بحث حول مكونات دوّار العنفة البخارية سنة رابعة كلية الهندسة الميكانيكية
ملخص مكونات دوّار العنفة البخارية
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 مكونات دوّار العنفة البخارية سنة رابعة كلية الهندسة الميكانيكية
الحل هو
بحث بعنوان:
مكونات دوّار العنفة البخارية:
يعتبر الجزء الدوّار في العنفة البخارية أحد أكثر العناصر التي تتعرض للإجهادات.
إن التركيب الإنشائي للدوار يتعلق بعدة عوامل: نوع الشفرات المتحركة فعلية أم رد فعلية؛ شروط البخار عند مدخل العنفة ومخرجها اتجاه الجريان( قطرية أم محورية)؛ الإجهادات الميكانيكية في العناصر المكونة للدوّار. ويتم صنع المحاور الدوارة بوجود أقراص مصنوعة بوساطة الطرق وملحومة إلى المحور، أو على شكل طبلة. يستخدم الدوار الطبلي في عنفات رد الفعل فقط.
1- أشكال المحور الدوّار:
تبعاً لطريقة التصنيع و التركيب يمكن تقسيم المحاور إلى ما يلي:
أ- الدوار المصنوع بالطرق: ويستخدم في قسمي الضغط العالي والمتوسط في العنفات البخارية الحديثة ذات الاستطاعات العالية.وتتمتع بوجود أقراص يتم تشكيلها مع المحور بقطعة واحدة ولا يزيد عادةً قطر هذه الأقراص عن متر واحد، وإلا يصبح التصنيع والحصول على الجودة مهمة صعبه. في هذا النوع من الدوارات ينعدم وجود الثقب المركزي الذي يتوضع فيه المحور، لذلك فإن طول العنفة يتحدد بسماكة الهيكل الحامل للشفرات الثابتة وسماكة الأقراص.بما أن أقطار المراحل الأخيرة من العنفة كبيرة، وعلم المعادن وتشكيلها في الوقت الحاضر لا يسمح بالحصول على هذه الدوارات بطريقة الطرق فإن دوار قسم الضغط المنخفض يصنع بشكل تجميعي، أي يتم تركيب الأقراص على المحور أو لحامها.
ب- المحاور الدوارة ذات الأقراص المركبة:وتتألف من المحور الدوار يتم تركيب الأقراص والشفرات المتحركة عليه. ويتم تركيب الشفرات المتحركة على أخاديد موجودة على محيط القرص. وهكذا نجد أن القوى النابذة المؤثرة على الأقراص تزداد بدءاً من المحيط إلى المركز، لذلك فإن سماكة الأقراص يجب أن تتزايد باتجاه المحور, وكذلك يوجد في منتصف القرص فتحات دائرية لتثبيتها على المحور. ويتم نقل عزم الدوران من الأقراص إلى المحور عن طريق طاقة الاحتكاك الناتج عن تركيب الأقراص بشكلٍ مرصوص. ومن أجل ضمان انتقال هذا العزم يتم تركيب وتد تثبيت بين كل قرص والمحور. وأحياناً يتم تركيب أوتاد جانبية بين أقراص قسم الضغط المنخفض, والتي تقوم بربط الأقراص بالجلبة الموجودة على المحور والتي ترتبط معه بوساطة وتد آخر.
ج-المحاور الدوّارة الملحومة:ويتم جمعها من قطع مطروقة يتم لحامها بالتتالي وتتمتع بعدة مزايا حسنة بالمقارنة مع الدوارات المجمعة السابقة,إذ إن الأقراص في الدوارات الملحومة لا يتم تركيبها على المحور ولا تمتاز بوجود ثقب مركزي فهي ملحومة مع بعضها وهذا يرفع من متانتها إلى الضعف تقريباً.يتم اختيار مقطع القرص بشكلٍ تكون الإجهادات بالاتجاه القطري ثابتة،إذ إن ذلك يقلل من الأبعاد المحورية للمرحلة وبالتالي يقلل من طول المحور.
إن الصعوبة الأساسية لهذا النوع أثناء التصنيع هو ضرورة أن يكون اللحام عالي الجودة.
د-المحاور المركبة:تكون الأقراص في المراحل الأولى مصنوعة بالطرق مع المحور أما في المراحل الأخيرة فتتم صناعة الأقراص والمحور كلاً على حدة ثم يتم تركيب الأقراص على المحور.
