به طور کلی کمپرسورهای هوای فشرده وظیفه فشرده سازی هوا در صنعت را بر عهده دارند و به دسته های مختلفی تقسیم بندی می شوند، عملیات فشرده سازی در هر دسته از این کمپرسورها متفاوت است. وب سایت روتوپارس قصد دارد در این مقاله به بررسی نوع دیگری از کمپرسورها به نام کمپرسور کمپرسور گریز از مرکز بپردازد. بنابراین مطالب خود را با طرح سوال، کمپرسور گریز از مرکز چیست ؟ آغاز می کنیم.
انواع کمپرسورها
کمپرسورها به دلیل داشتن ویژگی های گوناگون به دسته بندی های مختلفی تقسیم بندی می شوند، یکی از رایج ترین نوع دسته بندی ها بر پایه نحوه انتقال انرژی از کمپرسور به سیال می باشد. بنابراین کمپرسورها به دو دسته کمپرسورهای دینامیکی و کمپرسورهای جا به جایی مثبت تقسیم می شوند.
کمپرسورهای دینامیکی خود نیز به دو دسته جریان شعاعی و جریان محوری تقسیم می شوند. نوع جریان محوری با نام های کمپرسور توربینی و یا کمپرسور شعاعی معرفی می شوند و نوع جریان شعاعی با نام های کمپرسور گریز از مرکز و یا کمپرسور سانتریفیوژ معرفی می شوند. کمپرسورهای دینامیکی بیشتر در فشار پایین و دبی های بالا مورد استفاده قرار می گیرند.
کمپرسور سانتریفیوژ چیست؟
کمپرسور سانتریفیوژ هوا زیر گروه کمپرسورهای دینامیکی می باشد و هوای فشرده را به صورت مداوم تولید می کند. این کمپرسور با استفاده از نیروی گریز از مرکز فشار هوا را افزایش می دهد. یعنی با گردش پروانه، هوا به صورت محوری وارد کمپرسور شده، سپس هوا به واسطه شتاب پروانه فشرده می شود و در ادامه به صورت شعایی به بیرون پرتاب می شود.
کمپرسور سانتریفیوژ هوا به علت داشتن سه ویژگی اصلی ساختار ساده، وزن سبک و حجم هوای تولیدی بالا از محبوبیت زیادی در صنعت برخوردار است. این کمپرسور با نام های دیگری همچون کمپرسور توربور و کمپرسور گریز از مرکز نیز معرفی می شود.
اجزای تشکیل دهنده کمپرسور سانتریفیوژ هوا
کمپرسور گریز از مرکز از دو بخش ثابت و متحرک تشکیل شده است. بخش ثابت کمپرسور شامل قسمت های بدنه اصلی کمپرسور، نازل های ورودی و خروجی هوا، دریچه های ورودی و خروجی، مجموعه تجهیزات میانی دیاگفرام ها، سیستم های نشت بندی دو طرفه ابتدا و انتهای محور و یاتاقان های ژورنال و تراست می باشد. بخش متحرک کمپرسور شامل قسمت های ایمپلرها، محور بالانس درام، فاصله دهنده ها (spacers) ،sleeve، حلقه تراست و رینگ های قفل کننده می باشد. در ادامه به تعریف چهار قسمت اصلی کمپرسور گریز از مرکز می پردازیم:
ورودی
یک لوله که شامل تیغه یا ایرفویل، شیر، فشارسنج و دماسنج می باشد، ورودی کمپرسور گریز از مرکز را تشکیل می دهد.
پروانه یا روتور
انرژی مکانیکی محور کمپرسور را به هوا منتقل می کند و به آن ایمپلر (impeller) نیز می گویند. ایمپلر مجموعه ای از تیغه ها می باشد که با حرکت دورانی خود باعث افزایش انرژی هوا می شود. ایمپلرها در طرح های مختلفی همچون ایمپلر باز (پره یا تیغه ها قابل مشاهده هستند)، ایپملر بسته (پره یا تیغه ها قابل مشاهده نیستند) و ایمپلر شرادد (shrouded) تولید می شوند، که طرح باز آن در صنعت بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد. همچنین ایمپرلرها از آلیاژ فولاد ضد زنگ و یا آلومینیوم ساخته می شوند.
دیفیوزر
هوا در این قسمت فشرده می شود. یعنی انرژی جنبشی هوا به واسطه ایمپلر افزایش پیدا کرده و به فشار استاتیکی تبدیل می شود و سرعت هوا به تدریج کاهش پیدا می کند. دیفیوزر ها می توانند به صورت پره دار، بدون پره و ترکیبی باشند.
