کمپرسورهای گریز از مرکز

کمپرسورهای گریز از مرکز

کمپرسورهای گریز از مرکز از مجموعه ای از چرخ های پره دار که روی محوری فولادی نصب شده و در داخل یک محفظه ی چدنی قرار می گیرند، تشکیل می شوند.

تعداد چرخ های پره دار بکار رفته، به میزان فشاری که کمپرسور بایستی در طی تحول تراکم فراهم نماید، بستگی دارد. معمولا ً از دو،سه یا چهار چرخ پره دار استفاده می شود ولی هنگامی که افزایش فشار زیادی مورد نظر باشد، ممکن است از تعداد چرخ های بیشتر نیز استفاده شود. در بعضی موارد تعداد چرخ ها حتی به دوازده عدد نیز می رسد.

کمپرسورهای گریزازمرکز بعد از کمپرسورهای تناوبی پر مصرف ترین کمپرسورها در صنایع بوده و به ویژه به عنوان کمپرسور مورد استفاده در فرآیندها، در رده اول قرار دارند.

درطول ۴۰سال اخیر به لحاظ ابعاد نسبی کوچکتر و وزن کمتر(نسبت به کمپرسورهای تناوبی)، بکارگیری این کمپرسورها درفرآیندها، بیشترین توجه را به خود معطوف داشته است. پایین بودن بار وارده بر روی فوندانسیون در این کمپرسورها موجب گردیده تا در نصب آنها به فوندانسیون کوچکتر و سبکتری نیاز باشد.

کمپرسورهای گریزازمرکز برای دبی بالا ساخته می شوند. بدیهی است که به همین دلیل استفاده ازاین کمپرسورها در دبی های کم اقتصادی نیست.

1

اصول کارکرد

اصول کار کمپرسورهای گریزازمرکز شبیه پمپ یا فن گریزازمرکز است، به این ترتیب که بخار کم فشار و کم سرعت بصورت محوری از لوله مکش وارد حفره ورودی یا چشمه (Eye) چرخ پره دار شده و با ورود به فضای مابین پره ها، در اثر نیروی گریزازمرکز ایجاد شده بوسیله ی چرخ، بصورت شعاعی به طرف بیرون رانده شده و با سرعت، دما و فشار زیاد از نوک پره به محفظه ی خروجی کمپرسور وارد می شود.

بخار پرفشار و پرسرعت خروجی از چرخ، در محفظه هایی به شکل خاص جمع شده و پس از کاهش سرعت به ورودی چرخ پره دار بعدی هدایت می شود و نهایتا ً در آخرین چرخ پره دار، بخارخروجی از چرخ به محفظه ی خروجی وارد می گردد و از طریق لوله ی تخلیه به کندانسور می رود.

3 4 2

دسته بندی (Classification)

یکی از حالت های دسته بندی کمپرسورهای گریزازمرکز شکل پوسته آنها می باشد. با توجه به اینکه پوسته ها دو تکه هستند، برحسب اتصال تکه ها به یکدیگر، کمپرسورها را افقی (Horizontal) و یا عمودی (Vertical) می نامند. کمپرسور یک طبقه ای که پروانه آن به صورت آویزان (Overhung) می باشد نمونه ای از کمپرسور یک مرحله ای پوسته عمودی (Vertical Split) است که در شکل نشان داده شده است.

در کمپرسورهای با پروانه آویزان، جدا کردن روتور بدون جداسازی پروانه ها امکان پذیر نمی باشد.

کمپرسورهای گریزازمرکز چند مرحله ای را غالبا ً به شکل افقی می سازند. مزیت اصلی کمپرسورهای افقی، سهولت در تعمیرونگهداری آن است. با باز کردن قسمت فوقانی پوسته، کلیه قسمت های درونی کمپرسور در دسترس بوده و روتور آن را می توان بدون جدا کردن از کمپرسور بیرون کشید.

طرح دیگر کمپرسورهای گریزازمرکز، مدل گیربکسی آن است. این نوع کمپرسور غالبا ً از نوع پروانه آویزان بوده که دارای یک دنده بزرگ (Bull Gear) بوده و انتقال نیرو به پروانه ها توسط دنده های کوچکتر(Pinion) صورت می گیرد.

در این نوع طراحی، پوسته ( Casing) به گیربکسی متصل است. این طرح می تواند در شکل های یک یا چند مرحله ای ساخته شوند. کمپرسورهای چندمرحله ای این طرح غالبا ً برای تراکم هوا ساخته شده و خنک کاری بین مرحله ای آن بخشی از مجموعه کمپرسور می باشد.