2- البنية التفصيلية لبعض أنواع الدوارات:يبين الشكل #1# طريقة جمع لقرص والمحور. وهنا يكون الثقب المركزي في القرص أصغر من قطر المحور.
بتسخين القرص يتوسع بحيث يمكن إدخاله في المحور وبالتبريد يضغط القرص على المحور وينشأ إجهاد مماسي وقطري يحقق تماسكاً قوياً بين المحور والقرص.
وتحت تأثير الضغط يصغر قطر المحور بازدياد عدد الدورات يتناقص الإجهاد وفي الحالات الطارئة عندn>n0 يتلاشى الإجهاد ويظهر خلوص.
لذلك نختار قيمة الإجهاد بحيث لا تزول إلا عند سرعة دوران تزيد بمقدار 20-30% من السرعة الاسمية.
تبلغ قيمة الانضغاط في العنفات ذات 3000r.p.m على النحو التالي:
- للأقراص ذات الإجهاد المنخفض
(0.0008÷0.0010)d
- للأقراص ذات الإجهاد المتوسط
(0.0010÷0.0013)d
- للأقراص ذات الإجهاد العالي
(0.0014÷0.0016)d
يعتبر تركيب القرص على المحور بشكلٍ صحيح أحد العوامل الهامة في موثوقية عمل العنفة، فعند درجة حرارة حتى 400 مئوية يتم تركيب القرص مباشرةً على المحور مع وجود إجهاد و انضغاط وباستخدام خوابير محورية وقطرية. ومن الملاحظ أن الانضغاط يحافظ على قيمته لمدة 100÷200 ألف ساعة عمل, لكن بعد ذلك يصاب المعدن بالوهن والاسترخاء مما يضعف الاتصال بين المحور والقرص. وبازدياد الإجهاد الابتدائي تزداد سرعة الاسترخاء في الفترة الأولى من العمل ثم تبدأ بعد ذلك بالتباطؤ. ويؤدي ذلك إلى اهتزاز الجزء الدوار، والذي لا يمكن تلافيه إلا باستعادة الإجهاد الابتدائي خلال عملية الصيانة. ويتم ذلك إما بتركيب أقراص جديدة أو بإضافة حلقات إحكام بين المحور والقرص.
عند الإجهادات المعتدلة (2000 kg/cm2) يتم نقل العزم من المحور إلى الأقراص بوساطة جلبة أو اثنتين موشورية الشكل ( كما في الشكل #2#,b ). وبازدياد استطاعة العنفات البخارية, وبالتالي ازدياد ارتفاع الشفرات في المراحل الأخيرة والإجهادات الناشئة في القرص. وهذا يستدعي استخدام خوابير أو جلب قطرية، والتي لاقت انتشاراُ واسعا ً(الشكل#2#,f ). يتم تركيب الخوابير القطرية بانضغـاط قدره 0.01-0.03 mm أما الخلوص مع القرص فيبلغ 0.02-0.04 mm .في الشكل (#2#,a,c,e) طريقة أخرى لتركيب القرص على المحور. وهنا يتم إخضاع القرص إلى دوران اصطناعي بوساطة آلة خاصة(8500r.p.m.) بحيث يجهد المعدن المحيط بالثقب حتى اللدونة فيتوسع الثقب أما باقي معدن القرص فلا يتجاوز حد المرونة. بإيقاف الدوران يعود المعدن المرن إلى حالته الأولى فيضغط على الجزء اللدن فيخضع إلى عملية إجهاد مسبق.عند تصنيع الدوار بالطرق يتشكل المحور والقرص من قطعة واحدة لذلك ينعدم الإجهاد والاسترخاء. يبين الشكل #3# دوار مصنوع بالطرق، أما الشكل #4# فيوضح دوار قسم الضغط العالي وهو من النوع المختلط، حيث يصنع الجزء الأول بالطرق والجزء الثاني بطريقة التركيب والحشر.
3- الشفرات المتحركة:
تعتبر الشفرات المتحركة من أكثر الأجزاء حساسية في العنفة البخارية، حيث إنها تخضع لشروط عمل قاسية فهي تتعرض إلى قوى ثابتة وأخرى متغيرة .
