محاسبات عددی پیشرفته

Nmerical mathematics and Advanced Applications

کتاب سیالات پیشرفته کوری

Currie Fundamental mechanics fluids M.Dekker ISBN 2008

کتاب مکانیک محیط پیوسته LAI

introduction to continuum mechanics by LAI

جزوه درس مکانیک سیالات پیشرفته دکتر راد

جزوه درس مکانیک سیالات پیشرفته دکتر راد

فرمول های ریاضی پر کاربرد

فرمول های ریاضی پر کاربرد

جزوه مکانیک محیط پیوسته

دوستان عزیز یه جزوه مکانیک محیط پیوسته به دستم رسیده انشالله مفید باشه براتون

شیر ها

شیرها (VALVES)

شیر وسیله ای است جهت مهار جریان و فشار سیالات و وظایف اصلی آن عبارتند از:

- قطع و وصل کامل جریان مایعات و گازها

- تنظیم عبور مقدار مورد نیاز مایعات و گازها

- جلوگیری از بازگشت مایعات و گازهای عبور کرده

- تنظیم و کنترل مقدار و فشار مایعات

-کنترل و ایمن نگه داشتن دستگاه های تحت فشار

انواع مختلف شیرها:

شیرهای صنعتی از نظر نوع کارکرد به سه دسته تقسیم بندی می شوند:

1- شیرهای دستی که با نیروی انسانی کار می کنند. 

2- شیرهای خودکاری که با نیروی هوا، مایعات و گازهای کنترل شونده کار می کنند.

3- شیرهای خودکاری که با نیروی برق کار می کنند 

همچنین از نظر شکل ظاهری می توان آنها به صورت زیر تقسیم بندی نمود:

1- شیرهای سوزنی    2- شیرهای سماوری    3- شیرهای کروی    4- شیرهای کشویی

5- شیرهای دیافراگمی    6- شیرهای یکطرفه    7- شیرهای پروانه ای[   8شیر اطمینان

9- شیرهای خودکار 10- شیرهایی که محرک آنها الکترو موتور می باشند

11- شیرهایی که محرک آنها سولنویید می باشد

.

 عوامل زیر در انتخاب نوع شیر مهم می باشند:

1- نقشه لوله کشی        2- نوع کاری که شیر باید انجام دهد  3- حجم شیر و اندازه لوله   4- درجه حرارت و فشار

5- مواد سازنده شیر(   Actuating Unit )    6- سیستم بکار اندازی شیر و سیستم محرکه شیر

شیر کشویی:  

از این نوع شیر بیشتر در جاهایی که بخواهند جریان سیال را بطور کامل باز و بسته نمایند استفاده می کنند و از خصوصیات اصلی آن کم بودن افت فشار در طول آن است و به همین دلیل در سر راه لوله های طویل از آن اسفاده می شود.هنگامی که شیر به طور کامل باز است کشو یا بند آور کاملا به بالا هدایت شده و از مسیر جریان سیال خارج شده و هیچگونه مقاومتی در مقابل جریان عبوری ندارد.ولی هنگامی که شیر به حالت بسته درآید به پایین ترین محل خود هدایت شده و در نتیجه سیال به علت تغییر مسیر و تصادم با کشو ایجاد تلاطم و افت فشار می نماید.این نوع شیرها از دو قسمت ساقه و کشو تشکیل شده اند و بعلت آنکه میزان باز و بسته کردن شیر متناسب با دور ساقه نیست،تنظیم دقیق مایع یا گاز،از سایر شیرها مشکل تر است، لذا از این نوع شیر فقط برای باز و بسته کردن کامل استفاده می شود.در زیر شکلی از یک شیر کشویی نشان داده شده است:

شیر کروی:

این شیر اسم خود را از شکل ظاهری بدنه خود که کروی شکل است گرفته، ساختمان داخل آن طوری است که مایع از نقطه ورودی به شیر تا خروج از آن 180 درجه تغییر جهت می دهد. ساختمان دریچه و نشیمنگاه آن طوری است که به مجرد برقرار شدن جریان تماس آنها با هم قطع می شود، بنابراین باز نبودن کامل شیر کروی اشکالاتی را که شیر کشویی در حالت نیمه باز بودن را داراست، ندارد.لذا می توان از آن جهت تنظیم و کنترل جریان استفاده کرد.ضمنا متناسب بون تعداد دور دسته شیر با حجم مجرای خروجی مایع، کار تنظیم مقدار جریان را با دست آسان می سازد.برخی از مشخصات این نوع شیر ها را در زیر مرور می کنیم:

1- جهت جریان سیال برخلاف شیر کشویی تغییر می کند. 2- تغییر جهت جریان سیال ایجاد تلاطم می نماید.

