کمپرسور دینامیک چیست؟ | اصل کار، انواع و کاربردهای آن

مدیریت

19 سپتامبر, 2022

0 دیدگاه

هدف اصلی شرح اصل کار کمپرسور دینامیکی و انواع مختلف کمپرسور دینامیکی است. کمپرسور جا به جایی دینامیک نوع معروف کمپرسور هوا است. به طور کلی، ویژگی اصلی این نوع کمپرسور داشتن تیغه هایی است که با سرعت بالایی می چرخند. در کمپرسورهای جابجایی دینامیکی، هوا بین پره های چرخان پروانه مکیده شده و سرعت هوا را افزایش می دهد. در نهایت، گاز یا هوا از دیفیوزری که انرژی جنبشی هوا یا گاز را به فشار تبدیل می کند تخلیه می شود.

این نوع کمپرسورها عمدتا به عنوان توربوشارژر با الگوی جریان گاز شعاعی یا محوری عمل می کنند. در واقع، این کمپرسورها معمولا برای دبی بالای گاز طراحی می شوند.

کمپرسورهای جا به جایی دینامیک با فشار ثابت کار می کنند، در صورتیکه کمپرسورهای جابجایی مثبت با دبی ثابت گاز کار می کنند در حالی که فشار در طول کار تغییر می کند. کمپرسور با جابجایی مثبت گاز را با استفاده از پیستون فشرده می کند، اما کمپرسور جابجایی دینامیکی از دیفیوزر برای فشرده سازی هوا استفاده می کند. در مقایسه با انواع دیگر کمپرسورها، کمپرسورهای دینامیکی قابل اعتمادتر هستند. مهم ترین چیز این است که طراحی آن ساده است.

کمپرسورهای جابجایی دینامیکی نسبت به سایر کمپرسورها قابل اعتمادتر هستند زیرا هیچ جز جایگزینی وجود ندارد که در حین استفاده تحت بارهای مکرر قرار گیرد. این کمپرسورها به جای توربوشارژرها عمل می کنند زیرا می توانند اسب بخار بسیار زیادی تولید کنند. این نوع کمپرسورها معمولا در واحدهای عملیاتی بزرگ استفاده می شوند.

اصل کار کمپرسور دینامیک

اصل کار کمپرسور جابجایی دینامیکی بر اساس اصول ترمودینامیک است. اول از همه، هوا از طریق ورودی کمپرسور وارد محفظه می شود. هنگامی که هوا از بین پره های پروانه عبور می کند، پره های پروانه انرژی جنبشی را به هوا می دهند. به این ترتیب سرعت هوا افزایش می یابد.

دیفیوزر به کمپرسور متصل می شود. این دیفیوزر سرعت هوا را به فشار تبدیل می کند. پس از آن، هوا از طریق خروجی کمپرسور دینامیک تخلیه می شود. این کمپرسورها دارای دامنه عملکرد محدودی هستند و برای شرایط کاری خاص مناسب هستند.

انواع کمپرسور دینامیک

1. کمپرسورهای گریز از مرکز

کمپرسور گریز از مرکز از معروف ترین انواع کمپرسور دینامیکی می باشد. این کمپرسور فرآیند فشرده سازی را با اعمال نیروی اینرسی (چرخش، کاهش سرعت و شتاب) به گاز از طریق پروانه چرخان انجام می دهد.

در مورد این کمپرسور، هوا به مرکز پروانه کشیده می شود و سپس به صورت گریز از مرکز به سمت محیط آن شتاب می گیرد. در دیفیوزر سرعت آن کاهش و فشار افزایش می یابد. بیشتر این نوع کمپرسورهای دینامیک از 2 یا 3 فاز برای فشرده سازی استفاده می کنند.

به طور کلی، راندمان بار کامل (در مقایسه با کمپرسور روان کاری) خوب است. بنابراین، کمپرسور گریز از مرکز در مقایسه با سایر طرح های کمپرسور بدون روغن، حداکثر بازده بار بالایی دارد. با این حال، عملکرد به دلیل تغییر در شرایط ورودی به طور قابل توجهی تغییر خواهد کرد. رطوبت بالا، فشار پایین هوا و گرما تقریبا روی همه کمپرسورها تأثیر می گذارد، اما قوه گریز از مرکز تاثیر مهم تری دارد.

