواره باشد ، وجود نخواهد داشت و در سرتاسر لوله ، تمام نواحي تحت تاثير ديواره قرار دارند. از آنجا لايه مرزي، مقاومتي در برابر انتقال حرارت است، لذا  بيشترين ميزان ضريب انتقال حرارت جابجايي در ابتداي لوله، يعني در جايي كه ضخامت لايه مرزي صفر است، مشاهده مي‌شود. مقدار اين ضريب به تدريج همزمان با افزايش ضخامت لايه مرزي و در نتيجه افزايش مقاومت در برابر انتقال حرارت، كاهش مي‌يابد تا به مقدار آن در ناحيه كاملا توسعه يافته برسد كه تقريبا مقداري ثابت است.

حال اثر تغيير شكلي خاص در لوله را روي ويژگي‌هاي سرعت و انتقال حرارت بررسي مي‌كنيم.

كويلهاي حلزوني و مارپيچ ، لوله‌هاي خميده اي هستند كه بعنوان مبادله گرهاي گرماي لوله خميده در كاربردهاي مختلف ايتفاده مي‌شوند.

بياييد كويلهاي مارپيچ يا حلزوني را تحليل كنيم. سيالي را در درون اين لوله ها در نظر مي‌گيريم. آنچه در ابتدا نظرمان را به خود جلب مي‌كند اينست كه چون لوله ها بصورت مارپيچ (دايروي) پيچيده شده‌اند، لذا در اثر حركت دوراني و محوري، نيرويي به آنها وارد مي‌شود و اين خود باعث مي‌شود تا شتاب سيال صفر نشود، حال سؤالي كه اينجا مطرح مي‌شود اينست كه با وجود اين نيرو، آيا جريان داخل مارپيچ، كاملا توسعه يافته است يا جرياني در حال توسعه است و پروفايل سرعت تغيير مي‌كند. آيا دليل بيشتر بودن h (ضريب انتقال حرارت جابجايي) در ناحيه، نيبت به لوله مستقيم نيز،اين است(مي‌دانيم كه h در ناحيه كاملا توسعه يافته كوچكتر از h  در ناحيه در حال توسعه است)؟ يا هيچكدام از اينها صحيح نيست و دليل بزرگتر بودن ضريب انتقال حرارت جابجايي در اين ناحيه چيز ديگري است؟

در اولين نگاه بنظر مي رسد كه جريان داخل كويل كاملا توسعه  يافته نيست و دليل بيشتر بودن  h نيز همين است. با اين حساب اين جمله را چگونه توجيه كنيم كه : داده‌هاي محدود راجع به جريان آشفته در حال توسعه ، نشان مي‌دهد كه جريان ، در نيم دور اول كويل كاملا توسعه مي‌يابد؟ اگر اينطور باشد پس دليل افزايش h چيست؟  

 

جريان در يك لوله

 

جريان داخل لوله را در مختصات استوانه‌اي در نظر بگيريد كه داراي سه مولفه Ө ,z ,r است. هنگاميكه لوله مستقيم است، سرعت در دو راستاي Ө ,r  صفر بوده و فقط در راستاي z  سرعت داريم  :                      و هنگاميكه لوله را خميده يا مارپيچ مي‌كنيم، بدليل وجود نيروي گريز از مركز و شتاب حاصل از آن (وساير مولفه‌هاي شتاب ايجاد شده)، سرعت مولفه ديگري علاوه بر  مي‌يابد:    كه تابع r  شعاع انحنا مارپيچ نيز هست. اين مولفه جديد سرعت ،  ميل دارد حركت چرخشي (Spiral)  به سيال بدهد، يعني سيال همزمان كه در طول لوله به جلو مي‌رود، حول خط مركزي لوله دوران هم مي‌كند اما عليرغم ميلش هميشه موفق به اين كار نمي‌شود. بنابراين نيروي گريز از مركز عامل توسعه يافته نشدن  جريان نخواهد بود بلكه در زماني كه بيشترين اثر را بر روي رژيم جريان بگذارد، آن را به سمت ناپايداري مي‌برد (تا پايداري جريان مصادف است با آشفته شدن آن) و حركتي گردشي به سيال مي‌دهد و بهر حال ، وجود نيروي  گريز از مركز با اينكه  جريان در نيم دور اول كويل كاملا توسعه يافته شود، هيچ منافاتي باهم ندارد.

باز هم اين سوال باقي مي‌ماند كه دليل افزايش h چيست؟ مي‌دانيم كه ضريب انتقال حرارت در جريان آشفته(Turbulent)  و نيز جريان آشوبناك (Chaotic) ، بيش از ضريب انتقال حرارت در جريان آرام است، پس هر ابزاري كه كمك كندجريان به سمت آشفته شدن يا آشوبناك شدن پيش رود باعث افزايش ضريب انتقال حرارت جابجايي مي‌شود، خواه در مورد جريان در داخل لوله و خواه در مورد جريان بر روي لوله . وقتي لوله را بصورت مارپيچ در مي‌آوريم با افزودن يك مولفه سرعت كه مي‌تواند پايداري جريان را در معرض خطر قرار دهد،جريان بسمت آشفته شدن پيش برده و باعث افزايش h شده‌ايم. اينكه كويل ما بصورت افقي يا قائم قرار گيرد نيز بر روي ضريب انتقال حرارت جابجايي ما موثر است بخصوص در سمت خارج لوله چون انتقال حرارت باعث تغيير چگالي سيال و ايجاد يك حركت انتقالي در اثر نيروي ارشميدس مي‌شود كه اين حركت اگر تقويت شده، به سمت توربولان شدن پيش ميرود و يا روي حركت كلي جريان تاثير گذاشته، انرا به سمت توربولان شدن پيش برد، باعث افزايش ضريب انتقال حرارت جابجايي (h) مي‌شود.

بحث ديگري كه امروزه به منظور افزايش h بر همين مبنا مطرح است بحث استفاده از مبدل‌هاي حرارتي آشوبناك است. به اين معني كه براي افزايش ضريب انتقال حرارت و غالبا در كويلها، جريان را آشوبناك مي‌كنند. عقيده اين گروه بر اين است كه توربولان (آشفتگي) حالتي خاص از پديده آشوب Chaos است و نيز در اين جريان ميزان تلفات انري بالاست. آنچه مسلم است و تجربه نيز گواه آن، اينست كه بروز هر دو پدرده (آشفتگي و آشوبناكي) در جريان سيال باعث افزايش ضريب انتقال حرارت جابجايي مي‌شود.

 نماي لايه مرزي آرام و آشفته

 

نكات كليدي :

1- ضخامت لايه مرزي به تدريج در طول لوله افزايش مي‌يابد و بعد از به هم پيوستن لايه هاي مرزي اطراف لوله جريان كاملا توسعه يافته مي‌شود. هرچند بصورت نظري، نزديك شدن به نمودار توزيع سرعت كاملا توسعه يافته به شكل مجانبي است و تعيين محلي معين و دقيق كه در آنجا جريان در مجرا كاملا توسعه يافته است، غير ممكن مي‌باشد. با اينحال براي تمام كاربردهاي عملي طول ورودي هيدروديناميكي محدود است.

 

2- به فاصله‌اي كه در طي آن سرعت كاملا توسعه يافته مي‌شود طول ورودي هيدروديناميكي ميگويند.

 

3- به فاصله‌اي كه در طي آن نمودار توزيع دما كاملا توسعه يافته مي‌شود طول ورودي گرما ميگويند.

مهندس ایمان نامدار

 

+ نوشته شده در  9 Jan 2007ساعت 1:19 PM  توسط مهندس ایمان نامدارصحت  | 

بازرسی جوش

بررسی علل زنگ زدن فولاد S.S 316

امروز مقاله ای را که برای شما تهیه نموده ام ، در پاسخ به سوال دوست عزیزم جناب مهندس فرجی میباشد. و اما سوال به شرح زیر است:

چرا فولاد زنگ نزن(stainless steel) نوع 316 ،زنگ می زند؟

 

در جواب به این سوال ابتدا به معرفی این نوع فولاد می پردازیم.

فولادهای زنگ نزن (S.S) طبق دسته بندی موسسه آهن و فولاد امریکا (AISI) به دو گروه سری 300-200 و سری 400 طبقه بندی می شوند که هر سری شامل چندین فولاد با رفتارهای مختلف می باشد.

فولادهای زنگ نزن سری 300-200 آستنیتی (Austenitic) می باشند که بسیار چقرمه (tough) و نرم (ductile) بوده و نیازی به عملیات حرارتی ندارند در نتیجه این فولادها برای جوشکاری مناسب اند و تحت شرایط عادی اتمسفری نیازی به آنیله شدن ندارند.

این فولادها در برابر خوردگی مقاومند و معمولا غیر مغناطیسی هستند و فقط از طریق کار سرد (cold work) سخت میشوند.

محدوده کربن در این فولادها 0.08 تا 0.25 درصد، میزان کروم 16 تا 26 درصد و میزان نیکل 6 تا 22 درصد است.

آنچه که در نوع 316 باعث تمایز آن نسبت به انواع دیگر فولاد S.S همچون 304 شده وجود میزان حداکثر 3 درصد مولیبدنیوم  در آن می باشد.مولیبدنیوم مقاومت خوردگی این آلیاژ کروم-نیکل را در برابر تخریب اکثر مواد و حلالهای شیمیایی صنعتی بالا برده و همچنین در برابر خوردگی حفره ای (pitting) حاصل از کلرایدها مقاومت میکند.به همین خاطر نوع 316 مهمترین فولادی است که در محیطهای دریایی استفاده میگردد.

Type Analysis of Stainless Type 316:

 

1.00% max.

Silicon 

0.08% max.

Carbon

16.00-18.00%

Chromium 

2.00% max.

Manganese

10.00-14.00%

Nickel

0.045% max.

Phosphorus

2.00-3.00%

Molybdenum 

0.030% max.

Sulfur 

  

دو عامل مهم در خوردگی این نوع فولادها یکی حساس شدن (sensitization) و عامل دیگر که باعث زنگ زدن جوشهای آن می شود اکسید زدایی نکردن آن می باشد.حال هر کدام بطور مختصر توضیح داده می شود.

حساس سازی یا حساس شدن (sensitization):

رسوب (ته نشین شدن) کرباید در مرز دانه ها ،هنگامی که فولادهای زنگ نزن آستنیتی در یک بازه زمانی در محدوده دمای بین  425 تا 870 درجه سانتیگراد(800 تا 1600 درجه فارنهایت) حرارت داده می شوند(بخصوص در جوشکاری) را حساس شدن می گویند.

مدت زمانی که فولاد در این دما قرار میگیرد مقدار کرباید رسوب شده را تعیین میکند.وقتی کرومیوم کرباید در مرز دانه ای رسوب میکند نواحی کناری فورا از کروم تهی میشود.در صورتیکه این ته نشینی و تهی سازی نسبتا پیوسته باشد ،فولاد را نسبت به خوردگی بین دانه ای (intergranular corrosion) مستعد می سازد.همچنین حساس شدن مقاومت فولاد را در برابر انواع دیگر خوردگی همچون خوردگی حفره ای (pitting) ،خوردگی شکافی (crevice corrosion) و ترک خوردگی تنشی(SCC) کاهش میدهد.

روش جلوگیری از sensitization

با استفاده از منحنی های حساس سازی دما-زمان میتوان از حساس شدن جلوگیری نمود و تاثیر میزان کربن را روی این پدیده مشاهده نمود.در شکل پايين نمونه ای از اين منحنی ها را برای فولاد ۳۰۴ را مشاهده می تماييد.

روش دیگر جلوگیری از حساس شدن استفاده از فولادهای پایدار( stabilized steels) همچون 321 و 347 میباشد.اینگونه فولادهای زنگ نزن محتوی تیتانیوم (titanium) و یا نیوبیوم(niobium) بوده که میل به ترکیب با کربن دارند و به آسانی کرباید تشکیل میدهند،این موضوع باعث میشود حتی وقتی در طولانی مدت در معرض دمای sensitization قرار بگیرد کروم در حلال باقی بماند .

تنها راه حل اصلاح فولادهای زنگ نزن حساس شده، آنیله کردن آن می باشد.

در جلسه بعد اسید شویی(pickling) و غیر فعال سازی (passivation) فولادها شرح داده خواهد شد.

 

 


 

 

پیش گرمی و پس گرمی

 

در جوشکاری فولادهای پر کربن یا آلیاژی همیشه خطری وجود دارد که فلز جوش نشسته (weld deposit) و ناحیه متاثر از جوش (heat-affected zone) فلز سخت و شکننده ای بنام مارتنزیت(martensite) تشکیل دهند. در اینصورت فلز نرمی (ductility) خود را از دست داده و امکان ترک خوردن هنگام سرد شدن دارد. با استفاده از پیش گرمی و پس گرمی ،می توان میزان مارتنزیت جوش را در حداقل نگهداشت.

