حدودي از دستگاه سنجش سايش ساخته شده در مرکز تحقيقات سايش و خوردگي در دانشگاه تولسا الگو برداري شده است. در ابتدا به شرح تجهيزات به کار رفته در اين سيستم ميپردازيم.
4-1-1- تجهيزات اصلي
اين دستگاه از يک مخزن اصلي 250 ليتري، چند عدد پمپ سانتريفيوژ استيل، يک همزن قوي با دور 900 rpm ، چندين متر لولهي گالوانيزه ضد زنگ يک اينچ، يک عدد فشار سنج، چند عدد شير تک ضرب، چندين زانويي و سهراهي، دو عدد شير تنظيم دبي و ديگر تجهيزات لوله کشي تشکيل شده است. اين مجموعه به صورت يک سيکل مطابق شکل (4-1) گرد آمده است.
شکل(4-1). دستگاه سيکل جريان سيال براي اندازه گيري سايش در خطوط لوله
4-1-2- تجهيزات جانبي
براي محاسبهي ميزان سايش در اين پروژه از کوپن استفاده شده است. کوپنها از دو جنس آلومينيوم و فولاد کربندار انتخاب شده و بر اساس استانداردهاي موجود، توسط مجريان پروژه ساخته شدهاند. در شکلهاي زير، کوپنها و ابعاد آنها نشان داده شده است.
شکل(4-2). کوپنهاي استفاده شده در آزمايشات
شکل (4-3). شماتيکي از کوپن و ابعاد آن
دانسيته، سختي و سطح ويژه، از مشخصههاي اصلي هر کوپن ميباشد. براي کوپنهاي آلومينيومي استفاده شده، ميزان سختي برابر با 127 Brinell و دانسيته، 2750 kg?m^3 اندازهگيري شده است. در حالي که سختي کوپنهاي فولادي برابر با 191 Brinell و دانسيته آنها 7830 kg?m^3 ميباشد. مساحت سطح مقطع هر دو نوع کوپن نيز برابر با 255 ?(mm)?^2 ميباشد. کوپنها طوري در سيستم قرار داده ميشوند که فقط سطح مقطع مذکور مورد سايش قرار ميگيرد. در ادامه به شرح آن ميپردازيم.
کوپنها توسط يک پيچ که نقش نگهدارنده98 را دارد، در سيستم قرار ميگيرند. اين پيچ به يک بست99 متصل ميشود. بست، يک نيملوله ميباشد که سايز آن يک شماره از سايز لولههاي اصلي بزرگتر است تا بتواند به طور کامل روي آن قرار گيرد. يک واشر کشساني نيز بين بست و لوله جهت آببندي سيستم قرار ميگيرد. هر بست نيز توسط دو گيره روي لوله محکم ميشود. شکلهاي زير بيان کننده اين توضيحات هستند.
شکل (4-4). نحوه اتصال بست، پيچ و واشر به يکديگر
نحوهي اتصال کوپن به پيچ و قرار گرفتن روي بست در شکل زير نشان داده شده است.
شکل (4-5). سوار شدن کوپن روي پيچ نگهدارنده
شکل (4-6) نيز نحوهي قرار گرفتن کوپن در جريان داخل لوله را نشان ميدهد.
شکل (4-6). نحوهي قرار گرفتن کوپن در: الف) زانويي، و ب) لوله عمودي
کوپنها به گونهاي در جريان قرار ميگيرند که سطح مورد سايش، هم سطح جدارهي داخلي لوله واقع شود. در واقع نصب کوپنها در دستگاه مطابق آنچه در شکل (2-10) نشان داده شده است، نميباشد. اگر کوپنها را مطابق آنچه که در شکل (2-10) نشان داده شده در سيستم قرار دهيم، مقدار سايش ايجاد شده مقدار کاذبي خواهد بود. زيرا وقتي کوپن در وسط مجراي عبور جريان قرار ميگيرد، بيشترين مقدار سايش را خواهد داشت. اين حالت فقط براي تجهيزاتي مثل شيرها و چوکها پيش ميآيد. در اين پروژه سايش خطوط مرکزي جريان مد نظر قرار نگرفته است. موارد سايش مورد ارزيابي در اين پروژه، لولههاي صاف افقي و عمودي و زانوييها ميباشد. در شکل زير مکانهاي بررسي سايش در اين پروژه نشان داده شده است.
شکل (4-7). محل و نحوهي قرار دادن کوپنها در جريان
4-1-3- ذرات شن و ماسه
براي تهيه ذرات شن و ماسه براي انجام آزمايشات در اندازههاي مختلف، از غربالهاي (الک) آزمايشگاهي استفاده شده است. با توجه به تعداد غربالها، چهار اندازهي مختلف شن با متوسط اندازههاي 125 و 225 و 360 و 510 ميکرون به دست آمده است.
