صنایع شیشه سازی (2)
منبع:راسخون
شیشه های فلوت (flat)
صنایع شیشه ی فلوت ایالات متحده آمریکا شامل 6 تولید کننده ی عمده است؛ که با 28 کوره در 16 ایالت کار می کنند در این کارخانه ها، که 12/000 نیروی کار ماهر را به کار گرفته اند سالانه 2/9 میلیون تن شیشه تولید می شود که این مقدار تولید، فروشی برابر 2/1 میلیارد دلار را به خود اختصاص می دهد. کارخانه های تولیدی در این بخش عمدتاً در کنار منابع ارزان قیمت انرژی قرار دارند. در سال 1991، این صنعت 55/2 تریلیون Btu انرژی مصرف کرده است که این مقدار انرژی در درجه اول از گاز طبیعی و در درجه ی دوم از برق بدست آمده است. به دلیل فشارهای رقابتی حاصله از کشورهای درحال توسعه، افزایش بازده تولید و راندمان انرژی به طور مداوم و مصرانه مورد توجه قرار گرفته است.
در طی 25 سال گذشته راندمان انرژی به بیش از 50% ارتقاء داده شده است؛ که این صرفه جویی در انرژی به خاطراستفاده از مواد نسوز بهبود یافته میسر گشته است. یک کارخانه ی تولید شیشه فلوت هزینه ای برابر 100میلیون دلار برای ساخت لازم دارد عمر مفیدی برابر 12 سال دارد.
یک کارخانه ی تولید شیشه های فلوت نمونه وار شامل یک سری عملیات های بالادستی (upstream operations) است که شامل عملیات های، تهیه ی مواد اولیه (Batching)، پالایش(refining)، شکل دهی (forming) و اینلینگ(annealing) است. همچنین یک سری عملیات پایین دستی شامل حرارت دهی ثانویه(reheating)، شکل دهی ثانویه(reforming)، پوشش دهی (coating)،تنپر کردن(tempering) و لایه نشانی.
عملیات های پایین دستی را می توان در کارخانه ی مبدأ و یا در جاهای دیگر انجام داد. عملیات های بالا دستی در همه ی کارخانه های تولیدی یکسان است. که علت آن این است که همه ی آنها از پروسه ی مسطح سازی برای شکل دهی شیشه ی سیلیسی سودالایم به صورت ورقه های نازک استفاده می کنند. برخلاف کوره های مورد استفاده در ساخت انواع دیگر شیشه ها، کوره های مورد استفاده در صنعت شیشه های فلوت عمدتاً بسیار بزرگ هستند. قسمت پالایش دهنده شیشه در کوره های تولید شیشه ی فلوت نیز به تناسب بزرگ است؛ که علت آن احتیاج به زدودن عوامل مخرب ناشی از جوشش گازها و دیگرعوامل ناخالصی است. این عوامل ناخالصی و یا گاز موجب کاهش شفافیت نوری شیشه ی تولیدی می شوند.
دو نوع روش برای شکل دهی شیشه ی فلوت استفاده می شود که یکی از آنها به وسیله ی برادران (PB) pikington ودیگری بوسیله صنایع PPG ابداع شد.
تفاوت های عمده بین این دو روش نحوه خروج شیشه از کوره است. اجزای اصلی روش PPG در شکل 1 نشان داده شده است.
یک کوره ی نمونه وار فلوت – زون (furnace float Zone ) ، 49متر طول و 9متر عرض دارد و می تواند909 تن شیشه را در خود جای دهد. در روش PPG، شیشه ی پالایش یافته به طور پیوسته و به صورت یک نوار با پهنای ثابت از روی یک حمام قلع مذاب عبور کرده و با عبور از یک بخش که شامل غلطک های فولادی آسترشده با مواد نسوز است، در هواخنک می شود.
در روش PB، شیشه ی مذاب وارد یک ناحیه بسیار باریک می شود و سپس به سمت یک حمام قلع مذاب حرکت می کند و قبل از رسیدن به پهنای مناسب، یک مسیر پیچیده را طی می کند. در هر دو روش، شیشه با دمای 1040درجه سانتی گراد وارد می شود و با دمای 600درجه سانتی گراد خارج می شود. حمام قلع در یک دمای معین (815درجه سانتیگراد) نگه داشته می شود و این درحالی است که مسیر فولادی دمای شیشه را به 100درجه سانتی گراد می رساند. یک محیط شامل گاز نیتروژن 5-8 درصد گاز هیدروژن برای جلوگیری از اکسید شدن قلع استفاده می شود. مواد دیگری که توانایی جایگزینی با فولاد آسترشده با مواد نسوز و حمام قلع مذاب (برای مثال تنگستن و گرافیت) مورد بررسی قرار گرفته است؛ که البته این مواد گران قیمت هستند و دارای مشکلاتی ناشی از سختی بسیار آنها (مثلاً در فرآیند شکل دهی آنها) هستند. یکی دیگر از مشکلات و عیوب های این مواد مقاومت به اکسیداسیون ضعیف آنهاست. برای انتخاب مواد برای وسایلی که با قلع ارتباط دارند گزینه های بسیار کمی داریم که علت آن طبیعت بسیار خورنده ی قلع است.
