کمپرسور گریز از مرکز (سانتریفیوز)
کمپرسور گریز از مرکز، کارکرد و ساختار
کمپرسورهای جریانی که از مرکز خارج میشوند، چگونه کار میکنند؟
در این مقاله، به معرفی کمپرسورهای گریز از مرکز (سانتریفیوژ) و کارکرد آنها میپردازیم. کمپرسورها دستگاههایی هستند که برای فشردهسازی و جابجایی سیال (معمولاً هوا یا گاز) از مکان به مکان دیگر استفاده میشوند. این کمپرسورها انواع مختلفی دارند، و یکی از انواع مهم آنها کمپرسور گریز از مرکز است.
کمپرسور گریز از مرکز چیست؟
کمپرسور گریز از مرکز (سانتریفیوژ) دستگاهی مکانیکی است که سیال را با استفاده از شتاب شعاعی پروانه فشرده میکند. در این کمپرسور، سیال (معمولاً هوا یا گاز) به صورت محوری وارد پروانه میشود و به صورت شعاعی از آن خارج میشود. به همین دلیل به آن کمپرسور شعاعی نیز میگویند.
در کمپرسور گریز از مرکز، سرعت سیال (گاز یا هوا) با تبدیل انرژی جنبشی به سرعت توسط پروانه افزایش مییابد. سپس، دیفیوزر سرعت هوا یا گاز را به فشار تبدیل میکند. این کمپرسورها شعاعی دارای نسبت فشار بالا در دبی کم هستند که این مزیت اصلی نسبت به کمپرسورهای محوری است.
کمپرسور گریز از مرکز به روشی کار میکند که سیال را از مرکز خارج کرده و فشرده میسازد. پروانه، قسمت مهمی از این کمپرسور است که با چرخش، سیال را به سمت خارج از دستگاه هدایت میکند.
اصل کار کمپرسور گریز از مرکز
اصل کار کمپرسور گریز از مرکز به شرح زیر است:
1. **ورود سیال**: ابتدا، سیال (معمولاً هوا یا گاز) از یک منبع به کمپرسور گریز از مرکز وارد میشود.
2. **پروانه**: سیال پس از ورود به کمپرسور به پروانه برخورد میکند. پروانه دارای تیغههای شعاعی متعددی است که با چرخش پروانه، سیال را به سمت خارج هدایت میکنند. این تیغهها باعث افزایش سرعت سیال میشوند.
3. **دیفیوزر**: پس از خروج از پروانه، سیال به دیفیوزر وارد میشود. دیفیوزر با کاهش سرعت سیال، فشار دینامیکی را به فشار استاتیکی تبدیل میکند.
4. **کلکتور**: در نهایت، سیال از دیفیوزر به کلکتور منتقل میشود. کلکتور جایی است که سیال جمعآوری شده و به سمت خروج هدایت میشود. این جزء معمولاً شامل قطعاتی برای کنترل کمپرسور نیز میشود.
قطعات کمپرسور گریز از مرکز
کمپرسور گریز از مرکز دارای اجزای مختلفی است که عبارتند از:
1. **پروانه**: پروانه کمپرسور دارای تیغههای شعاعی است که با چرخش پروانه، سیال را فشرده میکند.
2. **پوسته**: پوسته کمپرسور به اجزاء داخلی حفاظت میکند و شامل یاتاقانهای
ی است که روتور را پشتیبانی میکنند.
3. **دیفیوزر**: دیفیوزر به کاهش سرعت سیال و تبدیل انرژی جنبشی به فشار کمک میکند.
4. **کلکتور**: کلکتور جایی است که سیال جمعآوری شده از دیفیوزر به سمت خروج هدایت میشود.
5. **تیغههای پروانه**: تیغهها به پروانه متصل شده و هدف اصلی آنها تامین انرژی جنبشی برای سیال و افزایش سرعت آن است.
1) انواع کمپرسورهای گریز از مرکز
کمپرسورهای گریز از مرکز دارای دو نوع اصلی هستند:
– کمپرسور تک مرحلهای
– کمپرسور چند مرحلهای
الف) کمپرسور تک مرحلهای
کمپرسور تک مرحلهای دارای یک رانر است که هوا یا گاز را با نسبت فشار 3:1 فشرده میکند. این کمپرسورها دارای ساختار میلهای یا آرایش پروانه معلق هستند. یکی از مزایای آنها این است که دارای راندمان بالایی هستند و گاز تولیدی کاملاً بدون روغن است.
ب) کمپرسور چند مرحلهای
کمپرسور چند مرحلهای از 1 تا 10 پروانه تشکیل شده است و میتواند بر اساس الگوهای مختلف مسیر جریان تنظیم شود. در هر مرحله، نسبت تراکم و دما ثابت فرض میشود. این کمپرسورها میتوانند در آرایشهای مختلفی نصب شوند و دارای راندمان بالا و توانایی کنترل جریان باشند.
2) ساختار کمپرسور گریز از مرکز
کمپرسور گریز از مرکز از قطعات مختلفی تشکیل شده است که عبارتند از:
– پروانه: جهت هدایت سیال و افزایش سرعت آن با چرخش پروانه.
– پوسته: محافظ داخلی کمپرسور و حمایت از قطعات داخلی.
