معرفی رشته مهندسی مکانیک

مهندسی مکانیک

در این مقاله آموزشی قصد داریم تا بطور تخصصی به معرفی رشته مهندسی مکانیک بپردازیم ، پس با ما همراه باشید.

معرفی رشته مهندسی مکانیک

مهندسی مکانیک از قدیمی ترین شاخه های مهندسی است که به تدریج ارتباط نیروها در کارکرد یک دستگاه ، حرکت اجزای دستگاه ، چگونگی عملکردحرارت ، رفتار اجزاء نسبت به یکدیگر ، مواد مصرفی لازم برای تولید خوب ، استفاده از الکتریسیته برای انتقال انرژی تولید شده یا دریافت انرژی الکتریکی و تبدیل آن به کار مکانیکی و استفاده از کامپیوتر برای هدایت و کنترل ماشین آلات ، تولید گرما و سرما ، حمل و نقل زمینی ، دریایی و هوانوردی و غیره آموزش داده می شود .

این رشته را شاید بتوان از نقطه نظر تنوع موضوعات تحت پوشش ، جامع ترین رشته ی مهندسی به شمار آورد چون رشته مهندسی مکانیک در بر گیرنده ی تمامی علوم و فنونی است که با تولید ، تبدیل و استفاده از انرژی ، ایجاد و تبدیل حرکت و انجام کار ، تولید و ساخت قطعات و ماشین آلات و به کار گیری مواد مختلف در ساخت آنها و همچنین طراحی و کنترل سیستم های مکانیکی ، حرارتی و سیالاتی مرتبط می باشد.

مهندسی مکانیک دارای گرایش های طراحی جامدات ، حرارت و سیالات ، ساخت و تولید و مهندسی دریا است .

گرایش حرارت و سیالات

در گرایش حرارت و سیالات ، عوامل موثر بر خواص مختلف حرکت سیال به خصوص سیال داغ مطالعه می شود و اثر عبور سیال بر محیط مانند نیرو هایی که در نتیجه ی عبور خود در محل ایجاد می کند یا طول های ناشی از افزایش یا کاهش دما در اعضای مختلف یک دستگاه ، بررسی می شود .

به عبارت دیگر دانشجویان این گرایش در زمینه ی تهویه مطبوع ، دستگاه های آب و فاضلاب و گرم کننده ساختمان ها مطالعه میکنند و درباره ی طراحی نیروگاه ها ، موتور های احتراق داخلی و طراحی انواع موتورهای درون سوز اتومبیل آموزش می بینند .

گرایش طراحی جامدات

مهندس طراحی جامدات باید تمامی نیروها و گشتاورهایی را که به هر عضو ماشین وارد می شود بررسی کرده و بهترین حالت قطعه مورد نظر را برای تمامی آن نیرو ها و گشتاور ها و همچنین برای داشتن بهترین کارایی به دست آورد و کارایی مناسب آن قطعه را در زمان طولانی تضمین کند .

همچنین طراحی سیستم ، طراحی ماشین های تراش ، فرز ، چاپ و قسمتهای تعلیق ، سیستم های انتقال قدرت و دینامیک یک خودرو ، توسط مهندسی این گرایش طراحی می شود . در ضمن در یک هواپیما قسمت های مربوط به فرود ، پرواز ، کنترل پرواز ، به نحوی مربوط به طراحی جامدات می گردد .

گرایش ساخت و تولید

یک قطعه باید به چه روشی ساخته شود تا دارای تولیدی سریع ، ارزان و همچنین کیفیت مناسب و کارایی مطلوب باشد ؟ پاسخ به این سوال مهم بر عهده مهندسین گرایش ساخت و تولید است . گرایش ساخت و تولید به زمینه های کاربردی مهندسی مکانیک می پردازد و مهندس این گرایش در زمینه شکل دادن فلزات ، طراحی قالب ها و ساخت قطعه های گوناگون فعالیت می کند .

گرایش مهندسی دریا

دانشجوی مهندسی دریا گرایش کشتی سازی مسائلی از قبیل طراحی بدنه ، استحکام بدنه ، سیستم های پیشرانه ، پایداری کشتی در مقابل امواج کناری و جانبی کشتی و طراحی سیستم های مربوط به ناوبری را مطالعه می کند . به عبارت دیگر یک مهندس دریا ، مهندس مکانیکی است که در کاربرد های دریایی مشغول به کار می شود . گفتنی است این گرایش تنها در دانشگاه صنعتی شریف ارائه می شود و در دانشگاه های دیگر به عنوان یک رشته ی مجزا مطرح است .

توانایی دانش آموختگان مهندسی مکانیک

دانش آموختگان مهندسی مکانیک آماده می شوند تا وظایف محوله برای اجرای پروژه های صنعتی شامل تحقیق و مطالعه ی اولیه ، طراحی مقدماتی ، محاسبات طراحی با جزئیات و تهیه ی نقشه ها و مدارک فنی ، تدوین فناوری ساخت و روش تولید ، مدیریت و اجرا و تعمیر و نگهداری را با آگاهی علمی و فنی در کلیه ی حوزه های مرتبط با مهندسی مکانیک به عهده گرفته و با موفقیت انجام دهند .

زمینه های اشتغال مهندسی مکانیک

یک مهندس مکانیک در حال حاضر در زمینه های مختلفی فعالیت می کند که از جمله آنها می توان به موارد زیر اشاره کرد :

  •  طراحی و ساخت تمامی ماشین آلات و قطعات آنها ، اعم از ماشین آلات تولیدی تمامی صنایع ، لوازم خانگی و تجهیزات پزشکی .
  •  طراحی و ساخت تجهیزات و سیستم های انتقال و تصفیه آب ، سیستم های مکانیکی و کنترل پالایشگاه ها و کارخانجات شیمیایی.
  •  طراحی و ساخت تجهیزات مکانیکی نیروگاه های فسیلی ، اتمی ، خورشیدی ، بادی و آبی .
  •  ساخت تجهیزات دفاعی مانند تانک ، راکت ، اژدر و پل های متحرک
  • ساخت ماشین آلات تغلیظ و بازیافت مواد مثل کارخانجات قند ، کاغذ سازی ، سیمان ، نساجی ، نمک و کنسانتره .
  •  طراحی و ساخت وسایل و تجهیزات حمل و نقل زمینی ، دریایی و هوایی
  •  طراحی و ساخت تاسیسات حرارتی و برودتی ساختمان ها و اماکن ، بالابرها و آسانسورها و سیستم های حمل و نقل
مواد کامپوزیتی

مواد کامپوزیتی

 

در این مقاله آموزشی قصد داریم تا بطور تخصصی به بررسی مواد کامپوزیتی بپردازیم، پس با ما همراه باشید

کلمه ی کامپوزیت که آن را در فارسی به مواد مرکب یا چند سازه ای ترجمه کرده اند ، به معنی مرکب از دو یا چند جزء مشخص میباشند که کاربرد فراوانی در صنعت و زندگی ما دارند. کامپوزیت ها موادی سبک ، مقاوم در برابر خوردگی و ضربه ، دارای مقاومت خستگی عالی ، مستحکم و با دوام اند و به روش های مختلفی قابل تبدیل به یک محصول یا قطعه می باشند .

مواد کامپوزیتی

تاریخچه ی کامپوزیت ها

با تعریف فوق ، کامپوزیت ها در اصل از زمان های قدیم مورد توجه بوده اند . از نمونه های قدیمی کاربرد این نوع مواد می توان به کاه گل و یا مومیایی اشاره نمود . کامپوزیت ها خواص مکانیکی برجسته ای داشته و از انعطاف پذیری مناسبی در طراحی برخوردارند و روش های ساخت آن ها نسبتا آسان است .

تقسیم بندی کامپوزیت ها

مواد کامپوزیتی از یک ماده زمینه (ماتریس) تقویت شده با انواع مختلفی از الیاف ها ساخته شده است . الیاف های تقویت کننده تحمل کننده ی اصلی بارها می باشند و زمینه ، وظیفه ی فراهم سازی بستر مناسب جهت انتقال باز از الیافی به الیاف دیگر را بر عهده دارد .

کامپوزیت ها بر اساس نوع زمینه ای که تقویت کننده را احاطه نموده است و آن ها را به هم اتصال می دهد به سه گروه عمده بر اساس یک طبقه بندی بین المللی واحد تقسیم می شوند که عبارتند از:
۱ ) کامپوزیت های پایه فلزی Composites Mattel Matrix یا MMC
۲ ) کامپوزیت های پایه سرامیکی Composites Ceramic Matrix یا CMC
۳ ) کامپوزیت های پایه پلیمری Composites Polymer Matrix یا PMC

کامپوزیت های پایه پلیمری

کامپوزیت های پایه پلیمری مهمترین دسته از کامپوزیت ها می باشند که طیف وسیعی از صنایع ، از صنایع رده بالا مثل تولید قطعات هواپیما گرفته تا صنایع رده پایین مثل تولید سینک ظرفشویی و … از کامپوزیت های پایه پلیمری تولید می شوند .

کامپوزیت های پایه پلیمری در حال حاضر ۵۹ درصد بازار کامپوزیت ها را به خود اختصاص داده اند و به همین دلیل بزرگترین زیر مجموعه مواد مرکب محسوب می شوند . امروزه اغلب صنایع از مزایای منحصر به فرد این مواد بهره می جویند و ردپای کامپوزیت ها را در حوزه های زیر می توان جست و جو نمود :

  1.  صنایع حمل و نقل شامل حمل و نقل هوایی ، جاده ای و دریایی
  2.  صنایع نظامی و هوا فضا
  3. صنایع انرژی در هر حوزه های تولید و انتقال برق و صنعت نفت ، گاز و پتروشیمی
  4.  صنعت ساخت و ساز شامل صنایع زیربنایی و صنعت ساختمان
  5.  صنایع مبلمان شهری
  6.  وسایل خانگی
  7. لوازم ورزشی

مزایای کامپوزیت های پایه پلیمر ی

مزایای سازه های مبتنی بر کامپوزیت های پایه پلیمری نسبت به نمونه های سنتی بتنی ، چوبی و فلزی را که باعث نفوذ آنها در گستره ی وسیعی از صنایع مختلف شده است ، در موارد زیر می توان خلاصه نمود :

  1.  کاهش وزن سازه ساخته شده با توجه به معماری قابل تغییر بر اساس خواست طرح
  2.  ایمن بودن در برابر پدیده ی خوردگی
  3.  قابلیت تحمیل بارهای سیکلی و مقاومت بسیار مناسب در برابر پدیده خستگی
  4.  سادگی روش های تولید و امکان تولید اشکال بسیار پیچیده با روش های بسیار آسان ، کارآمد و مقرون به صرفه
  5.  سهولت فرآیند های تعمیر و عیب یابی
  6.  ضریب انبساط حرارتی پایین و عایق مناسب حرارتی
  7.  عایق الکتریکی
  8.  بهبود اتصالات و امکان تولید یکپارچ ه
  9.  خصوصیات ارتعاشی بسیار مناسب و مقاوم بودن نسبت به پدیده ی تشدید در ارتعاشات نسبت به فلزات
  10.  قابلیت مونتاژ آسان

ساختار کامپوزیت های پایه پلیمر ی

در کامپوزیت های پایه پلیمری ، ماتریس یا همان زمینه یک ماده پلیمری است که به آن رزین گفته میشود و شامل دو دسته کلی ترموست ها و ترموپلاستیک ها هستند . الیاف تقویت کننده نیز شامل انواع شیشه ، آرامید ، کربن و بورن می باشد . در این ترکیب نقش باربری به صورت عمده به عهده ی الیاف است .

رزین وظیفه ی توزیع بار اعمال شده در شبکه الیاف و نگه داشتن موقعیت الیاف در جای خود را بر عهده دارد . امروزه استفاده از الیاف طبیعی در کامپوزیت های موسوم به کامپوزیت سبز نیز رونق خاصی پیدا کرده است .

رزین های مورد مصرف در کامپوزیت

رزین های معمول مورد مصرف در کامپوزیت ها شامل رزین های پلی استر غیر اشباع ، رزین های وینیل استر ، رزین های اپوکسی ، رزین های فنولیک ، رزین های ایمیدی هستند .
رزین ها به دو دسته تقسیم بندی می شوند :
اول آنهایی که واکنش تشکیل و شبکه شدنشان هر دو از طریق مرحله ای است مانند رزین اپوکسی ، فنولیک و ایمید . و دوم آنهایی که واکنش تشکیل شدنشان مرحله ای و واکنش شبکه ای شدنشان زنجیر افزاینده است . مانند رزین پلی استر غیر اشباع و وینیل استر .

روش های تولید کامپوزیت ها

روش های مختلفی جهت تولید قطعات کامپوزیتی پایه پلیمری وجود دارد که به طور کلی به سه دسته تقسیم می شوند :
لایه چینی دستی و پاششی  که شامل روش های تولید با :
۱ – روش های تولید ساده قالب باز هستند . تیراژ در این نوع تولید ، محدود یک الی سه قطعه در روز است و کیفیت محصول به اپراتور بستگی دارد .
۲ – روش های تولید خالص پالتروژن ، پیچش الیاف و لایه نشانی پیوسته که جهت تولید قطعات خاص مانند لوله ، پروفیل ، ورق و غیره مورد استفاده قرار می گیرند .
۳ – روش تولید قطعات صنعتی LFT , GMT , RTM , BMC , SMC و … که روش های LFT و GMT مربوط به گرما نرم ها و روش های RTM ، BMC و SMC مربوط به گرما سخت ها هستند .