آرایش (Arrangement)

کمپرسور یک مرحله ای عموما ً به شکل پروانه آویزان می باشد. در این کمپرسورها گاز در راستای محور کمپرسور وارد پوسته شده و در جهت عمود بر محور ( ویا به عبارت دیگر در راستای شعاع پروانه) از کمپرسور خارج می شود.

کمپرسورهای پروانه آویزان برای طراحی مدل های چند مرحله ای کمتر مورد توجه قرار می گیرند و حداکثر برای کمپرسورهایی که دارای دو پروانه می باشند، قابلیت بکارگیری دارند. باید دقت نمود که پروانه آویزان باید به دقت بالانس شده باشد، چراکه در صورت وجود کمترین نابالانسی می توانند موجب خرابی یاتاقان ها شوند و این در حالی است که پروانه هایی که به صورت آویزان نیستند( از دو سمت توسط یاتاقان ها مهار گردیده اند) در اثر نابالانس بودن نمی توانند سریعا ً به یاتاقان ها آسیب برسانند.

به عنوان مثال استفاده از پروانه های آویزان برای تراکم گازهایی که قادر به تشکیل رسوب و یا خوردگی پروانه ها باشند، مناسب نیست، زیرا در این حالت احتمال نابالانس شدن پروانه شدیدا ً وجود دارد.

در موارد بسیار استثنایی در کمپرسورهای یک مرحله ای، پروانه بر روی دو یاتاقان قرار داده می شود که اصطلاحا ً آن را (Beam Type) می نامند.

دراین کمپرسورها گاز در جهت عمود بر شافت وارد پوسته شده و بعد از تراکم، در همان راستا از کمپرسور خارج می شود. از این کمپرسورها بیشتر بعنوان تقویت کننده (Booster) در خط لوله های انتقال گاز استفاده می شود. مزیت آن، بیرون بودن و محکمی یاتاقان ها می باشد.

در یک طرح دیگر از کمپرسورچندمرحله ای، مسیر جریان گاز در جهت محور کمپرسور است. از این کمپرسورها غالبا ً برای تراکم گازهای فرآیندی استفاده می کنند و گاز مورد تراکم می تواند هوا یا گازهای دیگر باشد که در حالت اخیر مبردها متداول ترین گاز برای این دسته از کمپرسورها هستند.

اساسا ً در اغلب طراحی ها جهت نزدیک شدن به حالت تراکم تک دما، سعی می شود گاز خروجی از یک یا چند مرحله کمپرسور وارد خنک کن بین مرحله ای گردیده و سپس مجددا ً جهت ادامه فرآیند تراکم به درون کمپرسور فرستاده می شود. باید دقت شود اگر در طی این عملیات (خنک کردن) گازی در ترکیب مخلوط گازها وجود داشته باشد که احتمال میعان آن می رود ( نظیر حضور بخارآب در هوا) لازم است که تدابیر لازم جهت جداسازی مایع ایجاد شده، قبل از ارسال به مراحل بعدی اتخاذ گردد. این طرح بیشتر برای گازهایی که نسبت به بالا رفتن درجه حرارت حساس می باشند و یا اینکه افزایش دما می تواند باعث تاثیر نامطلوب گاز برروی فلزات مورد استفاده در ساخت کمپرسور گردد، بکار گرفته می شود. به عنوان مثال بعضی از گازها ممکن است در اثر گرم شدن پلیمریزه شده و این پدیده در طی فرآیند تراکم مطلوب نمی باشد؛ لذا بکارگیری خنک کن بین مرحله ای جهت کنترل درجه حرارت در حد قابل قبول ضروری می باشد.

عیب اصلی این طرح در این است که منجر به پیچیده شدن ساختمان کمپرسور گردیده و در مواردی ابعاد کمپرسور و محل نصب آن امکان اجرای این عملیات را نمی دهد؛ زیرا در درجه اول لازم است که کمپرسور دارای تعداد زیادی دهانه (Nozzle) ورودی و خروجی بوده و احتمال عدم اجرای آن برروی ابعاد معینی از کمپرسور ممکن است وجود داشته باشد.

در شکل زیر آرایش جدیدی ارایه گردیده است که اصطلاحا ً آن را Double Flow می نامند. در این نوع کمپرسورها، جریان گاز به دو قسمت تقسیم شده و از طریق دو دهانه وارد کمپرسور شده و در نهایت توسط یک پروانه که دارای دو چشمه (Eye) می باشد از کمپرسور خارج می شود.