– دیفیوزر: تبدیل سرعت سیال به فشار استاتیک.
– کلکتور: محل جمعآوری سیال و انتقال آن به سمت خروجی.
نتیجهگیری
کمپرسورهای گریز از مرکز از دستگاههای مهم برای فشردهسازی و جابجایی سیال بهصورت مرکزی هستند. آنها از دو نوع اصلی، تک مرحلهای و چند مرحلهای، تشکیل شدهاند. ساختار اصلی این کمپرسورها شامل پروانه، پوسته، دیفیوزر و کلکتور است که با همراهی یکدیگر و با چرخش پروانه، سیال را فشرده و به خروجی منتقل میکنند. این دستگاهها دارای کارایی بالا، ساختار آسان و توانایی کار در دبیها و فشارهای مختلف هستند.
معایب کمپرسورهای گریز از مرکز
علاوه بر مزایای کمپرسورهای گریز از مرکز، برخی معایب نیز وجود دارند:
1. **انعطاف کمتر نسبت به کمپرسورهای جابجایی مثبت**: کمپرسورهای گریز از مرکز انعطاف کمتری در تنظیم و تغییر جریان دارند، نسبت به کمپرسورهای جابجایی مثبت.
2. **مشکلات کاویتاسیون**: در برخی شرایط عملیاتی، ممکن است مشکلات کاویتاسیون در کمپرسورهای گریز از مرکز ایجاد شود که میتواند عمر و کارایی آنها را تحت تأثیر قرار دهد.
3. **عدم دارا بودن قابلیت خودمکش (self-priming)**: برخی از کمپرسورهای گریز از مرکز قابلیت خودمکش را ندارند و برای شروع عملیات نیاز به مکش اولیه دارند.
4. **نیاز به جدایش یا نصب طولانی مدت در سرعت نسبتاً بالا**: در سرعت نسبتاً بالا، کمپرسورهای گریز از مرکز ممکن است نیاز به جدایش یا نصب طولانی مدت برای تعمیرات داشته باشند.
کاربردهای کمپرسورهای گریز از مرکز
کمپرسورهای گریز از مرکز در انواع مختلفی از صنایع و کاربردها استفاده میشوند:
1. **استفاده با توربینهای گازی**: این کمپرسورها در توربینهای گازی برای فشردهسازی هوا استفاده میشوند.
2. **در موتورهای خودرو**: کمپرسورهای گریز از مرکز در سیستمهای تغذیه هوا و توربوشارژرهای موتورهای خودرو استفاده میشوند.
3. **در سوپرشارژرها**: این کمپرسورها در سوپرشارژرها برای افزایش فشار وارد شونده به موتورها به کار میروند.
4. **در کارخانههای شیمیایی، پتروشیمی، فرآوری گاز طبیعی و پالایشگاهها**: این کمپرسورها در صنایع شیمیایی، پتروشیمی، فرآوری گاز طبیعی و پالایشگاهها برای فشردهسازی و انتقال گازها استفاده میشوند.
5. **در کارخانههای جداسازی هوا برای تولید گازهای خالص**: این کمپرسورها در کارخانههای جداسازی هوا برای تولید گازهای خالص و تصفیه هوا به کار میروند.
6. **کمپرسورهای خط لوله**: این نوع کمپرسورها برای انتقال گاز طبیعی به مصرفکننده در خطوط لوله استفاده میشوند.
تفاوت کمپرسورهای جریان محوری با کمپرسورهای گریز از مرکز به دلایل زیر است:
– **جهت جریان گاز:**
در کمپرسورهای جریان محوری، گاز در جهت محوری (موازی با محور چرخش) جریان دارد و تغییر جهت نمیدهد. ابتدا گاز شتاب میگیرد و سپس پخش میشود تا فشار آن افزایش یابد و در نهایت فشرده گردد.
– **طراحی و ساخت:**
کمپرسورهای گریز از مرکز نسبت به کمپرسورهای جریان محوری دارای طراحی و ساخت سادهتری هستند. کمپرسورهای جریان محوری معمولاً پیچیدهتر و در نتیجه گرانتر هستند.
– **تولید جریان گاز:**
کمپرسورهای باد گریز از مرکز میتوانند در مقایسه با کمپرسورهای جریان محوری کمترین میزان جریان گاز را تولید کنند.
– **فشار دیفرانسیل:**
کمپرسورهای گریز از مرکز با یک مرحله تراکم واحد میتوانند فشار دیفرانسیل بیشتری ایجاد کنند.
– **تعداد مراحل تراکم:**
در کمپرسورهای جریان محوری تک مرحلهای، افزایش فشار گاز چندان مؤثر نیست. از این رو، مدلهای چندگانهی کمپرسورهای جریان محوری برای دستیابی به فشردهسازی مطلوب مورد استفاده قرار میگیرند.
– **انتخاب کاربردی:**
کمپرسورهای گریز از مرکز در جایی که نیاز به کمپرسوری با طراحی و ساخت سادهتر باشد، ترجیح داده میشوند. به علاوه، در مواردی که نیاز به جریان گاز بالاتر و نسبت فشار بیشتری باشد، کمپرسورهای محوری با کارایی بیشتر انتخاب میشوند.