انواع یاتاقان ها

معرفی انواع یاتاقان ها

در این مقاله آموزشی قصد داریم تا به معرفی انواع یاتاقان ها به طور کامل و تخصصی بپردازیم ، پس با ما همراه باشید.

یاتاقان از دو حلقه یا رینگ با جنس تقویت شده تشکیل شده است و در مکان های که نیاز به گردش یک جسم در محور خود وجود دارد استفاده میشود. بطور کلی میتوان گفت یاتاقان ابزاری میباشد که اجازه حرکت مقید بین دو یا چند عضو ( قطعه) را میدهد. 

یاتاقان توسط جزء واسطه که دو سطح یاتاقان را از یکدیگر جدا میکند تشکیل شده است و عمل یاتاقان را انجام میده.

معرفی انواع یاتاقان ها

تاریخچه یاتاقان ها

یاتاقان های اولیه از سه بدنه تشکیل و مونتاژ میشدند. یاتاقان های خطی امروزی نیز مشابه نسخه قدیمی میباشند اما با این تفاوت که در بعضی مواقع از ساچمه به جای غلطک استفاده میشود.  امروژه  یاتاقان های چوبی  هنوز می توانند در مکان های مانند آسیاب های آبی قدیمی دیده شوند.

انواع یاتاقان ها

انواع یاتاقان ها

میتوان یاتاقان ها را بر اساس حرکتی که میتوانند داشته باشند و یا جهت بارها ( نیروهای) اعمالی که میتوانند تحمل کنند دسته بندی کرد. همچنین قابل ذکر است نوعی از یاتاقان ها به طور کامل و نوعی دیگر به طور نیمه کامل روغنکاری (روانگاری) میگردند و همچنین انواعی از یاتاقان ها به روانکاری نیازی ندارند.

⦁ یاتاقان های شعاعی(ژورنال)

در مواقعی که محور ها به صورت افقی قرارگرفته اند و به گردش در می آیند، برای تحمل بار شعاعی میبایست در موقعیت تکیه گاه ها از این نوع یاتاقان ها استفاده نمود. در توربین بخار و ژنراتور ها از این نوع استفاده میگردد.

⦁ یاتاقان چشمی

 یاتاقان های چشمی معمولا از چشمی جوش داده میشوند و یا ریخته گری میشوند که بوش یاتاقان در آن جازده میشود. معمولا بدنه این یاتاقان ها از جنس چدن خاکستری میباشد و همچنین بوش آن نیز از جنس مخصوصی میباشد که در آن پرس و یا ریخته گری میشود.

⦁ یاتاقان لغزشی قابل تنظیم

در مواقعی که محور دچار لرزش و جابجای میشود میتوان از این نوع یاتاقان ها استفاده کرد. اگر تکان خوردن یاتاقان در هنگام گردش زیاد شود، میتوان با تنظیم آن ،موقعیت مناسب را انخاب نمود.

⦁ یاتاقان های محوری

از یاتاقان های محوری که به آنها تراست نیز گویند برای تحمل بار های محوری استفاده میشود . در این نوع از یاتاقان ها که دارای صفحات نشست و بوش راهنما میباشد ، صفحات نشست بار (نیروی) محور را میتوانند تحمل کنند.

خواص فلز یاتاقان

⦁ مدول الاستیسیته پایین
⦁ تنش برشی پایین
⦁ جلوگیری از جوش خوردن با شفت دیگر
⦁ استحکام بال در مقابل تنش های فشاری و عامل خستگی
⦁ مقاومت بالا در برابر خوردگی های شیمیایی
⦁ درارا بودن ضریب هدایت حرارتی بالا
⦁ ارزان و مقرون به صرفه بودن

ساختمان بلبرینگ

۱- رینگ داخلی

۲- رینگ خارجی

۳-ساچمه ها

۴- قفسه ساچمه ها

در رولر بیرینگ ها ، به جای ساچمه ها از رولر یا همان غلطک استفاده میشود. بلبرینگ در مواقعی که بار خارج از مرکز باشد خود را تنظیم میکند و بار را انتقال میدهد. همچنین قابل ذکر است که وظیفه قفسه ساچمه ها در حقیقت این است که ساچمه ها را به فواصل معینی از همدیگر ثابت نگه دارد تا از برخورد پهلو به پهلو جلوگیری کند .

انواع بلبرینگ ها

۱- سبک

۲- متوسط

۳- سنگین

فاکتورهای مهم در انتخاب یاتاقان

خواص مکانیکی: انواع نیروها اعم از شعاعی، محوری، اصطحکاک فضا، سروصدا، سرعت ،راحتی ، روغنکاری، توان انتقال
⦁ شرایط محیطی: درجه ی حرارت بالا و همچنین پایین،گرد و خاک، رطوبت ، تشعشع
⦁ شرایط اقتصادی: قیمت تمام شده، طول عمر ،راحتی تعویض، استاندارد بودن
⦁ نیرو و سرعت: این مورد اساسی ترین فاکتور در انتخاب میباشد.

انواع چرخدنده ها

انواع چرخدنده ها

 

در این مقاله قصد داریم تا به طور تخصصی به برسی انواع چرخدنده ها و کاربرد آن ها در صنعت بپردازیم ،پس با ما همرا باشید.

برای آنکه بتوانیم سرعت یک شفت یا محور را به شفت دیگر انقال دهیم میبایست از ابزار های استفاده شود که این قابلیت را داشته باشند که یکی از مهمترین این قطعات چرخدنده ها میباشند. به منظور انتقال نیرو از یک شفت به شفت دیگر از مکانیزم های مختلفی انجام میشود که یکی از اصلی ترین آنها چرخدنده میباشد.چرخدنده ها اجزا دایره ای شکل هستند که بر روی آنها (سطح بیرونی یا درونی)  دندانه های تعبیه شده است تا با یک دیگر درگیر شوند.

کاربرد چرخدنده ها

میتوان گفت بطور کلی برای انتقال قدرت به صورت چرخشی (دورانی) بین دو شفت ، از چرخدنده ها استفاده میشوند. کاربرد چرخدنده ها بسیار فراوان میباشد اما یکی از این کاربردها تنظیم کردن جهت چرخش میباشد.

چرخدنده دارای سه کارکرد اصلی میباشد:
۱. افزایش گشتاور از موتور به تجهیزات حرکتی
۲. کاهش سرعت تولیدی موتور
۳. تغییر مسیر محور گردان

انواع چرخدنده ها

همیشه محور های ما در یک زاویه معین قرار ندارند و در زوایای مختلفی نیاز به یک چرخدنده داریم. به همین منظور نیاز است تا چرخدنده های مختلفی در آن شرایط مورد استفاده قرار گیرد.میتوان چرخدنده ها را برحسب روش ساخت، شکل ظاهری، نوع کاربرد و یا همچنین نحوه قرارگیری شفتی که روی آن قرار میگیرد طبقه بندی نمود.

۱- چرخ دنده‌دار دنده ملخی

دنده ملخی

این نوع چرخدنده ها نیرو را به واسطه میله های موازی انتقال میدهند و دندانه های آن با محور های میله بصورت موازی میباشند.همچنین این نوع چرخدنده ها نسبت به چرخدنده های مارپیچ بدلیل آنکه تنها یک خط ارتباطی در بین دندانه های آنها وجود دارد بسیار پرسروصدا میباشند. این نوع چرخدنده ها در آب پاش ها و ماشین های لباس شوی بسیار کاربرد دارند.

۲- چرخدنده‌ جناغی

چرخدنده‌های جناغی بسیار به چرخدنده‌های دوقلو شبیح هستند. این نوع چرخدنده‌هاکاربردشان ایجاد شوک و ارتعاش میباشد و معمولا کوچکتر چرخدنده های دوقولی هستند. معمولا به دلیل مشکلات تولید و قیمت بالا کاربرد فراوانی ندارند و در جعبه دنده های خودرو ها برای انتقال گشتاور مورد استفاده قرار میگیرند.

۳- چرخدنده‌ مارپیچی

چرخدنده مارپیچ

در این نوع چرخدنده ها به دلیل انکه بیش از یک دندانه در تماس هستند ظرفیت انتقال بار بیشتری را نسبت به چرخ دنده‌های ملخی دارا میباشند. همچنین به دلیل بار اشتراکی میان دندانه ها ،عملکرد چرخدنده های مارپیچی نرم تر از چرخدنده های مارپیچی میباشند.این نوع چرخدنده ها در جعبه دنده خودرو ها مورد استفاده قرار میگیرند.

۴- چرخدنده مخروطى

چرخ دنده مخروطی

 

در محور های که در زاویه ۹۰ درجه قرار دارند میبایست از چرخدنده های مخروطی استفاده نمود و قابل ذکر میباشد که این چرخدنده ها دارای قیمت بیشتری میباشند.این چرخدنده ها در مکان های مانند پروانه هلیکوپتر مورد استفاده قرار میگیرد.

۵- چرخدنده‌ حلزونی

مارپیچ

 

چرخ دنده‌های حلزونی برای ایجاد بار های محوری مورد استفاده قرار میگیرند و در عملیات بار شوک عملکرد مناسبی نیز دارند. اما گفتنی است که نسیت به دیگر چرخدنده ها دارای تاثیر گذاری کمی میباشند . این نوع چرخدنده ها در خودرو های سنگین و بالابر ها مورد استفاده قرار میگیرند.

۶- چرخ دنده شانه‌ای

دنده شانه ای

میله دندانه دار یا چرخدنده شانه ای و چرخ دندانه‌دار کوچک در اشکال متفاوتی ظاهر میشوند. هردنده شانه ای شامل یک میله دارای دندانه میباشد که این میله دارای یک شعاع منحنی میباشد که می توان آن را به عنوان بخش چرخدنده در نظر گرفت. میله دندانه دار و چرخ دن دانه دار کوچک با درگیری یک دیگر یک نیروی خطی را بوجود می اورند و زمانیکه چرخ دندانه دار کوچک به حرکت دراید ، میله دندانه دار در یک مسیر  مستقیم قرار می‌گیرد. این نوع چرخددنده ها در ماشین های cnc مورد استفاده قرار میگیرند.

۷- چرخدنده‌ های داخلی و خارجی (رینگی)

چرخدنده خارجی دندانه های آن خارج از سطح رینگ قرار میگیرد و همچنین چرخدنده های داخلی دندانه های آن بر روی سطح درونی رینگ قرار میگیرد .زاویه چرخ دنده‌های داخلی بیش از ۹۰ درجه میباشد  و قادر به اعمال فشار جهت برگشت مسیر نمیباشند.

۸- چرخدنده سیاره‌ای

سیاره ای

انقال نیرو و سرعت متفاوت در اجزای چرخدنده سیاره ای مزیت زیادی برای انتقال نیرو و یا کاهش یک نیروی زیاد دارد . این نوع چرخدنده ها با از کنار هم قرار گرفتن از کنار هم قرار گرفتن چرخدنده‌های رینگی، ساده و میله گرداننده به وجود می‌آید. این نوع چرخدنده ها در دنده های دوچرخه های دنده ای مورد استفاده قار میگیرند.

طراحی چرخدنده ها

برای طراحی یک چرخدنده عوامل زیر رادر نظر میگیریم؛
۱ – ارتفاع سردنده ۲ – ارتفاع ته دنده ۳- ضخامت دنده ۴- انحنای جانبی دنده

چرخدنده ها اکثرا با دو منحنی اینولوت یا سیکلوئید طراحی و ساخته میشوند. برای ساخت چرخدنده های بزرگ و همچنین مواردی که انتقال قدرت زیاد مدنظر باشد از منحنی اینولوت استفاده میشود وبرای ساخت چرخدنده های ظریف مانند چرخدنده های ساعت از منحنی سیکلوئید استفاده میشود.

مزایای چرخدنده ها

⦁ انتقال نیروی بیشتر؛ در مقایسه با چرخ تسمه و چرخ زنجیر، در صورت استفاده از چرخدنده اتلاف نیرو کمتر می توان سرعت و قدرت بیشتری انتقال داد. و عمر مجموعه بیشتر خواهد بود.
⦁ شکستن نسبت ها
⦁ تبدیل حرکت دورانی به خطی و برعکس
⦁ انتقال نیرو در جهت های مختلف؛ از چرخدنده ها می توان برای انتقال نیرو در محورهای موازی ، متنافر و متقاطع تحت زوایای مختلف استفاده نمود.

معایب چرخدنده ها

⦁ ترک خوردن و پوسته پوسته شدن؛ این امر اغلب در چرخدنده های آبکاری شده بوجود می آید.
⦁ ساییدگی دندانه ها؛ در بیشتر مواردی که دو چرخدنده با هم درگیر می شوند، چرخدنده ای که قطرش کوچکتر است زودتر ساییده میشود به همین جهت چرخدنده کوچکتر باید سخت تر باشد.
⦁ داغ شدن و ایجاد حرارت بین دوچرخدنده؛ به علت رعایت نکردن لقی استاندارد بین دوچرخدنده و عدم روغن کاری مناسب ممکن است این اتفاق رخ دهد.
⦁ صداهای ناهنجار؛ در چرخدنده های ساده بیشتر و در چرخدنده های مارپیچ و جناغی صدای تولید شده کمتر است.

انواع نیروگاه

انواع نیروگاه ها

 

در این مقاله آموزشی قصد داریم تا بصورت تخصصی به برسی انواع نیروگاه ها بپردازیم، پس با ما همراه باشید.

