بحث حول مانعات التسرب (حلقات الاحكام)Seals سنة رابعة هندسة
أهلاً بكم زوارنا الكرام على موقع الحل المفيد الموقع الإلكتروني التعليمي المتميز والمتفوق بمعلوماته الصحيحة كما نقدم لكم اجوبة مختصرة على أسالتكم المتنوعة من المناهج الدراسية والعلوم الثقافية والتاريخية والاخبارية باجابة مفيدة كما ننشر لكم أعزائي الطلاب في صفحة موقع( الحل المفيد alhlmfid. ) ملخص أهم الدروس وحلول الواجبات والمراجعات لجميع المواد الدراسية للفصل الدراسي الأول والثاني المنهج الجديد كما نقدم لكم إجابة السؤال التالي...بحث حول مانعات التسرب (حلقات الاحكام)Seals سنة رابعة هندسة
. الحل هو
بحث جامعية بعنوان :
مانعات التسرب (حلقات الاحكام)Seals
---
مانعات التسرب تختلف من حيث شكلها و تصميمها تبعاً لوظيفتها و الشروط التي تعمل عندها , في أماكن خروج محور العنفة من غلافها الخارجي يتم وضع مانعات تسرب خارجي.
في الامكنة التي يكون فيها الضغط داخل العنفة أكبر من الضغط الجوي يهدف تركيب مانعات التسرب إلى أن يكون تسرب البخار اقل ما يمكن , أما في الامكنة التي يكون فيها الضغط اقل من الضغط الجوي فإن مهمة مانعات التسرب هي منع الهواء من التسرب الى داخل العنفة او المكثف . تسمى المانعات المذكورة بمانعات التسرب الخارجي .
بما ان الضغط امام الهيكل الحامل للشفرات هو اعلى منه خلف الهيكل فإننا نقوم بوضع مانعات تسرب داخلي بين الهيكل و المحور الدوار , ومن اجل الحد من تسرب البخار عبر الخلوص الواقع بين الحزام المحيطي الذي يثبت الشفرات المتحركة و غلاف العنفة الخارجية نقوم بتركيب مانعات تسرب محيطية.
تعتبر مانعات التسرب المتاهية (Labyrinth seals) الاكثر انتشاراً , حيث يمر البخار عبر متاهة تخفف ضغطه و تحد من تسربه .
و يبين الشكل نماذج متعددة لمانعات التسرب المتاهية , و من الملاحظ ان المانعات الافقية هي الاكثر استخداما و ذلك نظراً بسهولة تركيبها و فكها و قياس ابعاد الخلوصات بين الجزء الثابت و المتحرك من العنفة .
يمكن تقسيم مانعات التسرب المحورية من حيث توضّع الحواجز إلى : { امتداد محوري و امتداد قطري } و تبين لنا اشكال متعددة لمانعات التسرب
ـ يعتمد مبدأ مانعات التسرب على نخفيض الضغط بشكل تدريجي من خلال عمليات خنق متتالية عند مرور البخار خلال الخلوصات الواقعة بين الحواجز و الجزء الدوّار , و حيث ان البخار يجري تحت تأثير فرق الضغط فإن انخفاض الاخير او انعدامه يقلل التسرب او يمنعه نهائياً .
ـ تستخدم احياناً المانعات ذات الامتداد القطري فقط , وفيها يكون الامتداد الافقي صغيراً جداً مما يقلل من طول المحور لكن الناحية السلبية فيها هي :
1ـ صعوبة قياس قيمة الخلوصات بالطريقة المباشرة اثناء تركيب العنفة.
2ـ صعوبة فك و تركيب العنفة.
و يتم تحديد قيمة الخلوصات بتحديد موقع الاجزاء الثابتة و المتحركة و حساب قيمة الخلوصات .
قيمة الخلوصات بالاتجاه القطري تتحدد بالعلاقة :
0.001 d + (0.1 ÷ 0.2) mm ≤δ
حيث : d ـ قطر المحور (mm) متغير قيمة الخلوصات القطرية و خصوصاً اثناء اقلاع العنفة و يعزى ذلك للأسباب التالية :
1ـ المحور محاط بطبقة من الزيت في كراسي التحميل لذلك يتأرجح اثناء اقلاع العنفة .
2ـ بسبب التواء غلاف العنفة بسبب الفروقات الحرارية بين الجزأين السفلي و العلوي للغلاف اثناء الاقلاع او الايقاف حيث يتجمع البخار الحار في الجزء العلوي.
3ـ الارتفاع الطفيف لغلاف العنفة بسبب سخونة و تمدد ارجل تثبيت الغلاف الى الارض .
للأسباب السابقة تأخذ العلاقة اعلاه الشكل التالي : δ=[0.001 d+(0.1÷0.2)] +Hᵪ
عند تحديد قيمة الخلوصات القطرية القريبة من المسند تكون الانحرافات مهملة و يكون Hᵪ ≈ O , لكن قيمة الخلوصات تختلف على مدى المحيط , حيث نويد قيمتها في الجزء السفلي لتعويض مدى النقص في قيمتها بسبب تمدد ارجل الاستناد , و عند استقرار عمل العنفة تصغر قيم الخلوصات السفلية لتتعادل مع العلوية .
