فهرست مطالب

نشریه مهندسی مکانیک ایران
سال بیست و پنجم شماره 3 (پیاپی 72، پاییز 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/09/01
  • تعداد عناوین: 6
|
  • رضا دردمند، میرسعید صفی زاده* صفحات 6-27

    عیوب خرابی بیرینگ و عدم هم محوری دو عیب بسیار متداول در الکتروموتورها محسوب میشود. در این مقاله، هدف تشخیص عیوب هم زمان بلبرینگ موتورالقایی و عدم هم محوری موتور با تجهیز است. برای این منظور سیستمی متشکل از الکتروموتور و شفت کوپل شده به آن طراحی شده و تحت شرایط متفاوت بارگذاری و در سرعت های مختلف مورد آزمایش قرار گرفته است. عیوب مذکور با استفاده از روش های مرسوم آنالیز سیگنال ارتعاشی و روش جدید بای اسپکتروم مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته اند و پارامترهای مناسب جهت تشخیص عیوب از هر یک از روش های آنالیز محاسبه شدند. در ادامه  با استخراج  ویژگی های برتر با الگوریتم آنالیز مولفه های اساسی، برای تشخیص عیوب و تصمیم گیری از الگوریتم کلاس بندی KNN استفاده شده است. نتایج بدست آمده حاکی از آن است که استفاده از روش جدید بای اسپکتروم به همراه روش های مرسوم آنالیز سیگنال قابلیت تشخیص عیوب بلبرینگ و عدم هم محوری موتورهای القایی چه بصورت تکی و چه بصورت هم زمان را تنها با اندازه گیری سیگنال ارتعاشی با دقت قابل قبولی فراهم می آورد.

    کلیدواژگان: عیب یابی، موتورهای القایی، آنالیز ارتعاشات، عیب بلبرینگ، عدم هم محوری، بای اسپکتروم
  • محمدرضا الهامی*، محمدرضا نجفی، اسدالله پناهنده صفحات 28-51

    در این مقاله اثر تغییر گام بر فرکانس های یک ملخ گام متغیر به صورت تحلیلی، عددی و تجربی مورد بررسی قرار گرفته است. ابتدا معادلات ارتعاشات آزاد پره ی ملخ با استفاده از روش گالرکین استخراج شد. از اسکنر سه بعدی برای به دست آوردن پروفیل پره و آزمایش تراست استاتیکی جهت تعیین شرایط بارگذاری ملخ استفاده شد. به منظور آزمون مودال در حالت دورانی، شبیه سازی آنالیزمودال به کمک نرم افزار آباکوس انجام و نتایج با آزمون مودال تجربی در حالت استاتیکی صحت سنجی شد. نتایج تجربی مانند روش تحلیلی نشان داد که با افزایش گام، فرکانس طبیعی در مودهای فرد کاهش و در مودهای زوج افزایش می یابد. درنهایت نیز دیاگرام اسپک رسم گردید که هیچ گونه مشکل رزونانسی در شرایط کاری پره ملخ وجود نداشت

    کلیدواژگان: ارتعاشات پره ملخ، فرکانس طبیعی، ملخ گام متغیر، روش گالرکین، آنالیز مودال
  • امین اعلمی نیا*، محمدحسین قنبری ارزیلی صفحات 52-83