3- تلاطم افت فشار را افزایش می دهد.     4- این شیر فشار بیشتری نسبت به شیر کشویی ایجاد می کند.

5- در این نوع شیر فرسودگی مربوط به اصطکاک از شیرهای کشویی کمتر است.

6- شیر کروی برای مواقعی که شیر باید برای مدت زیادی باید نیمه باز باشد قابل استفاده است.

7- جنس این نوع شیر اغلب از نیکل یا فولاد زنگ نزن است.

  شیر سوزنی:

این شیر اسم خود را از شکل دیسک و نشیمنگاه خود گرفته است و از لحاظ طرز کار جزو شیرهای کروی است. با این نوع شیرمیتوان کنترل دقیق جریان سیال را خصوصا در لوله های باریک و ظریف برقرار نمود.این نوع شیر از لحاظ ساختمانی بسیار ظریف بوده و تقریبا کوچک است و بعلت دارا بودن مکانیسم مورد اعتماد در عملیات حساس و دقیق بکار  می رود، همچنین در کاربراتورها و آزمایشگاه های نفت و پتروشیمی و وسایل ابزار دقیق بسیار پرکاربرد است.

شیر مخروطی:

این نوع شیر تکامل یافته شیر سماوری است که برای قطع و وصل کامل جریان مورد استفاده قرار می گیرد.وقتی شیر کاملا باز باشد در خط مستقیم بدون برخورد با مانع در مجرایی به اندازه لوله متصل به آن حرکت می کند، لذا افت فشار کم و در حد شیر کشویی است.در این نوع شیر سطح اصطکاک بین دریچه و بدنه زیاد است و کار باز کردن و بستن شیر حصوصا در شیر های با سایز بزرگتر که تحت فشار زیاد کار می کنند مشکل است.در زیر دو نمونه از این نوع شیر را به همراه برش جانبی آنها مشاهده می کنیم:

یکی از خصوصیات خوب این شیر آنست که می توان با 4/1 دور می توان آن را باز یا بسته کرد، همچنین باید دقت کرد که این نوع شیر در درجه حرارت مناسبی بدرستی کار می کند و در صورت تجاوز دما از حد مجاز بعلت انبساط دریچه، شیر به سختی باز یا بسته می شود.

شیر گلوله ای:

از این نوع شیر برای قطع و وصل کامل استفاده می شود.با ربع دور گردش باز یا بسته می شود.در صورت باز بودن شیر، مواد در خط مستقیم بدون برخورد با مانع در مجرایی به اندازه لوله ای متصل به آن حرکت می کند. این نوع شیرها روان و نذم بوده و با گشتاور کم کار می کنند که این خود در مواقعی که از دور کنترل می شوند امتیاز این نوع شیرها محسوب می شوند و در دجه های مختلف حرارت و با فشارهای مختلف کار می کنند. انواع این شیرها عبارتند از:

1- گلوله ای شناور

2- گلوله ای سوار شده روی محور گردنده

که مورد اخیر تا 600 درجه سانتیگراد نیز کار می کند.در زیر تصاویری از این نوع شیر ها را می بینیم:

شیر یکطرفه:

از این نوع شیرها برای جلوگیری از بازگشت موادی که به مقصد فرستاده می شوند استفاده می گردد. طرز کار این نوع شیرها بدین صورت است که شار دریچه شیر را بلند می کند و باعث عبور سیال می شود و تا زمانی که فشار زیر دریچه بیشتر از شار روی آن باشد شیر باز می ماند و عبور مایع یا گاز ادامه می یابد. اگر به هر علتی  فشار زیر دریچه کمتر از فشار روی آن شود، وزن خود دریچه و موادی که قصد بازگشتن دارند باعث بسته شدن شیر شده و از بازگشت مواد جلوگیری می کند. اشکال مختلف این شیر در زیر نشان داده شده است:

شیر پروانه ای:

یکی از ساده ترین شیرهایی که کاربرد صنعتی آن در واحدهای نفت وپتروشیمی متداول است، شیر صنعتی پروانه ای است. ساختمان این نوع شیرها از یک بدنه معمولی و یک صفحه مدور که تقریبا در وسط قرار دارد تشکیل شده است. این صفحه حول میله ای در حدود 90 درجه می چرخد و بوسیله اهرمی به قسمت حرکت دهنده شیر وصل می باشد.محرک ممکن است دستی یا بوسیله فشار هوا و یا برق باشد.کاربرد این نوع شیرها در واحدهایی که فشار آنها در حین کار کم باشد بسیار متداول است.ویژگی خاص این نوع شیرها به حداکثر رساندن سرعت حرکت سیال در حداقل زمان و حرکت شیر می باشد، خصوصا در مورد کنترل فشار سیالات در مخازن یا برج های تحت فشار و در انتقال حجم زیاد سیال مورد استفاده قرار می گیرند. در زیر شکلهای مربوط به این نوع شیر ها را مشاهده می کنیم:

