ربات مولکولی با قابلیت برنامه ریزی جهت انجام فرامین

 

دانشمندان به تازگی یک روبات مولکولی جدید با قابلیت برنامه ریزی شدن را ارائه دادند. این ماشین مولکولی از DNA ترکیبی و مصنوعی ساخته شده است که می تواند مابین شیارها و فواصل مجزا به فاصله 6 نانومتر حرکت کرده مسیر خود را شناسایی کند.

 این روبات که در واقع یک رشته کوتاه DNA می باشد، از دستورالعملها و فرامینی که برایش تعیین شده و بر روی آن برنامه ریزی شده، پیروی کند و در میان مجموعه ای از مولکول ها، مسیر و مقصد خود را پیدا کند. این ابتکار گامی به سوی آینده نانوماشین ها و نانو کارخانه ها می باشد.
محققان این پروژه اندرو توربرفیلد و همکارانش به این موضوع اشاره کرده اند که سایر دانشمندان هم روبات هایی بر پایه DNA ارائه داده اند که به طور خودمختار حرکت می کند و برخی هم از طراحی 2 پا در این روبات ها استفاده کرده اند که حرکت آنها بوسیله اتصال متناوب و جدا کردن خود از نقاط لنگرگاه و اتصالات در طول مسیر و میان فواصل DNA، قدم به قدم با اضافه شدن سوخت(نیروی تقویت کننده حرکت روبات) انجام می پذیرد. اما دانشمندان در این پروژه جدید می خواهند روبات های DNA را برای حرکت خودمختار در جهات مختلف بر طبق یک الگو و نقشه تعیین شده، برنامه ریزی کنند که روبات با برنامه خود بتواند مسیرش را در جهات مختلف تعیین کند. این پروژه کلیدی برای استفاده از توان پتانسیلی روبات ها به عنوان ماشین های مولکولی باربر جهت حمل دارو و سایر محموله و بارهای مورد نظر می باشد.
دانشمندان از اینکه روبات بتواند برای انتخاب مسیر در میان شاخه ها و موانع مختلف مابین فواصل مولکولی، با برنامه ریزی صورت گرفته بر روی آن، به جای حرکت بر روی یک مسیر مستقیم و صاف، یک مسیر مولکولی را انتخاب کند، به عنوان یک پیشرفت و هدف اصلی این پروژه یاد کردند. کلید و رمز موفقیت این حرکت تخصصی یک به اصطلاح "fuel harpin" می باشد، مولکولی که به عنوان هر 2 عمل زیر به کار گرفته می شود، یکی به عنوان منبع انرژی شیمیایی برای پیش بردن و به جلو راندن روبات در میان فواصل و دیگری به عنوان یک دستورالعمل و فرمان مسیریابی.
دستورالعمل و فرامین به روبات می گوید که در کدام نقطه باید حرکت کند و به به کجا برود، هم چنین مسیر و راه روبات را با دستور گردش به چپ و راست در هنگام رسیدن به موانع و اتصالات در تقاطع و میان فواصل، دقیقأ کنترل می کند و این به طور بالقوه، جابه جایی دارو و یا مواد دیگر توسط روبات را ممکن می سازد.
این پروژه توسط شورای پژوهشی علوم فیزیک و مهندسی (EPSRC) سرمایه گزاری شده است. 

ابداع موتورهای چرخشی کوچک بر اساس موج شوک

 

نوربرت مولر از دانشگاه ایالتی میشیگان می‌گوید موتورهایی که با استفاده از امواج شوک  هوا و سوخت را فشرده می‌کنند؛ بازدهی خودروهای هیبریدی را افزایش می‌دهند. وی نسخه‌ی اولیه‌ی چنین موتوری را تولید کرده است و در جلسه‌ای که آژانس پروژه‌های تحقیقاتی پیشرفته‌ی وزارت انرژی آمریکا برگزار کرده بود آن را معرفی نمود. 

در مرکز این موتور یک روتور وجود دارد که تعدادی کانال بر روی آن تعبیه شده است. با چرخش روتور، کانالها امکان ورود مخلوط سوخت و هوا را از طریق ورودی مرکزی فراهم می‌سازند. مخلوط هوا و سوخت از خروجی‌های که در قسمت بیرونی موتور است خارج می‌شوند اما پس از ورود کانالها به سمت خروجی نیستند.
افزایش فشار ناگهانی موجب ایجاد شوکی می‌شود که مخلوط سوخت-هوا را فشرده می‌کند و پیش از اینکه موج به ورودیهای مرکزی برسد با چرخش روتور این ورودیها بسته می‌شوند.
در این زمان مخلوط سوخت-هوا محترق می‌شود و روتور نیز روبه روی خروجی قرار می‌گیرد و گاز داغ خارج می‌شود.  گاز داغ خروجی پره‌هایی را به حرکت در می‌آورد که موجب ادامه‌ی حرکت روتور و تولید الکتریسیته می‌شود.
این طراحی بسیاری از اجزای موتورهای رایج نظیر پیستون، سوپاپها و بادامکها را ندارد که این مساله موجب سبکتر و کوچکتر شدن این موتورها نسبت به موتورهای رایج می‌شود به طوری که خودرویی با این موتور 2220 درصد سبکتر خواهد بود. همچنین با حذف اتلافهای ناشی از اجزای مکانیکی در نهایت خودرویی با مصرف سوخت بهینه خواهیم داشت.
مولر می‌گوید این موتور می‌تواند برای کار با انواع مختلف سوخت نظیر هیدروژن تغییر یابد. وی با ساخت یک نمونه‌ی اولیه امدوار است تا پایان امسال یک نسخه‌ی 25 کیلو واتی را آماده سازد.
روئی چن که در دانشگاه لاخ‌برو در انگلستان در زمینه سیستم‌های احتراقی فعالیت می‌کند می‌گوید: "این طراحی می‌تواند به طور واضحی وزن سیستم توان خودرو را کاهش دهد و از دید سوخت، این طراحی بسیار انعطاف‌پذیرتر از موتورهای پیستونی رایج است"

سایتهای مهندسی مکانیک (2)

اینم یک فایل PDF که اطلاعات کامل از سایتهای مهندسی داره . 

دانلود

دانلود کتاب های ارتعاشات

عنوان کتاب: Engineering Vibration Analysis with Application to Control Systems
نویسنده: by Beards, C.F. © 1995; Edward Arnold



لینک دانلود:

Engineering Vibration Analysis with Application to Control Systems

ویرایش نهم کتاب کنترل اتوماتیک Kuo-Golnaraghi

این بار ویرایش نهم کتاب کنترل اتوماتیک Kuo-Golnaraghi را به همراه حل المسایل آن برایتان آپلود کردم.امیدوارم برایتان مفید باشد.


Automatic Control Systems_Benjamin C.Kuo & Farid Golnaraghi_9th Edition





Download Ebook


Download solution manual




پسورد فایل ها mech-tech.blogsky.com میباشد.

Modal Analysis

Title: Modal AnalysisBy: Jimin He and Zhi-Fang Fu

Butterworth-Heinemann
Linacre House, Jordan Hill, Oxford OX2 8DP
225 Wildwood Avenue, Woburn, MA 01801-2041
A division of Reed Educational and Professional Publishing Ltd
First published 2001

Price: 124$
دانلود با حجم 2.8 مگابایت
فرمت: PDF 

دانلود

assword: iacbook.com

جزوه ارتعاشات-پارسه

جزوه ای ارزشمند و کمیاب از موسسه پارسه
جزوه ارتعاشات

تعداد صفحات:۹۶صفحه

حجم دانلود:۳۲۰۰کیلو بایت
پسورد:
www.forati.blogfa.com
لینک دانلود:http://hotfile.com/dl/108621056/c821...ashat.rar.html