فالقوى الثابتة تؤدي إلى إجهادات شد وانعطاف.
أما القوى المتغيرة فتؤدي إلى اهتزاز الشفرات
الشكل#4# الشفرات المتحركة للعنفة K-150-130 يتم تنعيم وصقل الجزء العامل من الشفرة ، وهذا من شأنه أن يقلل من الإجهادات والضياعات والتآكل.
وبالانتقال إلى جذر الشفرة تكون السطوح مستوية بما يتناسب مع استدارة القرص.
ويعتبر الجذر أكثر الأجزاء تعرضاً للإجهادات الستاتيكية والديناميكية.
يبين الشكل #4# كل الشفرات المتحركة التابعة لعنفة من الطراز K150-130.
وتحتوي العنفة البخارية الحديثة على عدة آلاف من الشفرات الثابتة والمتحركة والتي تستهلك (%20-25) من الأعمال اللازمة لتصنيع كامل العنفة.
وتبعاً لتنوع البروفيلات وشكل الجذر نجد أن للشفرات المتحركة أنواع كثيرة. وفي العنفات التي يكون فيها d/L2 اصغر او يساوي (10÷12) ويكون البروفيـل متغيراً من الجذر الى القمة كما هو مبين في الشكل #6#.
ويتنوع جذر الشفرة حسب عدد سطوح الاستناد، ففي الشفرات القصيرة التي تعمل عند سرعات محيطية معتدلة نستخدم سطح استناد واحد.
أما في الشفرات الطويلة فيكون عدد سطوح الاستناد اثنين أو ثلاثة أو أكثر.
في الشكل #4# نجد أنه بازدياد ارتفاع الشفرات وكتلتها يزداد عدد سطوح الاستناد. تبعاً لتصميم الجذر يمكن نلاحظ وجود مجموعتين:
1- أخاديد داخل القرص ونتوءات موافقة على جذر الشفرة #7#
2- يتداخل الجذر مع القرص بطريقة تشابه أسنان المشط.يعتبر تركيب الجذر على محيط القرص عملية هامة تؤثر على أداء العنفة.
إذ إن الخلوص بينهما يجب أن لا يتجاوز 0.05mm . يتم تثبيت الشفرات بالاتجاه المحوري بوساطة صفائح متصلة بجذر الشفرة ويتم ثني أطرافها على محيط القرص بحيث تمنع الشفرة من الحركة بالاتجاه المحوري.
إن تثبيت الشفرات بالاتجاه المحوري بالطريقة المذكورة تمتاز بسهولة تغيير بعض الشفرات بشكل منفصل.الطريقة الأخرى في تثبيت الشفرات هي تجميع أقواس مؤلفة من عدة شفرات، و يتم زلق الشفرات على محيط القوس بحيث تتطابق نتوءات الشفرة مع أخاديد محيط القرص الموازية للمحيط. وإضافة لذلك نستخدم خوابير عرضية( محورية) لتثبيت الشفرات ( الشكل #8#)
من الضروري، وخصوصاً في المراحل الأولى مراعاة وجود خلوصات حرارية بسبب التمدد الناتج عن درجات الحرارة العالية حيث يوجد تباين في تمدد القطع المعدنية المتجاورة. وكذلك الأمر بالنسبة للمراحل الأخيرة حيث تكون الأبعاد الهندسية كبيرة.
فمثلاً يكون الخلوص بين سلك التخميد وبين الثقب في الشفرات ما بين 0.2-0.5mm (الشكل #8#,b).
4- مقارنات نقل الحركة:
من أجل وصل المحاور الدوارة التابعة للأقسام المتجاورة وكذلك ربط محور العنفة بمحور المولدة الكهربائية نقوم باستخدام قارنات متنوعة.
في العنفات الحديثة ذات الاستطاعات العالية نستخدم بشك أساسي قارنات صلدة وأخرى شبه صلدة.
أ- القارنات الصلدة:
يبين الشكل (#9#) القارنة المستخدمة من قبل مصنع خاركوف( أوكرانيا) للعنفات.
تتألف هذه القارنة من جزأين 8 , 3 والمركبتين على نهايتي المحورين 9 , 6 ومثبتتين بوساطة براغي 7.
في ببعض الأحيان يتم صنع القطع المؤلفة للقارنة كقطعة واحدة مع المحور، ويتم ربط المحورين بوساطة أخاديد موجودة على محيط المحورين.
