خلاصة:
یکی از وسایلی که در واحدهای پالایشگاهی و پتروشیمیایی برای کاهش دمای سیالات مورد استفاده قرار میگیرند، خنککنندههای هوایی میباشند. شکست پره این خنککنندهها میتواند باعث آسیب سایر اجزا شود. هدف از انجام این تحقیق تعیین عمر یک پره فن بر اساس مکانیک شکست است. بهمنظور تعیین تنشهای ایجاد شده در پره در صورت وقوع ارتعاشات و بررسی امکان شکست آن به دلیل خستگی در اثر رزونانس، پره تحت نیروهای معادل مدل سازی شد و به روش المان محدود مورد تحلیل قرار گرفت. سپس مدل تحت شرایط بارگذاری از قبیل نیروی گریز از مرکز، نیروهای آئرودینامیکی بهصورت استاتیک قرار گرفت و شرایط مرزی تکیهگاهی مناسب روی پره اعمال شدند. در پایان، با شناسایی عوامل تاثیرگذار بر کاهش عمر خستگی و تغییر هندسه پره بهمنظور کاهش این عوامل، پره بهینهسازی شد. نتایج نشان داد که رفتار پره با هندسه محدب توزیع فشار مناسبی نداشته و در سرعت دورانی 3000 دور در دقیقه در زوایای حمله بزرگتر 5 درجه پدیده اشتال رخ داده و توزیع فشار عملکرد مناسبی برای پره را نشان نمیدهد. در صورتیکه در هندسههای با فویل مقعر و مسطح چنین پدیدهای مشاهده نشد. همچنین علاوه بر هندسه فویل پره، جنس و چگالی پره نیز در پدیده شکست بسیار تاثیرگذار بود. ازآنجاییکه استیل ضدزنگ دارای چگالی تقریبا 3 برابر آلومینیوم است، در این ابعاد برای پره نیروی گریز از مرکز بسیار بزرگ خواهد شد که این امر منجر به شکست خواهد شد. با توجه به توزیع تنش، و عمر سازه در تعداد سیکلها مشاهده شد که هندسه محدب در مقایسه با سایر هندسهها مقاومت بیشتری در مقابل شکست از خود نشان میدهد.
Air coolers are one of the devices used in refineries and petrochemical plants in order to reduce the fluid's
temperature. The break of the blade of these coolers can cause damage to other components. The purpose of this
research is to determine the life of a fan based on the failure mechanism. The modeling of the fin was carried out
under equivalent forces and it was analyzed by finite element method in order to determine the stresses in the
blade in the event of vibrations and possibility of failure due to resonance fatigue. Then, the model was subjected
statically under the centrifugal and aerodynamic forces. The appropriate boundary conditions were applied to the
blade. In the end, the blade was optimized by changing the geometry of the blade and identifying the factors
affecting fatigue life. The results showed that the blade with convex geometry does not have a proper pressure
distribution, and stellar phenomena occur at a rotational speed of 3000 rpm at an angle of attack greater than 5°.
Furthermore, the pressure distribution did not show a suitable action for the blade. While such a phenomenon
was not observed in the concave and flat geometries. In addition to the geometry of the foil, the shape and
density of the blade were also affected by the failure phenomenon. Since stainless steel has a density of almost 3
times that of aluminum, in this dimension the centrifugal force of the blade would be very large, which will lead
to failure. As for the stress distribution and structural life, it was observed in the number of cycles that convex
geometry, in comparison with other geometries, shows greater resistance to failure.
ملخص الجهاز:
در این پژوهش یک مدل تک پره از ردیف آخر توربین مدلسازی شده است که برای صحت سنجی مدل از تست مودال تجربی استفاده شده است و به Air cooler Reihanian Yan-qing این نتیجه دست یافتند که با توجه به دیاگرام کمپبل و شکل مودهای حاصل شده از آزمایش، تشدید نمیتواند یکی از عوامل شکست پرههای توربین بخار این نیروگاه باشد (فتحی، 1390).
خواص مکانیکی آلیاژ های مورد بررسی برای پره فن {مراجعه شود به فایل جدول الحاقی} 3 Clark y -1- فرآیند تحلیل پس از طراحی هندسههای پره، هندسه پره برای زوایای 0، 5، 10 و 15 درجه در ماژول CFX نرم افزار انسیس در معرض سیال با سرعت m/s16 قرار گرفته و در هر یک از این زوایای حمله فشارهای وارد بر سازه پره (فویل) از طرف سیال محاسبه شده است.
سپس این توزیع فشار بر روی سطح پره به ماژول استاتیک استراکچرال 1 منتقل شده و نیروی گریز از مرگز و هارمونیک ناشی از دوران پره در صفحه عمود و همچنین کاهش و اضافه شدن شتاب گرانش به شتاب دورانی نیز اعمال گردیده و تغییر شکلهای به وجود آمده در سازه فن و همچنین تنش، کرنش، توزیع ضریب اطمینان بر روی سازه و عمر سازه بر حسب سیکل محاسبه میگردد 3-2 - مدلسازی تاثیر سیال هوا بر روی سازه پره برای محاسبه و بررسی اثر سیال بر روی سازه، پره فن را وارد محیط CFX وارد شده که می بایست مراحل تحلیل به ترتیب در نرم افزار انجام گردد.