سیستم های جدید ذخیره سازی انرژی در چرخ طیار

در دهه اخیر، تکنولوژی های جدیدی در زمینه ی ذخیره سازی انرژی به بازار آمده اند .این تکنولوژی ها انتقال سریع انرژی را فراهم می نمایند. این پیشرفت نسبت به باطری های الکتروشیمیایی قدیمی به قدری عجیب و جالب توجه بود که می توان آن را با پیدایش الکترومغناطیس های فوق سرد و یا موتورهای استارت سریع (که با کمک انرژی پنوماتیک یا هیدرولیک ساخته شدند) مقایسه کرد .
اخیرا صنعت شاهد پیدایش مجدد یکی از قدیمی ترین تکنولوژی های ذخیره سازی انرژی یعنی فلایویل بوده است . چرخ طیار های جدید دارای اشکال متنوعی هستند. از چرخ طیار های کامپوزیتی که برای سرعت های دورانی بسیار بالا مناسب هستند گرفته تا چرخ های فولادی قدیمی که به موتور های دورانی کوپل می گردند .
در این مقاله، ما انواع مختلفی از چرخ طیارها که امروزه مورد استفاده قرار می گیرند را بررسی می کنیم. علاوه بر آن به برسی باطری های فعال مکانیکی نیز می پردازیم. واحدی که یکی از جالب ترین گونه های چرخ طیارهای نوین و قدیمی می باشد. این سیستم در حالیکه فضایی در حدود ۱۱ فوت مربع را اشغال می کند قادر است توانی برابر ۵۰۰ کیلو وات را منتقل نماید.
● معرفی:
چرخ طیارها نسبت به تکنولوژی های قدیمی ذخیره انرژی دارای برتری های خاصی می باشند .یکی از این برتری ها به ساختار ساده ذخیره انرژی در آنها بر می گردد. یعنی ذخیره انرژی به صورت انرژی جنبشی در یک جرم در حال دوران .
سالها از این ایده برای نرم و یکنواخت کردن حرکت موتورها استفاده می شد. در بیست سال اخیر به تدریج یک منبع جدید انرژی در اختیار طراحان و مخترعان قرار گرفت و طراحان از این منبع جدید در وسایل نقلیه الکتریکی و تجهیزات کنترل ماهواره استفاده کردند. این منبع دارای ویژگی های زیر بود:
ایمنی بالا ، حجم کم، سازگاری با محیط زیست ، پایین بودن هزینه تعمیر و نگه داری و داشتن عمر مفید بالا و قابل پیشبینی.
اخیرا برای کنترل و ثابت نگه داشتن سرعت وقتی که منبع اصلی انرژی به طور متناوب قطع و وصل می شود از چرخ طیار استفاده می گردد. .به دلیل نارضایتی مصرف کننده گان از باطری های الکتروشیمیایی و از طرف دیگر به علت پایین بودن هزینه تولید و عمر مفید بالای چرخ طیار اکنون در بسیاری از سیستم ها از این وسیله استفاده می شود .
پس از پیشرفت های پی در پی در زمینه ی الکترونیک قدرت اولین بار از چرخ طیار به عنوان محافظ رادار استفاده شد و امروزه یک ابزار قدرت مند و کم هزینه ،در حجم بالا به بازار تجهیزات انتقال قدرت ارائه می شود.
● چرخ طیار های قدیمی:
پیش از این، تنها کاربرد چرخ طیار ، در مجموعه موتور-ژنراتور بود. که در آن چرخ های فولادی به سیستم کوپل می شدند تا در زمان قطع و وصل شدن متناوب نیرو، دوران پایدارو طولانی تری را فراهم کنند. این امر توسط افزایش اینرسی دورانی و افزایش انرژی جنبشی ذخیره شده انجام می گرفت.
افزایش موثر زمان دوران برای چنین سیستم هایی به ندرت از حد یک ثانیه در بار نامی فراتر می رفت. این مشکل به این علت ایجاد می شد که تنها ۵ درصد انرژی ذخیره شده از چرخ طیار به موتور انتقال می یافت. انتقال بیشتر انرژی موجب کاهش سرعت دورانی و نتیجتا کاهش فرکانس الکتریکی می شد که امری نامطلوب بود.
با وجود اینکه این سیستم ها مانع ضعیف شدن و یا قطع طولانی مدت جریان برق می شدند، ولی تواناییِ تامین برق کافی برای یک فرایندre-closure کامل یا تامین انرژی لازم برای استارت یک ژنراتور را نداشتند.
با اعمال چند تغییر در طرح می توان زمان انتقال قدرت را در سیستم نشان داده شده در شکل یک افزایش داد. تحت تمامی بارها ، کاهش فرکانس و ولتاژ و همچنسن کاهش سرعت دورانی ژنراتور نامطلوب می باشد.
با اضافه کردن یک یکسو کننده بعد از ژنراتور ، سیستم این قابلیت را پیدا می کند تا ۷۵ درصد انرژی چرخ طیار را منتقل کند. پس از آن جریان DC باید فیلتر شده و مجددا به جریان AC با فرکانسی برابر با ۶۰ هرتز تبدیل شود. افزودن یک محرک چند سرعته به سیستم این امکان را به ما میدهد تا بتوانیم از سرعت های دورانی پایین ، اینرسی زیادی را به دست بیاوریم و در نتیجه به موتور کوچک تری برای تامین این منبع انرژی نیاز باشد.
افزایش موثر در مدت زمان حرکت که توسط سیستم بهبود یافته چرخ طیار ایجاد می شود، حفاظت بهتری را نسبت به نوع قدیمی فراهم می آورد. اما این افزایش در مدت زمان حرکت لزوما هزینه بر هم خواهد بود. در ضمن به تجهیزات و فضای بیشتری نیز نیاز دارد.
نمونه های قدیمی چرخ طیار نیز نسبت به تنواع مدرن خود دارای مزایایی می باشند. در این چرخ طیار ها از فولاد استفاده می شد. ماده ای که به سهولت قابل دسترسی است و به راحتی می توان شرایط مکانیکی آن را پیشبینی کرد. فولاد این امکان را برای طراحان فراهم می آورد تا علاوه بر ملاحظات مالی، شرایط ایمنی را نیز به خوبی تحت کنترل داشته باشند.
به دلیل اینکه چرخ طیار های فولادی نسبت به انواع کامپوزیتی دارای وزن بیشتر و همچنین مقاومت بالاتری هستند، باید در سرعت های دورانی نسبتا پایینی کار کنند. این ویژگی باعث می شود که برای چرخ طیار های فولادی بتوان از یاتاقان های مدل قدیمی استفاده کرد.
اما یکی از معایب چرخ طیار های فولادی این است که آنها نسبت به چرخ های کامپوزیتی جدید ، انرژی و قدرت پایین تری دارند. چرخ طیار های قدیمی معمولای در هوا کار می کنند. که این مسئله باعث می شود تا استهلاک بالایی داشته باشند و همچنین هنگام فعالیت صدای بیشتری تولید کنند. علاوه براین ، یک سیستم چرخ طیار خارجی نیاز به چندین مجموعه یاتاقان دارد. که این مسئله خود باعث می شود که قابلیت اعتماد کل مجموعه پایین آمده و هزینه تولید آن بالا برود.
مزایا چرخ طیار های قدیمی:
▪ جنس فولادی- ایمن – قابل پیشبینی
▪ سرعت های دورانی پایین که باعث ساده شدن طراحی می شود.
▪ مواد اولیه ارزان قیمت باعث کاهش هزینه تمام شده می گردد.
● معایب
▪ انرژی و قدرت پایین
▪ نیاز به چندین مجموعه یاتاقان
▪ استهلاک آیرودینامیکی و صدای بیشتر
● چرخ طیار های سرعت بالا:
در راستای تلاش برای رسیدن به انرژی و قدرت بالاتر و بهره گیری از مواد کامپوزیتی جدید و تکنولوژی های الکترونیک قدرت، طراحان موفق به تولید چرخ طیار های فشرده شدند. که دارای قابلیت کار در سرعت های خطی بسیار بالا می باشند. از این چرخ طیار های نوین در وسایل الکتریکی و هیبرید الکتریکی و همچنین در تجهیزات کنترل سرعت ماهواره ها استفاده می شود. مطلبی که در کاربرد های فوق حائز اهمیت است این است که بیشترین مقدار ممکن انرژی ذخیره و منتقل گردد همچنین کمترین وزن و فضای ممکنه اشغال شود.
از آنجا که انرژی ذخیره شده در داخل چرخ طیار با مربع سرعت دورانی آن رابطه مستقیم دارد، برای افزایش انرژی ذخیره شده در چرخ طیار باید سرعت دورانی آن را افزایش داد. البته واضح است که تمامی طرح ها دارای محدودیت هایی در سرعت می باشند. منشاء این مشکل، به وجود آمدن تنش در چرخ بر اثر نیرو ها و اینرسی های دورانی می باشد.
چرخ های کامپوزیتی دارای وزن کمتری می باشند. بنابراین در یک سرعت دورانی خاص تنش های کمتری در آنها ایجاد می شود. علاوه براین مواد کامپوزیتی جدید اغلب مقاوم تر از مواد مهندسی قدیمی می باشند. در مقایسه با چرخ طیار های قدیمی این وزن کمتر و مقاومت بالاتر ِ چرخ طیار های کامپوزیتی، قابلیت دوران در سرعت های بسیار بالا را نیز فراهم میکند.
برای یک هندسه خاص ،چگالی انرژی یک چرخ طیار(انرژی ِ واحد جرم)، با نسبت مقاومت ماده به چگالی وزنی آن رابطه مستقیم دارد . این نسبت مقاومت مخصوص نامیده می شود.
پیشرفت های اخیر در تکنولوژی مواد کامپوزیتی ، باعث دستیابی به موادی با مقاومت مخصوص بسیار بالا شده است . که حتی با بهترین فلزات مهندسی قابل مقایسه نمی باشند. نتیجه تحقیقات مداوم در این زمینه منجر به تولید چرخ طیار هایی با سرعت دورانی بیش از صد هزار دور در دقیقه و سرعت خطی بیش از ۱۰۰۰ متر در ثانیه شد.
پیشرفت های باورنکردنی حاصل شده توسط مواد کامپوزیتی جدید لزوما هزینه بر هم بوده است. برای سرعت های دورانی بسیار بالا که در ذخیره سازی انرژی های جنبشی خاص به کار برده می شوند ، دیگر نمی توان از یاتاقان های مکانیکی سابق استفاده کرد. به جای آن اغلب سیستم های جدید از یاتاقان های مغناطیسی استفاده می کنند.
در این نو آوری جدید برای تعلیق موتور از نیروی مغناطیسی استفاده می شود که مشکل اصطکاک را به طور کامل حل کرده است. اما متاسفانه به دلیل وجود استهلاک بالای آیرودینامیکی در سرعت های فوق ، این چرخ طیار ها باید در خلاء کار کنند. این مسئله مشکل جدیدی را ایجاد می کند . گرمای تولید شده توسط الکترو مغناطیس های موتور و یاتاقان را در خلاء نمی توان به راحتی دفع کرد. علاوه براین ، یاتاقان های مغناطیسی فعال ذاتا ناپایدار می باشند و برای کنترل تعلیق نیاز به کامپیوتر های پیچیده دارند.
ژنراتور این سیستم ها معمولا یک طرح فیلد دورانی می باشد که دارای یک فیلد مغناطیسی نیز می باشد . مغناطیس های دائمی این فیلد مغناطیسی ، بطور نسبی به زمین اتصال داده شده اند ( ارث شده اند).
از آنجاییکه قدرت این مغناطیس ها بسیار کمتر از انواع مربوط به چرخ طیار های کامپوزیتی می باشد آنها باید با سرعت بسیار کمتری بچرخند. به عبارت دیگر آنها باید به توپی چرخ بسیار نزدیک باشند. که این مسئله باعث کم شدن چگالی انرژی ژنراتور می شود. یک گزینه این است که آنها را در شعاع های بیرونی چرخ سوار کنیم. این عوامل نهایتا طراح را وادار به انتخاب یکی از این دو راه حل می کند :
یا سرعت دیگری برای ماشین درنظر بگیرد .یا محدوده طراحی را به مرزهای تنش مجاز نزدیک تر کند که بدین ترتیب از ایمنی سیستم کاسته می شود.
مانند چرخ طیار های قدیمی که به مجموعه موتور – ژنراتور کوپل می شدند، این سیستم ها هم دارای تجهیزات الکترونیکی مثل یکسو کننده ، فیلتر و مبدل می باشند تا بتوانند درصد بالایی از انرژی ذخیره شده را منتقل کنند.
سیستم حاصل یک باطری مکانیکی فشرده و سبک می باشد که به تعمیر و نگه داری کمی نیاز دارد، حساسیت آن به دمای محیط کم است و تخلیه الکتریکی چندگانه خللی در کار آن وارد نمی کند.
برای جلوگیری از صدمات جانبی ناشی از شکست در فلایویل به یک سری محدود کننده و محافظ نیاز داریم. شکست ممکن است بر اثر عوامل مختلفی روی دهد، مانند رشد ترکی که توسط تولید کننده کشف نشده، در داخل قطعه ، ضرابات و نیرو های ناگهانی در محیط عملکردو یا از کار افتادن یاتاقان های مغناطیسی. هزینه ها و پیچیدگی فراهم کردن حفاظ مناسب از قدرت رقابت این تکنولوژی می کاهد.
▪ مزایا:
۱) فشردگی و حجم کم
۲) کارایی بالا
۳) تعمیر و نگه داری کم و ناچیز
۴) عدم وجود صدا و نویز
▪ معایب:
۱) ملاحظات ایمنی
۲) هزینه بالای مواد اولیه
۳) قیمت بالای یاتاقان های مغناطیسی
● یکی از بهترین هاCleanSource
احتیاجات بازار تجهیزات قدرت با بازار وسایل الکتریکی و تجهیزات کنترل ماهواره ها متفاوت است. این مطلب شرکت active power را بر آن داشت که به دنبال طرح هایی باشد که بتواند علاوه بر کیفیت کارکرد بالا قیمت رقابتی نیز داشته باشد.چرخ طیار ها و باطری های مکانیکی ِگروه CleanSource نتیجه این تلاش است.
با تمرکز کردن بر روی احتیاجات بازار کیفیت قدرت (چیزی که نهایتا به چگالی بالای انرژی منتهی می شود)، شرکت active power هم اکنون در حال عرضه محصولی است که قابلیت رقابت با بهترین انواع باطری های الکتروشیمیایی را داراست. این شرکت از مواد اولیه با تکنولوژی پایین در طرح هایی با تکنولوژی بالا استفاده نموده است تا بتواند از مزایای سیستم های چرخ طیار قدیمی و جدید استفاده کند .(بدون اینکه معایب آنها را در طرح وارد کرده باشد).
سیستم چرخ طیار گروه CleanSource یک مجموعه موتور- ژنراتور-چرخ طیار است که علاوه تراک انرژی دارای قیمت مناسب و ایمنی بالا نیز می باشد.
ـ احتیاجات صنعت کیفیت قدرت به دو دسته عمده تقسیم می شود:
۱) زمان کافی برای راه انداختن بار تا زمانیکه ژنراتور از حالت استند بای به حرکت در آید. ( تقریبا ۱۰ تا ۴۵ ثانیه)
۲) زمان کافی برای کنترل نیرو در زمان وقوع رخ داد ها ی خارج از برنامه. (تقریبا ۵ ثانیه)
طرح های CleanSource حداکثر بازده ظرفیت طبیعی چرخ طیار را گرفته و در زمان کوتاه و با استفاده از فضای کم بیشترین قدرت را تولید می کند. با طرح چنین سیستمی میتوان قدرت مورد استفاده را با رنج وسیعی از سرعت ها منتقل کرد.
با طراحی محصولی برای کاربردهایی که نیاز به انتقال نیرو در زمان کوتاه دارند، سیستم آنچه را که مورد نیاز است با کمترین هزینه منتقل می کند. همانطور که در مثال زیر نشان داده شده است، منحنی قدرت برای یک محصول تک چرخه CS۳۰۰ رسم شده است. هرچه مدت زمان دوران کمتری مدنظر باشد ، قابلیت های قدرت ثابت بالاتر می روند.
قدرت بالا و تلفات پایین در سیستم های CleanSource ، نتیجه بکارگیری یک تکنولوژی خاص در ژنراتور ،محفظه خلاء و ترکیبی از یاتاقان های سنتی و مغناطیسی می باشد. طراحی منحصر به فرد ژنراتور از تلفات جریان گردابی می کاهد و امکان کنترل کامل ولتاژ را در رنج سرعت ماشین فراهم می کند.
خلاء نسبی باعث کاهش تلفات و صداهای آیرودینامیکی می گردد و سیستم تعلیق مغناطیسی موجب کاهش تلفات تکیه گاهی و افزایش عمر مفید سیستم می شود.
به عنوان مثال تلفات استندبای یک واحد ۲۴۰ کیلو واتی active power، زیر ۲ کیلو وات می باشد و بازدهی حالت استند بای آن بسیار بیشتر از باطری های الکترو شیمیایی قدیمی است.
پاراگراف های اول دوم و سوم صفحه سه متن اصلی به علت عدم ارتباط با مبحث چرخ طیار ترجمه نشدند در این پاراگراف ها به تشریح یکی از طرح های شرکت CleanSource برای حفاظت و بالا بردن ایمنی سیستم در مقابل شکست در سرعت های دورانی بالا پرداخته شده است.
سیستم ذخیره سازی انرژی در چرخ طیار CleanSource بسیار ایمن ، آرام و قابل پیش بینی می باشد. این سیستم ها برای دوره های طولانی و کار در شرایط بحرانی طراحی شده اند . و در این شرایط نسبت به انواع باطری های الکتروشیمیایی بیسار بهتر کار می کنند. از نظر هزینه ، اندازه و کارایی بهترین رقیب برای باطری های الکتروشیمیایی هستند.
اخیرا این محصول در رنج های متنوع انتقال قدرت در دسترس است ( تا ۲۴۰ کیلو وات برای هر چرخ). تکنولوژی active power را می توان برای سیستم های عظیم تر نیز مورد استفاده قرار داد. سیستم های کنونی را می توان به صورت ردیف های دلخواهی از واحد های موازی کنار هم قرار داد تا انواع مختلف شیوه های ذخیره سازی انرژی را امکان پذیر ساخت.
▪ مزایا:
۱) ایمنی
۲) قابل پیشبینی بودن
۳) تعمیر و نگه داری جزئی
۴) سرعت دورانی پایین
۵) هزینه کم
۶) فشردگی
۷) کارایی بالا
۸) بدون صدا
▪ کاربردها :
شرکت active power برای سیستم های چرخ طیار خود سه بازار هدف در نظر گرفته است:
۱) انتقال قدرت مداوم و پیوسته
۲) بهبود کیفیت قدرت
۳) جداسازی باطری و جایگزینی
▪ انتقال قدرت پیوسته:
به علت محدودیت های محیطی ، مسائل تعمیر و نگه داری و فضای محدود ،در بسیاری از مواقع کاربران تمایل دارند که نیازی به استفاده از باطری های الکتروشیمیایی در سیستم نباشد. اگر سیستم شامل یک موتور-ژنراتور استند بای جهت حفاظت باشد، بهترین گزینه برای راه اندازی و همزمان کردن مجموعه ژنراتور، استفاده از سیستم ذخیره سازی انرژی چرخ طیار است.
▪ بهبود کیفیت قدرت:
به خاطر این عارضه که اغلب رویدادهای مضر برای کیفیت قدرت دارای مدت زمانی در حدود چند ثانیه می باشند، برخی کاربران این فرصت را پیدا می کنند تا با استفاده از چرخ طیار و با صرف حداقل فضا و هزینه با این مشکلات مقابله کنند وکیفیت خروجی خود را بالا ببرند. از جمله کاربرد های ایده آل سیستم های چرخ طیار قدرت بالا می توان به سایت های پردازش تولید یا سایت های تولید انبوه اشاره کرد. نیاز به فضای زیاد و هزینه های بالای چرخ طیار های قدیمی، از بسیاری قبل ، این گروه های تولیدی دچار مشکل می ساخته است.
▪ جداسازی باطری و جایگزینی:
یکی از عوامل تعیین کننده عمر باطری های الکتروشیمیایی تعداد دفعات دشارژ شدن سلول ها می باشد. عمر باطری با تعداد دفعات دشارژ شدن آن نسبت عکس دارد. یک باطری مکانیکی یا یک چرخ طیار ، وسیله بسیار موثری برای حفاظت از باطری های شیمیایی می باشد که دارای حجم کوچک و دوام بالایی نیز هست. چرخ طیار نه تنها می توانند رویداد ها وحوادث مضر برای کیفیت قدرت را کنترل کند بلکه در زمان اورهال یا شارژ مجدد باطری های شیمیایی می تواند به عنوان یک منبع جریان dc جایگزین عمل کند.
● نتیجه گیری:
به خاطر ضعف ها و کاستی های باطری های الکتروشیمیایی ما به یک جایگزین با قیمت مناسب نیاز داریم. این جایگزین هم از لحاظ هزینه مناسب باشد و هم کم حجم بوده و عمر مفید بالایی داشته باشد. و علاوه بر آن نیاز به تعمیر و نگه داری در آن اندک باشد. شرکت Active Power با تمرکز بر روی صنعت کیفیت قدرت ، توانسته است با استفاده از مواد اولیه قدیمی اقدام به تولید باطری های مکانیکی کم هزینه و ایمن بنماید.
در مواردی که نیاز به انتقال توان های بالا در مدت زمان کوتاه می باشد سیستم طراحی شده توسط شرکت CleanSource جایگزینی مناسب و با دوام برای تکنولوژی های قدیمی ذخیره انرژی خواهد بود