جریان شیشه از کوره ی زون -فلوت و در بخش انتهایی پالایش دهنده بوسیله ی یک خروجی که tweel نامیده می شود به طورمنظم خارج می شود. جنس tweel از فیوزد سیلیکا (fused silica)است. tweel، شیشه ی مذاب خروجی از کوره ی ذوب شیشه را شکل دهی می کند که بدین وسیله کمک به کنترل اندازه ی ضخامت نهایی محصول تولیدی می شود. ضخامت پایانی شیشه ی تولیدی همچنین به عواملی چون:ویسکوزیته ی شیشه، کشش سطحی و از همه مهمتر، نیروهای انقباضی وارده به لبه های نوار شیشه ای (این نیروها بوسیله ی سیستم کشش وارد می شود) بستگی دارد. شیشه های نازک تر را می توان با جریان دادن شیشه و ایجاد موانعی گرافیتی تهیه کرد در حقیقت این موانع گرافیتی که به صورت خشک کار می کنند به لبه های شیشه اعمال نیرو می کنند. به علت کوتاهی عمر tweel که تنها 2 ماه می باشد، مواد دیگری نیز که عمر مفید بیشتری دارند مورد توجه قرار گرفته است. یک نکته ی مهم در مورد مواد استفاده شده در ساخت tweel این است که جنس مواد مورد استفاده شده باید با جنس شیشه سازگار باشند همچنین باید مقاومت به شک بالا و قابلیت تحمل نیرو در دمای ذوب شیشه را داشته باشند.
جایگزینی مواد نیازمند به سیستم خنک سازی با مواد بدون نیاز به این سیستم، به خاطر هزینه ی بالای نگهداری و خوردگی شدیدتر این قطعات مورد توجه و پژوهش قرار گرفته است. از این رو استفاده از آلیاژهای فلزی (مثلاً فولادها) مورد توجه قرار گرفته که به علت وجود نیکل در شیشه های بازیافتی و تبدیل شدن آن به سولفید نیکل در هنگام قرار گرفتن در دمای بالا، این کار نیز مطلوب نمی باشد.
معمولاً برای کاهش خوردگی در کارخانه های شیشه سازی، آب مورد استفاده برای خنک سازی اجزا تصفیه شده و برخی از یون های مضر بوجود آمده در آب دفع می شود.
دمای شیشه و قلع مذاب بوسیله ی هزاران بخش سیلسیم کاربیدی تعبیر شده در طول کوره تنظیم می شود. و همین طور که شیشه به سمت پایین حمام قلع حرکت می کند، سرد شده و ویسکوزیته اش افزایش می یابد، بنابراین می توان بوسیله ی غلتک هایی شیشه ی سرد شده را از حمام حرکت داد. غلتک های جابجا کننده ی شیشه در کره آنیلینگ، که در امتداد کوره ی ذوب قرار گرفته، به گونه ای طراحی شده اند که موجب دفورمگی حاصل از وزن خود شیشه در حال سرد شدن، نشوند. این غلتک ها تقریباً 30 سانتیمتر قطره و 4/3متر طول دارند که از فلزات سرد شده در آب یا پوشش های آزبستی (پنبه ی نسوز) ساخته شده اند.
یکی دیگر از وسایل مورد استفاده در پروسه ی شیشه سازی و بررسی آن، آذرسنج های نوری هستند این وسایل برای اندازه گیری دمای سطح شیشه و حمام قلع مورد استفاده قرار می گیرند. همچنین ترموکویل های غلاف دارمورداستفاده در اندازه گیری دمای زیر سطح حمام قلع نیز یکی دیگر از این وسایل است.
وسایل سرد کننده تعبیه شده در سقف کوره ی آینلینگ یکی از منابع عمده ی ایجاد کننده ی عیوب شیشه هستند. بخارات سولفید بر روی این وسایل سرد کننده چگالش می یابد و موجب افتادن این بخارات چگالش یافته بر سطح شیشه می شود.
البته از منابع دیگر ایجاد عیوب در شیشه سطح ناصاف غلتک های آسیب دیده نیز می تواند باشد. که این مشکل نیز قابل حل است.
ورقه ی شیشه ای خارج شده از کوره زون -فلوت وارد کوره ی آنیلینگ می شود. این کوره های آنیلینگ عموماً lehr نامیده می شوند. کوره ی lehrموجب از بین رفتن تنش های ناشی از شیب گرمایی می شوند که این شیب گرمایی ناشی از عملیاتی است که در پروسه ی شکل دهی اتفاق افتاده است.
