کمپرسورهای سانتریفیوژ ماشین هایی هستند که برای فشرده سازی و انتقال سیال ( هوا یا گاز) از یک مکان به مکان دیگر استفاده می شوند. کمپرسور ها انواع مختلفی دارند که کمپرسورهای گریز از مرکز یکی از آنهاست. کمپرسورهای گریزازمرکز بیشترین کاربرد را در سراسر جهان دارند. دلیل اصلی این است که ساخت این کمپرسورها بسیار آسان است. در این مقاله، جنبه های مختلف کمپرسور هوای گریز از مرکز از جمله اصل کار، انواع و اجزای آن را توضیح خواهم داد.
کمپرسور گریز از مرکز چیست؟
کمپرسور گریز از مرکز وسیله ای مکانیکی است که سیال را با کمک شتاب شعاعی پروانه که توسط محفظه کمپرسور احاطه شده است، فشرده می کند. در کمپرسور گریز از مرکز، هوا یا گاز به صورت محوری وارد پروانه می شود و به صورت شعاعی تخلیه می شود. بنابراین به آن کمپرسور شعاعی می گویند.
در کمپرسور گریز از مرکز، پروانه با تبدیل انرژی جنبشی هوا/گاز به سرعت، سرعت سیال را افزایش می دهد. و دیفیوزر بیشتر سرعت سیال را به انرژی فشار تبدیل می کند. کمپرسورهای گریز از مرکز شعاعی دارای نسبت فشار بالا در دبی کم هستند که مزیت اصلی نسبت به کمپرسور های محوری است.
کمپرسور گریز از مرکز دستگاهی است که در آن بخار یا گاز با کمک پروانه کمپرسور می شود. در صورت نیاز به فشرده سازی بیشتر، در این کمپرسورها چند مرحله سیال فشرده شود هر مرحله بخشی از کل افزایش فشار است.
بسته به نیازمورد استفاده فشار برای عملکردهای مختلف، چندین مرحله را می توان به صورت سری به هم متصل کرد تا فشار لازم را به دست آورد. این کمپرسورهای چند مرحله ای برای کاربرد در صنایع فرآوری، گاز و نفت استفاده می شوند. از طرف دیگر، تصفیه خانه های فاضلاب از برنامه های تک مرحله ای کم فشار برای دستیابی به نسبت فشار مورد نیاز استفاده می کنند.
در این کمپرسورها با کمک پروانه ای که انرژی جنبشی سیال را تامین می کند، سرعت افزایش می یابد. سپس، هنگامی که سرعت جریان توسط دیفیوزر کاهش می یابد، این انرژی جنبشی به سرعت سیال تبدیل می شود. سپس دیفیوزر این سرعت را به انرژی فشاری تبدیل می کند.
اصل کار کمپرسور گریز از مرکز
اصل کار کمپرسور گریز از مرکز کمی متفاوت ازکمپسور های دوار یا رفت و برگشتی است.
کمپرسور گریز از مرکز به روش زیر عمل می کند:
- هنگام راه اندازی، هوا از مخزن هوا یا هر منبع دیگری به کمپرسور گریز از مرکز وارد می شود.
- پس از ورود به کمپرسور به پروانه برخورد می کند. این پروانه دارای پره های شعاعی متعددی است که با چرخش پروانه می چرخند.
- با برخورد هوا به پره های شعاعی پروانه، هوا با نیروی گریز از مرکز به مرکز پروانه فشار می آورد.
- پس از ضربه زدن، پره های پروانه انرژی جنبشی را به هوا می دهند. به همین دلیل سرعت (سرعت) آن افزایش می یابد.
- هوا پس از عبور از پروانه وارد ناحیه دیفیوزر می شود. این دیفیوزر دارای پرهای ثابت است. پس از ورود به ناحیه دیفیوزر، سرعت یا سرعت جریان هوا شروع به کاهش می کند.