دلایل شهرت این نوع شیرها :

1- آسانی کاربرد

2- نداشتن قطعات لغزنده و کشویی

3- کاهش افت فشار

4- قابلیت کنترل

5- ارزانی و سبک بون

6- عدم ترکیب جنس تشکیل دهنده شیر با مواد عبوری

شیرهای موتوری:  

این نوع شیرها اصولا بسیار بزرگ هستند و به همین دلیل برای باز و بسته کردن آنها از نیروی برق استفاده می شود، این نوع شیرها بیشتر از خانواده شیرهای پروانه ای هستند.در مواقعی که باز و بسته کردن این نوع شیرها با کمک نیروی انسانی امکان پذیر نباشد از نیروی الکترو موتور و یا هوای فشرده استفاده می شود.

شیرهای اطمینان:

کمپرسورها، دیگهای بخار، توربین ها، ظروف و سایر تاسیسات تحت فشار که محتوی گاز مایع هستند اغلب کارشان طوری است که با فشار بالا رونده ولی تحت کنترل مواجه می باشند. بعضی اوقات ممکن است دستگاه های کنترل کننده دچار مشکل شوند و بدرستی عمل نکنند و باعث بالا رفتن بیش از حد مجاز فشار دستگاه ها می شود، در این حالت برای جلوگیری از بروز هرگونه حادثه از شیرهای ایمنی روی این دسته تجهیزات استفاده می شود که در صورت بالا رفتن فشار بیش از حد مجاز این شیرها بطور خودکار عمل کرده و با باز شده و خارج ساختن مفداری از محتوی دستگاه فشار آن را تا حد مجاز پایین می آورد.انواع این نوع شیرها عبارتند از:

1- قابل نصب بروی منابع و ظروف محتوی گاز

2- قابل نصب بروی منابع و ظروف محتوی مایع

3- قابل نصب بروی منابع و ظروف محتوی گاز و مایع

در زیر تصاویری از این نوع شیر به نمایش درآمده است:

شیرهای خودکار:

این نوع شیرها  در انواع مختلفی ساخته شده اند ولی در حالت کلی از سه بخش ساقه شیر، توپی و نشیمنگاه تشکیل شده اند.اصولا شیرهای کنترل خودکار در یک مدار بسته سیستم کنترل در واحدهای صنعتی به عنوان آخرین عضو سیستم کنترل نصب می شوند. تصویری از شیر خودکار را در در زیر مشاهده می کنیم:

بطور کلی شیرهای خودکار را می توان به صورت زیر دسته بندی نمود:

1) شیرهای بادی:

در قسمت بالای خود شامل دیفراگمی قابل ارتجاع و فنری که ممکن است در بالا یا پایین قرار گیرد. فشردگی فنر که فشار کار شیر را تعیین می کند بوسیله پیچی که در قسمت بالای فنر قرار دارد تنظیم می شود.

2) شیرهای الکتریکی:

این نوع شیرها نیز به نوبه خود به دو بخش تقسیم می شوند:

1- شیرهای سلنویید: که در شکل زیر نمایی از آنها مشاهده می شود در مواردی که به قدرتهای کم نیاز باشد استفاده   می شوند.

2- شیرهای موتوری: از این نوع شیرها در قدرتهای زیاد برای کنترل دبی زیاد گاز یا مایع استفاده می شوند. حرکت دادن ساقه شیر بوسیله یک موتور که به ساقه شیر متصل است امکانپذیر می شود که نمونه ای از آن را می بینیم:

در حالت کلی تعداد زیادی از شیرهای خودکار برحسب مورد استفاده ساخته شده اند که در زیر نمونه هایی از آنها را می بینیم:

شیرهای مخصوص آتش نشانی:

از این نوع شیرها به منظور مبارزه با آتش استفاده می شود و پرکاربردترین آنها شیر آتش نشانی زمانی است که به سه دسته کلی تقسیم بندی می شوند:

1-Srew down Hydrant

در پیاده روها و خیابانها نصب می شود که قسمت خروجی به لوله آتش نشانی وصل می شود.