کلکتور
به طور کلی هدف کلکتور جمع آوری هوای خروجی از دیفیوزر و پرتاب آن به سمت بیرون می باشد و در قسمت نهایی کمپرسور سانتریفیوژ هوا قرار دارد و به دو صورت طراحی می شود. در طرح اول اگر دیفیوزر به یک محفظه بزرگ تخلیه شود به کلکتور آن پلنیوم می گویند. در طرح دوم اگر دیفیوزر به قطعه ای مارپیچی شکل تخلیه شود به کلکتور آن حلزونی یا اسکرال می گویند که این طرح در کمپرسورهای سانتریفیوژ هوا، رایج تر است.
نحوه عملکرد کمپرسور گریز از مرکز
فشار هوای عبور از یک کمپرسور گریز از مرکز توسط انرژی حاصل از چرخش پره های نصب شده روی محور کمپرسور افزایش می یابد. این کمپرسور از یک پوسته تشکیل شده که درون آن دیاگفرام ها و روتور قرار دارند. هوا از طریق نازل ورودی مکیده شده و پس از عبور از میان ایمپلرها و دیاگفرام به طرف نازل های خروجی که در قسمت انتهایی کمپرسور قرار دارند، هدایت می شود. اما این تمام ماجرا نیست! زیرا در ادامه می خواهیم به طور کامل با طرز کار کمپرسور گریز از مرکز آشنا شویم.
همزمان با شروع به کار کمپرسور گریز از مرکز، جریان هوا از میان نازل های ورودی عبور کرده و وارد دریچه ورودی می شود. به دریچه ورودی هوا، کانال مکش هوا (suction volute) یا پیچ ورودی (inlet volute) نیز می گویند و وظیفه آن، عمل توزیع یکنواخت جریان هوا و هدایت آن به سمت چشم ایمپلر می باشد و داخل آن یک زائده به نام فین (fin) قرار داده شده تا آشفتگی هوا را کاهش دهد و از چرخش هوا در درون کانال مکش هوا جلوگیری کند.
همان طور که می دانید انرژی هوا به سه عامل دما، فشار و سرعت بستگی دارد. بنابراین هوا در ادامه حرکت خود پس از عبور از دریچه ورودی به سمت چشم ایمپلر هدایت می شود تا در آنجا دما، فشار و سرعت آن افزایش پیدا کند، حال از قسمت قسمت تیپ (impeller tip) یا قسمت انتهایی شعایی پروانه خارج می شود.
سرعت هوا پس از خروج از ایمپلر افزایش پیدا کرده و به قسمت ثابت کمپرسور یا دیفیوزر (diffuser channel) هدایت می شود. قسمتی از سرعت هوا در دیفیوزر کاهش می یابد. حال در انتهای دیفیوزر یک کانال برگشتی وجود دارد که هوا را به چشم ایمپلر بعدی هدایت می کند. هوا پس از خروج از آخرین دیفیوزر به حجم تخلیه (Discharge Volute) سپس به نازل خروجی هدایت می شود. در قسمت حجم تخلیه همانند کانال مکش هوا یک زائده به نام فین قرار دارد، تا وظیفه خود را در این قسمت نیز تکرار کند.
انواع کمپرسور های گریز از مرکز
کمپرسورهای سانتریفیوژ به طور کلی به دو دسته تک محوره و گیربکسی تقسیم می شوند. اما در صنعت تقسیم بندی های دیگری نیز وجود دارد که در ادامه به آن ها اشاره خواهیم کرد.
تقسیم بندی کمپرسور سانتریفیوژ هوا بر اساس ساختار یا حالت
کمپرسور سانتریفیوژ تک مرحله ای
در این کمپرسورها تنها از یک پروانه برای فشرده سازی هوا استفاده می شود و از آن ها بیشتر در فشار های پایین استفاده می کنند. در کمپرسورهای سانتریفیوژ تک مرحله ای پروانه در قسمت بالای روتور کمپرسور قرار دارد. از ویژگی های این کمپرسور می توان به طراحی ساده و عملکرد آسان آن اشاره کرد.
کمپرسور سانتریفیوژ دو مرحله ای یا چند مرحله ای
درون این کمپرسورها با توجه به تعداد مراحل کاری، سیلندر با قطرهای متفاوت قرار داده شده است و بین هر مرحله از فشرده سازی، اینترکولر یا خنک کننده های میانی قرار دارد. تا دمای هوا با عبور از میان آن ها کاهش یافته و برای مرحله بعدی فشرده سازی آماده شود.
