اصول کمپرسور رفت و برگشتی

کمپرسور رفت و برگشتی

کمپرسور رفت و برگشتی یک ماشین جابجایی مثبت است که از یک پیستون برای فشرده سازی گاز و تحویل آن در فشار بالا استفاده می کند. آنها اغلب برخی از حیاتی ترین و گران ترین سیستم ها در یک مرکز تولید هستند و سزاوار توجه ویژه هستند. خطوط لوله انتقال گاز، پتروشیمی ها، پالایشگاه ها و بسیاری از صنایع دیگر همگی به این نوع تجهیزات وابسته هستند. با توجه به بسیاری از عوامل، از جمله کیفیت مشخصات/طراحی اولیه، کفایت شیوه های نگهداری و عوامل عملیاتی، اما نه محدود به آن، تأسیسات صنعتی می توانند هزینه های چرخه عمر و قابلیت اطمینان بسیار متفاوتی را از تاسیسات خود انتظار داشته باشند.

کمپرسورهای مختلفی تقریباً در هر تأسیسات صنعتی یافت می شود. انواع گازهای فشرده شامل موارد زیر است:

  • هوا برای سیستم های هوای ابزار فشرده و ابزار
  • هیدروژن، اکسیژن و غیره برای پردازش شیمیایی
  • کسرهای هیدروکربنی سبک در پالایش
  • گازهای مختلف برای ذخیره سازی یا انتقال
  • برنامه های کاربردی دیگر

دو طبقه بندی اولیه کمپرسورهای صنعتی وجود دارد: جریان متناوب (جابجایی مثبت)، از جمله انواع رفت و برگشتی و دوار. و جریان پیوسته، از جمله انواع جریان گریز از مرکز و محوری.

کمپرسورهای رفت و برگشتی معمولاً در مواردی استفاده می شوند که نسبت تراکم بالا (نسبت تخلیه به فشار مکش) در هر مرحله بدون نرخ جریان بالا مورد نیاز است و سیال فرآیند نسبتاً خشک است.

کمپرسورهای گاز مرطوب معمولاً از انواع گریز از مرکز هستند. کاربردهای با جریان بالا و نسبت تراکم کم به بهترین وجه توسط کمپرسورهای جریان محوری ارائه می شود. انواع روتاری عمدتاً در کاربردهای هوای فشرده مشخص می‌شوند، اگرچه انواع دیگر کمپرسورها نیز در خدمات هوایی یافت می‌شوند.

طراحی پایه

اجزای اولیه یک سیستم کمپرسور رفت و برگشتی معمولی را می توان در شکل های ۱ و ۲ مشاهده کرد. لازم به ذکر است که نویسنده هرگز نصب کمپرسور معمولی را ندیده است و وجود استثنائات بسیاری را تصدیق می کند.

سیلندرهای تراکمی (شکل ۱)، همچنین به عنوان مراحل شناخته می شوند، که یک طرح خاص ممکن است از یک تا شش یا بیشتر داشته باشد، برای گاز فرآیند در طول فشرده سازی محصور می شود.

یک پیستون در یک عمل رفت و برگشتی برای فشرده سازی گاز حرکت می کند. چیدمان ها ممکن است طراحی تک یا دوگانه باشند. (در طراحی دو اثر، فشرده سازی در هر دو طرف پیستون در حین حرکت پیشروی و عقب نشینی رخ می دهد.)

برخی از سیلندرهای دوگانه در کاربردهای فشار بالا دارای یک میله پیستون در دو طرف پیستون هستند تا سطح مساوی و بارهای متعادل را فراهم کنند. آرایش سیلندرهای پشت سر هم با قرار دادن سیلندرها به صورت جفت، متصل به یک میل لنگ مشترک، به حداقل رساندن بارهای دینامیکی کمک می کند تا حرکات پیستون ها با یکدیگر مخالف باشند.

فشار گاز آب بندی می شود و سایش قطعات گران قیمت به ترتیب با استفاده از رینگ های پیستون یکبار مصرف و باندهای سوار به حداقل می رسد. این فلزات از فلزات نسبتاً نرم نسبت به متالورژی پیستون و سیلندر/خط یا موادی مانند پلی تترا فلوئورواتیلن (PTFE) تشکیل شده‌اند.

شکل ۲ الف. قاب HSE دو پرتاب و چرخ دنده

اکثر طراحی‌های تجهیزات شامل سیستم‌های روان‌کاری از نوع بلوک هستند. با این حال، زمانی که تحمل فرآیند برای انتقال روغن صفر باشد، از طرح‌های بدون روغن استفاده می‌شود.