2. کمپرسور جریان محوری

کمپرسور جریان محوری یکی دیگر از انواع اصلی کمپرسورهای دینامیکی است. بنابراین، می تواند دبی بالای هوا را تحمل کند، فضای کمی را اشغال می کند و میزان مصرف برق آن استاندارد است. محدوده فشار این کمپرسورها کم تا متوسط است.

کمپرسور محوری از یک سری تیغه‌ استفاده می‌کند که شبیه موتورهای جت هستند تا هوا را وارد مناطق کوچک‌تر کنند. این نوع کمپرسورهای جابجایی دینامیکی به طور گسترده در صنعت استفاده نمی شوند. به طور کلی، کمپرسور محوری سبک تر و کوچکتر از یک کمپرسور گریز از مرکز مشابه است و معمولاً سریعتر کار می کند.

غالبا برای جریان بالا و ثابت گاز در فشارهای نسبتا متوسط استفاده می شود مانند یک سیستم تهویه. سرعت بالای این کمپرسور، آن را برای اتصال یک توربین گاز برای تولید برق و به حرکت درآوردن هواپیما ایده آل می کند. بنابراین، این کمپرسورها برای اهداف با قابلیت اطمینان بالا، راندمان بالا و ظرفیت بالا طراحی می شوند. رایج ترین کاربردهای کمپرسور محوری عبارتند از کوره ذوب آهن، تونل باد، تصفیه فاضلاب و جداسازی هوا. امروزه در هواپیماها نیز استفاده می شود.

3. کمپرسورهای توربو اکسپندر

این نوع کمپرسور هم از انواع کمپرسور دینامیکی است – یک توربو اکسپندر که به عنوان توربین انبساط نیز شناخته می شود، می باشد. یک توربین محوری یا گریز از مرکز، گاز را تحت فشار بالا منبسط می کند تا کار لازم برای راه اندازی کمپرسور تولید کند.

همانطور که در شکل نشان داده شده است، عبارت”Turboexpander” معمولا برای بیان یک اکسپندر/کمپرسور به عنوان یک واحد استفاده می شود. عمدتا از دو بخش اصلی تشکیل شده است. کمپرسور شعاعی (تقویت کننده) و انبساط ورودی شعاعی که در یک جز ادغام شده اند. چرخ به یک محور متصل می شود. توربینِ انبساط موتور است و کمپرسور واحد نیرو می باشد.

در یک نیروگاه تصفیه گاز طبیعی، هدف از کاربرد توربو-اکسپندر انجام موثر دو عملکرد متفاوت اما مکمل در یک ماشین واحد است. عملکرد اصلی آن ایجاد سرمایش در فرآیند جریان گاز به طور بهینه است.

اجزای کمپرسور دینامیک

اجزای اصلی کمپرسور دینامیک در زیر آورده شده است.

1. ورودی

معمولا ورودی کمپرسور دینامیک یک لوله ساده است. با این حال، محدوده عملکرد کمپرسور نیز می تواند با تنظیم خط شارژ روی دبی جرمی پایین تر افزایش یابد. همچنین، پره راهنمای ورودی برای پیش چرخش در آب نصب می شود.

2. پروانه

پره های چرخان پروانه به تدریج انرژی جنبشی را به سیال عامل منتقل می کنند. سرعت خروجی پروانه می تواند به سرعت های مافوق صوت برسد. بنابراین نوع پروانه کمپرسور به زاویه پره های خروجی بستگی دارد.

3. حلزونی

جریان را با چرخاندن محیطی آن جمع آوری کرده و به لوله خروجی کمپرسور هدایت می کند. سرعت جریان در مسیر جریان کاهش می یابد و فشار استاتیک افزایش می یابد. محفظه حلزونی می تواند اشکال هندسی مختلفی به خود بگیرد. فرآیند ایده آل برای یک کمپرسور فشرده سازی آنتروپی یکنواخت بدون تبادل حرارت با محیط است.

4. دیفیوزر شعاعی

دیفیوزر انرژی جنبشی سیال عامل را به فشار تبدیل می کند. این امر با کاهش تدریجی دبی و افزایش سطح مقطع حاصل می شود. بسته به کاربرد، دیفیوزر می تواند بدون پره یا با پره باشد.