    در پژوهش پیش رو نوع خاصی از مبدل های حرارتی دو لوله ای هم مرکز مورد تحلیل واقع شده که لوله  داخلی مبدل بصورت شیاردار در نظر گرفته شده است. از جریان آشفته نانو سیال آب-اکسید آلومینیوم در هر دو سمت مبدل استفاده شده و میدان مغناطیسی با شدت ثابت برای تقویت اثر استفاده از نانوسیال به کار رفته است. اثر استفاده از این سیستم و نیز به کارگیری نانو سیال و میدان مغناطیسی بر روی ضریب انتقال حرارت کل و نیز افت فشار کل مبدل بررسی شده است. نتایج مطالعات در این زمینه نشان می دهد که استفاده از نانو سیال باعث افزایش انتقال حرارت رخ داده در مبدل و نیز افت فشار کل میگردد. در حالی که مناسب ترین مقدار درصد حجمی نانو سیال برای بهترین نسبت انتقال حرارت به افت فشار نیز 15 درصد گزارش شده است. نتایج عددی این مقاله نیز نشان داده است که بهترین شرایط بهینه از لحاظ افزایش انتقال حرارت و افت فشار (با توجه به معیار ارزیابی عملکرد PEC) در 15٪ حجمی نانوسیال می باشد. اعمال میدان مغناطیسی بر جریان نانو سیال در مبدل نیز به افزایش انتقال حرارت در مبدل کمک می کند در حالی که افت فشار کل را نیز افزایش می دهد. میزان سرعت جریان در ضریب انتقال حرارت جابجایی مبدل حرارتی و نیز میزان افت فشار کل در آن تاثیر مشهودی دارد. شبیه سازی مبدل حرارتی در مقادیر مختلف عدد رینولدز جریان آشفته نشان می دهد که افزایش عدد رینولدز تاثیر مستقیم بر روی انتقال حرارت جابجایی و افت فشار کل دارد. نتایج نشان می دهد که در شدت میدان مغناطیسی با عدد هارتمن40 بهترین نسبت انتقال حرارت به افت فشار مبدل رخ می دهد. بهترین عدد PEC در عدد هارتمن 40 و به مقدار 05/1 می باشد. در حالیکه با افزایش بیشتر عدد هارتمن به 60 و 80 مقدار عدد PEC افت پیدا می کند و در عدد هارتمن 80 به 99/0 کاهش یابد که عملا استفاده از نانوسیال در حضور میدان مغناطیسی را بی تاثیر می کند. میزان سرعت جریان در ضریب انتقال حرارت جابجایی مبدل حرارتی و نیز میزان افت فشار کل در آن تاثیر مشهودی دارد. مقدار عدد PEC در افزایش عدد رینولدز از 6000 به 10000، از 01/1 به 09/1 افزایش می یابد. با این حال به نظر می رسد با افزایش نسبتا کم عدد PEC و زیاد شدن هزینه ها در افزایش عدد رینولدز استفاده از مقادیر کمتر عدد رینولدز انتخاب بهینه تری باشد.

    کلیدواژگان: مبدل حرارتی دو لوله ای، نانو سیال، لوله شیاردار مارپیچی، میدان مغناطیسی، معیار ارزیابی عملکرد
  • سینا صالحی، مجید ساده دل* صفحات 84-112
    در این پژوهش، مدل ریاضی یک کمپرسور رفت و برگشتی دو مرحله ای و عیوب مرسوم برای استفاده به عنوان سیستم مورد پایش، شبیه سازی شده است. شبکه عصبی مورد استفاده شبکه عصبی احتمالی است که وظیفه اصلی آن طبقه بندی است. کلاس های طبقه بندی شامل یک کلاس کمپرسور سالم و هفت کلاس کمپرسور معیوب است که مجموعا هشت کلاس می باشد. طبقه بندی با شبکه عصبی احتمالی با استفاده از ویژگی های حوزه زمان و طیف پوش فرکانس انجام گرفته شده است. سپس با استفاده از الگوریتم ژنتیک ویژگی های انتخابی قبل از خوراندن به شبکه عصبی احتمالی بهینه سازی شده اند. طبقه بندی با شبکه عصبی احتمالی با استفاده از ویژگی های حوزه زمان درصد طبقه بندی ضعیفی با دقت 44درصد را نشان می دهد. اما طبقه بندی با شبکه عصبی احتمالی و استفاده از ویژگی های طیف پوش دقت 95 درصدی در طبقه بندی صحیح دارد. همچنین بهینه سازی انتخاب ویژگی های آماری حوزه زمان و طیف پوش فرکانس با الگوریتم ژنتیک، به ترتیب 48 و 99 درصد دقت صحیح در طبقه بندی را به همراه دارد.
    کلیدواژگان: کمپرسور های رفت و برگشتی، پایش وضعیت، شبکه های عصبی احتمالی، الگوریتم ژنتیک
  • فرید خیاط زاده، میربیوک احقاقی*، محرم جعفری صفحات 113-135

