انواع کمپرسورها و کاربرد آن

ماشین­های جذب کننده قدرت مکانیکی که آن­را به صورت­های مختلفی از قبیل انرژی حرارتی، انرژی جنبشی و یا پتانسیل به سیال (تراکم­پذیر) اعمال می­کنند طیف وسیعی را شامل فن­ها، دمنده­ها و کمپرسورها تشکیل می­دهند.

فن­ها دارای نسبت تراکم کمتر از 15/1 بوده و افزایش فشار توسط آن­ها در حد صدم اتمسفر می­باشد[1]؛ دمنده­ها (بلورها) نسبت تراکم بالاتری در مقایسه با فن­ها دارند (بیشتر از 15/1 و معمولاً کمتر از 3) و در آن­ها       خنک­کاری گاز صورت نمی­گیرد و بالاخره کمپرسورها دارای نسبت تراکم بیشتری بوده و در آن­ها غالباً      خنک­کاری گازی صورت می­گیرد. فن­ها و دمنده­ها برای تهویه ساختمان­ها، کارگاه­ها، تونل­ها، معادن، تأمین هوای مصرفی مولدهای بخار(بویلرها) تخلیه گازهای احتراقی از دودکش­ها، تأمین هوای فشرده برای احتراق در موتورهای احتراقی داخلی (توبوشارژ- سوپرشارز) و دیگر مقاصد مشابه بکار می­روند.

کمپرسورها جهت افزایش فشار گاز تا یک حد معینی مورد استفاده قرار می­گیرند. این فشار استاتیک به منظور غلبه بر اصطکاک مسیر، تأثیر در یک واکنش معین در نقطه تحویل گاز و یا بهبود خواص ترمودینامیکی گاز مورد نیاز می­باشد. گازهای جابه جا شده دارای طیف وسیعی از وزن مولکولی بوده که از هیدروژن با وزن مولکولی 2 الی هگزافلورید اورانیوم با وزن مولکولی 352 را شامل می­شود.

 

---

[1] - به ماشینی­هایی که فشار مکش در آن­ها زیر اتمسفر و فشار خروجی نزدیک اتمسفر باشد پمپ خلاء گفته می­شود.

 تقسیم ­بندی کلی کمپرسورها و تفاوت­های عمده آن­ها

کمپرسورها را بر حسب مکانزم و اصول کارکرد و نحوه اعمال انرژی به سیال دو گروه عمده تقسیم می­کنند:

1. کمپرسورهای Positive Displacement یا   Intermiten (جریان منقطع)
2. کمپرسورهای Dynamic یا Continuous (جریان پیوسته)

 

-کمپرسورهای رفت و برگشتی  

کمپرسورهای رفت و برگشتی قدیمی­ترین و رایج­ترین نوع کمپرسورها بوده و عمل تراکم با کاهش اجباری حجم توسط حرکت پیستون یا پلانجر در داخل یک سیلندر صورت می­گیرد و ورود گاز به سیلندر و خروج از آن از طریق سوپاپهای اتوماتیک انجام گرفته که این سوپاپ­ها بر اساس اختلاف فشار مابین خط لوله و درون سیلندر باز یا  بسته می­شوند.

مشخصه بارز کمپرسورهای رفت و برگشتی امکان استفاده از آن­ها برای چندین سرویس (چند نوع گاز) در یک دستگاه واحد می­باشد. مثلاً از یک سیلندر برای کمپرس پروپان و از سیلندرهای دیگر برای کمپرس گازهای دیگر می­توان استفاده کرد. خنک­کاری این کمپرسورها توسط آب یا هوا انجام می­شود. اما رایج­ترین روش، پر کردن جکت سلیندر توسط یک مایع مناسب است. دامنه سرعت دورانی از 120 الی  RPM1000 و سرعت خطی پیستون ما بین ft/ min 950- 500 می­باشد. محدوده جریان از  100 الی CFM 1000 و فشار کاری از خلاء تا  Psi 100000تغییر می­کند.

-کمپرسورهای گریز از مرکز

هر جا که ظرفیت و قدرت بالا مدنظر باشد، بدون شک، کمپرسورهای سانتریفوژ حرف اول را می­زنند از نظر تعداد مورد استفاده در صنعت، این ماشین­ها در مقایسه با نوع رفت و برگشتی در مقام دوم هستند. طی چهار دهه گذشته، کمپرسورهای سانتریفوژ به خاطر حجم، وزن و نیروهای اینرسی کم­شان که فونداسیون­های کوچکتری را لازم می­دارند، عمومیت بیشتری پیدا کرده­اند. راندمان آن­ها در مقایسه با کمپرسورهای رفت و برگشتی­ پایین بوده و لذا منبع انرژی ارزانی را طلب می­کنند. امروزه کمپرسورهای سانتریفوژ کاربردهای اقتصادی خوبی پیدا کرده  و برای تأمین ظرفیت­های بالا (تا CFM 200000 ) بکار می­روند.
نسبت تراکم در مرحله برای سانتریفوژهای تک مرحله تا 3 و برای چند مرحله (چند ایمپیلر) کمتر از 2 در هر ایمپیلز می­باشد. برای تأمین قدرت آن­ها می­توان به آسانی از توربین­های گازی، موتورهای الکترونیکی و موتورهای احتراق داخلی استفاده کرد.
تفاوت­های مهم این دو گروه را می­توان به صورت زیر بیان کرد:

