استفاده از استنلس استیل در موتور توربوفن

مقدمه

"توربوفن" یا "فن جت" نوعی موتور جت تنفسی با بدنه ساخته شده از جنس ورق استیل 321 است که به طور گسترده در پیشرانه هواپیما استفاده می شود. کلمه "توربوفن" ترکیبی از "توربین" و "فن" است که واژه توربو به موتور توربین گازی اشاره دارد که انرژی مکانیکی را از احتراق به دست می آورد و فن نیز متشکل از یک مجرا است که با استفاده از انرژی مکانیکی هوا را به عقب می راند. بنابراین، در حالی که تمام هوای وارد شده توسط یک توربوجت از داخل محفظه احتراق و توربین های ساخته شده از ورق استیل مات عبور می کند، در یک توربوفن مقداری از آن هوا این اجزا را دور می زند. بنابراین، هزینه ساخت تربوفن و ترمو جت به قیمت ورق استیل 321 مورد استفاده بستگی دارد و عملاً یک توربوفن را می‌توان به عنوان یک توربوجت در نظر گرفت که برای به حرکت درآوردن یک فن از انرژی مکانیکی توربین استفاده می کند. البته شایان ذکر است در هردو نوع موتور رانش نقش بسزایی دارد.

نسبت بای پس

 در طراحی موتور جت توربو فن، نوع مواد نظیر ورق استیل 321 و قیمت ورق استیل 321 خصوصاً از نوع ورق استیل مات که بسیار پر استفاده است، چندان مورد توجه قرار نمی گیرد و تمرکز اساسی طراحان بر روی محاسبه راندمان عملکردی موتور می باشد. بر همین اساس معیارهای مختلف سنجش راندمان را تعریف و مورد توجه قرار داده اند. یکی از تعاریف اصلی در این خصوص "نسبت بای پس" می باشد که به صورت نسبت جریان جرمی هوای عبوری از هسته موتور به جریان جرمی هوای عبوری از هسته تعریف می گردد.
موتور از طریق ترکیبی از این دو بخش که با هم کار می کنند نیروی رانش را تولید می نمایند. موتورهایی که از رانش جت بیشتری نسبت به رانش فن استفاده می کنند، به عنوان توربوفن های بای پس پایین شناخته شده و برعکس، آنهایی که نیروی رانش فن بیشتری نسبت به رانش جت دارند به عنوان بای پس بالا شناخته می شوند. اکثر موتورهای جت هوانوردی تجاری که امروزه مورد استفاده قرار می گیرند، از نوع بای پس بالا هستند و بیشتر موتورهای جنگنده نظامی مدرن بای پس پایین می باشند. اکثر توربوفن های مدرن دارای یک فن بزرگ تک مرحله ای هستند یا یک فن کوچکتر با چند مرحله دارند.

هدف از طراحی توربوفن ها و نحوه عملکرد آنها:

توربوفن ها برای کاهش ویژگی نامطلوب و ناکارآمد توربوجت ها، برای پروازهای زیر صوت اختراع شدند. برای بالا بردن راندمان یک توربوجت، از روش هایی نظیر افزایش دمای مشعل، افزایش کارایی کارنو و قرار دادن کمپرسورها و نازل های بزرگتر استفاده می گردد. با این حال، در حالی که این امر تا حدودی نیروی رانش را افزایش می دهد، جت اگزوز با سرعت بیشتری از موتور خارج می گردد که در سرعت های پرواز مادون صوت، بیشتر انرژی اضافی را با خود به خارج هدایت کرده و سوخت را هدر می دهد. در عوض، از یک توربوجت برای به حرکت درآوردن یک فن مجرا استفاده می‌شود که هر دوی آن‌ها در رانش نقش دارند. در حالی که تمام هوای وارد شده توسط یک توربوجت از داخل توربین عبور می کند (از طریق محفظه احتراق)، در یک توربوفن مقداری از آن هوا توربین را دور می زند که به عنوان نسبت بای پس شناخته می شود. از آنجایی که توربین باید فن را نیز به حرکت درآورد، ابعاد توربین بزرگتر بوده و افت فشار و دما بیشتر می باشد و بنابراین نازل ها کوچکتر هستند. این بدان معنی است که سرعت اگزوز هسته کاهش می یابد. این فن همچنین دارای سرعت اگزوز کمتری است ولی نیروی رانش بسیار بیشتری را در واحد انرژی می دهد. 