    در این مقاله مدل ریاضی الکتروپمپ های گریز از مرکز مختلف در ایستگاه های پمپاژ شبیه سازی شده، ضمن بررسی تاثیرات استفاده از سیستم های کنترل با استراتژی کنترل سرعت ثابت، سرعت متغیر با استفاده از درایو فرکانس متغیر و ترکیب آن ها، بازدهی متوسط ایستگاه پمپاژ در شرایط مختلف محاسبه شده است. در ایستگاه های با دو الکتروپمپ نقطه کاری تعیین کننده راندمان متوسط می باشد، در ایستگاه های با سه الکتروپمپ استفاده از سیستم کنترل سرعت (CS+VS+VS) به دلیل هزینه اولیه پایین تر و رفتاری مشابه با (VS+VS+CS) در کنار قابلیت اعتماد بالاتر و هزینه تعمیرات و نگهداری پایین تر پیشنهاد می  گردد. به کارگیری سیستم کنترل سرعت متغیر باعث افزایش 10 تا 15 درصدی و سیستم کنترل ترکیبی باعث افزایش 5 تا 10 درصدی بازدهی می گردد.

    کلیدواژگان: اکوانرژی، درایو فرکانس متغیر، کاهش مصرف انرژی، طراحی بهینه ایستگاه پمپاژ
  • محمدعلی محمدی، سعید نیازی*، یونس بخشان، جمشید خورشیدی صفحات 136-160
    در پژوهش حاضر با طراحی و ساخت مجموعه آزمایشگاهی و رویکرد ارایه روابط تجربی، فرآیند جوشش استخری روی شبکه سیمی مطالعه شده است. بررسی فرآیند جوشش استخری، مقاومت الکتریکی، شار حرارتی بحرانی، ضریب انتقال حرارت، رشد و جدایش حباب، فرکانس رشد حباب و چگالی نقاط مولد حباب با اعمال شارحرارتی تا شارحرارتی بحرانی روی شبکه سیمی در آب دیونیزه با دمای مختلف صورت پذیرفته است. بر اساس نتایج، با افزایش ابعاد مش شبکه سیمی و دمای سیال، شارحرارتی بحرانی کاهشی است. در شرایط شبکه سیمی با ابعاد مش ثابت، سیال با دمای ثابت و اعمال شارحرارتی کمتر از شارحرارتی بحرانی، دمای سیم افزایش می یابد اما در شرایط افزایش ابعاد مش شبکه سیمی، سیال با دمای ثابت و اعمال شارحرارتی بحرانی، دمای سیم کاهشی است. در شبکه سیمی با ابعاد مش ثابت، با افزایش دمای سیال در شار حرارتی ثابت و کمتر از شار حرارتی بحرانی، ضریب انتقال حرارت ثابت می باشد اما با افزایش شار حرارتی تا کمتر از شار حرارتی بحرانی، ضریب انتقال حرارت افزایشی بوده و در شار حرارتی بحرانی، کاهش می یابد. با افزایش 4 برابری ابعاد مش در سیال 30، 70 و 100 درجه سانتی گراد در شار حرارتی بحرانی، ضریب انتقال حرارت 7/0% کاهش می یابد. ماکزیمم فرکانس رشد حباب مربوط به شبکه سیمی 5/0 میلی متر در سیال 100 درجه سانتی گراد با میزان 0763/0 حباب بر میلی ثانیه است.
    کلیدواژگان: حباب، رشد، جدایش، شبکه سیمی، جوشش استخری
|
  • Reza Dardmand, MirSaeed Safizadeh * Pages 6-27