پیش گرمی و پس گرمی را در کوره یا با استفاده از مشعل گازی ایجاد نمود.

پیش گرمی. پیش گرمی دمای فلز مجاور جوش را بالا برده و در نتیجه اختلاف دمای بین جوش و فلز مجاور آنرا تا حد امکان پایین نگه میدارد. فولادهای کم کربن به ندرت نیاز به پیش گرمی دارند.از آنجایی که سختی پذیری فولاد نسبت مستقیم با میزان کربن و عناصر آلیاژی دارد ،دماهای پیش گرمی مختلف خواهد بود.

محاسبه دمای پیش گرمی:

برای فولادهای با ترکیب مشخص،دمای پیش گرمی را می توان بر اساس معادل کربن(CE) طبق معادله تجربی زیر محاسبه نمود:

 

 

طبق جدول زیر میتوان دمای پیش گرمی را با محاسبه CE از فرمول بالا بدست آورد:

 

                   

  کربن معادل(%) 

  دمای پیش گرمی

  تا 0.45

   پیش گرمی اختیاری میباشد

 0.45 تا 0.60

 200 تا 400 درجه فارنهایت

 بالای 0.60

 400 تا 700 درجه فارنهایت

                                                                                                                                                  

پس گرمی. هدف از پس گرمی مشابه پیش گرمی می باشد.در حقیقت پس گرمی همراه با پیش گرمی استفاده میشود.بوسیله حرارت دادن قطعه جوش خورده همینکه جوش تکمیل شد ،دمای قطعه کار را می توان در حد بالایی نگه داشت تا جوش به آرامی سرد شود.همچون پیش گرمی هرگونه عملیات پس گرمی ناحیه جوش خورده را نرم تر نگه میدارد.

دماهای پس گرمی و مدت زمان آن به نوع و ضخامت فولاد بستگی دارد.دما از 600 درجه فارنهایت برای فولاد نوع 10XX  تا 1200 درجه فارنهایت برای فولادهای 43XX می تواند تغییر کند،این در حالی است که زمان مورد نیاز جهت پس گرمی از 5 دقیقه تا چندین ساعت متغیر می باشد.

 


 

عناصر مختلف در فولاد چه تاثيری در خواص جوشکاری آن ايجاد ميکنند؟

تاثیر عناصر در فولاد

 

عناصر مختلف که بطور متداول در فلزات یافت میشوند تاثیر مشخصی روی قابلیت جوشکاری آنها دارند. بعضی از این عناصر مهم و اثرات حاصل از آنها بر جوشکاری فولاد عبارتند از:

1- کربن (Carbon) از آنجایی که میزان سختی پذیری (hardenability) در فولاد را معین میکند مهمترین عنصر موجود در فولاد است. هرچه میزان کربن بیشتر باشد فولاد سخت تر میشود.اگر فولاد کربنی (بالای 0.30 درصد) جوشکاری شود و ناگهان سرد شود یک ناحیه ترد و شکننده (brittle) در کنار جوش ایجاد میگردد. بعلاوه اگر کربن اضافی از مخلوط گازهای جوشکاری بدست آید، جوش بوجود آمده آنقدر سخت میشود که به آسانی ترک میخورد.

 

بطور کلی بهترین جوش هنگامی ایجاد میشود که میزان کربن موجود در فولاد تا جای ممکن کمترین حد خود باشد.

 

2- منگنز (Manganese) در فولاد باعث افزایش سختی پذیری و استحکام کششی (tensile strength) میشود. به هر حال اگر مقدار منگنز بالای 0.60 درصد باشد و بخصوص اگر با درجه بالایی از کربن ترکیب شود، قابلیت جوشکاری قطعا کم خواهد شد.در این شرایط معمولا ترک افزون ایجاد خواهد شد. اگر میزان منگنز خیلی کم باشد تخلخل داخلی (internal porosity) و ترک ممکن است گسترش یابد.

 

بهترین نتیجه جوشکاری وقتی بدست می آید که فولاد محتوی 0.40 تا 0.60 درصد منگنز باشد.

 

3- سیلیکون (Silicon) برای بهبود کیفیت و استحکام کششی در فولاد بکار می آید.میزان بالای سیلیکون بخصوص همراه با کربن بالا منتج به ترک می شود.

 

4- گوگرد (Sulfur) اغلب برای بهبود خواص ماشین کاری(machining) فولاد به آن اضافه میگردد. به هر حال مقدار آن در انواع دیگر فولاد پایین نگه داشته میشود (0.035 درصد و حداکثر 0.05 درصد) زیرا که درصد بالای گوگرد احتمال ترک را افزایش میدهد. فولادهای ماشینی پر گوگرد بطور معمول با الکترود کم هیدروژن  بدون هیچ دشواری جوشکاری می شوند.

 

5- فسفر (Phosphorus) به عنوان ناخالصی در فولاد در نظر گرفته می شود در نتیجه مقدار آن تا حد امکان پایین نگهداشته میشود .میزان فسفر بالای 0.04 درصد باعث میشود که جوش شکننده (brittle) شود.

 

6- عناصر دیگر (نیکل،کروم،وانادیم و غیره) تاثیرهای مختلفی بر قابلیت جوشکاری فلزات دارند.جوشکاری این آلیاژها باید با احتیاط خاصی انجام گیرد و معمولا برای جلوگیری از ایجاد نواحی سخت و شکننده در جوش پیش گرمی(preheat) و پس گرمی(postheat) مورد نیاز میباشد.

 


 

معرفی سايت

فرهنگ جامع تستهای غير مخرب (Nondestructive Testing Encyclopedia)
سايت NDT.NET يا ژورنال الکترونيکی تستهای غير مخرب،در برگيرنده اطلاعات مفيدی در زمينه فوق ميباشد.توضيح اينکه يک بازرس فنی برای شناسايی عيوب و نواقص موجود در قطعات فلزی نياز به يک سری آزمونها و ابزار دارد که با استفاده از آنها بدون آسيب رساندن و تخريب کردن فلز پی به آن عيوب برد.از جمله اين تستها آزمون راديوگرافی،ماده نافذ،آلتراسونيک،ذرات مغناطيسی ميباشد که در اين سايت مقالات جذابی در مورد آنها وجود دارد.

 www.NDT.net

واژه نامه تخصصی لغات NDT(تستهای غير مخرب)


 

 آموزش بازرسی چشمی جوش

4-2-3 مونتاژ اتصالات. براي يك جوش،بحراني ترين قسمت ماده پايه،ناحيه اي است كه براي پذيرش فلز جوشكاري به شكل اتصال،آماده سازي مي شود.اهميت مونتاژ اتصالات قبل از جوشكاري را نمي توان به اندازه كافي تاكيد كرد.بنابراين آزمون چشمي مونتاژ اتصالات از تقدم بالايي برخوردار است. مواردي كه قبل از جوشكاري بايد در نظر گرفته شود شامل زير است:

  1. زاوية شيار (Groove angle)
  2. دهانه ريشه (Root opening)
  3. ترازبندي اتصال (Joint alignment)
  4. پشت بند (Backing)
  5. الكترودهاي مصرفي (Consumable insert)
  6. تميز بودن اتصال (Joint cleanliness)
  7. خال جوش ها (Tack welds)
  8. پيش گرم كردن (Preheat)

هر كدام از اين فاكتورها رفتار مستقيم روي كيفيت جوش بوجود آمده،دارند.اگر مونتاژ ضعيف باشد،كيفيت جوش احتمالا زير حد استاندارد خواهد بود.دقت زياد در طول اسمبل كردن يا سوار كردن اتصال مي تواند تاثير زيادي در بهبود جوشكاري داشته باشد.اغلب آزمايش اتصال قبل از جوشكاري عیوبی را که در  استاندارد محدود شده اند را آشكار مي سازد،البته اين اشکالات ،محلهايي مي باشند كه در طول مراحل بعدي بدقت مي توان آنها را بررسي كرد.براي مثال،اگر اتصالي از نوع T (T-joint) براي جوشهاي گوشه اي(Fillet welds)، شكاف وسيعي از ريشه نشان دهد،اندازه جوش گوشه اي مورد نياز بايد به نسبت مقدار شكاف ريشه افزوده شود. بنابراين اگر بازرس بداند چنين وضعيتي وجود دارد،مطابق به آن ،نقشه يا اتصال جوش بايد علامت گذاري شود، و آخرين تعيين اندازه جوش به درستي شرح داده شود.

 


 

بخش معرفی سايت

معرفی سايت فولاد (Steel)

در اين قسمت سايت فولاد (Steel)،به شما معرفی ميگردد که متعلق به موسسه آهن و فولاد امريکا (AISI) ميباشد که حاوی مطالب بسيار مفيد در زمينه ساخت فولاد است.بخشهای مختلفی از جمله بخش آموزشی ،واژه نامه تخصصی فولاد و آموزش توليد فولاد بصورت انيميشن(فلش) در سايت مربوطه موجود ميباشد.لينکهای زير را ببينيد:

سایت فولاد

AMERICAN IRON AND STEEL INSTITUTE(AISI),The Steel Works web site

 

واژه نامه تخصصی فولاد

The Steel Glossary

 

چگونگی تولید فولاد

How steel is made (Steelmaking flowline) page 1, 2

 

مقالات مربوط به تولید فولاد

Articles on how steel is made


 

قابليت جوشکاری فلزات

قابلیت جوشکاری فلزات (Weldability of Metals)

 

قابلیت جوشکاری فلز به پاسخ این سوال بر میگردد که آیا فلز را میتوان به راحتی جوش داد و  چقدر بهتر اتصال را میتوان بوجود آورد تا کیفیتی قابل مقایسه با فلز مبنا داشته باشد.

آسانی جوشکاری فلزات بستگی به موارد زیر دارد:

  1. نقطه ذوب. فلزاتی همچون آلومینیوم که نقطه ذوب پایینی دارند بکرات کنترل آنها در جوشکاری بخصوص برای جلوگیری از سوختگی میانی (Burning Through) مشکل تر میباشند.
  2. هدایت گرمایی. فلزاتی که شدت انتقال حرارت در آنها بالاست، رساندنشان به درجه حرارت ذوب مشکل میباشد. از آنجایی که حرارت از ناحیه جوش به نواحی کناره جوش به سرعت خارج میشود ، جوش غالبا سریع سرد میگردد.
  3. انبساط حرارتی. سرد شدن سریع حاصل از حرارت بالای جوشکاری معمولا باعث تاب برداشتگی (warpage) و تنشهای اضافی میشود.
  4. مقاومت الکتریکی. فلزاتی که هدایت الکتریکی کمی دارند ممکن است باعث بیش از حد گرم شدن الکترود شوند.
  5. شرایط سطح. سطوح فلزات جهت جوشکاری باید عاری از هرگونه گرد وخاک، رنگ، روغن ، غبار ،چرک،اکسید و ... باشد.در غیر اینصورت از ذوب مناسب جلوگیری شده و تخلخل گسترش می یابد.


 

جوشکاری چدن

معرفی چدن(Cast Iron)
چدن يکی از اقسام فلزی است که در صنعت کاربرد دارد و هميشه به شکل ريخته گری شده مورد استفاده قرار ميگيرد. از آنجايی که چدن شکننده است نمی توان آنرا نورد کرد يا کشيد و يا آهنگری نمود. در واقع چدن آهن آلياژ داده شده با کربن است.وجود ۵/۲ درصد کربن،۱ تا ۳ درصد سيليسيوم و مقادير قابل توجهی گوگرد و فسفر از مشخصه های کلی چدن است.برای بهبود خواص مکانيکی و مقاومت به خوردگی چدن را با عناصری نظير کرم و مس و موليبدن و نيکل آلياژ دار ميکنند.اين گونه چدن ها را چدن آلياژی می نامند.

بطور کلی چهار نوع چدن وجود دارد: خاکستری،سفید، چکش خوار (Malleable) و با گرافیت کروی (Nodullar).

جوش پذیری چدن ها :

در مقایسه با فولاد کربنی،چدنها دارای قابلیت کم و محدود جوش پذیری هستند. در میان چهار نوع چدن فوق الذکر، چدن با گرافیت کروی بهترین جوش پذیری را داراست و بعد از آن چدن چکش خوار قرار دارد. جوشکاری چدن خاکستری به مهارت و توجه ویژه نیاز دارد و چدن سفید را به دشواری بسیار زیاد میتوان جوشکاری نمود.

با این ملاحظات دامنه جوشکاری چدنها بسیار محدود میشود و صرفا به تعمیر و اصلاح قطعات ریخته شده و بازسازی قطعات فرسوده و شکسته شده در کار منحصر میگردد.