نیروگاه یا همان مراکز تولید انرژی، مجموعه‌ای از تأسیسات صنعتی است که از آن برای تولید انرژی الکتریکی استفاده می‌شود. وظیفه اصلی یک نیروگاه تبدیل انرژی از دیگر شکل‌هایش مثل انرژی شیمیایی، هسته‌ای، پتانسیل گرانشی و… به انرژی الکتریکی است. در واقع این مکان ها با هدف ایجاد انرژی قابل استفاده در مراکز و صنایع مختلف به وجود آمده اند و انرژی تولید شده در این مراکز برای استفاده در سایر قسمت ها، توزیع می گردد.

وظیفه اصلی در نیروگاه‌ ها بر عهده مولد یا ژنراتور است؛ ماشینی دوار که انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند. انرژی مورد نیاز برای چرخاندن یک ژنراتور از راه‌های متعددی تأمین می‌شود و به میزان دسترسی به منابع مختلف انرژی و دانش فنی گروه سازنده بستگی دارد.

انواع نیروگاه‌ها (براساس نوع منبع انرژی)

  • نیروگاه هسته‌ای
  • نیروگاه سوخت فسیلی
  • نیروگاه‌هایی که از منابع  انرژی‌های تجدید پذیر استفاده می‌کنند.

انواع نیروگاه ها

 نیروگاه حرارتی یا بخاری

نیروگاه بخاری

از اواخر قرن ۱۹ بشر برای تولید الکتریسیته از نیروگاه های حرارتی استفاده می کند.در این نیروگاه ها ابتدا زغال سنگ و بعدها فرآورده های سنگین نفتی مورد استفاده قرار گرفت.اساس کار این نیروگاه ها گرم کردن آب تا حالت بخار است و سپس بخارهای تولید شده، توربین های تولیدکننده الکتریسیته را به حرکت در می آورند.

در این نیروگاه ها از سوختن سوخت های فسیلی مثل نفت و گاز طبیعی و مازوت، حرارتی تولید می شود که توسط آن آب درون دیگ بخار به بخار خشک تبدیل می شود. این بخار خشک وارد توربین ها می شود و روتور توربین ها را به چرخش در می آورد. در اثر چرخش محور توربین ها، ژنراتور شروع به چرخش می کند و برق تولید می گردد. بخارهای خشک خارج شده از توربین ها وارد کندانسور شده و به مایع تبدیل می شوند. مایع حاصل توسط پمپ هایی مجدداً به دیگ بخار پمپاژ می شوند.

مزایای نیروگاه بخاری

⦁ عمر این نیروگاه ها بیشتر از نیروگاه های گازی است.
⦁ راندمان این نیروگاه ها از نیروگاه های گازی بهتر است.
⦁ رنج تولیدی این نیروگاه ها بیشتر از نیروگاه های گازی است.

معایب نیروگاه های بخاری

⦁ ساخت این نیروگاه ها نسبت به نیروگاه های گازی زمان بیشتری می برد.
⦁ هزینه برق تولیدی این نیروگاه ها بیشتر از نیروگاه های گازی است.
⦁ این نیروگاه ها به آب نیاز دارند.
⦁ سرعت مانور این نیروگاه ها کمتر از نیروگاه های گازی است.

نیروگاه آبی

نیروگاه ابی

در مناطقی از جهان که رودخانه های پر آب دارند به کمک سد آب ها را در پس ارتفاعی محدود کرده و از ریزش آب بر روی پره های توربین انرژی الکتریکی تولید می کنند. در این نیروگاه ها از آب جمع شده در پشت سدها برای تولید برق استفاده می شود. آب جمع شده در پشت سدها با برخورد به پره های توربین سبب چرخش روتور توربین می شود. چرخش روتور توربین نیز سبب چرخش ژنراتور و در نتیجه تولید برق می شود.

مزایای نیروگاه برق آبی

⦁ آلودگی محیط زیست ندارد.
⦁ هزینه سوخت ندارد.
⦁ عمر بالایی دارد.
⦁ سرعت و قدرت مانور بالایی دارد.
⦁ هزینه نگهداری این نیروگاه ها بسیار پایین است.
⦁ با گذشت زمان بازده این نیروگاه ها تغییر نمی کند.
⦁ پرسنل مورد نیاز نیروگاه های آبی نسبت به بقیه نیروگاه ها بسیار کمتر است.
⦁ آب مورد نیاز برای کشاورزی و شرب را تأمین می کند.
⦁ از سیل ها و سیلاب ها جلوگیری می کند.

معایب نیروگاه برق آبی

⦁ هزینه ساخت این نیروگاه ها بسیار زیاد است.
⦁ در سال های کم آبی، میزان تولید این نیروگاه ها با مشکل همراه خواهد بود.
⦁ مدت زمان مورد نیاز برای ساخت سد خیلی زیاد است.
⦁ مخزن نیروگاه های آبی ، زمین های زیادی را زیر آب می برد.
⦁ قابلیت نصب نیروگاه های آبی در مکان های خاص می باشد.

 نیروگاه اتمی یا هسته ای

نیروگاه هسته ای

روش تولید برق در نیروگاه های هسته ای مشابه نیروگاه های بخاری است و تنها تفاوت اینست که در نیروگاه هسته ای برای تولید حرارت جهت تبدیل آب به بخار خشک به جای استفاده از سوخت های فسیلی از واکنش های هسته ای استفاده می شود. از آغاز نیمه دوم قرن بیستم ساخت نیروگاه های اتمی یا برای تولید الکتریسیته و یا برای تولید رادیو عنصر پلوتونیم که در بمب اتم و هیدروژنی کاربرد دارد، آغاز شد.

مزایای نیروگاه هسته ای

⦁ آلودگی زیست محیطی ندارد.
⦁ اکسیژن هوا را مصرف نمی کند.
⦁ هزینه انتقال سوخت آن کم است.

معایب نیروگاه هسته ای

⦁ به راحتی نمی توان میزان تولید آن را کم و زیاد کرد.
⦁ باید مطمئن بود که تمامی انرژی تولید شده توسط آن مصرف می شود.
⦁ نمی توان آن را سریع خاموش کرد.
⦁ فقط برای تأمین بار پایه(حداقل میزان انرژی مصرفی هر کشور) می توان از آن استفاده کرد.
⦁ باید ۲ یا ۳ خط انتقال به آن وصل کرد.
⦁ تجهیزات برقی این نیروگاه ها باید دارای کیفیت بالایی باشد.

نیروگاه دیزلی

در این نیروگاه ها نیروی محرکه ژنراتور توسط یک موتور درون سوز دیزلی تأمین میشود. امروزه از نیروگاه های دیزلی به عنوان یک نیروگاه پایه، کمتر استفاده می شود و بیشتر برای مواقع اضطراری و احتمالاً بار حداکثر شبکه از این نیروگاه ها استفاده میگردد. در حال حاظر در مناطقی از ایران که به شبکه سراسری متصل نیستند از نیروگاه های دیزلی استفاده می شود. این نیروگاه ها معمولاً دارای توان تولیدی ۶۳۰ تا ۱۲۰۰۰کیلووات میباشند.

مزایای نیروگاه دیزلی

⦁ این نیروگاه ها به آب نیاز ندارند .
⦁ به عنوان برق اضطراری در مکان هایی مثل بیمارستان ها و دانشگاه ها استفاده میشوند.
⦁ در مراکز دور افتاده که هزینه انتقال برق از هزینه تولید نیروگاه دیزلی بیشتر است، استفاده میشوند .

معایب نیروگاه دیزلی

⦁ این نیروگاه ها به دلیل حرکت های مکانیکی زیادی که در آنها وجود دارد دارای عمر کمی هستند .
⦁ رنج تولیدی این نیروگاه ها پایین است .
⦁ دارای راندمان پایینی می باشند و به این دلیل هزینه برق تولیدی آنها بالاست.

 نیروگاه گازی

در نیروگاه های گازی سیالی که سبب چرخش توربین می شود هوای محیط است. در این نیروگاه ها از کمپرسور استفاده می شود. کمپرسورها با مکش هوای محیط به درون خود، هوا را فشرده کرده و فشار آن را افزایش می دهند. معمولاً برای افزایش راندمان نیروگاه، هوای ورودی را از مجاورت گازهای خروجی از دودکش توربین عبور می دهند تا هوای ورودی به کمپرسور گرم شود. هوای فشرده شده در کمپرسور وارد اتاق احتراق می شود و در آنجا با سوخت فسیلی ترکیب می شود و میسوزد و گاز داغی با فشار بالا از اتاق احتراق خارج می شود که آلاینده میباشد.

برای اینکه گاز داغ پرفشار ورودی به توربین، محور چرخنده آن را به حرکت درآورد باید این گاز با سرعت زیاد وارد توربین شود که توسط نازل ابتدای توربین انجام می شود. بنابراین گاز پرفشار و داغ با سرعت زیاد به پره های توربین برخورد می کند و سبب چرخش روتور توربین شده و حرکت دورانی روتور توربین نیز سبب چرخش ژنراتور و در نتیجه تولید برق می شود. سوخت این نیروگاه ها مازوت ، گاز و گازوئیل میباشد.

مزایای نیروگاه گازی

⦁ این نیروگاه ها به آب نیاز ندارند.
⦁ زود ساخته می شوند.(حدوداً ۶ ماه)
⦁ این نیروگاه ها سرعت مانور(کم و زیاد کردن تولید) بالایی دارند.
⦁ این نیروگاه ها را خیلی زود می توان روشن کرد.

معایب نیروگاه گازی

⦁ هزینه برق تولیدی آنها بالاست.
⦁ رنج تولید انرژی این نیروگاه ها پایین است.
⦁ راندمان این نیروگاه ها پایین است.
⦁ عمر این نیروگاه ها کوتاه است.

 نیروگاه های سیکل ترکیبی

این نیرگاه ها ترکیبی از دو نیروگاه گازی و بخاری می باشند. در نیروگاه های گازی مقداری از گازهای پرانرژی از طریق دودکش توربین ها از چرخه تولید برق خارج میشوند و همین امر سبب کاهش راندمان نیروگاه های گازی میشود. گاز خارج شده از دودکش توربین های گازی دمای زیادی دارد و قادر است آب مایع را به بخار خشک تبدیل کند عین عملی که در نیروگاه های بخاری انجام می شود. بنابراین در نیروگاه های سیکل ترکیبی دو نیروگاه گازی و بخاری را در کنار یکدیگر قرار می دهند.

نیروگاه تلمبه ذخیره ای

در برخی مناطق از مبادله آب بین دو منبع در سطوح مختلف، می توان انرژی مورد نیاز برای چرخاندن توربین ها را ایجاد کرد. در این نیروگاه ها آب از منبع در سطح پایین که می تواند یک دریاچه باشد توسط پمپ هایی در ساعاتی که مصرف انرژی الکتریکی پایین است به منبع بالایی فرستاده می شود و در مواقعی که به انرژی الکتریکی نیاز است از منبع بالایی آب توسط لوله هایی به روی پره های یک توربین هدایت میشود و با چرخش روتور توربین، ژنراتور شروع به چرخیدن کرده و در نتیجه برق تولید میشود.

نیروگاه خورشیدی

مشکل اساسی در کاربرد انرژی خورشیدی متمرکز نبودن، تناوبی بودن و ثابت نبودن مقدار انرژی و نیز پایین بودن شدت تشعشع می باشد. به دلیل پایین بودن شدت تشعشع انرژی خورشیدی، سطح لازم برای کسب انرژی قابل توجه، بزرگ میشود و به خاطر تناوبی بودن و ثابت نبودن آن، برای نیروگاه خورشیدی یک منبع برای ذخیره انرژی کسب شده مورد نیاز میباشد. به دلیل متمرکز نبودن انرژی خورشیدی، نیاز به تجهیزاتی جهت متمرکز ساختن آن میباشد.

کاربرد های انرژی خورشیدی

کاربرد های انرژی خورشیدی درگرمایش و سرمایش ساختمان، شیرین کردن آب، تولید سوخت های شیمیایی، احتراق مواد آلی، تولید گاز هیدروژن، تولید الکتریسیته به روش فتوولتیک، پختن غذا، گرم کردن آب، استرلیزه کردن وسایل بهداشتی، خشک کردن محصولات کشاورزی، تولید بخار آب برای به چرخش در آوردن یک توربین بخار و …میباشد

نیروگاه بادی

نیروگاه بادی

هر چه سطح برخورد باد با یک جسم بیشتر باشد انرژی بیشتری را میتوان به جسم منتقل کرد. پس کسب انرژی قابل توجه از باد علاوه بر مناسب بودن سرعت باد به بزرگی سطح تماس با باد نیز وابسته است. استفاده از انرژی باد برای مصارف محدود و محلی مناسب است ولی به دلیل محدود بودن مقدار این انرژی ، ثابت نبودن وتناوبی بودن مقدار آن و محلی بودن باد نمیتوان از انرژی باد را به عنوان یک منبع تولید انرژی برای آینده در نظر داشت.

در مناطقی که یک متوسط وزش باد ثابت دارند و سرعت باد در آنجا مناسب است با نصب توربین های بادی، انرژی الکتریکی تولید می شود. همچنین با تولید باد مصنوعی از طریق تابش خورشیدی بر روی سطح گسترده سیاه رنگ و متمرکز کردن باد ایجاد شده بر روی پره های توربین بادی نیز انرژی الکتریکی تولید میشود.

