ویسکومتر:

ویسکومتر وسیله ای برای سنجیدن میزان ویسکوزیته مایعات است.برای موادی که ویسکوزیته آنها با جریان یافتن تغییر می کند از ویسکومتر ویژه ای به نام رئومتر استفاده می گردد.در حالت کلی در یک ویسکومتر دو حالت وجود دارد:

یا مایع ویسکوز ساکن است و یک شی جانبی در داخل آن(ابزار اندازه گیری ویسکوزیته) حرکت می کند و یا وسیله اندازه گیری ویسکوزیته ساکن بوده و سیال ویسکوز حرکت می کند.نیروی کششی که سبب ایجاد حرکت نسبی سیال نسبت به سطح می شود می تواند به عنوان عاملی برای اندازه گیری ویسکوزیته به کار گرفته شود.حالت جریان باید به گونه ای باشد که عدد رینولدز به حدی کوچک باشد که بتوان جریان را آرام فرض نمود.در دمای 20 درجه سلسیوس ویسکوزیته آب 1.002mpa.s است و ویسکوزیته جنبشی آن (نسبت ویسکوزیته با دانسیته) برابر با 1.0038mm2/s است لازم به ذکر است مقادیر فوق جهت کالیبراسیون ویسکومتر ها به کار می رود.

ویسکومتر های استاندارد آزمایشگاهی برای مایعات:

این ویسکومتر ها برای سنجش ویسکوزیته مایعاتی با دانسیته معین به کار می رود.

ویسکومتر های U شکل(U-tube viscometers):

این نوع ویسکومتر ها بیشتر به افتخار ویلیام استوالد(Wilhelm Ostwald) با عنوان ویسکومتر استوالد(Ostwald viscometers)شناخته می شوند که به ویسکومتر های شیشه ای مویین هم مشهوراند.از انواع دیگر می توان به ویسکومتر های آبلهود(Ubbelohde viscometer) اشاره نمود.این نوع ویسکومتر اساسا از یگ لوله شیشه ای U شکل که بصورت عمودی و در یک حمام کنترل دما قرار دارد تشکیل شده است.در یک سمت این لوله یک مقطع عمودی با قطر باریک که دقیقا اندازه گیری شده است قرار دارد(یک لوله موئین با قطر مشخص).در بالای این قسمت یک منطقه بر آمده قرار دارد و یک بر آمدی دیگر پایین تر از آن در سمت دیگر لوله قرار داده شده است که در هنگام استفاده سیال بوسیله یک مکنده(Suction) از محفظه پایینی به محفظه بالایی کشیده می شود و سپس اجازه داده می شود تا از طریق لوله موئین به محفظه پایینی جریان یابد.دو نشانه موجود در بالا و پایین محفظه بالایی حجم مشخصی را نشان می دهند که زمان مورد نیاز تا انتقال سیال بین این دو نشان با ویسکوزیته جنبشی متناسب است.اکثر واحد های تجاری یک فاکتور تبدیل برای این مورد تهیه می کنند که با یک مایع با مشخصات کاملا معین(مثلا آب مقطر) کالیبره می شود.

زمان مورد نیاز برای انتقال کل سیال مورد آزمایش از محفظه بالایی به پایینی که بین دو شاخص محفظه بالایی قرار گرفته است به دقت اندازه گرفته می شود با ضرب زمان بدست آمده به ضریب تبدیل ویسکومتر ویسکوزیته جنبشی سیال محاسبه می شود. به دلیل تاثیر دما در ویسکوزیته سیل این ویسکومتر ها اغلب در یک دمای ثابت و در داخل یک حمام آب قرار می گیرند.

اینگونه ویسکومتر ها اغلب بصورت ویسکومتر هایی با جریان مستقیم و یا معکوس رده بندی می شوند.

ویسکومتر های جریان معکوس دارای یک مخزن در قسمت بالای نشانه ها هستند ولی در ویسکومتر های با جریان مستقیم این مخزن در زیر شاخص ها قرار دارد.گونه ای از ویسکومتر ها هم وجود دارند که بصورت ترکیبی از دو ویسکومتر مذکور هستند که برای اندازه گیری ویسکوزیته مواد کدر(مات) یا مواد لکه زا (آلاینده)طراحی شده اند به عبارت دیگر سیال دیواره را آلوده می کند و شناسایی عبور کل سیال بین دو شاخص و در نتیجه اندازه گیری زمان دقیق را غیر ممکن می سازد ویسکومتر ترکیبی این اجازه را به اپراتور می دهد که بجای اندازه گیری زمان تخلیه سیال بین دو شاخص مخزن بالا زمان پر شدن مخزن پایینی را اندازه بگیرد و این امر تا حد زیادی از خطای ویسکومتری می کاهد.

ویسکومتر های سقوطی(Falling sphere viscometers):

قانون استوکس(Stokes" law)اساس ویسکومتر های سقوطی را تشکیل می دهد.در صورتی که سیال بصورت استاتیک در داخل یک لوله عمودی شیشه ای قرار دارد اجازه می دهیم یک شار فلزی کوچک که اندازه و دانسیته آن مشخص است در داخل سیال سقوط کند .اگر شما بتوانید سرعت سقوط شار( مدت زمان لازم برای عبور شار از میان دو شاخص) را به درستی ثبت نمایید(برای راحتی کار و دقت بالا می توان از حسگر های الکترونیکی برای این کار استفاده نمود.).با در دست داشتن سرعت شار،اندازه و دانسیته شار و دانسیته سیال مورد نظر می توان از قانون استوکس برای محاسبه ویسکوزیته سیال استفاده نمود.یک سری از گلوله های فلزی با اندازه ها متفاوت جهت بالا بردن دقت محاسبات باید به کار گرفته شوند.در آزمایش ها معمولا از گلیسیرین به عنوان سیال استفاده می شود که دانشجویان با استفاده از تکنیک مذکور ویسکوریته آن را محاسبه می کنند ولی می توان از انواع روغن ها و یا مواد پلیمری برای این منظور استفاده نمود.

در سال 1851 آقای جرج گابریل استوکس(George Gabriel Stokes) رابطه ای را برای محاسبه نیروی اصطکاکی(نیروی کششی) بدست آورد که از قرار زیر است:

که در این رابطه داریم:

? F is the frictional force,

? r is the radius of the spherical ,

? η is the fluid viscosity, and

? v is the particle"s velocity.

اگر شی مربوطه در داخل یک سیال ویسکوز با نیروی وزن خود سقوط کند و می توان سرعت سقوط آن را از رابطه زیر محاسبه کرد:

که در این رابطه داریم:

? Vs is the particles" settling velocity (m/s) (vertically downwards if ρp > ρf, upwards if ρp < ρf),

? r is the Stokes radius of the particle (m),

? g is the gravitational acceleration (m/s2),

? ρp is the density of the particles (kg/m3),

? ρf is the density of the fluid (kg/m3), and

? μ is the (dynamic) fluid viscosity (Pa s).

باید توجه داشت که قانون استوکس با فرض کوچک بودن رینولدز بدست آمده است.

ویسکومتر های لرزشی(Vibrational viscometers):

مبنای کار ویسکومتر های لرزشی اندازه گیری مقدار کاهش نوسانات الکترومغناطیسی لرزاننده هنگام لرزش در داخل سیال مورد آزمایش است.لرزاننده معمولا بصورت دورانی(بوسیله یک سگدست متصل به یک موتور الکتریکی) یا ارتعاشی(بصورت دیاپازونی) کار می کنند .هر قدر ویسکوزیته سیال بالا باشد به همان میزان هم میزان افت لرزش های ایجاد شده توسط لرزاننده بیشتر خواهد بود.

میزان کاهش ارتعاشات لرزاننده می تواند با یکی از روش های زیر اندازه گزفته شود:

1.اندازه گیری مقدار انرژی لازم جهت ثابت نگه داشتن دامنه ارتعاشات نوسانگر در یک دامنه ارتعاشی مشخص.در این روش باید متذکر شد در سیالاتی با ویسکوزیته بالا انرژی بیشتری جهت ثابت ماندن دامنه ارتعاشی نوسانگر باید مصرف شود.

2. اندازه گیری زمان لازم جهت توقف کامل نوسانگر بعد از خاموش شدن آن.در این روش باید متذکر شد زمان لازم جهت توقف نوسانگر با ویسکوزیته سیال متناسب است و هر اندازه ویسکوزیته بالا باشد مدت زمان لازم جهت توقف نوسانگر نیز کمتر خواهد بود.

3. اندازه گیری فرکانس نوسانگر بصورت تابعی از کنش وارد شده به سیال و واکنش سیال نسبت به آن که در این روش هم سیالاتی با ویسکوزیته بالا به نسبت تغییر فرکانس بیشتری هنگام تغییر فاز از خود نشان می دهند.

نتیجه ارائه شده توسط دستگاه های سنجش ویسکوزیته با روش ارتعاشی به دلیل عدم اندازه گیری تنش سطحی(shear field) جهت اندازه گیری ویسکوزیته سیالاتی که رفتار جریانی آن برای کاربر نامشخص است نمی تواند قابل اطمینان باشد.

ویسکومتر های لرزشی برای اندازه گیری ویسکوزیته درطی فرآیندهای صنعتی به کار می رود.

در اینگونه ویسکومتر ها سنسور به میله نوسانگر متصل می شود .تغییرات دامنه نوسانگر با ویسکوزیته سیالی که بخش لرزاننده ویسکومتر را می پوشاند متناسب است.این روش برای اندازه گیری ویسکوزیته سیالات ژلاتینی و سیالاتی با ویسکوزیته بالا (بالای 1000pa.s) کاربرد دارد.در حال حاظر به دلیل کارایی بالای این ویسکومتر ها صنایع توجه خود را معطوف استفاده بهینه از اینگونه ویسکومتر ها نموده و سعی در افزایش دقت و کارآیی این نوع دارند.

این دسته از ویسکومتر ها بسیار مستحکم بوده و تمام اجزای آن از مقاومت بالایی برخوردار هستند و تنها قسمت حساس آنها حسگر کوچک تعبیه شده در بخش لرزاننده است به همین دلیل می توان ویسکوزیته انواع مواد مختلف بخصوص سیالات اسیدی را با این نوع اندازه گرفت به شرط آنکه :یا سیال را در داخل یک پوشش خاص قرار داد و یا حسگر را از مواد مقاوم در برابر اسید ساخت که می توان به 316L, SUS316, Hastelloy, or enamel اشاره کرد.

ویسکومتر های دورانی(Rotation viscometers):

اینگونه ویسکومتر ها بر ایده اندازه گیری مقدار گشتاور لازم جهت به چرخش در آوردن یک جسم خارجی در داخل سیال استوار هستند که می تواند راهی برای اندازه گیری ویسکوزیته سیال باشد.

به عنوان مثال ویسکومتر های بروکفیلد(Brookfield-type)بر مبنای اندازه گیری مقدار گشتاور لازم جهت چرخش یک دیسک با سرعتی مشخص در داخل سیال کار می کنند.

در ویسکومتر هایCup and bob مقدار معینی سیال در داخل مخزن مخصوصی ریخته می شود و گشتاور لازم جهت چرخش یک دیسک در داخل سیال با یک سرعت مشخص به دقت اندازه گیری شده و گراف های آن رسم می شوند.

در کل دو نوع مشخص از این نوع ویسکومتر ها مورد استفاده قرار می گیرد که با نام های تجاری"Couetteو "Searle"شناخته می شوند که اختلاف آنها در چرخش فنجانی و شاغولی است.دوران فنجانی در بسیاری از موارد بر دوران شاغولی ارجحیت دارد زیرا در این روش امکان کنترل جریان های گردابی بهتر صورت می گیرد.اما در این متد ثابت نگه داشتن دمای سیال تا حدی دشوار است.

ویسکومتر های استابینگر(Stabinger viscometer):

با تغییر ویسکومتر های نوع چرخشی(Couette rotational viscometer)و ساخت این نوع ویسکومتر ها به دقت بسیار بالایی در اندازه گیری ویسکوزیته جنبشی سیال می توان دست یافت.سیلندر داخلی ویسکومتر های استابینگر(Stabinger Viscometer) گود تر و نسبت به ویسکومتر های نوع قبلی سبکتر طراحی شده اند به همین دلیل به آسانی در داخل نمونه شناور می گردند و به دلیل نیروی گریز از مرکز دقیقا در بخش مرکزی قرار می گیرند.اندازه گیری سرعت و گشتاور در این نوع با اندازه گیری چرخش میدان مغناطیسی و حرکات گردابی و بدون هیچگونه تماس مستقیمی صورت می گیرد.که این امر دقت فوق العاده 50pN.m و دامنه وسیع سنجش0.2 to 20,000 mPa·s را برای این نمونه امکان پذیر نموده است.