آرایش دیگری که در کمپرسورهای گریزازمرکز مورد استفاده قرار می گیرد، تقسیم دبی جریان بین دو پروانه است که بصورت پشت به پشت به هم متصل بوده ولی کمپرسور فقط دارای یک دهانه ورودی و یک دهانه خروجی است. مزیت این طرح در این است که در یک پوسته ثابت می توان دبی جریان را دو برابر نمود.

آرایش نشان داده شده درشکل زیر که غالبا ً پشت به پشت (Back To Back) نامیده می شود، دربالانس بار محوری طرحی موفقیت آمیز است. دراین طرح جریان گاز از قسمت های ابتدایی پوسته به بیرون هدایت گردیده وسپس درقسمت انتهایی کمپرسور به درون آن فرستاده شده و نهایتا ً درقسمت میانی از کمپرسور خارج می گردد.

از آنجایی که در پروانه ها، یک بار محوری با جهت مشخص وجود دارد، با بکارگیری این آرایش می توان میزان باقیمانده بارمحوری برروی روتور را به حداقل رسانید. استفاده از این روش به ویژه در کمپرسورهایی که حذف بارمحوری با یاتاقان های با ابعاد معمولی امکان پذیر نیست، بیشتر مورد توجه است.

در این آرایش گاز وارد اولین پروانه گردیده و بعد از عبور از دومین پروانه به سوی پروانه سوم فرستاده می شود؛ در مرحله ی دوم اولین جریان انشعابی وارد پوسته شده و با جریان اصلی گاز مخلوط گشته و مجموعا ً وارد پروانه سوم می گردند. خواص گاز بر اثر اختلاط با جریان انشعابی بهبود می یابد؛ به عنوان مثال در سیستم های تبرید، مقداری مبرد بعد از تبخیر(Flashed to a vapor) در دمای اشباع وارد کمپرسور می گردد و همین امر موجب کاهش دمای گاز ورودی به مرحله سوم می شود. دبی جرمی گاز وارد شده به مرحله سوم جمع دبی جرمی گاز ورودی به مرحله اول و اولین انشعاب است. بکارگیری جریان انشعابی دوم نیز دارای همین منطق است. جهت انعطاف پذیری سیستم، مقداری از گاز مورد تراکم در مرحله ما قبل آخر از کمپرسور استخراج می شود. این جریان در مواردی که گاز با فشار کمتر از فشار نهایی مورد نیاز باشد مورد استفاده قرار می گیرد.

استخراج گاز در این مرحله موجب صرفه جویی در مصرف انرژی برای تراکم این بخش از گاز می شود.

روش های راه اندازی(Drive Methods)

کمپرسورهای گریزازمرکز امروزه به وسیله های مختلفی راه اندازی می شوند. متداول ترین روشی که سابقه تاریخی هم دارد استفاده ازتوربین های بخار است.

توربین های بخار که قادرند در یک دامنه وسیع از سرعت کار کنند یک محرک مناسب برای کمپرسورهای گریزازمرکز می باشند، چراکه به سادگی می توان آن را با سرعت مورد نیاز در راه اندازی کمپرسور برای سازگاری با شرایط فرآیند تنظیم نمود.

بعداز توربینها، الکتروموتورها متداول ترین ماشین های محرک برای کمپرسورهای گریزازمرکز هستند. عیب بزرگ این ماشین ها، ثابت بودن سرعت دورانی آنها است، بجز موتورهای DC که دور متغیر هستند؛ ولی به علت گران بودن باید برای جایگزین نمودن آن بجای توربین های بخار، بررسی اقتصادی صورت پذیرد.

الکتروموتورهای جریان متناوب به دو دسته سنکرون (Synchrone) و یا القایی (Induction) تقسیم می شوند. از الکتروموتورهای سنکرون برای واحدهای بزرگ استفاده می شود.

در بعضی از واحدها از توربین های گازی استفاده می شود. قیمت این توربین ها زیاد بوده و هزینه تعمیرونگهداری آن بسیار سنگین است. از سوی دیگر توربین های گازی دارای محدودیت هایی از نظر ابعاد و قدرت می باشند و در بعضی موارد نیاز به بکارگیری گیربکس داشته که این امر نیز به سهم خود موجب گران شدن سیستم محرک می گردند.

ارسال نظر

نوزده − 15 =