 

دلایل جوش پذیری محدود چدنها:

-     بعلت زیادی کربن در فلز مبنا، سیکل جوشکاری باعث ایجاد کاربیدهایی در منطقه بلافصل فلز جوش و تشکیل فاز مارتنزیت پر کربن در بقیه منطقه حرارت پذیرفته فلز مبنا میگردد. هر دوی این ریز ساختارها شکننده بوده و باعث ایجاد ترک در حین جوشکاری و یا بعد از آن میشود.این مطلب در مورد تمامی انواع چدنها مصداق دارد.

-     بعلت ضعف نرمی (Ductility) چدن قابلیت تغییر شکل پلاستیکی را ندارد و از این رو نمی تواند تنشهای حرارتی ایجاد شده جوشکاری را تحمل نماید. هر چه نرمی (Ductility) چدن بهبود یافته باشد احتمال ترک خوردن آن کاهش می یابد. لذا چدن چکش خوار و چدن با گرافیت کروی کمتر از چدن خاکستری ترک خواهند خورد.

 

الکترودهای جوشکاری چدن ها

در روش جوشکاری با قوس الکتریکی دستی چندین نوع الکترود برای این منظور وجود دارد.این الکترودها دارای مفتولهایی از جنس فولاد نرم یا نیکل خالص یا مونل یا فرو نیکل،یا قلع برنز و یا آلومینیوم برنز با روکشهای خاص خود میباشد.

الکترود با مفتول فولاد نرم دارای روکش از نوع قلیائی کم هیدروژن است.در موقع جوشکاری چدن با این نوع الکترود فلز جوش بعلت جذب کربن از فلز مبنای چدنی سخت میشود و قابلیت ماشین کاری خود را از دست می دهد و ممکن است تحت تنش تمایل به ترکیدن داشته باشد. بمنظور اجتناب از ترک خوردن لازمست که جوشکاری با انرژی حرارتی کمی صورت گیرد تا از رقیق شدن فلز جوش با فلز مبنا کاسته شود.علاوه بر این پیش گرمایش مناسب و سرد کردن بطئی و تدریجی قطعه کار باعث کاهش سختی و تردی فلز جوش میگردد.

در مورد الکترودهای ویژه جوشکاری چدن که با مفتول نیکلی و یا آلیاژهای نیکلی ساخته میشود،فلز جوش حاصل از این نوع از الکترودها قابلیت جذب کربن را تا ورای حد حلالیت دارا میباشند.در حین انجماد،فلز جوش کربن اضافی را بصورت گرافیت پس می زند و بدین طریق افزایش حجمی ایجاد شده باعث کاهش تنشهای باقیمانده در فلز جوش و منطقه حرارت پذیرفته HAZ میگردد.با این مکانیزم علت مزیت جوشکاری چدن با الکترودهایی با مفتول نیکلی بوضوح بیان میشود.

فلز جوش الکترود با مفتول نیکل نرمتر از فلز جوش الکترود با مفتول فرو نیکل است ولی فلز جوش اخیر مستحکم تر است و خاصیت ازدیاد طول بیشتر و تحمل بیشتری نسبت به فسفر اضافی موجود در چدن را داراست و نسبت به گرم ترکیدن مقاوم تر است.

برای ایجاد جوش اتصالی مابین چدن با فولاد نرم یا با فولاد ضد زنگ یا با آلیاژهای نیکلی،الکترود با مفتول فرونیکل را باید توصیه کرد.

برگرفته از کتاب الکترودهای جوشکاری، مهندس اسحاق اسحاقپور سامانی

 

+ نوشته شده در  19 Mar 2006ساعت 2:10 PM  توسط مهندس ایمان نامدارصحت  | 

سیکل کاری

سیکل کاری و انواع موتورهای توربین گازی جت


بیشتر هواپیماهای مدرن امروزی جهت تولید نیروی تراست لازم برای حرکت، از موتورهای توربین گازی استفاده میکنند.
اصطلاح "Gas Turbine" به عنوان یک واژه ی عمومی برای انواع موتورهای توربینی مورد استفاده قرار میگیرد و در محدوده ی موتورهای جت شامل: توربوجت، توربوفن، توربوپراپ، توربوشفت و کلیه موتورهای توربینی که با مکانیزم جت کار میکنند میشود. از سایر سیستم های پیشرانشی که با شتاب سیال، تراست تولید میکنند ولی توربینی نیستند میتوان به: رمجت، اسکرمجت، پالس جت، پرشرجت، واترجت و موتورهای راکتی اشاره کرد که هر کدام با مکانیزم و اصولی جدا کار میکنند و ساختمانی متفاوت از یکدیگر دارند.


موتورهای توربینی گونه های مختلفی دارند و با وجود اینکه هر یک از آنها متفاوت از دیگری است اما دارای قسمتهای مشترکی هستند. همه ی موتورهای توربینی دارای یک مجرای ورود هوا، یک کمپرسور یا متراکم کننده، یک بخش احتراق، یک توربین و یک مجرای خروجی هستند. همه ی این موتورها با یک اصول اساسی کار میکنند ولی هر کدام از آنها دارای مزایا و اشکالات مجزایی هستند. در بالا شکل بسیار ساده ای از یک موتور توربین گازی مشاهده میشود. همه موتورهای توربینی جت با این قاعده کار میکنند :هوا به داخل لوله مانندی کشیده و فشرده شده، با سوخت مخلوط و سوخته شده با سرعت بالایی خارج میشود.
کلید ساختن یک موتور جتی که کار کند در فشرده سازی هوای ورودی آن است. چنانچه کمپرس صورت نگیرد، مخلوط هوا و سوخت قادر نخواهد بود هیچ ازدیاد حجم و تراستی تولید کند. بیشتر جت ها دارای کمپرسوری هستند شامل پره های گردنده و در قسمتی که کمپرس صورت میگیرد حرکت هوا جهت ایجاد فشار زیاد، کند میشود. این هوای کمپرس شده به داخل محفظه ای که در آن احتراق صورت میگیرد رانده شده و با سوخت مخلوط شده و سوزانده میشود. در حین اینکه گازهای پرفشار در حال خارج شدن هستند از میان توربینی شامل پره های قوس دار زیادی میگذرند. در اینجا گازهای خروجی پره های توربین را به حرکت در می آورند و این توربین نیز از طریق یک شفت (محور) به کمپرسور در قسمت جلوی موتور متصل است و باعث گرداندن پره های کمپرسور میشود. به این طریق گازهای خروجی محفظه ی احتراق، توربین را و توربین نیز کمپرسور را گردانده تا هوای بیشتری گرفته و فشرده شود و موتور به سیکل کاری خود ادامه دهد. کارکرد موتورهای توربینی مداوم است یعنی بدون وقفه کار میکنند و هیچ وقفه ای ندارند.
انواع موتورهای جت توربینی



توربوجت
توربوجت اولین و ساده ترین شکل از یک موتور جت جهت تولید تراست است. همانطوری که در تصویر شماتیک آن دیده می شود دارای کمپرسور، محفظه ی احتراق، توربین و سایر قسمت های استاندارد یک موتور توربین گازی میباشد. تفاوت بارزی که بین یک توربوجت و یک موتور توربین گازی ساده وجود دارد در کمپرسور توربوجت است که دارای ضریب تراکم بسیار بالاتری نسبت به یک توربین گاز ساده است. تفاوت اساسی دیگر در توربین آن است که در توربوجت توربین تنها به کمپرسور متصل است و تنها میزان بسیار کمی از قدرت همان توربین جهت سایر موارد فرعی مانند پمپ ها استفاده میشود و در توربوجت پر انرژی بودن گازهای خروجی یک موضوع بسیار مهم و قابل توجه است، در حالی که در یک موتور توربین گازی به غیر از توربینی که به کمپرسور متصل است توربین دیگری نیز جدا از آن در قسمت خروجی محفظه ی احتراق قرار دارد که در واقع به شفت خروجی موتور متصل است و جهت استفاده در مواردی از قبیل تولید برق و سایر موارد مشابه مورد استفاده قرار میگیرد. نکته ی قابل توجهی که در مورد موتورهای توربین گازی وجود دارد این است که از گازهای خروجی آنها هیچ استفاده ای نمیشود به همین جهت سعی میشود که تمام حرارت و انرژی قابل استفاده ی گازهای محترق قبل از خروج جهت بازدهی بیشتر گرفته شود.


نسبت سوخت به هوا در یک توربوجت خیلی کم است. طبق خبرگذاری ناسا، بطور میانگین در یک توبوجت مقدار 100 pounds  هوا در ثانیه با 2 pounds  سوخت در ثانیه ترکیب میشود ولی این نسبت در هر موتوری متفاوت است.


توربوفن
بسیاری از هواپیماهای مسافربری مدرن از موتور های توربوفن استفاده میکنند بخاطر اینکه آنها بازده بیشتری نسبت به سوخت دارند. اگر میزان مصرف سوخت یک توربوجت با تورفن و میزان تراست تولیدی آنها را مقایسه کنید میبینید که توربوفن با همان میزان مصرف سوخت، مقدار تراست خیلی بیشتری تولید میکند. یک موتور توربوفن شکل تغییریافته و پیشرفته ی یک موتور توربین گازی ساده است. همانند سایر موتورهای جت، توربوفن هم دارای هسته ی موتوری توربوجت است. در یک توربوفن مرکز موتور توسط یک لایه شامل یک فن در جلو و توربین اضافی درکنار آن احاطه شده است. فن و توربین فن از تعداد زیادی تیغه همانند کمپرسور و توربین هسته تشکیل شده اند که به یک شفت اضافی متصل اند. شفتی که به فن متصل است از وسط هسته ی شفت مرکزی عبور میکند و به این صورت اگر موتور دارای سه شفت باشد، فن جلویی به درونی ترین شفت و آن نیز به آخرین طبقه ی توربین در انتهای موتور (مرکز) متصل است.


توبوفن ها به دو دسته شامل توربوفن با نسبت گذرگاهی پایین و با نسبت گذرگاهی بالا تقسیم میشوند. دسته ی اول نسبتا کوچکتر هستند و مقداری بیشتر از یک توربوجت، تراست تولید میکنند ولی توربوفن با نسبت گذرگاهی بالا، تراست خیلی بیشتری تولید میکنند و نسبت به سوخت کارآمد تر هستند و صدای کمتری تولید میکنند. اصلی ترین هدف و وظیفه ی فن راندن مقدار زیادی هوا از میان گذرگاه خارجی است که از اطراف هسته ی موتور می گذرد. با اینکه در این گذرگاه جانبی جریان هوا با سرعت خیلی کمتری جریان میابد، ولی حجم بالایی از هوا با این فن شتاب و سرعت میگیرند و این فن، به غیر از تراستی که هسته ی توربوجت دارد،  تراست مهم و عمده ای را بدون سوزاندن هیچ سوخت اضافی تولید میکند. بدینگونه توربوفن نسبت به توربوجت استفاده ی بیشتری از سوخت میکند، در نتیجه بازده آن بیشتر از توربوجت است. در حقیقت موتورهای توربوفن با نسبت گذرگاهی بالا در بازدهی تقریبا با توربوپراپ برابر هستند. به علاوه، هوای کم سرعت باعث لایه گذاری صدای مرکز موتور میشود و موتور را کم صدا تر میکند. فن به دلیل اینکه در میان داکت یا مجرای ورودی قرار گرفته است و از تعداد زیادی پره تشکیل شده است میتواند بطور کارآمد با سرعتی بیشتر از یک ملخ ساده کار کند. به همین دلیل توربوفن ها در نقل و انتقالات پر سرعت به کار میروند ولی ملخ دارها در نقل و انتقالات سرعت پایین بکار میروند. تعداد زیادی از هواپیماهای جنگنده از موتورهای توربوفن با نسبت گذرگاهی پایین مجهز شده به پس سوز استفاده میکنند. آنها میتوانند بطور کارآمد به گشت زنی بپردازند و در جنگهای هوایی نیز، تراست خیلی بالایی دارند.