قابل ذکر است که این نوع ویسکومتر برای اولین بار توسط Anton Paar GmbH در سال 2000 معرفی گردید که این ویسکومتر به افتخار دکتر استابینگر(Dr. Hans Stabinger.)به این نام نامیده شد

ایران موفق به تولید کوپلیمر «وینیل استات اتیلن» با قابلیت استفاده گسترده در صنایع رنگ و چسب‌سازی شد

به گزارش سرویس پژوهشی خبرگزاری دانشجویان ایران(ایسنا)، لاتکس‌های تولیدی می‌توانند ضمن مصرف به عنوان پایه رنگ، جایگزین مناسبی برای رنگ‌های بر پایه کوپلیمرهای آکریلیکی که هم اکنون کاملا وارداتی هستند، باشند. همچنین با توجه به تولید مواد اولیه در داخل کشور این پروژه می‌تواند پس از طی مراحل طراحی صنعتی و تهیه دانش فنی به مرحله تولید صنعتی وارد شود.

از مونومر وینیل استات به روش پلیمریزاسیون امولسیونی، پلی وینیل استات تهیه می‌شود که مصرف عمده آن به عنوان چسب به ویژه چسب چوب به شکل لاتکس غلیظ با ویسکوزیته بالا است.

از این پلیمر همچنین به عنوان پایه‌ رنگ‌های ساختمانی به شکل لاتکس استفاده می‌شود؛ اما از آنجا که این پلیمر پس از خشک شدن، سخت و شکننده است برای رفع سختی آن از مواد نرم کننده نظیر دی اتیل فتالات یا دی متیل فنالات استفاده می‌شود که به علت بزرگی مولکولهایشان بین زنجیره‌های پلیمری فاصله انداخته و باعث نرمی پلیمر می‌شوند. اما این‌گونه مواد به علت عدم پیوند شیمیایی با پلیمر به مرور زمان از پلیمر خارج شده و پلیمر شکننده می‌شود.

راه دیگر استفاده از مونومرهای نرم کننده نظیر دی بوتیل مالئات، بوتیل اکریلات یا اتیلن و پلیمریزه کردن آنها با وینیل استات است؛ بدین ترتیب این مونومرها در زنجیر پلی وینیل استات قرار می‌گیرد و نرمی دائمی در پلیمر ایجاد می‌کنند. حمید صالحی مبارکه و محمد رضا رستمی درونکلا، محققان پژوهشگاه پلیمر در این تحقیق به علت ارزانی و تولید اتیلن در صنعت پتروشیمی کشور، ‌غیر سمی بودن آن و ایجاد کوپلیمری با خصوصیات خوب مقاوم در برابر اشعه ماورا بنفش (UV) و مواد قلیایی نسبت به هموپلیمر وینیل استات از این مونومر استفاده کرده‌اند.

با توجه به تولید وینیل استات در صنعت پتروشیمی و قابلیت تولید راکتورهای مورد نیاز و مصارف متعدد کوپلیمر وینیل استات - اتیلن در صنایع چسب و رنگ و ساختمانی این پروژه دارای توجیه فنی و اقتصادی می‌باشد

چرخدنده سیاره ای

قبل از اینکه به سراغ چرخدنده سیارهای برویم لازم است تعریفی از سیستم انتقال قدرت داشته باشیم.
در اینجا به تعریفی از سیستم انتقال نیرو در سیستم اتوماتیک اتومبیل می پردازیم :

سیستم انتقال نیرو چیست؟

سیستم انتقال نیرو مجموعه ای است که به انتهای موتور متصل است و قدرت موتور را به چرخ های محرک می رساند. هر اتومبیل در محدوده ی خاصی از دور موتور RPM (Reudution PER Minute) به حداکثر کارکرد خود می رسد. یک سیستم انتقال نیروی مناسب ضمن نگهداشتن دور موتور در این محدوده قدرت موتور را به چرخ های محرک انتقال می دهد تا اتومبیل به بهترین وجه رانده شود. این کار به وسیله ی ترکیب دنده ها و محورهای متعدد صورت می گیرد. زمانی که اتومبیل روی دنده ی یک است، دور موتور بسیار بالا تر از دور چرخ های محرک است. در حالی که در دنده های بالا موتور حتی در سرعت های بالا تر از 70 MPH (110km/h ) آزاد کار می کند. به غیر از دنده های جلو هر گیر بکس اتوماتیک دارای یک وضعیت خلاص است که سیستم انتقال نیرو را از چرخ های محرک جدا می کند. دنده ی عقب باعث می شود که چرخ های محرک در جهت معکوس گردش کنند که اجازه ی عقب رفتن به اتومبیل می دهد. در نهایت در این گیربکس ها یک وضعیت پارک (park position) نیز وجود دارد. در این وضعیت یک مکانیزم قفل کننده درون شفت اصلی وارد می شود و چرخ های محرک را قفل می کند تا آن ها را از چرخش باز دارد.
دو نوع سیستم انتقال نیرو وجود دارد:
1) دفرنسیال عقب (rear wheel drive)
2) دفرنسیال جلو(front wheel drive)

در اتومبیل های دیفرانسیل عقب سیستم انتقال نیرو معمولا پشت موتور ، زیر برآمدگی وسط کف اتومبیل در امتداد پدال گاز سوار می شود. برای اتصال محور محرک که عقب اتومبیل قرار دارد به سیستم انتقال قدرت از یک میل گردان (drive shaft) استفاده می شود تا قدرت را به محور انتقال دهد. شار قدرت در این سیستم ها ساده است؛ به صورتی که قدرت به صورت مستقیم از اتومبیل به مبدل گشتاور (torque converter) و سپس سیستم انتقال قدرت و میل گردان(drive shaft)منتقل می شود تا جایی که به محور محرک (final drive) برسد و در آن جا تقسیم شده و به دو چرخ فرستاده می شود.

در یک اتومبیل دیفرانسیل جلو ، سیستم انتقال قدرت و محور جلو با هم ترکیب شده و قطعه ای به نام ترانس اکسل (transaxle) ساخته می شود. در اتومبیل های دیرانسیل جلو موتور اصولا به صورت عرضی سوار می شود و اکسل در پایین، جلوی موتور قرار دارد. محور های جلو مستقیما به اکسل متصلند و نیروی رانشی چرخ ها را فراهم می کند. در چنین ساختاری شار قدرت از موتور به سمت مبدل گشتاور جاری می شود و سپس توسط سلسله شاره گر هایی پس از تغییر جهت °180 به سمت سیستم انتقال نیرو که در کنار موتور است می رود. در این قسمت قدرت از طریق سیستم انتقال قدرت مستقیما به محور محرک فرستاده می شود و پس از تقسیم به چرخ ها منتقل می شود.
چینش های دیگری در اتومبیل های دیفرانسیل جلو که موتور آن ها به صورت طولی قرار می گیرد، وجود دارد. همچنین خودرو هایی موجود است که هر دو محور عقب و جلو در آن ها محور محرک است؛ اما دو سیستم فوق الذکر معمول ترین چینش های انتقال قدرت هستند. از جمله ی دیگر چینش ها می توان به مدلی اشاره کرد که موتور، سیستم انتقال و تبدیل نیرو و محور محرک همگی در قسمت عقب ماشین قرار دارند. این چینش یشتر در ماشین های پورشه(Porsche) معمول است.

اجزای سیستم انتقال نیرو:

سیستم های انتقال نیروی اتوماتیک مدرن از قطعات بی شماری تشکیل شده اند که همه به صورت یک سیستم مکانیکی، هیدرولیکی، الکترونیکی هوشمند کار می کنند. این تکنولوژی در طول سال های گذشته توسط افراد مستعد رشد و نمو داشته است. در این جا با توضیحات ساده و به دور از پیچیدگی های خاص به شرح کار می پردازیم. برای تصور کردن نحوه ی کار قطعات باید در تصور خود آن ها را مجسم کنید.
قطعات اصلی تشکیل دهنده ی یک سیستم انتقال نیروی اتوماتیک عبارت اند از:
a) گروه دنده های سیارکی ( (set planetary gearسیستم هایی مکانیکی اند که نسبت دور موتور و چرخ ها را تنظیم می کنند.
b) سیستم هیدرولیکی (hydraulic system) که با فشار روغن را توسط پمپ روغن از طریق محفظه ی سوپاپ به گیربکس می فرستد تا کلاچ ها و رشته ها عمل کنند و در نتیجه گروه دنده های سیارکی کنترل می شوند.
c) آب بند ها و واشرها (seals & gaskets) که برای جلوگیری از نشت روغن پر فشار استفاده می شوند.
d) مبدل گشتاور پیچشی (torque Converter) که شبیه به یک کلاچ عمل می کند و به اتومبیل در حالی که در دنده است و موتور در حال گردش با دور بالاست ، اجازه ی ایست یا کم کردن سرعت می دهد.
e) گاورنور ((governor و تعدیل کننده (modulator) که سرعت اتوموبیل ، وضعیت پدال گاز را کنترل می کند تا زمان تعویض دنده را محاسبه کند. در ماشین های جدید تر تعویض دنده توسط کامپیوتر کنترل می شود. کامپیوتر از بوبین های کوچک برای ارسال روغن در زمان مناسب به جزء مناسب برای تعویض دنده استفاده می کند.

دستگاه دنده خورشیدی:

تعریف اولیه: یکی از جالب ترین چرخ دنده هایی که اختراع شده است، چرخ دنده خورشیدی است. فرض کنید می‌خواهید دو چرخ دنده داشته باشید که سرعت یکی n برابر دیگری باشد، اما جهت چرخش آنها با هم یکی باشد. برای این کار از چرخ دنده خورشیدی استفاده می شود.

مجموعه چرخدنده سیاره ای

یک مجموعه خورشیدی و یا سیاره ای مطابق شکل شامل یک دنده خورشیدی یا دنده مرکزی (زرد) که با دنده های هرز گرد سیاره ای یا پنیونها که روی محور نگهدارنده ان به طور یکپارچه روی قفسه یا حامل سیاره ای(سبز) قرار گرفته و قفسه هم در داخل دنده داخلی یا رینگی(ابی) احاطه شده است. محور چرخ دنده خورشیدی ثابت و محور چرخ دنده های سیاره ای متحرک است . مجموعه چرخ دنده های اپی سیکلیک (سیاره ای)اغلب زمانی مفید هستند که نسبت سرعت به گشتاور زیادی در یک مجموعه فشرده از چرخ دنده ها مورد نیاز باشد.
تنش های محرک روی دندانه های زیادی وارد میشود و بنابراین بار متعادل میگردد درنتیجه این طرح دوام زیادتری پیدا میکند . دنده های خورشیدی نسبت به دنده های استاندارد میتوانند مقاومتر باشند وگشتاورهای زیاد را انتقال دهند.
عضوهای مجموعه خورشیدی (رینگی ،خورشیدی ،قفسه )در گیربکسهای اتوماتیک به وسیله ی کلاچ ها و باندهایی ثابت و یا محرک میشوند. در حالت کلی میتوان پنج حالت مختلف را در مجموعه مورد بررسی قرار داد.البته باید دانست که مجموعه نمیتواند پنج حالت را در گیربکس داشته باشد.در گیربکس ها برای ایجاد نسبت دنده ی مناسب از دو و یا سه مجموعه استفاده میکنند.
برای بررسی حالت ها باید به چند نکته توجه کرد
تعداد دنده های خورشیدی < تعداد دنده های رینگی < تعداد دنده های قفسه
منظور از محرک ،عضوی است که گشتاور ورودی به ان وارد میشود و نیرو را به عضو متحرک منتقل میکند.
نسبت دنده برابر است با تعداد دنده های متحرک تقسیم بر تعداد دنده های محرک

حالت های مختلف موجود در دستگاه :