نیروگاه زمین گرمای

انرژی گرمایی زمین به دو روش قابل بهره برداری است:
الف ) استفاده از بخار آب به صورت داغ و خشک جهت چرخاندن پره های توربین که به طور طبیعی در زیر پوسته زمین وجود دارد .
ب ) ایجاد مصنوعی بخار داغ و خشک جهت چرخاندن پره های توربین به وسیله عبور آب از روی سنگ های داغ زیر زمینی که دارای درجه حرارت زیاد و نزدیک به نقطه ذوب هستند.
در هر دو روش، بخار آب داغ و خشک حاصل که به توربین ها منتقل می شوند سبب چرخش روتور توربین ها می گردند و در اثر گردش روتور توربین ها ، ژنراتور نیز شروع به گردش می کند و در نتیجه برق تولید می شود.

 نیروگاه آبی جذر و مدی

بزرگترین اختلاف ارتفاع آب در حالت جذر و مد، معمولاً در اوایل پاییز به وجود می آید. برای استفاده از انرژی جذر و مد باید یک خلیج و یا یک دریاچه مصنوعی را توسط سدی از دریا جدا نمود و در هنگام جذر و مد از جریان آبی که متناوباً بین این دو منبع ایجاد می شود برای چرخاندن پره های توربین و نهایتاً تولید برق استفاده کرد. به دلیل محدودیت های جغرافیایی، از این روش نمی توان به عنوان یک منبع عمده تولید انرژی استفاده نمود.

نیروگاه ذغال سوختی

پیش از این نیروگاه های سوخت ذغال سنگ نزدیک باری که آنها تامین میکردند ساخته می شدند. نیروگاه های ذغال- سوختی به یک ریل متصل نیاز دارند مگر اینکه نیروگاه بسیار نزدیک به معدن ساخته شود.

 نیروگاه های نفت- سوختی

قیمت انتقال نفت توسط خطوط لوله کمتر از انتقال ذغال سنگ با ریل است، اما همان نیروگاه های سوخت نفت خام نیز اغلب در نزدیکی اسکله ها و لنگرگاه های با آب عمیق که برای تانکرهای حمل و نقل سوخت مناسب است، واقع میشوند. نفت باقیمانده نیروگاه های سوختی احتیاج دارد در نزدیکی تصفیه خانه که آنها را تامین می کند واقع شوند. زیرا نفت باقیمانده بسیار چسبناک است و فقط اگر گرم نگه داشته شود میتواند در میان خطوط لوله منتقل بشود.

نیروگاه های مگنتو هیدرودینامیک(MHD)

اصول کلی ژنراتورهای MHD آنست که جریان گاز پلاسما از میان میدان مغناطیسی قوی عبور داده می‌شود و یون های مثبت و منفی بر روی الکترود که در بالا و پایین جریان گاز پلاسما قرار دارند، تجمع می‌نمایند و در حقیقت یک ژنراتور جریان مستقیم را بوجود می‌آورند، قدرت الکتریکی این ژنراتور جریان مستقیم را با اینورترهای الکترونیک قدرت، بصورت برق جریان متناوب، مناسب با شبکه در می‌آورند.

 نیروگاه های بیوماس

به هر ماده آلی غیر فسیلی با منشأ حیاتی که بخشی از آن یک منبع انرژی زا قابل بهره برداری را تشکیل دهد، بیوماس گویند. انرژی های بدست آمده از اغلب سیستم های بیوماس را به عنوان انرژی تجدید پذیر به شمار می‌آورند. در سیستم های بیوماس که گاز قابل سوختن تولید می‌شود، میتوان از این گاز به عنوان منبع حرارتی نیروگاه های کوچک حرارتی استفاده نمود.

 نیروگاه های زباله سوز بخاری

می‌توان کوره‌های زباله سوز را بصورت بویلر نیروگاه بخاری طراحی نمود و از حرارت ایجاد شده و احتراق مخلوط سوخت و زباله بوسیله این بویلر توربو ژنراتورهای بخار را به حرکت در آورد و انرژی الکتریکی تولید نمود. البته آلودگی گازهای حاصله از سوخت این نیروگاه ها را بایستی با فیلترهای مدرن و پیشرفته تا حد قابل قبول کاهش داد، تا آسیبی به محیط زیست وارد نیابد.

نیروگاه های گازی با سوخت خرده چوب

این نیروگاه ها معمولا در نزدیکی مناطق جنگلی که خرده چوب و خاک اره زیاد، بخاطر تولید چوب ایجاد می‌شود، برای استفاده از این محصولات جانبی و تولید انرژی مفید از آنها نصب می‌شود. در اطاق سوخت این نوع نیروگاه ها مکانیزم هایی بکار گرفته شده که خرده چوب و خاک اره با هوا بطور کامل سوخته شود و گازهای حاصل از این احتراق، توربو ژنراتور گاز را به حرکت در آورده و انرژی الکتریکی تولید نماید.

نیروگاه های پیل سوختی

نیروگاه ها

این نیروگاه ها معمولا در نزدیکی مناطق جنگلی که خرده چوب و خاک اره زیاد، بخاطر تولید چوب ایجاد می‌شود، برای استفاده از این محصولات جانبی و تولید انرژی مفید از آنها نصب می‌شود. در اطاق سوخت این نوع نیروگاه ها مکانیزم هایی بکار گرفته شده که خرده چوب و خاک اره با هوا بطور کامل سوخته شود و گازهای حاصل از این احتراق، توربو ژنراتور گاز را به حرکت در آورده و انرژی الکتریکی تولید نماید.

فلزات صنعتی

انواع فلزات صنعتی

 

انواع فلزات صنعتی یکی از مهمترین بحث ها در زمینه مهندسی مکانیک میباشد که در این مقاله آموزشی قصد داریم بصورت تخصصی به آن بپردازیم ،پس باما همراه باشید.

به طور کلی فلزات را در صنعت به دو دسته فلزات آهنی و فلزات رنگین یا غیرآهنی تقسیم میکنند که در ادامه به برسی آنها میپردازیم.

فلزات آهنی

حدود ۹۰% از مصنوعات و قطعات ماشین آلات از فلزات آهنی میباشد که از دلایل مصرف زیاد این فلزات در صنعت میتوان استحکام زیاد و فراوانی سنگ آهن در طبیعت را برشمرد. قابل ذکراست که در صنعت از آهن خالص استفاده نمیکنند زیرا آهن خالص بسیار نرم است.

  •  آهن تجارتی(FERRITE)

انواع فلزات صنعتی

آهن تجاری از ترکیب آهن خالص و مقدار کمی کربن بدست می آید و بصورت ورق و تیر آهن و پروفیل و مانند آن بفروش می رسد. رنگ آهن تجارتی خاکستری است. این آهن به راحتی سوهانکاری شده و در هوای مرطوب زنگ می زند.

فولاد ها (steel)

از ترکیبات فلزات مختلف با آهن انواع فولادها تهیه میشود. فلزات زیادی را میتوان با آهن ترکیب کرد ولی در ساختن فولادها بیشتر از کربن، کرم، نیکل، کبالت استفاده میشود مقدار کربن در فولادها کمتر از %۲٫۰۶ است.

فولاد را می توان بر اساس ترکیبات شیمیایی به چهار دسته تقسیم کرد:

  • فولاد کربن
  • فولاد آلیاژی
  • فولاد ضد زنگ
  • فولاد ابزار

از فولادهای آلیاژی در صنایع مختلفی استفاده میشود که بطور مثال میتوان به صنایع خودرو، صنایع نفت و گاز و پتروشیمی، صنایع برق و الکترونیک و دیگر صنایع اشاره کرد. کاربرد فولاد ابزار بیشتر در صنایعی مانند معدن جهت تجهیزات حفاری است که این تجهیزات با توجه به اینکه با کارکردن زیاد دچار حرارت و گرما شده و همچنین فشار کاری بسیار بالای را باید تحمل کنند استفاده می شود.

محصولات فولادی دارای مقاطع و کاربردهای مختلفی مانند ورق، میلگرد، مفتول، رول، لوله و…میباشند که این محصولات معمولاً در صنایع خودرو و ساختمان کاربرد فراوان دارند. محصولات فولای مانند ورق ها، شیت ها و رول ها بیشتر در قطعات خودرو، لوازم صنایع چاپ و بسته بندی، کشتی سازی و ساخت و سازهای گوناگون کاربرد دارند.

 چدن(CAST IRON)

 

چدن ها

از ترکیب آهن و کربن و سیلیسیم چدن حاصل میشود. مقدار کربن موجود در چدن از مقدار کربن موجود در فولاد خیلی بیشتر است. چدن در صنعت ماشین سازی کاربرد زیادی دارد چون به سادگی و سهولت در قالب ریخته می شود. چدن در انواع مختلف مثل چدن خاکستری و چدن سفید تهیه میشود.چدن ها به طور کلی شکننده هستند و در اثر ضربه می شکنند اما با عملیات حرارتی چدن چکش خوار بدست می آید که تا حدی قابلیت تحمل ضربه را دارد و شکنندگی آن کم میباشد.

انواع چدن و کاربردشان

⦁ چدن خاکستری

ویژگی های این نوع چدن متاثر از ابعاد، مقدار، توزیع پولک های گرافیت و سختی نسبی فلز زمینه در پیرامون گرافیت می باشد، که برخی از آنها عبارتند از: توانایی مقاومت در برابر بر همسایی، قابلیت ماشین‏کاری عالی

⦁ چدن سفید

دلیل اصلی کاربرد آلیاژ چدن سفید در صنعت، مقاومت بالا در مقابل ساییدگی و سایش چدن های سفید می باشد.

⦁ چدن خالدار

چدنی که در حالت جامد از ساختمان مخلوط چدن سفید و چدن خاکستری بر حسب سرعت سرد شدن تشکیل شده است.

⦁ چدن سرد شده

چدنی که در وضعیت معمولی انجماد به شکل خاکستری ظاهر شده اما با افزایش سرعت سرد کردن، بخشی از قطعه را چدن سفید تشکیل می دهد. این نوع چدن ها در برابر خستگی زیادی مقاومت بالایی دارند.

⦁ چدن چکش خوار یا مالیبل

چدن چکش خوار یا مالیبل دارای انعطاف پذیری زیاد بوده و توانایی چکش خواری مناسبی دارد که با عملیات حرارتی بسیار طولانی از چدن سفید تهیه می شود. علت انتخاب چدن های چکش خوار، قیمت مناسب و ماشین کاری راحت و ساده آن ها می باشد و در اتصالات لوله ها، قطعات اتومبیل قطعات کشاورزی، اتصالات الکتریکی و قطعات مورد استفاده در صنایع معدنی استفاده میشوند.

⦁ چدن نشکن یا چدن داکتایل

چدنی است که در هنگام ذوب ریزی با انجام یک سری عملیات، گرافیت موجود در آن به گرافیت کروی تبدیل می شود.

⦁ چدن با گرافیت فشرده

چدن با گرافیت فشرده مشابه با گرافیت در چدن های خاکستری است اما درشت‏تر و با ابتدا و انتهای گرد شده است. در صورتی که سدیم یا منیزیم به چدن کمتر اضافه شود، به جای بدست آمدن چدن داکتایل، چدن فشرده تولید می گردد. چدن با گرافیت فشرده که قابلیت ریخته گری چدن خاکستری را حفظ می‎نماید، استحکام کششی بالایی داشته و تا حدودی نیز داکتیل است. با افزودن عنصرهای آلیاژی، یا انجام عملیات گرمایی می توان ساختار زمینه این چدن را تنظیم کرد.

فلزات رنگین(غیر اهنی)

تمامی فلزات بجز آهن و ترکیبات آن در گروه فلزات رنگین قرار دارند مانند مس، روی، برنز، برنج، آلومینیوم، سرب، نیکل و قلع که از جمله فلزات رنگین هستند و در صنایع استفاده میشوند.

 مس(COPPER)

مس ها

رنگ مس قرمز با جلای ویژه ای می باشد ، وزن مخصوص آن ۸٫۹ است و در حرارت ۱۰۸۴ درجه سانتیگراد ذوب می شود. مقاومت مس در مقابل پوسیدگی زیاد میباشد چرا که سطح خارجیش در مجاورت هوا اکسیده شده و این قشر بسیار نازک اکسید مس بقیه فلز را در برابر پوسیدگی محافظت میکند. مس به صورت ناخالص یا سنگ معدن در طبیعت یافت می شود. سنگ معدن را در کوره های مخصوص حرارت داده مس آن را ذوب و از مواد اضافی جدا میکند.

برخی از ویژگی های مس

قابلیت هدایت جریان برق و گرما، قابلیت چکش کاری، مقاومت در برابر خوردگی، قابلیت ماشین کاری، استحکام کششی، خاصیت آلیاژی و قابلیت شکل پذیری.

مهم ترین موارد مصرف مس

مهم ترین موارد مصرف فلز مس در صنایع برق و الکترونیک میباشد. از مس و آلیاژ های آن در صنایع گوناگون همچون صنایع مکانیکی، متالورژی، فلز کاری، شیمیایی و … استفاده میشود. فلز مس در صنایع رنگ سازی، و صنعت پوست و چرم نیز کاربرد دارد. همچنین از فلز مس در کشاورزی، حمل و نقل، صنایع نظامی، صنایع کشتی سازی، مصارف ساختمانی مانند انواع لوله های مسی، انواع دستگیره های درب ، انواع مجسمه ها، مصارف الکتریکی الکترومغناطیس، ژنراتورها، ترانسفورمرها ، موتورهای الکترومغناطیس ، لوله های خلاء، و … نیز استفاده میشود.

آلومینیوم

المینیوم ها

وزن مخصوص آلومینیوم ۲٫۷ است که در گرمای ۶۵۸ درجه سانتیگراد ذوب میشود. آلومینیوم خواص هدایت الکتریسیته و گرما و مقاومت در برابر پوسیدگی را مانند مس دارد و به دلیل وزن نسبتا سبک در صنعت زیاد استفاده میشود. آلومینیوم در بسته بندی، ظروف، کالاهای الکتریکی، مصالح ساختمانی، هوا فضا و اتومبیل سازی به کار می رود.