- بر اساس اصل برنولی، مربع سرعت با فشار نسبت معکوس دارد. محفظه یا دیفیوزر، سرعت افزایش یافته هوا را قبل از اینکه هوا به مرکز پروانه کشیده شود، به انرژی فشار تبدیل می کند. در بیشتر شرایط، افزایش فشار پروانه تقریباً برابر با افزایش فشار دیفیوزر خواهد بود.
در واقع، دیفیوزر بخش ایستا (ایستا) کمپرسور است که جریان هوا را هنگام خروج از روتور هدایت می کند. این کاهش سرعت در نهایت منجر به افزایش بیشتر فشار می شود. دیفیوزر و روتور یا پروانه تقریباً 35% و 65% از کل فشار تولید شده توسط کمپرسور را تشکیل می دهند. کمپرسور گریز از مرکز به شدت بر فرآیند فشرده سازی هوا تأثیر می گذارد.
قطعات کمپرسور گریز از مرکز
چهار جزء اصلی کمپرسور هوای گریز از مرکز وجود دارد که در زیر آورده شده است:
- پروانه
- پوسته
- دیفیوزر
- دریچه های ورودی و خروجی
- کلکتور
1) روتور یا پروانه
روتور یا پروانه یکی از مهم ترین قسمت های کمپرسور گریز از مرکز است. پروانه یا روتور کمپرسور گریز از مرکز هوا، دیسکی است که یک مجموعه کلید به شفت کمپرسور متصل است. تعداد متفاوتی از تیغه های منحنی به این دیسک متصل می شوند.
این تیغه ها یک کانال انتشار برای گاز کار یا هوا فراهم می کنند. تعداد این پره های منحنی از حدود 15 تا 20 در یک پروانه کمپرسور گریز از مرکز متفاوت است.
پروانه کمپرسور به وسیله تیغه های متصل به دیسک چرخان به سیال سرعت می دهد. این تیغه ها را می توان بسته به عملکرد مورد نیاز به سمت عقب، شعاعی یا جلو کج کرد. اکثر کمپرسور های گریز از مرکز از تیغه های شیب دار به سمت عقب برای حداکثر بازده استفاده می کنند.
2) پوسته
اجزای کمپرسور گریز از مرکز داده شده عمدتاً توسط یک محفظه محافظت می شوند. اساساً پوسته محل محکم جهت عبور هوا (یا هر سیال دیگر) در اطراف پروانه است.
طراحی بدنه به گونه ای است که انرژی جنبشی هوا در درگاه تخلیه پروانه تخلیه می شود اما این انرژی جنبشی قبل از خروج هوا از این محفظه به فشار تبدیل می شود. محفظه شامل چندین یاتاقان است که روتور را به صورت محوری و شعاعی پشتیبانی می کند. از فولاد یا چدن ساخته شده است.
پوسته دو نوع اصلی دارد:
- به صورت عمودی تقسیم می شود
- به صورت افقی تقسیم می شود
3) دیفیوزر
پروانه هوا را با سرعت بسیار بالا به کانال پخش کننده می فرستد. این دیفیوزر معمولاً بر دو دیواری که کانال شعاعی را تشکیل می دهند تأثیر می گذاردو فشار دینامیکی را به فشار استاتیکی تبدیل می کنند.
کانال پخش کننده فضای کوچکی بین دیواره است که به طور معمول جریان هوا را 180 درجه می چرخاند تا آن را به سمت پروانه بعدی هدایت کند. این جزء کمپرسور گریز از مرکز قبل از بخش خروجی است. بعد از دیفیوزر، هوا یا گاز به داخل کلکتور می رود.
4) گردآورنده(کلکتور)
پس از آخرین پروانه، هوا یا گاز جمع شده و به سمت قسمت خروجی هدایت می شود. قسمت استفاده برای جمع آوری هوا یا گاز ارسال شده توسط دیفیوزر به عنوان یک کلکتور شناخته می شود.
یک کلکتور همچنین می تواند شیرها و سایر وسایل برای کنترل کمپرسور داشته باشد. کلکتور آخرین جزء کمپرسور گریز از مرکز است. یک لوله تحویل به کلکتور متصل می شود که از آنجا سیال تخلیه می شود و به محل یا قسمت مورد نظر منتقل می شود.
