حجم واقعی، حجم استاندارد و جریان جرمی کمپرسورها



جریان حجمی دارای رابطه مستقیم با دما بوده و با فشار نسبت معکوس دارد.


@image


حجم استاندارد و همچنین جریان جرمی به منظور تشریح وضعیت فرآیند مورد استفاده قرار می گیرند. در صورتی که میعانی در کمپرسور به وجود نیاید آنگاه جریان جرمی و حجم استاندارد در داخل کمپرسور بدون تغییر باقی خواهد ماند. رابطه بین حجم استاندارد و جریان جرمی در شکل 3-5 نمایش داده شده است.


@image


برای نشان دادن مشخصات یک کمپرسور جابه جایی مثبت، به علامت هایی که بر روی این کمپرسور در مکانی که در شکل 3-6 آمده دقت نمایید. دایره هایی که در شکل نشان داده شده است بیانگر گیج ها بوده و لوله های عمودی معرف مانومترها است. در این مثال فشارهای اولیه به قرار زیر می باشد:

• فشار مکش: 20 psig

• فشار در قسمت پایینی شیر: 110 psig

• فشار در قسمت خروجی ظرف: 100 psig

• فشار در قسمت بالای شیر: 135 psig

• فشار خروجی: 140 psig

همچنین فشار می تواند به صورت رنگین در مانومترها باشد که جهت نشان دادن فشار نسبی طبق ارتفاع ستون مانومتر می باشد. بنابراین ارتفاع های مانومتر از قسمت خروجی ظرف به صورت پایدار کاهش پیدا می کند.


@image


با توجه به وضعیت شرح داده شده فرض کنید که جریان کمپرسور 500 ACFM و توان حقیقی 250 BHP باشد. نرخ فشرده سازی نیز بر اساس فشار مکش و تخلیه برابر 4.43 می باشد. حال نمودار ACFM را در مقابل توان حقیقی بر روی نمودارهای مندرج در شکل 3-6 رسم نمایید.

حال فرض کنید که شیر کنترل در خروجی سیستم به مقدار کمی بسته شود. با این کار، فشار در قسمت بالای شیر کنترل به مقدار 175 psig افزایش یافته و فشار خروجی به مقدار 180 psig کاهش می یابد. همچنین توان به مقدار 300 BHP افزایش خواهد یافت. حال نمودارهای جدید نرخ فشار و توان حقیقی را در شکل 3-6 رسم نمایید. توجه داشته باشید که منحنی های نرخ فشار و توان حقیقی قطعا به صورت خط عمودی می باشند.

مشخصات کمپرسورهای جابه جایی مثبت در شکل زیر نشان داده شده است.


@image


باید توجه کرد که هد متناسب با نسبت فشار است. عبارت عدم محدود کننده در داخل تجهیز به این معنی می باشد که نسبت فشار و توان حقیقی افزایش مستمر خواهد داشت تا اینکه فشار بتواند از مقدار مجاز خود بالاتر رفته و با توان ماکزیمم محرک افزایش یافته و از مقدار مجاز خود تخطی نماید.

جهت محدودسازی این پارامترها، یک شیر تخلیه فشار همیشه در ترکیب هر نوع کمپرسور جابه جایی مثبت مورد نیاز می باشد.


کمپرسورهای دینامیکی

تعریف این نوع کمپرسورها و انواع آنها در شکل 3-8 نشان داده شده است.


@image


شکل 3-9 نقشه مونتاژی یک کمپرسور محوری را نمایش می دهد. این کمپرسورها در جریان های بالا و با هد پایین به کار برده می شود. بیشترین کاربرد ای نوع کمپرسورها در دمنده های هوا کمپرسورهای MTBE و کمپرسورهای هوای توربین گازی می باشد.

شکل 3-10 نمونه ای از منحنی یک کمپرسور محوری که بر اساس درصد حجم و درصد نرخ فشرده سازی ترسیم شده را نشان می دهد.

در شکل 3-11 نقشه مونتاژی یک کمپرسور گریز از مرکز چند مرحله ای با پوسته دو تکه نمایش داده شده است. کمپرسورهای گریز از مرکز گاهی تحت عنوان کمپرسورهای شعاعی نیز شناخته می شوند زیرا جریان خروجی از پروانه ها به صورت شعاعی می باشد.