کوره ی lehr در دمای 200درجه سانتی گراد کار می کند. این کوره با احتراق گاز و یا الکتریسته گرم می شود. اتمسفر یک کوره ی lehrالکتریکی، هوا و اتمسفر یک کوره ی lehr گازی، عموماً گازهای ناشی از پروسه ی احتراق است.
شیشه ی تولیدی از میان کوره ی lehr و بر روی یک سری غلتک از جنس فولاد سرد شده با آب، فیوزد سیلیکا و یا ماده ای با پوشش آزبست عبور می کند که این غلتک ها 5 سانتی متر قطر و 2/5متر طول دارند. (همان گونه که در شکل 2 نشان داده شده است.)
مشکلاتی که در طی حرکت صفحه ی شیشه ای در کوره lehr اتفاق می افتد شامل:
1)آسیب رسیدن به سطح غلتک ها
2)ایجاد خط و علامات ناشی از غلتک ها برروی سطح شیشه
3)خم شدن شیشه در بین فاصله ی دو غلتک بر اثر نیروی وزن شیشه
4)موج دار شدن غلتک ها
5)تغییر فاز بر اثر گرما در غلتک ها
اندازه و سرعت یکسان غلتک ها، عوامل مهمی در جهت جلوگیری از خط دار شدن سطح شیشه است. مشعل های تشعشعی در بسیاری از کوره های lehr استفاده می شود و به عنوان یک وسیله ی مناسب و حفاظتی در برابر خط های ناشی از عوامل مختلف است. بمحض سرد شدن شیشه و رسیدن دمای شیشه به دمای محیط، شیشه بریده شده و برای پروسه های پایین دستی بسته بندی می شوند.
عملیات های پایین دستی می تواند از تعدادی مرحله شامل: حرارت دهی دوباره (reheating)، شکل دهی دوباره(reforming)، تنپرکردن(tempering) و پوشش دهی تشکیل شده باشند. مراحل حرارت دهی دوباره و تنپرینگ در کوره ای شبیه به کوره ی lehr اتفاق می افتد و تنها، دمای کوره متفاوت است. حجم زیادی از هوای گرم شده در کوره ی lehr و برای کاهش شیب گرمایی استفاده می شود. فن های مورداستفاده از فولاد دما بالا ساخته شده اند که این فن ها همراه درایورهای سرد شده در آب تشکیل شده اند. اعوجاج حاصل از دمای کاربرد بالا موجب کاهش طول عمر این قطعات می شود.
پس ازاینکه شیشه دوباره گرم شود، قابلیت شکل دهی دوباره و خم کردن آن در قالب های فیوزد سیلیکایی وجود دارد.
به خاطر خواص ساختاری ضعیف و ظریف، قالب ها به آسانی آسیب می بینند. در حالی که قالب ها قابل تعمیرند ولی به خاطر صرفه جویی در وقت و هزینه این کار انجام نمی شود. پوشش های رهاسازی یا موانع سرامیکی یا ورقه های نازک فلزی برای جلوگیری از چسبیدن قالب به شیشه مورد استفاده قرار می گیرند. به دلیل اینکه شیشه ی قالب گیری شده باید یک دوره ی زمانی را بدون حرکت قرار گیرد و توان جداسازی سریع قالب از شیشه وجود ندارد، نیاز به قالب های زیادی در این پروسه است که بسیار پر هزینه می باشد.
منبع:www.ms.ornl.gov/cfcc/iof/chapG.pdf
ضرورت طراحی و نصب سیستم هیدرولیک برای " دور کمکی" کوره های واحد اول و دوم
مقدمه :
در حال حاضر جهت راه اندازی کوره ها با دور کم از یک الکترموتور ELIN و یک گیربکس FELENDER استفاده می شود که بنا به دلایل فنی و مشکلاتی که ممکن است در اثر اختلالات برقی بوجود آید ، احتمال عدم توانایی در راه اندازی کوره را قوت می بخشد. می توان با جایگزینی یک سیستم " دیزل – هیدرولیک " بجای تجهیزات فعلی ، ریسک استارت نشدن موتور برقی را حذف ، و زمان توقف را کاهش داد.به منظور روشن شدن ضرورت جایگزینی سیستم فوق با سیستم فعلی بایستی وضعّیت موجود ، تشریح و معایب و محسنّات هر دو سیستم از دیدگاه فنی و اقتصادی مورد مقایسه قرار گیرد تا پشتوانه مناسبی برای اجرای پروژه ، مستدل گردد.
وظیفه سیستم دور کمکی :
استارت کوره ها با دور کمکی توسط الکتروموتور و یا موتور دیزل و یا هیدروموتور و یا ترکیبی از آنها رایج است که هرکدام داری معایب و محسناتی می باشند که چنانچه در طراحی آن دقت نظرهای لازم صورت گیرد می تواند به بهترین روش و با کمترین ریسک منجر شود.کوره های واحد و اول و دوم سیمان آبیک مجهز به 2 الکتروموتور و 2 گیربکس می باشند که در طرفین گیربکس و موتور اصلی کوره قرار می گیرند.