5) تیغه های پروانه
این تیغه ها به پروانه متصل می شوند. هدف اصلی این تیغه ها تامین انرژی جنبشی به سیال عامل و افزایش سرعت آن است.
6) پورت ورودی و خروجی
درگاه ورودی کمپرسور برای مکش هوا یا گاز داخل کمپرسور استفاده می شود. در مقابل، درگاه خروجی برای تخلیه هوا یا گاز تحت فشار استفاده می شود.
انواع کمپرسور گریز از مرکز
کمپرسور گریز از مرکز دارای انواع عمده زیر است:
- کمپرسور تک مرحله ای
- کمپرسور چند مرحله ای
اصل کار این کمپرسورها یکسان است اما ساختار آنها کمی با یکدیگر متفاوت است.
1. کمپرسور تک مرحله ای
دارای یک پروانه تکی است که هوا یا گاز را با نسبت فشار حداکثر 3:1 برای کار تحت فشار یا خلاء حرکت می دهد.
یکی از مزیت های اصلی این کمپرسورها نسبت به کمپرسورهای چند مرحله ای این است که راندمان بالایی دارند و گاز تولیدی کاملاً بدون موج و بدون روغن است.
کمپرسور تک مرحله ای دارای انواع زیر نیز می باشد:
i) کمپرسورهای تک مرحله ای آویزان
در این کمپرسور، پروانه مستقیم به شا فت متحرک که به وسیله موتور به حرکت در می آید متصل است . این کمپرسورها دارای نازل های مکش جریان محوری هستند که محدوده کاری گسترده تر و راندمان بالاتری را ارائه می دهند.
این کمپرسورهای گریز از مرکز در درجه اول برای کاربردهای جریان بالا و هد پایین طراحی می شوند. جریان کمپرسور توسط شیرهای پروانه ای، دریچه های مکش یا تخلیه یا تیغه های راهنمای ورودی تنظیم می شود.
ii) کمپرسورهای تک مرحله ای یکپارچه دنده
در این کمپرسور تک مرحله ای موتور به وسیله گیربکس یکپارچه به پروانه نیمه متصل می باشد. پروانه مستقیماً روی شفت پرسرعت گیربکس قرار دارد.
این کمپرسورها می تواند نرخ جریان گاز برابر با 300000 متر مکعب در ساعت، فشار تحویل تا 50 بار و نسبت فشار تا 3.5 را تولید کند. این کمپرسورها برای انجام خدمات با هوا یا گاز فرآیند تمیز استفاده می شوند.
2. کمپرسور چند مرحله ای
کمپرسور های چند مرحله ای از 1 تا 10 پروانه تشکیل شده است و می تواند بر اساس الگوهای مختلف مسیر جریان تنظیم شود. در هر مرحله فرض می شود که نسبت تراکم و دما ثابت است.
این کمپرسورها را می توان به دو جریان، مرکب و مستقیم تقسیم کرد.
کمپرسورهای چند مرحله ای نیز دارای انواع عمده زیر هستند:
کمپرسور پوسته با شکاف افقی
کمپرسور پوسته با شکاف عمودی
کمپرسور با پوشش زنگ
کمپرسور خط لوله
کمپرسورهای یکپارچه دنده
i) کمپرسور بدنه با شکاف افقی
در یک کمپرسور با پوشش افقی پوسته یا محفظه استوانه ای به دو قسمت تقسیم می شود:
- نیمه پایین
- نیمه بالایی
مزیت این نوع کمپرسور است که تعمیر و نگهداری قطعات داخلی تنها با برداشتن قسمت بالایی انجام می شود. به همین دلیل بیشتر اجزا فرآیند اصلی در قسمت پایین چیده شده است. اتصالات ورودی /خروجی فرآیند به بهترین وجه در نیمه پایینی قرار داده شده، اما می توانند در نیمه بالایی نیز استفاده شوند.