در این کمپرسورها با توجه به مقدار جریان مورد نیاز از یک تا ده پروانه برای تولید هوای فشرده استفاده می شود. در صورت عدم نیاز به اینترکولر، پیکربندی کمپرسور گریزازمرکز به صورت مستقیم یا درون خطی می باشد و در صورت نیاز به اینترکولر، پیکربندی کمپرسور گریزازمرکز به صورت مستقیم و یا پشت به پشت می باشد.
از جمله مزایای کمپرسور سانتریفیوژ چند مرحله ای نسبت به نوع تک مرحله ای آن می توان به مواردی همچون بهره وری بیشتر، قابل اطمینان، کاهش رطوبت و مناسب برای کاربردهای سنگین اشاره کرد.
تقسیم بندی کمپرسور سانتریفیوژ هوا بر اساس روش روغن کاری
کمپرسور سانتریفیوژ روغنی
مقدار ناخالصی هوای فشرده خروجی این کمپرسورها همانند هوای خروجی کمپرسورهای دیگری همچون کمپرسور پیستونی روغنی و کمپرسور اسکرو روغنی می باشد. البته در صورت استفاده از فیلتراسیون این موضوع قابل حل می باشد ولی همچنان نمی توان از این کمپرسورها در صنایع حساس مانند پزشکی و غذایی استفاده کرد.
کمپرسور سانتریفیوژ بدون روغن
هوای خروجی این کمپرسورها همان طور که از نامشان مشخص است، فاقد روغن می باشد. این کمپرسورها در صنایع پزشکی، صنایع غذایی و یا هرجایی که تجهیزات حساسی داشته باشند مورد استفاده قرار می گیرند.
کاربرد کمپرسور سانتریفیوژ هوا
کمپرسورهای گریزازمرکز با توجه به مزایایی که دارند در صنایع مختلفی همچون صنایع خودرو (فشرده سازی هوای ورودی به موتور خودرو)، صنایع هوایی (مکش هوا در موتورهای جت)، صنایع نیروگاهی (فشرده سازی هوا در نیروگاه های گازی)، صنایع و پالایشگاه نفت (برای پمپاژ نفت خام)، صنایع شیمیایی، صنایع پلاستیک، صنایع غذایی، صنایع پزشکی دارویی، صنعت شهری و کارخانه های فراوری فاضلاب مورد استفاده قرار می گیرند.
مزایای کمپرسور سانتریفیوژ هوا
- – قابلیت اطمینان بالا
- – کارایی بهتر
- – کیفیت بالای هوای فشرده خروجی
- – فاصله طولانی بین مراحل تعمیر و نگهداری
- – کم بودن هزینه های نگهداری
- – استفاده در صنایعی که نیاز به حجم هوادهی خیلی زیادی دارند.
- – ذخیره ظرفیت متوسط
- – محدوده عملیاتی گسترده
معایب کمپرسور سانتریفیوژ هوا
- – ناپایدار در مقابل تغییرات جریان
- – عدم قابلیت طراحی برای ظرفیت های کمتر از 70 کیلووات
- – استفاده از سیستم های کنترل پیشرفته برای کنترل فرآیند
- – بالا بودن هزینه اولیه به دلیل فرآیند پیچیده طراحی و ساخت
- – بالا بودن هزینه ساخت به علت میزان دقت بالا در ساخت آن
- – نسبت های فشرده سازی محدود
مقایسه کمپرسور سانتریفیوژ هوا با سایر کمپرسورها
- وزن و حجم کمتری در یک ظرفیت تولید یکسان نسبت به دیگر کمپرسورها دارد.
- مصرف انرژی کمتری در یک ظرفیت تولید یکسان نسبت به دیگر کمپرسورها دارد.
- ارتعاشات کمتری در یک ظرفیت تولید یکسان نسبت به دیگر کمپرسورها دارد.
- هزینه تعمیر و نگهداری کمتری در یک ظرفیت تولید یکسان نسبت به دیگر کمپرسورها دارد. این ویژگی به دلیل پایین بودن تعداد قطعات و پایین بودن تعداد قطعات درگیری با یکدیگر در این کمپرسور است.
- مقاومت بالاتری در مقابل گرد و غبار دارد.
- هزینه تجهیزات آن نسبت به کمپرسور اسکرو کمتر است.
- قابلیت دستیابی به ظرفیت های بالا تا 35000 کیلووات را دارد.
- گزینه مناسبی برای صنایعی که به مقدار فشار ثابت با حجم بالا نیاز دارند، است.
- قابلیت کار با طیف گسترده ای از سیال های قابل تراکمی همچون اکسیژن، نیتروژن مایع، هلیوم و زنون را دارد.
