ساخت مجموعه کامل پمپ سه اسکروی عمودی سوخت مایع توربین V94.2

بخش اول

کلمات کلیدی:

۱- پمپ اسکرو ۲- منحنی مولد اسکرو ۳- شافت اسکروی هرزگرد ۴- بالانس بوش ۵- Rotor Milling 6- استافینگ باکس

چکیده :

موضوع مقاله حاضر تدوین دانش فنی و ساخت پمپ اسکروی عمودی سه¬تایی سوخت مایع توربین گازی V94.2 است. فرآیند ساخت پوسته اصلی پمپ اسکروی سه تایی به دلیل طول زیاد آن با مشکلاتی ازقبیل : همراستایی هر سه مجرای طویل، دقت ابعادی بسیار بالا در سرتاسر مجراها و نیز صافی سطح مواجه بود. چالش عمده دیگر در مسیر تولید پوسته اصلی پمپ، روش اعمال پوشش بود که براساس محاسبات صورت گرفته انجام شد. ساخت مجموعه سه¬تایی شافتهای اسکرو مستلزم بهره مندی از معادلات دقیق ریاضی مربوط به منحنی مولد سطوح اسکروهاست. به علاوه تولید اسکروها منوط به دستیابی به روش و نیز تجهیزات ویژه ماشینکاری و سنگزنی سطوح است. میزان دقت ابعادی و نیز صافی سطوح اسکروها را با توجه به کلرنس (فاصله هوایی) میان اسکروها و پوسته پمپ که درحدود سه صدم میلیمتر (۳۰ میکرون) است، می توان دریافت. رعایت محل استقرار دقیق قطعات آب بند که در ارتباط همزمان با پوسته ثابت و شافت متحرک هستند، مستلزم دانستن موقعیت دقیق مقاطع مختلف قطعات جانبی پوسته ازجمله استافینگ باکس است. کوچکترین خطا در این بخش به عدم مونتاژ پمپ یا عدم فشارسازی آن منجر می شود. شرکت ارشیا ضمن تولید شافتهای اسکرو توسط ماشین مخصوص پنج محوره ثبت اختراع شده خود، موفق به ابداع شیوه منحصربه فردی جهت تولید پوسته اصلی گردید. درنهایت پس از تولید قطعات مختلف پمپ، دو دستگاه پمپ کامل مونتاژ شد. تست کارگاهی پمپها توسط الکتروموتورهای ۱۵ و ۷۵ کیلووات با دور ۱۵۰۰ و ۳۰۰۰ انجام شد. در مردادماه سال ۱۳۹۷ نیز یکدستگاه پمپ بر روی توربین گازی V94.2 مونتاژ و راه اندازی شد که به مدت ۳۰ دقیقه در محدوده فشار بحرانی ۷۲-۶۴ بار، عملکرد بدون نقصی ازخود نشان داد.

۱. مقدمه

پمپ سوخت مایع توربین ¬گازی V94.2 از خانواده پمپهای جابجایی مثبت و از انواع پمپهای اسکرو است. پمپ مزبور دارای یک عدد شافت اسکروی محرک و دو عدد شافت اسکروی هرزگرد بوده و به صورت عمودی¬کار می¬کند. تامین فشار و دبی بالا در شرایط ثبات عملکردی، استهلاک پایین قطعات، تعداد کم قطعات دوار و یاتاقان بندی حداقلی، از مزیتهای عمده این نوع پمپ است. سرعت دوران بالای پمپ، حساسیت آن را بسیار بالا برده است. ساخت این نوع پمپ از طرفی مستلزم دستیابی به دانش فنی و محاسبات مربوط به معادلات ریاضی منحنی مولد اسکروهاست و از طرف دیگر دانش فنی تولید پوسته بلند با صافی سطح بسیار بالا و دقت ابعادی درحد صدم میلیمتر را می طلبد. فاصله بسیارکم ( کمتر از ۳ صدم میلیمتر ) میان اسکروها از یک طرف و میان اسکروها و پوسته پمپ از طرف دیگر، چالش دیگری در مسیر ساخت مجموعه ¬کامل پمپ است. به طور خلاصه رعایت همراستایی مجاری در پوسته و اسکروها، صافی سطح بسیار بالا در اسکروها و سطح داخلی پوسته و نیز تولید منحنی دقیق مولد اسکروها حائز اهمیت فراوانی است. در ادامه، نگاهی گذرا به اجزاء و قطعات پمپ خواهیم افکند.

۲. تولید شافتهای اسکرو

شرکتهای چند ملیتی و پیشرو از روشی موسوم به Rotor Milling بهره می گیرند. در این روش ابتدا منحنی مولد مارپیچ به کمک روابط ریاضی و هندسی محاسبه می¬شود. سپس منحنی معکوس به دست می¬آید و به کمک آن مبادرت به ساخت ابزاری می شود که قادر به تولید منحنی مولد اسکروها باشد.

تصویر ۱ – ماشین تولید اسکرو ROTOR MILLING

تولید ابزارهای سازنده (که اغلب از جنس CBN است) نیازمند بهره¬گیری از فناوریهای پیشرفته و رعایت دقتهای ابعادی بسیار بالایی است. در عمل امکان دستیابی به این شرایط در داخل کشور وجود ندارد. شرکت ارشیا به منظور غلبه بر این محدودیتها، اقدام به ثبت اختراع روش و ماشین مخصوص ۵ محوره¬ای نمود که با هزینه کمتری قادر به تولید منحنی مولد انواع اسکروهاست.

تصویر ۲ – فرآیند اسکروزنی با ماشین ۵ محوره ثبت اختراع شده

در مرحله اول لازم بود منحنی مولد اسکروها تعیین شود. دراین مرحله به جای بهره¬گیری از روشهای مرسوم (از قبیل ابرنقاط و دوربینهای دیجیتایزر)، معادلات ریاضی و هندسی مولد اسکروها به دست آمد. در مرحله دوم و با دراختیار داشتن منحنی مولد اسکروها، معادلات مربوط به ابعاد و موقعیت استقرار ابزارهای خاص ماشینکاری به دست آمد. نتیجه محاسبات و معادلات ریاضی این دو مرحله در قالب نرم افزاری تدوین گردید. در مرحله چهارم ابزارهای لازم جهت مراحل مختلف ماشینکاری، ساخته شد و در مرحله پنجم فرآیند تولید اسکروها انجام شد.

تصویر ۳ – سنگزنی اسکروهای تولید شده توسط ماشین ۵ محوره

حساسیت و دقت انجام ماشینکاری و به ویژه سنگزنی اسکروها زمانی بهتر درک می¬شودکه بدانیم فاصله میان اسکروها با یکدیگر و نیز با پوسته پمپ، کمتر از ۳ صدم میلیمتر (۳۰ میکرون) است. لذا صرفنظر از میزان صافی سطح، حداکثر خطای تولید شافتهای اسکرو و منحنی¬های مولد آنها نمی تواند از یکصدم میلیمتر بیشتر باشد. درغیر این صورت عملکرد پمپ به شدت افت خواهدکرد.

تصویر ۴ – اسکروهای تولید شده توسط ماشین ۵ محوره