توربوپراپ
بسیاری از هواپیماهای ترابری و پر مصرف کوچک از پیشرانش توربوپراپ استفاده میکنند. موتورهای توربوپراپ از هسته ی یک موتور توربین گازی برای گرداندن ملخ استفاده میکنند. موتورهای ملخ دار با حرکت دادن حجم بالایی از هوا و تغییر کمی در سرعت آن، تراست تولید میکنند. این پیشرانشها بسیار کارآمد هستند و از هر نوع نیروی محرکه ای (موتور) برای به گردش در آوردن ملخ میتوانند استفاده کنند.
در پیشرانش توربوپراپ دو قسمت اصلی و برجسته وجود دارند؛ یکی موتور و دیگری ملخ یا پروانه. هسته ی موتور در این نوع پیشرانش بسیار مشابه یک توربوجت ساده است، با این تفاوت که به جای رانش قوی گازهای خروجی به بیرون برای تولید تراست، بیشتر انرژی گازهای خروجی صرف گرداندن توربین میشود. این قسمت در بیشتر موتورها شامل چند طبقه از توربینهای کاملا مجزا است که نیروی آنها از طریق یک شفت دیگر به جعبه دنده و بعد به ملخ انتقال میابد. سرعت گازهای اگزوز در یک توربوپراپ پایین است و تراست کمی تولید میکند، چون بیشتر انرژی گازهای اگزوز صرف به گردش در آوردن توربین میشود. بطور میانگین در یک توربوپراپ، تراست تولیدی توسط هسته ی جت حدود 15% است درحالی که تراست تولیدی توسط ملخ آن مقدار باقیمانده یعنی 85% است.


در تصور توربوفن و توبوپراپ مشابه یکدیگرند، اما توربوفن دقیقا خاصیت یک جت را داراست به این معنا که برای تولید تراست از گازهای خروجی استفاده میکند و همچنانکه در شکل مشاهده میشود یک داکت یا مجرا دارد و قسمت فن دارای نازل نیز میباشد، ولی توربوپراپ فقط از موتور جت استفاده میکند و تولید عمده ی، تراست توسط ملخ انجام میشود. توربوپراپ از بازدهی بالاتری ازسوخت نسبت به توربوفن برخوردار است اما به هر حال صدا و ارتعاش تولیدی توسط ملخ توربوپراپ یک اشکال عمده است و از طرفی توربوپراپ به سرعت ساب سونیک محدود شده است.


توربوشفت
توبوشفت گونه ای از موتورهای جت است که تقریبا تمام بالگرد هایی که امروزه ساخته میشوند، از آن نیرو میگیرند. همانطور که در تصویر مشاهده میشود توربوشفت از بسیاری قسمتهای توربوجت استفاده میکند. یک تفاوت
اساسی بین توربوشفت و سایر موتورهایی که در بالا معرفی شدند این است که توربین تنها به کمپرسور متصل نیست. البته همانند توربوپراپ در اکثر موتورهای توربوشفت چند طبقه از توربینهای مجزا از کمپرسور، وجود دارند که انرژی آنها از طریق شفتی مجزا به جعبه دنده جهت تغییر به گشتاور مناسب انتقال میابد و بعد مورد استفاده قرار میگیرد. بطور نمونه تیغه های روتور بالگرد را میچرخاند. از طرفی بالگردها در ارتفاعی بسیار پایین تر از هواپیماها جایی که گرد وخاک، ماسه و دیگر آشغالهای ریز به راحتی میتوانند به داخل موتور مکیده شوند، کار میکنند. جهت برطرف کردن این مشکل، بیشتر موتورهای توربوشفت به یک دستگاه تجزیه ی ذره ها که جریان ورودی را صاف کرده و قبل از رسیدن آن به کمپرسور، گرد و خاک را بیرون میریزد، مجهزند.

سیکل کاری و انواع موتورهای توربین گازی جت


بیشتر هواپیماهای مدرن امروزی جهت تولید نیروی تراست لازم برای حرکت، از موتورهای توربین گازی استفاده میکنند.
اصطلاح "Gas Turbine" به عنوان یک واژه ی عمومی برای انواع موتورهای توربینی مورد استفاده قرار میگیرد و در محدوده ی موتورهای جت شامل: توربوجت، توربوفن، توربوپراپ، توربوشفت و کلیه موتورهای توربینی که با مکانیزم جت کار میکنند میشود. از سایر سیستم های پیشرانشی که با شتاب سیال، تراست تولید میکنند ولی توربینی نیستند میتوان به: رمجت، اسکرمجت، پالس جت، پرشرجت، واترجت و موتورهای راکتی اشاره کرد که هر کدام با مکانیزم و اصولی جدا کار میکنند و ساختمانی متفاوت از یکدیگر دارند.


موتورهای توربینی گونه های مختلفی دارند و با وجود اینکه هر یک از آنها متفاوت از دیگری است اما دارای قسمتهای مشترکی هستند. همه ی موتورهای توربینی دارای یک مجرای ورود هوا، یک کمپرسور یا متراکم کننده، یک بخش احتراق، یک توربین و یک مجرای خروجی هستند. همه ی این موتورها با یک اصول اساسی کار میکنند ولی هر کدام از آنها دارای مزایا و اشکالات مجزایی هستند. در بالا شکل بسیار ساده ای از یک موتور توربین گازی مشاهده میشود. همه موتورهای توربینی جت با این قاعده کار میکنند :هوا به داخل لوله مانندی کشیده و فشرده شده، با سوخت مخلوط و سوخته شده با سرعت بالایی خارج میشود.
کلید ساختن یک موتور جتی که کار کند در فشرده سازی هوای ورودی آن است. چنانچه کمپرس صورت نگیرد، مخلوط هوا و سوخت قادر نخواهد بود هیچ ازدیاد حجم و تراستی تولید کند. بیشتر جت ها دارای کمپرسوری هستند شامل پره های گردنده و در قسمتی که کمپرس صورت میگیرد حرکت هوا جهت ایجاد فشار زیاد، کند میشود. این هوای کمپرس شده به داخل محفظه ای که در آن احتراق صورت میگیرد رانده شده و با سوخت مخلوط شده و سوزانده میشود. در حین اینکه گازهای پرفشار در حال خارج شدن هستند از میان توربینی شامل پره های قوس دار زیادی میگذرند. در اینجا گازهای خروجی پره های توربین را به حرکت در می آورند و این توربین نیز از طریق یک شفت (محور) به کمپرسور در قسمت جلوی موتور متصل است و باعث گرداندن پره های کمپرسور میشود. به این طریق گازهای خروجی محفظه ی احتراق، توربین را و توربین نیز کمپرسور را گردانده تا هوای بیشتری گرفته و فشرده شود و موتور به سیکل کاری خود ادامه دهد. کارکرد موتورهای توربینی مداوم است یعنی بدون وقفه کار میکنند و هیچ وقفه ای ندارند.
انواع موتورهای جت توربینی



توربوجت
توربوجت اولین و ساده ترین شکل از یک موتور جت جهت تولید تراست است. همانطوری که در تصویر شماتیک آن دیده می شود دارای کمپرسور، محفظه ی احتراق، توربین و سایر قسمت های استاندارد یک موتور توربین گازی میباشد. تفاوت بارزی که بین یک توربوجت و یک موتور توربین گازی ساده وجود دارد در کمپرسور توربوجت است که دارای ضریب تراکم بسیار بالاتری نسبت به یک توربین گاز ساده است. تفاوت اساسی دیگر در توربین آن است که در توربوجت توربین تنها به کمپرسور متصل است و تنها میزان بسیار کمی از قدرت همان توربین جهت سایر موارد فرعی مانند پمپ ها استفاده میشود و در توربوجت پر انرژی بودن گازهای خروجی یک موضوع بسیار مهم و قابل توجه است، در حالی که در یک موتور توربین گازی به غیر از توربینی که به کمپرسور متصل است توربین دیگری نیز جدا از آن در قسمت خروجی محفظه ی احتراق قرار دارد که در واقع به شفت خروجی موتور متصل است و جهت استفاده در مواردی از قبیل تولید برق و سایر موارد مشابه مورد استفاده قرار میگیرد. نکته ی قابل توجهی که در مورد موتورهای توربین گازی وجود دارد این است که از گازهای خروجی آنها هیچ استفاده ای نمیشود به همین جهت سعی میشود که تمام حرارت و انرژی قابل استفاده ی گازهای محترق قبل از خروج جهت بازدهی بیشتر گرفته شود.


نسبت سوخت به هوا در یک توربوجت خیلی کم است. طبق خبرگذاری ناسا، بطور میانگین در یک توبوجت مقدار 100 pounds  هوا در ثانیه با 2 pounds  سوخت در ثانیه ترکیب میشود ولی این نسبت در هر موتوری متفاوت است.


توربوفن
بسیاری از هواپیماهای مسافربری مدرن از موتور های توربوفن استفاده میکنند بخاطر اینکه آنها بازده بیشتری نسبت به سوخت دارند. اگر میزان مصرف سوخت یک توربوجت با تورفن و میزان تراست تولیدی آنها را مقایسه کنید میبینید که توربوفن با همان میزان مصرف سوخت، مقدار تراست خیلی بیشتری تولید میکند. یک موتور توربوفن شکل تغییریافته و پیشرفته ی یک موتور توربین گازی ساده است. همانند سایر موتورهای جت، توربوفن هم دارای هسته ی موتوری توربوجت است. در یک توربوفن مرکز موتور توسط یک لایه شامل یک فن در جلو و توربین اضافی درکنار آن احاطه شده است. فن و توربین فن از تعداد زیادی تیغه همانند کمپرسور و توربین هسته تشکیل شده اند که به یک شفت اضافی متصل اند. شفتی که به فن متصل است از وسط هسته ی شفت مرکزی عبور میکند و به این صورت اگر موتور دارای سه شفت باشد، فن جلویی به درونی ترین شفت و آن نیز به آخرین طبقه ی توربین در انتهای موتور (مرکز) متصل است.


توبوفن ها به دو دسته شامل توربوفن با نسبت گذرگاهی پایین و با نسبت گذرگاهی بالا تقسیم میشوند. دسته ی اول نسبتا کوچکتر هستند و مقداری بیشتر از یک توربوجت، تراست تولید میکنند ولی توربوفن با نسبت گذرگاهی بالا، تراست خیلی بیشتری تولید میکنند و نسبت به سوخت کارآمد تر هستند و صدای کمتری تولید میکنند. اصلی ترین هدف و وظیفه ی فن راندن مقدار زیادی هوا از میان گذرگاه خارجی است که از اطراف هسته ی موتور می گذرد. با اینکه در این گذرگاه جانبی جریان هوا با سرعت خیلی کمتری جریان میابد، ولی حجم بالایی از هوا با این فن شتاب و سرعت میگیرند و این فن، به غیر از تراستی که هسته ی توربوجت دارد،  تراست مهم و عمده ای را بدون سوزاندن هیچ سوخت اضافی تولید میکند. بدینگونه توربوفن نسبت به توربوجت استفاده ی بیشتری از سوخت میکند، در نتیجه بازده آن بیشتر از توربوجت است. در حقیقت موتورهای توربوفن با نسبت گذرگاهی بالا در بازدهی تقریبا با توربوپراپ برابر هستند. به علاوه، هوای کم سرعت باعث لایه گذاری صدای مرکز موتور میشود و موتور را کم صدا تر میکند. فن به دلیل اینکه در میان داکت یا مجرای ورودی قرار گرفته است و از تعداد زیادی پره تشکیل شده است میتواند بطور کارآمد با سرعتی بیشتر از یک ملخ ساده کار کند. به همین دلیل توربوفن ها در نقل و انتقالات پر سرعت به کار میروند ولی ملخ دارها در نقل و انتقالات سرعت پایین بکار میروند. تعداد زیادی از هواپیماهای جنگنده از موتورهای توربوفن با نسبت گذرگاهی پایین مجهز شده به پس سوز استفاده میکنند. آنها میتوانند بطور کارآمد به گشت زنی بپردازند و در جنگهای هوایی نیز، تراست خیلی بالایی دارند.


توربوپراپ
بسیاری از هواپیماهای ترابری و پر مصرف کوچک از پیشرانش توربوپراپ استفاده میکنند. موتورهای توربوپراپ از هسته ی یک موتور توربین گازی برای گرداندن ملخ استفاده میکنند. موتورهای ملخ دار با حرکت دادن حجم بالایی از هوا و تغییر کمی در سرعت آن، تراست تولید میکنند. این پیشرانشها بسیار کارآمد هستند و از هر نوع نیروی محرکه ای (موتور) برای به گردش در آوردن ملخ میتوانند استفاده کنند.
در پیشرانش توربوپراپ دو قسمت اصلی و برجسته وجود دارند؛ یکی موتور و دیگری ملخ یا پروانه. هسته ی موتور در این نوع پیشرانش بسیار مشابه یک توربوجت ساده است، با این تفاوت که به جای رانش قوی گازهای خروجی به بیرون برای تولید تراست، بیشتر انرژی گازهای خروجی صرف گرداندن توربین میشود. این قسمت در بیشتر موتورها شامل چند طبقه از توربینهای کاملا مجزا است که نیروی آنها از طریق یک شفت دیگر به جعبه دنده و بعد به ملخ انتقال میابد. سرعت گازهای اگزوز در یک توربوپراپ پایین است و تراست کمی تولید میکند، چون بیشتر انرژی گازهای اگزوز صرف به گردش در آوردن توربین میشود. بطور میانگین در یک توربوپراپ، تراست تولیدی توسط هسته ی جت حدود 15% است درحالی که تراست تولیدی توسط ملخ آن مقدار باقیمانده یعنی 85% است.