    The monitoring system for induction motors (IMs) plays an important role in the majority of industrial plants. Bearing faults and shaft misalignment are common mechanical defects in induction motors. The aim of this paper is to detect simultaneously two common faults in induction motor including bearing defect and shaft misalignment. For this purpose, a test setup consisting of an induction motor coupled to a rotor shaft is designed and tested under different loading conditions and at different speeds. The diagnosis parameters of vibration signal are calculated by conventional signal processing methods as well as bispectrum analysis. Feature extraction and KNN classification techniques are applied to the calculated parameters to provide condition monitoring of the induction motor. The results show that the application of bispectrum analysis along with the conventional signal processing methods improves detecting bearing fault in induction motor and shaft misalignment in the case of single fault as well as multiple simultaneous faults.

    Keywords: Fault diagnosis, Induction motors, Vibration Analysis, bearing defects, misalignment, bispectrum
  • MohammadReza Elhami *, MohammadReza Najafi, AsadAllah Panahandeh Pages 28-51

    In this paper, effect of pitch variation on vibrations of a propeller variable pitch is studied numerically and experimentally. The free vibrations equations of a propeller blade were extracted using the Galerkin method. A three-dimensional scanner was utilized to obtain blade profile and static trust with the aim of determining propeller loading status. To obtain modal analysis, the simulation analysis was done using Abaqus software in rotating condition, and results were validated with experimental modal test in static status. Both of experimental and analytical methods results represent that with increasing pitch, the variations of natural frequency are reduced and increased at odd and even frequency modes, respectively. Considering the campbell diagram, no resonance problem was observed in the case of the propeller blade, at working period.

    Keywords: Propeller blade vibrations, natural frequency, variable pitch propeller, Galerkin method, modal analysis
  • Amin Alami Nia *, MohammadHossein Ghanbari Arzili Pages 52-83

    In the present work, a special type of concentric two-pipe heat exchangers has been analyzed, in which the inner tube of the heat exchanger is considered as helical grooved. The turbulent flow of water-aluminum oxide nanofluid is used on both sides of the heat exchanger and a constant intensity magnetic field is used to enhance the effect of using the nanofluid. The effect of using this system as well as the use of nanofluid and magnetic field on the total heat transfer coefficient and the total pressure drop of the heat exchanger have been investigated. The results of studies in this field show that the use of nanofluids increases the heat transfer that occurs in the heat exchanger and also decreases the total pressure. While the most suitable volume percentage of nanofluid for the best ratio of heat transfer to pressure drop is also reported to be 15%. The numerical results of this article have also shown that the best optimal conditions in terms of heat transfer enhancement and pressure drop (according to the PEC performance evaluation criteria) are at 15% volume of nanofluid. Applying a magnetic field to the nanofluid current in the transducer also helps to increase the heat transfer in the heat exchanger while also increasing the total pressure drop. The amount of flow velocity has an obvious effect on the displacement heat transfer coefficient of the heat exchanger as well as the amount of total pressure drop. The simulation of the heat exchanger in different values ​​of the turbulent flow Reynolds number shows that the increase in the Reynolds number has a direct effect on the displacement heat transfer and the total pressure drop. The results show that in the intensity of the magnetic field with Hartmann number 40, the best ratio of heat transfer to the pressure drop of the heat exchanger occurs. The best PEC number in Hartmann number 40 is 1.05. However, with further increase of Hartmann number to 60 and 80, the value of PEC number decreases and in Hartmann number 80 decreases to 0.99, which practically makes the use of nanofluid in the presence of magnetic field affectless. The rate of flow velocity has a significant effect on the heat transfer coefficient of the heat exchanger and also the rate of total pressure drop. The value of the PEC number increases from 1.01 to 1.09 in increasing the Reynolds number from 6000 to 10000. However, it seems that with a relatively small increase in the PEC number and increasing costs in increasing the Reynolds number, using a lower Reynolds number scaler is a better choice.

