انواع ایمپلر و-کمپرسور

مدیران انجمن: parse, javad123javad

ارسال پست
نمایه کاربر
rohamjpl

نام: roham hesami

محل اقامت: Tehran -Qeytariyeh, Ketabi Street, 8 meters from Saba

عضویت : سه‌شنبه ۱۳۹۹/۸/۲۰ - ۰۸:۳۴


پست: 343

سپاس: 176

جنسیت:

تماس:

انواع ایمپلر و-کمپرسور

پست توسط rohamjpl »

اصول اولیه
من تمام مدلهای کمپرسور اینچا شرح میدم مقدمه ابتدایی
پره‌های ایمپلر و دیفیوزر
پروانه یا ایمپلر (impeller/impellor/impellar) روتور یا قطعه دواری است که در پمپ‌ها (pumps) برای برای افزایش فشار و دبی سیال به کار می‌رود.تصویر

ایمپلر قطعه یک دوار پمپ‌های سانتریفوژ (centrifugal pumps) است که معمولا از آهن، فولاد، برنز، برنج، آلومینیوم یا پلاستیک ساخته می‌شود و به وسیله شتاب دادن سیال به سمت خارج از مرکز چرخش، انرژی را از موتوری(motor) که پمپ را به حرکت در می‌آورد به سیال پمپ شده منتقل می‌کند. سرعتی که به وسیله ایمپلر به دست آمده است،‌ به علت محدود شدن حرکت رو به خارج سیال به وسیله محفطه پمپ،‌ به شتاب تبدیل می‌شود.
ایمپلرها معمولا دارای استوانه‌های کوتاه هستند که ورودی آن که چشم (eye) پمپ نامیده می‌شود باز است تا سیال وارد آن شود؛ همچنین پره‌هایی (vanes) برای هل دادن شعاعی سیال و یک خار مارپیچی و یا سوراخ رزوه‌دار برای درگیر شدن با شافت راننده وجود دارد. تعداد پره‌های (vane) ایمپلر می‌تواند از 1 تا 10 و بیش‌تر متغیر باشد. بازه سرعت آنها بسیار گسترده است: از کم‌تر از 30 تا بیش از 3000 rpm.
پمپ‌های ایمپلری برای حرکت دادن سیالات غیر خالص عالی هستند زیرا به راحتی دچار گرفتگی (clog) نمی‌شوند. برای سیالات بسیار ناخالص مانند لجن (sludge)، گاهی از نوع تک پره‌ای آن استفاده می‌شود.تصویر
تقریبا غیر ممکن است که یک ایمپلر تک پره‌ای (single vane impeller) دچار گرفتگی شود؛ به همین جهت معمولا برای مایعاتی که دارای مواد جامد معلق هستند به کار می‌رود.
در ایمپلر دابل لوب (double lobe impeller) با داشتن تنها دو پره، ریسک گرفتگی در اثر مواد خارجی درون سیال پمپ شده، نسبت به پمپ‌هایی که پره بیشتری دارند کاهش می‌یابد.
این پمپ‌های تک پره‌ای و دابل لوب برای لجن و دیگر سیالات آلوده مناسب هستند.
می‌توان راندمان پمپ‌های ایمپلری را با افزودن پره‌های ساکن در دیفیوزر پمپ آن افزایش داد. پمپ‌های ایمپلری دیفیوزری(impeller diffuser pump) بزرگ می‌توانند به راندمان در حد 90 درصد نیز برسند.

تعداد پره‌های دیفیوزر با تعداد پره‌های ایمپلر متفاوت است؛ در نتیجه لبه‌های همه پره‌های ایمپلر همزمان به لبه‌های همه پره‌های دیفیوزر نزدیک نمی‌شوند. این امر باعث جلوگیری از ضربه و نوسان و فشارهای تجمیعی می‌گردد.
توربوشارژرهایی (turbochargers) وجود دارند که از هیچ دیفیوزری استفاده نمی‌کنند.
کلکتور
کلکتور (collector) یک کمپرسور سانتریفوژ می‌تواند دارای اشکال و فرم‌های مختلفی باشد. زمانی که دیفیوزر به یک محفظه بزرگ خالی تخلیه می‌شود، ممکن است کلکتور به نام پلنیوم (Plenum) خوانده شود. زمانی که دیفیوزر به قطعه‌ای شبیه به حلزون یا شاخ گاو تخلیه می‌شود، به کلکتور حلزونی (volute) یا اسکرال (scroll) گفته می‌شود. هدف از کلکتور جمع‌آوری جریان از خروجی دیفیوزر و تحویل این جریان به یک لوله پایین‌دست است. کلکتور و لوله هر کدام می‌توانند دارای ولو (valves) و ابزار دقیق کنترل کمپرسور باشند.
برش یک توربوشارژر سانتریفوژ که کمپرسور سانتریفوژ به رنگ آبی در سمت راست و توربین به رنگ قرمز در سمت چپ مشخص هستند
خش ثابت یا استاتور (stator section) از یک پمپ سانتریفوژ، بعد از آن که جریان از ایمپلر (impeller) خارج می‌شود، یک دیفیوزر (diffuser) یا حلزونی (volute) است. هدف از هر یک از این دو نوع استاتور این است که با کارایی مناسبی انرژی سرعتی را به فشار تبدیل کنند.

دیفیوزرها به وسیله تعدادی مسیر واگرای متقارن شعاعی در اطراف ایمپلر شناخته می‌شوند. یک حلزونی و یا یک کلکتور حلقه‌ای پشت سر دیفیوزر قرار می‌گیرند.
دیفیوزر پمپ
حلزونی‌ها اغلب توسط یک یا دو مسیر واگرای قیف مانند مشخص می‌شوند که اطراف ایمپلر را احاطه کرده است. برخی از استاتورهای حلزونی با چند ورودی ممکن است دیفیوزر نامیده شوند. با افزایش مساحت مقطع، حلزونی سرعت مایع را کاهش و فشار آن را افزایش می‌دهد. حلزونی با افزایش سطح مقطع خود، انرژی جنبشی سیال را به فشار تبدیل می‌کند.
حلزونی پمپ
برای فشارهای بالای بین بیرینگ‌ها (bearings) در پمپ‌های چند مرحله‌ای (multi-stage pumps)، طرح‌های دیفیوزری در مقایسه با طرح‌های حلزونی جمع و جورتر هستند. به طور کلی فشردگی باعث کاهش اندازه پمپ و کاهش هزینه‌ متریال و ساخت می‌شود.
دیفیوزر پمپ چند مرحله‌ای
معمولا دیفیوزرها به صورت قطعات یک تکه و یا دو تکه که به محفظه پمپ متصل شده‌اند، طراحی می‌شوند. دیفیوزرها قطعات ماژولار می‌باشد. برای یک کیسینگ مشخص پمپ، انواع مختلفی از مسیرهای دیفیوزری را می‌توان طراحی کرد تا بازه وسیعی از شرایط کارکردی را پوشش دهند.
حلزونی پمپ
برای یک پمپ سانتریفوژ یک مرحله‌ای، طرح دیفیوزری گران‌تر است زیرا رینگ دیفیوزر یک قطعه اضافی است که باعث افزایش ماشین‌کاری بر روی کیسینگ می‌شود. کیسینگ باید همچنان وظیفه جمع‌آوری و انتقال جریان از دیفیوزر به نازل خروجی را بر عهده داشته باشد. صرف نظر از این که این کار چگونه انجام شود، دیفیوزر مزیت نسبی کمی در اندازه یک پمپ تک مرحله‌ای ایجاد می‌کند.
طرح‌های دیفیوزری اغلب در مقایسه با انواع حلزونی، در دبی جریان بهترین کارایی (best efficiency) کاراتر هستند. همچنین می‌توان یک دیفیوزر سفارشی را برای کاربرد مد نظر ساخت تا راندمان را برای یک نقطه کاری خاص به حداکثر رساند.
دیفیوزرها در نرخ‌های جریان خارج از پیک که پمپ بخش زیادی از زمان را در آن کار می‌کند، راندمان کم‌تری دارند. تفاوت راندمان ممکن است قابل توجه نباشد، مگر این که توان پمپ بالا باشد، در این حالت کاربر باید بین هزینه‌های کم‌تر متریال و حمل پمپ‌های دیفیوزری و سود ناشی از افزایش راندمان در پمپ‌های حلزونی انتخاب نماید.
یکی از اهداف اصلی پوسته حلزونی (volute casing)، کمک برای متوازن کردن فشار هیدرولیک بر روی شافت پمپ می‌باشد. البته این امر در شرایطی که پمپ با ظرفیت مورد توصیه سازنده کار می‌کند، بهتر اتفاق می‌افتد. کارکرد پمپ‌های حلزونی شکل در ظرفیت کمتر از مقدار توصیه شده، می‌تواند باعث ایجاد تنش‌های فرعی بر روی شافت پمپ شود و فرسایش آب‌بندی‌ها (seals)، بیرینگ‌ها (bearings) و خود شافت را در پی خواهد داشت.