فلزات و تغییر شکلشان

فلزات و تغییر شکلشانفلز ماده‌ای است که می‌توان آن را صیقل داده و براق کرد، یا به طرح‌های گوناگون در آورد و از آن مفتول‌های سیمی ظریف تهیه کرد. فلز جسمی است که آزمایش‌های مربوط به گرما و مهم‌تر از همه جریان الکتریکی را به خوبی هدایت می‌کند. فلزات با یکدیگر فرق زیادی دارند، از جمله در رنگ و سختی و نرمی، تعدادی از آنها ممکن است به آسانی خم شده و یا خیلی محکم و مقاوم باشند
شکل واقعی فلزات
شکل واقعی فلزات به اندازه یون و تعداد الکترون‌هایی که هر یون در حوزه اشتراکی دارد و انرژی یون‌ها و الکترون‌ها بستگی دارد. هر قدر فلز گرمتر شود این انرژی زیادتر خواهد شد. پس فلزات گوناگون ممکن است طرح‌های گوناگونی به خود بگیرند. یک فلز ممکن است در حرارت‌های مختلف، طرح‌های متنوعی را اختیار کند، اما در بیشتر آرایش‌ها، یون‌ها کاملاً پهلوی هم قرار دارند، و معمولاً تراکم در فلزات زیادتر از دیگر مواد است. اختلافات عمده فلزات و دیگر جامدات و مایعات.فلزات هادی خوب برق هستند. چون الکترون‌های آنها برای حرکت مانعی ندارند. همه فلزات جامد و مایع گروهی الکترون آزاد دارند، طبعا همه فلزات هادی‌های خوب الکتریسیته هستند. به این سبب فلزات از دیگر گروه‌های عناصر، کاملاً متفاوت دارد.
اختلاف عمده فلزات و دیگر جامدات و مایعات، در توانایی هدایت گرما و الکتریسیته است. هادی خوب آزمایش‌های مربوط به گرما جسمی است که ذرات آن طوری تنظیم شوند که بتوانند آزادانه نوسان یافته و به ذرات مجاور خود نیز امکان نوسان آزاد را بدهند. "گرم شدن" همان نوسانات سریع یون‌ها و الکترون‌ها است. در فلزات چون گروه الکترون‌ها، غبار مانند یون‌ها را احاطه می‌کنند، طبعا هادی‌های خوبی برای حرارت هستند «رسانش گرمایی فلزات).
مقاومت مکانیکی فلز
مقصود آن مقدار باری است که فلز می‌تواند تحمل کرده، نشکند. بسیاری از فلزات، وقتی گرم هستند، اگر تحت فشار قرار گیرند، شکل خود را زیادتر از موقعی که سرد هستند، تغییر می‌دهند. بسیاری از فلزات در زیر فشار متغییر مانند نوسانات، آسانتر از موقعی که سنگین باری را تحمل می‌کنند، می‌شکنند.
علت درخشش فلزات
دلیل اول آن است که با طرح ریزی و براق کردن صحیح می‌توان فلزات را به شکل خیلی صاف تهیه کرد. گر چه آنها نیز تصاویر را خوب منعکس می‌کنند، ولی ظاهر سفید و درخشان بیشتر قطعات فلزی صیقلی شده را ندارند. بطور کلی جلا و درخشندگی فلز بستگی دارد به گروه الکترون‌های آن دارد.الکترون‌ها می‌توانند هر نوع انرژی را که به روی فلزات می‌افتد جذب کنند؛ زیرا در حرکت آزاد هستند. بیشتر انرژی الکترون‌ها از تابش نوری است که به آنها می‌افتد، خواه نور آفتاب باشد یا نور برق. اکثر فلزات همه انرژی جذب شده را پس می‌دهند، به همین دلیل، نه تنها درخشان بلکه سفید به نظر می‌آیند.
علت تغییر شکل فلزات
بسیاری از فلزات در حرارت ویژه‌ای، آرایش یون‌های خود را تغییر می‌دهند. با تغییر ترتیب آرایش یون‌های بسیاری از خصوصیات دیگر فلز نیز دگرگون می‌شود و ممکن است فلز کم و بیش شکننده، قردار، بادوام و قابل انحنا شود یا اینکه انجام کار با آن آسان گردد. بسیاری از فلزات در هنگام سرد بودن، به سختی تغییر شکل می‌پذیرند. بیشتر فلزات جامد را به زحمت می‌توان در اثر کوبیدن به صورت ورقه و مفتو‌ل‌های سیم در آورده، ولی اگر فلز گرم شود، انجام هر دو آسان است.
جستارهای وابسته

• آلیاژ
• اجسام رسانا
• الکترون
• انبساط جامدات
• انتقال گرما
• جامد
• تنگستن
• رسانش الکتریکی فلزات
• فلزات مایع
• مقاومت مکانیکی

بسیاری از قطعات آلومینیمی به همان روش و با استفاده از همان دستگاه هایی شکل داده می شوند که برای شکل دادن فلزاتی چون فولاد ، مس و غیره به کار می رود اما در شکل دادن آلومینیم و آلیاژهیا آن برای دستیابی به شکل مورد نظر باید چندین مطلب مهم را در نظر گرفت از میان خواص مشخص آلومینیم می توان خواص زیر را نامب رد آلومینم سطحی نرمتر از فولاد دارد آلومینیم در مقابل شیار ( شکاف ) حساس است آولومینم اگر تحت خمش قرار بگیرد تمایل قابل توجه ای در بر گشتنب ه حالت اولیه خود دارد ( فنریت بالا)آلومینیم ضریب انتساط حرارتی و قابلیت حدایت حرارتی زیادی دارد سطح آلومینم به آسانی آسیب می بیند بنابراین تولیدات نیمه تمام و قطعات تمام شده آلومینیم باید در موقع جابه جایی کل شود و از اکسیژن یا شراندن آن بر روی میز کار و کف زمین پرهیز کرد از آلودگی سطح فلزی آلومینیم با ذرات فلزات سنگین باید پرهیز شود زیرا در صورت وجود رطوبت به خودگی آلومینیم کمک می کند.
آلومینم دارای فنریت زیادی است وقتی آلومینیم خم یا تا شود قابلیت انعطاف ( فنریت ) خیره کننده در مقایسه با قابیت انعطاف ( فنریت ) فولاد معمولی از خود نشان می دهد هر چه آلیاژ سخت تر باشد فنریت آن بیشتر است برگشت پذیری را می توان با خم کردن بیش از اندازه جبران کرد ولی مقدار صحیح و مطلوب آن برای کار مورد نظر را باید از طریق آزمایش و خظا تعیین کرد فنریت زیاد آلومینم در مقایسه با فولاد هب علت مدول الاستیکی نسبتا پایین آن است بیش از حد گرم کردن ماده آلومینیمی در دماهای غیر مجاز حتی به مدت بسیار کوتاه آسیب جبران ناپذیریبه فلز می رساند آن قدر که بریا برازندگی آن با کار باید آن را دوباره ذوب کرد بنابر این در کلیه عملیات کار گرم باید دقت دما را کنترل کرد.اغلب عملیات شکل دادن آلومینیم در حالت سرد انجام می گیرد زیرا وقتی پوفیلی با رویه نازک و روق های نازک حرادت داده می شوند امکان تاب خوردن آنها وجود دارد نیروی لازم برای تغییر شکل آلومینیم کمتر از فولاد است نرمی آلومینیم به خود ماده ( نوع آلیاژ ) و حالت آن بستگی دارد وضعیت آلومینیم مانند هر فلز دیگری در اثر کار سرد تغییر می کند تاثیر کار سرد بر آلومینم از این قرار است ماده مستحکم تر و سخت تر می شود در قطعه تنش تولید می شود اگر تغییر شکل از ظرفیت تغییر شکل پذیری فلز بیشتر شود کار سرد مممکن است باعث ترک خوردن آن شود راحت ترین ماده آلومینیمی از نظر تغییر شکل و نرمی آلویمینم حالص آلومینیم تصفیه شده و آلیاژ Al-Mn در حالت نرم است.
آلومینیم خالص و آلیاژهای آلومینیم در حالت نیمه سخت و آلیاژهای پیر سختی پذیر در حالت نرم در حال کار پذیر هستند گر چه کارپذیری آن ها کمتر از موادبیشتر شاد شده است آلیاژ های آلومینیم در حالت سخت یا حالات کاملا پیر سهت شده به مقدار کمی کار پذیرند و به طور کلی کارپذیری آنها بسیار مشکل است.آلیاژ ها از آلومینیم شامل عنصر لیتیم تولید شده اند که اهمیت ویژه ای در صنایع هوا – فضا یافته اند چگالی لیتیم 534% است نتیجتا چگالی آلیاژ های Al-Liمی تواند حدود 10 درصد کمتر از دیگر آلیاژ های متداول آلویمنیم باشد این وزن کم می تواند باعث استخکام ویژه بسیار خوب این آلیاژ برای کاربرد های هوا – فضایی باشد آهنگ رشد ترک خستگی در این آلیاژها پایین است که باعث بهبود مقاومت خستگی و سفتی ( تافنس ) خوب آن آلیاژ ها در دماهای پایین می شود.
آلیاژ های Al-Liدر ساخت کف بدنه و اکلت هواپیما های نظامی و تجاری به کار می روند. آلیاژ ها از آلومینیم شامل عنصر لیتیم تولید شده اند که اهمیت ویژه ای در صنایع هوا – فضا یافته اند چگالی لیتیم 534% است نتیجتا چگالی آلیاژ های Al-Liمی تواند حدود 10 درصد کمتر از دیگر آلیاژ های متداول آلویمنیم باشد این وزن کم می تواند باعث استخکام ویژه بسیار خوب این آلیاژ برای کاربرد های هوا – فضایی باشد آهنگ رشد ترک خستگی در این آلیاژها پایین است که باعث بهبود مقاومت خستگی و سفتی ( تافنس ) خوب آن آلیاژ ها در دماهای پایین می شود آلیاژ های Al-Liدر ساخت کف بدنه و اکلت هواپیما های نظامی و تجاری به کار می روند .
آلیاژ ها از آلومینیم شامل عنصر لیتیم تولید شده اند که اهمیت ویژه ای در صنایع هوا – فضا یافته اند چگالی لیتیم 534% است نتیجتا چگالی آلیاژ های Al-Liمی تواند حدود 10 درصد کمتر از دیگر آلیاژ های متداول آلویمنیم باشد این وزن کم می تواند باعث استخکام ویژه بسیار خوب این آلیاژ برای کاربرد های هوا – فضایی باشد آهنگ رشد ترک خستگی در این آلیاژها پایین است که باعث بهبود مقاومت خستگی و سفتی ( تافنس ) خوب آن آلیاژ ها در دماهای پایین می شود آلیاژ های Al-Liدر ساخت کف بدنه و اکلت هواپیما های نظامی و تجاری به کار می روند استکام بالای آلیاژهای Al-Li ناشی از قابلیت آن ها برای پیر سختی است مهمترین زمینه های کاربرد آلومینم در صنایع عبارتند از :1- مصارف خانگی نظیر ظروف 2- مصارف ساختمانی نظیر در و پنجره 3- مصارف تاسیساتی نظیر لوله و اتصالات 4- مصارف صنایع فضایی5- مصارف اتومبیل سازی 6- مصارف کشتی سازی بدنه پروانه پمپ 7- مصارف تجاری و بسته بندی چای مواد لبنی ضخامت تا 10 میکرون 8- مصارف الکتریکی : نظیر کابل ها .
بسیاری از قطعات آلومینیمی به همان روشو با استفاده از همان دستگاه هایی شکل داده می شوند که برای شکل دادن فلزاتی چون فولاد ، مس و غیره به کار می رود اما در شکل دادن آلومینیم و آلیاژهیا آن برای دستیابی به شکل مورد نظر باید چندین مطلب مهم را در نظر گرفت از میان خواص مشخص آلومینیم می توان خواص زیر را نامب رد آلومینم سطحی نرمتر از فولاد دارد آلومینیم در مقابل شیار ( شکاف ) حساس است.
آلومینیوم اگر تحت خمش قرار بگیرد تمایل قابل توجه ای در بر گشتنب ه حالت اولیه خود دارد ( فنریت بالا)آلومینیم ضریب انتساط حرارتی و قابلیت حدایت حرارتی زیادی دارد سطح آلومینم به آسانی آسیب می بیند بنابراین تولیدات نیمه تمام و قطعات تمام شده آلومینیم باید در موقع جابه جایی کل شود و از اکسیژن یا شراندن آن بر روی میز کار و کف زمین پرهیز کرد از آلودگی سطح فلزی آلومینیم با ذرات فلزات سنگین باید پرهیز شود زیرا در صورت وجود رطوبت به خودگی آلومینیم کمک می کند آلومینم دارای فنریت زیادی است.
وقتی آلومینیم خم یا تا شود قابلیت انعطاف ( فنریت ) خیره کننده در مقایسه با قابیت انعطاف ( فنریت ) فولاد معمولی از خود نشان می دهد هر چه آلیاژ سخت تر باشد فنریت آن بیشتر است برگشت پذیری را می توان با خم کردن بیش از اندازه جبران کرد ولی مقدار صحیح و مطلوب آن برای کار مورد نظر را باید از طریق آزمایش و خظا تعیین کرد فنریت زیاد آلومینم در مقایسه با فولاد هب علت مدول الاستیکی نسبتا پایین آن است بیش از حد گرم کردن ماده آلومینیمی در دماهای غیر مجاز حتی به مدت بسیار کوتاه آسیب جبران ناپذیریبه فلز می رساند آن قدر که بریا برازندگی آن با کار باید آن را دوباره ذوب کرد بنابر این در کلیه عملیات کار گرم باید دقت دما را کنترل کرد .
انواع تغییر شکل:
بررسی مکانیزمهای ایجاد ترک و مکانیزمهای متفاوت رشد سریع یا در حد بحرانی ترک و رشد آرام و پایینتر از رشد بحرانی از اهمیت ویژه صنعتی برخوردارند. بررسی فعل و انفعالات فیزیکی که به هنگام شکست روی میدهد چندان ساده نیست، زیرا چگونگی ایجاد ترک و رشد آن و بالاخره نوع شکست در مواد کریستالی به جنس، ساختار شبکه کریستالی، ریزساختار و از آنجا که قطعات معمولا به طور کامل سالم و بدون عیب نیستند به نوع، اندازه و موقعیت عیب، نوع و حالت تنش وارد بر آنها بستگی خواهد داشت. معمولا شکست درفلزات به شکست نرم و شکست ترد تقسیم می شود.در صنعت هدف، کنترل و به تعویق انداختن شکست است.
شکست نرم:
بسیاری از فلزات و آلیاژهای آنها، به ویژه آنهایی که دارای شبکه fcc هستند، مانند آلومینیوم و آلیاژهای آن، در تمام درجه حرارتها، شکست نرم خواهند داشت. شکست نرم به آرامی و پس از تغییر شکل پلاستیکی زیاد به ازای تنشی بالاتر از استحکام کششی ظاهر میشود. از مشخصات شکست نرم، تحت تاثیر تنش کششی، ظاهر گشتن گلویی یا نازکی موضعی و ایجاد حفره های بسیار ریز در درون قسمت گلویی و اتصال آنها به یکدیگر تا رسیدن به حد یک ترک ریز و رشد آرام ترک تا حد پارگی یا شکست نهایی است
مراحل مختلف شکست نرم در یک فلز انعطاف پذیر
در این نوع شکست علت ایجاد حفرهای ریز در محدوده گلویی میتواند تغییر شکل غیر یکنواخت ناشی از ناخالصیهای موجود در ماده اصلی زمینه باشد. لذا با ایجاد حفره های بسیار ریز در محدوده گلویی حالت تنش سه محوری برقرار میشود که منجر به ایجاد ترک میشود .
در طراحی و ساخت اجزای ماشین آلات و در ساختمان سازی، تنشهای وارد بر سازه های فلزی در محدوده الاستیکی انتخاب میشود. بنابراین در کاربرد صنعتی، شکست در حالت تنش استاتیکی در مواد انعطاف پذیر ( داکتیل ) یک پیشامد نامطلوب است.
ترک داخلی در نا حیه نازک شده در نمونه کششی مس با خلوص بالا
شکست ترد:
شکست ترد معمولا در فلزاتی با ساختار کریستالی مکعب مرکزدار(bcc ) و هگزاگونال متراکم (hcp) و آلیاژهای آنها در درجه حرارتهای پایین ( معمولا پایینتر از دمای معمولی محیط ) و سرعتهای تغییر شکل بالا بطور ناگهانی ظاهر میشود. شکست ترد در امتداد صفحه کریستالی معینی، به نام صفحه کلیواژ، انجام میگیرد. در شکست ترد عموما تغییر شکل پلاستیکی قابل توجهی در منطقه شکست مشاهده نمیشود.نظریه شکست ابتدا علت شکست را این چنین بیان کرد که تمام پیوندهای اتمی در امتداد صفحه شکست هم زمان با هم گسیخته میشوند. بدین ترتیب که با ازدیاد تنش فاصله اتمها از یکدیگر دور میشوند ودر نهایت به محض اینکه تنش به حد تنش شکست ( تنش بحرانی ) رسید، در نتیجه گسستن تمامی پیوندهای اتمی در صفحه عمود بر امتداد کشش، شکست پدیدار میشود.در جدول زیر تنشهای بحرانی عمود بر صفحات کریستالی معین در چند تک کریستال برای شکست داده شده است.
شکست ترد وتعدادی از تک کریستالها
عملا تنش لازم برای شکست مواد لازم فلزی به اندازه قابل توجهی کمتراز تنش شکست محا سبه شده ا ز طریق تئوری است . بنابراین فعل وانفعال شکست نمیتواند از طریق گسستن همزمان تمامی پیوند های اتمی درامتداد سطح شکست صورت گیرد. بد ین ترتیب فعل و انفعالات شکست عملا بیشتر از طریق ایجاد یک ترک بسیار ریز به عنوان منشا ترک و رشد و پیشروی آن انجام میگیرد . برای پیشروی ترک د ر یک ماده لازم است مقدار تنش متمرکز در نوک ترک از استحکام کششی در آن موضع فراتر رود . د ر مواردی که شرایط برای پیشروی منشا ترک مساعد نیست ترک می تواند متوقف گشته وشکست پدیدار نشود.

