توصيفگر ها :
شكست , كامپوزيت , آزمون هاي تجربي , پره فن , دماي انتقال شيشه اي , خزش , زاويه ليف
چكيده فارسي :
امروزه يكي از مراكز انرژي و فراورده هاي بسيار پر كاربرد در سطح جهان و به ويژه در ايران كه يكي از كشور هاي سرشار از منابع غني نفت مي باشد ، پالايشگاه ها هستند. شركت پالايش نفت اصفهان نيز به عنوان يكي از واحد هاي پالايشي بزرگ كشور با ظرفيت پالايش 375 هزار بشكه در روز ، نقش بسيار ويژه اي در اين چرخه توليد دارد كه همواره نياز به كنترل تجهيزات و تعميرات اساسي دارد. در حال حاضر يكي از چالش ها و معضل هاي اساسي موجود در اين شركت شكست زود هنگام پره فن هاي تك سرعته خنك كننده خطوط حامل فرآورده هاي نفتي مي باشد.
پره فن هاي مورد نظر در پالايشگاه معمولا از جنس كامپوزيت زمينه اپوكسي تقويت شده با الياف سوزني مي باشد.در اين تحقيق به بررسي علل شكست اين پره ها پرداخته مي شود و زمينه اصلي تحقيق كار بر روي علل حادثه شكست اين پره وراهكارهاي جلوگيري از آن و در نهايت ارائه پيشنهاد ها خواهد بود .
مراحل انجام اين پروژه طي سه مرحله برنامه ريزي شده است و گام اول شامل تحقيقات گسترده وجمع آوري اطلاعات در مورد دلايل شكست مي باشد كه شامل ، تعيين كيفيت مواد به كار رفته در ساخت فن ، آناليز حرارتي به وسيله ي آزمون ديناميكي ، مكانيكي حرارتي با استفاده از دستگاه DMTA و استخراج داده هاي كاربردي ( شامل مدول اتلافي ، مدول ذخيره اي ، مدول كمپلكس و فاكتور اتلاف ) و همچنين آزمون خزش كه با اعمال يك تنش ثابت به نمونه انجام مي گردد خواهد بود ،گام دوم شامل مدلسازي ويسكوالاستيك است كه با استفاده از مدل هاي چند جزيي فنر و دمپر با اعمال تنش به صورت ثابت و نوساني با استفاده از روابط برينسون انجام مي گردد و در گام سوم ، تخمين تنشهاي وارد شده از هوا به پره با شبيه سازي بارگذاري تنش در نرم افزار Abaqus با توجه به سيكل حرارتي موجود و انجام محاسبات لازم انجام مي شود و در ادامه با كشف حقايق و دلايل شكسته شدن به ارائه راهكارها و پيشنهادات از جمله تغيير زاويه قرار گيري ليف درون زمينه اپوكسي و تعيين لايه هاي مختلف با زاويه قرار گيري ليف در هر لايه و توليد پره به صورت لايه لايه و تغيير مواد به كار رفته ليف و زمينه جهت جلوگيري از شكست پرداخته مي شود .
در فرآيند انجام اين پروژه علاوه بر آزمون تجربي روي نمونه جدا شده از پره ، آزمون هاي تجربي و مدلسازي ها بر روي دو نمونه ديگر كه به صورت دست ساز و با20درصدوزني الياف ساخته شد، انجام گرديد و در نهايت به كمك انجام آزمونهاي مختلف از جمله آزمون خزش و DMTA و شبيه سازي پره درون نرم افزار Abaqus و مدلسازي به كمك روابط فنر و دمپر ، اين نتيجه حاصل شد كه اگر زاويه ليف با راستاي برآيند نيروهاي وارد بر پره هم جهت باشد ، يعني برآيند نيروها عمود بر سطح مقطع ليف بر آن وارد گردد ، ايده آل ترين حالت مي باشد . در ادامه به ريزساختار زمينه پليمري و راهكارهاي افزايش دماي انتقال شيشه اي و استحكام ماده كامپوزيتي با استفاده از پخت در دماي بالاتر از دماي انتقال شيشه اي ، ميزان كريستالي شدن ، بالا بردن وزن ملكولي و جهت دهي به زنجيره هاي ملكولي زمينه كامپوزيت ، اضافه كردن پر كننده ها و در صورت نياز به انعطاف پذيري اضافه كردن نرم كننده ها و درنهايت آلياژسازي براي پليمر هاي قابل امتزاج ، پرداخته خواهد شد .
چكيده انگليسي :
Today, refineries are the most widely used energy production centers in the world, especially in our country, which is one of the countries rich in oil resources . Esfahan Oil Refining Company, as one of the largest refining units in the country with a refinement capacity of 375 thousand barrels per day, has a very special role in the production cycle, which always needs equipment control and, if necessary, some major repairs. According to the conducted research and numerous consultations with the Research and Technology Center of Esfahan Oil Refining Company, currently one of the main challenges and problems in this company is the early failure of the single-speed fan blades for cooling the lines carrying oil products.
The aforementioned fan blades in the refinery are usually made of composite material . The main focus of this study is the causes of the failure of this blade, how to prevent it and some recommendations .This investigations initially include extensive research and gathering information about the reason for failure of fan. The reasons include determining the quality of the material used in the construction of the fan, chemical analysis, temperature and humidity of the fan installation environment if needed (whether the environment is corrosive or not and whether it has an effect on the rotating blade or not), the dynamic, mechanical and thermal analysis test and the use of the DMTA device to extract the dynamic, mechanical and thermal analysis data of the blade in question and hand-made samples (including the loss and storage module, loss factor and complex modulus) and creep test by applying a constant stress to the sample, which is done by creating a dumbbell-shaped sample of the intended material for analysis, viscoelastic modeling using multi-component spring and damper models and applying stress in the form of frequency . Finally, estimating the stresses introduced from the air to the blade by simulating the stress loading in Abaqus software is done . Then by discovering the facts and reasons for breaking, it is necessary to provide solutions and suggestions , including changing the angle of the fiber in the epoxy background and determining the different layers with the angle of the fiber in each layer and the production of the blade in layers.
In the process of carrying out this project, in addition to the experimental test on the sample separated from the blade, experimental tests and modeling were performed on two other samples that were made by hand and with a fiber weight of 20%, and finally with the help of various tests including the creep test and DMTA and simulating the blade in Abaqus software and modeling with the help of spring and damper relations, the conclusion was reached that is where the angle of the leaf is in the same direction as the resultant of the forces acting on the blade, that is, the resultant of the forces is perpendicular to the cross-sectional surface of the leaf, it is the most ideal case. In addition to the microstructure of the polymer matrix and solutions to increase the glass transition temperature and modulus by using baking and cross-linking at a temperature higher than the glass transition temperature, crystallization, increasing the molecular weight and directing the molecular chains of the composite matrix, adding fillers and adding plasticizers if flexibility is needed , and finally alloying for miscible polymers were proposed.
