خلاصه اختراع

فزايش دما و فشار گاز طي مرحله‌ي تراكم در كمپرسورهاي رفت و برگشتي، احتمال بروز واكنش شيميايي را بين گاز، ناخالصي‌هاي موجود در گاز و قطعات داخلي كمپرسور تقويت مي‌كند. مجموعه‌ي رينگ‌ها در كمپرسور رفت و برگشتي از قطعاتي هستند كه واكنش شيميايي بر روي استحكام مكانيكي و عمر سايشي آنها تاثيرگذار است. وقوع اين واكنش شيميايي درون كمپرسور باعث كاهش كيفيت عملكرد كمپرسور، كاهش عمر مفيد قطعات، بالا رفتن هزينه‌هاي نگهداري و تعميرات و … مي‌شود. از آنجايي كه در بعضي موارد امكان اصلاح گاز مصرفي براي كمپرسورها ميسر نيست، هدف از اين اختراع توليد رينگ‌هايي براي كمپرسورهاي رفت و برگشتي است كه علاوه بر استحكام مكانيكي و عمر سايشي مطلوب، واكنش‌پذيري شيميايي آن‌ها در مجاورت گاز تزريقي به كمپرسور و ناخالصي‌هاي گاز پايين باشد. در اين اختراع براي حذف يا كاهش قابل قبول واكنش شيميايي بين رينگها و ناخالصي هاي گاز ورودي كمپرسور، به ساختار رينگ هاي قديمي كه كامپوزيتي از تفلون و گرافيت ( PTFE + Graphite ) است، الياف شيشه و موليبدنيوم دي‌سولفيد اضافه شده است و با ايجاد تعادل بين خواص شيميايي (مقاومت و پايداري) و مكانيكي (استحكام و عمر سايشي) در ماده‌ي جـديد انتخاب شده براي رينگ ها، كامپوزيتي تفلوني با تركيب 80% PTFE + 15% Glass Fiber + 4.9% Graphite + 0.1% MoS2 بهدست آمد. در بررسي استحكام مكانيكي و عمر سايشي براي كامپوزيت تفلون مورد بحث، از مدلسازي و آزمايش‌هايي چون آزمايش فشار (Compressive test) در دماي بالا، آزمايش چگالي در دماي بالا، آزمايش سايش در دماي بالا و زبري‌سنجي كمك گرفته شد. نتايج بهدست آمده نشان داد، ماده مورد نظر علاوه بر استحكام لازم، عمر سايشي مطلوبي براي كار بر روي كمپرسـور دارا ميباشد. سپس رينگ هاي با تركيب جديد بر روي كمپرسور C–402 B “شركت پالايش نفت امام خميني (ره) شازند” نصب گرديد و مورد ارزيابي ميداني قرار گرفت. نتايج آزمايشهاي ميداني تاييد كننده پايداري شيميايي، استحكام مكانيكي و عمر سايشي رينگ‌ها مي‌باشد. همچنين اين آزمايشها نشان ميدهد كه تغيير جنس رينگ ها، بر روي عملكرد كمپرسور تاثير گذار نيست و ميتوان رينگ هايي را از اين جنس، براي رفع مشكل كمپرسورهايي كه درون آن‌ها واكنش شيميايي رخ مي‌دهد، پيشنهاد داد. نتايج اين اختراع به طور مشخص توانست كاركرد مفيد رينگ‌ها را براي كمپرسور مذكور به بيش از هشت ماه افزايش دهد كه نسبت به بهترين نمونه هاي ساخت داخل 167% افزايــش پيدا كرده است. اين افزايش 167 درصدي عمر رينگ‌ها، هزينه هاي مربوط به توقف توليد و تعمير و نگهداري را به ميزان چشمگيري كاهش داده است.

حوزه کاربرد (زمینه فنی)

زمینه‌ی فنی این اختراع مربوط به علم مهندسي مکانیک، مهندسي مواد و شیمی است. این اختراع در مرحله‌ی انتخاب مواد به‌منظور دستيابي به خواص بهينه‌ی نهايي نیازمند علم مهندسی مواد و شیمی می‌باشد. اما برای تولید نهایی رینگ‌ها، بررسی استحکام و عمر سایشی آن‌ها، علم مهندسی مکانیک دخیل است.