تئوری گریفیت:
او چنین بیان می کند که در ماده ای که حاوی تعدادی ترک بسیار ریز باطول معینی است ، همین که مقدار تنش متمرکز درنوک ترک ، حداقل به مقدار تنش لازم برای گسستن پیوندهای اتمی د رآن موضع ( استحکام کششی ) رسید، شکست ظاهر میشود . باپیشرفت ترک ، سطح ترک افزایش می یابد . این مطلب بدین معنی است که برای ایجاد این سطح باید انرژی به کار برده شود . این مقدار انرژی از انرژی تغییر شکل کسب می شود.
بنابراین فرضیه گریفیت علت پدیدار گشتن شکست ترد را وجود ترکها و خراشهای سطحی بسیار ریز ( با اندازه بحرانی) و پائین بودن استحکام را د رآن مواضع می داند . اماموادب هم وجود دارد که بد ون داشتن ترکهای سطحی بسیار ریز شکست ترد د ر آنها پدیدار می شود . بنابراین د ر این گونه مواد هم باید فعل وانفعالاتی صورت گیرد که موجب به وجود آمدن تمرکز تنش وفراتر رفتن موضعی مقدارتنش از استحکام کششی ود رنتیجه ایجاد منشا ترک شود. زنر و اشترو مکانیزم این فعل و انفعال راچنین بیان داشتند که در حین تغییر شکل پلا ستیکی نابجاییها در پشت موانع ( مانند مرزدانه ها ومرز مشترک د و قلوییها ) تجمع یافته وبدین ترتیب در زیر نیم صفحه های مربوط به این نابجاییها ترکهای بسیار ریزی ایجاد می شود .
این ترکهای بسیار ریزهمچنین می تواند محلهای مناسبی برای نفوذ عناصری مانند اکسیژن ، ازت وکربن درآنها وایجاد فازهای ثانوی ترد ودر نتیجه شکست ترد باشند. چنین رفتار ترد د ر شکست ترد مس باوجود عناصری مانند آنتیموان وآهن همراه بااکسیژن مشاهده شده است .
مکانیزم ایجاد ترک از طریق نابجاییها
الف) تجمع نابجائیها در پشت مرز دانه ها (Zener)
ب) تلاقی نابجائیها (Cottrell)
کاترل مکانیزم د ومی رابرای ایجاد منشا ترک ارائه کرد. بد ین صورت که منشا ترکهای ریز می تواند د ر اثر تلا قی د و صفحه لغزش بایکد یگر ، د ر نتیجه د ر هم آمیختن نابجاییها د ر محل تلا قی آن د و صفحه و ایجاد نابجاییها ی جد ید ، ناشی شود، این مکانیز م می تواند د لیلی برای ایجاد سطح شکست ( صفحه کلیواژ ) مشاهده شده د ر صفحه (001 ) د ر فلزات باساختار کریستالی مکعب مرکزدار (bcc ) باشد.
درفلزات چندین کریستالی شکست تر د میتواند به صورت برون دانه ای ( بین دانه ای) و یا درون دانه ای باشد.شکست برون دانه ای در بین دانه ها د ر امتداد مرز دانه ها ظاهر می شود. د لیل این نوع شکست بیشتر میتواند وجود ناخالصیها یا جدایش و رسوب عناصر یا فازهای ترد و شکننده د ر امتداد مرز دانه ها باشد. شکست ترد درفلزات بیشتر به صورت درون دانه ای است . بدین ترتیب که ترک د ر داخل دانه ها گسترش می یابد. د رجه حرارت و سرعت تغییر شکل تاثیر مخالفی برروی نوع شکست خواهد داشت ، به طوری که باکاهش درجه حرارت و ازد یاد سرعت تغییر شکل ، تمایل برای شکست ترد به صورت درون دانه ای د ر حین خزش د ر نتیجه تغییرات شیمیائی دراثر اکسیداسیون ممکن خواهد بود. چنانچه اکسیداسیون برون دانه ای در فلزات صورت گیرد، تنش شکست بسیار کاهش می یابد.
تافنس شکست:
چنانچه در جسمی ترک وجود داشته باشد، د راین صورت استحکام آن جسم استحکامی نیست که از طریق آزمایش کشش به دست می آید ، بلکه آن کمتر است. د راین صورت مسئله ترک واشاعه آن اهمیت پیدا می کند. در اینجا تافنس شکست به رفتار مکانیکی اجسام ، شامل ترک یاد یگر عیوب بسیار ریز سطحی یاداخلی مربوط میشود. البته م یتوان اذعان کرد که عموما تمام اجسام عاری از عیب نبوده و شامل عیوبی هستند . دراین صورت آن چه که د رطراحی و اتنخاب مواد برای ما اهمیت صنعتی ویژه ای دارد ، مشخص کردن حد اکثر تش قابل تحمل برای جسمی است که شامل عیبی با شکل و اندازه معینی است . بنابراین به کمک تافنس شکست می توان توانایی جسمی که بطور کامل سالم نیست راد رمقابل یک بار خارجی وارد برجسم سنجید.معمولابرای تعیین تافنس شکست از آزمایش کشش برروی نمونه آماده شده ای از جنس معین که ترکی بطول وشکل معینی برطبق استاندارد درسطح یاداخل نمونه بطورعمد ایجاد شده استفاده می شود، شکل نمونه به گونه ای د ر دستگاه آزمایش کشش قرار می گیرد که ترک ریز به صورت عمود برامتداد تنش کششی قرار گیرد.
اکنون این سئوال مطرح می شود که به ازای چه مقداری از تنش s جوانه ترک مصنوعی د ر داخل جسم گسترش می یابد تاحدی که منجر به شکست نمونه شود . در اطراف این ترک تنش به صورت پیچیده ای توزیع می شود. حداکثر تنش کششی ایجاد شده د ر راس ترک بزرگتر از خارجیs است و تنش بحرانی ( sc ) نامیده میشود.تا زمانی که sc کوچکتراز استحکام کششی است نمونه نمی شکند .با وارد آمدن تنش به نمونه د ر محدوده الاستیکی ابتدا انرژی پتانسیل در نمونه ذ خیره می شود . موقعی که ترک شروع به رشد می کند بین مقدارکاهش انرژی پتانسیل ذخیره شده د رنمونه وانرژی سطحی ناشی از رشد ترک تعادل برقرار است . تازمانی رشد ترک ادامه پیدا می کند که از انرژی الاستیکی کاسته و به انرژی سطحی افزوده شود، یعنی تالحظه ای که شکست ظاهر گرد د .ابتدا گریفیث با توجه به روابط مربوط به انرژی پتانسیل ذ خیره شده و انرژی سطحی ترک در ماده الاستیکی ،مانند شیشه و تغییر و تبد یل آنها به یک د یگررابطه زیر را ارائه کرد:
s=√2Egs ∕ pa
این رابطه برای حالت تنش د و بعدی برقرار است . gs د ر این رابطه انرژی سطحی ویژه و E مد ول الاستیکی ماده است .برای حالت تغییر شکل د و بعدی ( حالت تنش سه بعدی باصرفنظر از تغییر شکل د ربعد سوم ) رابطه زیر را ارائه کرد:

(s = √ 2Egs ∕ pa(1_ n²

لازم به تذکر است که رابطه گریفیث برای یک ماده الاستیکی شامل ترک بسیار ریز باراس ترک تیز ارائه شد و این رابطه ترک باشعاع راس ترک 0≠r را شامل نمی شو د . بنابراین رابطه گریفیث شرط لازم برای تخریب است ، اما شرط کافی نیست .
در رابطه گریفیث انرژی تغییر شکل پلاستیکی در نظر گرفته نشده است . ازاین ر و اروان انرژی تغییر شکل پلاستیکی ، که برای فلزات و پلیمرها در فرآیند شکست قابل توجه است رادر نظر گرفت و رابطه زیر راارائه کرد:
s = √ 2E(gs+gp) ∕ pa
سپس اروین رابطه گریفیث را برای موادی که قابلیت تغییر شکل پلاستیکی دارند ، به کار برد و باتوجه به میزان رها شدن انرژی تغییر شکل الاستیکی در واحد طول ترک د رحین رشد (G) رابطه زیر را برای حالت تنش د و بعدی ارائه داد :
s = √ EG ∕ pa
بامقایسه با رابطه قبل (gs+gp) 2 = s است . بد ین ترتیب د ر لحظه ناپایداری ، وقتی میزان رها شد ن انزژی تغییر شکل الاستیکی به یک مقدار بحرانی رسید ، شکست پدیدار می شود. در این صورت در لحظه شکست :
برای حالت تنش دو بعدی Gc=pasc²∕E
برای حالت کرنش دو بعدیGc= pa(1- n² ) sc² ∕ E = Kc² ∕ E
Gcمقیاسی برای تافنس شکست یک ماده بوده و مقدار آن برای هر ماده ای ثابت و معین است . بامعلوم بودن این کمیت می توان مشخص کرد که مقدارa به چه اندازه ای باید برسد تاجسم بشکند . بدین ترتیب این رابطه در مکانیزم شکست اهمیت دارد. هرچقدر Gcکوچکتر باشد ، تافنس کمتر یا به عبارتی ماده تردتراست .رابطه زیر را برای حالت تنش دو بعدی می توان به صورت زیر نوشت :
Gc = √ EGc ∕ pa
و برای شرایط تغییر شکل نسبی د و بعدی رابطه زیر ارائه شده است :
(s = √ EGc ∕ pa(1_n²
تعیین تنش شکست بحرانی sc کار چندان ساده ای نیست . اما می توان گفت که به ازای تنشهای جسم باوجود ترک هنوز نمی شکند . از این رو تنش درحد پاینتر از مقدار بحرانی با ضریب شدت تنش K توصیف و رابطه زیر برای آن ارائه شد ه است :
K= fs√ pa
در این رابطه f ضریب هند سه نمونه معیوب ، s تنش اعمالی وa اندازه عیب است ، در شکل تئوری گریفیث اگر عرض نمونه نامحدود فرض شود ، دراین صورت 1 = f است . با انجام آزمایش روی نمونه ای با اندازه معینی از عیب می توان مقدار k ، که به ازای آن ترک شروع به رشد کرده و موجب شکست میشود ، را تعیین کرد . این ضریب شدت تنش بحرانی به عنوان تافنس شکست نامیده میشود و به Kc نشان داده میشود .اماازطرفی ، همچنین به ازای تنش ثابتی درحد کوچکتر از استحکام کششی باافزایش کند ترک ، طول ترک (a) میتواند به مقدار بحرانی برسد و به ازای آن نمونه تخریب شود.
تافنس شکست (Kc) از فولادی با تنش تسلیم MN.m2 2070 با افزایش ضخامت تا تافنس شکست در حالت تغییر شکل صفحه ای (دو بعدی) کاهش می یابد.
کمیتهای Kcو Gc بستگی به ضخامت نمونه دارد. همین که ضخامت نمونه افزایش یافت ، تافنس شکست Kcتا مقدار ثابتی کاهش می یابد ، این مقدار ثابت Kc تافنس شکست تغییر شکل نسبی دو بعدی KIc نامیده می شود . Kc کمیتی مستقل از اندازه نمونه است و در محاسبه استحکام که مستلزم اطمینان بالاست ، به کار میرود .
بنابراین در طراحی در محاسبات باید روابط زیر توجه شود :
s< Kc ∕ √ pa
و در حالت تغییر شکل دو بعدی ( حالت تنش سه بعدی باناچیز بودن تغییر شکل در بعد سوم):
s< K1c ∕ √ pa
کمیتهای K1c و G1c نه فقط برای گسترش ترک ترد ونرم تعریف شد ه است ، بلکه همچنین برای شکست تحت شرایط تنش خوردگی ، خستگی و خزش نیز به کار میرود. در جداول زیر تافنس شکست تعدادی از مواد ارائه شده است .
تافنس شکست تعدادی از مواد طراحی
تافنس شکست در حالت تغییر طول نسبی دومحوری (KIc) تعدادی از مواد
اگر حد اکثر اندازه عیب موجود در قطعه a و مقدار تنش وارد برآن s باشد ، میتوان ماده ای را باتافنس شکست Kc یا K1c به اندازه کافی بالا ، که بتواند از رشد ترک جلوگیری کند، انتخاب کرد. همچنین اگر حداکثر اندازه مجاز عیب موجود درقطعه و تافنس شکست ماده ، یعنی Kc یا K1c، معلوم باشد در آن صورت میتوان حداکثر تنش قابل تحمل برای قطعه رامشخص کرد. از این رو میتوان اندازه تقریبی قطعه را تیین کرد، آن چنان که از پایینتر آمدن حداکثر تنش ایجاد شده از حد مجاز، اطمینان حاصل شود.
همچنین اگر ماده معینی انتخاب و اندازه قطعه و تنش وارد برآن مشخص شده باشد ، حد اکثر اندازه مجاز عیب قابل تحمل را میتوان به طور تقریب بدست آورد.
توانایی هرماده در مقابل رشد ترک به عوامل زیر بستگی دارد:
1- عیوب بزرگ ، تنش مجاز را کاهش میدهد. فنون خاص تولید، مانند جداسازی و کاهش ناخالصیهااز فلز مذاب و فشردن ذرات پودر در حالت داغ در تولید اجزای سرامیکی همگی میتواند موجب کاهش اندازه عیب شود و تافنس شکست را بهبود ببخشد.
2- در فلزات انعطاف پذیر ، ماده مجاور راس ترک میتواند تغییر فرم یابد . به طوری که سبب باز شدن راحت راس ترک و کاسته شدن از حساسیت آن شده و ضزیب شدت تنش را کاهش داده و از رشد ترک جلوگیری میکند معمولا افزایش استحکام فلز انعطاف پذیری را کاهش میدهد و سبب کاهش تافنس شکست میشود ، مانند سرامیکهاوتعداد زیادی از پلیمرها ، تافنس شکست بسیار پایینتر از فلزات دارند.
3- مواد ضخیمتر وصلبتر دارای تافنس شکست کمتر از مواد نازک هستند.4- افزایش سرعت وارد کردن بار، مانند سرعت وارد شدن بار د ر آزمایش ضربه ، نوعاتافنس شکست جسم را کاهش میدهد.5- افزایش درجه حرارت معمولا تافنس شکست راافزایش میدهد، همان گونه که د ر آزمایش ضربه این چنین است .6- با کوچک شدن اندازه دانه ها معمولا تافنس شکست بهبود مییابد ، د ر حالی که با وجود عیوب نقطه ای و نابجاییهای بیشتر تافنس شکست کاهش مییابد. بنابراین مواد سرامیکی دانه ریز میتواند مقاومت به رشد ترک را بهبود بخشند.

