طراحی و آنالیز نیرویی یک هاضم با هم‌زن توربینی منحنی به روش ریاضی و المان محدود با نرم‌افزار آباکوس

نویسندگان

چکیده

در این پژوهش با استفاده از روابط ریاضی و نرم‌افزار آباکوس به طراحی و تحلیل یک هاضم هم‌زن‌دار از نوع توربینی با تیغه‌های کاملاً منحنی براساس میزان گاز تولیدی برای یک روستای 250 خانواری با جمعیت تقریبی 1000 نفر پرداخته شد. قطر هم‌زن،‏ قطر مخزن تخمیر و طول شفت به‌ترتیب 38‎/1،‏ 3،‏ 385‎/2 متر،‏ چگالی فولاد استفاده شده در ساخت هم‌زن kg/m38000،‏ چگالی مایع kg/m3 1000 و سرعت دورانی آن rev/s 25/ 0 انتخاب شدند. توان موتور محاسبه شده برای چرخاندن هم‌زن با درنظر گرفتن ضریب اطمینان 5‎/1 برابر 39‎/0 کیلووات و گشتاور موتور Nm 250 به دست آمد. پره‌های هم‌زن از دو بخش تیغه مستطیل شکل و بازوی T شکل درنظر گرفته شد و ابعاد محاسبه شده برای آن‌ها براساس نیروی معادل وارد بر تیغه (78 نیوتن) و ممان وارده (Nm 46) به‌ترتیب به‌صورت 320×276×4 و 18×90× (320+20) میلی‌متر به دست آمد. لنگر خمشی معادل روی شفت به وسیله قاعده ون مایزز Nm3‎/1414 به دست آمد و قطر شفت محرک هم‌زن 60 میلی‌متر محاسبه شد. طرح سه بعدی از هم‌زن آب نرم‌افزار کتیا ترسیم و در آباکوس تحلیل نیرویی شد. نتایج نرم‌افزار نشان داد که با وجود اینکه تنش در بازو نسبت به سایر بخش‌های هم‌زن بیشتر است اما از مقدار تنش بحرانی انتخاب شده برای قطعات هم‌زن کمتر است و با چنین ابعاد و سیالی هم‌زن به هیچ‌وجه دچار مشکل نخواهد شد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Design and force analysis of stirred digester with curved full blade turbine using mathematics and finite element by abacus software

نویسندگان [English]

  • Mahmood Mahmoodi-Eshkaftaki
  • Rahim Ebrahimi
  • Abdollah Ghasemi-Pirbaloti
  • Alireza Khaksar
  • Mostafa Rahnama-Felavarjani

چکیده [English]

In this research a stirred digester with curved full blade turbine was designed and analyzed using mathematical equations and ABACUS software according to needed biogas / methane for a village with 1000 persons. The results of designing showed that mixer diameter, digester diameter and shaft length were 1.38, 3, and 2.385 m, respectively, steel density existing in mixer structure was 8000 kg/m3, liquid density was 1000 kg/m3 and rotational speed was 0.25 rev/s. The engine power and torque was 0.39 kw and 250 Nm, respectively with confidence coefficient of 1.5. Its vanes included blade and T shape arm, which corresponding dimensions were 4×276×320 and (20+320) ×90×18 mm, respectively. Equivalent force from liquid on the blade was 78 N and its moment was 46 N-m. Equivalent bending moment on shaft calculated using Van Maize law was 1414.3 Nm. The shaft diameter calculated by true and error method was 60 mm. A 3 dimensional design of mixer was drawn by CATIA software according to calculated parameters in this research and it was analyzing by ABACUS software. The software results showed that however the stress in T shape arms was higher than the other parts of mixer, but it was lower than critical selected stress for mixer. Furthermore the stress in the other parts of mixer was very low. Therefore the mixer with these parameters can truly work in digester with no problem.

کلیدواژه‌ها [English]

  • force-ABACUS software-Stirred digester.-Designing-Mixer dimension-Static analysis-