نیروی شعاعی وارد بر ایمپلر در اثر یک توزیع فشار محیطی غیر یکنواخت ایجاد می‌شود که طراحی استاتور نقش مهمی را در آن بازی می‌کند. برای برخی از کاربردها، به ویژه در پمپ‌های دارای ایمپلرهای تک مرحله‌ای معلق که به طور پیوسته در جریان‌های بسیار دور از جریان بهترین نقطه راندمان کار می‌کنند، یک آرایش دیفیوزری/کلکتوری می‌تواند میزان کم‌تری از نیروی تراست شعاعی ایجاد می‌کنند.
کمپرسورهای سانتریفوژ (centrifugal compressors) که گاهی کمپرسورهای شعاعی (radial compressors) نامیده می‌شوند، نوعی توربوماشین با تقارن محوری جذب‌کننده توان هستند.

یک کمپرسور سانتریفوژ با اضافه کردن انرژی جنبشی (سرعت) به یک جریان پیوسته سیال توسط روتور یا پروانه به افزایش فشار دست پیدا می‌کند؛ سپس با کاهش سرعت جریان در یک دیفیوزر (diffuser)، این انرژی جنبشی به افزایش انرژی پتانسیل (فشار استاتیک) تبدیل می‌شود. در بیش‌تر موارد، افزایش فشار در ایمپلر (impeller) با افزایش فشار در دیفیوزر برابر است.
شباهت توربوماشین‌ها
آن‌چه در مورد توربوماشین‌ها قابل توجه است این است که اصول کاری آن‌ها تقریبا همگانی است. قطعا تفاوت بسیاری بین این دستگاه‌ها و بین انواع تحلیل‌هایی که معمولا برای موارد خاص استفاده شود، وجود دارد اما در واقع فیزیک پس زمینه دینامیک سیالات، دینامیک گاز، آیرودینامیک، هیدرودینامیک، و ترمودینامیک برای همه آن‌ها یکی است. تعدادی از این ماشین‌آلات دارای ویژگی‌های فیزیکی مشابه با کمپرسورهای سانتریفوژ هستند.
یک ایمپلر سانتریفوژ که برای افزایش راندمان پولیش شده
شباهت کمپرسور سانتریفوژ با کمپرسور محوری
کمپرسورهای سانتریفوژ از این نظر مشابه با کمپرسورهای محوری (axial compressors) هستند که هر دو کمپرسورهای با ایرفویل دوار هستند. این نباید عجیب باشد که بخش ابتدایی ایمپلر (impeller) سانتریفوژ بسیار شبیه به یک کمپرسور محوری به نظر برسد. بخش ابتدایی ایمپلر سانتریفوژ، ایندیوسر یا القاگر (inducer) نامیده می‌شود. کمپرسورهای سانتریفوژ از این نظر از کمپرسورهای محوری متفاوت هستند که تغییر بیش‌تری در شعاع جریان از ورودی به خروجی روتور/ایمپلر ایجاد می‌کنند.
کمپرسور چند مرحله‌ای محوری
برش یک توربین گاز نشان دهنده یک کمپرسور ترکیبی محوری و سانتریفوژ
شباهت کمپرسور سانتریفوژ با فن سانتریفوژ
کمپرسورهای سانتریفوژ همچنین شبیه به فن‌های سانتریفوژ (centrifugal fans) هستند و هر دو انرژی جریان را از طریق افزایش شعاع افزایش می‌دهند. در مقابل فن‌های سانتریفوژ، کمپرسورها در سرعت‌های بالاتر کار می‌کنند تا افزایش فشار بیش‌تری تولید کنند. در بسیاری از موارد، روش‌های مهندسی استفاده شده برای طراحی یک فن سانتریفوژ همانند طراحی یک کمپرسور سانتریفوژ است. در نتیجه این دو گاهی می‌توانند بسیار مشابه باشند.
این رابطه در مقایسه با فن‌های قفس سنجابی (squirrel-cage fans) کم‌تر درست است.
به عنوان یک دسته‌بندی کلی می‌توان گفت که کمپرسورهای سانتریفوژ اغلب دارای بیش‌تر از 5 درصد افزایش دانسیته هستند. همچنین آن‌ها هنگامی که سیال هوا یا نیتروژن باشد، اغلب دارای سرعت سیال بالای عدد ماخ 0.3 هستند. در مقابل، فن‌ها و دمنده‌ها اغلب دارای افزایش دانسیته کم‌تر از پنج درصد و بیشینه سرعت سیال زیر 0.3 ماخ در نظر گرفته می‌شوند.
شباهت کمپرسور سانتریفوژ با پمپ سانتریفوژ
کمپرسورهای سانتریفوژ نیز شبیه به پمپ‌های سانتریفوژ (centrifugal pumps) هستند. تفاوت کلیدی بین این کمپرسورها و پمپ‌ها این است که سیال عامل کمپرسور، گاز (تراکم‌پذیر) و سیال پمپ، مایع (تراکم‌ناپذیر) است. روش‌های مهندسی مورد استفاده برای طراحی پمپ سانتریفوژ همانند طراحی یک کمپرسور سانتریفوژ می‌باشند. با این حال یک تفاوت مهم وجود دارد: نیاز به مقابله با کاویتاسیون (cavitation) در پمپ‌ها.
شباهت کمپرسور سانتریفوژ با توربین شعاعی
کمپرسورهای سانتریفوژ همچنین بسیار شبیه به همتای توربوماشین خود، توربین جریان شعاعی (radial-inflow turbine) هستند. در حالی که یک کمپرسور برای بالا بردن فشار، انرژی را به یک جریان انتقال می‌دهد، یک توربین در جهت معکوس و به وسیله استخراج انرژی از جریان و در نتیجه کاهش فشار آن کار می‌کند. به عبارت دیگر، توان به کمپرسور وارد و از توربین خارج می‌گردد.
توربین‌های شعاعی
توربوماشین‌های استفاده کننده از کمپرسورهای سانتریفوژ
برخی از ماشین‌هایی که ممکن است از یک یا چند کمپرسور سانتریفوژ استفاده کنند در اینجا ذکر شده است.
یونیت توان کمکی (auxiliary power unit)
سوپر شارژرهای سانتریفوژ (centrifugal type supercharger)
توربین گاز (gas turbine)
توربوشارژر (turbocharger)
توربوپراپ (turboprop)
توربوشافت (turboshaft)
کمپرسور سانتریفوژ در یک موتور جت
کمپرسور سانتریفوژ در یک موتور جت
کمپرسور سانتریفوژ چند مرحله‌ای
اجزای یک کمپرسور سانتریفوژ ساده
یک کمپرسور سانتریفوژ ساده دارای چهار بخش است:
ورودی (inlet)
پروانه (impeller)/روتور (rotor)
دیفیوزر (diffuser)
کلکتور (collector).
جریان گاز به صورت محوری وارد ایمپلر سانتریفوژ می‌شود و در نتیجه چرخش پروانه، جریان از مخروط خروجی حلزونی (volute) عبور و از کمپرسور خارج می‌شود.
ورودی
ورودی به یک کمپرسور سانتریفوژ معمولا یک لوله ساده است و ممکن است شامل قطعاتی همچون ولو (valve)، تیغه‌ها/ایرفویل‌های ثابت (مورد استفاده برای کمک به چرخش جریان) و ابزار اندازه‌گیری فشار و دما شود. تمام این دستگاه‌های اضافی کاربردهای مهمی در کنترل کمپرسور سانتریفوژ دارند.
ایمپلر سانتریفوژ
بخش کلیدی که یک کمپرسور سانتریفوژ را می‌سازد، ایمپلر (impeller) سانتریفوژ است. چرخش مجموعه‌ای از پره‌ها یا تیغه‌های پروانه است که باعث می‌شود به تدریج انرژی گاز افزایش یابد. این اتفاق با کمپرسور محوری (axial compressor) یکسان است، با این تفاوت که در کمپرسور سانتریفوژ گازها به وسیله افزایش شعاع پروانه به سرعت‌ها و سطح انرژی بالاتری می‌رسند. در بسیاری از کمپرسورهای سانتریفوژ مدرن با راندمان بالا، گاز خروجی از پروانه در نزدیکی سرعت صوت حرکت می‌کند.
ایمپلرها دارای اشکال مختلفی هستند:
ایمپلرهای باز (open Impellers) با پره‌های قابل مشاهده
ایمپلرهای پوشیده (covered Impellers) یا ایمپلرهای شراد دار (shrouded Impellers)
ایمپلرهای دارای اسپلیتر (splitter) و بدون اسپلیتر که تمام پره‌ها کامل یا ایندیوسر (inducer) هستند
بیش‌تر ایمپلرهای مدرن با راندمان بالا از پره‌های رو به عقب استفاده می‌کنند.
ایمپلرهای باز
ایمپلرهای شراد دار
اسپلیتر و ایندیوسر در ایمپلرها
دیفیوزر
بخش کلیدی بعدی یک کمپرسور سانتریفوژ ساده، دیفیوزر (diffuser) است که در مسیر جریان پایین دست پروانه قرار دارد. وظیفه دیفیوزر تبدیل انرژی جنبشی (سرعت بالا) گاز به فشار است که با کاهش تدریجی سرعت (انتشار) گاز انجام می‌شود. دیفیوزرها می‌توانند بدون پره، پره‌دار و یا به صورت ترکیب یک در میان باشند. نسخه‌های هایبریدی دیفیوزرهای پره‌دار عبارت‌اند از

دیفیوزرهای باله‌ای (wedge diffusers)
دیفیوزرهای کانالی (channel diffusers)
دیفیوزر‌های لوله‌ای (pipe diffusers).
خش ثابت یا استاتور (stator section) از یک پمپ سانتریفوژ، بعد از آن که جریان از ایمپلر (impeller) خارج می‌شود، یک دیفیوزر (diffuser) یا حلزونی (volute) است. هدف از هر یک از این دو نوع استاتور این است که با کارایی مناسبی انرژی سرعتی را به فشار تبدیل کنند.