قبل از راه اندازی کوره با دور اصلی ، موتور کمکی استارت و گشتاور مورد نیاز از طریق گیربکس کمکی به گیربکس اصلی منتقل می گردد ، و گاهی نیز در طول توقفات کوتاه مدت کوره ، مشعل کوره خاموش نمی گردد و در صورتی که کوره در موضع ثابت باقی بماند ، آستر نسوز ، بدنه کوره ، رینگها و غلطکها وهم چنین فعل وانفعالات شیمیایی مواد داخل کوره نیز بطور جدی صدمه می بینند . لذا جهت جلوگیری از صدمات فوق که با ده ها میلیون تومان خسارات مالی همراه است ، بایستی کوره را با دور کمکی به گردش در آورد. با استارت الکتروموتور کمکی ، گیربکس کمکی شروع به کار می کند و محور خروجی گیربکس ، محرک محور ورودی گیربکس اصلی می گردد و بدین ترتیب کوره با دور کم به چرخش در می آید. یکی از الزام آورترین خصوصیات این نوع کوره ها اینست که یرای به گردش درآوردن کوره از 2 الکتروموتور و 2 گیربکس در طرفین محور کوره استفاده شده است ، در نتیجه سنکرون بودن موتورها و گیربکسهای دو طرف ، اصلی ترین فاکتور بهره برداری از سیستم درایو کوره است و چنانچه همزمانی دوران گیربکس مورد توجه قرار نگیرد ، تخریب و خسارت بر تجهیزات مختلف کوره ، حتمی خواهد بود. و همین زوج بودن محرک باعث گردیده که نتوان کوره های سیمان آبیک را نیز مانند بعضی از کارخانجاتی که کوره سبکتری دارند واز موتورهای بنزینی - هوا خنک ( فولکس) استفاده می کنند ، فقط با یک محرک به چرخش درآورد. بعنوان مثال اگر سعی شود که فقط با سیستم دور کمکی یکی از طرفین ، کوره را به چرخش درآورد بدلیل اینرسی زیاد کوره ، فشار بیش از حدی به موتور و گیربکس کمکی و همچنین پایه های بتنی غلطکها وارد شده و حتی امکان چرخش دنده گیربکس اصلی حول محور خود را بوجود خواهد آورد و هزینه توقف تولید و بازسازی و تعمیرات به چند ده میلیون تومان خواهد رسید.از طرفی نیز اگر بخواهیم از 2 موتور بنزینی و یک گیربکس سنکرون استفاده کنیم ، شاید از نظر فنی قابل قبول باشد اما ، هزینه انتخاب ، طراحی و نصب چنین گیربکسی ، اندک نخواهد بود. و نکته مهمتر ایتست که ، تنها مسئله بچرخش در آمدن کوره کافی نیست بلکه ، کنترل و راهبری سیستم کمکی نیز باید مدّ نظر قرار گیرد تا در صورت لزوم بتوان کوره را در موضع و موقعیت های مختلف با توجه به اینرسی فوق العاده آن به هنگام راه اندازی و همینطور در هنگام ترمز در زمان چرخش بطور دقیق کنترل و متوقف نمود.
ضرورت جایگزینی سیستم جدید :
در سیستم محرک دور کمکی فعلی ، نیروی برق تنها منبع انرژی مورد استفاده است که در صورت نقص ، کار سیستم را مختل می نماید و اگر سوابق توقف ماشین آلات بدلیل اشکال برقی ، مورد بررسی قرار گیرد ، بالا بودن ریسک وایستگی کامل به نیروی برق ، کاملا ملموس و قابل درک خواهد بود. بطور مثال گاهی هنگام توقف کوره برای جلوگیری از آسیب به عایق نسوز ، الکترو موتور استارت نشده و کوره چندین ساعت در یک موقعیت ثابت مانده است و یا قطع بودن برق کارخانه اجازه استارت به الکتروموتور را نداده است و حتی یکبار نیز هنگام قطع سراسری برق کارخانه که کوره بطور ناگهانی متوقف گردید ، دیزل ژنراتور کارخانه نیز استارت نشد و باعث موزی شدن کوره گردید که اگر کوره به سیستم دیزل اختصاصی مجهز بود ، احتمال آسیب دیدن کوره تا حد صفر کاهش می یافت .مشخصات سیستم فعلی:
گیربکسکمکی
FELENDER تعداد :
برای هر کوره = 2 توان:
63 KW گشتاور:
422NM N1 :
1450 rpm N2 :
65 rpm
الکتروموتور
کمکی
ELIN تعداد :
برای هر کوره = 2 توان:
66 KW V= 380
A= 120
Cos f = 0.9 N :
1450 rpm
مشخصات فوق برای هر دو کوره واحد اول و دوم تقریبا مشابه است و لذا می توان یک طرح را برای هر دو تعمیم داد.نکته حائز اهمیت در اینجا ، میزان گشتاور مورد نیاز برای به چرخش دراوردن کوره ها در لحظه استارت می باشد که احتمالا مقدار فعلی (NM422) با توجه به افزایش ظرفیت کوره ها در برنامه توسعه کارخانه تا حد 470 نیوتن متر افزایش خواهد یافت.