1. کمپرسورهای جابجائی مثبت برای فشارهای زیاد و متوسط و شدت جریان­های پایین بکار می­روند در حالی که کمپرسورهای دینامیکی برای فشارهای متوسط و پایین با جریان­های متوسط و بالا  بکار می­­روند.
2. فشارهای ایجاد شده در کمپرسورهای دینامیک (سانتریفوژ) مقدار ثابت و محدودی دارد. در صورتی که فشارهای ایجاد شده توسط کمپرسورهای جابجایی مثبت می­تواند متغیر و قابل تنظیم بوده و اصولاً تابع نیاز سیستم می­باشد.-
3. همانطوری که از نامگذاری این دو گروه ملاحظه می­شود جریان در کمپرسورهای رفت و برگشتی ناپیوسته بوده به گونه­ای که مقداری گاز به درون کمپرسور کشیده شده عمل تراکم روی آن انجام، سپس تخلیه و دوباره سیکل تکرار می­شود ولی کمپرسورهای سانتریفوژ طبیعت سیکلیک نداشته و جریان پیوسته و ممتد می­باشد.
4. کمپرسورهای دینامیکی (سانتریفوژ)  بر اساس نیروی گریز از مرکز در طول پره ایمپیلر ایجاد انرژی جنبشی در حروجی کمپرسور به فشار مبدل می­شود (مقدار نیروی سانتریفوژ و در نتیجه فشار ایجاد شده به سزعت دورانی و دانسیته گاز بستگی دارد.) کمپرسورهای جابجائی مثبت مستقیماً فشار گاز را تؤام با کاهش حجم، افزایش می­دهند.
5. کمپرسورهای دینامیک اساساً به دو گروه محوری و سانتریفوژ تقسیم شده و کمپرسورهای نوع جابه جایی مثبت هم در دو گروه Rotary و رفت و برگشتی قرار می­گیرند.
   جدول1- مقایسه کمپرسورهای رفت و برگشتی و سانتریفوژ

   نوع کمپرسور مشخصه­های کاری	رفت و برگشتی	سانتریفوژ
   محدوده شدت	خیلی کم- کم – متوسط  (کمتر از 7000 -  5  ACFM)	متوسط- زیاد- خیلی زیاد (1000-200000 ACFM)
   محدوده فشار خارجی	در تمام محدوده­های لازم قابل استفاده است (نزیک به صفر تا 100000 psl  )	Up to 5000 pglg
   سرعت دورانی	در مقایسه با سانتریفوژ در محدوده خیلی پایین هستند   120- 1000 R PM	خیلی بالا  1450-45000 RPM
   کنترل ظرفیت	قابلیت بیشتری برای کنترل ظرفیت دارند.	کنترل ظرفیت مشکل­تر است- تغییر دور
   محدوده راندمان	راندمان بالاتری دارد	راندمان پایین­تر است
   هزینه اولیه و نگهداری	هزینه اولیه سنگینتر- هزینه نگهداری بیشتر	هرینه اولیه و نگهداری نسبتاً کمتر
   آلودگی گاز با روغن	احتمالش بیشتر و روش­های خاصی جهت جلوگیری با طراحی خاص می­طلبد	کمتر مطرح است
   تغییرات در وزن مولکولی و دانسیته	توانایی کمپرس گازهایی با دانسیته­ها و    وزن­های مولکولی مختلف را دارند	تغییرات دانسیته منجر به کاهش دبی(دهش) (تغییرات 2/0) شده و ایجاد   نوسان می­کند.
   نیروهای اینرسی و شرایط فنداسیون	بالا – فنداسیون­های بزرگ	پایین و فنداسیون­های ملکولی
   پیوستگی جریان و فشار خروجی	جریان و فشار توأم با نوسان	جریان و فشار پیوسته­تر
   درجه حرارت	قادر به  کار در درجه حرارت­های خیلی پایین یا بالا نیستند- به تغییرات درجه حرارت خیلی حساس نیستند- تا 800 درجه حرارت کاری مورد استفاده قرار می­گیرند	تغییرات درجه حرارت موجب تغییرات  Flow و فشار می­شود