دیفیوزرها به وسیله تعدادی مسیر واگرای متقارن شعاعی در اطراف ایمپلر شناخته می‌شوند. یک حلزونی و یا یک کلکتور حلقه‌ای پشت سر دیفیوزر قرار می‌گیرند.
دیفیوزر پمپ

حلزونی‌ها اغلب توسط یک یا دو مسیر واگرای قیف مانند مشخص می‌شوند که اطراف ایمپلر را احاطه کرده است. برخی از استاتورهای حلزونی با چند ورودی ممکن است دیفیوزر نامیده شوند. با افزایش مساحت مقطع، حلزونی سرعت مایع را کاهش و فشار آن را افزایش می‌دهد. حلزونی با افزایش سطح مقطع خود، انرژی جنبشی سیال را به فشار تبدیل می‌کند.
برای فشارهای بالای بین بیرینگ‌ها (bearings) در پمپ‌های چند مرحله‌ای (multi-stage pumps)، طرح‌های دیفیوزری در مقایسه با طرح‌های حلزونی جمع و جورتر هستند. به طور کلی فشردگی باعث کاهش اندازه پمپ و کاهش هزینه‌ متریال و ساخت می‌شود.
دیفیوزر پمپ چند مرحله‌ای
معمولا دیفیوزرها به صورت قطعات یک تکه و یا دو تکه که به محفظه پمپ متصل شده‌اند، طراحی می‌شوند. دیفیوزرها قطعات ماژولار می‌باشد. برای یک کیسینگ مشخص پمپ، انواع مختلفی از مسیرهای دیفیوزری را می‌توان طراحی کرد تا بازه وسیعی از شرایط کارکردی را پوشش دهند.
حلزونی پمپ
برای یک پمپ سانتریفوژ یک مرحله‌ای، طرح دیفیوزری گران‌تر است زیرا رینگ دیفیوزر یک قطعه اضافی است که باعث افزایش ماشین‌کاری بر روی کیسینگ می‌شود. کیسینگ باید همچنان وظیفه جمع‌آوری و انتقال جریان از دیفیوزر به نازل خروجی را بر عهده داشته باشد. صرف نظر از این که این کار چگونه انجام شود، دیفیوزر مزیت نسبی کمی در اندازه یک پمپ تک مرحله‌ای ایجاد می‌کند.
حلزونی پمپ
طرح‌های دیفیوزری اغلب در مقایسه با انواع حلزونی، در دبی جریان بهترین کارایی (best efficiency) کاراتر هستند. همچنین می‌توان یک دیفیوزر سفارشی را برای کاربرد مد نظر ساخت تا راندمان را برای یک نقطه کاری خاص به حداکثر رساند.

دیفیوزرها در نرخ‌های جریان خارج از پیک که پمپ بخش زیادی از زمان را در آن کار می‌کند، راندمان کم‌تری دارند. تفاوت راندمان ممکن است قابل توجه نباشد، مگر این که توان پمپ بالا باشد، در این حالت کاربر باید بین هزینه‌های کم‌تر متریال و حمل پمپ‌های دیفیوزری و سود ناشی از افزایش راندمان در پمپ‌های حلزونی انتخاب نماید.
ی کی از اهداف اصلی پوسته حلزونی (volute casing)، کمک برای متوازن کردن فشار هیدرولیک بر روی شافت پمپ می‌باشد. البته این امر در شرایطی که پمپ با ظرفیت مورد توصیه سازنده کار می‌کند، بهتر اتفاق می‌افتد. کارکرد پمپ‌های حلزونی شکل در ظرفیت کمتر از مقدار توصیه شده، می‌تواند باعث ایجاد تنش‌های فرعی بر روی شافت پمپ شود و فرسایش آب‌بندی‌ها (seals)، بیرینگ‌ها (bearings) و خود شافت را در پی خواهد داشت.

نیروی شعاعی وارد بر ایمپلر در اثر یک توزیع فشار محیطی غیر یکنواخت ایجاد می‌شود که طراحی استاتور نقش مهمی را در آن بازی می‌کند. برای برخی از کاربردها، به ویژه در پمپ‌های دارای ایمپلرهای تک مرحله‌ای معلق که به طور پیوسته در جریان‌های بسیار دور از جریان بهترین نقطه راندمان کار می‌کنند، یک آرایش دیفیوزری/کلکتوری می‌تواند میزان کم‌تری از نیروی تراست شعاعی ایجاد می‌کنند.
کمپرسور محوری (axial compressor) یک دستگاه تولید فشار و نوعی کمپرسور دوار مبتنی بر ایرفویل است که در آن جریان سیال موازی با محور چرخش است. این در تضاد با دیگر کمپرسورهای دوار از قبیل کمپرسور سانتریفوژ (centrifugal compressor) و کمپرسور جریان مختلط (mixed-flow compressor) است که در آن سیال به صورت محوری وارد می‌شود اما دارای یک مولفه شعاعی قابل توجه در خروج خواهد بود.

