کمپرسور

بدضعیفمتوسطخوبعالی (4.04 از 5)
Loading...Loading...
کمپرسور
چیست(Compressor)؟

وسیله یا دستگاهی می باشد که قادر است سیال(گاز) را
تحت فشار قرار داده و با فشار بیشتری ارسال کند. یک نمونه ساده از کمپرسورها که با
آن سروکار داریم همان کمپرسورهای باد می باشند که در پنچرگیری ها وجود دارد. البته
لازم به ذکر است که کمپرسورها قادر هستند گازهای تراکم پذیر را متراکم کنند. زمانی
که یک سیال (گاز )متراکم می شود دما و فشار آن افزایش یافته. چرا دمای سیال(گاز)
افزایش می یابد؟ به این دلیل که در هنگام متراکم شدن مولکول ها تماس بیشتری با
همدیگر دارند واین عامل باعث ایجاد اصطکاک در آن ها می شود. برای اینکه دمای یک
کمپرسور افزایش یابد باید راندمان آن کمپرسور بیشتر شده . یا اینکه دمای سیال(گاز)
ورودی افزایش یافته.
کمپرسورهای رفت و برگشتی(Reciprocating
Compressor)

بعد از مبحث پمپ ها حالا قصد دارم به تشریح کمپرسورها
بپردازم و در این بحث می خواهم با بررسی کمپرسورهای رفت وبرگشتی شروع کنم. زیرا یک
مهندس شیمی باید بتواند احاطه کامل بر پمپ ها و کمپرسورها و توربین ها و مبدل های
حرارتی داشته باشد.کمپرسورهای رفت و برگشتی(Reciprocating
Compressor)

این نوع کمپرسورها در زیر شاخه کمپرسورهای جریان متناوب
(Intermittent Flow) یا کمپرسورهای جابجایی مثبت می باشد. کمپرسورهای جابجایی مثبت
ابتدا سیال(گاز) را از یک محفظه بزرکتر مثل سیلندر وارد یک محفظه کوچکتر کرده و سپس
فشار آن بالا رفته و این نوع کمپرسورها را جابجایی مثبت می خوانند.

زمانی
که سیال(گاز) قصد وارد شدن به سیلندر را دارد ابتدا توسط سوپاپ ورودی باز شده ولی
چگونه؟ برای اینکه این حالت اتفاق بیفتد باید فشار درون لوله که سیال(گاز) در آن
قرار دارد از فشار سیلندر بیشتر شود چرا؟ به این دلیل که باعث می شود تا فشار گاز
بر سوپاپ وارد شود و بتواند آن را باز کند و وارد محفظه سیلندر شود. و سوپاپ ورودی
بسته می شود. حالا باید سوپاپ خروجی باز شود برای اینکه این سوپاپ بتواند باز شود
باید فشار سیلندر از فشار درون لوله خروجی بیشتر باشد.

تعریف های تکمیلی:
کمپرسورها وسیله ای
هستند که توسط آنها هوا فشرده شده و سپس به سمت قسمت احتراق فرستاده میشود
.
کمپرسورها دارای دو نوع محوری و شعاعی هستند که هر نوع دارای کاربرد و نقص خاص
خود میباشد
در زیر به تشریح دونوع میپردازیم .

کمپرسور
محوری:

این نوع از کمپرسور هوا را از میان پره های خود عبور داده و به
سمت عقب میراند این کمپرسور دارای یک و یا دو و یا چند طبقه پره میباشد که زاویه
های پره ها در طبقه اول زیاد است و به تدریج هر قدر که به سمت محفظه احتراق پیش
میرویم زاویه پره ها کم میشود و از سرعت سیال کم شده و به فشار و دمایش افزوده
میشود در جداره این کمپرسورها پره های ثابتی وجود دارد که جهت هوای ورودی را از هز
طیقه به طبقه بعدی تنظیم میکند . در این نوع از کمپرسورها خطر سکته کمپرسور بسیار
کم است . ردیف های ثابت کمپرسور انرژی جنبشی را که توسط پره های متحرک به سیال عامل
داده میشود به ازدیاد فشار تبدیل کرده و همچنین جهت سیال را به زاویه ای مناسب برای
ورود به ردیف بعدی پره های متحرک تصحیح مینماید هر طبقه کمپرسور شامل یک ردیف پره
چرخنده و به دنبال آن یک ردیف پره ثابت میباشد . ولی قبل از ورود سیال به طبقه اول
کمپرسور یک ردیف پره ثابت به نام ( پره راهنمای ورودی ) قرار میدهند که جهت سیال را
برای ورود به طبقه اول کمپرسور تصحیح مینماید .