1)قانون خلاص : هیچ عضوی درگیر نمی باشد.
2)قانون مستقیم که کافی است دو عضو با هم یکپارچه شوند.
3) دنده عقب : در این حالت قفسه ثابت می شود و دو حالت خواهیم داشت که حالت مطلوب ان این است که خورشیدی محرک باشد و رینگی متحرک باشد. چون در این حالت افزایش گشتاور خواهیم داشت .حالت دوم افزایش نسبت دنده خواهیم داشت که برای دنده عقب مناسب نیست.
4) قانون دنده سنگین : که دو حالت دارد
(قفسه متحرک – رینگی محرک – خورشیدی ثابت)
( قفسه متحرک– رینگی ثابت – خورشیدی محرک )بیشترین افزایش گشتاور
5)قانون اور درایو:
(قفسه محرک – رینگی ثابت – خورشیدی متحرک )بیشترین افزایش نسبت دنده
(قفسه محرک – رینگی متحرک – خورشیدی ثابت)

بررسی انتقال قدرت در مجموعه خورشیدی

برای بررسی حالت ها باید ادراک خوبی داشت تا جهت دور اجزا را مجسم کرد. اگر ماکت این مجموعه را داشته باشید درک آن آسان تر خواهد بود .
برای هر دنده باید جهت دور خورشندی ،رینگی ، قفسه و پنیون ها را باید درنظر گرفت.
جهت چرخش رینگی و پنیون همواره موافق یکدیگرند به علت دنده داخلی بودن رینگی و جهت چرخش خورشیدی و پنیون مخالف یکدیگرند همانند دو چرخ دنده ی خارجی

بررسی یکی از حالت ها (قانون دنده سنگین )خورشیدی محرک - قفسه متحرک - رینگی ثابت

همانطور که مشاهده میکنید قدرت (دور) از خورشیدی که موافق عقربه های ساعت میچرخد به قفسه منتقل میشود ،چون رینگی ثابت است در نتیجه پنیون ها مخالف میچرخند. جهت چرخش قفسه (خروجی ) در جهت موافق خواهد بود چون راه گریزی ندارد.
در جدول زیر حا لت های کلی انتقال نیرو در مجموعه ی چرخدنده به نمایش در آمده است :

کاربرد چرخدنده سیاره ای:

یک مورد کاربرد چرخدنده سیاره ای در سیستم تعویض دنده طراحی شده برای گیربکس‌های اتوماتیک موسوم به سیستم تعویض دنده آنتونو می‌باشد. در گیربکس‌های اتوماتیک مرسوم، تعویض دنده از یک دنده به دنده دیگر به صورت پله‌ای اتفاق می‌افتد و این باعث تغییر لحظه‌ای سرعت می‌گردد. در سیستم آنتونو، در حالت گذر از یک دنده به دنده دیگر، سیستم کلاچ وظیفه انتقال قدرت را بعهده می‌گیرد، لذا هیچ وقت انتقال نیرو از موتور به چرخ منقطع نمی‌شود. همین امر موجب می‌شود که احساس رانندگی بهتری بوجود آید. سیستم تعویض دنده خودکار آنتونو (AAD) از یک ایده کاملاً واضح و ساده استفاده می‌کند. تغییر دنده‌ها بوسیله دو نیرویی که بطور طبیعی در حین انتقال قدرت بوجود می‌آیند صورت می‌گیرد. دو نیرویی که جایگزین المانهای مصرف کننده انرژی در گیربکسهای اتوماتیک موجود می‌شوند. یکی از این دو نیرو، نیروی محوری ایجاد شده در اثر درگیری چرخ‌دنده‌های مارپیچ است که تمایل دارد چرخ دنده‌های درگیر را در امتداد شفت‌هایشان از یکدیگر دور کند. دیگری نیروی گریز از مرکز ایجاد شده بوسیله اجسام دوار می‌باشد. اگر تعادل بین این دو نیرو یعنی نیروی گریز از مرکز و نیروی محوری در یک نمونه کلاچ بررسی شود، عملکرد این سیستم بهتر درک می‌شود. کاملاً باز می‌شود. بدین ترتیب نسبت تبدیل کاهنده (دنده یک) بطور یکنواخت ایجاد می‌گردد.در حین شتاب، گشتاور از طریق شفت ورودی اعمال می‌شود. نیروی محوری ایجاد شده از درگیری چرخ دنده‌های مارپیچ، چرخ‌دنده حلقه‌ای را به سمت باز شدن کلاچ رانده و آن را در وضعیت باز نگه می‌دارد و در نتیجه انتقال قدرت از طریق مجموعه چرخ دنده سیاره‌ای اتفاق افتاده و یک نسبت تبدیل کاهنده دور که اولین نسبت تبدیل است شکل می‌گیرد. در این حالت چرخ دنده خورشیدی مجموعه سیاره‌ای با کمک یک سیسم جانبی قفل است. در وضعیت انتقالی (حالت گذر از دنده یک به دو) نیروی محوری با نیروی گریز از مرکز برابر می‌شود و کلاچ شروع به لغزش می‌کند به محض اینکه این لغزش افزایش می‌یابد نیروی محوری کاهش خواهد یافت. بخشی از توان از طریق کلاچ انتقال می‌یابد که باعث می‌شود نیروی محوری بطور تصاعدی حذف شده و کلاچ بطور کامل بسته شود. در این حین، نسبت تبدیل بصورت پیوسته تا لحظه یکی شدن دور شفت ورودی و خروجی که نسبت تبدیل دوم است، کاهش می‌یابد. در حین حرکت در دنده دو که هیچ نسبت تبدیلی از طریق چرخ‌دنده‌ها صورت نمی‌گیرد، نیروی گریز از مرکز از نیروی محوری که در این حالت مقدار آن صفر است بزرگتر بوده و کلاچ را همواره بسته نگه می‌دارد. در این حال به منظور کاهش استهلاک چرخ‌دنده‌های مجموعه سیاره‌ای می‌توان قفل چرخ‌دنده خورشیدی مجموعه را برداشت.
در فرایند دنده معکوس، در اثر افزایش بار روی شفت خروجی یا کاهش گشتاور روی شفت ورودی دور پایین می‌آید. با پایین آمدن دور، نیروی گریز از مرکز کاهش یافته و دیگر برای بسته نگه داشتن کلاچ کافی نبوده و بنابراین لغزش کلاچ شروع خواهد شد. به محض شروغ لغزش مجموعه، چرخ‌دنده خورشیدی مجدداً فعال شده و در اثر نیروی محوری درگیری چرخ‌دنده‌های مارپیچ، کلاچ کاملاً باز می‌شود. بدین ترتیب نسبت تبدیل کاهنده (دنده یک) بطور یکنواخت ایجاد می‌گردد.
منابع :
http://njavan.ir
http://www.sames.ir
http://www.irsme.ir
http://tuningsystem.blogfa.com

پمپ (1)

تعریف پمپ

ُپمپ یا تُلُمبه وسیله‌ای مکانیکی برای انتقال مایعات است که با افزایش فشار جریان آن، امکان جابجایی مایعات را به ارتفاعی بالاتر (با افزایش هد) یا حتی پایین دست (معمولاً حوضچه یا مخزن) فراهم می‌آورد.
به طور کلی پمپ به دستگاهی گفته می شود که انرژی مکانیکی را از یک منبع خارجی اخذ و به سیال مایعی که از آن عبور می کند، انتقال می دهد. در نتیجه انرژی سیال پس از خروج از این دستگاه (پمپ) افزایش می یابد. به عبارت دیگر پمپ دستگاهی است که انرژی مکانیکی را به انرژی هیدرولیکی تبدیل می کند و نتیجه آن افزایش انرژی پتانسیل (فشار سیال عبوری از پمپ )و یا انرژی جنبشی (سرعت سیال) و انتقال سیال می باشد. در پمپ ها تغییرات انرژی سیال همواره به صورت تغییر فشار سیال مشاهده می گردد. از پمپها برای انتقال سیال به یک ارتفاع معین و یا جا به جایی آن در یک سیستم لوله کشی و یا هیدرولیک استفاده می نمایند. به عبارت کلی تر از پمپ برای انتقال سیال از یک نقطه به نقطه دیگر استفاده می کنند

تاریخچه :

نیاز انسان به آب و جابجایی آن از نقطه ای به نقطه ای دیگر سبب شد که انسان به فکر ساخت دستگاهی که این مشکل رابرطرف کند بیافتد. اولین نمونه های پمپ ها که نیروی محرک آنها توسط انسان یاحیوانات تامین میشد، توسط مصریان باستان در 17 قرن پیش از میلاد مسیح ساخته شد و مورد استفاده قرار گفتند.آنها توانسته بودند آب را با پمپ های رفت و برگشتی از عمق 91.5 متر ی زمین بیرون بکشند. در یونان باستان نیز پمپ های رفت و برگشتی با طرح ساده 4 قرن قبل از میلاد ساخته شده بود. تاریخ مشخصی در مورد ابداع پمپهای سانتریفیوژوجود ندارد ،اما گفته میشود که نقاشیهای لئوناردو داوینچی در قرن پانزدهم میلادی نشان میدهد که چگونه با اعمال نیروی گریزازمرکز به آب درون یک لوله خمیده ، آب را تا مقدار معینی بالا برد.
اولین پمپ های سانتریفیوژ در اواخر قرن هفدهم و اوایل قرن هجدهم توسط مهندسین فرانسوی و ایتالیایی ساخته شده و کاربرد عملی یافتند (1732). در نیمه های قرن نوزدهم عیب اصلی پمپهای رفت و برگشتی که عبارت از مقدار جریان پایین می باشد، موجب این شدکه پمپ های سانتریفیوژ با استقبال بیشتری روبرو شوند و جایگاه وسیعتری در صنعت پیدا کنند.

اساس مکش پمپ ها

هوا در سطح زمین دارای فشاری معادل 6/14 پوند بر اینچ مربع و یا یک کیلوگرم بر سانتیمتر مربع می باشد. لوله طویلی را در نظر بگیرید که یک انتهای آن بسته شده است، اگر این لوله را پر از آب کرده و آن را بطور وارونه در تشک حاوی آب قرار دهیم، سطح آب در درون لوله رفته پایین می آید و این عمل تا زمانی که فشار هوای خارج ( اتمسفر ) و فشار حاصل از ستون آب به درون لوله به یک اندازه برسند، ادامه خواهد یافت. به تجربه دیده شده است که تعادل مذکور هنگامی حاصل می گردد که ارتفاع آب درون لوله برابر با 32 فوت ( 10 متر ) باشد.
بنابراین ستونی از آب به ارتفاع 10 متر، دارای فشاری معادل یک کیلوگرم بر سانتیمتر مربع است.
حال چنانچه لوله ای طویل را در یک انتها مسدود نموده و انتهای دیگر آن را به ظرف حاوی آب وارد سازیم و هوای درون لوله را تخلیه کنیم، خواهیم دید که آب لوله با فشار اتمسفر ( یک کیلوگرم بر سانتیمتر مربع ) به طرف بالا حرکت می کند.
اگر بتوان تمام هوای درون لوله را تخلیه نمود، سطح آب درون لوله تا ارتفاع 32 فوت بالا می رود.انجام این کار، یعنی تخلیه کامل هوا و صعود سطح آب به ارتفاع 10 متری امکان پذیر نیست، چرا که حدوداً در ارتفاع 6 تا 7/6 متر عمل بالا رفتن متوقف می گردد و سطح آب به صورت ساکن، باقی می ماند. علت این امر وجود وزن ستون آب است که در عمل تعادل فشار هوای بیرون و درون لوله مداخله نموده و این عمل را تسریع می بخشد. اولین کار پمپ عبارت است از تخلیه هوا از درون لوله مکش، این عمل باعث می شود که فشار اتمسفر بتواند به مایعات فشار وارد نموده و آن ها را به قسمت چرخنده پمپ و یا پیستون هدایت نماید. باید بخاطر سپرد که پمپ باید حداکثر بین ارتفاع 6 تا 7/6 متری از سطح مایع قرار گیرد تا بتواند عمل جابجایی مایع را به خوبی انجام دهد.کـار دوم پمپ عبارت است از دادن انرژی به مواد سیال و هدایت آن ها از محفظـه پمپ ( محل قرار گرفتن قسمت چرخنده ) به مقصد نهائی.