در شکل 3-12 نمونه ای از منحنی عملکردی بر اساس درصد جریان در مقابل هد کمپرسور گریز از مرکز را نشان داده شده است.


@image


@image


در مقایسه بین کمپرسورهای گریز از مرکز و کمپرسورهای محور عطف به شکل های 3-12، 3-10 همواره خواهیم داشت که افزایش هد به میزان 10 درصد در کمپرسورهای گریز از مرکز معادل 30 درصد افزایش در کمپرسورهای مرکزی می باشد.

درک اصول عملکرد یک کمپرسور دینامیکی همیشه دشوارتر از کمپرسورهای جابه جایی مثبت است. همانطور که در تعریف کمپرسورهای دینامیکی بیان شد، افزایش فشار در کمپرسورهای دینامیکی با استفاده از تیغه های گردنده که باعث افزایش سرعت گاز می گردند رخ می دهد.

شکل مشخصه هر منحنی عملکرد دینامیکی با سرعت نسبی حاصله که از چرخش تیغه ها یا پروانه ایجاد گردیده ارتباط مستقیم دارد؛ به طوری که اگر سرعت نسبی بزرگ تر باشد آنگاه انرژی کمتری از تیغه های پروانه وارد می شود و برعکس. سرعت نسبی گاز در هر پروانه و یا ردیف تیغه به صورت نواحی که گاز از آنها عبور می کند در نظر گرفته می شوند.


@image


شکل 3-15 همان سیستم ساده را نشان می دهد که در شکل 3-6 مورد استفاده قرار گرفته بود. در این مثال نیز یک کمپرسور دینامیکی را در قسمتی قرار دهید که برای آن در نظر گرفته شده است.

در این مثال از همان فشارهای مفروض در شکل 3-6 استفاده نمایید. نرخ فشار و توان نسبت به حالتی که یک کمپرسور جابه‌جایی مثبت در آن قرار گرفته باشد بزرگتر خواهد شد زیرا کمپرسورهای دینامیکی معمولا نرخ جریان های بالای 5000 ACFM را جابه‌جا می‌کنند. فرض کنید که جریان ورودی 20000 ACFM و توان 10000 BHP باشد. اکنون نمودارهای نرخ فشار را مقابل و همچنین توان حقیقی را در مقابل ACFM در نمودارهای شکل 3-15 رسم کنید.

مجدداً فرض کنید که شیر کنترل در قسمت خروجی سیستم اندکی بسته شود. این کار سبب خواهد شد که فشار خروجی کمپرسور تا مقدار 180 psig افزایش پیدا کند. ولی توان به مقدار 6000 BHP کاهش پیدا می کند. این اتفاق به این دلیل است که منحنی مشخصه عملکرد هر کمپرسور دینامیکی با منحنی مشخصه عملکرد یک کمپرسور جابه‌جایی مثبت تفاوت می کند. منحنی مشخصه عملکرد یک کمپرسور جابه‌جایی مثبت ذاتا عمود می باشد زیرا جریان حجمی واقعی ثابت است.

بنابراین توان حقیقی نیز مانند نرخ فشار افزایش خواهد یافت. در همین مورد در صورت استفاده از یک کمپرسور دینامیکی، افزایش نرخ فشار منجر به کمتر شدن نرخ جریان می شود زیرا تنها راهی که یک کمپرسور دینامیکی می تواند نرخ فشار بزرگتری را تولید نماید در سرعت گاز کمتر می باشد. به بیان ساده تر، هر چه میزان برخورد گاز با تیغه ها طولانی تر باشد، نرخ فشار بزرگ تری به وجود می آید. در یک کمپرسور دینامیکی این موضوع بدین معنی است که باید از نرخ جریان کاسته شود. بنابراین در ترسیم نرخ فشار بزرگ تر و نقطه BHP در شکل 3-15 به یک نرخ فشار بزرگتر و نقطه جریان کمتر خواهیم رسید.

شکل 3-15 همان سیستم ساده را نشان می دهد که در شکل 3-6 مورد استفاده قرار گرفته بود. در این مثال نیز یک کمپرسور دینامیکی را در قسمتی قرار دهید که برای آن در نظر گرفته شده است.