کمپرسورهای جریان محوری یک جریان پیوسته با شتاب منفی از گاز فشرده ایجاد می‌کنند. سطح انرژی هوا یا گاز درون کمپرسور محوری توسط عمل تیغه‌های روتور که گشتاوری را به سیال اعمال می‌کنند، توسط یک موتور الکتریکی (electric motor) یا توربین بخار (steam turbine) و یا توربین گاز (gas turbine) تامین می‌شود. مزیت کمپرسورهای محوری راندمان بالا، دبی جرمی بزرگ به ویژه نسبت به سطح مقطع آن‌ها است. البته کمپرسورهای محوری نیاز به چندین ردیف ایرفویل برای رسیدن به افزایش فشارهای بزرگ دارند که باعث پیچیده و گران شدن ساخت آن‌ها نسبت به طرح‌های دیگری همانند کمپرسورهای سانتریفوژ (centrifugal compressors) می‌شود.
کمپرسورهای محوری به طور گسترده‌ای در توربین‌های گازی (gas turbines) مانند موتورهای جت، موتور کشتی با سرعت بالا و نیروگاه‌های کوچک استفاده می‌شوند. همچنین کمپرسورهای محوری در کاربردهای صنعتی مانند پلانت‌های جداسازی هوا (air separation plants) با حجم بالا، هوای کوره دمشی (blast furnace)، هوای کراکینگ کاتالیزوری سیال (fluid catalytic cracking) و هیدروژن‌زدایی پروپان (propane dehydrogenation) استفاده می‌شوند. با توجه به کارایی بالا، قابلیت اطمینان بالا و کارکرد انعطاف‌پذیر در موتورهای هوایی استفاده می‌شوند.
ساختمان کمپرسورهای محوریتصویر
کمپرسورهای محوری از اجزای دوار و ثابت تشکیل شده‌اند. شافت یک درام مرکزی که توسط بیرینگ‌ها (bearings) نگه داشته شده است را می‌گرداند. درام دارای تعدادی ردیف حلقوی ایرفویل است که معمولا به صورت جفت‌هایی در کنار هم قرار می‌گیرند و یکی از آن‌ها دوار و دیگری ثابت و متصل به یک محفظه لوله‌ای ثابت است. یک جفت از ایرفویل‌های دوار و ثابت، یک مرحله (stage) نامیده می‌شوند. ایرفویل‌های دوار همچنین به عنوان تیغه (blade) یا روتور (rotor) شناخته می‌شوند و به سیال شتاب می‌دهند. ایرفویل‌های ثابت که همچنین به عنوان استاتور (stator) و یا پره (vane) شناخته می‌شوند، به وسیله نفوذ یا انتشار (diffusion) انرژی جنبشی دورانی افزایش یافته را به فشار استاتیک تبدیل می‌کنند و مسیر جهت جریان سیال را به صورتی تغییر می‌دهند که برای پره‌های روتور مرحله بعدی آماده شوند. سطح مقطع بین درام روتور و محفظه در جهت جریان کاهش می‌یابد تا بتوان همراه با تراکم سیال، با استفاده از هندسه متغیر عدد ماخ بهینه را حفظ کرد.
کارکرد کمپرسورهای محوری
به دلیل این که سیال در جهت محوری وارد و خارج می‌شود، در معادله انرژی مولفه سانتریفوژ وارد بازی نمی‌شود. در اینجا تراکم به طور کامل بر اساس انتشار (diffusion) در مسیرها انجام می‌شود. عمل نفوذ در استاتور هد جنبشی مطلق مایع را به افزایش فشار تبدیل می‌کند. هد جنبشی نسبی در معادله انرژی، عبارتی است که تنها به دلیل چرخش روتور وجود دارد. روتور هد جنبشی نسبی سیال را کاهش و بر هد جنبشی مطلق سیال می‌افزاید؛ به عبارتی روتور بر سرعت (مطلق) ذرات سیال می‌افزاید و در نتیجه سرعت نسبی بین سیال و روتور را کاهش می‌دهد. به طور خلاصه، روتور سرعت مطلق مایع را افزایش می‌دهد و استاتور آن را به افزایش فشار تبدیل می‌کند. طراحی مسیر روتور با یک قابلیت انتشار می‌تواند علاوه بر کارکرد طبیعی آن، یک افزایش فشار تولید کند. این باعث تولید افزایش فشار بیش‌تر در هر مرحله در هر دو استاتور و روتور می‌شود. این اصل واکنش (reaction principle) در توربوماشین‌ها می‌باشد. اگر 50 درصد از افزایش فشار در یک مرحله در بخش روتور به دست آید، گفته می‌شود که میزان واکنش 50 درصد است.
افزایش فشار و سرعت در یک مرحله از کمپرسور محوری
طراحی کمپرسورهای محوری
افزایش فشار تولید شده در یک مرحله توسط سرعت نسبی بین روتور و سیال و قابلیت‌های چرخش و نفوذ ایرفویل‌ها محدود می‌شود. یک مرحله معمولی از یک کمپرسور تجاری، در شرایط طراحی با راندمان پلی‌تروپیک حدود 90 تا 95 درصد، افزایش فشاری بین 15 تا 60 درصد (نسبت فشار 1.15 تا 1.6) تولید می‌کند. برای رسیدن به نسبت‌های فشار مختلف، کمپرسورهای محوری با تعداد مراحل و سرعت‌های دوران مختلفی طراحی می‌شوند.

به عنوان یک قاعده سر انگشتی می‌توانیم فرض کنیم که هر مرحله در یک کمپرسور دارای افزایش دمای (ΔT) یکسان است. بنابراین در ورودی، دمای ورودی (Tstage) به هر مرحله باید به تدریج در طول کمپرسور افزایش و نسبت (ΔT/Tstage) کاهش یابد که این یک کاهش تدریجی نسبت فشار را هر مرحله در طول دستگاه یادآوری میکند. از این رو مراحل عقبی، نسبت فشار به طور قابل توجه پایین‌تری را نسبت به مرحله اول ایجاد می‌کنند.
اگر سرعت نسبی بین سیال و روتور مافوق صوت باشد، نسبت فشار بالاتر در مراحل نیز امکان‌پذیر است، اما این کار به قیمت از دست دادن راندمان و قابلیت عملیاتی کمپرسور به دست می‌آید. چنین کمپرسورهایی با نسبت فشار مرحله‌ای بیش از 2، تنها در جایی همانند جت‌های نظامی که کاهش اندازه، وزن و یا پیچیدگی کمپرسور بسیار مهم است استفاده می‌شوند.
پروفایل و پیچش ایرفویل‌ها برای سرعت‌های ویژه بهینه‌سازی و مطابقت داده می‌شوند. اگر چه کمپرسورها می‌توانند در سایر شرایط با جریان، سرعت و یا نسبت‌های فشار مختلف کار کنند، این کار می‌تواند ما را از نظر راندمان و یا حتی یک شکست نسبی یا کامل در جریان (که به ترتیب به عنوان استال و سرج کمپرسور شناخته می‌شود) مجازات کند. بنابراین، یک محدودیت عملی در تعداد مراحل و نسبت فشار کلی، از تعامل بین مراحل مختلف در زمانی که نیاز به کار در شرایط خارج از طراحی باشد به دست می‌آید.

این شرایط "خارج از طراحی" را می‌توان با فراهم کردن اندکی انعطاف‌پذیری در کمپرسور، تا حدی کاهش داد. این کار به طور معمول با استفاده از پره‌های ثابت قابل تنظیم و یا به کمک ولو‌هایی که می‌توانند سیال را از جریان اصلی بین مراحل خارج کنند (inter-stage bleed valves) انجام می‌شود. موتورهای جت مدرن از یک مجموعه کمپرسور استفاده می‌کنند که در سرعت‌های مختلف کار می‌کنند و می‌توانند هوای احتراق را در نسبت فشار حدود 40:1 با انعطاف‌پذیری کافی برای همه شرایط پرواز تامین کنند.

سور جریان مختلط (mixed flow compressor) نوعی کمپرسور دینامیکی است که مولفه‌های محوری و شعاعی را ترکیب و یک دستگاه با جریان مورب ایجاد می‌کند.

شعاع میانگین گاز خروجی بیشتر از گاز ورودی است؛ اما جریان گاز به جای جهت شعاعی بیش‌تر تمایل به خروج به صورت محوری دارد. این کار نیاز به یک دیفیوزر خروجی با قطر نسبتا بزرگ که در کمپرسورهای سانتریفوژ (centrifugal compressors) موجود است را حذف می‌کند.

در آمریکا کمپرسور‌های جریان مختلط، کمپرسور جریان مورب (diagonal flow compressors) نامیده می‌شوند.
مپرسور اسکرال (scroll compressor) یا کمپرسور اسپیرال (spiral compressor) یا پمپ اسکرال (scroll pump) و یا پمپ خلاء اسکرال (scroll vacuum pump) وسیله‌ای است که برای تراکم هوا یا مبرد (refrigerant) به کار می‌رود. کمپرسور اسکرال در تجهیزات تهویه مطبوع (air conditioning)، به عنوان سوپر شارژر (supercharger) خودرو (که در آن‌جا به عنوان سوپر شارژر اسکرال شناخته می‌شود) و یا به عنوان پمپ خلاء (vacuum pump) به کار می‌رود.
مپرسورهای اسکرال
یک کمپرسور اسکرال (scroll compressor) که به عنوان پمپ اسکرال (scroll pump) و پمپ خلاء اسکرال (scroll vacuum pump) شناخته می‌شود از دو پره مارپیچی لایه‌ای برای پمپ کردن یا تراکم سیالاتی مانند مایعات و گازها استفاده می‌کند. هندسه پره می‌تواند به صورت اینولوت (involute)، مارپیچ ارشمیدس (archimedean spiral) و یا منحنی ترکیبی باشد. کمپرسورهای اسکرال از دیگر انواع کمپرسور نرم‌تر، بی‌صداتر و مطمئن‌تر کار می‌کنند و اندازه کم‌تری دارند
یک کمپرسور اسکرال که در جهت معکوس کار می‌کند به عنوان یک اکسپندر اسکرال (scroll expander) شناخته می‌شود و می‌تواند از انبساط یک سیال، هوا و یا گاز فشرده برای تولید کار مکانیکی استفاده کند. بسیاری از پمپ‌های حرارتی (heat pumps) و سیستم‌های تهویه مطبوع مرکزی خانگی و کولر برخی از خودروها به جای استفاده از کمپرسورهای معمول‌تر رفت و برگشتی (reciprocating compressors)، و کمپرسورهای صفحه لرزان (wobble-plate compressors) از کمپرسورهای اسکرال استفاده می‌کنند.تصویرتصویر
آخرین ویرایش توسط rohamjpl پنج‌شنبه ۱۳۹۹/۱۱/۲ - ۱۰:۰۶, ویرایش شده کلا 1 بار
تصویر

نمایه کاربر
rohamjpl

نام: roham hesami

محل اقامت: Tehran -Qeytariyeh, Ketabi Street, 8 meters from Saba

عضویت : سه‌شنبه ۱۳۹۹/۸/۲۰ - ۰۸:۳۴


پست: 343

سپاس: 176

جنسیت:

تماس:

Re: انواع ایمپلر و-کمپرسور

پست توسط rohamjpl »