شکل (4-8). ذرات شن در اندازههاي مختلف
4-1-4- اندازه گيري وزن
براي سنجش ميزان سايش ايجاد شده، در اين پروژه از روش توزين نمونهها استفاده شده است. فرآيند سايش يک فرايند زمانبر ميباشد و براي سايش يک ماده، زمان قابل ملاحظهاي لازم است. در طول يک تست چند ساعته به راحتي نميتوان سايش ايجاد شده را اندازه گرفت. براي اندازهگيري سايش ايجاد شده در يک تست کوتاه مدت، به يک ترازو با دقت بسيار بالا نياز است، به طوري که کوپنها قبل و بعد از هر تست بايد توزين شوند. براي اين کار از ترازوي موجود در شرکت استاندارد و تحقيقات صنعتي استان فارس استفاده شده است. دقت اين ترازو تا پنج رقم اعشار بر حسب گرم ميباشد که در شکل زير نشان داده شده است.
شکل(4-9). ترازوي استفاده شده براي توزين کوپنها با دقت پنج رقم اعشار
4-2- نحوهي انجام آزمايش
براي بررسي سايش در سيستم طراحي شده، شش نقطه اصلي مد نظر قرار گرفته است که عبارت است از:
1- جدارهي داخلي لوله عمودي و جهت جريان رو به بالا
2- زانويي با زاويه 45 درجه، ورودي جريان رو به بالا و خروجي آن افقي
3- جدارهي داخلي لوله افقي (قسمت تحتاني جريان)
4- جدارهي داخلي لوله افقي (قسمت فوقاني جريان)
5- زانويي با زاويه 45 درجه، ورودي جريان افقي و خروجي آن رو به پايين
6- جدارهي داخلي لوله عمودي و جهت جريان رو به پايين
مکانهاي نصب کوپن به گونهاي انتخاب شدهاند که جريان سيال در آن نقاط به حالت يکنواخت خود رسيده باشد و در اصطلاح، جريان کاملأ توسعه يافته باشد.100
در شکل زير شماتيکي از سيستم آزمايشگاهي و محل قرار گرفتن کوپنها نشان داده شده است.
شکل (4-10). سيستم آزمايش و مکان نصب کوپنها
همانگونه که در شکل ملاحظه ميشود، ذرات شن، به مايع درون مخزن اضافه گرديده و توسط همزن الکتريکي کاملأ مخلوط ميشوند. مخلوط مايع و شن توسط پمپ به خطوط لوله انتقال داده ميشود و پس از عبور از سيکل و اثر بر روي کوپنها دوباره به مخزن باز ميگردد. ارتفاع سطح مايع در مخزن توسط لولهي شفاف تعبيه شده، قابل رؤيت است. اين لولهي شفاف با استفاده از يک متر مدرج شده است. از تغيير ارتفاع سيال در زمان خاصي، شدت جريان مايع101 (دبي) محاسبه ميشود. تنظيم دبي جريان با استفاده از شيرهاي کنترل نشان داده شده در شکل انجام ميشود.
به علت آنکه پمپهاي استفاده شده در اين پروژه قابليت کارکرد در مدت زمان طولاني را ندارند، مدت زمان هر تست 2 الي 3 ساعت ميباشد. به علت لزومت يکنواخت بودن غلظت ذرات شن در داخل سيستم، در مدت زمان انجام هر تست همزن الکتريکي روشن بوده و متوقف نميشود.
براي گرفتن هر تست، شش کوپن موجود در ابتدا شسته ميشوند و سطح آنها با سمبادههاي بسيار نرم کاملأ به صورت صاف و صيقل داده شده در ميآيد. سپس کوپنها توزين ميشوند و وزن هر يک در دفترچهي آزمايش ثبت ميشود. بعد از توزين بايد با احتياط لازم کوپنها را بر پيچ نگهدارنده و بست توضيح داده شده سوار نمود و وارد لوله کرد. رعايت جانب احتياط به سبب دقت بالاي توزين ميباشد. چون وزن هر کوپن با دقت پنج رقم اعشار گرفته ميشود، ضربه و يا خراش بسيار کوچکي، مي تواند منجر به کاهش و يا افزايش وزن ارقام کوچکتر اندازهگيري شود و نتيجهي آزمايش با خطاي زيادي همراه شود. بعد از اتمام تست، کوپنها را از پيچ نگهدارنده باز کرده و مجددأ شستشو ميدهيم. در ابتدا کوپنها را با آب شستشو داده و بعد با الکل نيز ميشوييم. بعد از خشک شدن کوپنها، آنها را وزن کرده و وزن ثانويه هر يک را در دفترچهي آزمايش ثبت ميکنيم. تفاوت وزن اوليه و ثانويه هر کوپن، ميزان ساييده شدن آن را به ما خواهد داد.
براي ايجاد سرعتهاي مختلف، از چند پمپ گريز از مرکز به صورتهاي مختلف سري و موازي استفاده شده است.