سیستم های هیدرولیک:
برای آشنایی با سیستم های هیدرولیک مورد استفاده در دور کمکی کوره های سیمان ، از کارخانه سیمان تهران بازدید شد و اطلاعات بسیار ارزشمندی در قالب فیلم و عکس تهیه گردید که در آرشیو خدمات مهندسی کارخانه موجود می باشد .1- محل بازدید: کارخانه سیمان تهران- کوره 4000 تنی واحد ششم.
طراح : POLIYSIUS
محرک دور کمکی : هیدروموتور
یک موتور دیزل 6 سیلندر در اطاقک زیر کوره نصب گردیده که در مواقع نیاز به دور کمکی ، توسط مدار فرمان برقی استارت می گردد و سیستم هیدرولیک را که متشکل از هیدروپمپ FILLER برای تغذیه سریع مسیر هیدرولیک ،
هیدروپمپ اصلی به منظور ایجاد دبی مورد نیاز ،
شیر کنترل فشار ، بعنوان SAFTY VALVE SYSTEM ،
شیر اصلی کنترل مسیر بعنوان MASTER DIRECTIONAL VALVE ،
و شیر های کنترل دبی به منظور تنظیم دبی مورد نیاز می باشد که از طراحی وترکیب این عناصر ، سیستم هیدرولیک بشکل یک POWER UNIT درآمده و بوسیله هدایت کننده ها ( لوله ها ، شیلنگها ، اتصالات ) از طریق مجاری سقف اطاق دیزل به هیدروموتورهای کوپل شده به گیربکس کمکی ، روغن را با دبی و فشار قابل کنترل میرسانند که هیدروموتورهای سمت چپ و سمت راست کوره بتوانند گشتاور مورد نیاز برای بچرخش درآوردن کوره را ایجاد نمایند.
یک سیستم شارژباطری نیز برای موقع قطع برق در کنار مدار فرمان استارت ، طراحی شده و درصورت لزوم ، می تواند منبع تغذیه استارتر باشد.
2- محل بازدید: کارخانه سیمان تهران- کوره 2100 تنی واحد چهارم.
طراح : FLSHMIDTH
یک موتور دیزل که شفت خروجی آن بوسیله یک اهرم دستی به یک کوپلینگ متصل شده و توسط کوپلینگ به یک مبدل گشتاور که می تواند گشتاور موتوردیزل را بصورت سنکرون در 2 جهت چپ و راست منتقل نماید متصل شده است که گشتاور مورد نیاز را برای بحرکت درآوردن 2 دستگاه هیدرو پمپ که بصورت موازی در طرفین چپ و راست سیستم راه انداز ، نصب شده اند ، تامین می کند.
در این سیستم نیز همانند کلیه سیستم های هیدرولیک از شیرهای کنترل فشار ، دبی ، مسیر و هدایت کننده ها استفاده شده است که درنهایت روغن را به هیدروموتور منتقل و چرخش کوره با دور کمکی را باعث می شوند.
در سمت مقابل موتور دیزل نیز یک الکتروموتور با توانی برابر با موتور دیزل نصب گردیده که در مواقع عادی که برق وجود دارد می تواند بعنوان محرک سیستم هیدرولیک ، فعال شود. بنابراین در شرایط نرمال ، سیستم راه اندازی دور کمکی بصورت برقی و با الکتروموتور ، و در شرایط اضطراری توسط موتور دیزل ، استارت می گردد.
جدول 1 - مقایسه سیستم های مورد استفاده در واحد چهارم و ششم کارخانه سیمان تهران:
سیستم چرخش دور کمکی کوره 4000 تنی :
POLIYSIUS)) سیستم چرخش دور کمکی کوره 2100 تنی :(FLSHMIDTH )
معایب:
1-نگهداری و تعمیر موتور دیزل2-نگهداری و تعمیر سیستم هیدرولیک
3-استارت دور کمکی فقط توسط دیزل
محاسن :
1-عدم وابستگی به جریان برق2-چرخش سنکرون
معایب:
1-نگهداری و تعمیر موتور دیزل2-نگهداری و تعمیر سیستم هیدرولیک
محاسن :
1-عدم وابستگی به جریان برق2-چرخش سنکرون
3-بهره برداری از سیستم هیدرولیک بوسیله الکتروموتور
4-استفاده از مبدل گشتاور برای هماهنگی سیستم هیدرولیک
5-طراحی ساده و استفاده از کمترین تجهیزات
جدول 2 – مقایسه سیستم های صرفا برقی و سیستم های صرفا دیزل:
فقط برقی: فقط دیزلی / بنزینی
معایب:
1- وابستگی کامل به جریان برق2- ریسک بالا بدلیل احتمال زیاد قطع برق
محاسن:
1- سنکرونیزاسیون بهتر2- بهره برداری راحت تر
3- سادگی طراحی معایب:
1- مشکل بودن سنکرون نمودن موتورها در کوره هایی که بایستی با 2 موتور مورد استفاده قرار گیرند.