قسمت دوم
طراحی کمپرسور اسکرالتصویر
یک کمپرسور اسکرال از دو اسکرال درگیر در هم برای پمپاژ یا تراکم سیالاتی همانند مایعات و گازها استفاده می‌کند. هندسه پره ممکن است به صورت مارپیچ ارشمیدس (involute/Archimedean spiral) و یا منحنی ترکیبی باشد.
اغلب یکی از اسکرال‌ها ثابت است، در حالی که دیگری به صورت خارج از مرکز و بدون این که بچرخد، یک حرکت مداری انجام می‌دهد که این باعث به دام افتادن و پمپاژ و یا تراکم بسته‌های سیال در بین اسکرال‌ها می‌شود. روش دیگر برای تولید حرکت تراکمی، چرخاندن اسکرال‌ها به صورت همزمان اما با مرکز چرخش دارای فاصله است. در این حالت حرکت نسبی دو اسکرال به همان صورتی است که یکی از آن‌ها ثابت باشد و دیگری حرکت مداری انجام دهد.
یکی دیگر از انواع کمپرسور اسکرال به وسیله تیوب‌های انعطاف‌پذیر (شلنگ‌های پارچه‌ای) کار می‌کند که در آن مارپیچ ارشمیدس به عنوان یک پمپ پریستالتیک (peristaltic pump) عمل می‌کند و کارکرد آن بسیار شبیه یک لوله خمیر دندان است. این کمپرسورها دارای محفظه‌هایی هستند که با روغن پر شده‌اند تا از ایجاد سایش در خارج از لوله پمپ جلوگیری و به اتلاف حرارت کمک کنند و از لوله‌های تقویت شده‌ای استفاده می‌کنند که اغلب شلنگ (hose) نامیده می‌شوند. این کلاس از پمپ اغلب به عنوان پمپ شلنگی (hose pump) شناخته می‌شوند. علاوه بر این، از آن‌جا که هیچ قطعه متحرکی در تماس با سیال وجود ندارد، ساخت پمپ‌های پریستالتیک ارزان است. عدم وجود سوپاپ (valve)، آب‌بند (seal) و گلند (gland) باعث می‌شود که نگهداری از آن‌ها نسبتا ارزان شود. استفاده از شلنگ یا لوله در مقایسه با سایر انواع پمپ امکان نگهداری ارزان را فراهم می‌کند.
کمپرسورهای اسکرال تمایل به کوچک بودن و کارکرد نرم دارند، به طوری که نیاز به تعلیق فنری ندارند. این به آن‌ها اجازه می‌دهد تا محفظه‌های بسیار کوچکی داشته باشند که نه تنها باعث کاهش هزینه‌های کلی می‌شود، بلکه باعث کوچک‌تر شدن حجم خالی می‌گردد. مکانیزم اسکرال تحمل بیش‌تری نسبت به ورود مایع دارد اما در همان زمان بیش‌تر مستعد تجربه آن است. کمپرسورهای اسکرال همچنین طراحی پایپینگ ساده‌ای دارند، زیرا نیاز به هیچ اتصال خارجی برای خنک‌کاری ندارند.
کاربرد کمپرسورهای اسکرال
کمپرسور کولر گازی (air conditioner)
پمپ‌های خلاء (vacuum pump)
سوپر شارژر (superchargers) خودروها
اندازه کوچک یک کمپرسور اسکرال و کارکرد بی‌صدای آن به دستگاه اجازه قرار گرفتن در دستگاه‌های ابر کامپیوتر را می‌دهد.
مقایسه کمپرسورهای اسکرال با کمپرسورهای دیگر
کمپرسورهای اسکرال در برخی از کاربردها نسبت به کمپرسور‌های معمولی به کارکرد نرم، بی صدا و قابل اعتماد معروف هستند. بر خلاف پیستون، جرم‌های دوار اسکرال را می‌توان با جرم‌های ساده کاملا متعادل کرد تا لرزش به حداقل برسد. البته در صورت استفاده از کوپلینگ اولدهام (Oldham coupling) نمی‌توان اسکرال دوار را بالانس کرد. فرآیند گاز در اسکرال پیوسته‌تر است. علاوه بر این عدم وجود فضای مرده باعث افزایش راندمان حجمی می‌شود.
میزان چرخش و جریان پالسی
فرآیند تراکم برای کمپرسور اسکرال در طول حدود 2 تا 2.5 چرخش میل‌لنگ رخ می‌دهد که در مقایسه با آن در کمپرسورهای روتاری (rotary compressors) در یک چرخش و در کمپرسورهای رفت و برگشتی (reciprocating compressors) در نیم چرخش انجام می‌شود. فرآیندهای تخلیه و مکش کمپرسور اسکرال در یک چرخش کامل رخ می‌دهند که در مقایسه با آن کم‌تر از نیم چرخش برای فرآیند مکش کمپرسور رفت و برگشتی و کم‌تر از یک چهارم چرخش برای فرآیند تخلیه کمپرسور رفت و برگشتی صرف می‌شود.
کمپرسور رفت و برگشتی دارای چندین سیلندر‌ (به طور معمول از دو تا شش) هستند در حالی که کمپرسورهای اسکرال تنها دارای یک عنصر تراکمی می‌باشند. حضور سیلندر‌های متعدد در کمپرسورهای رفت و برگشتی پالس مکش و تخلیه را کاهش می‌دهد. بنابراین مشکل است که بتوانیم مشخص کنیم که آیا کمپرسورهای اسکرال دارای میزان ضربان کم‌تر از کمپرسورهای رفت و برگشتی هستند؛ چیزی که اغلب توسط برخی از تامین‌کنندگان کمپرسورهای اسکرال ادعا می‌شود. جریان ثابت‌تر باعث کم شدن ضربان گاز، صدا و لرزش کم‌تر پایپینگ متصل و هم‌زمان بدون اثر بر روی راندمان کمپرسور می‌شود.
ولو‌ها در کمپرسورهای اسکرال
کمپرسورهای اسکرال هرگز ولو مکش ندارند، اما بسته به کاربرد ممکن است یک شیر تخلیه داشته باشند. استفاده از یک شیر تخلیه دینامیک در کاربردهای با نسبت فشار بالا همانند تبرید (refrigeration) متداول‌تر است. به طور معمول یک اسکرال تهویه مطبوع دارای ولو تخلیه دینامیکی نیست. زمانی که نسبت فشار عملیاتی متغیر باشد، استفاده از یک شیر تخلیه دینامیک باعث بهبود راندمان کمپرسور اسکرال در بازه گسترده‌ای از شرایط عملیاتی می‌شود. با این حال اگر کمپرسور برای کار در نزدیکی تنها یک نقطه طراحی شده باشد، اگر هیچ ولو تخلیه دینامیکی وجود نداشته باشد، کمپرسور اسکرال می‌تواند در اطراف این نقطه به بیشینه راندمان خود برسد؛ زیرا مقداری تلفات اضافی مربوط به ولو تخلیه و نیز پورت تخلیه وجود دارد.
راندمان کمپرسورهای اسکرال
زمانی که کمپرسور برای کار در نزدیکی نقطه نامی انتخاب شود، راندمان آیزنتروپیک کمپرسورهای اسکرال اندکی بالاتر از کمپرسورهای رفت و برگشتی (reciprocating compressor) است. کمپرسورهای اسکرال در این مورد کارآمدتر هستند؛ زیرا که دارای ولو تخلیه دینامیک نیستند که باعث ایجاد تلفات اضافی شود. با این حال در نسبت فشار بالاتر راندمان کمپرسور اسکرال بدون شیر تخلیه در مقایسه با کمپرسورهای رفت و برگشتی کاهش می‌یابد. این نتیجه تلفات تراکم کم است که در کارکرد در نسبت فشار بالای کمپرسورهای جابجایی مثبت بدون شیر تخلیه دینامیک رخ می‌دهد.
در پمپاژ سیال به دام افتاده، فرآیند تراکم اسکرال نزدیک به صد درصد راندمان حجمی دارد. فرآیند مکش یک حجم ایجاد می‌کند و آن را از فرآیندهای تراکم و تخلیه جدا می‌کند. در مقایسه با آن، کمپرسورهای رفت و برگشتی یک حجم کمی از گاز فشرده را در داخل سیلندر باقی می‌گذارند؛ زیرا برای پیستون عملی نیست که سرسیلندر یا سوپاپ را لمس کند. سپس گاز باقی مانده از سیکل قبلی، فضای در نظر گرفته شده برای مکش گاز را اشغال می‌کند. کاهش ظرفیت (راندمان حجمی) بستگی به فشارهای مکش و تخلیه دارد که در نسبت‌های بالاتر، کاهش بیش‌تری اتفاق می‌افتد.
قابلیت اطمینان کمپرسورهای اسکرال
کمپرسورهای اسکرال نسبت به کمپرسورهای رفت و برگشتی (reciprocating compressors) دارای قطعات متحرک کم‌تری هستند که به از نظر تئوری باید قابلیت اطمینان را بهبود بخشد. طبق ادعای برخی از سازندگان، کمپرسورهای اسکرال دارای 70 درصد قطعات متحرک کم‌تر نسبت به کمپرسورهای پیستونی (piston compressors) معمولی هستند.
کمپرسور دیافراگمی (diaphragm compressor) یا کمپرسور ممبرانی (membrane compressor) نوعی کمپرسور رفت و برگشتی (reciprocating compressor) است که در آن تراکم گاز با استفاده از یک ممبران انعطاف‌پذیر انجام می‌شود.
حرکت به جلو و عقب ممبران توسط یک میله و یک مکانیزم میل لنگ و یا به وسیله یک سیستم هیدرولیکی انجام می‌شود.
تنها ممبران و محفظه کمپرسور در تماس با گاز پمپ شده قرار می‌گیرند. به همین دلیل این ساختار برای پمپاژ گازهای سمی و مواد منفجره بسیار مناسب است. ممبران باید به اندازه کافی قابل اعتماد باشد تا تغییر شکل مورد نیاز را تحمل کند. همچنین ممبران باید دارای خواص شیمیایی مناسب و مقاومت دمایی کافی باشد.
کمپرسور روتاری اسکرو (rotary screw compressor) نوعی کمپرسور گاز (gas compressor) است که از یک مکانیزم جابه‌جایی مثبت چرخشی استفاده می‌کند. کمپرسورهای اسکرو معمولا در جایی که در آن حجم زیادی از هوا با فشار بالا مورد نیاز است، به عنوان جایگزین کمپرسور پیستونی (piston compressors)، در کاربردهای بزرگ صنعتی یا برای به کار انداختن ابزارهای هوایی قدرتمند همانند چکش هوایی به کار می‌روندتصویر
فرآیند فشرده‌سازی گاز در یک پیچ دوار، یک حرکت جاروبی پیوسته است که همانند کمپرسورهای پیستونی (piston compressors)، ضربان یا سرج جریان آن بسیار کم است.