اجزا اصلی و ساختمان مکانیکی:

هر پمپ گریز از مرکز دارای سه بخش اصلی زیر است که هرکدام از آنها از
اجزای مختلفی تشکیل شده است:
1- محرک 2- محفظه آب بندی 3 – پوسته
- محرک: در پمپ های دوار معمولا از سه نوع محرک الکترومغناطیسی
(الکتروموتور) ،دیزلی وتوربینی استفاده میشود.
محرک الکترو مغناطیسی یک ژنراتور بوده که انرژی الکتریکی رابه حرکت دورانی تبدیل می کند.محرک توربینی به کمک انرژی بخار آب ؛محور پمپ را می چرخاند. محرک دیزکی نیز موتوری است که با سوخت فسیلی معمولا گازوئیل کار میکند.خروجی محرک به کمک کوپلینگ به میل محور پمپ متصل شده و این میل محور وارد محفظه آب بندی میشود . در این محفظه دو یاتاقان (ساچمه ای) قرار داشته که درون روغن غوطه ورمیباشندوحکم تکیه گاههای میل محور رادارند.انتهای میل محور به یک پروانه که درون پوسته جا دارد متصل شده است.
- پوسته: که قسمت عمده آن پروانه و شافت است.

الف – پروانه

Impeler : ایمپلرها با انواع مختلف یک دهنه ،دودهنه،باز،
اصولا پروانه های دودهنه دارای نیروی محوری Trust کمتر اما هزینه ساخت گرانتر میباشند.همچنین پروانه های باز و نیمه باز از نظر هزینه ساخت ارزانتر میباشند.مشخصه های مایع و وجود ذرات جامد،روانی وناروانی مایع وپارامترهایی ازاین قبیل درنوع استفاده از ایمپلرموثرهستند.پروانه های باز درپمپ های محوری وبسته در پمپ های شعاعی بکار میروند.که برای نوع باز برای مایعات حاوی ذرات جامد و الیاف دار نوع بسته برای مایع های تمیز و بدون ذرات شناور مناسب می باشند. نوعی از پروانه های باز نیز برای مخلوط مایع و جامد بکار میروند.
بنابراین ساده ترین نوع پروانه،پروانه باز بوده که برای انتقال مایعات حاوی ناخالصی جامدشناوربکارمیرود.پروانه نیم باز نیز برای مایعات رسوب زا بکار برده میشود.کاربرد پروانه بسته نیز در ظرفیت های بالا و به دودسته یک چشمی و دوچشمی تقسیم میشود.
تعریف پروانه نیز به عنوان بخشی اساسی،قسمت متحرک پمپ است که مایع ورودی به چشم را به علت داشتن حرکت دورانی به خارج میراند. لازم است که اشاره کنم هرچه اندازه ذرات شناوربیشترباشدتعدادپره ها کمترخواهدبود.
وضع قرار گرفتن پروانه در پوسته باید به نحوی باشد که فاصله بین آن و پوسته حداقل ممکن باشد.این فاصله باعث میشود که مایع بین پوسته وپروانه قرار گرفته از یک طرف آن راروغن کاری کندوازطرف دیگرمانع سایش پوسته و پروانه شود.به همین دلیل نباید این نوع پمپ را بدون مایع راه اندازی کرد.پمپ ای گریز ازمرکز توانایی ایجاد فشار بالا را ندارند لذا برای رسیدن به فشار بالا از چند پروانه ای ها استفاده میشود.این پمپ برای حجم زیاد و فشار پایین بهترین راندمان را دارد.میتوان جریان خروجی را بردن اینکه درداخل فشار زیاد شودبدون هیچ خطری متوقف کرد.همچنین این پمپ ها جریان خروجی یکنواختی دارند.اگراین نوع پمپ باخروجی بسته کارکند،درجه حرارت مایع درون پوسته افزایش یافته وبا تولیدبخار در قسمت داخلی دچار ارتعاش میشود که دراین وضع گویند پمپ هوا گرفته و باید هواگیری شود.

ب - رینگ های سایشی

تنها نقطه ای که پوسته و پروانه به عنوان اجزای دورانی و ثابت باهم در در تماس قرارمیگیرندمحل رینگهای سایش است.ممکن است که پمپ به دلایل مختلف دچارارتعاش شود. این ارتعاش باعث ساییده شدن پروانه و پوسته میگردد.دربعضی مواقع باعث جام کردن پمپ میشود.برای جلوگیری ازاین وضع از یک حلقه سایش استفاده میشودکه هم درپروانه و هم درپوسته کارگذاشته میگردد. با کمی لقی ونشت مایع ازمابین این دو رینگ حرکت دورانی ایمپلر بدون ارتعاش ومشکلات مکانیکی صورت میگردد.
لقی مابین دورینگ پوسته و پروانه موجب عبور لایه ای ازمایع پمپاژ شده میشودکه بعنوان مستهلک کننده ارتعاش عمل میکند.اما نشت زیاد مایع نیزباعث افت کارآیی پمپ و هدر رفتن قدرت محرک میگردد. ارتعاش زیاد،فشارزیاد وکارمداوم باعث سائیده شدن رینگ ها شده که باید به موقع تعویض شوند.

ج- شافت

نقش اساسی شافت انتقال گشتاور وارده،به هنگام راه اندازی و عملکردو همچنین به عنوان نشیمنگاه و تکیه گاهی برای دیگر قطعات دوار است. حداکثر خیز شافت در شرایط دورانی می بایداز حداقل لقی ما بین قطعات دوار و ثابت کمتر باشد.بار های اعمالی به شافت عبارت است از:
- گشتاور - وزن قطعات - نیروی هیدرولیکی شعاعی ومقدار طراحی شافت ها این بارها به طور همزمان با فاصله یاتاقان ها ،مقدارover huge آویخته ازیک سر،سرعت های بحرانی ومحل تاثیر بارها مورد بررسی قرارمیگیرند. همچنین شافت ها می بایست تحمل بار های ضربه ای ناشی از پیچش و عدم پیچش و تنش های حرارتی بهنگام سرد و گرم شدن را داشته باشند.
- شافت صلب و انعطاف پذیر(نرم)
شافتی که سرعت (دور) عملکرد نرمال آن پایین تر از دور بحرانی نخست آن قرار گیرد به شافت صلب موسوم است. اگر دور عملکرد آن بالاتر از اولین دور بحرانی قرار گیرد آن
را شافت انعطاف پذیر گویند.
معمولا دور عملکرد 20% کمتر و 25%-- 40% بالاتر از دور بحرانیcritical speed نگه میدارند. هنگام راه اندازی و خاموش کردن دستگاه باید خیلی سریع از دور بحرانی عبور کرد.

د- یاتاقان ها

وظیفه یاتاقان ها در پمپ نگهداشتن شافت و روتور در مرکز شافت درمرکزاجزاء ثابت و تحمل بارهای شعاعی و محوری است .تحمل کننده بارهای شعاعی را یاتاقان ها ی شعاعی و تحمل کننده های بارهای محوری را یاتاقان های محوری نامند. البته یاتاقان های محوری در عین حال بار شعاعی را نیزتحمل میکنند.یاتاقان های مابین کوپلینگ و پمپ را این بوردویاتاقان های سمت دیگر را اوت بورد گویند.
در پمپ های آویخته از یک سر شافت آن یاتاقانی که به پروانه نزدیکترباشد رااین بورد و دورتری را اوت بورد گویند. .یاتاقان های محوری در سمت اوت بورد نصب می کنند.

ه - کوپلینگ ها

کوپلینگ ها برای انتقال دور و گشتاور از ماشین محر ک به ماشین متحرک به کارمیروند.وظیفه ی دیگر کوپلینگ از بین بردن نا هم محوری ،انتقال بارهای محوری مابین دو ماشین و تنظیم شافت های محرک و متحرک در مقابل سائیدگی می باشد.
کوپلینگ ها دو نوعند:
کوپلینگ صلب: در مواقعی که دقت هم محوری باید بالا باشد از این نوع کوپلینگ استفاده میکنند.همچنین درمواقعی که لازم باشدکه یکی ازروتورها توسط شافت دیگر نگهداشته شود ،این کاررابوسیله کوپلینگ صلب انجام میدهند.در این نوع کوپلینگ ها اگر دقت هم محوری کم باشد باعث ایجاد مشکلات مکانیکی میگردد.
انواع متداول کوپلینگ صلب عبارتند از :
1- فلنجی با پیچ های مناسب (استفاده رایج در پمپ های عمودی)
2- کلمپی چاک دار
3- در امتداد محور
- کوپلینگ انعطاف پذیر:
این کوپلینگ های علاوه براینکه وظیفه انتقال قدرت ازموتوربه پمپ(شافت)رادارند عمل ازبین بردن ناهم محوری بین دو شافت محرک و متحرک را نیز انجام میدهند. کوپلینگ های انعطاف پذیر به غیر از مدل چرخ دنده ای برای دورها و قدرت های پایین استفاده میشوند.

و – غلاف ها

جهت جلوگیری از فرسایش،خوردگی و ساییدگی در محل کاسه نمدها ویاتاقان های داخل و دیگر قسمت ها از غلاف های مناسب استفاده میشود.

شرح قوانین حاکم بر پمپها و تئوری آنها:

پمپهای گریز از مرکز ماشین هایی هستند که با استفاده از نیروی گریز از مرکز (عکس العمل سیال در برابر نیروی مرکز گرا ) سیالات را جابه جا میکنند. در ادامه به موارد مهم در موضوع سیالات اشاره میشود.
نیروی وزن باعث میشود که اگر سیال در یک ارتفاع باشد به ارتفاع پایین تر جریان یابد. انرژی پتانسیل ، انرژی است که در سیال ذخیره میشود و مایع دارای فشار بالاتر انرژی پتانسیل بیشتری دارد، بنابراین سیال از سطوح با فشار بالا به سطوح با فشار پایین جریان می یابد. در صورتی که فشار دو مخزن برابر باشد یا اینکه اختلاف ارتفاع نداشته باشند سیال میان آنها جریان نمی یابد.بنابراین در این حالت ها نیاز به استفاده از پمپ داریم. همچنین میتوان از پمپ به منظور افزایش مقدار سیال جابه جاشده، ( دبی) استفاده کرد .
پس میتوان نتیجه گرفت یک پمپ با افزایش انرژی سیال آنرا جابجا می کند. در پمپ های سانتریفیوژ این عمل توسط پروانه انجام میشود، که با چرخاندن سیال انرژی آن را می افزاید. سیال باعبوراز ورودی پمپ وارد چشم ( مرکز ) پروانه میگردد و با دوران پروانه از لبه آن خارج میگردد. هرچه سرعت پروانه بیشتر باشد سیال سریعتر جابجا میشود. در زیر یک نمونه محفظه و پروانه نشان داده شده است.
هنگامی که سیال وارد پوسته( محفظه) میشود سرعت آن کاهش می یابد.چون سرعت سیال کاهش می یابد فشار آن افزایش یافته و از طرف دیگر چون سیال بافشار زیاد در لبه و دور از چشمی خارج میگردد باعث ایجاد یک ناحیه کم فشار در چشمی شده که در اثر آن جریان سیال به درون چشمی امکان پذیر میگردد.(اختلاف فشار) وقتی سیال به خارج پمپاژ میشود سرعت آن افزایش می یابد این افزایش سرعت در خروجی به شکل فشار بسیار زیاد و بخشی از آن در محفظه به صورت فشار نمایان میشود.
پروانه که به عنوان پیشران می باشد توسط یک منبع محرک بیرونی چرخانده میشود. محرک به شکل های مختلف الکتروموتور،توربین و موتور با سوخت فسیلی می باشد. نیروی محرک توسط یک شافت به پیشران منتقل میگردد. محلی که شافت از محفظه پمپ خارج می شود ، دچار نشتی میگردد برای رفع این مشکل از آب بند یا جعبه لایی استفاده میشود. در جایی که لایی قرار میگیردممکن است که شافت به شدت دچار ساییدگی گردد به همین دلیل باید از مواد قابل انعطاف استفاده کرد. همچنین برای جلوگیری از سایش، از یک آستین متحرک شافت استفاده می کنند. آستین به راحتی تعویض میگردد.
سیال از ناحیه خروجی با فشار بالا به پشت ناحیه مکش نشتی پیدا می کند . به همین جهت فضای بین آنها را به حلقه های تحت سایش مجهز میکنند . حلقه سایش بدنه ثابت اما حلقه سایش پیشران همراه آن دوران میکند.بستن مناسب حلقه های سایش مقدار نشتی را به اندازه زیادی کاهش میدهد. البته مقداری نشتی برای روانکاری لازم است ، سیال نشت شده سبب روانکاری و خنک سازی حلقه های سایش میشود و همچنین از سایش رینگها در مقابل هم جلوگیری میکند.با ضعیف شدن رینگها فضای میان آنها زیاد شده و نشتی بیشتر میشود. در اینصورت باید رینگ ها تعویض شوند.
همچنین حلقه های تحت سایس بوسیله سیال پمپاژ شده روانکاری میشوند و اگر روانکاری مناسب نباشدحلقه ها باهم تماس داشته، ساییده میشوند، گرم شده و جام میکنند. به همین علت نباید یک پمپ گریز از مرکزرا تا زمانی که از سیال پر نشده راه اندازی کرد.
منابع:
http://ansari711.blogfa.com/post-119.aspx
http://www.novelmech.blogfa.com/post-55.aspx
http://miadsoft.blogfa.com/post-163.aspx
http://www.iran-eng.com/showthread.php?t=17044
کتاب پمپ و فن ( دکتر احمد فصیح فر)