در تصور توربوفن و توبوپراپ مشابه یکدیگرند، اما توربوفن دقیقا خاصیت یک جت را داراست به این معنا که برای تولید تراست از گازهای خروجی استفاده میکند و همچنانکه در شکل مشاهده میشود یک داکت یا مجرا دارد و قسمت فن دارای نازل نیز میباشد، ولی توربوپراپ فقط از موتور جت استفاده میکند و تولید عمده ی، تراست توسط ملخ انجام میشود. توربوپراپ از بازدهی بالاتری ازسوخت نسبت به توربوفن برخوردار است اما به هر حال صدا و ارتعاش تولیدی توسط ملخ توربوپراپ یک اشکال عمده است و از طرفی توربوپراپ به سرعت ساب سونیک محدود شده است.


توربوشفت
توبوشفت گونه ای از موتورهای جت است که تقریبا تمام بالگرد هایی که امروزه ساخته میشوند، از آن نیرو میگیرند. همانطور که در تصویر مشاهده میشود توربوشفت از بسیاری قسمتهای توربوجت استفاده میکند. یک تفاوت
اساسی بین توربوشفت و سایر موتورهایی که در بالا معرفی شدند این است که توربین تنها به کمپرسور متصل نیست. البته همانند توربوپراپ در اکثر موتورهای توربوشفت چند طبقه از توربینهای مجزا از کمپرسور، وجود دارند که انرژی آنها از طریق شفتی مجزا به جعبه دنده جهت تغییر به گشتاور مناسب انتقال میابد و بعد مورد استفاده قرار میگیرد. بطور نمونه تیغه های روتور بالگرد را میچرخاند. از طرفی بالگردها در ارتفاعی بسیار پایین تر از هواپیماها جایی که گرد وخاک، ماسه و دیگر آشغالهای ریز به راحتی میتوانند به داخل موتور مکیده شوند، کار میکنند. جهت برطرف کردن این مشکل، بیشتر موتورهای توربوشفت به یک دستگاه تجزیه ی ذره ها که جریان ورودی را صاف کرده و قبل از رسیدن آن به کمپرسور، گرد و خاک را بیرون میریزد، مجهزند.



+ نوشته شده در  18 Aug 2004ساعت 2:11 AM  توسط مهندس ایمان نامدارصحت  | 

کمپرسور و محفظه ی احتراق

کمپرسور و محفظه ی احتراق و ساختها 
اطلاعات اضافی کمپرسور و محفظه ی  احتراق و ساختها
در پی ساخت یک موتور جت توسط دوست گرامیمان آقای آرمان سید احمدی و سوالات سایر دوستان در زمینه ی طراحی و ساخت موتور جت پست هایی داشتم و خواهم داشت تا آنها را راهنمایی مختصری در این زمینه بکنم و در این باره مشورت کنیم. البته اعلام میکنم که بنده هنوز کار اصلی و آموزشهای خود را در وبلاگ شروع نکردم و این پست ها نیز به خواست شما خوانندگان بوده است که درخواست کردید.
حال بپردازیم به دوستان و کارهایشان. آقا آرمان توضیح نسبتا خوبی را برای ما در راه ادامه کارشان نوشتند که پیشرفت و ادامه ی کارشان را نشان میدهد. من نیز اراده یشان را تحسین میکنم. دوست عزیز دیگرم آقا احمد هم در این زمینه تلاشها و فعالیتهایی داشتند و ما را از نظرات زیبای خودشان بی بهره نکردند و جا دارد اعلام کنم که با شما در زمینه ی طراحی و ساخت همکاری و یاری خواهم کرد و کارهایمان خیلی نزدیک خواهد شد پس ارتباط خود را با من قطع نکنید. من نیز مانند شما دلیل ادامه ی کارهایم به خاطر این بوده که طرحی متفاوت و نو در زمینه ی جت ها داشتم و این هدف را همچنان دنبال میکنم ولی به نتایجی رسیدم که مجبورم ابتدا کارهایی مشابه مانند پروژه ی میکروجت را ادامه دهم بعد به اجرای طرح خودم بپردازم. ببینید دوستان هدف من از جوابهایی که به دوستم آقای آرمان دادم این بود که ایشان را راهنمایی کنم تا به هدفشان برسند و دوست ندارم که ایشان ناموفق از این کار بیرون بیایند. همه ی حرفهای من و دلیل بعضی سخت گیری ها در ساخت قطعه ای خاص توسط تراشکار اینست که شما موفق تر و بهتر عمل کنید. من در این زمینه خیلی کارکرده ام. روزها و شبهایی را گذراندم که تمام فکر و تمرکز حواس من بر روی این مسائل بوده و به آنها پرداختم. ناراحت میشوم اگر حتی یک نفر از افراد فعال نتوانند نتیجه ای از کارهایشان بگیرند. من گفتم که از توربوشارژر استفاده کنید فقط و فقط برای اینکه کمپرسور و توربین و شفت و نشیمنگاه آن از اصول مکانیکی درستی برخوردار هستند و طراحی آنها درست است. موفقیت شما با کمی تلاش مستمر در ساخت یک موتور جت با توربوشارژر صد در صد و حتمی است. در واقع این شروع کار است و ادامه مانده که به عهده ی خودتان است. شما با ساخت یک موتور توربینی آنقدر اطلاعات و تجربه کسب میکنید که هر موتوری که بخواهید میتوانید بسازید، عیب یابی کنید و خودتان طراحی کنید. من توربوشارژر را برای شروع پیشنهاد کردم تا با اصول توازن در مکانیک آشنا شوید. ببینید، ما در ذهنمان چیزهایی را که تجربه نکردیم میتوانیم تا حدودی آنرا شبیه سازی کنیم و روی آن آزمایش کنیم ولی بدانید برای این کار حداقل به تجربه ای از علم مکانیک احتیاج است. وقتی وارد کار اساسی میشوید، وقتی دقتهای بسیار بالا را میبینید و وقتی مشاهده میکنید که به مسائل بسیار مهم بی توجه بودید و خیلی چیزها را بزرگ تصور کردید آنگاه فرق بین دنیای مجازی و واقعی را مشاهده میکنید. در ادامه عرض میکنم که توصیه مجدد من به علاقمندان استفاده از کمپرسور،توربین و شفت توربوشارژر است.


این تصویر کمپرسور و توربین سوار شده بر روی بلوکه توربوشارژر من است.


این هم تصویری از یک تیغه که در اول تابستان امسال آنرا ساختم ولی به دلایلی طرح به اتمام نرسید.

آقا احمد پرسیده بودند که"وزن کمپرسور و توربین و مخصوصا شفت به کار رفته در توربوشارژری که شما پیشنهاد خرید و بکارگیری آن را در یک موتور جت کردید,خیلی سنگین نیست؟ " که در جواب میگویم وزن کمپرسور و شفت آن خیلی کم و در حد مطلوب است ولی وزن توربین بدلیل حرارتی بودن سنگینتر وباز در حد مطلوب است در حالیکه بلوکه و مانیفولد های آن بسیار سنگین است و با دو دست به زور مانیفولد آن را بلند خواهید کرد. به هر حال کمپرسور و شفت آن برای یک میکروجت دیگر خوب است. من گزارشی از توربوشارژر خودم همراه با نقشه ی محفظه ی احتراق آن را تهیه و نوشتم ولی کامل نیست و میخواهم تصاویر ویدیویی کارکرد موتور جت خودم را نیز در وبلاگ قرار دهم. همچنین بدانید که از یک توربوشارژر نمیتوانید در هواپیمای مدل استفاده کنید چون وزن زیادی دارد ولی با قطعات توربوشارژر و یک طرح میکروجت کم خرج میتوانید آن را در یک هواپیمای مدل قدرتمند بکار بگیرید و لازم نیست غصه ی 1 میلیون تومان را بخورید. من کارهایی در زمینه ی ساخت میکروجت خودم انجام دادم و بعضی قسمت های بدنه و توربین قدرت آنرا را هم به دست یک تراشکار استاد سپرده ام ولی هنوز فرصت تحویل و تکمیل موتورم را پیدا نکردم و وقتم به طور کامل پر است ولی قول آموزش ساخت آنرا بعد از کنکور میدهم.  آقا احمد همچنین پرسیده اند که" در شکلهایی که شما آنها را در وبلاگ به تصویر کشیده اید دیدم که تنها یک توربین با شفت و کمپرسور گریز از مرکز همراهی میکند ,آیا برای این کار تنها یک توربین کافی است؟". چرا که نه؟ برای یک کمپرسور یک توربین هم زیاد است تا چه برسد که کم باشد. در مورد تعداد استاتورها هم سوال کرده بودید که باید بگویم تعداد استاتورها که 4تا نمیشود. برای هر موتور به نسبت اندازه ی آن، تعداد واحدهای کمپرسور، تعداد تیغه ها در هر واحد توربین، استاتور وجود دارد و تعداد تیغه های استاتور دقیقا با تعداد تیغه های روتور برابر است و چون من در این مورد مطلبی ننوشتم شاید شما زیاد با آن آشنایی نداشته باشید. زوایایی که برای روتورها و استاتورها نوشتم بر حسب استاندارد جهانی تولید روتور و استاتور است و اینها فقط زاویه را بیان میکنند و ربطی به سرعت یا اندازه ندارند و همانطور که در پست پیشین نوشتم این زوایا نسبت به محور طولی موتور هستند. البته بارها گفتم وباز میگویم که بطور کل توربین فلسفه ای جدا و بس پیچیده دارد. برای طراحی هر قطعه ای شما احتیاج به یادگیری طراحی صنعتی یا تمرین و تجربه در طراحی دارید وطراحی توربین هم که باز فلسفه دارد ولی اگر خیلی مختصر بگویم شما باید فقط یک تیغه را به اضافه ی دیسک یا چرخ کمپرسور طراحی کنید و تیغه را در نماهای چپ، مقابل، پرسپکتیو دیمتریک یا ایزومتریک و نمای برش خورده رسم کنید ولی برای بار اول بهتر است از طرح های آماده استفاده کنید.
آقا آرمان درباره ی ساخت قسمت هایی نوشته اند که"حتی اگر زحمت بسیار داشته باشد، آن را به جان می خرم و ترجیح می دهم خودم تمامی قسمت های موتور را بسازم". صد البته گفته ی شما را قبول دارم ولی واقعیت امر چیزی اجتناب ناپذبر است. یک انسان با ابزارهای جوشکاری، برشکاری با هوا-گاز، سنگ و... قادر نیست تمامی وسایل مورد نیاز خود را بسازد. مخصوصا تنظیم لقی و تاب شفت و چرخ توربین. به هر حال این یک توصیه کاملا منطقی است.
از اینکه تصمیم به استفاده از کمپرسور محوری گرفتید مشخص است که هدف شما فقط روشن شدن و کار کردن درجا نیست. چون اگر این موتور را با اصول بسازید و کار کند بازده و راندمان بالایی خواهد داشت و به علاوه ی آن تراستی قابل توجه و مصرف سوخت بیشتری نسبت به کمپرسور سانتریفوژ خواهد داشت. البته موتورهای مینی جتی که دارای چنین کمپرسوری باشند کم و نادر نیستند و از آنها در هواپیماهای هدف زیاد استفاده میشود ولی به هر حال کار شما نسبت به قبل برجسته تر است. لذا لازم است مسائلی را خدمتتان عرض کنم که شاید بدون اینها موتورتان کار نکند.


این تصویر را از موتور آقا آرمان ترسیم کردم ولی اصلا تکمیل نشده است.
سوال کرده بودید که"به نظر شما، بدنه باید چگونه ساخته شود که هم دیسک های کمپرسور در آن به گردش در آیند و هم استاتور ها به آن متصل باشند و چگونه باید شفت و مجموعه ای که روی آن سوار شده است را درون بدنه قرارداد؟ ".
مشکلی که درباره ی سوار کردن توربینها به همراه استاتورها مطرح کردید از طریق چند راه قابل حل است. معمولا در موتورهای جت با کمپرسور محوری برای هر توربین یک قسمت بدنه از سایر قسمت ها متمایز است و از طریق پیچ هایی در دورادور موتور در ناحیه ی آن توربین به بدنه بسته میشود. این برش در بدنه در راستای عرضی است. ولی این راه برای شما خرج و همچنین کار خیلی زیادی میگیرد و معمولا در موتورهای کوچک یک قسمت جدا از بدنه در طول کل کمپرسور وجود دارد که از طریق پیچ های زیادی به ابتدا و مابقی موتور وصل میشود. این قسمت خود دارای یک برش طولی است که این ناحیه ها نیز از طریق تعدادی پیچ در طول کمپرسور به یکدیگر وصل میشوند و استاتورها یا به یک طرف آن متصلند یا تعدادی برجستگی در دیواره ی داخلی وجود دارد و استاتورها با محکم شدن پیچ های متصل کننده ی بدنه ی کمپرسور در جای خود محکم میشوند. این راه برای شما مقرون به صرفه تر است و شما میتوانید بدنه ی قسمت کمپرسور را به دونیم برش بزنید (با اره بهتر است) بعد به قسمت خارجی لبه های آن یک نوار آهنی نازک جوش بدید و برای پیچ کردن با مته روی آن را سوراخ کنید.


