ترجمه بررسی تاثیر حفره هیدرواستاتیکی بر یاتاغان های تراست دارای پد کج شونده و فنر توسط یک مدل ایزوترمالِ ایزوویسکوز

توضیحات

 عنوان فارسی: بررسی تاثیر حفره هیدرواستاتیکی بر یاتاغان های تراست دارای پد کج شونده و فنر توسط یک مدل ایزوترمالِ ایزوویسکوز

عنوان انگلیسی مقاله ترجمه شده:

An isoviscous , isothermal model investigating the influence of hydrostatic recesses on a spring-supported tilting pad thrust bearing

بررسی تاثیر حفره هیدرواستاتیکی بر یاتاغان های تراست دارای پد کج شونده و فنر توسط یک مدل ایزوترمالِ ایزوویسکوز

خلاصه

برای دهه ها و در سراسر جهان یاتاغان های تراست هیدرودینامیکی دارای پد کج شونده ( تراست بیرینگ های هیدرودینامیکی) در نیروگاه های هیدروالکتریکی، توربین هایی با صدها تن وزن را تحمل میکنند. طراحی های جدیدتر شامل حفره های هیدرواستاتیکی می باشند که به صورت پدهایی به شکل قطاعی از دایره ماشین کاری شده اند. با استفاده از تنظیم فشار روغن، در سرعت های دورانی پایین، ضخامت فیلم روغن افزایش یافته و در نتیجه اصطکاک کاهش می یابد که این عمل موجب افزایش عمر مفید یاتاغان می گردد. این بدان معنی است که کارخانه های قدیمی که از چنین سرویسی بهره مند نبودن می بایست از سیستم های روغن کاری هیدرواستاتیکی مکمل استفاده می کردند. هرچند که فرآیند طراحی جزئی نیست ولی برای بالا رفتن خود به خودی توربین تحت عملیات هیدرواستاتیکی نیاز به افزایش سطح فشار می باشد که این عمل در تضاد با نیاز به حفظ عملکرد در طراحی پد اصلیست. حفره ی قابل تغییر میتواند توزیع فشار فیلم روغن را تغییر دهد به طوری که پد را از موقعیت مطلوب خود میراند. این عمل موجب کاهش ضخامت فیلم روغن و افزایش دما میگردد که با کاهش کارایی مکانیکی و افزایش خطر آسیب به سطوح یاتاغان همراه است. بنابراین در نظر نگرفتن شیارها در شبیه سازی ها منطقی نیست. در این مقاله حل عددی یک پد (به شکل قطاعی از دایره) برای تحقیق بر چگونگی تاثیر اندازه ی حفره و شکل آن بر عملکرد یک یاتاغان معمولی مورد بررسی قرار گرفته است.  به علت اینکه شرایط عملیاتی توریبن مورد نظر در مسئله یه اندازه کافی شدید نیست که هزینه محاسباتی مدل هیدرودینامیکی ترموالاستیک را تضمین کند از یک مدل ایزوویسکوزِ ایزوترمال استفاده شده است.

1-مقدمه

یاتاغان های تراست که دارای پد کج شونده هستند به طور معمول در تاسیسات توربینی هیدروالاستیک مورد استفاده قرار می گیرند، قادر به تحمل بارهای بزرگ با اصطکاک کم و سایش ناچیز و دارای لرزش و سر و صدا هستند. یک روش معمول در شکل-1 نشان داده شده است. یاتاغان تراست شامل تعدادی پد به شکل قطاعی از دایره می باشد که توسط فنرهایی پشتیبانی می شوند. این فنرها به پدها اجازه می دهند نسبت به گردنده کج شوند. در شرایط کار عادی، پروفیل تولید شده یک فیلم روغن تحت فشار ایجاد می کند که به اندازه کافی ضخیم است تا سطوح کشویی را کاملا از هم جدا کند. هندسه ی یاتاغان، همراه با ویژگی های ساختاری آن، بارگذاری، سرعت لغزشی و لزجت روغن، همگی ضخامت دقیق فیلم روغن را کنترل می کنند. نگرانی اصلی طراح یاتاغان این است که اصطکاک را به حداقل برساند چرا که این امر فقط عامل ناکارآمدی مکانیکی نیست بلکه یکی از عوامل تولید گرما نیز می باشد که اگر به طور موثر از بین نرود دارای پتانسیل تخریب روغن روانکاری و سطوح یاتاغان می باشد. اگر چه یک یاتاغان هیدرودینامیکی  که دارای طراحی مناسب است میتواند با ضریب اصطکاک کم در محدوده 0.001 الی 0.005 کار کند، تحمل بار بسیار زیاد به طور معمول بدین معنی است که حرارت تولید شده در فیلم روغن می تواند به چندین کیلووات برسد که این امر می تواند خود به عنوان یک عامل افزایش قابل ملاحظه دما در فیلم روغن باشد. اگر این مسئله به طور مرتب بررسی نگردد، این دما موجب کاهش لزجت و همچنین کاهش پوشش دهی از سطح پد به دلیل انبساط حرارتی می شود. هر دو این اثرات می توانند ضخامت فیلم را کاهش داده و در موارد شدید بین سطوح یاتاغان تماس برقرار کنند[1].