این نوع کمپرسورهای سانتریفیوژ دارای قابلیت اطمینان بالا و همچنین راندمان بالایی هستند. اینها طراحی آسانی دارند. کمپرسورهای لایه افقی برای کاربردهایی مانند متالورژی، معدن، صنایع شیمیایی و نفت و گاز استفاده می شوند.
ii) کمپرسورهای بدنه عمودی تقسیم شده
پوسته کمپرسور دارای شکاف عمودی از یک سیلندر بسته با دو کلاهک انتهایی (که به عنوان بشکه نیز شناخته می شود) تشکیل شده است.مزیت اتصال عمودی شکافته این است که به دلیل ساختار یک تکه آن دارای مقاومت در برابر فشار بالا است.
این کمپرسورها برای صنایع غذایی، انرژی و نفت و گاز کاربرد دارند. اینها همچنین برای سکوهای دریایی استفاده می شوند.
iii) کمپرسور با پوسته زنگوله ای
این یک کمپرسور عمودی اسپلیت یا بشکه ای است. در فشار بالا کار میکند این کمپرسور دارای پوسته ی زنگوله ای است که به جای پیچ با رینگ های برشی بسته می شود.
iv) کمپرسور خط لوله
آنها یک محفظه زنگی شکل با یک کلاه انتهایی عمودی دارند. بیشتر از این کمپرسورها برای انتقال گاز طبیعی استفاده می شود. اینها معمولاً دارای نازل های ورودی و خروجی جانبی هستند که در جهات مخالف قرار دارند تا نصب در خط لوله گاز طبیعی را ساده کنند. اگر نسبت فشار اجازه دهد، ورودی های محوری نیز می توانند استفاده شوند.
این کمپرسورها عموماً برای کنترل فشار تا 100 بار طراحی می شوند. کمپرسور خط لوله توانایی بالایی برای کنترل جریان مناسب با راندمان بالا دارد. اینها سرعت جریان بالا و نسبت تراکم پایینی دارند.
v) کمپرسورهای چند مرحله ای یکپارچه دنده
این کمپرسور هوای گریز از مرکز در کاربردهای جریان بالا/فشار کم یا جریان کم/فشار بالا استفاده می شود. این کمپرسور دارای دنده های بزرگ و 1 تا 4 پینیون پرسرعت می باشد. می توانید یک یا دو پروانه را به هر محور پینیون وصل کنید.
مزایا و معایب کمپرسور گریز از مرکز
مزایای کمپرسورهای گریز از مرکز
- در دبی کم، نسبت فشار بالا را ارائه می دهد.
- طراحی این کمپرسورها در مقایسه با کمپرسورهای جابجایی مثبت آسانتر است.
- نسبت به کمپرسورهای رفت و برگشتی یا کمپرسورهای روتاری قابل اعتمادتر هستند .
- آنها به هیچ پایه خاصی(فندانسوینی) نیاز ندارند.
- این کمپرسورها ماهیتی بدون روغن دارند.
معایب کمپرسورهای گریز از مرکز
- نسبت به کمپرسور های جابجایی مثبت انعطاف کمتری دارد.
- مشکلات کاویتاسیون دارند.
- قابلیت خود پرایمینگ ندارد.
- آنها با سرعت نسبتا بالا کار می کنند.
کاربرد کمپرسورهای گریز از مرکز
- با توربین گازی استفاده می شود .
- در موتورهای خودرو
- از این کمپرسورها در سوپرشارژرها استفاده می شود.
- این کمپرسورها در کارخانه های شیمیایی، پتروشیمی، فرآوری گاز طبیعی و پالایشگاه های نفت کاربرد دارند.
- در کارخانه های جداسازی هوا برای تولید گازهای خالص استفاده می شود.
- کمپرسورهای خط لوله گاز طبیعی را از کارگاه به مصرف کننده منتقل می کنند.
تفاوت بین کمپرسور گریز از مرکز و پمپ گریز از مرکز
اصل کار پمپ گریز از مرکز و کمپرسور گریز از مرکز تقریبا یکسان است. تفاوت اصلی این است که پمپ برای پمپ کردن مایعات مختلف از یک مکان به مکان های دیگر استفاده می کند در حالی که کمپرسور برای فشرده سازی گازها یا هوا استفاده می کند.