کمپرسور شعاعی (
گریز از مرکز):
از این نوع کمپرسور بیشتر در موتورهای قدیمی استفاده میشده است.
این نوع از کمپرسور دارای پره های بسته میباشد و هوا را از میان پره های خود عبور
نمیدهد بلکه هوا را در جهت شعاع خود به سمت بیرون میراند و هوا پس از برخورد به پخش
کننده (دیفیوژر) از سرعتش کاسته شده و به دما و فشارش افزوده میشود . این نوع از
کمپرسور شامل دو نوع یک طرفه و دو طرفه میباشد است Allison j-33 درمیان موتورها
مجهز به کمپرسور گریز از مرکزکه در آمریکا ساخته شد موتور در زیر کمپرسور نوع شعاعی
را مشاهده میکنید .

کمپرسور موتورهای
جت:

یکی از کاربرد های مهم کمپرسور در موتورهای جت هست.
این مطلب
خیلی جالب هست و براتون خواهم گذاشت.

کمپرسور واحدی در موتور جت است که هوا
را فشرده میکند و آنرا به محفظه ی احتراق میفرستد.اکنون قسمت کمپرسور را به طور
کامل شرح میدهم.در حالت کلی سه نوع کمپرسور در موتورهای جت استفاده میشود
:

2. کمپرسور محوری(Axial)
3. کمپرسور ترکیبی محوری-گریز از
مرکز
1. کمپرسور گریز از مرکز(Centrifugal)


کمپرسور گریز از مرکز
در این نوع کمپرسور هوا از
مقابل مکیده شده و به شعاع بزرگتری درجهت عمود بر شفت(محور اصلی) رانده میشود.یک
کمپرسور گریز از مرکز در شکل زیر نشان داده شده است.
این کمپرسور بصورت یک مرحله
ای و دومرحله ای در موتورها استفاده میشود ودر موتور های استاندارد بعد از این
کمپرسور یک قسمت قرار میگیرد که دیفیوژر نام دارد و وظیفه ی آن کاستن سرعت هوا و در
بعضی منظم کردن حرکت هوا میباشد.معمولا در تمام کمپرسور هایی که دارای دیفیوژر
میباشند دو دیفیوژر قرار میگیرد که یکی در جهت گریز از مرکز و بعدی در جهت افقی
قرار میگیرد.چنانچه دارای یک دیفیوژر باشد آن دیفیوژرL شکل خواهد بود(دید از نمای
بغل) و طوری روی موتور قرار میگیرد که نیمساز زاویه داخلی آن با شفت زاویه ی ˚45
بسازد.مزایای استفاده از این کمپرسور وزن سبک ؛سادگی وقیمت کم میباشد.


طریقه ی اتصال این نوع کمپرسور در شکل
زیر به وضوح مشاهده میشود.البته نوع اتصال دیگری نیز وجود دارد بطوریکه دو کمپرسور
از سمت پشت (قسمت بدون پره) به یکدیگر متصل هستند و پرهای آندو مخالف یکدیگر
است.

 

کمپرسور محوری — کمپرسور
ترکیبی(Axial-Centrifugal)

این نوع کمپرسور از آن جهت که هوا را در جهت
محوری فشرده میکند کمپرسور محوری نامیده میشود.کمپرسور محوری در موتورهایی با ؛یک
شفت ؛ دو شفت و سه شفت بکار میرود.این بدان معناست که توربین های این نوع کمپرسور
ممکن است حرکت جداگانه از یکدیگر داشته باشند و توربینهایی که این کمپرسورها را به
حرکت درمی آورند هم از یکدیگر جدا هستند ولی در جهت مخالف یکدیگر گردش نمیکنند(تا
جایی که من اطلاع دارم) و دلیلی هم برای گردش مخالف وجود ندارد. در موتورهای چند
شفته (1,2,3) درونی ترین شفت مربوط به کمپرسور فشار ضعیف بوده و به همین ترتیب شفت
میانی یا بیرونی (در موتور دو شفته) دارای کمپرس فشار متوسط (در موتور سه شفته)
ودارای کمپرس فشار قوی (در موتور دو شفته) میباشد.بیرونی ترین شفت هم در موتور سه
شفته دارای قویترین فشار میباشد.