پمپ (2)

پمپ های دینامیکی:

خصوصیات برجسته پمپهای سانتریفیوژ

الف) پمپ های سانتریفوژ(جریان شعاعی)

ب) پمپ های محوری

ج) پمپ های نیمه سانتریفوژ(یا باجریان مختلط)

کاربرد پمپ های سانتریفیوژ:

2)پمپ مخصوص (اژکتور)

ساختمان اژکتور و اساس کار آن:

موارد کاربرد اژکتورها:

قطعات اصلی اژکتورها :

پمپ های جا بجایی :

1) پمپ های رفت و بر گشتی:

2)پمپ دوار

منابع:

http://ansari711.blogfa.com/post-119.aspx
http://www.novelmech.blogfa.com/post-55.aspx
http://miadsoft.blogfa.com/post-163.aspx
http://www.iran-eng.com/showthread.php?t=17044
کتاب پمپ و فن ( دکتر احمد فصیح فر)

اصول نگهداری و تعمیرات Expansion Joints Metal

مقدمه :

در صنعت به منظور جلوگیری از خرابی های ناشی از تغییر طول و نوسانات خطوط لوله، استفاده از اتصالاتExpansion Joint اجتناب ناپذیر می نماید. متاسفانه گاهی اوقات بعلت عدم آگاهی و شناخت پرسنل و گروههای اجرایی از این اتصالات در زمانهای نگهداری در انبار، حمل و جابجایی، نصب و نیز بهره برداری از این تجهیزات، ناخواسته باعث بروز خرابیهای زود هنگام و کاهش عملکرد بهینه این اتصالات می گردند.
از آنجائیکه معمولاً به این اتصالات در قالب فعالیتهای نگهداری و تعمیرات پیشگیرانه و پیشگویانه کمتر توجه می گردد، تصمیم به تهیه و نگارش این مقاله گرفته شد تا با جمع آوری و بیان تجربیات متخصصین این صنعت، توجه و آگاهی پرسنل اجرایی را افزایش بخشیده و با ارائه مطالب کاربردی و عملی بتوانیم از این اتصالات به نحوه احسن و مفید استفاده نموده و عمر کاری آنها را افزایش دهیم.
بدیهی است این مقاله نواقص زیادی داشته و نظرات شما همکار و خواننده محترم در اعتلای کیفیت این نوشتار بسیار موثر و راهگشا می باشد و سهم بزرگی در تشویق و گسترش فرهنگ نوشتاری و بیان تجربیات خواهد داشت.

الف - تعاریف :

اتصالات اکاردئونی :

هر وسیله که شامل یک یا چند بلوز فلزی بوده و برای جذب تغییرات ابعادی ناشی از انبساط یا انقباض دمایی در یک خط لوله داکت یا مخزن از آن استفاده میشود.این نوع اتصالات قابلیت انجام انواع مختلفی از حرکات را در یک فضای محدود دارند. منشاء این حرکات ناخواسته می تواند تغییرات دمایی ناشی از سیال یا محیط، لرزش دستگاههای موجود در سیستم لوله کشی و یا حرکتهای ناشی از باد، نشست سازه ، زمین و غیره باشد. ( نمونه این اتصالات در مسیر گاز زیر FH-1001 موجود است )

موارد مصرف اتصالات آکاردئونی :

در انواع مختلف شامل : دوتایی، زاویه ای ، مقطع مستطیل، چند لایه ای و ....
در انواع اتصال جوشی ، رزوه دار، فلنج دار و ....
در جنس های مختلف شامل : ورقهای استلنس استیل(ASTM304,304L,309,316,316L,321) و انواع آلیاژهای فولادی در سایز های مختلف از ¾” به بالا

چگونگی جذب توسط اتصال اکاردئونی:

اتصال اکاردئونی باید توانائی جذب تغییر طول و اندازه در راسته هایی که به خاطر تغییر دما در سیستملوله کشی.ایجاد می گردد را داشته باشد.این اتصال ممکن است در معرض جا به جایی.جانبی.محوری زاویه ای یا ترکیبی از انها قرار گیرد

معرفی اتصالات اکاردئونی:

در صنایع پتروشیمی .نفت.گاز.خطوط بخار.تهویه مطبوع و بسیاری دیگر از صنایع که انتقال سیال از طریق خطوط لوله صورت می گیرد .مشکلاتی از قبیل ارتعاش دستگاههای موجوددر سیستم و تغییرات محوری.جانبی و زاویه ای بر اثر تغییرات دما و یا عوامل خارجی مانند:باد.زلزله و.....در خطوط لوله بوجود می اید به منظور رفع این مشکلات استفاده از اتصالات اکاردئونی
مناسبترین راه است
طراحی و تولید اتصالات انعطاف ‌پذیر (لرزه‌گیرهای لاستیکی، اتصالات آکاردئونی، اتصالات پارچه‌ای و شلنگهای فلزی)

محصولات :

1 - اتصالات آکاردئونی (طراح تولیدکننده): کاربرد در خطوط لوله در صنایع مختلف جهت خنثی‌سازی انبساط و انقباظ و جلوگیری از انتقال لرزش پمپ به خط لوله
2 - لرزه‌گیرهای لاستیکی (طراح تولیدکننده): کاربرد در ورودی و خروجی پمپهای سیستمهای تاسیساتی و برجهای خنک‌کننده
3 - اتصالات پارچه‌ای (طراح تولید‌کننده): کاربرد در داکتهای هوا، گازهای حاصل از احتراق و موارد مشابه در نیروگاهها، صنایع ذوب و تولید فلزات و صنایع سیمان. این محصول با همکاری شرکت دانمارکی Bording Bellows در ایران تولید می‌گردند.
4 - شلنگهای فلزی (طراح تولیدکننده): کاربرد در انواع سیستمهای لوله‌کشی و برای انواع سیالات.
5 - لوله و اتصالات (واردکننده)

اجزاء مهم این اتصالات:

1-بلوز (Bellows ) :
به قسمت انعطاف پذیر اتصال آکاردئونی که قابلیت انجام حرکات مورد نظر را دارد گفته میشود. اتصالات آکاردئونی موجود در زیرFH-1001 از نوع یونیورسال می باشد و دارای دو بلوز در طرفین بوده و از این نوع اتصال در مقایسه با نوع تک بلوز، زمانی استفاده میشود که می بایست حرکات جانبی بیشتری را خنثی نماید. جنس این قسمت معمولاً از سری فولادهای 300 بوده که بر اساس دما و نوع سیال و شرایط محیطی انتخاب می گردند. در ذیل دامنه کاربرد انواع آن تشریح شده است :
فولادهای 304 , 304L : در مواردی که دمای کاری بین 550 تا -250 درجه سانتیگراد است استفاده میشود و قابلیت جوشکاری بسیار خوبی دارند.

فولاد 309 : با توجه به درصد بالای کرم و نیکل آن تا دمای 1000 درجه سانتیگراد قابلیت استفاده دارد.فولادهای 316 , 316L : دارای قابلیت استفاده در محیطهای خورنده و اسیدی و تحمل دمایی بین 550 تا -100 درجه سانتیگراد
فولاد 321 : همانند فولاد 304 همراه با آلیا‍‍ژ تیتانیوم ، قابلیت استفاده در دماهای بالاتر از 304 را دارا می باشد.
2-لوله ( Pipe) :
در اتصالات فلنجدار رابط بین فلنج و بلوز بوده و در اتصالات جوشی بصورت مستقیم به خط لوله متصل میشود.
3-غلاف داخلی ( Sleeve ) :
از حرکت سیال درون پره ها جلوگیری می کند تا جریانی آرام داشته باشیم و در صورتیکه از این غلاف استفاده نشود و سرعت سیال بالا باشد پدیده اغتشاش پیش آمده و موجب بروز سر و صدا و افت فشار و همچنین سایش در اتصال خواهیم بود.
4-میل مهار ( Tie rod ) :
قطعاتی به شکل میله یا مفتول که در برخی از اتصالات آکاردئونی بکار میروند و هدف اولیه استفاده از آنها مهار کردن دائم نیروهای تراست ایجاد شده در بلوز در شرایط عادی کارکرد می باشد. لازم به ذکر است نمونه موجود در زیر FH-1001 فاقد میل مهار می باشد.

ب - نکات مهم در نگهداری و تعمیرات این نوع اتصالات:

راهنمای انبارداری :

1-انبارنمودن در فضای باز در برخی از موارد ممکن است زیان آور باشد و و نگهداری از آنها می بایست در مکانی خشک و خنک انجام شود.
2-مراقب بروز آسیبهای مکانیکی مانند روی هم گزاردن و یا ضربه زدن و یا پرت شدن این اقلام باشید.
3-سازندگان این نوع اتصالات به جهت جلوگیری از تغییر طول آنها، اتصالات ارسالی برای مشتریان را بوسیله میله یا نبشیهای طولی که به فلنجها یا لوله های دوسر اتصال آکاردئونی جوش میدهند ارسال می نمایند.
4-واشر ها و یا بلوکهای چوبی ما بین قسمتهای آکاردئونی را تا زمانیکه به محل مورد نظر حمل نشده اند باز ننمائید.

راهنمای نصب :

5-جهت حمل و نقل اتصال از پایه های نصب میل مهار و یا میله های حمل و نقل که جهت حفظ طول اتصال می باشند استفاده ننمائید.
6-در صورت استفاده از Belt و یا زنجیر برای جابجایی اتصالات نباید آنها را به بلوز وصل نمود.

7-برای تمیز کردن اتصال و اجسام خارجی بین بلوز از موادی که حاوی کلراید هستند و همچنین از برس سیمی استفاده نکنید. ( کلراید در تماس مستقیم با فولادهای ضدزنگ موجب خوردگی آنها می گردد)
8-برای تنظیم سوراخ فلنجهای اتصال آکاردئونی و Piping با وارد کردن نیرو از یک سر، اتصال را نچرخانید. ( بلوز ها قابلیت جذب حرکات پیچشی را ندارند)
9-از پیش تنظیم کردن ( Preset نمودن ) اتصالات آکاردئونی :
در نصب اتصال آکاردئونی ابتدا طول کلی اتصال می بایست با در نظر گرفتن طول آن در حالت عادی و دمای سیستمی که باید در آن شرایط نصب گردد محاسبه شود و پس از آن طول اتصال تنظیم ( فشرده و یا باز ) شده و در موقعیت خود نصب گردد. اطلاعات مورد نیاز برای محاسبات موارد ذیل می باشند:
-سایز اتصال و یا لوله
-دمای حداکثر و حداقل سیال عبوری از اتصال
-جنس لوله و ضریب انبساط حرارتی آن
-دمای محیط در زمان نصب اتصال
-نوع سیال
-طول بین دو تکیه گاه که اتصال مابین آنها واقع شده است
-فشار سیال

تغییر طول کلی لوله

حتماً از سازنده مقادیر مربوط به ضریب انبساط حرارتی و جدول مشخصات قسمت آکاردئونی (Bellows) را که شامل مقادیر حرکت محوری بر اساس دمای طراحی، فشار طراحی و سایز اتصال می باشد را دریافت نمائید.