آلومینیوم برای تهیه انواع عایق و به عنوان یک رسانای خوب گرمایی، در تهیه وسایل آشپزخانه به کار می رود. از آلومینیوم به علت ایجاد خطوط بسیار قوی الکتریکی برای تهیه سیم های انتقال ولتاژ بالای جریان استفاده می شود. آلیاژهای آلومینیوم به سبب مقاومت بالا در برابر کشش به نسبت وزن کم آن، استفاده زیادی در ساخت هواپیماهای تجاری و نظامی دارند.

روی(SPELTER)

 

روی ها

رنگ روی مایل به آبی است، اما محل شکستگی آن براق می باشد. روی با وزن مخصوص ۷٫۳ در حرارت ۴۱۹ درجه سانتیگراد ذوب میشود. این فلز بسیار ترد بوده و به سختی زنگ می زند. روی از ذوب سنگ معدن به دست می آید و در ساخت سیمان، دندانسازی، ساخت کبریت، کف‌سازی، اتومبیل سازی، لوازم آشپزخانه، روکش فولاد (گالوانیزه کردن)، تهیه آلیاژهای برنز و برنج، لحیم کاری، قوطی های خمیر دندان، و… استفاده میشود.

قلع(Tin)

رنگ قلع سفید نقره ای و کمی مایل به آبی و وزن مخصوص آن ۷٫۳ است و در گرمای ۲۳۲ درجه سانتیگراد ذوب می شود. خواص این فلز درجه انبساط بسیار زیاد، سهولت در خم کاری، مقاومت در مقابل پوسیدگی و اسیدها و نرم بودن آن میباشد. قلع را از سنگ معدن قلع تهیه می کنند. از قلع برای تهیه برنز و لحیم های نرم و اندود کردن ظروف مسی در سفیدگری استفاده می شود. برای ساخت ظروف فلزی از فلز قلع جهت روکش کردن فلز اصلی استفاده می‌شود.

 سرب(Lead)

سرب ها

رنگ این فلز خاکستری و وزن مخصوص ۱۱٫۳۴ در گرمای ۳۳۷ درجه سانتیگراد ذوب می شود. سرب فلزی است بسیار نرم با درجه انبساط طولی زیاد که در هوا اکسیده شده و پوسته نازک خاکستری رنگ سطح آن را میپوشاند. در مهمات سازی و صنایع نظامی استفاده می شود و به دلیل چگالی بالا در دیواره راکتورهای اتمی و اتاق اشعه ایکس و رادیوگرافی به عنوان جذب کننده اشعه های مضر کاربرد دارد.

 برنز(Bronze)

برنز آلیاژی از ۹۰% مس و ۱۰% قلع است و رنگ آن از رنگ برنج تیره تر و متمایل به رنگ مس است. وزن مخصوص آن ۸/۵ است و ۹۳۰ درجه سانتیگراد ذوب می شود و سایر خواص آن مانند خواص برنج می باشد. برنز معمولا در مجسمه سازی و برای نصب در فضای باز استفاده می شود. اشکال آن تقریبا بدون محدودیت هستند، زیرا ممکن است در هر شکلی که بتوان قالب طراحی کرد ریخته گری شود.

نیکل(NICKL)

نیکل فلزی به رنگ سفید نقره ای که جلال مخصوص دارد و نسبتا سخت است. وزن مخصوص آن ۸/۹ است. در گرمای ۱۴۵۳ درجه سانتیگراد ذوب میشود. نیکل خالص کمیاب است. معمولا نیکل را از سیلیکات نیکل آهن و منیزیم بدست می آورند. از این فلز برای تهیه آلیاژهای مختلف فولاد و سیم های کرُم – نیکل (برای مصارف در صنعت برق) استفاده می گردد.

از دیگر فلزات پرکاربرد در صنعت های گوناگون

رودیم

رودیم خاصیت بازدارندگی نور را دارد و از گرانترین فلزات دنیا می باشد. از رودیم در صنعت چراغ سازی و ساخت آینه و جواهرسازی و خودروسازی استفاده می شود.

پلاتین

پلاتین خاصیت ضد خوردنگی دارد. این فلز گران بها چگالی بالا و انعطاف پذیری زیادی دارد. پلاتین فلزی تزئینی است که حتی از فلز طلا نیز ارزشمندتر است. پلاتین علاوه بر اینکه در صنعت جواهرسازی استفاده می شود در صنایع دندان پزشکی و ساخت تسلیحات نیز کاربرد دارد.

طلا

طلا رسانای بسیار خوبی دارد به همین علت در صنایع الکتریکی کاربرد دارد. طلا خاصیت بازتابندگی دارد که باعث شده در ساخت سپر بازتابنده استفاده شود. طلا مصارف زیادی دارد از طلا در مصارف زینتی و مصارف صنعتی نیز استفاده می شود.

روتنیم

روتنیم فلزی است که استحکام جواهرات و مقاومت آن را بیشتر می کند. روتنیم در ساخت لوازم الکتریکی کاربرد فراوان دارد.

اسمیم

یکی از چگالی ترین عناصر اسمیم است. اسمیم به رنگ آبی و نقره ای دیده می شود. اسمیم فلزی است بسیار خطرناک زیرا این فلز اکسیدهای سمی از خود ساطع می کند که به چشم و پوست آسیب می رساند. اسمیم در سخت کردن آلیاژهای پلاتین قابل استفاده است.

ایریدیم

ایریدیم همانند اسمیم است. ایریدیم فلزی است که بیشترین مقاومت را در برابر خورندگی دارد. ایریدیم در برابر اسید و آب و هوا بسیار مقاوم بوده و هیچ تاثیرپذیری ندارد. در صنایع بسیاری نظیر صنایع ساعت سازی،الکترونیک و خودروسازی و ساخت قطب نما از فلز ایریدیم استفاده می کنند.

پالادیم

پالادیم از سنگ معدن جدا شده است. پالادیم به رنگ خاکستری و فلزی کمیاب است.پالادیم در دمای بالا ثبات دارد و توان جذب بالای هیدروژن در دمای اتاق را دارد.  پالادیم به خاطر ویژگی های با ارزشی که دارد در صنعت خودروسازی، جواهرسازی و تولیدات الکترونیکی مورد استفاده قرار میگیرد.

رنیوم

رنیوم سومین فلزی است که نقطه جوش بالایی در بین فلزات دارد. رنیوم به رنگ نقره است. رنیوم از چگالی ترین فلزات دنیاست. به خاطر نقطه جوش بالا از رنیوم در موتورهای توربینی با دمای بالا استفاده می کنند. در ساخت ترموکوپل و موادی که در تماس با الکترونیک است از رنیوم استفاده  میشود.

نقره

نقره به رنگ سفید یافت می شود و یکی از با ارزش ترین فلزات دنیا می باشد و دارای بالاترین حد رسانای گرمایی و الکتریکی است. در جواهرسازی و ضرب مسکوکات و ساخت مدارهای الکتریکی از نقره استفاده می کنند. از کاربرد های نقره میتوان به جلوگیری رشد باکتری ها در تلفن همراه و برای کنترل بوی ناخوشایند کفش و لباس ها نام برد و همچنین از نقره در جلوگیری از خورده شدن چوب ها استفاده می کنند.

ایندیوم

ایندیوم فلزی سفید رنگ است که در فرآیند سنگ معدن آهن، مس و سرب با روی به دست می آید. ایندیوم فلزی کمیاب و انعطاف پذیر است و ظاهری براق دارد. در جنگ جهانی دوم برای پوشش بلبرینگ های موتورهای هواپیما برای اولین بار از فلز ایندیوم استفاده شد. از ایندیوم در ساخت آینه های ضدخوردگی، نیمه رساناها و آلیاژها و دستگاه هایی با پنل مسطح و هدایت الکتریکی استفاده می کنند.

انواع پمپ ها

انواع پمپ ها

 

در این مقاله آموزشی قصد داریم تا بطور تخصصی به برسی انواع پمپ ها و کاربردشان در صنعت بپردازیم، پس با ما همراه باشید.

آثار شبکه هاى فرعى آبیارى در نقاط گوناگون دنیا نشان میدهد که تأمین و توزیع آب همواره یکى از مسائل اساسى هر کشورى بوده است. بدیهی است برای تأمین آب مورد نیاز از وسایل و تجهیزات خاصى استفاده شده که طى زمان مراحل تکاملى خود را طى کرده است.به تدریج بشر توانست وسایلى مانند سطل، چرخ چاه، چرخ دوار و بالاخره انواع پمپ ها را براى انتقال آب مورد استفاده قرار دهد.

به طورکلى پمپ به ماشین هایى گفته میشود که براى افزایش انرژى سیالات (مایعات و گازها) به کارمیرود. این افزایش انرژى به صورتهاى مختلف مانند جابه جایى سیالات، افزایش فشار و غیره مورد استفاده قرارمیگیرد.

پمپ ها

براى راه اندازى پمپ وسایل محرکى مانند

موتورهاى احتراقى، موتورهاى الکتریکى و توربینهاى بادى به کار میرود. استفاده از موتورهای الکتریکی ضمن راحتتر بودن، جلوی اتلاف انرژی را میگیرد. تقسیم بندى پمپ ها ازنظر پروانه ،از نظر ساختمان مکانیکى پروانه ،بسته به نوع و گرانروى مایع انتقالى پروانه ممکن است از نوع باز، نیمه باز و یا بسته باشد.

۱ـ پروانه بسته: ازاین نوع پروانه براى انتقال مایعاتى که گرانروى آنها کم است استفاده میشود. پره هاى پروانه بین دو صفحه به نام لفافه پروانه قرار میگیرند.
۲- پروانه نیمه باز: براى انتقال سیالات لزج مانند فاضلاب، خمیرکاغذ، محلول شکر و غیره به کارمیروند.
۳- پروانه باز: این نوع پروانه داراى صفحه لفافه نیست و بیشتر در لایروبى و جایى که مخلوطى ازآب و شن و ماسه وجود دارد بعنوان لجن کش بکار میرود .

جنس پروانه

جنس پروانه بسته به نوع کاربرد پمپ است ولى اصولا آلیاژ آن از جنسی انتخاب میگردد که در مقابل زنگ زدگى و سایش و حباب هاى کاویتاسیون مقاومت داشته، ضمنا قابلیت فلزکارى و تراشکارى داشته باشد و از نظر قیمت نیز مناسب باشد. معمولا براى سیالاتى نظیر آب از آلیاژ برنز استفاده میشود و درصورتى که بخواهیم از نظراقتصادى صرفه جویى کنیم از چدن استفاده میکنیم. براى مقاومت هاى زیاد، پروانه ها را از فولاد ضدزنگ میسازند. پروانه هاى فولادى کاربرد زیادى داشته، حتى در دماى بالا نیز قابلیت کار دارند.

تقسیم بندى پروانه ها از نظر ورود مایع به پمپ

مکش یک طرفه: مایع از یک طرف پروانه وارد میشود .

پروانه هاى دو مکشى: بسیارى از پمپ هاى یک طبقه، مخصوصا آنهایى که ظرفیت آبدهى زیاد دارند، داراى پروانه دوطرفه میباشند. چون ساختمان پمپ و پروانه کاملا متقارن است، تعادل هیدرولیک آن کامل میباشد. کوچکترین اختلاف در ساختمان و ساییدگى پروانه، این تعادل را به هم میزند. به همین جهت بلبرینگ هاى محور گردنده بایستى قوى باشند، تا در صورت وجود اشکال، بتوانند این عدم تعادل را تحمل کنند.

پمپ هاى جریان شعاعى(گریز از مرکز یا سانتریفوژ)

در پمپ هاى جریان شعاعى فشار مایع به وسیله نیروى گریز ازمرکز تولید میشود. دراین نوع پمپ مایع از چشمه پروانه وارد شده و به طور شعاعى به طرف محیط پروانه جریان می یابد و از مجراى خروجى خارج میگردد. این پمپ ها نسبت به پمپ هاى جریان محورى و مختلط داراى ارتفاع آبدهى زیاد و دبى کم هستند.

پمپ هااصول کار پمپ هاى گریز از مرکز

در پمپ هاى سانتریفوژ آب در اثر نیروى مکش از مرکز پروانه وارد شده و در اثر چرخش پروانه آب تحت تأثیر نیروى گریز از مرکز پروانه را ترک کرده و وارد محفظه پمپ میگردد. حجم زیاد محفظه و وضعیت هندسى آن موجب کاهش سرعت آب گشته و بخشى از انرژى سینتیک آن تبدیل به انرژى فشارى میگردد و بر اثر این فشار از لوله خروج خارج می شود.

ساختمان پمپ هاى گریز از مرکز

قسمت های اصلى یک پمپ گریز از مرکز عبارتند از: پوسته پمپ، پروانه، چشمه پروانه و محفظه خروجى، دهانه ورودى و دهانه خروجی.

پروانه در داخل پوسته پمپ قرار داشته و به وسیله محورى که در مرکز آن قرار دارد به چرخش درمی آید . درمرکز پروانه چشمه قرار دارد که مجراى ورود آب میباشد. و از طریق کانالى به لوله ورودى پمپ ارتباط دارد در قسمت خروجى پمپ محفظه وسیعى قرار دارد که وظیفه تبدیل سرعت جریان را به فشار برعهده دارد. این محفظه قبل از مجراى خروجى پمپ قرار گرفته است.