    Keywords: Two-pipe heat exchanger, nanofluid, Helical grooved pipe, Magnetic field, PEC
  • Sina Salehi, Majid Sadedel * Pages 84-112
    Demand for cost-effective, reliable operation and safety of machinery, especially reciprocating compressors, which are among the most expensive machines in maintenance, requires accurate troubleshooting and fault classification. Due to their advantages, data-driven methods are often preferred to physical modeling methods for fault detection. This research simulates the mathematical model of a two-stage reciprocating compressor and conventional faults for use as a monitored system. The artificial neural network used is the probabilistic neural network whose main task is classification. Classification classes include one healthy compressor class and seven defective compressor classes for eight classes. Classification with the probabilistic neural network was performed using time domain and envelope spectrum characteristics. Then, the selected features are optimized using a genetic algorithm before feeding into the probabilistic neural network. Classification with the probabilistic neural network using time-domain characteristics shows a poor classification percentage with 44% Correct accuracy. But classification with a probabilistic neural network and envelope spectrum features has a 95% correct classification accuracy. Also, optimizing the selection of statistical features of the time-domain and frequency envelope spectrum with a genetic algorithm brings 48 and 99% correct accuracy in classification, respectively.
    Keywords: Reciprocating compressors, Condition monitoring, probabilistic neural networks, genetic algorithm
  • Farid Khayatzadeh, MirBiuk Ehghaghi *, Moharram Jafari Pages 113-135

    In this paper, mathematical model of different pumping plants including two or three centrifugal pumps in parallel connection is developed and simulated by MATLAB/Simulink. The effect of utilizing of variable speed (VS) and constant speed (CS) control on efficiency and energy is studied against different water consumption patterns. In according to results, in plants with double pumps, efficiency is a function of operating points as it varies by different consumption patterns, but in plants with three pumps it varies with a steady algorithm. It is recommended to implement (CS + VS + VS) strategy of control in pumping plant with three centrifugal pumps rather than (VS + VS + CS) as it costs lower in primary expenses of plant construction besides higher reliability, lower maintenance cost and shorter payback time. 10 to 15 percent efficiency increase by all VS control and 5 to 10 percent increase in efficiency is proposed by VS and CS compositional control strategies.

    Keywords: Energy saving, Efficiency, Pumping Plant, Variable Frequency Drive
  • Mohammadali Mohammadi, Saeid Niazi *, Younes Bakhshan, Jamshid Khorshidi Pages 136-160
    The present study examined the pool boiling process in a specific geometry by designing, constructing a laboratory complex and Providing Empirical Relations. Investigation of pool boiling process, electrical resistance, critical heat flux, heat transfer coefficient, bubble growth and departure, bubble growth frequency, and nucleation site density by applying heat flux to critical heat flux was carried out on wire mesh element in deionized water at different temperatures. According to the results, increasing the size of mesh and fluid temperature decreased the critical heat flux. In the case of a wire mesh with a constant size of mesh, a fluid with a constant temperature, and the use of heat flux values less than the critical heat flux, the wire temperature increased, but it decreased in the case of increasing the size of mesh, a fluid with a constant temperature and applying critical heat flux values. In the case of a constant size of mesh, the heat transfer coefficient was constant by increasing fluid temperature at values of heat flux less than the critical heat flux, but the heat transfer coefficient was increased with increasing values of heat flux less than the critical heat flux and decreased at critical heat flux values. By increasing 4 times the mesh size in the fluid at 30, 70 and 100°C in the critical heat flux, the heat transfer coefficient decreases by 0.7%. The maximum bubble growth frequency is related to the 0.5 mm wire mesh in 100°C fluid with 0.0763 bubbles per millisecond.
    Keywords: bubble, growth, Departure, Wire Mesh, Pool boiling