کارکرد کمپرسورهای اسکرو
کمپرسورهای دوار اسکرو برای تراکم گاز از دو پیچ مارپیچ درگیر در هم به نام روتور استفاده می‌کنند. گاز از سمت مکش وارد می‌شود و با چرخش پیچ‌ها از میان رزوه‌ها حرکت می‌کند. روتورهای درگیر گاز را از میان کمپرسور هل می‌دهند و گاز از انتهای پیچ‌ها خارج می‌گردد. اثربخشی این مکانیزم وابسته به قرارگیری دقیق فضاهای خالی بین روتورهای مارپیچ و آب‌بندی بین روتور و حفره‌های تراکمی محفظه است.
در یک کمپرسور روتاری اسکرو با کارکرد خشک (dry running rotary screw compressor)، چرخ‌دنده‌های (gears) زمان‌بندی به ما اطمینان می‌دهند که روتور نر و ماده ترازبندی دقیق خود را حفظ می‌کنند.
در یک کمپرسور روتاری اسکرو مغروق در روغن (oil-flooded rotary screw compressor)، روغن روان‌کاری در فضای بین روتورها پل می‌زند و هم‌زمان یک سیل هیدرولیکی و نیز انتقال انرژی مکانیکی بین روتورهای راننده و رانده ایجاد می‌کنند.تصویر
سایز کمپرسورهای اسکروتصویر
کمپرسورهای روتاری اسکرو جمع و جور هستند و تمایل به کارکرد و ملایم با ارتعاش محدود دارند و در نتیجه نیاز به فنر تعلیق ندارند. البته بسیاری از کمپرسورهای روتاری اسکرو با استفاده پایه‌های لاستیکی ایزوله‌کننده ارتعاش برای جذب لرزش با فرکانس بالا نصب می‌شوند؛ به ویژه در کمپرسورهای روتاری اسکرو که در سرعت‌های دورانی بالایی کار می‌کنند. کمپرسورهای روتاری اسکرو در اندازه‌هایی از 10 CFM (فوت مکعب در دقیقه) تا چند هزار CFM تولید می‌شوند. کمپرسورهای روتاری اسکرو معمولا در کاربردهایی که نسبت به کمپرسورهای رفت و برگشتی (reciprocating compressors) کوچک نیاز به دبی بیش‌تر و از کمپرسورهای سانتریفوژ (centrifugal compressors) نیاز به دبی کم‌تر دارد، به کار می‌روند.
کاربرد کمپرسورهای اسکرو
به طور معمول کمپرسورهای روتاری اسکرو برای تامین هوای فشرده برای کاربردهای صنعتی استفاده می‌شوند. دستگاه‌های نصب شده روی چرخ با محرک دیزل اغلب در سایت‌های ساخت و ساز دیده و برای راه اندازی ماشین‌آلات ساخت و ساز با هوای فشرده استفاده می‌شوند.
علاوه بر این، کمپرسورهای روتاری اسکرو در حال کسب محبوبیت بیش از پیش در تاسیسات تصفیه‌خانه فاضلاب شهری برای افزایش راندمان و کاهش مصرف برق هستند.
کمپرسورهای اسکرو بدون روغن
در یک کمپرسور اسکرو بدون روغن (oil-free screw compressor)، هوا به طور کامل از طریق کارکرد پیچ‌ها متراکم می‌شود و از روغن برای آب‌بندی کمک گرفته نمی‌شود. در نتیجه کمپرسورهای بدون روغن معمولا توانایی بیشینه فشار تخلیه کم‌تری دارند. با این حال کمپرسورهای بدون روغن چند مرحله‌ای که در آن هوا با چند گروه از پیچ‌ها فشرده می‌شود، می‌توانند به فشارهای بیش از 10 بار و حجم خروجی از بیش از 56.000 متر مکعب در دقیقه برسند (اندازه‌گیری شده در دمای 60 درجه سانتی‌گراد و فشار اتمسفر).
کمپرسورهای بدون روغن در کاربردهایی که در آن ورود روغن به گاز قابل قبول نیست مانند تحقیقات پزشکی و تولید نیمه‌هادی استفاده می‌شوند. با این حال، این کمپرسورها نیاز به فیلتراسیون هیدروکربن‌ها قبل از محل مصرف را برطرف نمی‌کنند زیرا آلاینده‌ها از هوای محیط وارد می‌شوند. در نتیجه برای اطمینان از کیفیت هوای فشرده تولید شده، تصفیه هوا برای کمپرسور اسکروی بدون روغن مشابه با کمپرسور اسکروی روغنی است.
کمپرسورهای اسکرو روغنی
در یک کمپرسور روتاری اسکرو روغنی (oil-flooded rotary screw compressor)، روغن به حفره‌های تراکم تزریق می‌شود و به آب‌بندی و انجام خنک‌کاری گاز کمک می‌کند. روغن از جریان خروجی جدا و سپس سرد، فیلتر و بازیافت می‌شود. روغن ذرات غیر قطبی را از هوای ورودی شکار می‌کند و به طور موثری بار ذرات را در فیلتر هوای فشرده کاهش می‌دهد.
معمول است که بخشی از روغن کمپرسور وارد جریان گاز فشرده در پایین دست کمپرسور شود. در بسیاری از کاربردها، این روغن توسط مخازن لخته‌گیر (coalescer) یا فیلتر بازیافت می‌شود. در کاربردهای دیگر از تانک‌های گیرنده (receiver tanks) استفاده می‌کنند که سرعت موضعی هوای فشرده را کاهش و به روغن اجازه کندانس و خارج شدن از جریان هوا از طریق تجهیزات مدیریت میعانات را می‌دهند.
;کمپرسورهای رفت و برگشتی (reciprocating compressors) نوعی کمپرسور جابه‌جایی مثبت هستند که در آن‌ها المان تراکم و جابه‌جایی یک پیستون است که دارای یک حرکت رفت و برگشتی درون یک سیلندر می‌باشد. در شکل‌های زیر اجزای یک اسکید کمپرسور رفت و برگشتی نمایش داده شده است.
ک کمپرسور رفت و برگشتی (reciprocating compressor) یا کمپرسور پیستونی (piston compressor)، نوعی کمپرسور جابه‌جایی مثبت (positive-displacement compressor) است که از پیستون‌هایی که توسط یک میل لنگ حرکت می‌کنند برای رساندن گازها به فشار بالا استفاده می‌کند.
گاز ورودی به منیفولد مکش وارد می‌شود و پس از آن به سیلندر تراکمی جریان می‌یابد و در آن‌جا توسط یک پیستون که حرکت رفت و برگشتی خود را از یک میل‌لنگ می‌گیرد متراکم و پس از آن تخلیه می‌شود.
کاربردهای کمپرسورهای رفت و برگشتی عبارت‌اند از پالایشگاه‌های نفت (oil refineries)، خطوط لوله (gas pipelines) گاز، پلانت‌های شیمیایی، پلانت‌های فرآوری گاز طبیعی و پلانت‌های تبرید (refrigeration plants). یک کاربرد تخصصی کمپرسورهای رفت و برگشتی باد کردن بطری‌های پلاستیکی ساخته شده از پلی اتیلن ترفتالات (PET) است.
کمپرسورهای سانتریفوژ (centrifugal compressors) که گاهی کمپرسورهای شعاعی (radial compressors) نامیده می‌شوند، نوعی توربوماشین با تقارن محوری جذب‌کننده توان هستند.