فراموش نکنید که فاصله ی تیغه ها ی کمپرسور از بدنه باید خیلی خیلی کم باشد تا کمپرس فرار نکند. پیشنهاد میدهم مکان قرار گرفتن بلبیرینگ را درون استاتور سوم قرار دهید و این استاتور را قبل از قرار دادن بلبیرینگ بر یکطرف بدنه کمپرسور ثابت کنید و بعد بلبیرینگ و سپس شفت را سوار کنید. فراموش نکنید که فاصله ی بین تیغه های یک چرخ توربین تا تیغه های چرخ توربین بعدی باید بیشتر از طول تیغه های استاتور باشد. عرض کرده بودید که دیسک های کمپرسور را از آلومینیوم تراشکاری شده تهیه کردید. یک موضوع را در اینجا لازم دانستم که بگویم و آن این است که اگر شما از دیسک آلومینیومی استفاده میکنید باید تیغه های شما نیز از آلومینیوم باشد و برای جوشکاری هم باید از سیم جوش آلومینیومی استفاده کنید که زیاد گران نیست. در مورد زاویه های تیغه های روتور و استاتور هم در پست پیش توضیح دادم و زاویه ها را نیز نوشتم. حال چون شما خودتان توربین را طراحی کردید باید تیغه ها را طوری بسازید که با زوایای ذکر شده مطابقت داشته باشد. البته کمی تفاوت اشکالی ندارد.
به خاطر احتیاج به نیروی زیاد برای چرخاندن کمپرسور محوری موتور باید کمپرس بالایی داشته باشد و لازمه اش آن است که کمپرسور به دور حداقل برسد. یعنی میزان هوای کمپرس شده ی لازم برای احتراق و به حرکت در آوردن توربینهای قدرت در یک RPM خاصی است که کمپرسور باید به آن برسد. این دور فقط برای روشن ماندن است. ربط این موضوع به موتور شما در این است که شما باید چرخ توربینها را طوری بسازید که دارای تاب نباشد یا خیلی کم داشته باشد. مسئله بسیار مهم دیگر اینست که شفت شما باید دارای آزادی چرخش لازم حول محور طولی موتور باشد تا بتواند به راحتی بچرخد و در این مورد شما از بلبیرینگ استفاده کردید که گزینه ی خوبی برای شما است و شما بهتر از من میدانید که باید شفت را روی بدنه درست سوار کنید بطوریکه شفت کاملا موازی با محور طولی و دقیقا در مرکز قرار گیرد تا فاصله ی تیغه ها از بدنه حفظ شود.همچنین قبل از سوار کردن  و یا هرکار دیگری توربینها و کمپرسور ها را روی شفت محکم کنید. بلبیرینگ ها را نیز در جای خود بگذارید و شفت را بر روی بلبیرینگها در جایی محکم و ثابت قرار دهید. حال با دست یا یک موتور الکتریکی آنرا بچرخانید و انحرافات تیغه های توربین و کمپرسور را هم در جهت محور و هم در جهت شعاع از بین ببرید.
حال میرسیم به محفظه ی احتراق که دوستان دیگر هم توضیحات و اطلاعات بیشتری درباره ی آن خواستند.
شاید یکی دیگر از سخت ترین قسمت ها ساخت محفظه ی احتراق است. اما من اضافه میکنم آنقدر هم که فکر میکنید سخت نیست. قبلا توضیح زیادی در مورد محفظه ی احتراق ندادم و به تصاویر اکتفا کردم. فکر میکنم کمی شما را در این مسائل سردرگم کردم ولی اینبار خودم تصاویر را طراحی کردم و توضیح کامل را نیز در زیرشان میخوانید.
محفظه ی احتراق شامل دو بخش است، یکی قسمت بیرونی که هوا را در داخل موتور محبوس میکند و اجازه ی خروج به آن نمیدهد و دیگری قسمتی است که در داخل قسمت بیرونی قرار دارد و احتراق داخل آن انجام میشود و شمعها و سوختپاشها نیز در داخل آن هستند که شکلهای آنها را در قسمت محفظه ی احتراق قرار دادم. در مباحث قبلی محفظه ی احتراق در مورد قسمت درونی یک محفظه ی احتراق نوشته بودم. فقط به نمای برش تصاویر خیلی دقت کنید. تفاوت اساسی بین گونه های مختلف آن در قسمت درونی است که من Can, Annular,can-annular را به شما معرفی کردم.


در محفظه ی Can که شکل برش خورده آنرا میبینید هیچ شیء خاصی درون آن قرار ندارد و فقط یک لوله است که از یکطرف آن بسته است و سوختپاشها که معمولا یک عدد است در محلهای خاصی در سمت بسته قرار دارند و سوخت را به طرف باز لوله تزریق میکنند. قسمت آبی رنگ هوای فشرده است که دیواره ی مدور لوله سوراخهای زیادی دارد که هوا از این سوراخها وارد محفظه میشود و چون هوا وسوخت و جرقه در آن حظور دارد احتراق صورت میگیرد. قسمت انتهای سمت باز این لوله در مقابل توربین قرار میگیرد و آنرا به حرکت در می آورد.


 حال فرق بین Can و Annular چیست و در کجا بکار میروند؟ اگر خوب به شکل بالا نگاه کنید میبینید که قسمت برش خورده قرمز رنگ مانند یک حلقه است. این نوع محفظه همانند نوع قبلی است با این تفاوت که از داخل این محفظه یک یا چند شفت عبور میکند. برای اینکه این شفت صدمه نبیند یک لوله ی دیگری دور آن کشیدند که داخل آن احتراق نیست، از یک طرف به قسمت بسته ی لوله جوش خورده و از طرف دیگر به ابتدای توربین میرسد و مشخص است خروجی که این محفظه دارد (حلقه شکل) درست با قسمت تیغه های توربین مطابقت دارد و این خروجی تمام تیغه های توربین را پوشش میدهد. حال آوردند و به انضمام آنکه هوا را از دیواره ی مدور کناری وارد کنند، سوراخهایی نیز بر روی جداره ی لوله ی پوشاننده ی شفت ایجاد کردند و از این سوراخها نیز هوا را وارد کردند. که حاصل محفظه ی احتراق Annular است. در چیزی حدود 80 درصد از موتورهای جت امروزی از این نوع محفظه استفاده میشود. از مزایای این محفظه ی احتراق یکی کار گذاشتن چند توربین پشت سر هم است که این مزیت خیلی بارز است. مزیت دیگر تولید تراست بیشتر نسبت به سایر محفظه ها است. این در حالی است که در محفظه ی Can نمیتوان از تعداد زیادی توربین استفاده کرد و نهایتا شما بتوانید از دو توربین استفاده کنید که توربین دوم خیلی ضعیفتر از توربین اول خواهد بود چون اگزوز این محفظه ی احتراق در جهت عمود بر محور طولی موتور است و هدف آن چرخاندن توربین است و به همین جهت تراست خیلی کمی تولید میکند. این نوع محفظه ی احتراق (Can) در موتورهای توربوشفت کوچک بیشتر بکار میرود و همچنین در موتور توربوشارژر از آن استفاده میشود.
 در بعضی موتورها نیز از تعدادی لوله (Can) که اگزوز آنها در جهت محور است و در مقابل اگزوز توربینها قرار دارند استفاده میشود که همان محفظه ی احتراق نوع سوم است و دوستمان نیز قصد استفاده از این نوع را دارد که من در پست قبلی نظرم را درباره ی نوع محفظه ی احتراق نگفتم. این نوع از نوع Can بهتر است ولی کارایی آن به Annular نمیرسد. نظر من در مورد محفظه ی احتراق شما این است که اگر میخواهید راندمان کاری موتورتان بیشتر باشد و تراست بیشتری تولید کند و در کل موتورتان بازده بالایی داشته باشد از Annular استفاده کنید. از همه نظر برای شما بهتر است: هم از نظر ساختن، هم از نظر مالی و هم از نظر کارایی. در موتوری به اندازه ی موتور شما اصلا از Can استفاده نمیشود و اگر هم استفاده شود، یکی، آنهم در جهت عمود بر محور موتور استفاده میشود. استفاده از تعدادی Can هم وزن زیادی به دنبال خواهد داشت و هم ساخت آن مشکل خواهد بود که اگزوز آنها را به هم متصل کنید و آنها را بصورت حلقه درآورید. در ضمن توصیه من در پست قبلی بر استفاده از سه سوختپاش بود نه سه محفظه ی  Can .
در مورد ساخت این محفظه ی احتراق هم باید بگویم که کار سختی نیست. دو لوله که قطر یکی از قطر داخلی بدنه کمی کوچکتر و قطر دیگری کمی بیشتر از قطر شفت باشد تهیه کنید. حالا باید سوراخهایی کوچک (با قطر 2میلیمتر) با فاصله  از یکدیگر روی هردو لوله ایجاد کنید. معیار مشخصی برای تعداد و آمار این سوراخها وجود ندارد ولی محاسبات پیچیده ای دارد که از دست من و خیلی ها خارج است که نیازمند ابزارهای زیادی است ولی احتیاجی به این محاسبات برای یک موتور میکروجت وجود ندارد. فقط دقت کنید که مساحت کل سوراخهای کوچک از 2/3 مساحت ورودی بیشتر نشود.حالا لوله ی کوچک را با یک اتصال یکطرفه به لوله ی بزرگتر طوری متصل کنید که داخل یکدیگر قرار بگیرند و هوا از میان فاصله ی بین دو لوله به قسمت بین دو لوله نفوظ نکند. در طرف دیگر باید تیغه های نازل توربین را با زوایایی که مشخص کردم جوش کنید.


اتصال محفظه ی احتراق به بدنه به این صورت است که دور جداره ی خارجی باید قطعه های کوچک فلزی به اندازه ی فضای باز بین آنها تهیه کنید و بعد آن قطعه هارا به محفظه ی احتراق جوش کنید. سپس سوراخهایی را بر روی این قطعه ها و همچنین روی بدنه ایچاد کنید و دقت کنید که سوراخ روی قطعه نباید بطور کامل به آنطرف قطعه برسد. بعد داخل سوراخ روی قطعه را قلاویز کنید و سپس مهره های هم اندازه آن را از بیرون بدنه به آنها پیچ کنید. نمیدانم متوجه شدید یا نه ولی در این پست فرصت ندارم تصاویر را برای شما ترسیم کنم.
در پایان به تصویر کمپرسور ساخت آقا آرمان که متعلق به موتور ایشان است توجه کنید. مدل این موتور AA-34 است که البته هنوز به راه نیفتاده ولی من واقعا به شما امیدوار شدم. مطمئنم که بر روی آن زحمت فراوانی کشیده اید و آنرا ساختید (البته بدون دستگاه تراشکاری خوب است). فقط کمی شفت آن قطور است و اگر کمی مطالبی را که در بالا نوشتم بخوانید میتوانید آنرا بهتر کنید. نظرات نهایی خودم را در پست بعدی مینویسم و این تصویر را نیز در هنگام ارصال این پست ضمیمه کردم. اگر نقشه ی کلی موتور را هم بفرستید میتوانم قسمت های مختلف آنرا برایتان تعمیم بخشم.