پمپ گریز از مرکز خطی

در ظرفیت های کم و برای تامین فشارهای پایین بوسیله دو مهره ماسوره یا فلنچ در مسیر خطوط لوله بصورت افقی یا عمود قرار می گیرند و نیازمند فوندانسیون یا شاسی نیستند.

پمپ های گریز از مرکز زمینی

دارای شاسی فلزی ویژه ای هستند که برروی فوندانسیون بتنی قرار میگیرند . برای تامین ظرفیت های بالا باید از پمپ های زمینی استفاده نمود.

پمپ حلزونی سانتریفیوژ

اکثر پمپ های مورد استفاده در تهویه مطبوع پمپ های سانتریفیوژ هستند. این پمپ ها به دو قسم تقسیم بندی میشوند: محوری و حلزونی.

این پمپ ها به دو نوع تک مکش و مکش مضاعف تقسیم بندی میشود. از پمپ های تک مکش در ظرفیت های کمتر استفاده میشود و نوع مکش مضاعف برای ظرفیت های بالاتر استفاده میشود. این پمپ ها به راحتی قابل تعمیر هستند و پوسته آنها بدون نیاز به بازکردن لوله کشی ها و کوپلینگ ها قابل برداشتن است . اغلب پمپ های سانتریفیوژ مورد استفاده در تهویه مطبوع سرعت ویژه درمحدوده ۱۰۰۰تا۵۰۰۰ دارند برخی پمپ های برج خنک کن میتوانند سرعت ویژه تا ۸۰۰۰ داشته باشند.

 

پمپ ها

مواد مورد استفاده در ساخت پمپ ها

در پمپ ها با توجه به شرایط کاری آنها و این که تحت فشار های خیلی زیاد قرار ندارند، بدنه معمولا از چدن و جنس و اجزای آنها از قبیل پروانه از جنس برنز میباشد. برخی پمپ های کوچک از پروانه هایی از جنس فولاد ضد زنگ هستند زیرا هزینه کمتر میشود. چنانچه دمای آب سیستم از ۲۵۰ درجه فارنهایت بیشتر باشد برای ساخت باید از موادی مانند آهن داکتیل و فولاد های ریخته گری سخت استفاده شود.

آب بند مکانیکی و آب بند نمدی

اغلب پمپ های مورد استفاده در تهویه مطبوع مجهز به آب بند مکانیکی هستند. آب بند های نمدی در بعضی موارد بهتر عمل میکنند مثل کاربردهایی که در آنها گرد و خاک و مواد خارجی در آب یافت میشود. برای نمونه در مدار برج خنک کن آب بند های مکانیکی طول عمر زیاد تری دارند و همچنین مقاومتشان در برابر دما بیشتر است. تعویض و سرویس آب بند های نمدی از نوع مکانیکی ساده تر میباشد.

تجهیزات جانبی مورد نیاز پمپ ها

برای تخلیه هوای موجود در مدار و جلوگیری از پدیده کاویتاسیون یک راه عملی و کم هزینه استفاده از یک شیر سماوری بالای حلزونی پمپ میباشد. اگر هوا به طور پیوسته وارد سیستم شود و نتوان جلوی ورود آنرا گرفت باید از شیر هوا گیر اتوماتیک استفاده شود . وجود صافی در مدار برج خنک کن الزامی میباشد البته از آن به علت پدیده کاویتاسیون نباید در مسیر مکش استفاده کرد و باید در مسیر ورود به کندانسور استفاده شود .

اتصال پمپ ها

نحوه اتصال پمپ ها به دو صورت موازی وسری می باشد.

پمپ های موازی

اگر دو یا چند پمپ مستقیما دبی خود را وارد یک لوله مشترک نمایند پمپ ها به صورت موازی بسته شده اند. پمپ ها هنگامی بصورت موازی نصب میشوند که فشار تولید شده توسط پمپ کافی باشد اما دبی به اندازه کافی نباشد. در این صورت میتوان در هر زمان با خاموش و روشن کردن برخی از پمپ ها دبی لازم راتعیین کرد. زمانی که دو پمپ مشابه به صورت موازی به هم بسته شوند با یک ارتفاع معین دبی دو برابر می شود، بدین ترتیب منحنی جدیدی به وجود می اید که بیان گر منحنی عملکرد دو پمپ می باشد ولی نقطه کارکرد وابسته به منحنی سیستم هم میباشد.

پمپ های سری

پمپ ها هنگامی به صورت سری قرار میگیرند که آبگیری هر پمپ مستقیما از خروجی پمپ قبلی تامین شود. فاصله بین پمپ های سری حداکثر از چند متر تجاوز نمی کند. این نحوه آرایش زمانی بکار میرود که دبی یک پمپ برای طرح کفایت میکند اما فشار ( هد) مورد نیاز بیشتر ازمقداری است که یک پمپ بتواند تامین کند. در پمپ های سری شده میزان ارتفاع افزایش و میزان دبی ثابت خواهد ماند . پمپ های توربینی نمونه آن هستند.

کاویتاسیون

هرگاه در حین جریان مایع در داخل یک پمپ فشار مایع در نقطه ای از فشار تبخیر مایع در درجه حرارت مربوطه کمتر شود، حباب های بخار یا گازی در فاز مایع بوجود می آیند که به همراه مایع به نقطه ای دیگر با فشار بالاتر حرکت مینمایند. اگر در محل جدید فشار مایع به اندازه کافی زیاد باشد، حباب های بخار در این محل تقطیر شده و در نتیجه ذراتی از مایع از مسیر اصلی خود منحرف شده وبا سرعت های فوق العاده زیاد به اطراف و ازجمله پره ها برخورد می نمایند.

درچنین مکانی بسته به شدت برخورد، سطح پره ها خورد شده و متخلخل می گردد . این پدیده مخرب را کاویتاسیون می نامند . پدیده کاویتاسیون ممکن است پس از مدت کوتاهی پره های پمپ را ازبین ببرد. بنابراین باید از وجود چنین پدیده ای در پمپ ها جلوگیری کرد.

انواع پمپ ها و کاربردشان در صنعت

تشخیص کاویتاسیون

کاویتاسیون همراه با صداهای منقطع شروع شده و سپس در صورت ادامه کاهش فشار در دهانه ورودی پمپ بر شدت این صداها افزوده میگردد. همزمان با تولید این صدا پمپ نیز به ارتعاش درمی آید. درانتها این صداهای منقطع به صداهایی شدید ودایم تبدیل می گردد و در این حال راندمان پمپ به شدت کاهش می یابد.

مهندسی معکوس

مهندسی معکوس

 

در این مقاله آموزشی قصد داریم تا بطور کاملا تخصصی به برسی مهندسی معکوس و معرفی آن بپردازیم، پس با ما همراه باشید.

به طور کلی، دو نوع مهندسی وجود دارد:  مهندسی مستقیم و مهندسی معکوس
مهندسی مستقیم، فرآیند حرکت سنتی از مفاهیم انتزاعی سطح بالا و طراحی های منطقی به اجرای فیزیکی یک سامانه است اما در بعضی اوقات ممکن است یک قطعه فیزیکی موجود باشد در حالی که هیچ جزئیات فنی مانند مستندات فنی و نقشه ها، صورت لیست مواد و اقلام یا داده های مهندسی مثل خواص حرارتی و الکتریکی آن در دسترس نباشد. فرایند تکثیر یک قطعه، زیر مجموعه یا محصول موجود، بدون کمک نقشه ها، مستندات یا مدل کامپیوتری به عنوان مهندسی معکوس شناخته می شود. این روش ، روش پذیرفته ای برای کشورهای درحال توسعه به شمار می رود.

مهندسی معکوس

تعریف مهندسی معکوس

مهندسی معکوس یک فرایند حل مسئله است که به جای آغاز از سوال، از پاسخ موجود آغاز می‌شود.

کاربرد اصلی مهندسی معکوس در یکی از دو مورد زیر است:

  •  وقتی جواب یک مسئله را می‌دانیم. اما نمی‌دانیم این جواب پاسخ به چه سوالی است.
  • وقتی سوال و پاسخ را می‌دانیم. اما نمی‌دانیم مسیر و فرایند رسیدن به این پاسخ چه بوده است.

معمولاً هدف مهندسی معکوس، استخراج دانش یا طراحی نهفته در یک محصول است. این کار عموماً با هدف تولید مجدد آن محصول یا تحلیل آن محصول انجام می‌شود. هر چند مشخص است بر اساس نوع کاربرد و رشته‌ای که در مورد آن صحبت می‌کنیم، معنا و مفهوم مهندسی معکوس تفاوت خواهد داشت.
مهندسی معکوس قابلیت تکثیر یک قطعه موجود را با اندازه گرفتن ابعاد، ویژگی ها و خواص اجزای فیزیکی آن امکان پذیر می سازد.

قبل از تلاش برای مهندسی معکوس، یک تجزیه و تحلیل به خوبی برنامه ریزی شده چرخه عمر و تجزیه و تحلیل هزینه و فایده باید برای توجیه پروژه های مهندسی معکوس انجام شود. اگر قطعاتی که می خواهند معکوس مهندسی شوند به میزان سرمایه گذاری بالا نیاز داشته باشند و یا در تیراژ زیاد تولید شوند؛ فرآیند مهندسی معکوس برای آنها باعث صرفه جویی در هزینه ها می شود و به صرفه خواهد بود.

کاربرد های مهندسی معکوس

مهندسی معکوس

مهندسی معکوس در زمینه های متنوعی مانند مهندسی نرم افزار، صنعت سرگرمی، خودروسازی، محصولات مصرفی، میکروچیپ ها، مواد شیمیایی، الکترونیک و طراحی های مکانیکی بسیار رایج است.

  • زمانی که یک قطعه‌ی صنعتی به خوبی کار می‌کند و عملکرد بالایی دارد ممکن است یک شرکت تولیدی تصمیم بگیرد به جای طراحی از نقطه‌ی صفر، آن قطعه را به اجزای کوچک‌تر تفکیک کرده و هر جزء را تحلیل و مدلسازی کند تا به توانایی بازتولید آن قطعه دست پیدا کند.
  • وقتی ارتش یا سازمان‌های نظامی یک کشور، محصولات نظامی کشور دیگری را به دست می‌آورند و می‌کوشند با مهندسی معکوس به دانش و فن آوری آن کشور دست یابند یا لااقل توان علمی و فنی سازنده را ارزیابی کنند.
  • تلاش برای استخراج کدهای سطح بالای یک برنامه نرم افزاری بر اساس کدهای اسمبلی محصول نهایی
  • وقتی دندان پزشکان بر اساس شکل یک دندان قالب می‌سازند و می‌کوشند مدلی مشابه آن را تولید کنند.
  • وقتی یک برنامه نویس، به جای طراحی سیستم و برنامه نویسی از نقطه صفر، یک برنامه یا سیستم موفق را مورد تجزیه و تحلیل قرار می‌دهد و سعی می‌کند اجزای آن را بازتولید کند.

یکی دیگر از دلایل استفاده از مهندسی معکوس این است که زمان فرآیند توسعه محصول را کاهش می دهد.

صنایعی که از این روش استفاده میکنند

  •  شرکت‌های بهره برداری و حفاری نفت و گاز
  • شرکت‌های پتروشیمی و پالایشگاهی
  • صنایع معدنی و کارخانجات فرآوری
  • صنایع فولاد و کارخانجات وابسته
  • کارخانجات تولید سیمان، گچ، کاشی و غیره
  • کارخانجات نئوپان‌سازی و کاغذ‌سازی
  • نیروگاه‌ها و واحدهای تولید انرژی
  • کارخانجات نساجی و صنایع وابسته
  • کارخانجات تولید کننده پلاستیک و لاستیک
  • شرکت‌های تولید کننده تجهیزات صنعتی

مراحل مهندسی معکوس

مهندسی معکوس

تجزیه و تحلیل عملکردی/ اقتصادی

این فعالیت شامل ۲ بخش است:
۱- هدف‌گذاری و جمع‌آوری اطلاعات:
در این مرحله توسعه محصول، رفع عیب محصول و خودکفایی معرفی و سپس هدف از انجام پروژه در مورد هر یک شخص ‌می‌شود. هدف از فاز جمع‌ آوری اطلاعات این است که کلیه مستندات جمع‌آوری شده و تولید اطلاعات و مستندات فنی در حین اجرای مهندسی معکوس آسان شود.

 ۲- ارزیابی اطلاعات و برنامه‌ریزی: 

هدف از انجام این فاز، مشخص کردن سطح اطلاعات ناقص مورد نیاز و نیز تخمین هزینه انجام مهندسی معکوس است. با توجه به این سطح تخمین زده شده، برآوردهای اولیه روی تخصصها، آزمایشات، تجهیزات و … برای اجرای مهندسی معکوس صورت ‌می‌گیرد و پس از تخمین هزینه، تخصیص منابع و برآورد زمان معقول برای تولید این اطلاعات برای کامل کردن بسته اطلاعات فنی، نمودار اجرایی پروژه ارایه ‌می‌شود و یک نقشه برای روند کار حاصل ‌می‌شود.

آنالیز عملکرد و دمونتاژ مورد

هر مـــوردی ‌می‌تواند متشکل از چند جزء باشد که هر یک وظیفه خاصی را برعهده دارند و در این مرحله از فرایند، تیم مهندسی معکوس باید بتواند پارامترها و مشخصه‌های مهم ورودی و خروجی هر جزء را شناسایی کند. پس از شناسایی اجزاء و ورودی و خروجی‌ های آن باید عملکرد اجزاء با مدارک فنی موجود ممیزی شود تا مغایرتهای آن مشخص شود. در ادامه اطلاعات فنی مورد نیاز اجزاء از طریق آزمایش استخراج ‌می‌شود. تفکیک و مونتاژ اجزاء، در صورتی که قابل تجزیه به اجزای سطح پایین‌تر باشـــد؛ ‌می‌تواند تا رسیدن به سطح قطعه ادامه یابد تا این که یک سطح برای مونتاژ بیان شود.