در این مثال از همان فشارهای مفروض در شکل 3-6 استفاده نمایید. نرخ فشار و توان نسبت به حالتی که یک کمپرسور جابه‌جایی مثبت در آن قرار گرفته باشد بزرگتر خواهد شد زیرا کمپرسورهای دینامیکی معمولا نرخ جریان های بالای 5000 ACFM را جابه‌جا می‌کنند. فرض کنید که جریان ورودی 20000 ACFM و توان 10000 BHP باشد. اکنون نمودارهای نرخ فشار را مقابل و همچنین توان حقیقی را در مقابل ACFM در نمودارهای شکل 3-15 رسم کنید.

مجدداً فرض کنید که شیر کنترل در قسمت خروجی سیستم اندکی بسته شود. این کار سبب خواهد شد که فشار خروجی کمپرسور تا مقدار 180 psig افزایش پیدا کند. ولی توان به مقدار 6000 BHP کاهش پیدا می کند. این اتفاق به این دلیل است که منحنی مشخصه عملکرد هر کمپرسور دینامیکی با منحنی مشخصه عملکرد یک کمپرسور جابه‌جایی مثبت تفاوت می کند. منحنی مشخصه عملکرد یک کمپرسور جابه‌جایی مثبت ذاتا عمود می باشد زیرا جریان حجمی واقعی ثابت است.

بنابراین توان حقیقی نیز مانند نرخ فشار افزایش خواهد یافت. در همین مورد در صورت استفاده از یک کمپرسور دینامیکی، افزایش نرخ فشار منجر به کمتر شدن نرخ جریان می شود زیرا تنها راهی که یک کمپرسور دینامیکی می تواند نرخ فشار بزرگتری را تولید نماید در سرعت گاز کمتر می باشد. به بیان ساده تر، هر چه میزان برخورد گاز با تیغه ها طولانی تر باشد، نرخ فشار بزرگ تری به وجود می آید. در یک کمپرسور دینامیکی این موضوع بدین معنی است که باید از نرخ جریان کاسته شود. بنابراین در ترسیم نرخ فشار بزرگ تر و نقطه BHP در شکل 3-15 به یک نرخ فشار بزرگتر و نقطه جریان کمتر خواهیم رسید.


@image


@image


برخلاف کمپرسورهای جابه‌جایی مثبت، کمپرسورهای دینامیکی دارای تجهیزی جهت محدود نمودن فشار بوده و نیازی به شیر تخلیه فشار در آنها نمی باشد.


مقاله مرتبط


کمپرسورهای پره ای دوار

یک کمپرسور پره ای دوار با پره های کشویی (لغزشی) از تعدادی پره تشکیل شده است که به صورت آزادانه بر روی شیارهای طولی که بر روی محور برش داده شده اند قرار دارند. نیروی گریز از مرکز سبب می شود که پره ها به سمت بیرون حرکت کرده و قسمتی که بین محور و هر دو پره و پوسته تشکیل می شود به شکل محفظه ای درخواهد آمد.

کمپرسور رفت و برگشتی

قطعات اصلی تشکیل دهنده یک کمپرسور رفت و برگشتی شامل میل لنگ، زبانه متحرکی که در داخل شیار قرار می گیرد، سیلندر، پیستون، آب بندی های دسته پیستون، شیرهای مکش و تخلیه می شود.

کمپرسورهای گریز از مرکز چند مرحله ای با پوسته های افقی دو تکه

پوسته به دو قسمت بالایی و پایینی در امتداد خط المرکز افقی کمپرسور دو تکه تقسیم شده است. پوسته با تکه های افقی امکان دسترسی به تجهیزات و متعلقات داخلی کمپرسور بدون ایجاد مشکل از لحاظ لقی بین محور و پوسته و یا هم راستایی یاتاقان ها را میسر خواهد ساخت.

مشخصات کمپرسور(جابه جایی مثبت و دینامیکی)

فشرده سازی با کمپرسورهای جابه جایی مثبت به صورت افزایش گاز به دلیل عمل کردن یک حجم ثابت در یک فضای محبوس شده تعریف می شود. انواع این کمپرسورها به صورت رفت و برگشتی، گوشواره ای دوار، پیچی دوار و پیستون مایع دوار دسته بندی می شود.