یک کمپرسور سانتریفوژ با اضافه کردن انرژی جنبشی (سرعت) به یک جریان پیوسته سیال توسط روتور یا پروانه به افزایش فشار دست پیدا می‌کند؛ سپس با کاهش سرعت جریان در یک دیفیوزر (diffuser)، این انرژی جنبشی به افزایش انرژی پتانسیل (فشار استاتیک) تبدیل می‌شود. در بیش‌تر موارد، افزایش فشار در ایمپلر (impeller) با افزایش فشار در دیفیوزر برابر است.
شباهت توربوماشین‌ها
آن‌چه در مورد توربوماشین‌ها قابل توجه است این است که اصول کاری آن‌ها تقریبا همگانی است. قطعا تفاوت بسیاری بین این دستگاه‌ها و بین انواع تحلیل‌هایی که معمولا برای موارد خاص استفاده شود، وجود دارد اما در واقع فیزیک پس زمینه دینامیک سیالات، دینامیک گاز، آیرودینامیک، هیدرودینامیک، و ترمودینامیک برای همه آن‌ها یکی است. تعدادی از این ماشین‌آلات دارای ویژگی‌های فیزیکی مشابه با کمپرسورهای سانتریفوژ هستند.
یک ایمپلر سانتریفوژ که برای افزایش راندمان پولیش شده
شباهت کمپرسور سانتریفوژ با کمپرسور محوری
کمپرسورهای سانتریفوژ از این نظر مشابه با کمپرسورهای محوری (axial compressors) هستند که هر دو کمپرسورهای با ایرفویل دوار هستند. این نباید عجیب باشد که بخش ابتدایی ایمپلر (impeller) سانتریفوژ بسیار شبیه به یک کمپرسور محوری به نظر برسد. بخش ابتدایی ایمپلر سانتریفوژ، ایندیوسر یا القاگر (inducer) نامیده می‌شود. کمپرسورهای سانتریفوژ از این نظر از کمپرسورهای محوری متفاوت هستند که تغییر بیش‌تری در شعاع جریان از ورودی به خروجی روتور/ایمپلر ایجاد می‌کنند.
کمپرسور چند مرحله‌ای محوری
برش یک توربین گاز نشان دهنده یک کمپرسور ترکیبی محوری و سانتریفوژ
شباهت کمپرسور سانتریفوژ با فن سانتریفوژ
کمپرسورهای سانتریفوژ همچنین شبیه به فن‌های سانتریفوژ (centrifugal fans) هستند و هر دو انرژی جریان را از طریق افزایش شعاع افزایش می‌دهند. در مقابل فن‌های سانتریفوژ، کمپرسورها در سرعت‌های بالاتر کار می‌کنند تا افزایش فشار بیش‌تری تولید کنند. در بسیاری از موارد، روش‌های مهندسی استفاده شده برای طراحی یک فن سانتریفوژ همانند طراحی یک کمپرسور سانتریفوژ است. در نتیجه این دو گاهی می‌توانند بسیار مشابه باشند.
این رابطه در مقایسه با فن‌های قفس سنجابی (squirrel-cage fans) کم‌تر درست است.
به عنوان یک دسته‌بندی کلی می‌توان گفت که کمپرسورهای سانتریفوژ اغلب دارای بیش‌تر از 5 درصد افزایش دانسیته هستند. همچنین آن‌ها هنگامی که سیال هوا یا نیتروژن باشد، اغلب دارای سرعت سیال بالای عدد ماخ 0.3 هستند. در مقابل، فن‌ها و دمنده‌ها اغلب دارای افزایش دانسیته کم‌تر از پنج درصد و بیشینه سرعت سیال زیر 0.3 ماخ در نظر گرفته می‌شوند.
شباهت کمپرسور سانتریفوژ با پمپ سانتریفوژ
کمپرسورهای سانتریفوژ نیز شبیه به پمپ‌های سانتریفوژ (centrifugal pumps) هستند. تفاوت کلیدی بین این کمپرسورها و پمپ‌ها این است که سیال عامل کمپرسور، گاز (تراکم‌پذیر) و سیال پمپ، مایع (تراکم‌ناپذیر) است. روش‌های مهندسی مورد استفاده برای طراحی پمپ سانتریفوژ همانند طراحی یک کمپرسور سانتریفوژ می‌باشند. با این حال یک تفاوت مهم وجود دارد: نیاز به مقابله با کاویتاسیون (cavitation) در پمپ‌ها.
شباهت کمپرسور سانتریفوژ با توربین شعاعی
کمپرسورهای سانتریفوژ همچنین بسیار شبیه به همتای توربوماشین خود، توربین جریان شعاعی (radial-inflow turbine) هستند. در حالی که یک کمپرسور برای بالا بردن فشار، انرژی را به یک جریان انتقال می‌دهد، یک توربین در جهت معکوس و به وسیله استخراج انرژی از جریان و در نتیجه کاهش فشار آن کار می‌کند. به عبارت دیگر، توان به کمپرسور وارد و از توربین خارج می‌گردد.
کلکتور
کلکتور (collector) یک کمپرسور سانتریفوژ می‌تواند دارای اشکال و فرم‌های مختلفی باشد. زمانی که دیفیوزر به یک محفظه بزرگ خالی تخلیه می‌شود، ممکن است کلکتور به نام پلنیوم (Plenum) خوانده شود. زمانی که دیفیوزر به قطعه‌ای شبیه به حلزون یا شاخ گاو تخلیه می‌شود، به کلکتور حلزونی (volute) یا اسکرال (scroll) گفته می‌شود. هدف از کلکتور جمع‌آوری جریان از خروجی دیفیوزر و تحویل این جریان به یک لوله پایین‌دست است. کلکتور و لوله هر کدام می‌توانند دارای ولو (valves) و ابزار دقیق کنترل کمپرسور باشند.
کمپرسور گاز (gas compressor) یک دستگاه مکانیکی است که فشار گاز را افزایش و حجم آن را کاهش می‌دهد. کمپرسور هوا (air compressor) نوع خاصی از کمپرسور گاز است.
کمپرسورها شبیه به پمپ‌ها (pumps) هستند: هر دو فشار سیال را افزایش می‌دهند و هر دو می‌توانند را درون یک لوله جابه‌جا کنند. از آن‌جا که گازها تراکم‌پذیر هستند، کمپرسور حجم گاز را نیز کاهش می‌دهد. مایعات نسبتا تراکم ناپذیر هستند و تنها اندکی فشرده می‌شوند، بنابراین کار اصلی یک پمپ فشار دادن و انتقال مایعات است.
کمپرسورهای سانتریفوژ
کمپرسورهای گریز از مرکز یا کمپرسورهای سانتریفوژ (centrifugal compressors) از یک دیسک دوار و یا پروانه یا ایمپلر (impeller) در یک محفظه استفاده می‌کنند تا گاز را به لبه پروانه بفرستند و سرعت گاز را افزایش دهند. یک قطعه دیفیوزر (diffuser) به صورت یک داکت واگرا، انرژی سرعتی را به انرژی فشاری تبدیل می‌کند. کمپرسورهای سانتریفوژ در درجه اول برای سرویس ثابت پیوسته در صنایعی مانند پالایشگاه‌های نفت (oil refineries)، صنایع شیمیایی و پتروشیمی (petrochemical plants) و پلانت‌های فرآوری گاز طبیعی استفاده می‌شوند. کاربرد آن‌ها می‌تواند از 100 اسب بخار (75 کیلووات) تا هزاران اسب بخار باشد. با مرحله‌بندی‌های مختلف، این کمپرسورها می‌توانند به فشارهای خروجی بسیار بالا تا بیش از 70 مگاپاسکال برسند.
کمپرسورهای سانتریفوژ در موتورهای درون‌سوز به عنوان سوپر شارژر و توربو شارژر استفاده می‌شوند. کمپرسورهای سانتریفوژ در موتورهای توربین گاز (gas turbine engines) کوچک و یا به عنوان مرحله نهایی تراکم توربین‌های گاز متوسط استفاده می‌شود.تصویر
کمپرسور جریان ترکیبی
کمپرسورهای مورب (diagonal compressors) یا کمپرسورهای جریان ترکیبی (mixed-flow compressors) شبیه کمپرسورهای سانتریفوژ هستند، اما در خروج از روتور دارای یک مولفه سرعت شعاعی و محوری می‌باشند. دیفیوزر اغلب جریان قطری را به جای جریان شعاعی به جریان محوری تبدیل می‌کند.
کمپرسورهای جریان محوری