اطلاعاتی درباره کمپرسور

به منظور جلوگیری از افت فشار که در خطوط لوله حادث می‌گردد نیاز به تقویت فشار گاز می‌باشد. معمولاً گاز از نقاط وصول در طول خط لوله دریافت و در دبی و فشار مشخص به مراکز فروش تحویل می‌گردد. به لحاظ انبساط گاز، وجود تلفات اصطکاکی، تغییر در ارتفاع، ‌یا نوسانات دما، در بین این نقاط یک افت فشار به وقوع می‌پیوندد. تغییر جریان سبب تغییر فشار در خط لوله می‌گردد. هنگامی که دبی جریان گاز از محدودة مبنای طراحی فراتر رود، برای تثبیت محدودة فشار مورد نیاز در نقطة تحویل، روشهایی مورد استفاده قرار می‌گیرد، که عبارتند از:الف) لوپ(Loop )نمودن خط لوله
ب ) اضافه نمودن ایستگاه تقویت فشار
ج ) بهره‌گیری از دو روش الف و ب

انواع کمپرسورهاکمپرسورها را می‌توان به سه گروه اصلی تقسیم‌بندی نمود:

1-جابجایی مثبت(Postive Displacement)
2-دینامیکی(Dynamic)
3-انژکتوری(Injectors)کمپرسورهای جابجایی مثبت یا جریان متناوب، مقداری از گاز را در داخل یک حجم بسته محبوس می‌کنند. با کاهش حجم، فشار گاز محبوس افزایش می‌یابد. آنگاه گاز تحت فشار قرار گرفته به نقطة دهش (-Discharge)کمپرسور تحویل داده می‌شود.
کمپرسورهای جابجایی مثبت یا جریان متناوب، به دونوع مجزا تقسیم‌بندی می‌شوند:
الف) کمپرسورهای رفت و برگشتی
ب ) کمپرسورهای چرخشی
در کمپرسورهای رفت و برگشتی، حجم گاز درون یک سیلندر توسط یک پیستون کاهش می‌یابد. برای هدایت جریان گاز و نیز جلوگیری از جریان برگشتی، نیاز به وجود سوپاپ در سیلندرها می‌باشد.
در کمپرسورهای چرخشی، روتورها با پره یا لبه تجهیز می‌گردند. آنها گاز را در یک حجم ثابت یا متغیر،‌بین خودشان و یک پوستة خارجی محبوس می‌کنند. همزمان با گردش روتور،‌ گاز از ورودی به خروجی جابجا می‌شود. در این نوع کمپرسور نیازی به سوپاپ نمی‌باشد. این نوع کمپرسورها معمولاً برای تقویت فشار هوا در تأسیسات مورد استفاده قرار می‌گیرند.کمپرسورهای جریان پیوسته یا دینامیکی (همچنین: توربوکمپرسورها) فشار گاز را در مقابل نیروهای داخلی افزایش می‌دهند (یعنی افزایش سرعت گاز و تغییر انرژی به فشار).کمپرسورهای دینامیکی به دو نوع اصلی تقسیم‌بندی می‌شوند:
الف) کمپرسورهای گریز از مرکز (شعاعی)
ب‌ ) کمپرسورهای محوری
در کمپرسورهای گریز از مرکز، سرعت توسط تیغه‌های یک پروانه دوار، به گاز افزوده می‌شود. در حین چرخیدن آنها، ‌نیروهای گریز از مرکز مولکولهای گاز را به سمت خارج سوق می‌دهند، که سبب افزایش شعاع چرخش و بنابراین افزایش سرعت مماسی مولکولهای گاز می‌گردد. افزایش سرعت باعث ایجاد شتاب می‌شود، و این شتاب نیروهای اینرسی را که بر مولکولهای گاز اعمال می‌شوند فعال و مولکولها را متراکم می‌سازد. بخشی از فشار در پروانه و بخشی در پخشگر(Diffuser) شعاعی محیط بر پره، یا در پخشگر حلزونی دهش واقع در انتهای خروجی کمپرسور، احیاء می‌شود.به هنگام تقویت فشار در کمپرسورهای محوری، یک روتور چرخشی، انرژی خود را به درون جریان گاز انتقال می‌دهد. در این نوع کمپرسور، جریان گاز موازی با محور می‌باشد.کمپرسورهای انژکتوری از انرژی جنبشی یک جریان سیال برای فشرده‌ سازی سیال دیگر استفاده می‌کنند. این نوع کمپرسورها در سیستمهای انتقال گاز طبیعی مورد استفاده قرار نمی‌گیرند.


کمپرسورهای پیستونیکمپرسورهای تناوبی (Reciprocating) که رفت و برگشتینیز نامیده می‌شوند، یکی از قدیمی‌ترینانواعکمپرسورهامی‌باشند. اولیننمونه‌های اینکمپرسورهابا سیلندر چوبی (مثلاً از جنس بامبو Bamboo) ساخته شده و پیستون آن بهوسیله نیروی انسانی (دستی) عقب و جلو برده می‌شد. آب بندی پیستون توسط پر پرندگانصورت می‌گرفت تا از این طریق در مرحله مکش هوا وارد کمپرسور شده و در مرحله تراکماز آن خارج شود. از این کمپرسور غالباً برای ذوب فلزات استفاده می‌گردید. براساسشواهد تاریخی یونانیان در ۱۵۰ سال قبل از میلاد مسیح توانستند کمپرسورهای فلزیبسازند که در آن از آلیاژهای برنزی استفاده شده بود. بهرحال در ساختار اینکمپرسورهاتا قرن هیجدهممیلادی پیشرفت چندانی صورت نگرفت تا اینکه یک مهندس انگلیسی به نام" J.Wilkison" کمپرسوری را طراحیکرد که شبیه کمپرسورهای امروزی بوده و سیلندر آن از چدن ریخته‌گری ساخته و ماشینکاری شده بود.
کمپرسورهای تناوبی عموماً برای دبی کم و فشار زیاد مورد استفاده قرار می‌گیرند. دبی گاز در این نوع کمپرسورها از مقادیر کم تا ۲۰۰۰m3/hrمی‌رسد و با آن می‌توان به فشارهای زیاد (تاbar۶۰۰) دست یافت. در نسبت‌های تراکم بالاتر از ۵/۱ در هر مرحله این کمپرسورها در مقایسه با سایر انواع کمپرسورها از راندمان بالاتری برخوردار می‌باشند. کمپرسورهای تناوبی اساساً جزء ماشین های با ظرفیت ثابت می‌باشند ولی در شرایط خاصی می‌‌توان ظرفیت آن را برحسب شرایط مورد نظر تغییر داد.

در کمپرسورهای پیستونی با حرکت پیستون به سمت عقب گاز به درون سیلندر وارد شده و فضای درون سیلندر را پر می‌کند. در حرکت رو به جلو، با اعمال نیرو از سوی پیستون گاز حبس شده در سیلندر متراکم می‌گردد. جهت سهولت در ورود و خروج گاز در سیلندر و ایجاد شرایط لازم برای تراکم آن در حرکت روبه جلوی پیستون، این کمپرسورها مجهز به سوپاپ‌های مکش و دهش می‌باشند. جهت شناخت مقدماتی عملکرد کمپرسورهای پیستونی می‌توان تلمبه‌های باد دستی را مورد بررسی قرار داد، چرا که این تلمبه‌ها ضمن سادگی در رفتار دارای تمامی مشخصه‌های یک کمپرسور پیستونی می‌باشند.
تلمبه‌ها شامل پیستون، سیلندر و سوپاپ های مکش و دهش بوده و نیروی محرکه لازم برای تراکم هوا توسط نیروی انسانی تأمین می‌گردد. سوپاپ دهش این کمپرسورها همان والو (Valve) لاستیک دو چرخه بوده که مانع از نشت هوا از لاستیک ( قسمت دهش) به دورن تلمبه در هنگام حرکت رو به عقب پیستون ( مرحله مکش) می‌گردد. سوپاپ مکش این تلمبه‌ها بر روی پیستون آن نصب گردیده است. این قطعه به صورت فنجانی شکل (Cup _ Shaped) بوده که از جنس چرم و یا مواد مشابه آن ساخته شده است.
در حالت مکش، در اثر حرکت رو به عقب پیستون، هوای جلوی پیستون منبسط شده و درون سیلندر خلاء ایجاد می‌شود. با توجه به اینکه هوای سمت بیرونی پیستون تحت فشار آتمسفر قرار دارد، همین امر باعث جداشدن قطعه چرمی از کناره سیلندر گردیده و هوا می‌تواند از این طریق وارد سیلندر شده و آن را پرنماید.
در حرکت رو به جلوی پیستون، با کاهش حجم گاز، فشار گاز درون سیلندر افزایش یافته و نیروی حاصل از آن بر روی قطعه چرمی اثر نموده و باعث چسبیدن آن به کناره پیستون گردیده و موجب آب‌بندی پیستون شده و مانع از نشت گاز از کناره پیستون به خارج می‌شود.
با تراکم گاز در سیلندر و افزایش فشار هوای حبس شده در آن، لحظه‌ای فرا می‌رسد که فشار درون سیلندر، از فشار درون تیوپ لاستیک بیشتر شده و باعث باز شدن سوپاپ لاستیک گردیده و هوای متراکم شده از درون سیلندر به داخل لاستیک فرستاده می‌شود. بدیهی است هرچه فشار درون لاستیک بیشتر باشد، سوپاپ آن دیرتر باز شده و انرژی بیشتری برای تراکم گاز و ارسال آن به داخل لاستیک مورد نیاز می‌باشد. به عبارت دیگر اگر مقاومتی در جلوی تلمبه نباشد و مستقیماً به آتمسفر متصل باشد، برای تخلیه گاز از درون تلمبه به انرژی ناچیزی نیاز خواهد بود.

کمپرسورهای اسکرو

در این کمپرسور ها دو روتور با پروفیل هایمتفاوت داخل یک اتاقک با جهت های متفاوت می چرخند .روتور اصلی ٨۵% تا ۹۰% انرژیدریافتی را به انرژی گرمایی و فشار تبدیل می کند. با چرخش مداوم روتورها هوای محبوسشده با کاهش حجم افزایش فشار می یابد . در تمام مراحل روغن وارد فضایبین پره ها می شود ( درنوع روانکاری با روغن ). این روغن وظیفه روان کاری و خنک کردن روتور ها را عهده داراست .
مرحله اول هوا به داخل قسمت روتورها کشیده می شود وفضای بین پره ها را پر می کند این قسمت مانند مرحله مکش در کمپرسور های پیستونی می باشد
مرحله دوم و سوم
هنگامی که هوا وارد قسمت فشرده سازی شد با چرخش روتورها حجم آن کم می شود و بنا بر این فشار افزایش می یابد. این کم شدن حجم تا قسمت تخلیه هوا ادامه می یابد تا فشار به مقدار دلخواه برسد
مرحله چهارم
هوای فشرده به بیرون کمپرسور جریان می یابد

نامگذاری و شناسایی گریس

محصولات روانکار دارای استانداردهای جهانی هستند تا کاربران بتوانند از مشخصات آنها آگاهی یافته و نوع مورد نیاز خود را انتخاب کنند. بطور مثال روغن SAE ۲۰W-۴۰ با سطح کیفیت API SE/CC نشان دهنده روانکار چند درجه ایست که قابل استفاده در هر دو فصل زمستان و تابستان است و می توان با مراجعه به ماخذ مربوطه اطلاعات کاملی از آنرا دریافت کرد. کاربران بیشتر با استانداردهای روغنها آشنایی دارند و تا کنون کمتر در خصوص گریس سخن به میان آمده است. بطور مثال آیا می دانیدKPE۳P-۴۰ معرّف چه نوع گریسی است؟ در این مقاله روش نام گذاری گریسها را بر اساس استاندارد DIN-۵۱۵۰۲ مورد بررسی قرار می دهیم.
نام گذاری گریس شامل۶ گروه اطلاعات است که با حروف و اعداد مختلف شناسایی می شوند. این۶ گروه از چپ به راست عبارتند از:
۱) نوع کاربرد گریس
۲) مواد افزودنی بکار رفته( در صورت استفاده)
۳) نوع روغنهای پایه سنتتیک(در صورت استفاده)
۴) گرید گریس
۵) حداکثر دمای مجاز عملیاتی
۶) حداقل دمای مجاز عملیاتی
اکنون به بررسی یکایک این گروهها خواهیم پرداخت.
اولین قسمت شامل معرفی نوع کاربرد گریس است. کدهای شناسایی و تعاریف آن در جدول شماره۱ آمده است. دومین قسمت شامل مواد افزودنی بکار رفته(در صورت استفاده) است. این فاکتور معرف مواد افزودنی است که در ساخت گریس مورد استفاده قرار گرفته است. زمانی که یک روانکار بصورت یک لایه نازک بین قطعات قرار می گیرد باعث سهولت لغزش آنها شده و ضمناً اجازه تماس آنها را به یکدیگر نمی دهد. اگر فشار مکانیکی وارده بر روی قطعات از حدی تجاوز کند، فیلم روانکار مابین آنها گسسته شده، قطعات با یکدیگر تماس مستقیم پیدا کرده و منجر به سایش و خرابی آنها می شود. در این حالت از مواد افزودنی تحمل فشار (EP=Extreme Pressure) استفاده می شود تا استقامت لایه روانکار را افزایش داده و در زمان کارکرد ما بین قطعات گسسته نشود. علامتهای بکار رفته معرف کاربرد آن(در صورت استفاده) و تعاریف آن طبق جدول شماره۲ است. این مواد می توانند بصورت مایع و یا جامد باشند.

سومین حروف شناسایی، نوع روغن سنتتیک بکار رفته برای ساخت گریس را در صورت استفاده مشخص می کند. کدهای شناسایی آن طبق جدول شماره۳ است.
چهارمین فاکتور شناسایی، گرید گریس است. در این استاندارد گرید گریس به۹ گروه طبقه بندی شده است. برای تعیین آن ابتدا گریس را در دمای۲۵ درجه سانتیگراد در دستگاه تعیین نفوذ قرار داده و میزان نفوذ مخروط استاندارد در آنرا بدست می آورند(عدد کارکرد).