مشکل فنی موجود و هدف از این اختراع:

كمپرسورها يكي از اساسي‌ترين ماشین‌های مورد نیاز بیشتر صنایع هستند و داراي نقشي تعیین‌کننده‌ در راندمان، كارايي و قابليت اعتماد صنایع می‌باشند. کمپرسورهای رفت و برگشتی از خانواده‌ی کمپرســـورهای جابه‌جایی مثبت قـلمداد می‌شوند و از قدیمی‌ترین و متداول‌ترین نوع از این ماشین‌ها می‌باشند. به کمپرسورهایی که در آن‌ها از هر دو سمت پیستون برای فشرده‌سازی گاز استفاده می‌شود، کمپرسور رفت و برگشتی دو طرفه اطلاق می‌گردد. این کمپرسورها به‌دلیل بر بالا بودن ظرفیت در اکثر صنایع بزرگ مورد استفاده قرار می‌گیرند.
احتمال وقوع واکنش شیمیایی در محفظه‌ی سیلندر این کمپرسورها بین گاز، ناخالصی‌های موجود در گاز و قطعات داخلی کمپرسور وجود دارد. همچنین افزایش دما و فشار گاز طی مرحله‌ی تراکم در این نوع کمپرسورها، احتمال بروز این واکنش شیمیایی را تقویت می‌کند. وقوع واکنش شیمیایی درون کمپرسور باعث کاهش کیفیت عملکرد کمپرسور، کاهش عمر مفید قطعات، بالا رفتن هزینه‌های نگهداری و تعمیرات و … می‌شود. مجموعه‌ی رینگ‌ها در کمپرسور رفت و برگشتی یکی از قطعاتی هستند که به شدت تحت تاثیر واکنش شیمیایی درون کمپرسور و محصولات ناشی از این واکنش‌ها قرار می‌گیرند. واکنش شیمیایی بین گاز و رینگ بر روی استحکام مکانیکی رینگ‌ها موثر است، همچنین عمر سایشی رینگ‌ها یکی دیگر از عواملی است که واکنش شیمیایی روی آن تاثیرگذار است. در مجموع عمر رینگ‌ها به مقدار بسیار زیادی تحت اثر این واکنش کاهش می‌یابد. به‌دلیل این‌که در بعضی موارد امکان اصلاح گاز مصرفی برای کمپرسورها مقدور نیست، هدف از این اختراع تولید رینگ‌هایی برای کمپرسورهای رفت و برگشتی است که علاوه بر استحکام مکانیکی و عمر سایشی مطلوب، واکنش‌پذیری شیمیایی آن‌ها در مجاورت گاز تزریقی به کمپرسور و ناخالصی‌های گاز کمپرسور رفت و برگشتی پایین باشد.

ارایه راه حل برای مشکل فنی موجود همراه با شرح دقیق و کافی و یکپارچه اختراع

مطالعات میدانی برای این پژوهش در “شرکت پالایش نفت امام خمینی (ره) شــازند” انجام شد. بررسی اسناد مربوط به فعالیت‌های نگهداری و تعمیرات در این پالایشگاه نشان داد که شایع‌ترین دلیل خرابی کمپرسورهای رفت و برگشتی مربوط به رینگ آن‌ها است. به‌همین منظور کمپرسورهای C–402 A/B در این مجتمع برای مطالعه موردی انتخاب گردیدند. اولین نشانه‌ی خرابی زودهنگام رینگ‌ها، افت دور محرک کمپرسور است. افت دور نشان‌دهنده‌ی وجود نیرو یا گشتاور مقاوم در برابر حرکت است. بعد از باز کردن سر سیلندر کمپرسورها در این مجتمع، مشخص شد که پلیسه‌هایی در کف سیلندر موجود بوده که باعث افزایش بسیار زیاد نیروی اصطکاک شده است. این نــیروی اصــطکاک، عــامل مقاوم در برابر حرکت معرفی می‌شود که منجر به افت دور محرک و کاهش عمر سایشی رینگ‌ها می‌شود. برای مشخص کردن دلیل به‌وجود آمدن این پلیسه‌ها، آزمایش‌های متعددی انجام گرفت و در نهایت مشخص شد که وجود ناخالصی‌ها در گاز ورودی این کمپرسورها باعث بروز فعل و انفعال شیمیایی بین رینگ‌ها و ناخالصی‌های گاز شده است. برای حذف یا کاهش قابل قبول واکنش شیمیایی بین رینگ‌ها و ناخالصی‌های گاز ورودی کمپرسور، به ساختار رینگ‌های قدیمی که کامپوزیتی از تفلون و گرافیت ( PTFE + Graphite ) است، الیاف شیشه و موليبدنيوم دي‌سولفيد اضافه شده است ( PTFE + Graphite + Glass Fiber + Molybdenum disulfide ).
در بررسی استحکام مکانیکی و عمر سایشی برای کامپوزیت تفلون مورد بحث، از مدل‌سازی و آزمایش‌هایی کمک گرفته شد که نشان داد این ماده عملکرد قابل قبولی دارد. سپس در انتها رینگ‌های جـــدید بر روی کمپرسور C–402 B “شرکت پالایش نفت امام خمینی (ره) شــازند” نصب گردید و تمامی موارد مورد انتظار به‌طور کامل مورد ارزیابی قرار گرفت.