سیلندرها برای کاربردهای بزرگتر (قطع معمولی ۳۰۰ اسب بخار است) به گذرگاه های خنک کننده برای ترموسیفون یا سیستم های خنک کننده مایع در گردش مجهز شده اند، در حالی که برخی از کمپرسورهای خانگی و فروشگاهی کوچکتر معمولاً با هوا خنک می شوند. سیلندرهای کاربردی بزرگ به طور کلی دارای آسترهای قابل تعویضی هستند که با فشار در سوراخ نصب می شوند و ممکن است دارای یک پین ضد چرخش باشند.

گاز فرآیند به داخل سیلندر کشیده می‌شود، فشرده می‌شود، محفظه می‌شود و سپس توسط سوپاپ‌های مکانیکی آزاد می‌شود که معمولاً با فشارهای دیفرانسیل به طور خودکار عمل می‌کنند. بسته به طراحی سیستم، سیلندرها ممکن است یک یا چند دریچه مکش و تخلیه داشته باشند.

تخلیه کننده ها و پاکت های تخلیه، شیرهای خاصی هستند که درصد بار کامل حمل شده توسط کمپرسور را در سرعت چرخشی معینی از محرک آن کنترل می کنند. تخلیه کننده ها عملکرد دریچه های مکش را دستکاری می کنند تا به گاز اجازه بازیافت بدهد.

سوپاپ‌های پاکتی فضای سر سیلندر (حجم خلاصی) را تغییر می‌دهند. آنها ممکن است حجم ثابت یا متغیر باشند. این دستگاه ها از حوصله این مقاله خارج است.

قطعه فاصله (گاهی اوقات به آن خانه سگ می گویند) یک عضو ساختاری است که قاب کمپرسور را به سیلندر متصل می کند. از اختلاط سیالات بین سیلندر و قطعه فاصله باید اجتناب شود. رینگ های بسته بندی حاوی فشار گاز در داخل سیلندر هستند و با پاک کردن روغن از میله پیستون در طول مسیر آن، از ورود روغن به داخل سیلندر جلوگیری می کنند.

قطعه فاصله معمولاً بر اساس خطرناک ترین ماده موجود در سیستم، که اغلب گاز فشرده شده در سیلندر است، تخلیه می شود. رینگ های بسته بندی به گونه ای طراحی شده اند که گاز درون سیلندر را در خود جای دهند، اما با فشار زیاد ممکن است مقداری از گاز فشرده از پشت رینگ های بسته بندی نشت کند.

چرخ دنده، که در داخل قاب کمپرسور قرار دارد (شکل ۲)، شامل سر متقاطع و شاتون است که میله پیستون را به میل لنگ متصل می کند و حرکت دورانی آن را به یک حرکت خطی رفت و برگشتی تبدیل می کند.

میل لنگ دارای وزنه های تعادلی است تا نیروهای دینامیکی ایجاد شده توسط حرکت پیستون های سنگین را متعادل کند. در داخل چارچوب کمپرسور توسط یاتاقان های ساده در چندین ژورنال پشتیبانی می شود. یک فلایویل نیز برای ذخیره اینرسی چرخشی و ایجاد مزیت مکانیکی برای چرخش دستی مجموعه ارائه شده است.

برخی از کمپرسورها چرخ دنده های فریم خود را با یک پمپ روغن یکپارچه و محور محور روغن کاری می کنند، در حالی که برخی دیگر با سیستم های روانکاری گسترده تر و لغزشی ارائه می شوند. تمام سیستم های طراحی شده به درستی نه تنها برای گردش روغن در سطوح حساس تجهیزات، بلکه برای کنترل دمای روان کننده، فیلتراسیون و برخی اندازه گیری های ابزار دقیق و افزونگی فراهم می کنند.

گازهای مکش عموماً از صافی‌ها و جداکننده‌های مکنده عبور می‌کنند تا ذرات، رطوبت و سیال فرآیند فاز مایع را حذف کنند که می‌تواند باعث آسیب شدید به دریچه‌های کمپرسور و سایر اجزای حیاتی شود و حتی یکپارچگی سیلندر را با پیامدهای فاجعه‌بار تهدید کند.

همچنین ممکن است گاز از قبل گرم شود تا گاز فرآیند مایع را به فاز بخار منتقل کند. اینترکولرها فرصتی برای حذف گرما از گاز فرآیند بین مراحل تراکم فراهم می کنند. (به بخش زیر مراجعه کنید: چرخه ترمودینامیکی).

در سمت تخلیه، مخازن تحت فشار به عنوان میراگرهای ضربانی عمل می کنند و ظرفیت سیستم را برای یکسان کردن جریان و ضربان فشار مربوط به ضربات تراکم پیستون فراهم می کنند.