در مورد اصطلاحات مورد استفاده هم صفحه ای تهیه میکنم و تمام اصطلاحات مورد استفاده در این وبلاگ را در آن درج میکنم.اگر در مواردی اطلاعات کمی نوشتم دلیل این است که هر قسمتی که در مورد آن صحبت میکنیم نیاز به پستهای زیاد و مختلفی دارد و نمیتوان مطالب کامل آنرا در یک صفحه گنجانید. به هر حال نظرات و توجه شماست که فعالیتها و کارهای این وبلاگ را رسمی و با ارزش تر میکند. خیلی متشکرم از همراهی شما با این وبلاگ.
نوشته شده توسط ایمان در سه شنبه 2 اسفند1384 و ساعت 11:56 PM | 4 نظر
 
+ نوشته شده در  19 Aug 2003ساعت 2:16 AM  توسط مهندس ایمان نامدارصحت  | 

آشنایی با مهندسی مکانیک

مهندسی مکانیک

هدف :

الف – گرايش مكانيك در طراحي جامدات

هدف تربيت آزمايشگاهي متخصصاني است كه بتوانند در مراكز توليد و كارخانه‌ها اجزاء و مكانيزم ماشين‌آلات مختلف را طراحي كنند. دروس اين دوره شامل دروس نظري، آزمايشگاهي، كارگاه و پروژه و كارآموزي است. فارغ‌التحصيلان مي‌توانند در كارخانجات مختلف نظير خودروسازي ، صنايع نفت، ذوب فلزات و صنايع غذايي و غيره مشغول شوند و براي اين دوره امكان ادامه تحصيل تا سطح كارشناسي ارشد و دكتري در داخل يا خارج از كشور وجود دارد. موفقيت داوطلبان به آگاهي آنها در دروس جبر و مثلثات، هندسه ، فيزيك و مكانيك همچنين آشنايي و تسلط آنان به زبان خارجي بستگي فراوان دارد. از جمله دروس اين دوره مي‌توان دروس مقاومت مصالح، طراحي و ديناميك را نام برد. در اين رشته زمينه اشتغال و بازاركار خوب وجود دارد و مطالب ارائه شده در طول تحصيل براي دانشجويان محسوس و قابل لمس است.

ب – گرايش مكانيك در حرارت و سيالات

اين رشته در به كاربردن علوم و تكنولوژي مربوط جهت طرح و محاسبه اجزاء سيستمهايي كه اساس كار آنها مبتني بر تبديل انرژي ، انتقال حرارت و جرم است به متخصصان كارآيي لازم را مي‌دهد و آنها را جهت فعاليت در صنايع مختلف مكانيك در رشته حرارت و سيالات (نظير مولدهاي حرارتي، انتقال سيال نيروگاههاي آبي، موتورهاي احتراقي و ... ) آماده مي‌سازد. فارغ‌التحصيلان اين دوره قادر به طراحي و محاسبه اجزا و سيستمها در بخشهاي عمده‌اي از صنايع نظير صنايع خودروسازي ، نيروگاههاي حرارتي و آبي، صنايع غذايي، نفت، ذوب فلزات و غيره هستند.

فارغ‌التحصيلان اين دوره مي‌توانند تا مقطع كارشناسي ارشد و دكتري در داخل يا خارج از كشور ادامه تحصيل دهند. داوطلبان اين رشته بايد در دروس رياضي و فيزيك تسلط داشته و با يك زبان خارجي آشنا باشند. دروس اين رشته شامل مطالبي در زمينه‌هاي حرارت و سيالات ، مي‌باشد.

نظر دانشجويان: با توجه به اينكه اصولا تحصيلات دانشگاهي به خصوص در زمينه‌هاي مهندسي نياز صد در صد به علاقه‌مندي داوطلب دارد، بنابراين عدم داشتن علاقه‌ و همچنين عدم تقويت دروس اساسي و پايه‌اي در بخش مكانيك مانند رياضي، فيزيك – مكانيك ، شيمي ، رسم فني (تجسم بالا داشتن) و هوش نسبتا خوب و عدم روحيه تجزيه و تحليل در مسائل باعث دلسردي و از دست‌دادن انگيزه تحصيل و ركورد شديد در تحصيلات خواهد شد.

ج - گرايش ساخت و توليد
هدف تربيت كارشناساني است كه با به كاربردن تكنولوژي مربوط به ابزارسازي، ريخته‌گري ، جوشكاري، فرم دادن فلزات ، طرح كارگاه يا كارخانه‌هاي توليدي آماده كار در زمينه ساخت و توليد ماشين‌آلات صنايع (كشاورزي ، نظامي، ماشين‌سازي، ابزارسازي ، خودروسازي و ... ) باشند. فارغ‌التحصيلان اين دوره قادر خواهند بود در صنايعي مانند ماشين‌سازي، ابزارسازي، خودروسازي ، صنايع كشاورزي، صنايع هوايي و تسليحاتي به ساخت و توليدي ماشين‌آلات، طراحي كارگاه و يا كارخانه توليدي بپردازند و نظارت و بهره‌برداري و اجراي صحيح طرحها را عهده‌دار شوند. داوطلبان اين رشته بايد در دروس رياضي، فيزيك و مكانيك از آگاهي كافي برخوردار باشند. دروس اين دروه شامل مطالبي در مورد نحوه توليد، طراحي قالبهاي پرس، طراحي قيد و بندها، كار و برنامه‌ريزي با ماشينهاي اتوماتيك، اصول كلي و نحوه كار با ماشينهاي دستي و تعمير و نصب تمام سرويسهاي صنعتي مي باشد و درصد نسبتا بالايي از آنها به صورت عملي ارائه مي‌گردد. داوطلب بايد سالم باشد تا بتواند كارهاي كارگاهي را به خوبي انجام دهد و استعداد كارهاي فني را داشته باشد. با توجه به خودكفايي صنايع كشور اين رشته داراي بازار كار خوبي است.

در حقيقت رشته مكانيك بخشي از علم فيزيك است كه با استفاده از مفاهيم پايه علم فيزيك و به تبع آن رياضي به بررسي حركت اجسام و نيروهاي وارد بر آنها مي‌پردازد و مي‌كوشد تا با توجه به نتايج بررسي‌هاي خود ، طرحي نو در زمينه فن‌شناسي و صنعت ارائه دهد و در راه پيشرفت انسان گامي به جلو بردارد.

به عبارت ديگر رشته مكانيك، رشته پياده كننده علم فيزيك است چون براي مثال بررسي حركت خودرو و عوامل موثر بر روي آن برعهده فيزيك است. اما اين كه چگونه حركت آن تنظيم گردد بر عهده مكانيك مي‌باشد.

دكتر آريا الستي استاد مهندسي مكانيك دانشگاه صنعتي شريف در معرفي اين علم مي‌گويد:

«علم مكانيك به تحليل حركت و عوامل ايجاد كننده حركت مانند نيروها و گشتاورها و شكل حركت مي‌پردازد. اما مهندسي مكانيك تا حدودي با علم مكانيك تفاوت دارد چرا كه يك مهندس مكانيك علاوه بر علم مكانيك بايد بسياري از علوم ديگر را ياد گرفته و بعضي از هنرها را نيز كسب كند. شايد بتوان گفت كه رشته مهندسي مكانيك ، رشته تحليل و طراحي سيستم‌هاي ديناميكي و استاتيكي است.»

دكتر محمد دورعلي يكي ديگر از اساتيد مهندسي مكانيك دانشگاه صنعتي شريف نيز در معرفي اين رشته مي‌گويد:

«رشته مهندسي مكانيك را شايد بتوان از نقطه‌نظر تنوع موضوعات تحت پوشش، جامع‌ترين رشته مهندسي به شمار آورد. چون رشته مهندسي مكانيك در برگيرنده تمامي علوم و فنوني است كه با توليد ، تبديل و استفاده از انرژي، ايجاد و تبديل حركت و انجام كار، توليد و ساخت قطعات و ماشين‌آلات و به كارگيري مواد مختلف در ساخت آنها و همچنين طراحي و كنترل سيستم‌هاي مكانيكي، حرارتي و سيالاتي مرتبط مي‌باشد.

به عبارت ديگر محاسبات فني، مدلسازي و شبيه‌سازي ، طراحي و تهيه نقشه‌ها ، تدوين روش ساخت ، توليد و آزمايش تمامي ماشين‌آلات و تاسيسات موجود در دنيا ، با تكيه بر توانايي‌هاي مهندسان مكانيك انجام مي‌گيرد.»

گرايش‌هاي مقطع ليسانس:

رشته مهندسي مكانيك داراي سه گرايش «طراحي جامدات ، حرارت و سيالات، ساخت و توليد» در مقطع ليسانس مي‌باشد كه البته دانشگاه صنعتي شريف داراي گرايشهاي ديگري نيز هست.

مهندسي مكانيك ( در سطح كارشناسي)

در شروع آموزش مهندسي در ايران ، مهندسي مكانيك با برق يكي بود و «الكترومكانيك» ناميده مي‌شد. اما اين دو رشته حدود 45 سال پيش از هم جدا شدند و به مرور رشته‌هاي ديگري مانند مهندسي شيمي و مواد نيز از مهندسي مكانيك جدا شد و مهندسي مكانيك به عنوان رشته مهندسي مكانيك عمومي ارائه گرديد. ولي با پيشرفت صنعت و نياز صنايع به تخصص‌هاي مختلف در اين زمينه، از مهندسي مكانيك عمومي دو گرايش «طراحي جامدات» و «حرارت و سيالات» و بعد از آن «ساخت و توليد» بيرون آمد و بالاخره بايد به مهندسي دريا اشاره كرد كه هنوز در دانشگاه صنعتي شريف به عنوان يكي از گرايشهاي مهندسي مكانيك ارايه مي‌شود. ما در اين‌جا به معرفي اجمالي هر يك از گرايشهاي فوق مي‌پردازيم.

گرايش حرارت و سيالات
همان‌طور كه از نام اين گرايش پيداست مهندسي مكانيك گرايش حرارت و سيالات به مبحث حرارت و مسايل مربوط به سيالات مي پردازد. به عبارت ديگر در اين رشته عوامل موثر بر خواص مختلف حركت سيال بخصوص سيال داغ مطالعه شده و اثر عبور سيال بر محيط محل عبور مانند نيروهايي كه در اثر عبور خود در محل ايجاد مي‌كند و يا طول‌هاي ناشي از اثر افزايش و يا كاهش دما در اعضاي مختلف يك دستگاه، بررسي مي‌شود. همچنين از دروس اصلي اين رشته مي‌توان به مكانيك سيالات اشاره كرد كه نيروهاي وارد بر جسم متحرك در سيال را بررسي مي‌كند.

دكتر الستي در معرفي اين گرايش مي‌گويد:

«گرايش حرارت و سيالات به فيزيك حرارت و مكانيك سيالات مي‌پردازد و وظيفه‌اش تحليل و طراحي سيستم‌ها از ديدگاه حرارتي و سيالاتي است . براي مثال در طراحي يك موتور احتراق داخلي، مسائل مربوط به تبديل حرارت به انرژي ، انتقال حرارت، حفظ موتور در حرارت مناسب و سرد نگه‌داشتن موتور توسط يك مهندس مكانيك حرارت و سيالات بررسي مي‌شود.

همچنين مسايل مربوط به تاسيسات ساختمان و رآكتورها، انتقال آب ، نفت و گاز ، طراحي نيروگاههاي مختلف ، طراحي توربو ماشين‌ها (ماشين‌هاي دوار) مثل توربين‌هاي بخار، توربين‌هاي گاز و فن‌كويل‌ها به گرايش سيالات مربوط مي‌شود.»

شهرداد صادق مهندس مكانيك گرايش حرارت و سيالات نيز در معرفي اين رشته مي‌گويد:

«دانشجويان اين گرايش در زمينه تهويه مطبوع ، دستگاههاي آب و فاضلاب و گرم كننده ساختمان‌ها و به طور كلي مباحث «تاسيساتي» مطالعه مي‌كنند. در ضمن در اين رشته مباحث مربوط به طراحي نيروگاهها ، موتورهاي احتراق داخلي و طراحي انواع موتورهاي درون‌سوز اتومبيل‌ها مطالعه مي گردد.»

گرايش طراحي جامدات
گرايش طراحي جامدات به بررسي انواع نيروها، حركتها و تاثير آنها بر اجزاء مختلف ماشين مي‌پردازد. در واقع مهندس طراحي جامدات با توجه به نيازهاي جامعه ، دستگاهها و ماشين‌هاي مختلف را طراحي مي‌كند.

محمد رضوي مهندس مكانيك گرايش طراحي جامدات در معرفي اين گرايش مي‌گويد:

«هر ماشين از دو قسمت متحرك و ثابت تشكيل شده است. حال بررسي اين مطلب كه حركت مورد نياز ماشين از چه راهي تامين شده و چگونه از منبع توليد به جايگاه مورد استفاده انتقال پيدا كند و بالاخره چگونه از اين حركت استفاده گردد تا بيشترين بازدهي را داشته باشد، در حيطه وظايف مهندسي طراحي جامدات است. همچنين ابداع و پيش‌بيني دستگاه تنظيم ماشين‌آلات نيز از مسايل مطرح در اين گرايش مي‌باشد.