2- در صورت استفاده از مبدل گشتاور ( دیفرانسیل ) ، ابعاد تجهیزات بسیار بزرگ و حجیم خواهند بود.
مشکلات مربوط به سیستم های صرفا برقی کاملا مشخص است و تجربه موزی شکل شدن کوره واحد دوم نمونه بارز ناکافی بودن این سیستم ها می باشد ، که نهایتا منجر به چاره اندیشی و استفاده از یک سیستم تلفیقی " دیزلی – هیدرولیکی " برای دور کمکی کوره ها گردیده است.
در بعضی از کوره های سبک از یک موتور بنزینی فولکس جهت چرخش با دور کمکی استفاده شده است . استفاده از یک موتور مکانیکی فقط در کوره های سبک امکان پذیر می باشد و در کوره هایی که به منظور جلوگیری از " بار جانبی " ( (Side Load باید از 2 موتور استفاده شود ، احتمال سنکرونیزاسیون موتورها بدون استفاده از تمهیدات و تجهیزات بسیار گرانقیمت امکان ندارد.
در سیستم های تلفیقی ( برقی- هیدرولیکی – دیزلی ) فقط در شرایطی که مشکل برقی وجود داشته باشد از موتور دیزل استفاده می شود و ریسک عدم موفقیت استارت کوره بستگی به شرایط نگهداری و تعمیرات موتور دیزل کوپل شده به سیستم هیدرولیک دارد و از طرفی نیز هوای سرد باعث افزایش ریسک عدم استارت دیزل را افزایش می دهد که در هر دو صورت چنانچه برنامه مدونی برای نگهداری موتور دیزل و تامین محل مناسب با دمای کنترل شده ، وجود داشته باشد ، بهترین گزینه برای جلوگیری از صدمات ناشی از توقف کوره گرم را خواهیم داشت.
جدول 3 – مقایسه موتور دیزل و بنزینی برای سیستم های تلفیقی هیدرولیک- دیزلی/بنزینی
بنزینی دیزلی
معایب:
1- مصرف سوخت بیشتر2- توان محدود
3- محدودیت خدمات و لوازم یدکی
محاسن:
1- استارت راحت تر در هوای سرد معایب:1- آلودگی بیشتر
2- نیاز به محیط گرم در فصل سرما
محاسن:
1- نیاز به محیط گرم در فصل سرما2- مصرف سوخت کمتر
3- توان بیشتر
با تجزیه و تحلیل مقایسه ای مزایا و معایب هر یک از روشهای فوق ، روش استفاده از سیستم "موتوردیزل – هیدرولیک – الکتروموتور " ، کاملا بهینه و منطقی بنظر می رسد.
درحال حاضر جهت راه اندازی سیستم مورد نظر می بایست نکاتی را در نحوه انتخاب تجهیزات و قطعات مورد توجه قرار داد که درصورت نیاز به طراحی داخلی ، اگاهی ازاین نکات الزامی خواهد بود.
سیستم هیدرولیک دور کمکی کوره ، نیروی خود را از دوران یک هیدروپمپ به دست می آورد. این دوران زمانی ایجاد میشود که یک سیال تحت فشار وارد محفظه هیدروموتور شود. وضعیت سیال توسط پمپ و شیرهائی جهت افزایش، کاهش و یا حفظ فشار به صورت مورد نیاز درآمده و میتواند نیروی لازم برای به حرکت درآوردن محور خروجی هیدروموتور را فراهم کند. بنابراین نیروی موجود درسیستم هیدرولیک با حداکثر فشار موجود در هیدرو موتور تعیین می شود.
دور کمکی هیدرولیک قادر است گشتاور کامل خود را در هر وضعیتی از دوران هیدرو موتور به گیربکس اصلی اعمال نماید. همچنین میزان دوران را میتوان در هر حدی از مسیر چرخش محدود ساخت. این در حالی است که در سیستم های برقی یا مکانیکی ، توقف کامل را تنها در انتهای مسیر دوران پس از ترمز میتوان کسب نمود.