1-در صورتیکه در زمان نصب اتصال در نزدیکی محل کار عملیات جوشکاری در حال انجام است قسمت آکاردئونی را کاملاً بپوشانید تا از سوراخ شدن قطعه در اثر جرقه های ناشی از جوشکاری جلوگیری شود.
2-در صورتیکه نیاز است مسیری که اتصال نصب شده است تست و آزمایش گردد حتماً اتصلات آکاردئونی را مهار نمائید و بعد از تست و شروع بهره برداری و استفاده از مسیر، مهارهای نصب شده در مرحله قبل را با توجه به مشخصات فنی اتصال آزاد نمائید.
3-از وارد نمودن هر گونه ضربه به Bellows خودداری نمائید زیرا بسیار حساس و نازک می باشد.
4-در صورتیکه مسیر Piping دارای ناهمراستایی می باشد از نصب اتصال آکاردئونی خودداری نمائید زیرا با توجه به نیروهای اعمال شده به اتصال، آسیبهای جدی به بلوز و سایر اجزاء وارد خواهد آمد.( هیچگاه از اتصالات آکاردئونی برای جبران عدم همراستایی خط لوله استفاده نشود )
5-دقت گردد همه راهنماها و ساپورتهای مسیرهای Piping برای حرکت لوله ها در مسیر اتصال آکاردئونی آزاد باشند.
6-بعد از اینکه اتصال در سرویس قرار گرفت باید بررسی شود که آیا انبساط گرمایی طبق مدل طراحی توسط اتصال جذب می گردد؟
7-می بایست بصورت دوره ای وضعیت بلوز از نظر لرزش غیر عادی بررسی گردد. جهت اجرای این آیتم پیشنهاد میگردد همانطور که با وسواس و توجه زیاد مسئله ارتعاشات تجهیزات دوار توسط واحد CM مورد بررسی قرار می گیرد، وضعیت ارتعاشات این نوع اتصالات هم در دستورکار بازرسیهای دوره ای قرار گیرند بطوریکه در ایتدا در صورتیکه اتصال سالم بوده مقادیر ارتعاشات در محلهای لوله قبل از اتصال و همچنین محل بعد از اتصال اندازه گیری شود و بعنوان مرجع مد نظر قرار گیرد و با بازرسیهای ماهانه ، مقادیر اخذ شده را با وضعیت مرجع مقایسه و عملکرد اتصال بررسی شود. این مقادیر و رکوردهای بدست آمده می بایست در محلی نگهداری شده تا بتوان در صورت نیاز به آنها مراجعه نمود. لازم به ذکر است با توجه به اینکه هدف از نصب اتصالات آکاردئونی جذب ارتعاشات می باشد بطور معمول این کاهش مقادیر ارتعاشات در خروجی 75% کمتر از مقادیر ورودی به اتصال می باشد.
در اتصالات آکاردئونی دایره ای ، بلوزهای فلزی در کاربردهایی که لرزش و ارتعاش با فرکانس بالا و دامنه کم موجود است بکار میروند.این نوع اتصالات برای فرکانس کم و با دامنه بالا مناسب نیستند. لرزشهایی که حاصل پالسهای فشاری هستند بوسیله نصب اتصالهای آکاردئونی فلزی از بین نمی روند تا زمانیکه پالسهای فشاری به فراتر از اتصال بوسیله ماده در جریان انتقال یابند. در بلوزهای منفرد برای جلوگیری از حالت تشدید در بلوزها فرکانس طبیعی بلوز باید کمتر از 2/3 فرکانس سیستم باشد یا بزرگتر از 2 برابر فرکانس سیستم.
8-خوردگی می تواند بطور قابل توجهی عمر کارکرد را کاهش دهد. و می بایست برنامه ای منظم برای این بررسیها داشته باشیم. انواع مختلف خوردگی متناوباً در اتصالات آکاردئونی مشاهده میشود که بصورت ذیل می باشند:
-فرسودگی تنشی : با شکست یا ترک در ماده به عنوان نتیجه ترکیب تنش و یک عامل فرساینده دیده میشود.
-خوردگی بصورت خرد شدن از داخل که بوسیله آغاز آن از مزرهای زبر ماده شناخته میشود.
-کندگی که یک آسیسب موضعی در فلزات است.
-خوردگی تدریجی فلز که نتیجه برخورد و سائیدگی بوسیله تماس مایع و یا گاز با بدنه ماده تحت هجوم بوجود می آید.
-خوردگی از نوع اکسیداسیون که در دمای بالا و معمولاً در هوای گرم و خطوط فرسوده رخ میدهد.
9-با توجه به اینکه این نوع اتصالات در مسیرهایی نصب خواهند شد که اجزاء جوشی بکار رفته در مسیر به جهت اطمینان از عملکرد آنها به روشهای مختلفی بازرسی شده، پیشنهاد می گردد توسط واحد محترم بازرسی فنی قسمتهای مهم یک اتصال آکاردئونی خریداری شده مورد توجه و بازرسی ( تستهای جوش و ضخامت سنجی )قبل از نصب قرار گیرد.
10- برای کاربردهای دمای بالا برای کاهش دمای بلوزها و قادر ساختن فلز بلوزها به داشتن خواص فیزیکی بهتر، مساحت حلقوی بین بلوزها باید بوسیله یک عایق سرامیک بسته بندی شود یا بوسیله تماس مستقیم یک گاز مانند هوا و یا نیتروژن نصب شود تا دمای بلوز کاهش یابد.
11-پیشنهاد می گردد برای تمامی اتصالات آکاردئونی برگه مشخصات پیوست را تکمیل نمائید و یا از سازنده بخواهید که این اطلاعات را در اختیار شما قرار دهند. این اطلاعات در بررسیهای دوره ای که در آیتم بعد به آن اشاره شده مفید واقع خواهد شد.

12- چک لیست روتین پیشنهادی برای برنامه های بازدید دوره ای ( ترجیحاً هر سه ماه یکبار ):
-بررسی وضعیت انبساط گرمایی اتصال مطابق با استاندارد ( ثبت تغییر طول های اتصال )
-بررسی وضعیت لرزش غیر عادی اتصال و مقایسه آن با مقادیر مرجع
-بررسی وضعیت ظاهری بلوزها و عدم آسیب دیدگی آنها
-بررسی نشتی در نقاط مختلف
-بررسی هر گونه حرکت غیر معمول مسیری که اتصال در آن نصب شده است
-بررسی وضعیت اتصالات پیچ و مهره ای و سفت نمودن آنها در صورت نیاز
-تمیز نمودن اجزاء اتصال از مواد خارجی با رعایت ضوابط
-ضخامت سنجی قسمتهای مختلف اتصال
منابع و مراجع :
استاندارد انجمن سازندگان اتصالات آکاردئونی EJMA
کتاب راهنمای کاربردی اتصالات آکاردئونی شرکت ارتعاشات صنعتی ایران
کاتالوگهای شرکتهای سازنده اتصالات آکاردئونی
http://iivco.20un.com/
http://www.erteashmilad.blogfa.com/
http://kimiyakar.com/

برگردان: مهندس عاطفه کلایی
در واحدهای تولید برای چنین موادی دما باید همواره کم¬تر از میزانی باشد که عامل اسفنجش و یا اتصال عرضی فعال می¬¬شود. هرمن اشنایدر از شرکت کوپریون ورنر توضیح می¬دهد که چگونه می¬توان تمام فرایند تولید ورق¬ها را طی یک مرحله پیوسته با صرفه اقتصادی انجام داد. این فرایند تک¬مرحله¬ای به گونه¬ای طراحی شده است که از فشار وارده آمده به ماده اولیه می¬کاهد و محصول نهایی ورق تولیده شده از کیفیت بالایی نیز برخودار است.
امروزه ورق¬های پلاستیکی ساخته شده از پلی¬پروپیلن PP یا پلی¬اتیلن PE در بسیاری از شاخه¬های صنعت نظیر خودروسازی، ساخت تجهیزات ورزشی تفریحی و هم¬چنین لوازم خانگی برقی به کار گرفته می¬شوند. ویژگی منحصر به فرد این ورق¬ها، یعنی خاصیت اسفنجی آنها و داشتن اتصال عرضی طی یک فرایند اکستروژن مستقیم حاصل می¬شود. در اغلب موارد ورق¬ها پیش از اسفنجی شدن دارای عرض 80 تا 150 سانتی¬متر و ضخامتی بین 2/0 تا 2 میلیمتر می¬باشند که پس از انجام فرایند و افزودن عامل اسفنجی به ماده اولیه می¬تواند تا سه برابر نیز (ضخامتی بین 6/0 تا 20 میلیمتر) افزایش یابد. استفاده در داشبوردها و به کارگیری در ورق¬های عایق صدا بین صفحات فلزی از جمله عمده¬ترین کاربردهای این ورق¬ها به شمار می¬روند.

نیاز به کیفیت بالا

طراحی فرایند تولید این ورق¬ها علاوه بر اطلاعات علمی و فرمول ماده اولیه مورد استفاده به دانش مهندسی بالایی نیز احتیاج دارد. در همین راستا اطمینان از شرایط زیر ضروری است:

• پراکندگی یکسان و همگن تمامی مواد، خصوصا عامل اسفنجش و ایجاد¬کننده اتصال عرضی در ماده اولیه
• دما باید همواره کم¬تر از دمای جوش عامل اسفنجش و اتصال عرضی باشد و در هیچ بخشی از ماده اولیه تحت فرایند نباید دما از حد مجاز تعیین شده تجاوز کند.
• ضخامت ورق¬ها در جهت اکستروژن و هم¬چنین عمود بر آن باید ثابت بوده و یا به میزان بسیار جزئی متغیر باشد. چه حتی اختلاف¬های بسیار کوچک در ضخامت ورق می-تواند باعث تغییر ضخامت ورق¬های اسفنجی به میزان زیادی گردد.
• در کنار تمام محدودیت¬های عملیاتی که فرایند را مشکل می¬سازند، امکان طراحی فرایندی که علاوه بر مزیت¬های فوق صرفه اقتصادی نیز داشته باشد، ممکن است.

به منظور دستیابی به شیوه¬ای اقتصادی باید فرایندی طراحی نمود که تمامی آن از وارد شدن مواد اولیه تا فرآوری نهایی در طول یک مرحله انجام شود. در حقیقت باید دو مرحله ترکیب مواد و اکستروژن باهم تلفیق شوند. جدا کردن این دو فرایند باعث بالا رفتن هزینه-های تولید می¬شود و مشکلاتی از نظر فضای مورد نیاز برای نگهداری مواد گوناگون را به وجود می¬آورد. علاوه بر آن در این شرایط مواد دو بار تحت شوک حرارتی قرار می¬گیرند و احتمال تخریب وجود دارد و به دلیل نیاز به سرمایش و گرمایش مجدد مواد، هزینه انرژی نیز بالا می¬رود.



شکل 1 : تجهیزات مربوط بهtwin screw MEGA compounder ZSK برای اکستروژن ورق-های اسفنجی

مخلوط کن دو ماردان

برای دست¬یابی به فرایندی تک¬مرحله¬ای عملیات اختلاط باید در یک مخلوط کن دو ماردان انجام شود. چه این دستگاه تنها ماشینی است که می¬تواند اختلاط لازم و پراکندگی مناسب بین مواد را در زمان ماند کوتاه مواد در مخزن مخلوط کن، به وجود آورد. با استفاده از یک پمپ دنده¬ای در پائین¬دست فشار پشت دای در نوک ماردان کاهش یافته و فشار مناسب برای اکستروژن فراهم می¬شود. دو فرایند اختلاط و تولید فشار تا حد زیادی از هم مستقل هستند و به همین دلیل می¬توانند به طور جداگانه بهینه شوند. بر اساس این ویژگی¬ها Coperion Werner&Pfleiderer آزمایش¬های اولیه¬ای در مورد اکستروژن ورق¬های اسفنجی و دارای اتصال عرضی انجام دادند که منجر به دست-یابی به فرایند تک¬مرحله¬ای مناسبی برای تولید این ورق¬ها گردید (شکل 1).

