کمینه سازی وزن پیستون کمپرسورهای رفت و برگشتی نئومن ایزر با روش الگوریتم ژنتیک

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 طراحی جامدات، دانشکده مکانیک، دانشگاه کاشان، کاشان، ایران

2 گروه ساخت و تولید، دانشکده مکانیک، دانشگاه کاشان، کاشان، ایران

چکیده

در قسمت بنزین سازی پالایشگاه اصفهان از کمپرسور مدل افقی دو طرف رفت و برگشتی شرکت نئومن ایزر در سه مرحله تراکم استفاده می شود. از آنجاییکه استفاده از روغن در این نوع از کمپرسورها مجاز نمی باشد از کفشک پیستون جهت جلوگیری از سایش بین پیستون و روکش سیلندر در محفظه تراکم استفاده می شود. سرعت سایش روکش سیلندر و کفشک پیستون و به دنبال آن رینگ های پیستون در سه مرحله یکسان نبوده و لذا زمان تعمیر و نگهداری آنها یکسان نمی باشد. در این مطالعه درنظر است با استفاده از الگوریتم ژنتیک جرم پیستون را با رعایت قیود طراحی اعم از حداقل ضخامت جداره پیستون و در محدوده بودن تنش های فون میسز به حداقل میزان ممکن کاهش داد تا در نهایت عمر کفشکها، روکش سیلندر، دسته پیستون و..... با کاهش وزن پیستون افزایش و به دنبال آن شدت سایش آنها کاهش یابد. یکی از دلایل سایش، وزن سنگین پیستون و ملحقات آن بوده که در این خصوص لازم است پیستون بهینه شده با کاهش جرم، تمامی معیارهای مکانیکی لازم مانند معیارهای استاتیکی، دینامیکی، خستگی و تغییرشکلهای مجاز را برآورده نموده و در محدوده مجاز طراحی قرار گیرد. لذا در این تحقیق آلیاژ آلومینیوم 7075 مورد بررسی قرار گرفته و به‌کمک الگوریتم ژنتیک هندسه بهینه پیستون با کد‌‌نویسی در نرم افزار پایتون تعیین شده که موجب گردید وزن پیستون چدنی از 780 کیلوگرم به 271 کیلوگرم از جنس آلومینیوم و بعد از بهینه سازی تا 261 کیلوگرم کاهش یابد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Minimizing piston mass of Neuman Esser reciprocating compressors using genetic algorithm

نویسندگان [English]

  • Kamal Alinaghi 1
  • Sa'id Golabi 2
1 Dept. of Solid mechanics, Faculty of Mechanical Engineering, University of Kashan, I.R.Iran
2 Department of Solid Mechanics,, Faculty of Mechanical Engineering, University of Kashan, Kashan, Iran
چکیده [English]

Double action horizontal Neuman Esser reciprocating compressors are utilized during three steps of compressing hydrogen in gasoline production section of many refineries including Esfahan refinery. Since application of any lubricant during compression process are not permitted in these compressors, Teflon ridder rings are placed between piston and cylinders to act as a lubricant and prevent any direct contact between pistons and cylinders. The wearing rate of the ridder rings in these three stages are not equal and consequently the time for their maintenance is not the same. In this research it is intended to increase the life of ridders by reducing the weight of pistons. After studying the effects of replacing the cast iron material of pistons by 7075 aluminum alloy, genetic algorithm is implemented to optimize the design of these pistons. Maximum von-Misses stress and minimum allowable thickness of various sections of piston are the constraints considered during optimization process and Abaqus finite element technique using Python script are utilized during optimization. Replacement of the material reduces the piston weight from 780 kg down to 271 kg and by optimizing the piston design, it was further reduced down to 261 kg which totally could considerably reduce the wearing rate of riders by reducing the total normal force on riders.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Reciprocating Compressor
  • Piston
  • Aluminum Alloys
  • Optimization
  • Genetic Algorithm