سپس گریس را درون یک دستگاه مخصوص(ضربه زن) قرار داده و یک صفحه مشبک،۶۰ مرتبه در محفظه بسته آن با سرعت معین از بالا به پایین حرکت می کند. گریس مجبور است از درون روزنه های این صفحه عبور کرده و در نتیجه به بافت آن ضربه وارد می شود. سپس مخروط استاندارد را مجدداً در سطح آن توسط نیروی ثقل رها کرده و میزان نفوذ آنرا به دهم میلیمتر یادداشت می کنند(عدد کارکرد). با مراجعه به جدول استاندارد NLGI که در دو ستون تعریف شده، عدد سمت چپ میزان نفوذ مخروط استاندارد و عدد سمت راست گرید آن است.(جدول شماره۴). بطور مثال اگر میزان نفوذ۲۷۵ دهم میلیمتر درون گریس باشد، عدد سمت راست گرید۲ را مشخص می کند. هر طبقه دارای۳۰ فاصله و باگروه بعدی۱۵ واحد اختلاف دارد. اگر عدد بدست آمده بین این دوگروه باشد، گریس بدون گرید بوده و می بایستی بازسازی شود. مبنای تعیین گرید گریس، عدد کارکرد است و این عدد تنها برای بررسی و پیدا کردن برخی اطلاعات ساخت کاربرد دارد.
پنجمین فاکتور، شناسایی میزان حداکثر دمای قابل کاربرد گریس است. جدول آن دارای سه ستون است. اعداد ستونها از چپ به راست شامل کد حروف، حداکثر دمای کارکرد و سومین ستون شامل عملکرد گریس در مجاورت با آب است.(جدول شماره۵).
آخرین عدد بکار گرفته شده حداقل دمای قابل استفاده گریس را نشان می دهد. این جدول نیز دارای دو ستون است که در سمت چپ کد شناسایی و در ستون بعدی حداقل دمای کاربرد را نشان می دهد. (جدول شماره۶).

ساخت گریس با پایه لیتیم برای هواپیما

سال گذشته، مقاله آلن ویلیامز، از شرکت هواپیمایی ایرباس در خصوص استفاده از گریسهای پایه لیتیم برای کاربرد در بلبرینگ چرخهای هواپیما، در کنفرانس سالیانه انجمن روانکاران گریس در اروپا (ELGI) ارایه و به عنوان بهترین مقاله سال۲۰۰۶ برگزیده شد. ویلیامز با بیش از۳۰ سال تجربه در خصوص ساخت گریس در صنایع هوایی و دریایی موفق شده تا این نوع گریس را به علت کاربرد بهتر جایگزین گریسهای قبلی کند.
کاربرد روانکارهای مناسب در صنایع هوا فضا یکی از حساسترین مباحثی است که سازندگان گریس در جهان با آن مواجه هستند. ناکارآمدی روانکارها در این صنایع می تواند باعث یک مأموریت منجر به شکست و بروز خسارات جانی و مالی بسیار شود. در خصوص صنایع فضایی بیشترین خسارات، مالی است ولی این موضوع در بخش هواپیمایی علاوه برخسارات مالی می تواند ضایعات انسانی جبران ناپذیری را به وجود آورد.
چرخهای هواپیما، از قسمت هایی است که در زمان نشست و یا برخاست هواپیما نقشی کلیدی در ایمنی پرواز دارد. کارکرد ناقص این قسمت به ویژه در زمان نشستن یک هواپیما برروی زمین می تواند منجر به انحراف در مسیر باند، آتش سوزی سیستم محورهای چرخ ها و حتی از بین رفتن خود هواپیما شود.
برای توضیح بهتر، بیایید یک پرواز فرضی هواپیما را از مبدأ تا مقصد با شرایط بد اقلیمی مورد بررسی قرار دهیم. شرایط پرواز به این ترتیب است: دمای محیط۵۰ تا۶۰ درجه سانتیگراد ، فشار هوا ۱۴.۵ PSI (۱ BAR) . این هواپیما پس از کنترل تمام سیستمهای خود و تاکسی کردن به باند پرواز پس از برخاستن از زمین تا ارتفاع۱۱ کیلومتری اوج می گیرد. در این ارتفاع دمای محیط۷۰ درجه سانتیگراد زیرصفر و فشار هوا (۰.۲ BAR) ۳.۳ PSI است. با توجه به برودت و کاهش فشار هوا، افت کیفیت روانکارهای کاربردی در هواپیما بسیار محتمل است. پس از رسیدن به مقصد که می تواند در یکی از مناطق سردسیر باشد شرایط دمای هوا در زمان فرود بین۳۰- تا۴۰- درجه سانتیگراد و فشار هوا ۱ BAR ، سطح باند کاملاً مرطوب و لغزنده است که برای یخ نزدن آن از مواد ضد یخ استفاده شده است. وضعیت سیستمهای چرخها در زمان شروع پرواز به این شرح بوده است: دمای ترمزها در زمان تاکسی به سمت باند پرواز کمتر از۲۰۰ درجه سانتیگراد بوده و مقداری آب و رطوبت وارد سیستم ترمز شده است. در زمان پرواز پودر کربن متصاعد در لنت های ترمز وارد توپی چرخ می شود. در زمان نشستن دمای ترمز۶۰۰ تا۷۰۰ درجه سانتیگراد است. در اینجا مقدار زیادی آب همراه با مواد ضدیخ نیز ممکن است به درون این قسمت وارد شود. تمام این مواد به راحتی می تواند وارد گریسهای بلبرینگ چرخها شود و کیفیت آنرا کاهش دهد.
در صورت استفاده نکردن از گریس های مناسب و یا تعویض نکردن به موقع آنها، به علت وجود آلاینده های یاد شده همراه با تغییرات شدید دما، روانکاری بلبرینگ چرخها بخوبی انجام نمی شود که این امر می تواند به زنگ زدگی، شکستگی، سایش بیش از حد و مانند اینها منجر شود. این عوامل همچنین ممکن است خرابی سیستمهای ارابه فرود هواپیما را در پی داشته و خسارات جبران ناپذیری به وجود آورد.
در گذشته از گریسهایی با پایه پرکننده خاکهای کلی (Clay Based) برای بلبرینگ چرخهای هواپیما استفاده می شد. »آلن ویلیامز« تحقیقات خود را در خصوص ساخت گریسهای پایه لیتیم برای کاربرد در سیستم های ارابه فرود هواپیماهای مسافربری و نظامی انجام داده که این نوع گریس به علت کارایی ممتازتر، جایگزین انواع قبلی شده است. درگذشته عمر چرخهای هواپیما بین۲۰۰ تا۳۰۰ پرواز هواپیما بود. اما انتظار می رود با بهره گیری از گریس جدید، این تعداد پرواز به۷۵۰ مرتبه افزایش یابد. بطور متوسط چرخهای هواپیما بین۹ تا۱ ماه (بسته به نوع هواپیما) تعویض می شوند.
گریس جدید تحت استاندارد عمومی SAE AMS ۳۰۵۲ به ثبت رسیده و شرکتهای ایرباس با شماره AIMS۰۹-۰۶-۰۰۲ ۱۲ و بوئینگ با شماره BMS۳- ۳۳B آنرا مورد استفاده قرار می دهند. نقطه افت این گریس۲۵۰ درجه سانتیگراد بوده و دیگر مزایای مهم آن حفاظت بیشتر در مقابل خطرات آتش سوزی، مقاومت بیشتر در مقابل آب و حفاظت بهتر قطعات در مقابل اکسیداسیون است. تاکنون بیش از۲ هزار فروند هواپیمای تجاری و نظامی این گریس را جایگزین گریسهای قبلی کرده اند و استفاده از آن در سایر قسمتهای هواپیما نیز رواج یافته است

فرایند تولید و مصارف گریس

یکی از مهمترین روانکارهایی که در اکثر صنایع مورد استفاده قرار می گیرد، گریس است. این ماده بعد از روغنها بیشترین مصرف را در جهان( در حدود چهار درصد) به خود اختصاص می دهد. شاید بتوان گفت که بدون استفاده از این روانکار چرخ اقتصاد هیچ کشوری به گردش در نخواهد آمد. فرمولاسیون، ساخت، واکنشها و کاربرد گریس مجموعه کاملی از تکنولوژیهای گوناگون شامل بخشهای وسیعی از علم فیزیک، شیمی و مهندسی شیمی را به خود اختصاص می دهد. برای شناخت کامل از این روانکار، به بررسیهای بسیار دقیقی نیاز است. همزمان با ساخت ماشین آلات و تجهیزات جدید که در مقایسه با گذشته دارای سرعت، شرایط سخت کارکرد، تغییرات دما و مزیت های دیگری هستند، تهیه روانکارهای جدید ویژه ماشین آلات امروزی نیز ضروری می نماید. از این رو شناخت کامل از ساختار و فرایند تهیه گریس های جدید اهمیتی دو چندان می یابد.
در طول سالیان متوالی و پس از کسب تجربیات فراوان، دانش بسیاری در خصوص ساختار گریس بدست آمده است. اخیراً با استفاده از ابزارهای پیشرفته مانند میکروسکوپ های الکترونیکی و با گرفتن فیلمهای مخصوص و استفاده از اشعه X، موارد بسیاری در خصوص ساختار گریس مشخص شده است. با کسب این دستاوردها، مطالعه برروی ساختار صابونها و نحوه ترکیب آن با روغن و کریستال شدن صابون در روغن با امکانات بیشتری میسّر بوده است.
● تعریف گریس
تاکنون تعاریف متعددی برای گریس ارایه شده که عمده ترین آنها را می توان به این شرح خلاصه کرد:
۱) گریس ماده ای است جامد یا نیمه جامد که از مشتقات نفتی و صابون(با ترکیب چند صابون) همراه با پرکننده (fillers)، تشکیل شده و قابل کاربری برای مصارف خاص است.
۲) گریس ماده ای است جامد و یا نیمه جامد که از ترکیب یک پرکننده در داخل روغن ساخته شده است، سایر مواد (برای افزایش خاصیت) نیز ممکن است در آن بکار گرفته شود.
۳) گریس ماده روانکاری است که در ساختار آن از پرکننده استفاده شده تا بتواند به قطعات متحرک چسبیده و تحت نیروی جاذبه و یا فشار کارکرد از قطعه جدا نشود.
● ساختار
گریس ماده ای است ژلاتینی بصورت جامد و یا نیمه جامد که از یک ماده روانساز(روغنهای معدنی یا سنتتیک) و یک پرکننده (thickener) معدنی یا آلی، تشکیل یافته است. این ماده در جایی مورد استفاده قرار می گیرد که نتوان از روانکارهای دیگر با غلظت کم(روغنها) استفاده کرد. چرخ دنده های صنعتی، یاتاقان های بزرگ، فلکه ها و نظایر آن از جمله کاربردهای گریس هستند. این ماده مانند روغنها برای به حداقل رساندن اصطکاک بین دو قطعه مورد استفاده قرار می گیرد. از مهمترین مزایای کاربرد گریس می توان به کاهش دفعات روانکاری، سهولت استفاده، جلوگیری از ضربه چکشی به قطعات در زمان کارکرد و چسبندگی بهتر اشاره کرد.
● پایه صابونی
انواع گریس را با پایه صابونی آن نامگذاری می کنند. در زمان پخت، الیاف و یا رشته های صابونی(Fibers) در داخل روغن تشکیل شده و حالت ژلاتینی به آن می دهد. این الیاف به چند گروه طبقه بندی شده اند: الیاف کوتاه، بلند، کره ای و یا ریش ریش. طول آنها در ساختار رشته ای از یک تا صد میکرون متفاوت است. در نوع بافت کره ای قطر آنها از۰/۰۱۲ تا۰/۸ میکرون اندازه گیری شده است. برای مطالعه برروی ساختار گریس از میکروسکوپ الکترونیکی و فیلمبرداری اشعه ایکس و نور پلاریزه استفاده می شود. هرچه نسبت طول الیاف به قطر آن بیشتر باشد، گریس قوام بهتری دارد. پخت گریس نیاز به تجربه طولانی و مهارتهای خاص دارد.
پرکننده های گریس پرشمارند ولی مهمترین آنها از این قرارند:
▪ صابون کلسیم(گریسهای کاپ، شاسی)
▪ صابون سدیم(RBB ، فایبر یا نام تجاری آن والوالین)
▪ صابون لیتیم(مالتی، ماهان)
▪ صابون غیرآلی(گریس نسوز، بنتون)
▪ صابون آلومینیوم
برای کارکرد در شرایط سخت نیز می توان از مواد بالا برنده مقاومت در فشار استفاده کرد.
● کاربرد و اهمیت استفاده از گریس
بسیاری از نیروهای محرکه بدون استفاده از گریس قابل استفاده نیستند. گرچه گریس در مقایسه با سایر روانکارها از مقدار مصرف کمتری برخوردار است، ولی جایگاه آن قابل جایگزینی با مواد دیگر نیست. اهم مزیت های کاربردی آنرا می توان به این شرح خلاصه کرد:
۱) تعداد دفعات روانکاری گریس در مقایسه با روغن کمتر است که این مزیت باعث کاهش هزینه نگهداری و تعمیرات می شود. این خود یک مزیت برای کاربردهایی است که دسترسی به ماشین آلات در آن سخت باشد، مثل موتورهای نصب شده برروی سقف ها، خطوط محرکه، بلبرینگهای غیرقابل دسترسی و نظایر آن.
۲) گریس به عنوان یک مانع به صورت آببندی برای ورود گرد و خاک و یا خروج برخی مواد از ماشین آلات عمل می کند.
۳) اگر ماشین آلات به درستی گریس کاری شده باشند، اجزای قطعات آن در اثر کارکرد از هم پاشیده و جدا نمی شوند. گریس نشت نمی کند و از این جهت در بحث شرایط نگهداری کارگاه و تولید آلودگی کمتر، حائز اهمیت است.
۴) آببندی قطعات و کاربرد کاسه نمدها و نظایر آن با هزینه کمتری انجام می شود. کاسه نمدهای آببندی روغن هم اصطکاک بیشتری با قطعات داشته و هم نیروی بیشتری را برای این منظور به خود اختصاص می دهد.
۵) گریس اگر حتی در قطعه دیده نشود، باز در مقایسه با روغن روانکار مدت بیشتری کار می کند. برخی گریس ها طوری ساخته شده اند که بصورت آببندی در قطعه بوده و طول عمر آن با قطعه یکی است.
۶) زمانیکه از قطعه استفاده نشود و روانکار آن خارج شود امکان زنگ زدگی قطعه ای که از گریس استفاده کرده در مقایسه با روغن بسیار کمتر است.
۷) برخی از گریسها مشکل روانکاری در مجاورت با آب را - در مقایسه با روغن- حل کرده اند.
۸) بعضی از گریسها اصطکاک کمتری را در زمان شروع راه اندازی دستگاه ایجاد می کند.
۹) گریس می تواند باعث کاهش ارتعاش و صدای برخی دستگاهها مانند دنده های بزرگ شود. گریس مانند یک لایه نرم بین قطعات قرار گرفته و باعث کاهش صدا و ارتعاش و کارکرد روان دستگاهها، به ویژه چرخ دنده های بزرگ می شود.
۱۰) گریس در کارکرد تحت فشار زیاد، دمای بالا، شرایط سخت عملیات، سرعت پایین، شوکهای مداوم و یاتاقانهایی که گردش محوری آنها مرتباً معکوس می شود، بهتر عمل می کند.
۱۱) جایی که ماشین آلات به شدت خوردگی و سایش داشته باشند، گریس کاربرد بهتری دارد.
۱۲) اکثر گریسها در دماهای متغیر کاربرد وسیعی دارند ولی دمای کارکرد بیشتر روغنها معین است.
۱۳) در طراحی بوشها و یاتاقانهای ماشین آلات، گریس نقش مؤثرتری نسبت به روغن دارد.
● مقایسه کاربرد گریس با روغن
۱) گریس دستگاهها را در زمان کارکرد خنک نمی کند.
۲) روغنها به سهولت در مجاری دستگاهها نفوذ پیدا می کنند ولی این برای گریسها یک نقطه ضعف است.
۳) روغنها از نظر نگهداری در انبار مزایای بیشتری دارند.
● طبقه بندی گریس (گرید)
گریس از نظر طبقه بندی به۹ گروه (گرید) تقسیم بندی شده است. این تقسیم بندی براساس درجه نفوذ پذیری نسبی از قوام گریس صورت گرفته است