کارآیی توربوفن ها

در انواع هواپیماهای ساخته شده و با توجه به بزرگی و کاربری آنها، اثبات گردیده است  که بهره وری موتورهای ملخی برای سرعتهای پایین، موتورهای توربوجت برای سرعتهای بالا، و موتورهای توربوفن برای سرعتهای میانی بسیار کارآمد هستند. توربوفن ها کارآمدترین موتورها در محدوده سرعت حدود 500 تا 1000 کیلومتر در ساعت (310 تا 620 مایل در ساعت) می باشند که این معادل سرعتی است که اکثر هواپیماهای تجاری با آن کار می کنند. در یک موتور توربوجت (بای پس صفر)، گاز خروجی با دمای بالا و فشار بالا زمانی که از طریق یک نازل پیشران انبساط می‌یابد، شتاب می‌گیرد و تمام نیروی رانش را تولید و کمپرسور نیروی مکانیکی تولید شده توسط توربین را جذب می کند. در طراحی بای پس، توربین های اضافی یک فن مجرا را به حرکت در می آورند که هوا را از جلوی موتور به سمت عقب شتاب می دهد. در طراحی بای پس بالا، فن و نازل مجرا بیشترین نیروی رانش را ایجاد می کنند. توربوفن‌ها در اصل با توربوپراپ‌ها ارتباط نزدیکی دارند، زیرا هر دو مقداری از توان گازی توربین گازی را با استفاده از ماشین‌آلات اضافی به یک جریان بای‌پس منتقل می‌کنند. 
استخراج نیروی شفت و انتقال آن به یک جریان بای پس، تلفات اضافی را ایجاد می کند که بیش از آن با بهبود راندمان پیشرانه جبران می شود. توربوپراپ در بهترین سرعت پرواز خود باعث صرفه جویی قابل توجهی در مصرف سوخت نسبت به یک توربوجت می شود، حتی اگر یک توربین اضافی، یک جعبه دنده و یک پروانه به نازل پیشرانه کم تلفات توربوجت اضافه شده باشد. توربوفن به دلیل تعداد بیشتر مراحل پره های کمپرسور، فن و کانال بای پس تلفات اضافی دارد.

کاربرد ورق استیل در کوره های صنعتی

مقدمه

انواع ورق استنلس استیل با توجه به میزان عناصر تشکیل‌ دهنده و خواصی که دارند، به دسته‌ بندی‌ های مختلفی تقسیم می‌ شوند. یکی از این ورق‌ های فولادی پرکاربرد، ورق استیل نسوز است که مهمترین عامل در افزایش کیفیت و حفظ خواص آن، وجود عناصری همچون نیکل و کروم در ساخت این ورق است. در واقع مقدار عناصر کروم و نیکل در ورق استیل نسوز، درصد بالایی دارد.

ویژگی‌ های ورق استیل نسوز

امروزه در ساخت تجهیزات و دستگاه‌ ها در صنایع مختلف، از مواد اولیه کاربردی و مقاومی همچون ورق‌ های فولادی استفاده می‌ شود. این ورق‌ های فولادی با توجه به خواص و ویژگی‌ هایی که دارند در زمینه‌ های متنوعی مانند لوازم خانگی، تجهیزات صنعتی و... مورد استفاده قرار می‌ گیرند. عنصر اصلی در این متریال که به ورق استنلس استیل شهرت دارد، آهن است. از ترکیب آهن با عناصر دیگر همچون کربن، نیکل و کروم، میزان استقامت و مقاومت آن در برابر عوامل خارجی مانند خوردگی، حرارت، اکسیداسیون و... افزایش پیدا کرده و ماهیت ورق استنلس استیل را شکل می‌ دهد.
مهمترین ویژگی ورق نسوز، مقاومت قابل توجه آن در برابر دمای بالا و حرارت شدید است. این ورق‌ ها قابلیت تحمل حرارتی بیش از 600 درجه سانتی‌ گراد را دارند. به همین جهت به این متریال، ورق استیل نسوز گفته می‌ شود. همچنین باید به استقامت این نوع ورق در برابر خوردگی نیز اشاره کنیم. با توجه به مقاومت مطلوب ورق نسوز در برابر حرارت، از این متریال در ساخت اجزای تشکیل‌ دهنده کوره‌ های صنعتی استفاده می‌ شود.
از دیگر ویژگی‌ های این محصول، باید به مواردی همچون مقاومت آن در برابر اکسید شدن، مقاومت در برابر رطوبت، تغییر نکردن خواص مکانیکی در دمای بسیار بالا و... اشاره داشته باشیم.

موارد مصرف ورق استیل نسوز

همان‌ طور که اشاره کردیم، یکی از مهمترین کاربردهای انواع ورق استیل نسوز، در ساخت کوره‌ ها و مخازن صنعتی است. همچنین از این محصول در صنایع مختلفی مانند ساخت سرامیک، لوازم خانگی، ساخت قطعات هواپیما و موشک، کشتی‌ سازی، ساخت بویلر و دیگ بخار، ظروف چینی و... استفاده می‌ شود.