2- Sluice Valve Type

قسمت ورودی آن به منبع اصلی و قسمت خروجی آن به لوله لاستیکی آتش نشانی اتصال میابد.

3- Pillar Hydrant

شیر زمینی که توسط یک میله ثابت یا لوله ایستاده به لوله آتش نشانی وصل می شود.

شیرهای باز و بسته شونده از راه دور:

از این نوع شیرها در موقعی که حداقل افت فشار مورد نیاز باشد مورد استفاده قرار می گیرند، همچنین هنگامی که جریان سیال به عنوان قدرت واسطه روی شیر عمل نمی کند مورد استفاده قرار می گیرد و چون پیستون اصلی بصورت دقیق کنترل شده و طرح بدنه بصورت 45 درجه طراحی شده افت فشار فوق العاده کم است.این شیرها بصورت خودکار از راه دور بوسیله نیروی برق و حالت هیدرولیکی کار می کنند و پس از قطع انرژی برق بصورت طبیعی نیز باز و بسته می گردند.

---

[1] Manual Valves

[2] Control Valves

[3] Solenoid Valves

[4] Needle Valves

[5] Plug Or Cock Valves

[6] Globe Valves

[7] Gate Valves

[8] Diaphragm Valves

[9] Non Return or Check Valves

[10] Butterfly Valves

[11] Safety Valves

[12] Control Valves

[13]  Electric Motor Operated Valves

[14] Solenoid Valves

[15] Floating Ball

[16] Trunnion Mounted Ball

[17] Safety Valve

[18] Relief Valve

[19] Safety & Relief Valve

[20] Ground Hydrant

پمپ چیست

پمپ چیست؟

انواع پمپها عبارتند از :

1ـ  پمپ های دینامیکی - ۲    پمپ های جابجایی

می توان پمپ هارابراساس نحوه عملکردشان به گونه ای دیگر نیز دسته بندی کرد:

1ـ پمپ های سانتریفوژ(جریان شعاعی)    

2ـ پمپ های محوری         

3 ـ پمپ های نیمه سانتریفوژ(یا باجریان مختلط)

مهمترین ترکیبات عمومی مواد ساختمانی پمپها عبارتند از:
مواد: پمپهای سانتریفیوژ که معمولا به بازار عرضه می شوند دارای ترکیبات برنزی، تمام برنزی ،یا دارای ترکیب آهنی می باشند. در ساختار نیمه برنزی ،پروانه خلاف شافت (اگر بکار برده شده باشد ) و رینگهای سایشی برنزی خواهد بود و محفظه از چدن است. این مواد ساختمانی برای قسمتهای از پمپ می باشد که در تماس با پمپاژ شده می باشد.
 

محفظه آببندی (stuffing box) : آن قسمت از پمپ است که شفت گردننده وارد محفظه پمپ می شود. برای جلوگیری از نشت اب از محفظه، یک آب بند مکانیکی یا نوار آببندی بکار می رود.پمپها با اب بندی مکانیکی((mechanical seal بطور موفقیت آمیز در موارد گوناگون بکار برده می شوند.آب بندهای داخلی درون محفظه آببندی عمل میکند درصورتی که آببندهای خارجی دارای اجزاء دورانی( rotatig element) خودشان در بیرون محفظه آببندی می باشند. بسته به آببندی پمپ و مایعی که پمپاژ می شود محدودیتهای در فشار و دمای مایع وجود دارد. جنس ماده ابندی پس از انکه نوع سیال پمپاژ شونده و دما و فشار ان تعیین شد ، توسط کارخانه سازنده تعیین می شود. پمپها با نوار آب بندی بویژه در جاهایی که مواد سایینده که همراه اب وجود دارد بکار سیستم اسیب نمی رساند بطور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند. مقداری نشت باید وجود داشته باشد تا سطح بین ماده نوار و شفت را روانکاری و سرد کند. بوش شفت و شفت موتور یا پمپ را بویژه با نوار اببندی ، محافظت می کنند.

رینگهای سایشی برای پروانه یا محفظه آب بندی بکار برده می شود ،انها قابل تعویض بوده و از سایش پروانه یا محفظه جلوگیری میکنند.
بلبرینگها غالبا زیاد بکار برده می شوند مگر در پمپهای سیلکولاتر ،که یاتاقانهای موتور و پمپ از نوع بوش می باشد.