4-3- طراحي آزمايشها102
يکي از مهمترين مسائلي که امروزه در مباحث مهندسي بيان ميشود، مبحث طراحي آزمايشها است. در همه فرايندها، آزمايش به منظور کسب اطلاعات در مورد يک يا چند متغير خاص انجام ميشود. در واقع با انجام آزمايش ميتوان با اعمال تغييرات روي متغيرهاي ورودي و عوامل کنترلي مؤثر در انجام آزمايش، تغييرات به وجود آمده روي پارامتر مورد نظر را مورد بررسي قرار داد. از آنجا که برخي از عوامل، که توسط آزمايشگر به عنوان عوامل مؤثر تشخص داده ميشوند و تغييرات روي آنها انجام ميگيرد، تأثير چنداني روي متغير مورد نظر نداشته و تنها باعث از بين رفتن وقت و هزينه شود. طراحي آزمايشها براي حل اين مشکل مورد استفاده قرار ميگيرد. در واقع طراحي آزمايشها با تشخيص عوامل مؤثر در انجام آزمايشها و تعيين سطوح مختلف اين عوامل، با حداقل تعداد آزمايشها دستيابي به نتايج مورد نظر را امکانپذير کرده است. براي طراحي آزمايشها در اين پروژه از نرم افزار طراحي آزمايش Design-Expert 7.0.0 Trial103 استفاده شده است.
4-3-1- متغيرهاي مورد مطالعه در آزمايش
همانطور که قبلأ و در فصول قبل مطرح شد، پارامترهاي تأثيرگذار بر سايش عبارتند از: سرعت جريان، دانسيته و ويسکوزيتهي سيال، اندازه و غلظت و سختي ذرات شن، دانسيته و سختي و نوع مادهي مورد نظر، زاويهي برخورد ذرات با ماده هدف و …
ما در اين آزمايشات پارامترهاي سختي و دانسيتهي فلز هدف، سايز و غلظت ذرات شن، سرعت جريان و زاويهي برخورد را مورد ارزيابي قرار دادهايم.
سرعتهاي مورد آزمايش عبارتند از: 1 و 2 و 2.35 و 3 و 3.35 و 4 متر بر ثانيه
ذرات شن در سايزهاي 125 و 225 و 360 و 510 ميکرون مورد آزمايش قرار گرفتهاند. براي غلظت ذرات شن در مخزن مقادير 25/0 و 5/0 و 75/0 درصد وزني (يعني حداکثر وزن شن به يک درصد وزن آب موجود نيز نميرسد.) لحاظ شده است. کوپنها نيز از جنس آلومينيوم و فولاد، با سختي و دانسيتههاي نام برده در قسمت قبل مورد آزمايش قرار گرفته است.
در فصل بعد به جزييات هر تست و نتايج بدست آمده پرداخته ميشود.
فصل پنجم
نتايج و بررسي دادههاي آزمايش
نتايج و بررسي دادههاي آزمايش
5-1- فرآيند تحقيق
فرآيند اين تحقيق را ميتوان در چهار مرحله به صورت زير بيان کرد.
1- طراحي آزمايش با استفاده از نرم افزار
2- انجام آزمايشات و تکرار برخي از آنها به منظور کاهش خطاي ايجاد شده
3- آناليز و بررسي دادههاي بدست آمده از آزمايش
4- مدل کردن نتايج آزمايش و بدست آوردن يک رابطهي مناسب جهت گزارش نرخ سايش با استفاده از الگوريتم ژنتيک104 در نرم افزار متلب105
در اين فصل به بررسي نتايج حاصل از اين چهار بخش در فرآيند سايش پرداخته ميشود.
5-2- روند آزمايش
در ابتدا کوپنها شستشو داده شده و بعد از خشک شدن، وزن ميشوند. و بعد به ترتيب نشان داده شده در فصل قبل روي سيستم قرار ميگيرند. مرحلهي بعدي اضافه کردن 50 ليتر آب به مخزن اصلي است. ( اين مقدار به جهتي انتخاب شده است که به الکترو موتور هم زننده فشار زيادي وارد نشود ). بعد از اضافه شدن آب، نوبت افزودن ذرات شن به داخل مخزن ميباشد. به توجه به ميزان غلظت، شن موجود وزن شده و به آن اضافه ميگردد. بعد از آن، همزن الکتريکي به کار ميافتد. در قسمت زيرين مخزن چهار خروجي قرار داده شده که قابليت قرار گرفتن چهار پمپ به طور همزمان را فراهم ميکند. با توجه به دبي مورد نياز براي آزمايش مربوطه، تعداد مشخصي از اين پمپها در مدار قرار ميگيرد و تست آغاز ميشود. همانطور که قبلأ گفته شد؛ به علت افزايش دماي پمپها در صورت کار بيش از دو ساعت، تستها در ساعات اوليه روز در زمستان با ميانگين دماي هواي 10 درجه سانتيگراد انجام شد. هر تستي در متوسط زمان 150 دقيقه گرفته شده است. بعد از اتمام هر تست، سيستم با آب شستشو داده شده و بعد کوپنها باز شده و مجددأ شسته ميشوند. کوپنها يکبار با آب و صابون و بار ديگر با الکل شستشو داده ميشوند و بعد از خشک شدن، دوباره توزين ميشوند و به اين ترتيب کاهش وزن آنها بدست ميآيد. چون مقدار سايش بدست آمده در طول اين زمان اندک، مقدار بسيار کمي ميباشد، در نسبت يکسال ضرب شده تا با مقدار ملموستر و

دسته بندی : No category

دیدگاهتان را بنویسید