ویژگیهای سیستم هیدرولیک کوره را به صورت زیر میتوان خلاصه نمود:
1- تغییر و تنظیم سرعت دوران در حالت ایجاد نیروی ثابت
2- تنظیم نیروی وارده به میزان مورد نیاز
3- قابلیت اندازه گیری و کنترل الکترونیکی نیروی وارده طی دوران کوره
نکات قابل توجه در طراحی سیستم هیدرولیک کوره :
تعیین فشار کاری سیستم
برای تعیین سطح فشار در یک سیستم هیدرولیک باید در نظر داشت که با بالا بردن فشار میتوان از المانهای هیدرولیکی کوچکتری برای رسیدن به تناژ مورد نظر، استفاده نمود. همچنین قطر لوله ها را میتوان کوچکتر انتخاب نمود. در نتیجه، هزینه ساخت سیستم هدرولیکی کوره کاهش می یابد. اما از طرف دیگر با افزایش فشار، روغن در سیستم زودتر داغ میکند، نشتی ها بیشتر و اصطکاک و سایش نیز افزایش می یابد. در نتیجه فاصله انجام سرویس ها باید کوتاهتر شود. همچنین نویز و پیکهای فشاری نیز افزایش یافته و خواص مطلوب دینامیکی سیستم کاهش می یابد. بنا براین ساخت چنین سیستمی نیاز به اطلاعات فنی و تجربه کافی دارد که در این زمینه با شرکتهای متخصص و کارشناسان مجربی گفتگو شده است .اجزاء اصلی سیستم هیدرولیک دور کمکی کوره
تجهیزات و عناصر مورد نیاز برای طراحی و ساخت / خرید داخلی / خرید خارجی ، برای هریک از کوره ها بشرح زیر می باشد:
1- موتور دیزل - 1 دستگاه
2- هیدروپمپ - 2 دستگاه
3- هیدروموتور- 3 دستگاه
4- شیرهای کنترل مسیر ، کنترل فشار ، کنترل دبی، مقسم جریان
5- هدایت کننده
6- پاور یونیت
در صورتی که قرار بر طراحی و ساخت داخلی باشد ، می توان با تهیه تجهیزات اینکار را انجام داد ولی بایستی قبل از شروع کار ، نکاتی را در رابطه با طراحی ، مد نظر قرار گیرد.
بطور مثال در سا یزینگ پمپ ها حدود ده درصد به دبی تعیین شده از طریق محاسبات تئوریک اضافه مینمایند.
در انتخاب شیر اطمینان (فشار شکن)، فشار تنظیمی باید ده درصد بیشتر از فشار کاری سیستم باشد.
برای انتخاب یک هیدروموتور حداقل موارد زیر باید مشخص گردد:
تعیین گشتاور و سایز هیدروموتور :
T(N.m) = 0.016 X ?P (bar) X Vg(cm3)• حجم جابجایی روغن بر حسب cm3
• حداکثر دبی مجاز عبوری از موتور و حداکثر سرعت
ثابت گشتاور برحسب Nm/bar . توسط این ثابت میتوان مقدار گشتاور موتور را در فشار های کاری مختلف محاسبه نمود.
حداکثر گشتاور موتور در اختلاف فشار ماکزیمم بر حسب Nm
در صورتی که بخواهیم طراحی و ساخت توسط شرکتهای داخلی ، انجام شود بایستی با شرکتهای موجود تماس گرفته شود که در این راستا فعالیتهایی انجام گرفته است.
نحوه انتخاب پمپهای هیدرولیک
اولین مرحله در انتخاب مدار تغذیه و تعیین پمپ مناسب برای یک کاربرد معین در سیستمهای هیدرولیک، بررسی تقاضاهای فشار/جریان در مدار است. ابتدا منحنی های جریان و فشار در یک سیکل زمانی باید بررسی شود. سپس همزمانی مصرف درالمانهای مختلف تعیین گردد. بدین نحو حداکثر جریان مورد نیاز مشخص میگردد. برای تعیین یک مدار تغذیه مناسب به موارد ذیل باید توجه نمود:1- در سایزینگ پمپ ها در عمل باید (10 % ) به دبی تعیین شده از طریق محاسبات تئوریک اضافه نمود.
2- در انتخاب شیر اطمینان (فشار شکن)، فشار تنظیمی باید (10 % ) بیشتر از فشار کاری سیستم باشد.
هر دو مورد (1) و (2) باعث میشود توان بیشتری در سیستم هیدرولیک تزریق شود.
3- اگر دبی پمپ در یک دور مشخص ( مثلا 1500 rpm ) ارائه شده باشد، برای بدست آوردن دبی پمپ در دور کاری (مثلا 1440 rpm ) از رابطه زیر میتوان استفاده نمود:
که در آن :
n1: دور تئوریک دوران پمپ (rpm )
n2 : دور کاری ( rpm)
: دبی پمپ در دور تئوریک ( lit/min )
: دبی پمپ در دور کاری ( lit/min )
فشار کاری در خروجی پمپ
این مشخصه تحت عنوان Operating Pressure-Outlet و با واحد bar ارائه می شود و نشانگر ماکزیمم فشاری است که پمپ قادر به ایجاد آن می باشد. البته لازم به یادآوری است که پمپها ایجاد جریان می کنند و قرار گرفتن یک مانع در برابر این جریان، باعث ایجاد فشار می گردد. فشار کاری معمول برای پمپ های دنده أی به صورت 250,225,200,175,150,100,50,10 بار می باشد.