کمپرسورهای جریان محوری (axial-flow compressors) کمپرسورهای دوار دینامیکی هستند که از آرایه‌هایی از ایرفویل‌های فن مانند برای تراکم تدریجی سیال استفاده می‌کنند. کمپرسورهای جریان محوری زمانی استفاده می‌شوند که نیاز به نرخ جریان بالا و یا یک طراحی جمع و جور وجود داشته باشد.
آرایه ایرفویل‌ها به صورت ردیفی چیده می‌شوند و معمولا به صورت جفت هستند: یکی دوار و دیگری ثابت. ایرفویل‌های دوار که به عنوان تیغه (blades) و یا روتور (rotors) شناخته می‌شوند، به سیال شتاب می‌دهند. ایرفویل‌های ثابت که به عنوان استاتور (stators) و یا پره (vanes) شناخته می‌شوند، سرعت را کاهش و مسیر جهت جریان سیال را تغییر می‌دهند و آن را برای تیغه‌های روتور مرحله بعد آماده می‌کنند. کمپرسورهای محوری تقریبا همیشه چند مرحله‌ای هستند و در آن‌ها سطح مقطع گاز عبوری در طول کمپرسور کاهش می‌یابد تا عدد ماخ محوری بهینه حفظ شود. برای بیش از حدود 5 مرحله و یا نسبت فشار طراحی 1:4، معمولا برای بهبود عملکرد از هندسه متغیر (variable geometry) استفاده می‌شود.
کمپرسورهای محوری می‌توانند در شرایط طراحی به راندمان‌های بالایی که حدود 90 درصد راندمان پلی‌تروپیک است، برسند. البته کمپرسورهای محوری نسبتا گران هستند و نیاز به تعداد زیادی از قطعات، تلرانس‌های تنگ و مواد با کیفیت بالا دارند. کمپرسورهای جریان محوری را می‌توان در توربین‌های گاز متوسط تا بزرگ، در ایستگاه های پمپاژ گاز طبیعی و در پلانت‌های شیمیایی خاص پیدا کرد.
کمپرسورهای رفت و برگشتی
کمپرسورهای رفت و برگشتی (reciprocating compressors) از پیستون‌هایی که توسط میل لنگ حرکت می‌کنند استفاده می‌کنند. کمپرسورهای رفت و برگشتی می‌توانند ثابت یا قابل حمل و تک مرحله‌ای یا چند مرحله‌ای باشند و می‌توانند توسط موتور الکتریکی (electric motor) یا موتور احتراق داخلی رانده شوند. کمپرسورهای رفت و برگشتی کوچک از 5 تا 30 اسب بخار معمولا در کاربردهای صنعت خودرو دیده می‌شوند و معمولا به صورت متناوب کار می‌کنند. کمپرسورهای رفت و برگشتی بزرگ‌تر با بیش از 1000 اسب بخار (750 کیلووات) به طور معمول در کاربردهای بزرگ صنعتی و نفت استفاده می‌شوند. فشار تخلیه می‌تواند از فشار پایین تا فشار بسیار بالا (بیش از 180 مگاپاسکال) باشد. در کاربردهای خاص مانند تراکم هوا، کمپرسورهای چند مرحله‌ای دو اثره (multi-stage double-acting compressors) به عنوان کارآمدترین کمپرسورهای موجود شناخته می‌شوند و به طور معمول بزرگ‌تر و گران‌تر از دستگاه‌های دوار مشابه می‌باشند. نوع دیگری از کمپرسورهای رفت و برگشتی، کمپرسور‌های صفحه لرزان (swash plate compressor) هستند که پیستون‌ها از یک صفحه لرزان نصب شده بر روی شافت حرکت می‌گیرند.
کمپرسورهای خانگی و تجاری کوچک‌تر معمولا از نوع رفت و برگشتی با 1.5 اسب بخار یا کم‌تر متصل به یک مخزن گیرنده (receiver tank) هستند.
کمپرسورهای روتاری اسکرو
کمپرسورهای روتاری اسکرو (rotary screw compressors) از دو مارپیچ دوار جابه‌جایی مثبت درگیر در هم استفاده می‌کنند که گاز را به زور به یک فضای کوچک می‌فرستند. این کمپرسورها معمولا برای کارکرد پیوسته در کاربردهای تجاری و صنعتی استفاده می‌شوند و می‌توانند ثابت و یا قابل حمل باشند. کاربرد کمپرسورهای روتاری اسکرو از 3 اسب بخار (2.2 کیلووات) تا بیش از 1200 اسب بخار (890 کیلووات) و از فشار کم تا فشار متوسط رو به بالا (بیش از 8.3 مگاپاسکال) را شامل می‌شود.
کمپرسورهای اسکرو دوار تجاری به صورت مغروق در روغن، مغروق در آب و نوع خشک می‌باشند.
کمپرسورهای روتاری پره‌ای
کمپرسورهای روتاری پره‌ای (rotary vane compressors) از یک روتور با تعدادی پره که در شکاف های شعاعی روتور قرار داده شده‌اند تشکیل می‌شوند. روتور با یک فاصله در یک محفظه بزرگ‌تر دایره‌ای یا با شکل پیچیده‌تر نصب می‌شود. زمانی که روتور می‌چرخد، پره‌ها به داخل و خارج شکاف حرکت می‌کنند و تماس خود را با دیواره محفظه حفظ می‌کنند. بنابراین مجموعه‌ای از حجم‌های رو به کاهش به وسیله پره‌های دوار ایجاد می‌شود. کمپرسورهای روتاری پره‌ای به همراه کمپرسورهای پیستونی یکی از قدیمی‌ترین تکنولوژی‌های کمپرسور را تشکیل می‌دهند.
با اتصال مناسب پورت‌ها، کمپرسورهای پره‌ای می‌توانند به عنوان یک کمپرسور یا پمپ خلاء (vacuum pump) کار کنند. کمپرسورهای پره‌ای می‌توانند ثابت یا قابل حمل و یک مرحله‌ای یا چند مرحله‌ای باشند و می‌توانند توسط موتور الکتریکی یا موتور احتراق داخلی رانده شوند. ماشین‌های پره‌ای خشک در فشار نسبتا پایین (در حدود 2 بار) کار می‌کنند در حالی که ماشین‌های روغنی دارای راندمان حجمی لازم برای رسیدن به فشار تا 13 بار در یک مرحله می‌باشند. کمپرسور پره‌ای دوار برای رانش به وسیله موتور الکتریکی مناسب است و در عمل به طور قابل توجهی کم صدا‌تر از کمپرسور پیستونی معادل آن می‌باشد.
کمپرسورهای پره‌ای روتاری می‌توانند راندمان مکانیکی حدود 90 درصد داشته باشند.
کمپرسورهای دیافراگمی
کمپرسور دیافراگمی (diaphragm compressor) یا کمپرسور ممبرانی (membrane compressor) نوعی کمپرسور رفت و برگشتی معمولی است. تراکم گاز توسط حرکت یک غشای انعطاف‌پذیر رخ می‌دهد. حرکت به جلو و عقب غشا توسط یک مکانیزم میله و میل‌لنگ انجام می‌شود. تنها ممبران و جعبه کمپرسور در تماس با گاز فشرده قرار می‌گیرد.
کمپرسورهای دیافراگمی برای هیدروژن و CNG و برخی کاربردهای دیگر استفاده می‌شوند.
تراکم چند مرحله‌ای
در مورد کمپرسورهای سانتریفوژ، طرح‌های تجاری موجود نمی‌توانند به نسبت تراکم بیش از 3.5 به 1 در هر مرحله (برای یک گاز معمولی) برسند. از آن‌جا که تراکم تولید گرما می‌کند، گاز متراکم شده بین مراحل خنک می‌شود و تراکم کم‌تر آدیاباتیک و بیش‌تر دما ثابت می‌شود. کولرهای بین مرحله‌ای به طور معمول باعث اندکی تقطیر می‌شود که در جداکننده‌های مایع از بخار خارج می‌شود.
در مورد کمپرسورهای رفت و برگشتی کوچک، فلای‌ویل کمپرسور ممکن است یک فن خنک کننده را بچرخاند و هوای محیط را از میان اینترکولر (intercooler) یک کمپرسور دو یا چند مرحله‌ای هدایت کند.
از آن‌جا کمپرسورهای روتاری اسکرو می‌توانند از روغن خنک‌کاری برای خارج کردن حرارت تراکم استفاده کنند، این کمپرسورها اغلب به نسبت تراکم بیش از 9 به 1 می‌رسند. به عنوان مثال در یک کمپرسور غواصی معمولی هوا در سه مرحله فشرده می‌شود. اگر هر مرحله دارای نسبت فشرده سازی 7 به 1 باشد، کمپرسور می‌تواند به خروجی 343 برابر فشار اتمسفر (7 × 7 × 7 = 343) برسد.تصویر
تصویر

ارسال پست