تحقیق رایگان با موضوع مدل‌سازی و نگهداری


Widget not in any sidebars
در جدول بالا عبارت (E.O.H.) بیانگر عمر سپری‌شده روتور بر اساس طراحی شرکت سازنده است که بر اساس تجربیات صنعتی بسیار محافظه‌کارانه می‌باشد. توربین گاز موردنظر بر اساس اعلام شرکت سازنده برای عمر صد هزار ساعت طراحی شده است.
هندسه روتور
به منظور مدل‌سازی روتور اولین گام تعیین هندسه روتور می‌باشد. با توجه به اینکه ماهیت بارهای اعمال شده از جنس نیروهای حجمی و گرادیان دما هستند، ابعاد دقیق روتور توربین نقش بسیار مهمی در تحلیل تنش آن دارا می‌باشد. نقاط دارای تغییر هندسه ناگهانی موجب تمرکز تنش می‌گردند و نقاط مستعد برای ایجاد و رشد ترک می‌باشند، بنابراین نیاز است تا هندسه روتور با بالاترین دقت ممکن تعیین گردد. به علت آنکه نقشه دقیق روتور مورد‌نظر در شرکت پتروشیمی موجود نبود، تلاش گردید تا با استفاده از نقشه کلی روتور و مدارک موجود هندسه روتور تا حد امکان با دقت مناسب تقریب زده شود. همچنین هندسه ریشه پره‌های توربین بر روی روتور با اندازه‌گیری مستقیم ابعاد آن در زمان تعمیرات تعیین گردید.
ابعاد تقریبی روتور توربین‌ در شکل زیر نشان داده‌ شده است. طول کلی روتور 8082‌ میلی‌متر، ‌فاصله محور یاتاقان‌های آن 6650 میلی‌متر و قطر حداکثر آن 1400 میلی‌متر می‌‌باشد.
شکل ‏42 هندسه تقریبی روتور
روتور موردنظر از سه قسمت: روتور کمپرسور، روتور توخالی و روتور توربین تشکیل شده است که توسط دو یاتاقان ژورنال و یک یاتاقان محوری نگهداری می‌شود. روتور توربین از سه دیسک مجزا که به یکدیگر توسط روش جوش اصطکاکی متصل شده‌اند، تشکیل شده است. مشخصات هندسی دیسک‌های توربین در شکل‌ 4-3 ارائه شده‌اند.
روتور توربین دارای چهار ردیف پره می‌با‌شد که به صورت محیطی نصب می‌گردند. هر یک از ردیف‌ها دارای 107 پره است. بین هر دو پره سگمنت‌هایی وجود دارد که آنها را از هم جدا می‌کنند. با توجه به توزیع محیطی یکنواخت پره‌ها بر روی روتور، فرض تقارن محوری برای روتور توربین در نظر گرفته شده است.
(الف)
(ب)
(ج)
شکل ‏43 هندسه دیسک‌های روتور توربین، الف) دیسک اول، ب) دیسک دوم و ج) انتهای روتور
برای تعیین هندسه شیارهای محل قرارگیری پره‌های توربین بر روی سطح روتور، ابتدا با اندازه‌گیری یک نمونه پره توربین، ابعاد ریشه پره‌ها تعیین گردید که هندسه آن در شکل 4-4 ارایه گردیده ‌است. لازم به ذکر است که ابعاد ریشه همه پره‌ها یکسان است.
شکل ‏44 هندسه ریشه پره (واحدها به میلی‌متر می‌باشد)
در ادامه با توجه به قرار‌گرفتن ریشه پره در روتور،‌ برعکس هندسه ریشه از روتور حذف گردید. ابعاد بر اساس دو پره موجود در ردیف اول و دوم و ابعاد شیم بین آن‌ها تقریب زده ‌شد. البته در این قسمت نیز تقریب ناشی از انبساط باعث خطا در محاسبات می‌شود. همچنین با توجه به تمرکز تنش در محل نصب پره‌های توربین، هندسه آن مطابق شکل 4-5 مدل‌سازی گردید. در گوشه‌ها به منظور کاهش اثر تمرکز تنش، فیلت مناسب فرض شد.
شکل ‏45 هندسه محل ریشه پره‌های توربین بر روی روتور (ابعاد به میلی‌متر)
ابعاد نهایی روتور توربین مورد استفاده در تحلیل المان محدود در شکل زیر ارایه گردیده است. البته به علت عدم دسترسی به حفره‌های درونی ابعاد بر اساس مقیاس نقشه‌ها تعیین شدند.
شکل ‏46 هندسه روتور مورد استفاده در تحلیل المان محدود (ابعاد به میلی‌متر)
شرایط مرزی و بارهای اعمالی
شرایط مرزی روتور در شکل 4-7 نشان داده شده است. فرض شده است که انتهای سمت راست اجازه جابجایی در راستای محور روتور را ندارد. همچنین مسئله با فرض تقارن محوری مدل گردیده است. سرعت دورانی روتور 3000 دور بر دقیقه در نظر گرفته شده است. اثر نیروی گریز از مرکز ناشی از وزن پره‌ها بر روتور، به صورت بار گسترده بر روی سطح ریشه روتور در نظر گرفته شده است. با توجه به توزیع محیطی یکنواخت پره‌ها بر روی روتور، فرض تقارن محوری بسیار نزدیک به واقعیت است. جرم پره‌های ردیف اول تا چهارم به ترتیب 6/2، 2/3، 7/3 و 4 کیلوگرم می‌باشند. لازم به ذکر است که به علت استفاده از فرض تقارن محوری، امکان در نظر گرفتن اثر وزن روتور ناشی از گرانش زمین وجود ندارد، که البته به علت اثرات کم آن قابل صرفنظر است.
شکل ‏47 شرایط مرزی و بارهای اعمالی
شرایط دمایی
در تحلیل المان محدود، هنگامی که پاسخ تنش‌ها و جابجایی‌ها به میدان دما بستگی داشته باشد، اما بر عکس آن صادق نباشد، یعنی توزیع دما به تنش‌ها بستگی نداشته باشد، از روند تحلیل حرارتی-تنشی ترتیبی استفاده می‌شود. به این صورت که ابتدا تحلیل انتقال حرارت انجام می‌گیرد و سپس توزیع دمای به‌دست آمده به عنوان یک میدان از پیش تعیین شده برای تحلیل تنش به‌کار می‌رود. در این پژوهش تحلیل انتقال حرارت روتور توربین به کمک نرم‌افزار المان محدود ANSYS انجام گردید. سپس نتایج آن به صورت شرایط دمایی از پیش تعیین شده به مدل روتور در نرم‌افزار ABAQUS اعمال گردید.
در شکل‌ 4-8 توزیع دمای به دست آمده از تحلیل انتقال حرارت در زمان‌های مختلف برای شروع به کار توربین تا زمان رسیدن به حالت پایدار دمایی ارایه شده است. لازم به ذکر است که زمان رسیدن به حالت پایدار دمایی از آغاز روشن شدن توربین برابر با 50 دقیقه می‌باشد.
شکل ‏48 توزیع دما در روتور از زمان روشن شدن توربین تا زمان رسیدن به حالت پایدار
در شکل‌ 4-9 نیز توزیع دمای به‌‌دست آمده از تحلیل انتقال حرارت برای خاموش کردن توربین تا زمان رسید
ن به شرایط محیط 40 درجه سانتیگراد نمایش داده شده است.
شکل ‏49 توزیع دما در روتور برای خاموش کردن توربین تا زمان رسیدن به شرایط محیط
انتخاب المان و شبکه‌بندی مدل