فشار کاری در ورودی پمپ
این مشخصه تحت عنوان Operating Pressure-Inlet و با واحدbar ارائه میشود و نشانگر محدوده قابل قبول برای اعمال فشار در ورودی پمپ می باشد. ورودی پمپ را به خط مکش وصل مینمایند که توسط آن روغن از منبع به سمت پمپ مکیده میشود. در حقیقت مکش فقط یک کلمه است که برای نشان دادن سمت روغن گیری پمپ بکار میرود. اصولا مایعات قابل کشیده شدن نیستند بلکه فقط با نیروی فشار خارجی هل داده می شوند.
قدرت کشش یک پمپ بستگی به میزان اختلاف فشار سمت مکش پمپ و فشار هوای روی سطح مایع دارد. بنابراین حتی اگر یک پمپ بتواند تولید خلا مطلق کند، مقدار ارتفاع کشش مایع آن از حداکثر نیروی فشار جو تجاوز نمیکند و حد نهایی ارتفاع کشش را حداکثر فشار وارده بر سطح مایع از طرف هوای بیرون تعیین می کند و به قدرت پمپ بستگی ندارد از این رو ارتفاع مکش پمپها محدود می باشد و هر چه پمپ نزدیکتر به سطح مایع نصب شود، مایع راحت تر و آسان تر به سمت پمپ رانده میشود و احتمال ایجاد کاویتاسون کمتر میشود. به طور معمول فشار کاری در ورودی پمپ ها بین –0.3bar و +1.5bar می تواند باشد.
سرعت دوران پمپ
میزان دبی حجمی روغن که توسط پمپ ایجاد میگردد، تابع سرعت دوران آن میباشد. این سرعت برای پمپها ی مختلف عددی متغیر است. برای مثال بعضی پمپها را میتوان با دوری بین 500rpm و 5000rpm به دوران واداشت. با اینحال معمولا" مشخصات اصلی پمپها را در دور بخصوصی (1450rpm) ارائه می کنند.حجم جابجایی روغن
هر پمپ بسته به سرعت دوران خود به ازاء هر دور چرخش چرخدنده ها، مقدار معینی از روغن را جابجا می کند. واحدی که برای بیان حجم جابجایی بکار میرود معمولا cm3/rev میباشد. حجم جابجایی عددی است که تابع مشخصات ابعادی چرخدنده ها مانند قطر، مدول، پهنا، . . . و همچنین سرعت دوران پمپ میباشد. رنج معمول حجم جابجایی بین 3.5 و100 لیتر بر دور می باشد.دبی موثر
دبی موثر تولیدی توسط یک پمپ باعبارت Qeff مشخص میگردد ومقدار آن در یک سرعت دوران، ویسکوزیته و دمای کاری بخصوص تعریف میگردد. برای مثال در دور n=1450 rpm ،ویسکوزیته ?=36 cSt و دمای کاری t=50C? ، میزان دبی موثر را برای یک پمپ بر حسب lit/min تعیین مینمایند. به طور معمول محدوده دبی موثر یک پمپ دنده أی بین 2 تا 150 لیتر بر دقیقه می باشد.توان موتور راننده پمپ
پمپهای هیدرولیک معمولا توسط الکترو موتور بکار انداخته میشوند. توان موردنیاز برای دوران پمپ نیز بستگی به سرعت دوران، دمای کاری و ویسکوزیته روغن دارد. در این مورد نیز معمولا توان مورد نیاز را در دور n=1450 rpm ،ویسکوزیته ?=36 cSt و دمای کاری t=50C? ، بر حسب KW تعیین می نمایند. محده توان مورد نیاز برای پمپ دنده أی بین 1 تا 38 کیلو وات می باشد.در مورد سیستم دور کمکی کوره موتور دیزل از سمت مقابل الکتروموتور نصب می گردد . با توجه به محدودیتهای مالی شرکتهای طراح سیستم هیدرولیک پیشنهاد می گردد انتخاب موتور بعهده شرکت پیمانکار بوده و خرید آن توسط کارخانه باشد.
دمای کاری روغن
برای آنکه پمپ به صورت موثر بتواند دبی مورد نیاز را تامین نماید، دمای روغن در حال انتقال باید در محدوده مشخصی قرار داشته باشد. این محدوه برای روغن های معدنی بین -20 تا +70 می باشد.درجه ویسکوزیته
روغنی که پمپ میتواند به صورت موثر منتقل نماید باید دارای درجه چسپندگی بخصوصی باشد. رنج ویسکوزیته معمول برای پمپ های دنده ای بین 5 تا 300 سانتی استوک می باشد.فیلتراسیون
حداکثر ابعاد ذرات خاجی که اجازه ورود به پمپ را دارند باید توسط یک عدد مشخص نمود و سپس ذرات با ابعاد بزرگتر را توسط فیلتر مناسب جمع آوری نمود و مانع ورود آنها به پمپ گردید. بزرگترین ابعاد ذرات خارجی که اجازه ورود به پمپ را دارند معمولا کوچکتر از 25m می باشد.منبع:مقالات علمی ایران /