به طور معمول، کمپرسورهای رفت و برگشتی دستگاه های نسبتاً کم سرعتی هستند و مستقیماً یا با تسمه توسط یک موتور الکتریکی، با یا بدون کنترل کننده درایو سرعت متغیر، هدایت می شوند.

اغلب موتور به گونه ای ساخته می شود که یکپارچه با کمپرسور باشد و شفت موتور و میل لنگ کمپرسور یک تکه هستند و نیاز به کوپلینگ را از بین می برند. کاهنده های سرعت نوع گیربکس در تاسیسات مختلف استفاده می شود.

گاهی اوقات، اگرچه کمتر رایج است، آنها توسط توربین های بخار یا سایر منابع نیرو مانند گاز طبیعی یا موتورهای دیزل هدایت می شوند. طراحی کلی سیستم و نوع درایور انتخاب شده بر روانکاری این سیستم های جانبی تاثیر می گذارد.

چرخه ترمودینامیکی

توضیح چند اصل پایه ترمودینامیکی برای درک علم کمپرسورهای رفت و برگشتی ضروری است. فشرده سازی در داخل سیلندر به عنوان یک سیکل چهار قسمتی رخ می دهد که با هر پیشروی و عقب نشینی پیستون (دو ضربه در هر سیکل) اتفاق می افتد.

چهار بخش سیکل عبارتند از فشرده سازی، تخلیه، انبساط و جذب. آنها به صورت گرافیکی با فشار در مقابل حجم نشان داده شده اند که به عنوان نمودار PV شناخته می شود (شکل ۳).

شکل ۳. مصرف

در پایان یک چرخه قبلی، پیستون به طور کامل در داخل سیلندر در V1 عقب نشینی می کند، حجم آن با گاز فرآیند در شرایط مکش (فشار، P1 و دما، T1) پر می شود و دریچه های مکش و تخلیه همه بسته می شوند. .

این با نقطه ۱ (صفر) در نمودار PV نشان داده شده است. با پیشروی پیستون، حجم داخل سیلندر کاهش می یابد. این باعث می شود که فشار و دمای گاز افزایش یابد تا زمانی که فشار داخل سیلندر به فشار هدر تخلیه برسد. در این زمان، دریچه های تخلیه شروع به باز شدن می کنند که در نمودار در نقطه ۲ ذکر شده است.

با باز شدن دریچه‌های تخلیه، فشار برای باقی‌مانده حرکت پیشروی در P2 ثابت می‌ماند، زیرا حجم برای بخش تخلیه چرخه همچنان کاهش می‌یابد. پیستون در V2 قبل از اینکه جهت را معکوس کند یک لحظه متوقف می شود.

توجه داشته باشید که مقداری حداقل حجم باقی می ماند که به عنوان حجم ترخیص شناخته می شود. زمانی که پیستون در پیشرفته ترین موقعیت حرکت خود قرار دارد، فضایی است که درون سیلندر باقی می ماند. برای جلوگیری از تماس پیستون/سر، مقداری حداقل حجم خالی لازم است، و دستکاری این حجم یک پارامتر اصلی عملکرد کمپرسور است. چرخه اکنون در نقطه ۳ است.

انبساط در مرحله بعدی اتفاق می افتد زیرا حجم کم گاز در پاکت خلاصی به کمی زیر فشار مکش منبسط می شود که با بسته شدن دریچه های تخلیه و عقب نشینی پیستون تسهیل می شود. این نقطه ۴ است.

وقتی به P1 رسید، دریچه‌های ورودی باز می‌شوند و اجازه می‌دهند شارژ تازه وارد سیلندر برای ورودی و آخرین مرحله چرخه شود. یک بار دیگر، با تغییر حجم، فشار ثابت نگه داشته می شود. این نشان دهنده بازگشت به نقطه ۱ است.

درک این چرخه برای تشخیص مشکلات کمپرسور، و درک راندمان کمپرسور، نیازهای برق، عملکرد شیر و غیره کلیدی است. این دانش را می توان با روند اطلاعات فرآیند و نظارت بر تأثیر این موارد بر چرخه به دست آورد.

این مقاله چقدر برای شما مفید بود؟
[کل: ۰ میانگین: ۰]

اشتراک گذاری در

اشتراک گذاری در facebook
اشتراک گذاری در twitter
اشتراک گذاری در linkedin
اشتراک گذاری در whatsapp
اشتراک گذاری در telegram

دیدگاهتان را بنویسید

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.

13 + هجده =

خدمات اکستراکول