- سرعت این کمپرسور 15000 تا 100000 دور بر دقیقه است ک نسبت به دیگر کمپرسورها، سرعت خیلی بالایی است.
- در کمپرسورهای سانتریفیوژ تمامی مراحل و فرآیند فشرده سازی به صورت همزمان و پشت سر هم می باشد ولی در کمپرسور پیستونی عملیات فشرده سازی که شامل سه مرحله مکش، تراکم و تخلیه است، یکی پس از دیگری صورت می گیرد.
تعمیر و نگهداری کمپرسور سانتریفیوژ هوا
همان طور که گفتیم یکی از بارزترین ویژگی های کمپرسور سانتریفیوژ هوا ، مدت زمان طولانی فاصله بین مراحل تعمیر و نگهداری آن می باشد. اما این ویژگی زمانی تحقق پیدا می کند که طراحی و بهره برداری و محافظت از کمپرسور گریز از مرکز به طور صحیح انجام شود. بنابراین نکات مربوط به تعمیر و نگهداری کمپرسور سانتریفیوژ عبارت است از:
- – یکی از عوامل کاهش عملکرد دستگاه، رسوب سطوح داخلی آن است که باید فورا مورد بررسی قرار گیرد.
- – ابزار مانیتورینگ درجه حرارت و لرزش، اطلاعاتی درباره وضعیت یاتاقان های کمپرسور در اختیار اپراتور قرار می دهد. این اطلاعات باید مورد بررسی قرار گیرد و در صورت نیاز می توان یاتاقان های کمپرسور را به راحتی به دلیل در دسترس بودن آن، تعویض کرد.
- – لرزش های کمپرسور بر اثر استفاده بیش از حد کمپرسور افزایش پیدا می کند. در نتیجه باعث سایش بیش از حد مهر و موم های داخلی می شود.
- – لوازم های جانبی کمپرسور سانتریفیوژ همچون مهر و موم پمپ روغن، فیلترروغن و فیلتر هوا نیاز به بازبینی دوره ای و مداوم دارند.
- – وضعیت مهر و موم های داخلی را می توان با افزایش دمای بلبرینگ های محوری تشخیص داد زیرا تغییر در شرایط مهر و موم، بر بارهای رانشی و دمای تحمل دستگاه تاثیر می گذارد.
- – مانیتورینگ کمپرسور گریز از مرکز مجهز به ابزار دقیق برای نظارت بر روی سلامت مکانیک دستگاه می باشد همچنین تنظیمات هشدار و خاموش کردن برای لرزش و تحمل فشار بالا در این سیستم تعبیه شده است در نتیجه فشار روغن و یا کم شدن مقدار آن، فشار کم گاز، فشار بیش از حد، فشار دیفرانسیل، دمای بالای گاز، فشار مکش زیاد و کم و سطح بالای مایعات کنترل شده و در صورت لزوم کمپرسور را خاموش می کند.
- – آب بندی کمپرسور سانتریفیوژ باید به طور مناسب و صحیح صورت گیرد تا میزان نشتی را در راستای محور گردنده که از میان محفظه کمپرسور عبور می کند کاهش دهد. بنابراین رایج ترین نوع آب بندی مربوط به کمپرسور سانتریفیوژ، آب بندی چهار گانه که شامل آب بندی های مکانیکی، آب بندی های هیدرواستاتیکی، آب بندهای لابیرینتی و آب‌بندهای حلقوی می باشد.
شباهت کمپرسور سانتریفیوژ هوا با دیگر ماشین آلات (توربوماشین ها)
ماشین آلاتی همچون کمپرسور محوری، فن سانتریفیوژ، پمپ سانتریفیوژ و توربین سانتریفیوژ و توربین شعاعی ویژگی های فیزیکی مشابه با کمپرسور سانتریفیوژ دارند.
هم چنین در این رابطه بخوانید :
کمپرسور باد پیستونی چیست ؟ و نحوه عملکرد آن چگونه است ؟
وبسایت روتوپارس این مقاله را با طرح سوال کمپرسور گریز از مرکز چیست؟ شروع کرد و در ادامه به بررسی کامل کمپرسور سانتریفیوژ هوا پرداخت تا بتواند راهنمای شما در خرید کمپرسور سانتریفیوژ باشد. برای دریافت مشاوره و قیمت کمپرسور سانتریفیوژ با مشاوران ما تماس بگیرید.
معمولا کمپرسور گریز از مرکز فشار قوی تا چه میزان فشار رو جوابگو هستند؟؟
کمپرسور های سانتریفیوژ فشار قوی تا هر میزان فشاری رو جوابگو هستند