آنالیز سخت ‌افزاری و نرم ‌افزاری

این فعالیت که مهم‌ترین بخش مهندسی معکوس است شامل موارد زیر است

 آنالیز مواد: با آنالیز شیمیایی و متالورژیک، مطالعه لایه‌های سطحی، اندازه‌گیری خواص مکانیکی، بررسی‌های ساختاری و عیوب انجام ‌میشود.

 بررسی فرایند ساخت: با توجه به نوع سطوح فیزیکی در قطعه، فرایند ممکن برای تولید این سطوح، بررسی تنشهای سطحی و ساختار میکروسکوپی و اندازه‌گیری بعضی از ویژگی‌های غیـــر بحرانی مانند صافی سطح که به طور فرعی در تشخیص فرایند ساخت کمک ‌می‌کند، انجام ‌می‌گردد.

 آنالیز ابعادی: که مشتمل بر مراحلی چون اندازه‌گیری ابعادی، آنالیز تلرانس و آنالیز حساسیت میباشد.

 آنالیز الکتریکی – الکترونیکی: با توجه به مشخصه‌های خروجی مدار، مسیر مدارها، مواد، روش های زدودن پوشش ها، اتصالات مورد نیاز برای تولید مجدد، نتایج حاصل از این قسمت در نقشه‌های سطح ۲ ثبت ‌می‌شوند.

بهبود محصول و آنالیز ارزش

با استفاده از اطلاعات جدید تهیه شده هنگام فرایند و انجام بازنگری مهندسی ارزشی در کاندیداهای در نظر گرفته شده برای مهندسی معکوس ‌می‌توان بعضی از حوزه‌های پر هزینه مثل عیوب طراحی، طراحی اضافی، عملکرد بهبود، محدودیت های بیش از حد درمورد تلرانس ها، نیازمندی‌های بیش از اندازه برای عملکردها و … را آشکار و آنها را قبل از تکمیل فرایند اصلاح کرد.

برنامه‌ریزی فرایند تولید و تهیه ملزومات تضمین کیفیت

در این مرحله کلیه بسته‌های اطلاعاتی که تاکنون کامل شده از دیدگاه قابلیت تولید و فرایندهای ساخت مورد توجه قرار ‌می‌گیرند. به طور خلاصه خروجی این مرحله به ایجاد نقشه‌های سطح ۳ منجر‌ می‌شود که ملزومات ضروری و مورد نیاز واحدهای طراحی، مهندسی، ساخت و کنترل کیفیت را برای دستیابی یا ساخت آیتم مورد نظر شامل ‌می‌شود.

تهیه مستندات نهایی

در هنگام ساخت و تست محصول تولیدی در فاز تولید نمونــــه، بسیاری از نقشه‌های مهندسی و رویه‌های تست، چندین بار بازنگری و اصلاح ‌می‌شوند که تمام سطوح بازنگری شده از سطح صفر تا آخرین نتایج باید در بسته اطلاعات فنی قرار داده شوند. با اضافه شدن اطلاعات به دست آمده از بازرسی‌ها و اطمینان کیفیت نمونه‌های تولیدشده، به بسته اطلاعات فنی، یک بستـــه اطلاعات فنی کامل شده به دست ‌می‌آیـــد و پس از تطبیق با استاندارد هایبسته‌های اطلاعات فنی در انتها یک بسته اطلاعات فنی نهایی در ارتباط با محصول که هدف فراینـــــد مهندسی معکوس است، به دست ‌می‌آید.

مزایای مهندسی معکوس

  •  کاهش قیمت تمام شده تجهیز
  • کاهش فضای اشغال شده در انبارها
  • امکان تامین تجهیز و قطعات آن در هر زمان
  • سهولت در بازرسی کیفی قطعات
  • دسترسی به مستندات فنی تجهیز
  • کاهش زمان طراحی محصول کامل
  • کاهش زمان تولید و سایر منابع
مکانیک شکست

مکانیک شکست

 

در این مقاله آموزشی قصد داریم تا بطور تخصصی به معرفی مکانیک شکست بپردازیم ،پس با ما همراه باشید.

مکانیک شکست یا مکانیک ترک شاخه‌ای از مکانیک جامدات می‌باشد که به بررسی ایجاد و گسترش ترک در جامدات و همچنین سازه‌ها و نحوه تأثیر آن بر تغییر شکل  سازه می‌پردازد. این موضوعات از هر دو منظر مکانیک محیط‌ های پیوسته و محیط‌ های گسسته مورد مطالعه قرار می‌گیرد. در مکانیک شکست، از روش‌های تحلیل مکانیک جامدات برای محاسبه نیروهای محرک اعمال شده بر ترک و از روش‌های تجربی برای تعیین مقاومت ماده در برابر شکست استفاده می‌شود.

ترک در فلزات

بررسی مکانیزم های ایجاد ترک و مکانیزم های متفاوت رشد سریع یا در حد بحرانی ترک و رشد آرام و پایین تر از رشد بحرانی از اهمیت ویژه صنعتی برخوردارند. بررسی فعل و انفعالات فیزیکی که به هنگام شکست روی میدهد چندان ساده نیست، زیرا چگونگی ایجاد ترک و رشد آن و بالاخره نوع شکست در مواد کریستالی به جنس، ساختار شبکه کریستالی، ریزساختار و از آنجا که قطعات معمولا به طور کامل سالم و بدون عیب نیستند به نوع، اندازه و موقعیت عیب، نوع و حالت تنش وارد بر آنها بستگی خواهد داشت.

بسیاری از سازه های مکانیکی در اثر رشد ترک ها که ممکن است در حین عملیات ساخت و یا حمل و نقل به وجود آید، دچار شکست می گردند. گسیختگی نهایی بسیاری از تجهیزات و سازه های صنعتی,نه تنها عواقب جانی ناگواری در پی دارد,بلکه ضررهای چشمگیر اقتصادی را نیز فراهم می آورد. معمولا شکست در فلزات به شکست نرم و شکست ترد تقسیم می شود.

شکست در فلزات

شکست در فلزات

شکست نرم

بسیاری از فلزات و آلیاژهای آنها، به ویژه آنهایی که دارای شبکه FCC هستند، مانند آلومینیوم و آلیاژهای آن شکست نرم خواهند داشت. شکست نرم به آرامی و پس از تغییر شکل پلاستیکی زیاد به ازای تنشی بالاتر از استحکام کششی ظاهر میشود. از مشخصات شکست نرم، تحت تاثیر تنش کششی، ظاهر گشتن گلویی یا نازکی موضعی و ایجاد حفره های بسیار ریز در درون قسمت گلویی و اتصال آنها به یکدیگر تا رسیدن به حد یک ترک ریز و رشد آرام ترک تا حد پارگی یا شکست نهایی است.

شکست ترد

شکست ترد معمولا در فلزاتی با ساختار کریستالی مکعب مرکزدارBCC  و هگزاگونال متراکم HCP و آلیاژهای آنها در درجه حرارتهای پایین ( معمولا پایینتر از دمای معمولی محیط ) و سرعتهای تغییر شکل بالا بطور ناگهانی ظاهر میشود. شکست ترد در امتداد صفحه کریستالی معینی، به نام صفحه کلیواژ، انجام میگیرد. در شکست ترد عموما تغییر شکل پلاستیکی قابل توجهی در منطقه شکست مشاهده نمیشود.

نظریه شکست ابتدا علت شکست را این چنین بیان کرد که تمام پیوندهای اتمی در امتداد صفحه شکست هم زمان با هم گسیخته میشوند. بدین ترتیب که با ازدیاد تنش فاصله اتمها از یکدیگر دور میشوند و در نهایت به محض اینکه تنش به حد تنش شکست ( تنش بحرانی ) رسید، در نتیجه گسستن تمامی پیوندهای اتمی در صفحه عمود بر امتداد کشش، شکست پدیدار میشود.

حوزه های مکانیک شکست

کاربرد این علم و نتایج آن در طراحی کشتی، سازه‌ها به ویژه سازه‌های بتنی، ژئوفیزیک و زمین‌شناسی مهندسی، مهندسی پزشکی و مهندسی مکانیک می‌باشد.

علم مواد

درمقیاس اتم ها، نابجایی ها و…شکست را بررسی می کند.

مکانیک کاربردی

به محاسبه تنش،تغییرشکل ها و…درنوک ترک میپردازد.

امروزه در علم مواد، مکانیک شکست به عنوان یک ابزار مهم برای بهبود عملکرد قطعات مکانیکی به حساب می‌آید. مکانیک شکست با اعمال قوانین فیزیکی تنش و کرنش بخصوص تئوری‌های الاستیسیته و پلاستیسیته به عیب و نقص‌های ساختار بلوری مواد در مقیاس میکروسکوپی، رفتار مکانیکی آن‌ها در مقیاس ماکروسکوپی را پیش‌بینی می‌کند.

شکست‌ن گاری  (Fractography)یکی از علوم پرکاربرد در این حوزه است که به منظور ارزیابی دلایل شکست و اعتبارسنجی پیش‌بینی‌های تئوری شکست با شکست‌های واقعی استفاده می شود. پیش‌بینی رشد ترک یکی از مؤلفه‌های اصلی بررسی تحمل آسیب (Damage Tolerance) در اصول طراحی مکانیکی محسوب می‌شود.

فرآیندهای ساخت و تولید، ماشین‌کاری و شکل‌دهی مواد می‌توانند منجر به ایجاد عیب و نقص‌هایی در قطعات مکانیکی شوند. مکانیک شکست روشی است که تحلیل عیب و نقص‌های یک قطعه به منظور شناسایی ترک‌های ایمن (بدون احتمال رشد) و ترک‌های مستعد رشد را امکان‌پذیر می‌کند. ترک‌های مستعد رشد می‌توانند باعث رخ دادن شکست در یک قطعه یا سازه شوند.

اهداف مکانیک شکست

هدف اساسی مکانیک شکست، پاسخ کمی به سؤالات زیر است:

  • اگر یک قطعه را تابعی از اندازه ترک‌ها در نظر بگیریم، مقاومت آن چقدر خواهد بود؟
  • اندازه ترک‌ها باید چقدر باشد تا قطعه تحت شرایط بارگذاری عملیاتی دوام بیاورد؟
  • حداکثر اندازه مجاز برای ترک‌ها چقدر است؟
  • با در نظر گرفتن یک اندازه اولیه مشخص برای ترک، مدت زمان لازم برای رشد و گسترش آن چقدر خواهد بود؟
  • حداقل اندازه قابل شناسایی ترک و حداکثر اندازه مجاز ترک چقدر است؟
  • میزان عمر سرویس‌دهی سازه معیوب چقدر خواهد بود؟
  • در مدت زمان قابل دسترس برای شناسایی ترک‌ها، هرچند وقت یکبار باید سازه را از نظر وجود ترک مورد بازرسی قرار دارد؟

به طور کلی سه حالت برای شروع رشد ترک وجود دارد:

  • ترک حالت اول(حالت بازشدگی) ناشی از تنش کششی عمود بر سطح ترک
  • ترک حالت دوم(حالت لغزش) ناشی از اعمال یک تنش برشی موازی با سطح ترک و عمود بر بخش جلویی ترک
  • ترک حالت سوم(حالت پارگی) ناشی از اعمال تنش برشی موازی با سطح ترک و همچنین موازی با بخش جلویی ترک

به طور کلی، مکانیک شکست به دو بخش تقسیم بندی میشود

مکانیک شکست الاستیک خطی (Linear Elastic Fracture Mechanics)

مکانیک شکست الاستیک-پلاستیک (Elastic–Plastic Fracture Mechanics)

برای مواد با استحکام بالا میتوان از قوانین شکست الاستیک خطی بهره جست و تحلیل را بر اساس مشخصه ضریب شدت تنش بنا نهاد. به منظور اجرای تحلیل و پیش‌بینی گسیختگی در مکانیک شکست به اطلاعات زیر نیاز است:

  • بار اعمال شده
  • تنش پسماند
  • شکل و اندازه قطعه مورد آزمایش
  • شکل، اندازه، محل قرارگیری و جهت‌گیری ترک

به علت عدم دسترسی همیشگی به تمامی اطلاعات بالا، معمولاً از فرضیات محافظه‌کارانه برای انجام تحلیل‌ها کمک گرفته می‌شود. گاهی اوقات نیز تحلیل‌های مکانیک شکست پس از رخ دادن گسیختگی مورد استفاده قرار می‌گیرند. اگر شکست در عدم حضور بارهای اضافی رخ داده باشد، وجود ترک‌های بسیار بزرگ شناسایی نشده در حین بررسی‌های معمول یا چقرمگی پایین ماده به عنوان دلایل رخ دادن شکست در نظر گرفته می‌شوند.

چقرمگی شکست و روش‌های آزمایش آن

چقرمگی خاصیتی است که میزان مقاومت یک ماده در برابر شکست را بیان می‌کند. چندین روش مختلف آزمایش برای اندازه‌گیری چقرمگی شکست ماده وجود دارد. در این آزمایش‌ها معمولاً از یک نمونه شیاردار در یکی از چندین پیکربندی موجود استفاده می‌شود. هنگامی که یک ماده پیش از شکست، رفتار الاستیک خطی از خود به نمایش می‌گذارد مقدار بحرانی ضریب شدت تنش برای ترک حالت اول را می‌توان به عنوان یک پارامتر شکست مناسب در نظر گرفت.