یک مشکل عملی دیگر برای طراح یاتاغان این است که چگونه با شرایط راه اندازی و اتمام کار، هنگامی که سرعت یاتاغان به صفر می رسد، دست و پنجه نرم کند. تماس جامد با جامد و لبه مربوطه در ضریب اصطکاک باید بدون آسیب جدی به یاتاغان باشد. در تاسیسات مدرن امروزی روانکاری هیدرواستاتیکی این مشکل را حل کرده است. فشار بیرونی توسط یک پمپ، روغن را به داخل یک حفره می راند که بر روی سطح پد ماشین کاری شده است. جریان روغن تحت فشار در امتداد یاتاغان نیرویی کافی تولید می نماید که سطوح یاتاغان را کاملا از هم جدا می کند. فشار هیدرواستاتیکی زمانی که سرعت دورانی برای متحمل شدن فیلم هیدرودینامیکی کافیست متوقف می شود. انگیزه ای برای به حداقل رساندن ابعاد شیار به منظور محدود کردن انحرافات عملکردی از پد در شرایط هیدرودینامیکی وجود دارد.

در تاسیسات قدیمی تر، اگرچه فقدان کمک هیدرواستاتیکی وجود داشت ولی علیرغم نگرانی های آشکار، چنین تاسیساتی به علت دارا بودن روش عملیاتی دقیق و طراحی آگاهانه، برای ده ها مورد رضایت بودند.  

افزایش تقاضا برای انعطاف پذیری عملیاتی، نیاز به افزایش فرکانس راه اندازی و خاموش شدن، پتانسیل پیدایش آسیب در یاتاغان را بالا می برد. این خطر را می توان با استفاده از یاتاغان های ساده با قابلیت هیدرواستاتیک کاهش داد. پیش از افزودن هر گونه حفره هیدرواستاتیکی، باید به ویژگی های عملکردی یاتاغان توجه ویژه گردد. حضور حفره می تواند ضخامت فیلم روغن، و در نتیجه نیروی اصطکاکی که باید از بین برود را تحت تا ثیر قراردهد. جالب تر این واقعیت است که حضور یک پاکت ممکن است عملکرد یاتاغان هیدرودینامیکی را بهبود بخشد [5]، اما در شرایط دیگر، با چرخش پد در راستای اشتباه می تواند باعث کاهش عملکرد یاتاغان شود [3،6]. این گونه عواقب مخرب، بسیاری از مهندسان را از در نظر گرفتن هر گونه شیار بر روی سطح پد منصرف می سازد. با در نظر گرفتن همین چشم انداز، محققان یک مدل هیدرودینامیکی ایزویسکوزِ ایزوترمال یک پد که توسط فنر پشتیبانی می شود را برای بررسی تأثیر افزودن افت فشار هیدرواستاتیک بر عملکرد یاتاغان، شبیه سازی کرده اند. با این حال، نشان داده شده است که تنزل ضخامت فیلم درشبیه سازی های ایزوویسکوز ایزوترمال در مقایسه با شبیه سازی های ترموالاست هیدرو دینامیکی سه بعدی در بدترین شرایط 20٪ است [8]. یاتاغانی که در این مطالعه مورد بررسی قرار گرفته است  تحت شرایط سرعت و بار نسبتا کم است. سرعت اسمی 136 rpm و هر پد حدود 35 تن بار هیدرولیکی را تحمل می کند. سرعت فرار توربین به 255 rpm محدود می شود. با توجه به اینکه پدها نسبتا ضخیم و دارای سرعت و بارمی باشند، شبیه سازی ایزوویسکوز ایزوترمال برای تصمیم گیری های معتبر در مورد طراحی شیار هیدرواستاتیکی می تواند مورد استفاده قرار گیرد. محققان اذعان می کنند که برای یاتاغان های  با پدهای نازک، تحت شرایط شدید از نظر سرعت و بار، یک شبیه سازی پیچیده تر مورد نیاز است که اثرات حرارتی را به عملکرد یاتاغان ربط می دهد. یافته های کلیدی این مطالعه این است که افزودن انواع خاصی از شیارها می تواند ضخامت فیلم روغن را افزایش دهد و در شرایطی که محدوده تغییرات سرعت زاویه ای و لزجت روان کننده کم است اتلاف نیرو را کاهش دهد. این که در چه شرایطی این حالات اتفاق می افتد در این مقاله مورد بررسی قرار گرفته است.

توجه:

• برای دانلود فایل word کامل ترجمه از گزینه افزودن به سبد خرید بالا استفاده فرمایید.
• لینک دانلود فایل بلافاصله پس از خرید بصورت اتوماتیک برای شما ایمیل می گردد.