ويمكن بالإضافة إلى ذلك استخدام أوتاد بحيث يدخل جسمها الطويل 4 في الأخدود حتى الأخير وبعد ذلك يتم تركيب الجزء القصير 5 ويمكن تثبيت الجزء القصير بوساطة جلبة 1 ومن أجل تثبيت جزئي القارنة نستخدم براغي مخروطية 2.
ويتم نقل عزم الدوران نتيجة لقوى الاحتكاك الناشئة بين السطوح الجانبية لجزئي القارنة, وذلك تحت تأثير الشد المطبّق من قبل البراغي 7.
تتلخص أفضلية هذا النوع من القارنات بالبساطة والمتانة، إلا أنها تتطلب دقة بالغة في التصنيع.
ب- القارنات نصف الصلدة:انتشر استخدام القارنات نصف الصلدة بشكلٍ واسع من قبل مصنع بطرسبورغ للعنفات، وهي مبينة في الشكل (#10#).
يتم تثبيت جزئي القارنة 8 ,3 على الطرفين المخروطيين للمحورين 9 , 2 كما هو الحال بالنسبة للنوع السابق، إلا أن الفارق هو أنه في بعض الحالات نستخدم براغي تثبيت إضافية بوساطة صواميل خاصة4 .بين جزئي القارنة يوجد عنصر توصيل 6 ومعوضات 7 .
ومن أجل التثبيت المتبادل نلجأ إلى استخدام براغي مخروطية 1، وبعد تركيب هذه البراغي يتم شدها بقوة معينة بوساطة البراغي 5 .
إن المعوضات 7 تسمح بانحراف بسيط للقارنة لكن لا يسمح بأي انتقال بالاتجاه المحوري.
ج- آلية تدوير المحور :
من أجل التسخين والتبريد المتجانس عند إقلاع العنفة وإيقافها ينبغي علينا تدوير المحور بقوة خارجية، وإلا فإن المحور السكن سوف يتعرض إلى الانحناء.
ومن أجل تدوير المحور في أثناء الإقلاع أو في أثناء تبريد العنفة بعد إيقافها نستخدم آلية تدوير وهي عبارة عن محرك كهربائي يتم ربطه بالعنفة بوساطة قارنة.يبين الشكل(#11#) آلية تدوير المحور الدوار.
وهنا نجد أنه إذا كان الغلاف القائد 4 يقع في أقصى اليمين فإنه يتعشق مع المسنن 2 ، وفي هذه الحالة يمكن أن تبدأ آلية التدوير بالعمل آلياً أو يدوياً.
في حالة العمل الأوتوماتيكي نجد أن قطعة التشغيل تضغط على فاصل النهاية ويبدأ المحرك الكهربائي بالعمل ويدور محور العنفة بعدد دورات يتراوح بين 4-10r.p.m. ، وذلك تبعا لنوع العنفة وحجمها.
وفي اللحظة التي يؤثر فيها البخار على شفرات العنفة ويصبح عدد دوراتها أكبر من عدد دورات المقلع وتتغير الإجهادات المحورية المؤثرة على المسنن 4 ، والذي يتحرك بشكل أوتوماتيكي إلى الوضعية اليسرى القصوى وتنفصل آلية تدوير المحور.
في حالة العمل اليدوي يجب تحريك المسنن 4 من الطرف الأيسر إلى الطرف الأيمن.
ومن أجل ذلك نقوم بتحريك الساعد 9 (يدوياً أو بوساطة سيرفومتر أوتوماتيكي).
ونقوم بذلك بتدوير المحور 11 ويتحرك المسنن القائد 4 باتجاه اليمين ويتعشق مع المسنن 2.
عند توقيف العنفة لفترات طويلة أو بالنسبة للدوارات الاحتياطية يتم تدوير المحور على البارد بمقدار 180o بين فترة وأخرى، وذلك حتى لا يصاب المحور بالانحناء تحت تأثير ثقله. ففي مصفاة بانياس يتم تدوير المحور الاحتياطي يدوياً مرة كل شهر.
جامعة تشرين
كلية الهندسة الميكانيكية و الكهربائية
هندسة القوى الميكانيكية / السنة الرابعة
المرجع: كتاب الآلات الحرارية العنفية