این روش با توجه به ضریب شدت تنش بحرانی برای کرنش صفحه‌ای، یک معیار کمی از چقرمگی شکست را بیان می‌کند. به منظور اطمینان از نتایج باید ابعاد نمونه ثابت و به اندازه‌ای بزرگ باشند که شرایط کرنش صفحه‌ای در نوک ترک را تضمین کنند. این الزامات باعث محدودیت در نحوه اجرای آزمایش می‌شوند.

روشهای اصلی تعمیرات ترک

روشهای تعمیر و ترمیم ترک ها به شیوه های مختلفی انجام می گیرد که بسته به چگونگی نیروی وارد، شکل ترک و نیز جنس ماده ای دارد که ترک در آن به وجود می آید.
۱- استفاده از چاک های تعمیری

۲- تعمیر به وسیله سوراخ های متوقف کننده

۳- ترمیم به کمک صفحات تقویت کننده، پرچ شده یا چسبیده بر روی سطح دارای ترک

۴- چفت کردن با استفاده از پیچ و مهره و یا دوختن دو سطح مجزا

۵- جوش کردن دو سطح مجزا و یا پرکردن با مواد ترمیمی

پدیده کاویتاسیون

برسی پدیده کاویتاسیون

در این مقاله آموزشی قصد داریم تا به بطور تخصصی به برسی پدیده کاویتاسیون بپردازیم، پس با ما همراه باشید.

ُفره‌زایی، حباب‌زایی، حفره‌سازی، خلاءزایی پدیده‌ای است که در آن کاهش فشار باعث تبخیر موضعی مایع و ایجاد حباب‌هایی شود. در این پدیده که معمولاً در مایعات با حرکت متلاطم به دلیل اختلاف فشار در مایع رخ می‌دهد، فشار موضعی کم‌تر از فشار بخار مایع می‌شود. این امر باعث می‌شود تا مثلاً آب که در شرایط متعارف در ۱۰۰ درجه سانتیگراد شکل گازی پیدا می‌کند در دماهایی پایین‌تر زودتر به صورت گاز درآید.

حباب‌های گازی ایجاد شده زمانی که دوباره به منطقه پرفشارتر وارد می‌شوند معمولاً منفجر می‌شوند. این ترکیدن حباب‌ها شوکی موج ‌مانند ایجاد می‌کند که صدادار است و می‌تواند از طریق خوردگی حبابی به تجهیزات آسیب برساند.

کاویتاسیون

انواع کاویتاسیون

  • حفره زایی حبابی
  • حفره زایی پره
  • حفره زایی بن پروانه
  • حفره زایی ابری
  • حفره زایی محفطه ی پروانه
  • حفره زایی نوک گردابه
  • حفره زایی میانه گردابه

کاویتاسیون تبخیری

کاویتاسیون تبخیری شایعترین نوع کاویتاسیون می‌باشد که حدود ۷۰٪ از کاویتاسیون‌ها را در بر می‌گیرد. برای جلوگیری از این نوع کاویتاسیون، مقدار NPSHa در سیستم باید از مقدار (NPSHr حداقل انرژی مورد نیاز پمپ که توسط کارخانه سازنده توسط منحنی‌هایی به همراه کاتالوگ پمپ ارائه می‌گردد) بیشتر باشد.

برای جلوگیری از صدمات ناشی از این نوع کاویتاسیون، راهکارهای زیر پیشنهاد می‌گردد:

۱- کاهش دما که مقدار هد ناشی از فشار بخار سیال را کاهش دهد، هرچه دما کمتر باشد در نتیجه فشار اشباع متناظر به آن کمتر خواهد شد و در نتیجه احتمال کمتر شدن این فشار نسبت به فشار داخل پمپ افزایش می‌یابد.

۲- افزایش تراز مایع در مخزن مکش که مقدار هد استاتیکی را افزایش می‌دهد.

۳- بهبود و اصلاح پمپ که شامل موارد زیر:

  • کاهش سرعت که مقدار Hfهد ناشی از افت را کاهش می‌دهد.
  • افزایش قطر چشمه پره
  • بکار بردن دو پمپ کوچکتر بصورت موازی که موجب کاهش افد هد می‌شود.

در این شرایط مایع مجبور می‌شود از ناحیه پر فشار پمپ به طرف ناحیه کم فشار آن در عرض پره بازگردش کند. وقتی در قسمت مکش یا تخلیه جریان گردابی ایجاد می‌شود که ناشی از سرعت بالای سیال می‌باشد جریان سیال برعکس شده و در خلاف جریان حرکت جریان عادی سیال باز گردش می‌کند. باز گردش سیال باعث می‌شود که قطر مفید عبور سیال در قسمت مکش و تخلیه کاهش یابد و باعث کاهش فشار سیال گردد

این نوع کاویتاسیون به دو حالت اتفاق می‌افتد:

اول اینکه مایع داخل محفظه پمپ با سرعت موتور باز گردش کرده و یکباره حرارتش افزایش پیدا کرده و فوق گرم می‌شود. دوم وقتی که سیال مجبور می‌شود که از میان آب بندها و درزهای بین قطعات به سرعت عبور کند در این حالت حرارت بالا باعث تبخیر مایع خواهد شد. صدمات ناشی از کاویتاسیون در پمپ‌های باز بیشتر در لبه تیغه‌های ایمپلر سمت چشم پره و در نوک تیغه‌ها تا قطر خارجی ایمپلر اتفاق می‌افتد.برای بهبود و تصحیح شرایط در حالت ایمپلر باز باید ایمپلر را به گونه‌ای تنظیم کرد که تلرانس بین تیغه‌ها و محفظه دقیقا تصحیح شود.

در پمپ‌های پره بسته امکان تصحیح شرایط نیست اما لازم است جریان محصور شده در قسمت تخلیه پمپ آزاد شود.فضای آزاد بین نوک پره و زبانه باید معادل ۴٪ قطر پره باشد. صدمات ناشی از این نوع کاویتاسیون بیشتر در نوک تیغه‌های خارجی پره و پشت زبانه، روی دیواره محفظه داخلی دیده می‌شود.

کاویتاسیون گردابه نوک

زمانی که فشار ورودی پمپ کاهش پیدا می‌کند، کاویتاسیون در گردابه‌های نوک ایمپلر آغاز می‌شود. این گردابه‌ها، زمانی تولید می‌شوند که لبه‌ حمله پره به نوک ایمپلر می‌رسد. به این نوع کاویتاسیون Vortex Cavitation گفته میشود. جریان برگشتی در نوک، باعث ایجاد مولفه‌ عمودی در سرعت بالا دست می‌شود.

کاویتاسیون حباب 

حباب‌های تشکیل شده در نوک پره مشاهده می‌شود. در این حالت، اصلاح منحنی لبه حمله در ناحیه نوک پارامتر σi در این پمپ را کاهش می‌دهد ولی با اینکار نمی‌توان گردابه‌ها و کاویتاسیون گردابه‌ای را از بین برد.زمانی که عدد کاویتاسیون کاهش پیدا کند، نوع دیگری از کاویتاسیون به وجود می‌آید که Bubble Cavitation  نامیده می‌شود و با استفاده از حباب‌هایی ایجاد شده در سطح مکش، به وجود می‌آید.

کاویتاسیون پره

با کاهش بیشتر عدد کاویتاسیون، حباب‌ها با یکدیگر ترکیب می‌شوند و حفره‌های بزرگ چسبیده در سطح مکش پره‌ها را تولید می‌کنند. در مسائل عمومی این نوع از کاویتاسیون با نام کاویتاسیون چسبیده (Attached Cavitation) شناخته می‌شود اما در مسائل مربوط به پمپ‌ها، این پدیده را کاویتاسیون پره (Blade Cavitation) می‌نامند.

با ادامه روند بالا، حفره‌های پره، گسترش می‌یابند و به نقطه‌ای روی سطح مکش در مقابل لبه‌ حمله پره بعدی، می‌رسند. در این زمان، اگر فشار سیال در مسیر عبور پره‌ها افزایش یابد، حفره ایجاد شده از بین می‌رود و آسیب‌های ناشی از کاویتاسیون در ناحیه‌ای از سطحی رخ می‌دهد که مقابل لبه حمله پره‌ بعدی (این نقطه، انتهای حفره روی سطح مکش پره است) قرار دارد.

انواع کاویتاسیون پره

دو نوع از کاویتاسیون پره رخ می‌دهد. نوع اول در قسمت بالا توضیح داده شد و به عنوان کاویتاسیون جزئی (Partial Cavitation) شناخته می‌شود. نوع دیگری از کاویتاسیون پره نیز وجود دارد که در اعداد کاویتاسیون بسیار پایین رخ می‌دهد و طی آن، حفره‌های طویل روی پره تشکیل می‌شود. این نوع از کاویتاسیون پره به کاویتاسیون گسترده (Supercavitation) معروف است و در ماشین‌های با صلبیت پایین رخ می‌دهد.

نکته مثبت در این حالت این است که نابودی حباب، در پایین دست پره‌ها اتفاق می‌افتد، بنابراین میزان خسارات ناشی از کاویتاسیون در پمپ به حداقل مقدار ممکن می‌رسد . در این نوع کاویتاسیون احتمال وقوع تمام انواع کاویتاسیون‌ها موجود است.

فاکتورهای مؤثر در پدیده کاویتاسیون

۱. عوامل هندسی:

  • ناهمواری‌های سطحی سرریز، خصوصا برآمدگی‌ها و فرورفتگی‌های موضعی
  • شکاف‌های دریچه‌های کشویی و پایه‌های دریچه‌های قطاعی
  • ستون‌ها piers
  • درزهای ساختمانی
  • جدا کننده جریان ودفلکتورها Flow splitter & deflector
  • دهانه مجاری و لوله Ports of ducts & pipe
  • تغییر در شکل عبور جریان Change of water passage shape
  • انحنا یا انحراف در مسیر جریان در آبراهه Misalignment of conduit

۲. عوامل هیدرودینامیکی:

  • دبی مخصوص
  • سرعت جریان
  • عملکرد دریچه
  • توسعه لایه مرزی

۳. عوامل متفرقه:

  • انتقال حرارت در طی فرو ریختن
  • درجه حرارت آب
  • تعداد و اندازه حباب‌های درون آب Diffusion of air
  • پراکندگی هوا

یکی از مثال‌های بارز و خطرناک کاویتاسیون در پره‌های توربین دیده می‌شود که به راحتی می‌تواند باعث تخریب پره گردد. از دیگر مثال‌ها برای این پدیده می‌توان به کاویتاسیون در پروانهٔ کشتی‌ها ، سرریز سد ها و مشکلاتی در برخی سازه های آبی اشاره کرد.

جلوگیری از بروز کاویتاسیون

  • افزایش سطح سیال در مخزن
  • بالا بردن مخزن
  • افزایش فشار مخزن (استفاده از سیستم بسته / سیستم تحت فشار(
  • قرار دادن پمپ داخل گودال( Pit )
  • کاهش افت‌های ناشی از لوله‌کشی و اتصالات
  • تزریق مقدار کمی سیال خنک‌کننده به ورودی پمپ
  • عایق‌بندی مناسب لوله‌ها
  • به کار بردن پمپ‌های دو مکش
  • بکار بردن پمپ‌ها با سرعت دورانی (rpm) پایین تر
  • به کار بردن پمپ‌ها با مجرای ورودی (چشم) پروانه بزرگ‌تر
  • زاویه جریان ورودی بزرگتر
  • زاویه جریان تا کمتر از ۱۰ درجه
  • به منظور کاهش بیشتر NPSHR و به‌تبع آن افزایش بیشتر سرعت مخصوص مکش ‌، یک پروانه جریان محوری یا یک راه انداز (Inducer) در جلوی پروانه سانتریفیوژ بکار گرفته می‌شود.
  • جلوگیری از ورود هوا به داخل پمپ
  • به کار بردن خط بای پس مناسب
  • جلوگیری از اغتشاش (Turbulence) جریان سیال و فراهم نمودن شرایط عبور سیال در یک سرعت ثابت
  • به کارگیری چندین پمپ کوچک‌تر به جای استفاده از یک پمپ بزرگ

کاربرد کاویتاسیون

صنایعی مانند پزشکی وجود دارند که به دنبال ساخت تجهیزاتی برای ایجاد پدیده کاویتاسیون و استفاده از اثرات آن هستند. در علم پزشکی از پدیده کاویتاسیون فراصوت برای از بین بردن سنگ کلیه و درمان تعدادی از سرطان‌ها استفاده می‌شود. درواقع جریان فراصوت متمرکز با شدت بالا، کاربرد بسیار زیادتری نسبت به روش‌های سنتی دارد. پدیده کاویتاسیون در صنعت تولید شیر نیز برای همگن‌سازی محصولات مورد استفاده قرار می‌گیرد.

همانطور که می‌دانید، چربی به صورت طبیعی بالای سطح شیر جمع می‌شود و فرایند همگن‌سازیبا شکستن چربی در این محصولات، مخلوط یکنواختی را تولید می‌کند. کاویتاسیون در تصفیه آب،از بین بردن پلانکتون های اضافی در دریاچه ها ،پراکنده ساختن نفت خام ریخته شده بور سوط اقیانوس ها بوسیله جت کاویتاسیون ،حذف سیانید از محیط های آبی  و بسیاری موارد دیگر نیز کاربرد دارد.