سامانه خوراک دهی وزنی

این سامانه می¬تواند برای وارد کردن 10 جز از مواد اولیه به عنوان خوراک طراحی شود و قادر به فرآوری مجدد مواد نیز می¬باشد.
از آنجائی¬که سختی یکی از ویژگی¬های عمده ورق¬های اسفنجی به شمار می¬رود تمام مواد در سامانه خوراک¬دهی با توجه به افت وزنی خوراک وارد دستگاه می¬شوند. این سامانه خوراک¬دهی دقتی معادل با 1± در سه دقیقه دارد و می¬تواند کاهش وزن حتی در کوچک¬ترین مقادیر را نیز تشخیص دهد. برای اطمینان از پیوسته بودن فرایند خوراک دهی، برای خوراک¬دهندهPP یا PE به عنوان جز اصلی و دیگر مواد به عنوان جز فرعی در سامانه تعریف می¬شوند.
برای مخلوط کردن مواد از یک مخلوط¬کن دوماردان ZSK 70 SC استفاده می¬شود که قطر هر ماردان آن 70 میلیمتر و طول بخش فرآوری D36 است. این دستگاه با یک خوراک¬دهنده جانبی، دو هواکش اتمسفریک و یک سامانه میعان دهنده تحت خلا مجهز شده است.
تمامی مواد به جز عامل پف¬دهنده و عامل ایجاد اتصال¬های عرضی از قیف ورودی خوراک دستگاه وارد آن می¬شوند. اولین بخش اکسترودر برای موادی که فرآوری آنها انرژی زیادی نیاز دارد طرحی شده است. در این بخش برخی مواد ذوب می¬شوند و هم زمان به حداکثر دمای ذوب خود یعنی 160 درجه سانتی¬گراد می¬رسند. کنترل سرمایش و گرمایش مخزن مواد به ما اطمینان می¬دهد که دما در طول فرآوری از میزان مجاز تعیین شده فراتر نخواهد رفت.

ذوب شدن، اختلاط و همگن¬سازی

پس از ذوب کردن مواد و یک مرحله همگن¬سازی اولیه، پودر پف¬دهنده مواد (معمولا از آزو دی¬کربنامید اصلاح شده استفاده می¬شود) از خوراک¬دهنده جانبی وارد می¬شود. به منظور فراهم کردن ایمنی مناسب خوراک¬دهنده جانبی به صورت یک سامانه احتراق بسته و عایق طراحی شده است. عامل پف¬دهنده به همراه هوا وارد مواد دیگر شده و در بین آنها پراکنده می¬شود. هوا به تدریج از طریق خوراک¬دهنده جانبی و سامانه میعان دهنده از مخلوط جدا می¬شود.
یک خوراک¬دهنده برای مایعات نیز در بخش میعان¬دهنده تعبیه شده است تا از طریق آن بتوان پراکسید را به عنوان عامل ایجاد¬کننده اتصال عرضی به مخلوط اضافه کرد. پراکسید در دمای بسیار کم بلور می¬شود به همین دلیل برای جلوگیری از این امر پراکسید در شرایط بدون فشار به مخلوط اضافه می¬شود و بعد از آن مجددا فشار لازم برای ذوب مواد در اکسترودر فراهم می¬شود.
پیش از تخلیه مخلوط از دستگاه، مواد از سامانه میعان¬دهنده تحت خلا که فشار خلا در آن کمتر از mbar 50 است عبور می¬کند. این فشار توسط یک پمپ مکنده تامین می¬شود. عبور مواد از این مرحله باعث می¬شود هیچ مواد فراری در مخلوط باقی نماند که بتواند به بافت اسفنجی آسیب برساند. به دلیل زیاد بودن تعداد موادی که با هم مخلوط می¬شوند، خطر تجزیه مواد خصوصا در بخش مارپیچی مخلوط¬کن همواره وجود دارد. بنابراین میزان این خطر باید توسط سامانه¬های کنترل فرایند اکسترودر مشخص شود. به همین دلیل تیغه-های مارپیچ مخلوط¬کن از ماده عایق ضد سایش WP15 پوشیده شده است. تیغه¬های مارپیچ به اندازه کافی صاف و صیقلی هستند تا از چسبیدن مواد به آنها اجتناب شود. سرعت تولید در این دستگاه با توجه به نوع ورق از 250 تا 300 کیلوگرم در ساعت متغیر است.

پمپ دنده¬ای، دای ورق و استفاده از کلندر
در انتهای ZSK مخلوط همگن¬شده از مواد ذوب شده فشاری در حدود bar20 بار دارد. در این مرحله پمپ دنده¬ای این فشار اولیه را به bar 100 می¬رساند. با استفاده از یک تعویض¬گر توری خودکار در انتهای خط ذراتی که در مخلوط به خوبی پراکنده نشده¬اند مشخص می-شوند. تنظیمات موتور دنده¬ای و تعویض¬گر توری به گونه¬ای است که فشار پشت دای به حداقل می¬رسد و به این ترتیب دمای ذوب مواد تغییر چندانی نمی¬کند. پس از این مرحله مخلوط که فشار کم¬تری پیدا کرده است وارد دای و کلندر می¬شود.
در این مرحله فشار در حدود 60 بار است و عبور مخلوط از میان غلتک ها ورق¬هایی صاف با ضخامت یکسان در تمام جهات به وجود آورده است. بعد از این مرحله تمامی ورق¬ها با ماده پوششی پوشیده می¬شوند¬. قابلیت تنظیم فاصله دو غلتکی که بر روی هم قرار گرفته-اند باعث می¬شود تا بتوان ضخامت ورق¬ها را نیز تنظیم نمود. غلتک¬ها به کنترل¬کننده کشش ورق مجهز شده¬اند تا نسبت به ضخامت ثابت ورق در تمام نقاط اطمینان حاصل شود. در حقیقت هدف اصلی از تعبیه پرتوسنج برای اندازه¬گیری ضخامت ورق، کنترل کیفیت آن است. برای ورق¬هایی با ضخامت mm 1 ( یک میلیمتر) تغییر01/0 ± در ضخامت بلامانع است.


حداقل سازی اختلاف ضخامت
سامانه کنترل EpcNT در اکسترودر ZSK بر اساس واپایشگر زیمنس S7 ساخته شده است. این نمونه از آخرین مدل¬های واپایشگر است که در کنترل ضخامت ورق¬ها نقش بسیار مهمی دارد. این سامانه کنترل کلی سامانه را انجام می¬دهد. در واقع تمامی واپایشگرها برای خوراک¬دهنده، پمپ دنده¬ای و غلتک¬ها در EpcNT تلفیق شده¬اند. این واپایشگرقابل نصب روی Windows است و امکان کنترل آسان و صحیح تمام سامانه را فراهم می¬کند.
به منظور فراهم کردن شرایط عملیاتی که در آن تغییرات ضخامت در ورق¬ها بسیار ناچیز باشد، فشار پائین دستی پمپ دنده¬ای (فشار حداقل) به عنوان پارامتر کنترل مرجع در نظر گرفته می¬شود با استفاده از اعمال تغییرات در سرعت و گشتاور اکسترودر، فشار خوراک، سرعت پمپ دنده¬ای و سرعت غلتک¬ها یا ورق¬هایی که از آن خارج می¬شوند فشار پائینی پمپ دنده¬ای به عنوان پارامتر کنترل مرجع در سامانه کنترل ثابت نگه داشته می¬شود. الگوریتم کنترل این سامانه با استفاده از تجربیات Coperion Werner & Pfliederer بدست آمده و در سامانه کنترل ذخیره شده است.
در حال حاضر در بسیاری از واحدهای تولید ورق¬های اسفنجی با اتصالات عرضی با استفاده از دستگاه¬هایی که ویژگی¬های فوق را داشته باشند به روشی مناسب و با صرفه اقتصادی تولید می¬شوند.

واژه نامه
دارای قابلیت تشکیل اتصال عرضی: Cross linkable
اسفنج¬شدنی : Foamable
اکستروژن : Extrusion
آمیزه¬ساز دوماردانه¬ی مگا : twin screw MEGA compounder
پمپ¬دنده¬ای : Gear pump
سامانه خوراک¬دهی وزنی : gravimetric master/ slave feed system
هواکش اتمسفریک : Atmospheric venting
سامانه گاززدای تحت خلا : Devolatilization under vacuum
واپایشگر کشش ورق : sheet traction controller

اختلاط و انواع مخلوط کن ها

میل دو غلتکی(نورد):
   غلتک تشکیل شده از دو استوانه که در خلاف جهت هم می چرخند.جنس این
   رول ها معمولا از چدن های مقاوم در برابر خش ،سایش و مقاوم در برابر مواد شیمیایی
   است.رول جلو معمولا با سرعت کمتری می چرخد و متحرک است و رول عقب با
   سرعت بیشتری می چرخد و ثابت است.
   فاصله دو غلتک با حرکت دادن غلتک جلو یی تنظیم می گردد.(این کار معمولا بوسیله
   پیچهای الکتریکی یا دستی و به ندرت بوسیله سیستم هیدرولیکی صورت می گیرد)
   یک فیوز مکانیکی به شکل صفحه فشار بین انتهای پیچ تنظیم فاصله و محل جفت
   شدن به یاتاقان برای محافظت از غلتک در برابر شکستن جاگذاری شده است.
   هنگامی که فشار در فاصله بین دو غلتک زیاد باشد این صفحه کاملا می شکند و
   باعث می شود میل جلویی به سمت جلو سر بخورد.

   (امروزه دیگر از غلتک به عنوان یک وسیله اختلاط استفاده نمی کنند بلکه از آن
   به عنوان وسیله ای برای تکمیل عمل اختلاط پس از انجام عملیات اختلاط در بنبوری
    استفاده می شود و به اختلاط بهتر آمیزه کمک زیادی می کند)

v  عملیات اختلاط روی میل دو غلتکی:

   تهیه آمیزه با استفاده از میل دو غلتکی عمدتا" در کارخانه های کوچک ویا برای
   تهیه مقدار کمی آمیزه انجام می شود.به طورکلی،میل ها به عنوان تجهیزات
  ضروری برای بعد از مخلوط کن بنبوری و یا به عنوان ابزار نرم ،ویا گرم کردن
  ،شکل دادن در قبل از دستگاههای کلندر و اکسترودر حائز اهمیت می با شند.
   امروزه برای خنک کردن و یا ورقه کردن آمیزه ای که از بنبوری خارج می شود از
   غلتک استفاده می کنند.
   در بعضی موارد فرآیند اختلاط نهایی آمیزه مثل افزودن گوگرد و شتاب دهنده ی
   پخت به آمیزه و همین طور افزودن اجزا با مقادیر کم مانند اضافه کردن مواد
   اسفنجی کننده یا جاذب رطوبت نیز روی میل ها صورت می گیرد.

   کائوچوهایی که به واحد کامپوند تحویل داده می شوند در اکثر موارد مثل
   NR-NBR به صورت عدل هایی با وزن تقریبی 25-100 KG بسته بندی شده اند
   که باید  بوسیله تیغه های برش و گیوتین به قطعات کوچکتر تقسیم شوند طوری
   که به اندازه خوراک مورد نیاز(وزن مورد نیاز برای هر بچ) قابل توزین باشد.

v  نکاتی که حین اختلاط با میل باید در نظر گرفته شود:

   1- اگر آمیزه مورد استفاده در دمای غلتک کاری،خاصیت لاستیکی محدودی داشته
    باشد.آمیزه غلتش پیدا نمی کند(یعنی دور میل جلو نمی پیچد).
   در چنین مواردی آمیزه به بالا و پایین می پرد و یا به بخش های مجزا تبدیل می شود.
   برای رفع این عمل می توان با تغییر دمای یک یا هر دو غلتک ودر بعضی مواقع با
   تنظیم فاصله بین دو غلتک اصلاح نمود.

   2- مواد پودری باید بعد از پیچیدن به دور غلتک و در فاصله بین دو غلتک وبه صورت
   رفت وبرگشتیاضافه شوند.همچنین موادی که به پایین ریخته می شوند باید هراز
    چند گاهی جارو و به همین صورت به آمیزه اضافه شود.

   3- یکی از علتهای استفاده از غلتک خوب توزیع شدن مواد در سراسر آمیزه است
    که این مهم تنها با دقت اپراتور و چاقو زنی فراوان به دست می آید.
   اپراتور باید به طور مداوم آمیزه پیچیده شده دور غلتک را چاقو بزند تا مواد پودری
    در تمام آمیزه پخش شوند.