استفاده از روش مافوق صوت

ادوارد مانت ـ عضو شرکت Ultrawave ـ زمینه‌ساز استفاده از طرح اولتراسونیک (Ultrasonic) برای تمیز کردن فیلترهای روغن در شناورها است.
از زمانی‌که موتورهای پیشرفته دیزل در کشتی‌ها و قایق‌ها به‌کار گرفته شده‌اند، تمام موتورها به منظور اطمینان از تمیزماندن روغن و عدم آلودگی روغن به آب دریا و براده فلزات، مجهز به تمیزکننده‌های فیلتر روغن شده‌اند.
از آنجا که تکنولوژی ساخت موتورها پیشرفت کرده است، فیلترها نیز به‌طور همزمان دگرگون شده‌اند. به این ترتیب عناصر جداساز کاغذی، امروزه راهی برای جداسازی ذرات ریز فلز به‌شمار می‌روند که به‌راحتی می‌توان آنها را برداشت و تمیز کرد. واضح است که این روش به لحاظ اقتصادی به‌دلیل تعویض اجزاء با قابلیت تمیز شدن و استفاده مجدد به صرفه است. ولی استفاده از این روش این سئوال را در ذهن ایجاد می‌کند که بهترین راه تمیز کردن فیلتر کدام است؟ روش عملی استاندارد برای تمیز کردن فیلترها از ذرات ریز، روش دستی (Manual) است. اما این روش وقت‌گیر و اجراء آن با مشکلاتی همراه است و سبب تخلیه مکرر منابع روغن می‌شود. در این میان روش دیگری نیز وجود دارد که چشم‌انداز جدیدی از این عملکرد را پیش روی دست‌اندرکاران قرار می‌دهد که به روش اولتراسونیک (مافوق صوت) معروف است.
● حفره‌زدائی با امواج صوتی
تمیز کردن فیلترهای روغن با روش اولتراسونیک استفاده از امواج با فرکانس بالا است که این امواج با فرکانس بالا است که این امواج از میان یک مایع واسطه تمیزکننده عبور می‌کند تا فرآیندی به نام حباب‌زائی (Cavitation) را شکل دهد.
امواج صوتی با عبور جریان الکتریکی از تعدادی پیزوسرامیک به‌وجود می‌آید. این پیزوسرامیک‌ها به‌صورت سری روی پایه مخزن اولتراسونیک قرار گرفته‌اند. عبور جریان الکتریکی از این اجزاء کریستالی موجب می‌شود تا آنها ۴۰ هزار بار در ثانیه مرتعش شوند. به این ترتیب انرژی الکتریکی به انرژی صوتی تبدیل می‌شود. سپس امواج ساطع شده فوق از میان مخزن محتوی محلول تمیزکننده عبور می‌کند. امواج صوتی باعث تراکم مولکول‌های آب می‌شوند که این امر منجر به تولید حباب‌هائی می‌شود که به سمت بالا حرکت می‌کنند. این حباب‌ها به بالا رفتن خود ادامه می‌دهند تا جائی‌که قادر به حفظ تراکم خود نباشند و از داخل می‌ترکند. با ترکیدن حباب‌ها، سیال احاطه‌کنده به سمت فضای خالی ایجاد شده هجوم برده و عمل تمیز کردن را انجام می‌دهد که به‌طور مؤثری مانند میلیون‌ها برس تمیزکننده میکروسکوپی عمل می‌کنند. عملکرد فوق، فرآیند حباب‌زائی امواج اولتراسونیک نامیده می‌شود. هر جائی‌که سیال وجود داشته باشد به‌دلیل حباب‌زائی، عمل تمیزکردن نیز انجام می‌شود. این عملکرد همانند عملکرد برای سطوح خارجی تماس، برای عمیق‌ترین قسمت‌ها و کوچک‌ترین کانال‌های توری‌دار نیز انجام‌پذیر است. به این ترتیب هیچ اثری از براده فلزات و ذرات معلق روغن روی فیلتر نخواهد ماند و فیلتر به‌طور کامل از آلودگی پاک می‌شود.
● چاره‌اندیشی اخیر
فن‌آوری اولتراسونیک بدون شک فرآیند جدیدی است که چند دهه از شکل گرفتن آن می‌گذرد، اما به تازگی از این فن‌آوری به‌عنوان یک راه‌حل خوب برای پاک‌کردن فیلتر روغن استفاده می‌شود. Cardiff یکی از شرکت‌هائی بود که به استفاده از این کاوش نائل شد.
در سال ۲۰۰۳ میلادی تعدادی از این دستگاه‌ها به منظور انجام فرآیند تمیزکردن از Ultrawave خریداری شدند. این دستگاه‌ها روی ناوگان دریائی بعضی از شرکت‌ها نصب شدند. نتایج حاصله حیرت‌انگیز بود. پیش از نصب دستگاه‌های اولتراسونیک قطعات فیلترها هر ۴ تا ۵ ساعت احتیاج به تمیزشدن داشتند ولی با نصب این دستگاه‌ها این مشکل حل شد.
هنگامی‌که تمیزکننده‌های اولتراسونیک عملاً وارد بازار تجاری شدند، فاصله زمانی برای انجام تصفیه روغن نزدیک به ۵ برابر زمان معمول برای مدت زمان کاری ۲۰ ساعته کاهش یافت. تصفیه‌کننده‌های اولتراسونیک تمام ذرات خارجی موجود در سیال را جدا می‌کنند. این جداسازی در قسمت‌هائی که دسترسی به آنها (در حالت تمیز کردن دستی) سخت است، نیز انجام می‌شود.
● بازاریابی منابع
نوع‌آوری در تصفیه روغن‌ها برای شرکت Graig سود هنگفتی را در بر داشت. اگر تمام آنچه که در تصفیه روغن به آن احساس نیاز می‌شود جداساز ناخالصی‌ها باشد، تعداد فاکتورهای مجاز در تصفیه روغن می‌توانستند به‌طور عمده‌ای کاهش یابند، در نتیجه با قرار دادن اجزاء در تمیزکننده اولتراسونیک و برداشت آن بعد از یک سیکل ۱۰ دقیقه‌ای، جزء مربوطه می‌توانست به منظور استفاده مجدد در مجموعه فیلتر قرار گیرد. این مزیت به کارکنان موتورخانه اجازه می‌دهد تا به سایر وظایف‌شان در موتورخانه بپردازند.
Phillip Atkinson مشاور فنی شرکت Graig می‌گوید ”شکی وجود ندارد که استفاده از مخازن تمیزکننده اولتراسونیک در محصولات فیلترهای روغن‌ها باعث کاهش تکرار در تمیزکاری به روال معمول شده است. بنا به نتایج عالی که از این روش به‌دست آورده‌ایم، این روش جداسازی را اکیداً به صاحبان صنایع توصیه می‌کنیم.“ امواج صوتی حمام‌های اولتراسونیک را برای تمام صنایع با چشم‌انداز ۱۵ ساله به‌وجود می‌آورده‌اند. این حمام‌ها محدوده حجمی ۵/۴ تا ۸۰ لیتر را جهت تصفیه ارائه می‌دهند. می‌توان با استفاده از روش تبادل حرارت از این دستگاه‌ها برای تمیزکردن نیز سود جست. این دستگاه‌ها در طرح‌های مختلفی ساخته شده‌اند که از آن جمله ”طرح کنترل دیجیتال“ است. در طرح کنترل دیجیتال از یک دکمه فشاری برای اجراء عملیات استفاده شده است. شرکت سازنده برای اجراء روند جداسازی، پاک‌کننده‌هائی با فرمول مخصوص را نیز تهیه کرده است