ـ في بعض الاحيان نجعل الخلوصات في الطرف الايسر من العنفة اكبر منه في الطرف الايمن و السبب هو ان المحور في كراسي التحميل يدور ضمن وسادة زيتية نحو اليمين (باتجاه عقارب الساعة) فيزاح المحور تحت تأثير ضغط الزيت نحو اليسار .
حيث أن الدوار اقل من حيث الكتلة و يمتلك سطوح تبادل اوسع لذلك فإن الخلوصات المحورية في المنطقة المحيطية a او في المنطقة المجاورة لجذر الشفرات المتحركة B الشكل (a) تبلغ قيمتها : a , B = 1.0 ÷ 1.5 mm و كلما ابتعدنا عن كرسي التحميل تزداد قيمتها.
ــ خلال استثمار العنفة نلاحظ وجود خلل و اعطاب بسبب انضغاط مانعات التسرب . فمن المحتمل تآكل الحواجز او تآكل المحور او حزام الشفرات المتحركة فنلاحظ وجود خطوط او اخاديد عليهم , و الاكثر من ذلك يمكن ان يبقى آثار لانحناء المحور , انقطاع حزام الشفرات المتحركة , ظهور خلل و ضعف في القطع الحاملة لمانعات التسرب .
ــ من المعلوم ان زيادة هبوط الانتالبي يتطلب زيادة عدد المراحل في العنفة أما زيادة ضغط البخار فيؤدي الى زيادة مانعات التسرب الخارجي و كذلك المحور .
في قسمي الضغط العالي و المتوسط نستخدم مانعات خارجية تثبت حواجزها في الجزء الثابت او الدّوار .
من اجل : P=240Kg/cm² و t₀=560°C يبلغ طول مانعات التسرب في قسم الضغط العالي حوالي 0.30 من طول المحور (2000mm) . ونتيجة لذلك تنخفض متانة المحور و الغلاف مما يزيد من احتمال انضغاط المانعات . أما زيادة درجة حرارة البخار الاولي فيزيد من الفروقات الحرارية و من تشوهات الغلاف و المحور و خصوصاً اثناء الاقلاع و الايقاف ( التسخين و التبريد ) و هذا بدوره يؤثر علي قيمة الخلوصات القطرية .
إلا ان العيب الرئيسي في هذه المانعات هو امكانية انضغاط المانعات على المحور مما يؤدي الى ظهور اخاديد دائرية على المحور , كما ان الاحنكاك بين المحور و المانعات يرفع درجة الحرارة لذلك يجب ايقاف العنفة عندما تتجاوز اهتزازات المحور الحد المسموح به .
ــ إن حدوث التواء دائم للمحور يتطلب فترة طويلة لإصلاح العنفة بما في ذلك تصحيح الالتواء في مصنع العنفات أو استبداله كاملاً .
ــ يبين الشكل التالي مانعات تسرب خارجية أمامية و يتم هنا تركيب حلقات على المحور تقوم بحمايته من الالتواء تحت ضغط المانعات من جهة واحدة , و كذلك فإن استخدام مانعات ذات امتداد قطري يقلل من طول المحور , لذلك فإن هذه الطريقة تستخدم منذ أكثر من خمسين عاماً .
ــ نجد طريقة اخرى لتلافي انضغاط المانعات و المحور حيث نستخدم مانعات قوسية ذات صفائح نابضية او نوابض حلزونية مما يخفف كثيراً من آثار تلامس المانعات مع المحور
ــ مانعات التسرب المحيطية لا تتم صناعتها بشكل مرن كما هو الحال في المانعات المحورية و إنما تكون من النوع الصلب . يفسر ذلك بصعوبة تصنيع أقواس متحركة ذات ابعاد صغيرة و أقطار كبيرة اثناء استثمار العنفة و بسبب الصلابة المذكورة من الممكن تآكل حواجز المانعات و حدوث اخاديد على الحزام الجامع للشفرات المتحركة و احتمال انقطاعه .
و تبلغ قيمة الخلوص القطري في مانعات التسرب المحيطي : δ = 1.0 ÷ 1.5 mm
ــ المواد التي تصنع فنها مانعات التسرب يجب ان تتصف بمايلي :
1ـ يتم تصنيع مانعات التسرب من مواد مقاومة للتآكل سواء أكانت تعمل وسط البخار المحمص او البخار الرطب .
2ـ يجب ان تحافظ على متانتها عند درجات الحرارة المصممة للعمل عندها .
3ـ يجب ان يكون التسخين الناتج عن احتكاكها مع المحور أصغرياً و ان لا تؤدي الى الإضرار بالمحور أثناء التوائه.
عند درجات حرارة حتى 250°C تصنع من النحاس الاصفر , و عند 400°C تصنع من الفضة الالمانية ( خليطة من النحاس و التوتياء و النيكل) , و عند 500°C تصنع من المونل (خليطة اساسها النيكل) , ومن اجل 600°C من الفولاذ . إلا ان النحاس الاصفر يحقق الشروط المطلوبة ضمن مجال واسع.
_____________________________________
جامعة تشرين
كلية الهندسة الميكانيكية و الكهربائية
هندسة القوى الميكانيكية
السنة الرابعة