 عوامل مؤثر بر ظرفیت میلها:

   برای ایجاد یک اختلاط و یکنواختی مؤثر در یک فاصله نیپ ، میبایستی توده ای
   از کامپاند بر روی این فاصله تشکیل شود.این ذخیره برای آن است که آمیزه به اندازه
   کافی به داخل نیپ تغذیه شده باشد تا جریان کار بطور مؤثر بر مواد انجام شود.
  ظرفیت یک میل بوسیله تنظیم فاصله بین دو رول تعیین می شود که این مقدار کامپاند
  چسبیده بر دور یک رول و با لزوم ذخیره مواد در تولید پیوسته یعنی همان ذخیره در
  حال غلتش بستگی دارد.در صورتیکه توده ذخیره مواد خیلی زیاد باشد مقداری از
   مواد ساکن شده و نقشی را در عمل میل کردن بازی نمیکند.

    جدول زیر نمونه هایی از اندازه رول را همراه با ظرفیت آنها نشان می دهد:

   نکته :

   هنگام روشن کردن میل در ابتدای شیفت کاری ،باید بخار میل را باز کرد تا درجه

   غلتکها به حدود 60 درجه سانتی گراد برسد.معمولا با تماس دست به غلتکها و

   سوزش نسبی آن ، این حرارت کنترل می گردد.

   در این زمان ورقه کامپاند از کناره های غلتک به روی میل اضافه می شود.

   باید از استفاده کردن یکدفعه مقادیر زیاد کامپاند به طور همزمان در وسط غلتکها

  خودداری کرد پس از نرم شدن کامپاند و چسبیدن کامل آن به دور غلتک به دلیل

   گرمازایی باید بخار میل بسته شود وآب سرد باز گردد.

v  بنبوری:

   بنبوری دستگاه اختلاط داخلی است که از سه قسمت عمده تشکیل یافته است:

1.    قسمت بنبوری

2.    قسمت اختلاط

3.    قسمت موتور

   * قسمت تغذیه:

   این قسمت شامل یک قیف تغذیه برای دریافت مواد می باشد همچنین یک رام

   برای نگهداری مواد در داخل اطاقک اختلاط تشکیل یافته است. بالا و پایین رفتن

   رام و باز و بسته شدن دریچه قیف تغذیه به وسیله فشار هوا صورت می گیرد.

   رام مواد مخلوط شونده را در محدوده عمل موثر روتورها نگه می دارد.

   * قسمت اختلاط:

   از دو سیلندر به هم مرتبط که درون آن از دومارپیچ حلزونی که روتور نامیده

   میشوند، تشکیل یافته است. این روتورها درکنار هم درون این سیلندرها قرار

   گرفته اند و در جهت عکس یکدیگر با سرعت های متفاوت، نسبت به یکدیگر

   درحال چرخش هستند، یکی از روتورها اندکی سریعتر حرکت می کند.

   هر یک از دو روتور دارای دو یا چهار بادامک می باشد. دور روتورها توسط گردش

   موتورهایی که با ولتاژ بالا کار می کنند تامین می گردد. این سیلندرها و روتورها

   درون محفظه چدنی قرار دارند که محفظه اختلاط، نامیده می شود. عمل اختلاط

   درون این اطاقک اختلاط انجام می گیرد به همین دلیل، بنبوری را مخلوط کن داخلی

   می نامند.

   در قسمت زیرین اطاقک، درب تخلیه برای مواد خمیری شکل، قرار گرفته است که

   به صورت هیدرولیکی باز و بسته می شود.

   * قسمت موتور:

   جهت اختلاط مواد در داخل محفظه اختلاط بنبوری، موتوری قرار دارد که روتورها

    را به چرخش در می آورد.

  مراحل انجام اختلاط در بنبوری:

   این بخش به عملیاتی که بایستی جهت تولید یک بچ مخلوط شده که دارای

   خصوصیات مورد نظر برای عملیات بعدی و خصوصیات محصول است مربوط می شود.

   یک مرحله اختلاط ایده آل یعنی همه اجزا و مواد یک کامپاند با هم درون یک مخلوط

   کن تغذیه شود و بدون ایجاد خطر سوختگی در یک سیکل به اندازه کافی مخلوط شود

   و سپس این اجزا به یک شکل مورد نظر جهت عملیات بعدی (بصورت نوار یا دانه ای

    شکل)تبدیل می شوند.

   مواد پس از توزین، روی بنبوری منتقل می شود که دارای یک ترازوی الکترونیک است

   که به میزان لازم مواد را وزن می کند. مواد اولیه از دهانه بنبوری به داخل محفظه اختلاط

   تخلیه شده و در فاصله روتورها و همچنین روتورها با بدنه با یکدیگر آمیخته می شوند.

   پس از تکمیل عمل اختلاط، مخلوط از دریچه زیرین بنبوری تخلیه شده و بر روی دو میل

   ورق می گردد. سپس با عرض مشخصی بریده شده و پس از عبور از داخل محلول

   «بچ آف» شستشو شده و خنک می گردد.

   آنگاه به صورت ورق جمع آوری می شود.

   قابل ذکر است که در اختلاط روی میل درجه حرارت کمتر و زمان اختلاط طولانی تر

   است ولی در بنبوری زمان اختلاط کمتر و درجه حرارت بالاتر می باشد.

   در کارخانه های بزرگ لاستیک ، بویژه کارخانه های تولید کننده تایر ،بطور عمده

   مخلوط کن بنبوری برای تهیه آمیزه ها جایگزین غلتکها شده اند.

   کارخانه های کوچکتر لاستیک سازی نیز برای بازدهی مؤثر ،مجبور به تهیه آمیزه در

   مخلوط کن بنبوری شده اند.در بنبوری فرآیند اختلاط در درون یک محفظه بسته و

   توسط روتورهای در حال چرخش صورت می گیرد.

v  ترتیب ورود مواد به میکسر:

   انتخاب ترتیب ورود مواد به یک مخلوط کن میتواند عامل بسیار مؤثری در کارایی

   عمل اختلاط و همچنین در میزان تولید و خصوصیات مخلوط حاصل از آن باشد طبق

   یک دستور کلی تعداد موادی که در یک سیکل مخلوط افزوده می شوند و باعث بالابردن

   و پایین آوردن رام میشود میبایستی به حداقل رسانده شود و این بخاطر زمانی است

   که این عمل اشغال می کند.

v  تهیه آمیزه لاستیکی در مخلوط کن های داخلی:

   پرکردن محفظه مخلوط کن زمانی انجام می شود که رام در حالت ابلا قرار گرفته

   است.ابتدا تکه های کائوچوی وزن شده به داخل مخلوط کن ریخته می شود.بعد از

   یک نرم کردن کوتاه ،فیلرها(مثل دوده)،روغن ها ودیگر عوامل اضافه می شود،سپس

   کوبه یا رام پایین آورده می شود.

   اگر حجم پرشدن و فشار رام صحیح باشد،پایین آمدن و صدای ضربه ضربه انتهای

   رام را می توان بعد از 15تا20ثانیه شنید.

   ترکیب شدن کامل پرکننده ها(مثل:دوده،سیلیکا،تالک) در فاز کائوچو را می توان

   با شنیدن صدایی شبیه مک زدن تشخیص داد .

v  کنترل کیفیت و فرآیند اختلاط:

   برخی از عوامل که به صورت مکرر و پی در پی در اختلاط آمیزه های لاستیکی دخالت

   دارند ،به نسبت مشخص هستند که در ادامه ذکر می شوند:

   مواد اولیه مصرفی باید یکنواخت باشد،آمیزه ها نبایستی آلوده شوند.آمیزه ها بایستی

   به نحوی فرمول بندی شود که اثر تغییرات کوچک طی فرآیند به حداقل برسد. شیوه

   اختلاط (ترتیبی که مواد بهم اضافه می شوند)بایستس متناسب با فرمول بندی

   وطراحی مخلوط کن بنبوری باشد و در نهایت مخلوط کن باید به خوبی نگهداری

   شود تا محصولی یکنواخت تولید

v  تعدادی از مشکلاتی که در بنبوری وجود دارد :

معیار برای تخلیه مواد:

   برای تصمیم گیری در مورد زمان پایان بخشیدن به عمل اختلاط ، متد های

   متفاوتی وجود دارد که معمولترین آنها عبارتند از:

1-      تصمیم گیری از روی زمان از قبل تعیین شده

2-      رسیدن دمای آمیزه به دمای از قبل تعیین شده

3-      رسیدن آمیزه به دمای مشخص در یک زمان از قبل تعیین شده

   هدف،بالابردن و تضمین کیفیت محصول نهایی،اجتناب از over mixing و کاهش

   اختلاف میان محصول حاصل از بچهای مختلف است.تاکنون شواهد بسیاری نشان

   داده است که با در نظر گرفتن انرژی ورودی در مراحل مختلف سیکل اختلاط (هم به

   صورت توان لحظه ای و هم به صورت توان کلی و یا کار ورودی)میتوان دقت وکنترل

   بر روی فرآیند را افزایش داد.

   در اختلاط یک آمیزه لاستیکی ایجاد هرگونه تغییری در توان مصرفی میتواند نمایشگر

   مرحله ای از فرآیند باشد.مانند تر شدن ،پراکندگی(dispersion) و نرم شدن که هر

   کدام از اینها در تعیین خواص نهایی محصول مؤثرند.خواصی چون ویسکوزیته و

   تورم (die swell) که بستگی به کسر حجمی لاستیک در مخلوط دارند،در انتهای

   مرحله پراکندگی به مقدار اپتیمم خود میرسند.در واقع در ابتدای مرحله dispersion

   ،ذرات فیلر هنوز به صورت توده هایی هستند که تکه های لاستیک را در بین ذرات

   خود در بر گرفته اند و هنگامیکه نیروی برشی بر آنها اعمال می شود کل توده فیلر

   به همراه لاستیکی که در برگرفته است به عنوان یک ذره فیلر منفرد عمل مینماید.

   بنابراین یک مخلوط پراکنده نشده (disperse) نشده ،نسبت به یک آمیزه هموژن ،

   همواره از ویسکوزیته بالاترو die swell پایین تری برخوردار خواهد بود.

   در نظر گرفتن توان مصرفی ،روش واضحتری برای اندازه گیری زمان پراکنده شدن

   دوده سیاه می باشد.با مقایسه زمان دما و منحنیهای توان یا توان کلی بعنوان

   روشهایی برای کنترل فرایند ،به نتایج زیر برمی خوریم:

   هنگام اختلاط با زمان از قبل تعیین شده ،پارامترهایی چون زمان لازم برای گرم

   شدن فلزات در شروع اختلاط ،سرعت سرد شدن و نیز زمان لازم برای افزودن

   اجزا آمیزه مقدار مشخصی در نظر گرفته شده است.بنابراین هرگونه تغییر در

   این موارد موجب ایجاد اختلافاتی در محصول یک بچ با بچ دیگر می گردد.هنگام

   اختلاط با دمای از قبل تعیین شده که اغلب به روش معکوس و در سیکل اختلاط

   کوتاهی انجام می گیرد،مهمترین محدمدیت،دقت در اندازه گیری دمای بچهاست.

   به عبارت دیگر افت حرارتی بزرگ ایجاد شده توسط میکسر ،غالبا"دقت در اندازه

   گیری دما را از بین میبرد.هنگام اختلاط با توان ورودی از قبل تعیین شده محدودیتهای

   فوق از بین رفته وتشابه بین بچها بیشتر میشود ضمنا"در این روش زمان اختلاط

    بیش از 3 دقیقه است.

   به هر جهت در نظر گرفتن کار یا توان ورودی به تنهایی کافی نیست.چرا که

   بایست اثر پارامترهای متغییر فرآیند را نیز بر روی منحنی توان در نظر گرفت.

   به بیانی دیگر بایست گزارشی وجود داشته باشد که هم شامل منحنی تغییرات

   توان لحظه ای و هم شامل منحنی تغییرات توان لحظه ای و هم شامل منحنی

   تغییرات توان کلی و یا کار انجام شده باشد.البته باز هم این اطلاعات نمیتواندبه

   تنهایی معیاری برای کنترل فرآیند باشد بلکه بایستی کنترلهای زمان و دما را نیز

   در کنار آنها در نظر گرفت.

                  کپی برداری فقط با ذکر منبع مجاز است

   منابع:

   1-تکنولوژی جامع لاستیک هافمن(شرکت مهندسی وتحقیقات صنایع لاستیک)

   2-اختلاط لاستیک(شرکت مهندسی وتحقیقات صنایع لاستیک)

   3-نگرشی بر فرآیند اختلاط (مجتمع صنایع لاستیک کرمان)

   4-نگرشی بر فرآیند اختلاط و اکسترودینگ (صنایع لاستیکی سهند)

   5- جزوه درسی