تحلیلی از قانون دوم ترمودینامیک

● آیاقانون دوم ترمودینامیک حکمی عام ومسلم ازاعیان خارجی و منافی اراده آزاد است؟
قانون دوم ترمودینامیک متضمن این مفهوم استکه یک فرایند فقط در یک جهت معین پیش می رود و در جهت خلاف آن قابل وقوع نیست.
این محدودیت برای جهت وقوع یک فرایند, مختصه قانون دوم است.اگرسیکلی متناقض با قانون اول ترمودینامیک نباشد,دلیلی براین نیست که آن سیکل حتماً اتفاق می افتد. همین امر منجر به تنظیم قانون دوم ترمودینامیک شده است.
دو بیان کلاسیک از قانون دوم ترمودینامیک وجود دارد که هر دو بیانگر یک مفهوم اساسی هستند:
۱) بیان کلوین
پلانکو بیان کلازیوس
۲) بیان کلوین
پلانک بر پایه توضیح عملکرد موتورهای حرارتی است وبیان می دارد که غیرممکن است وسیله ای بسازیم که در یک سیکل عمل کند و در عین حال که با یک مخزن تبادل حرارت دارد اثری بجز صعود وزنه داشته باشد.
این بیان از قانون دوم ترمودینامیک در بر گیرنده این مضمون است که غیر ممکن است که یک موتور حرارتی مقدار مشخصی حرارت را از جسم درجه حرارت بالا دریافت کند و همان مقدار نیز کار انجام دهد. بیان کلازیوس نیز یک بیان منفی است و اعلام می دارد که غیر ممکن است وسیله ای بسازیم که در یک سیکل عمل کند و تنها اثر آن انتقال حرارت از جسم سردتر به جسم گرمتر باشد. این بیان بر پایه توضیح عملکرد پمپهای حرارتی می باشد و دربرگیرنده این مفهوم است کهنمی توان یخچالی ساخت که بدون کار ورودی عمل کند.
هر دو بیان کلاسیک از قانون دوم ترمودینامیک نوعاً بیانهای منفی هستند و اثبات بیان منفی ناممکن است. درباره قانون دوم ترمودینامیک گفته می شود"هر آزمایش مربوطی که صورت گرفته به طور مستقیم یا غیرمستقیم &#۶۵۲۵۲;&#۶۵۱۵۸;ید قانون دوم بوده و هیچ آزمایشی منجر به نقض قانون دوم نشده است. همانگونه که ذکر شد تنها گواه ما بر صحت قانون دوم ترمودینامیک آزمایشات گوناگونی است که همگی درستی این قانون را &#۶۵۱۷۶;&#۶۵۱۵۶;یید می کنند.
با این همه در ترمودینامیک کلاسیک سعی می کنند نشان دهند که اثبات معادل بودن دو بیان کلوین- پلانک و کلازیوس دلیلی بر صحت قانون دوم ترمودینامیک است. در حالیکه این امر درستی قانون دوم را اثبات نمی کند. در اثبات اینکه دو بیان فوق الذکر معادل یکدیگرند از یک مدل منطقی بهره جسته می شود که می گوید: " دو بیان, معادل هستند اگر صحت هر بیان منجر به صحت بیان دیگر گرددو اگر نقض هر بیان باعث نقض بیان دیگر شود."
در ترمودینامیک کلاسیک ,برای اثبات معادل بودن دو بیان کلوین- پلانک و کلازیوسبا نشان داده می شود که نقض بیان کلازیوس منجر به نقض بیان کلوین- پلانک می شود. وسیله ناقض بیان کلازیوس یک پمپ حرارتی است که نیازی به کار ندارد.
به دلیل اینکه انتقال حرارت خالص با منبع درجه حرارت پایین وجود ندارد پس پمپ حرارتی و موتور حرارتی و منبع درجه حرارت بالا مشتمل بر یک سیکل ترمودینامیکی است اما فقط با یک مخزن تبادل حرارت داردبنابراین نتیجه می شود کهناقضبیان کلوین- پلانک می باشد. و گفته می شود تساوی کامل این دو بیان هنگامی اثبات می شود که نقض بیان کلوین- پلانک نیز موجب نقض بیان کلازیوس بشود.
با این وصف باید بپذیریم که دو بیان فوق, منتج از یکدیگر هستند. " در اثبات معادل بودن چند گزاره اگر عبارتی بصورت B ↔A بیان شده باشد آنگاه B نتیجه A است و A هم نتیجه B, بعبارت دیگر AوB معادل یکدیگر هستند, بالعکس اگر A وBمعادل یکدیگرباشند,هریک از آنها نتیجه دیگری است."معادل بودن دو بیان کلوین- پلانک و کلازیوس را می توان با استفاده از قانون لایب نیتس نشان داد که می گوید: اگر Aو Bیکسان و همانند باشند باید تمام ویژگیها و خاصه های آنها نیز یکسان باشد.از اصل لایب نیتسگاهی به عنوان اصلنامتمایز بودن همانها indescernibility ofidenticals))یاد می شود.
در واقع این اصل منطقی بیان می دارد که " اگر یک ویژگی یافت شود که A آن را داراست اما B فاقد آن است بنابراین A وBموجودیتهای مجزایی خواهند بود." دو بیان کلازیوس و کلوین- پلانک معادل یکدیگرند زیرا که هر دو متضمن این ویژگی هستند که ساخت یک ماشین حرکت دائمی Perpetualmovementmachine))ممکن نمی باشد.
روشهای اثبات منطقی در بسیاری از قضایای ترمودینامیک بر پایهء آزمایشهای ذهنی می باشد. نظیر اثبات قضایای کارایی سیکل کارنو که در آن نخست فرضی را مطرح کرده و سپس نشان داده می شود که آن فرض به نتایج غیرممکن می انجامد و چون روش استدلال در این آزمایش ذهنی نوعاً درست بوده تنها حالت ممکن این است که فرض اولیه نادرست باشد.
● نامساوی کلازیوسوقانون دوم ترمودینامیک
اغلب گفته می شود که نامساوی کلازیوس لازمه قانون دوم ترمودینامیک است. نامساوی کلازیوس را با بررسی سیکل موتور حرارتی و یخچال اثبات می کنند. اما با التفات به اثبات نامساوی کلازیوس باید بپرسیم که چگونه نامساوی کلازیوس لازمه قانون دوم است در حالیکه طی مراحل آن از قانون دوم مستثنی نیست و در روند اثبات آن مدام بهقانون دوم استناد می شود؟
در اینجا نامساوی کلازیوس,صحت خود را از درستی ازپیش معلوم فرض شدهء قانون دوم وام می گیرد"هر دلیلی که در دفاع از فرضیه ای اقامه می کنیم باید غیر از نتیجه و مستقل از آن باشد. اگر تنها گواه صدق ما خود نتیجه باشد استنتاج مشتمل بر دور و لذا کاملاً نارضایت بخش خواهد بود." گواه صدق نامساوی کلازیوس نیز قانون دوم است بنابراین نامساوی کلازیوس نمی تواند لازمه قانون دوم ترمودینامیک باشد.
● نتایج فلسفی قانون دوم ترمودینامیک
همانطور که قانون اول ترمودینامیک منجر به تنظیم خاصیتی به نام انرژی شد قانون دوم ترمودینامیک به ابداع مفهوم مجردی به نام آنتروپی(Entropy) می انجامد. این قانون ازاهمیت فلسفی فوق العاده ای برخورداراست و همیشه نظریات و مباحثات گوناگونی پیرامون آن در گرفته است. قانون دوم را عده ای به عنوان دلیلی بر وجود خدا بسیار با ارزش تلقی کرده اند(خدایی که جهان را در حالت کمترین آنتروپی آفرید و از آن پس جهان مدام از این حالت دورتر می شود و رو به تباهی می رود).
اما برعکس عده ای هم آنرا به دلیل ناسازگاری با ماتریالیسم دیالکتیک ونفی کمال پذیری وضعیت انسان مردود دانسته اند.آنتروپی معیاری برای بی نظمی یک سیستم است. هرقدر نظم ساختاری و عملکردییک سیستم کمتر باشد گفته می شود آنتروپی آن بیشتر است. طبق قانون دوم ترمودینامیک هر فعالیت طبیعی موجب افزایش آنتروپیمی شود و جهت و گرایش طبیعت نیز به سوی بی نظمی است.
"اوراق منظمی که پشت سر هم چیده شده اند یا کتابهایی که بطور مرتب در قفسهء کتابخانه قرار دارند ,اگر کوششی در جهت برقراری نظم آنها انجام نگیرد و مثلاً اهمیتی داده نشود تا هر کتاب برداشته شده باز به جای اولیه اش برگردانده شود بی نظمی یا به عبارتی آنتروپی آن روز به روز بیشتر خواهد شد". شاید به نظر برسد که در طبیعت فرایندهایی هم هست که در آنها از یک حالت بی نظم به یک حالت منظم برسیم.
مثلافرایند ساختن ساختمان عبارتست از نظم دادن به مقداری آجر خاکسیمان و آهن پراکندهو بی نظم واینطور برداشت شود که چنین فرایندهایی در جهت افزایش نظم و به تبع آن کاهش آنتروپی پیش می رود. اما باید گفت که قانون دوم ترمودینامیک یک سیستم را مجزا از محیط در نظر نمی گیرد.
آنچه افزایش می یابد آنتروپی کل است شامل محیط و سیستم. ممکن است در بخشهایی از سیستم شاهد کاهش آنتروپیودر نتیجه افزایش نظم باشیم اما بی تردید در جایی دیگر با افزایش بیشتری در میزان بی نظمی روبرو خواهیم بود. "می توان نشان داد که تمرکز نظم در یک نقطه به قیمت افزایش بی نظمی در نقطه ای دیگر است.آنچه از تئوری و آزمایشات بر می آیند نشان می دهند که در کل هر سیستم مقدار افزایش بی نظمی بیشتر از کاهش آن است و از این رو مجموعاً در هر فرایندی مقدار بی نظمی(آنتروپی) زیاد می گردد."
در یک تحلیل آماری می توان به این نتیجه رسید که همواره تعداد حالات بی نظم یک سیستم بسیار پرشمارتر از حالات منظم آن هستند.
"تکه های یک عکس را درون یک جعبه در نظر بگیرید. این تکه ها در یک و تنها یک آرایش تصویری کامل می سازند. از سویی دیگر آرایشهای بسیار زیادی هستند که تصویرچیزی را درست نمی کنند و تکه های عکس در حالت بی نظمی به سر می برند.
هر چه جعبه را بیشتر تکان بدهیم تعداد آرایشهای درهمو برهم که بیانگر هیچ تصویری نباشند بیشتر می گردد. از دیدگاه آماری احتمال اینکه یک فرایند در جهتکاهش آنتروپی پیش رود صفر نیست. به بیان دیگر امکان بروز چنین حالتیبه قدری کم است که گویی غیر ممکن است. اما نمی توان صراحتاً گفت که هیچ امکانی برای آن متصور نیست.
جعبه ای را که حاوی یک گاز و در تعادل ترمودینامیکی است در نظر می گیریم. طبق تعریف, گاز موجود در جعبه حداکثر آنتروپی ممکن را خواهد داشت. نظر به اینکه همه مولکولها به طور مداوم در حرکتند احتمال اینکه مولکولهای هوا به شکل خاصی قرار بگیرند و مثلا همه در یک گوشه جعبه متمرکز شوند وجود دارد ولی این احتمال فوق العاده کم است.
یعنی از میلیارد میلیارد حالتی که این مولکولها می توانند داشته باشند تنها یک حالت ممکن است آن حالت منظم مورد نظر ما باشد که آنتروپی کمتری دارداحتمال چنین اتفاقی تقریباً صفر است. واقعیت این استکه از نظر ریاضی این امکان وجود دارد که چنان آرایش منظمی اتفاق بیفتد ولی احتمال آن فوق العاده کوچک است.
● افزایش بی نظمی و مرگ حرارتی(Heat death)
یکی از تعابیری که با اعمال قانون دوم ترمودینامیک به کل جهان به دست می آید این است که جهان در آغاز پیدایش, آنتروپی مشخصی داشته است ولی مقدار آن رفته رفته افزایش پیدا کرده است.این افزایش آنتروپی تا جایی ادامه پیدا می کند که جهان به حالت تعادل ترمودینامیکی برسد. آنگاه از فعالیت باز خواهد ماند و هیچ اتفاقی در آن به وقوع نخواهد پیوست و به اصطلاح خواهد مرد.
این فرایند به مرگ حرارتی (Heat death) جهان معروف است. چنین استدلال می شود که "با فرض اینکه جهان در آغاز خلقت در یکحالت کاملاً نامنظم و هرج و مرج کامل و تعادل ترمودینامیکی بوده باشد احتمال اینکه به طور اتفاقییک جهان منظم ایجاد شده باشد فوق العاده کم است. پس باید خالقیباشد که علاوه بر خلق همان جهان نامنظم آغازین, یکی از میلیاردها میلیارد حالت را برگزیند تا جهانی منظم مانند آنچه ما شاهدش هستیم به وجود آید." نظریات مخالفی هم وجود دارد که بیان می دارند جهان می توانست در یک مدت طولانی در حالت تعادل ترمودینامیکی باقی بماند.
در چنان وضعیتی بالاخره لحظه ای می رسید که در گوشه ای به طور اتفاقی نظم به وجود بیاید. "اگرمدت ماندن جهان در حالت تعادل ترمودینامیکی واقعاً بلند باشد احتمال آن افزایش می یابد. خصوصاً اگر جهان را ازلی بدانیم دیگرمشکلی ازنظر زمان طولانی نخواهیم داشت. یکی از مشهورترین افرادی که وجود خالقی برای نظم دادن را لازم نمی بیند فیزیکدان مشهور آلمانی بولتزمن(boltzmann) است.
"جهت افزایش بی نظمی به بیانی همان پیکان زمان است کهفقط در یک سو جریان دارد. یعنی تغییرحالت سیستم از یک حالت کم احتمال به یک حالت پر احتمال.دیدگاههایی که به پایان جهان در حالت تعادل ترمودینامیکی و بی نظمی حداکثر معتقدند ابراز می دارند که چون جهان به سوی بی نظمی و هرج و مرج می رود و مقدار بی نظمی آن روز به روز افزایش می یابد پس به همین دلیل می توان پیش بینی کرد که جهان هستی روزی به یک مقدار ماکزیمم در بی نظمی رسیده و فرو می پاشد.
این تعبیر طرفداران بی شماری دارد زیرا پیش بینی فرجام محتوم جهان خلقت در حالت مرگ و زوال مستلزم این است که جهانهستی, ازلی و بی آغاز نبوده بنابراین آغاز و آفرینشی در کار بوده و بدین ترتیب از این امر, وجود خدا را استنتاج می کنند. در اینجا لازم است پدیدهء مرگ و زوال از دیدگاه ترمودینامیکی تبیین شود."از جمله تواناییهای جالب تمام موجودات زنده خودساختاردهی است.
بدین معنی که ما برای ادامه زندگی, مدام به نظم دادن به ساختارهای بی نظم خود می پردازیم"البته این فرایند مستلزم صرف انرژی و در نتیجه افزایش ناخواسته آنتروپی و میزان بی نظمی ساختارمان است. موجودات زنده برای زنده ماندن به تغذیه و تنفس نیاز دارند. "مواد غذایی ساختاری پیچیده و منظم دارند و آنتروپیآنها پایین است.
هر سیستمی که آنتروپی پایینی داشته باشدانرژی متمرکز یا مفید بیشتری دارد و لذا انرژی مفید مواد غذایی بالاست.و این مهمترین مشخصه آنهاست. بنابراین تغذیه و تنفس برای یک موجود زنده عبارتست از وارد کردن مواد کم آنتروپی به بدن و در نهایت پایین آوردن آنتروپی کل و طولانی کردن عمر" از این رو زمانی که موجود زنده ای در ارتباط با محیط نباشد زمان زیادی طول نمی کشد که کلیه حرکاتش تحت &#۶۵۱۷۶;&#۶۵۱۵۶;ثیر اصطکاک و سایر عوامل برگشت ناپذیری که به افزایش آنتروپی می انجامند متوقف شده توزیع دما در سرتاسر بدن موجود زنده یکنواخت گردد و در ادامه موجود زنده به یک تعادل ترمودینامیکی برسد که مرگ خوانده می شود.
ما برای ادامه دادن به حیات خود, سعی می کنیم سرعت رسیدن به تعادل ترمودینامیکی را کندتر کنیم و اجازه ندهیم تا آنتروپی و بی نظمی بدن مانبه مقدار ماکزیمم خود برسد.اما همواره مقدار انرژی مصرفی بدن موجود زنده, بیشترازانرژی کسب شده آن است و در نتیجه بی نظمی یک سیستم زنده بی تردید به یک مقدار حداکثری می رسد.
مانند تمام رویدادهای طبیعت که با افزایش آنتروپی همراهند, آنتروپی موجود زنده نیز به دلیل خودساختاردهی (که برای کند کردن روند رسیدن به تعادل صورت می گیرد) مدام درحال افزایش است.بنابراین مرگ, همان رسیدن به حالت تعادل ترمودینامیکی یا مقدار ماکزیمم بی نظمی برای بدن موجود زنده است.
● چند مغالطه در استنتاج امتناع حیات جاودانه جهان
اما استدلال کسانی که مرگ جهان و رسیدن آن به حداکثر آنتروپی را از اصل افزایش آنتروپی استنتاج کرده اند در برگیرندهء چند مغالطهء آشکار است. اولین آن مغالطه" تعویض وجه با کنه" یا "چهره با کل" (مغالطهء هیچ نیست بجز,nothing but) است. بدین معنی که گفته نمی شود کدام وجه جهان در جهت نابودی و فروپاشی پیش می رود. و مثلاً آیا این امر برای وجوه دیگر جهان مثلا تنوع گونه های زیستی هم صادق است یا خیر.
آیا کل جهان را می توان بعنوان یک سیستم در نظر گرفت ؟آیا مجموعه همه سیستمها خود یک سیستم است؟ (می دانیم که چنین نیست مثلا مجموعه چند حرف کنار یکدیگر, دیگر حرف نیست بلکه کلمه است). چگونه می توانیم همان قواعدی را که برای اجزا به کار می بریم برای کل نیزاستفاده کنیم؟ آیا مجاز به چنین استنتاجی از مشاهده وضع کنونی جهان و اصل افزایش آنتروپی میباشیم؟
قطعاً پاسخ به چنین پیشگویی قاطعانه ای از فرجام جهان, منفی است. در چنین جهانی هیچ جایی برای ارادهء آزاد باقی نمی ماند و هر چیزی از پیش تعیین شده خواهد بود. اما در نظر گرفتن مساله فوق با همان مغالطه تعویض وجه با کنهنیز "مستلزم این نخواهد بود که مقدار آنتروپی هیچگونه حد کمترین یا بیشترینی داشته باشد و مقدار آنتروپی می تواند تا بی نهایت ادامه پیدا کند و هیچ مقدار حداکثری هم نداشته باشد" با این تفاسیر ,استنتاج امتناع حیات جاودانه برای کل جهان ازاصلافزایش آنتروپی غیرقابل قبول است.
پیر دوئم(Pierre duhem) میگوید:" ما ترمودینامیکی در اختیار داریم که عده ای از قوانین تجربی را به خوبی حکایت می کند و به ما می گوید که آنتروپی یک سیستم ایزوله در افزایش جاودانه است. بدون هیچ دشواری می توان ترمودینامیک دیگری ساخت که به همان خوبی ترمودینامیک قدیم, حاکی از قوانین تجربی معلوم شده تا حال باشد و پیش بینی هایش هم برای ده هزار سال آینده با پیشگویی های ترمودینامیک قدیم همگام و موافق باشد.
و در عین حال این ترمودینامیک نوین ممکن است به ما بگوید که آنتروپی جهان پس از اینکه ظرف صد ملیون سال آینده افزایش می یابد برای صد ملیون سال بعد ازآن مرتباً و متوالیاً کاهش خواهد یافت و سپس دوباره افزایش خواهد یافت و... , علم تجربی به مقتضای طبع از پیش بینی انتهای جهان و ادعا درباره فعالیت دائم آن عاجز است" ثانیاً برای یک پیشگویی علمی همواره برای حصول نتیجه باید یک قانون کلی داشته باشیم به اضافه قضایای مخصوصه که این دو در کنار یکدیگر, مقدمات تفسیر را شکل می دهند."
درهر تفسیر قیاسی وجود یک قانون کلی به انضمام شرایط خاص حادثه ضروریست. بعبارت دیگراستنتاجنتیجه از یک تک مقدمه غیرممکن است"از قانون دوم ترمودینامیک و به تبع آن از اصل افزایش آنتروپی, نمی توان رسیدن کلجهان را به حالت ماکزیمم بی نظمی را استنتاج نمود به این دلیل که شرایط خاص حادثه(Initial conditions)را در دست نداریم وبدون هیچگونه مدرک مستدلی, آن را معلوم فرض کرده ایم .
در ثانی پیشاپیش فرض کرده ایم که همه تجربیات آینده از مشاهدات ترمودینامیکی به همین صورت کنونی باقی خواهد ماند و آنگاه این موضوع را که اصل افزایش آنتروپی به مرگ جهان می انجامد, پیش بینی کرده ایم.
بنابراین مقدمات تفسیر,ناقص هستند.از این رو طرح این مساله که از قانون دوم ترمودینامیک, امتناع حیات جاودانه جهان استنتاج می شود چند .