رینگ تعادل : در طرف پشت پروانه های بسته تک مکشه می باشد تا بار محوری را کاهش دهد.پروانه های دارای دو ورودی بطور ذاتی از لحاظ محوری بالانس می باشند.
سرعتهای کار نامی موتور ممکن است در محدود 600 تا 3600 دور در دقیقه انتخاب شوند (سازندگان پمپ بایستی سرعت بهینه پمپ را برای هر نیاز پمپاژ بخصوص با در نظر گرفتن راندمان ، قیمت و صدا و نگهداری بدست اورد.)نمونه ای از سطح مقطع یک پمپ سانتریفوژ مجهز توسط انستیتوی هیدرولیک در شکل نشان داده شده است بیشتر قسمتهای که قبلا شرح داده شد در روی شکل مشخص است.

پمپ ها: Pump
به طورکلی پمپ به دستگاهی گفته می شود که انرژی مکانیکی رااز یک منبع خارجی اخذ و به سیالی که ازآن عبورمی نمایدانتقال دهد.درنتیجه انرژی سیال بعدازخروج از ماشین افزایش می یابد.پمپ ها رابرمبنای نحوه انتقال انرژی به سیال به دودسته تقسیم بندی می کنند:
1ـ پمپ های دینامیکی:که انتقال انرژی ازآنها به سیال به طوردائمی است.
2ـ پمپ های جابجایی:که انتقال انرژی ازآنها به سیال به صورت متناوب یا پریودیک است.
می توان پمپ هارابراساس نحوة عملکردشان به گونه ای دیگرنیز دسته بندی کرد:
1ـ پمپ های سانتریفوژ(جریان شعاعی)2ـ پمپ های محوری3ـ پمپ های نیمه سانتریفوژ(یا باجریان مختلط)
1ـ پمپ سانتریفوژ(شعاعی):عملکرداین پمپ به این صورت است که درآن سیال موازی محور واردچرخ پمپ شده وعمود برآن ازچرخ خارج می گردد.این پمپ ها معمولاً برای ایجادفشارهای بالا دردبی های کم به کارمی روند.بنابراین اغلب پمپ های سانتریفوژ توانایی خوبی درایجادفشارهای بالادارند.پمپ های سانتریفوژ شایع ترین نمونه ازپمپ هاهستند.
2ـ پمپ های محوری:سیال موازی محور وارد پمپ می گردد و به طور موازی نسبت به محور ازچرخ خارج می گردد.این پمپ ها برای ایجادفشارها و دبی های متوسط به کار می روند.
3ـ پمپ های نیمه سانتریفوژ(مختلط): سیال موازی محور وارد چرخ پمپ می گردد و به طورمایل نسبت به محورازچرخ خارج می گردد.این پمپ ها برای ایجادفشارها و دبی های متوسط به کارمی روند.این پمپ هانسبت به پمپ های سانتریفوژتوانایی بیشتری دراستفاده وبه کارگیری دبی های یالا رادارند.
مبانی وکاربردپمپهای گریز از مرکزcentrifugal pump اصول کار کلیه این پمپ هابراساس استفاده ازنیروی "گریزاز مرکز" پایه گذاری شده است. هرحجمی که دریک مسیردایره ای یامنحنی الشکل حرکت کند ، تحت تاثیرنیروی گریزازمرکز واقع می شود.جهت نیروی مذکور طوری است که همواره تمایل داردکه جسم را ازمحوریامرکز دوران دورسازد.

.

◄ قسمت های اساسی یک پمپ گریزازمرکز عبارتنداز:
1. الکترومتور: که شامل قسمت الکتریکی پمپ است.
2. کوپل یا هم محور سازی :که متصل کننده الکترومتر به شافت (محور )پمپ است.
3. هوس برینگ: که محل قرار گیری برینگها می باشد
4. مکانیکال سیل: که محل آب بندی پمپ و جدا کننده سیال پمپاژ شده و قسمت مکانیکی پمپ می باشد
5. پره های پمپ :که با توجه به نوع کاربرد دارای انواع مختلفی می باشد.

◄  مکانیکال سیل:
مکانیکال سیل یا محفظه آب بند قسمتی است که در حد فاصل بین برینگها و پروانه پمپ قرار گرفته است و از مهمترین قسمتهای پمپ می باشد چرا که وظیفه آن جلوگیری از ورود سیال به درون برینگهاو بر روی شفت می باشد. مکانیکال سیل بوسیله منبع سیلیپات روغن خنک کاری می شود (منبع سیلیپات برای خنک کاری است که روغن آن دارای ویسکوزیته بالایی است و گاهی نیز از خود سیال برای خنک کاری مکانیکال سیل استفاده می شود برای برینگها نیز از یک گیج روغن برای خنک کاری استفاده می شود که دارای ویسکوزیته کمتری است.