در واقع مهندس طراح جامدات بايد تمامي نيروها و گشتاورهايي را كه به هر عضو ماشين وارد مي‌شود بررسي كرده و بهترين حالت قطعه مورد نظر را براي تمامي آن نيروها و گشتاورها و همچنين در براي داشتن بهترين كارايي به دست آورده و كارايي مناسب آن قطعه را در زمان طولاني تضمين كند.»

دكتر الستي در معرفي اين گرايش مي‌گويد:

« طراحي سيستم ، طراحي ماشين‌هاي تراش، فرز، چاپ و قسمت‌هاي تعليق ، سيستم‌هاي انتقال قدرت و ديناميك يك خودرو، توسط مهندسان اين گرايش طراحي مي‌شود. همچنين يك هواپيما قسمتهاي مربوط به فرود، پرواز، كنترل پرواز به نحوي مربوط به طراحي جامدات مي‌گردد.»

دكتر قرشي استاد دانشگاه صنعتي شريف نيز در معرفي اين گرايش مي‌گويد:

«گرايش طراحي جامدات به طراحي ماشين‌آلات و اجزاي آنها، ارتعاشات ماشين‌آلات، ديناميك آنها و كنترل سيستم‌ها مي‌پردازد.»

گفتني است كه دو گرايش طراحي جامدات و حرارت و سيالات بسيار نزديك به هم هستند و تنها در 20 واحد درسي با يكديگر تفاوت دارند. بنابراين فارغ‌التحصيلان آنها نيز توانايي‌هاي مشترك زيادي دارند.

گرايش ساخت و توليد
يك قطعه بايد به چه روشي ساخته شود تا داراي توليدي سريع و ارزان و همچنين كيفيت مناسب و وقت و كارايي مطلوب باشد؟

پاسخ به اين سوال مهم بر عهده مهندسان گرايش ساخت و توليد است. چرا كه به گفته دكتر الستي يك مهندس ساخت و توليد به مسائل مربوط به ساخت بهينه و توليد با كيفيت بالا مي‌پردازد. در واقع اين گرايش بيشتر به مشكلات و معضلات ساخت و توليد مي‌پردازد و در نتيجه نسبت به دو گرايش حرارت و سيالات و طراحي جامدات علمي‌تر است و دو گرايش فوق جنبه عملي‌تر دارند.

دكتر قرشي نيز با تاكيد بر كابردي بودن اين گرايش مي‌گويد:

«گرايش ساخت و توليد به زمينه‌هاي كاربردي مهندسي مكانيك مي‌پردازد و مهندس اين گرايش در زمينه شكل دادن فلزات ، طراحي قالب‌ها و ساخت قطعه‌هاي گوناگون فعاليت مي‌كند.»

گرايش مهندسي دريا
يكي از گرايش‌هاي مهندسي مكانيك كه تنها در دانشگاه صنعتي شريف ارائه مي‌گردد، مهندسي دريا (كشتي‌سازي) است چرا كه در دانشگاههاي ديگر از جمله دانشگاه صنعتي اميركبير، دانشگاه خليج فارس و دانشگاه سيستان و بلوچستان، مهندسي دريا به عنوان يك رشته مستقل با سه گرايش مهندسي كشتي‌سازي ، مهندسي كشتي و دريانوردي ارائه مي‌شود.

اما چرا دانشگاه صنعتي شريف، مهندسي دريا را به عنوان يكي از گرايش‌هاي مهندسي مكانيك ارائه مي‌دهد؟

دكتر الستي در پاسخ‌ به اين سوال مي‌گويد:

«مهندس دريا گرايش كشتي‌سازي مسائلي از قبيل طراحي بدنه، استحكام بدنه، سيستم‌هاي پيشرانه (موتور گيربكس) ، پايداري كشتي در مقابل امواج كناري جانبي كشتي و طراحي مربوط به ناوبري (مسيريابي كشتي) را مطالعه مي‌كند كه همه اين مسائل در گرايش‌هاي ديگر مكانيك نيز مطرح مي‌شود و فقط مهندسي كشتي‌سازي اين مسائل را به صورت تخصصي در ارتباط با كشتي و سازه‌هاي دريايي مثل اسكله‌ها و سكوهاي نفتي متحرك مطالعه مي‌كند. به عبارت ديگر يك مهندس دريا ، مهندس مكانيكي است كه در كاربردهاي دريايي مشغول به كار مي‌باشد.»

گفتني است كه در دانشگاه صنعتي شريف، رشته مهندسي هوا و فضا نيز در دانشكده مكانيك ارائه مي‌گردد و اساتيد اين دانشكده ، مهندسي هوا و فضا را يكي از گرايش‌هاي مكانيك به شمار مي‌آورند.

آينده شغلي ، بازاركار، درآمد:

در حال حاضر دانشجوي توانمند مهندسي مكانيك پس از فارغ‌التحصيلي مشكل كاريابي ندارد چرا كه به گفته دكتر دورعلي توسعه سخت‌افزاري و رشد مسايل مهندسي ، گرايش به سمت توليد داخل و ايجاد تكنولوژي توليد تجهيزات و وسايل در داخل كشور و روي آوردن به خدمات مهندسي در داخل كشور به علت محدوديت‌هاي ارزي و كاهش درآمدهاي نفتي، باعث رشد چشمگير بازاركار مهندسان مكانيك در ايران شده است.

دكتر دورعلي در ادامه مي‌گويد:

«يك مهندس مكانيك در حال حاضر در زمينه‌هاي مختلفي فعاليت مي‌كند كه از جمله آنها مي‌توان به موارد زير اشاره كرد:

طراحي و ساخت تمامي ماشين‌آلات و قطعات آنها، اعم از ماشين‌آلات توليدي تمامي صنايع، لوازم خانگي و تجهيزات پزشكي.

- طراحي و ساخت تجهيزات مكانيكي نيروگاههاي فسيلي، اتمي ، خورشيدي ، بادي و آبي.

- طراحي و ساخت تجهيزات و سيستم‌هاي انتقال و تصفيه آب، سيستم‌هاي مكانيكي و كنترلي پالايشگاهها و كارخانجات شيميايي.

- طراحي و ساخت تاسيسات حرارتي و برودتي ساختمانها و اماكن، بالابرها و آسانسورها و سيستم‌هاي حمل و نقل.

- ساخت ماشين‌آلات تغليظ و بازيافت مواد مثل كارخانجات قند، كاغذسازي ، سيمان ، نساجي ، نمك و كنسانتره .

- طراحي و ساخت وسايل و تجهيزات حمل و نقل زميني، دريايي و هوايي.

- ساخت تجهيزات دفاعي مانند تانك، راكت، اژدر و پلهاي متحرك

- ساخت روبات‌ها ، بازوهاي مكانيكي و سيستم‌هاي توليد.

در ضمن يك مهندس مكانيك مي‌تواند به عنوان كارشناس و مشاور فني در بانك‌ها ، شركت‌هاي سرمايه‌گذاري و بيمه و شركت‌هاي بازرسي و نظارت امور بين‌المللي فعاليت بكند.»

دكتر الستي نيز در اين زمينه مي‌گويد:

«در همه جاي دنيا يك فارغ‌التحصيل مهندسي مكانيك مثل يك موم خام است كه دانش كافي دارد و در هر زمينه‌اي كه كار كند مي‌تواند در آن زمينه متخصص بشود.

براي مثال مي‌تواند در تحليل و طراحي خودرو، در طراحي و ساخت ماشين‌هاي ابزار و حتي در تدوين و توليد برنامه‌هاي كامپيوتري فعاليت بكند. يعني رشته مكانيك زمينه كار و زمينه انتخاب بسيار گسترده‌اي را در مقابل فارغ‌التحصيلان اين رشته قرار مي‌دهد.»

دكتر قرشي نيز در مورد فرصت‌هاي شغلي، گرايش مهندسي دريا مي‌گويد:

«بدون شك چون مهندسي دريا نسبت به گرايش‌هاي ديگر رشته مكانيك تخصصي‌تر است، فرصت‌هاي شغلي آن نيز محدودتر مي‌باشد اما با اين وجود فارغ‌التحصيلان اين گرايش مي‌توانند در كارخانه‌هاي كشتي‌سازي كشور مثل كارخانه كشتي‌سازي «صدرا» در بوشهر ، كارخانه «نكا» در شمال و «اروندان» در خليج فارس مشغول به كار گردند و يا در سازمان بنادر و كشتي‌راني وظيفه ساخت سكوهاي شناور را بر عهده بگيرند.»

توانايي‌هاي مورد نياز و قابل توصيه :

«مكانيك بهشت رياضيات است.» اين جمله زيبا از «لئونارد اولر» رياضي‌دان بزرگ سوئيسي، بيانگر ارتباط تنگاتنگ رياضيات با مكانيك است. در واقع مهندسي مكانيك بخصوص در گرايش حرارت و سيالات از مباحث و مسايل رياضي بسيار استفاده مي‌كند. از سوي ديگر همان‌طور كه پيش از اين گفتيم مكانيك بخشي از علم فيزيك است و حتي دانش‌آموزان دوره متوسطه نيز با علم مكانيك در كتاب فيزيك خود آشنا مي‌شوند و اين علم بخصوص در گرايش طراحي جامدات اهميت بسياري دارد. به همين دليل دانشجوي مهندسي مكانيك بايد در دو درس رياضي و فيزيك قوي بوده و همچنين از هوش، استعداد و قدرت تجسم خوبي برخوردار باشد.

دكتر الستي در مورد توانايي‌هاي لازم براي دانشجوي اين رشته مي‌گويد:

«فعاليت در رشته مهندسي مكانيك بسيار متنوع است و در نتيجه هم دانشجوي علاقه‌مند به كارهاي تئوريك مي‌تواند جذب اين رشته شده و در بخش‌هاي نظري و تئوري فعاليت كند و هم دانشجوي خلاق و علاقه‌مند به طراحي و ساخت وسايل و دستگاههاي مختلف مي‌تواند اين رشته را انتخاب نمايد. اما بدون شك يك مهندس مكانيك موفق كسي است كه به ياري دو بال علم و عمل پيشرفت كند. به همين خاطر من در دانشگاه ، دانشجويان را تشويق مي‌كنم كه پروژه‌هاي تحقيقاتيشان تلفيقي از كار تئوريك و عملي باشد.»

دانشجوي اين رشته بايد از نظر جسمي آمادگي كار در محيطهاي پرجمعيت و كارخانجات دور از شهر را داشته باشد.

وضعيت ادامه تحصيل در مقاطع بالاتر:

امكان ادامه تحصيل در مقاطع كارشناسي ارشد و دكتراي تخصصي ميسر مي‌باشد. در دوره كارشناسي ارشد 32 واحد و در دوره دكترا 48 واحد درسي ارايه مي‌گردد.

رشته‌هاي مشابه و نزديك به اين رشته :

رشته مهندسي مكانيك به عنوان جامع‌ترين رشته مهندسي داراي دروس مشترك با اغلب رشته‌هاي مهندسي ديگر نظير مهندسي دريا ، مهندسي شيمي، مهندسي هوا فضا و ... مي‌باشد.

مصاحبه با دانشجوي مشغول به تحصيل :

مهندسي مكانيك جامع‌ترين رشته مهندسي است كه در آن با اصول اساسي طراحي تمامي سيستمهاي محيط پيرامون آشنا مي‌شويم . دروس اين رشته غالبا كاربردي بوده و در ارتباطي تنگاتنگ با دروس رياضيات و فيزيك است. دانشجوي اين رشته بايد فردي خلاق و داراي قدرت تجسم كافي باشد تا بتواند در طراحي مكانيزمها موفق باشد.

وضعيت نياز كشور به اين رشته در حال حاضر :

دانش مكانيك دانش زندگي است . در هر مجتمع و كارگاه صنعتي نياز به فارغ‌التحصيلان اين رشته امري ضروري و مشهود است و با توجه به حركتهاي صنعتي اين چندساله اخير كشور مهندسين مكانيك بيش از پيش در گرداندن چرخ صنعت دخيل شده‌اند و راه همواره براي رشد و ترقي آنها گشاده است.

نكات تكميلي :

رشته مهندسي مكانيك داراي واحدهايي ملموس و كاربردي است ولي داشتن شناخت كافي نسبت به اين رشته قبل از انتخاب آن ضروري است. اغلب واحدهاي اين رشته داراي رياضيات ديفرانسيلي پيچيده و تجسم فيزيكي هستند كه منجر به سخت‌شدن اين واحدها مي‌شوند. ضمنا واحدهاي كارگاهي و فعاليت در واحدهاي توليدي نيز از ويژگي‌هاي اين رشته مي‌باشد كه داوطلبان آن را با محيطهاي صنعتي آشنا كرده و پيوند مي‌زند.
 

 

 

+ نوشته شده در  22 Mar 2003ساعت 12:35 PM  توسط مهندس ایمان نامدارصحت  |