ورق استیل 4841

ورق نسوز بر اساس میزان مقاومت در برابر حرارت و ویژگی‌ هایی که دارد، به گریدهای مختلفی تقسیم‌ بندی می‌ شود. در این خصوص می‌ توانیم به ورق استیل نسوز با گرید 309، 310، 321 و... اشاره کنیم. یکی از این ورق‌ های فولادی، گرید 310 است که به صورت تخصصی با نام ورق استیل 4841 شناخته می‌ شود. در ادامه به ویژگی‌ های این محصول اشاره خواهیم داشت.

مشخصات ورق استنلس استیل 310 (4841)

ورق استیل 4841 که بسیاری از ما با عنوان ورق استیل 310 با آن بیشتر آشنا هستیم، در گروه ورق‌ های استنلس استیل نگیر قرار داشته و به همین جهت خاصیت مغناطیسی ندارد. در ورق استنلس با گرید 4841 درصد زیادی از عناصر نیکل و کروم وجود داشته و باعث شده تا مقاومت ورق در برابر حرارت و خوردگی، افزایش پیدا کند.
انواع ورق نسوز از مقاومت مطلوبی در برابر دمای بالا برخوردار هستند. تنها وجه تمایز ورق استیل 4841 نسبت به گریدهای دیگر، استقامت بیشتر آن در دمای بسیار زیاد است. از دیگر ویژگی‌ های این محصول باید به قابلیت جوشکاری، مقاومت در برابر اکسید شدن، قابلیت انعطاف‌ پذیری و... اشاره کرد.

چرا از ورق استیل 4841 در ساخت کوره صنعتی استفاده می‌ شود؟

مهمترین و اصلی‌ ترین دلیل برای پاسخ به این سؤال، وجود درصد قابل توجهی از عناصر نیکل و کروم در این ورق استیل نسوز است. هر کدام از این ورق‌ ها از 24 تا 26 درصد کروم و همچنین 19 تا 22 درصد نیکل تشکیل شده است؛ به همین جهت می‌ توانیم به مقاومت بسیار بالای ورق نسوز با گرید 4841 در ساخت کوره‌ های صنعتی اشاره کنیم.
همچنین وجود این عناصر باعث شده تا این نوع ورق از استقامت بالایی در برابر خوردگی نیز برخوردار باشد. همان‌ طور که اشاره کردیم ورق نسوز قابلیت انعطاف‌ پذیری مطلوبی داشته و به همین جهت هر گونه تغییر ناشی از حرارت یا رطوبت، در فرم و ساختار اصلی ورق تغییری ایجاد نمی‌ کند. با توجه به تمام خواص و ویژگی‌ های ذکر شده، ورق استیل 4841 بهترین گزینه در ساخت کوره‌ های صنعتی، حرارتی و... محسوب می‌ شود.

قیمت ورق استیل نسوز

عوامل مختلفی بر روی تعیین قیمت ورق استیل نسوز نقش دارند. در ادامه به مهمترین موارد به منظور محاسبه قیمت ورق استیل نسوز، اشاره کوتاهی خواهیم داشت. نوع ورق، یکی از این عوامل تأثیرگذار بر روی قیمت نهایی است که به ضخامت و ابعاد ورق نیز بستگی دارد. میزان مقاومت در ورق با گریدهای مختلف، متفاوت بوده و هر چه این فاکتور کیفیت و عدد قابل‌ توجه‌ تری داشته باشد، به همان نسبت نیز قیمت ورق متغیر خواهد بود. از دیگر عواملی که بر روی قیمت نهایی ورق نسوز تأثیر می‌ گذارد، نرخ روزانه ارز است که همراه با نوسان نرخ ارز، قیمت مواد اولیه نیز تغییر می‌ کند.

خرید ورق استیل نسوز

بسیاری از مواد اولیه در صنایع مختلف مانند ورق استنلس استیل در داخل کشور به مرحله تولید نمی‌ رسند. معمولا این ورق‌ های فولادی از کشورهایی همچون تایوان، چین، کره جنوبی، ایتالیا و... وارد شده و به همین جهت نوسان نرخ ارز بر روی واردات و قیمت معامله تأثیر مستقیم دارد. خرید انواع ورق استنلس باید با آگاهی و اعتماد به واردکنندگان و شرکت‌ هایی معتبر انجام شود تا در نهایت اطمینان از کیفیت متریال در ساخت دستگاه‌ ها و تجهیزات مختلف، حاصل گردد.
ورق استنلس استیل با گرید 4841 یکی از بهترین محصولات در گروه ورق‌ های نسوز است که قرار گرفتن در حرارت‌ های بالا، هیچ اختلالی در ساختار و کیفیت عملکرد آن ایجاد نمی‌ کند. عدم نیاز به مرحله پیش‌ گرمایشی به منظور جوشکاری، یکی دیگر از فاکتورهای مهمی است که خواص متفاوت و کاربردی این ورق را مشخص می‌ کند. در حال حاضر واردات انواع ورق استیل نسوز، نقشی اساسی در صنایع مهمی همچون سیمان، نفت، گاز، پتروشیمی، برق، مکانیک و... ایفا می‌ کند.