معمولا در اکثراین کمپرسورها برای هر چرخ توربین یک کنترل کننده(یا
هدایت کننده) هوا که مانند یک چرخ توربین است قرار میدهند و معمولا هم این هدایت
کننده ها متحرک میباشد.در این مورد بعدا توضیحاتی به همراه عکس در صفحه قرار
میدهم.
مطلب دیگری که در مورد کمپرسور محوری است این است که در این نوع
کمپرسور تعداد مراحل توربین زیادی قرار میدهند(نسبت به قدرت) و در صورتی که دارای
هدایت کننده ی هوا نباشد با پیش رفتن به مرکز موتور از زاویه ورودی و خروجی نسبت به
محور توربین کاسته میشود.از مزایای این کمپرسور قدرت بسیار بالایی است که این
کمپرسور دارا میباشد ودر تمام موتورهای جت پر قدرت استفاده میشود.از معایب این
کمپرسور میتوان به سنگینی و حساسیت زیاد به عوامل مخرب بیرونی و قیمت بالا برای
ساختن آن اشاره کرد.البته از این نوع کمپرسور در موتورهای توربینی کوچک استفاده
نمیشود.کمپرسور ترکیبی(Axial-Centrifugal)کمپرسور گریز از مرکز در موتورهای جت
قدیمی استفاده میشد.بازده کمپرسور گریز از مرکز یک مرحله ای نسبتا کم است اما
کمپرسور گریز از مرکز چند مرحله ای بهتر از یک مرحله ای آن است. ولی با کمپرسور
محوری برابری نمیکند.بعضی از موتورهای پیشرفته ی توربوپراپ و توربوشفت نتیجه ی
مطلوبی از کاربرد ترکیبی این دو نوع کمپرسور کسب کردند مانند PT6 Pratt و Whitney
ازکانادا که امروزه خیلی محبوب بازار است.در زیر موتور PT6 Pratt به شکل برش خورده
نشان داده شده است.


سیکل کاری و انواع موتورهای توربین گازی جت
بیشتر
هواپیماهای مدرن امروزی جهت تولید نیروی تراست لازم برای حرکت، از موتورهای توربین
گازی استفاده میکنند.
اصطلاح “Gas Turbine” به عنوان یک واژه ی عمومی برای انواع
موتورهای توربینی مورد استفاده قرار میگیرد و در محدوده ی موتورهای جت شامل:
توربوجت، توربوفن، توربوپراپ، توربوشفت و کلیه موتورهای توربینی که با مکانیزم جت
کار میکنند میشود. از سایر سیستم های پیشرانشی که با شتاب سیال، تراست تولید میکنند
ولی توربینی نیستند میتوان به: رمجت، اسکرمجت، پالس جت، پرشرجت، واترجت و موتورهای
راکتی اشاره کرد که هر کدام با مکانیزم و اصولی جدا کار میکنند و ساختمانی متفاوت
از یکدیگر دارند.


موتورهای توربینی گونه های مختلفی دارند و با وجود اینکه هر یک از آنها
متفاوت از دیگری است اما دارای قسمتهای مشترکی هستند. همه ی موتورهای توربینی دارای
یک مجرای ورود هوا، یک کمپرسور یا متراکم کننده، یک بخش احتراق، یک توربین و یک
مجرای خروجی هستند. همه ی این موتورها با یک اصول اساسی کار میکنند ولی هر کدام از
آنها دارای مزایا و اشکالات مجزایی هستند. در بالا شکل بسیار ساده ای از یک موتور
توربین گازی مشاهده میشود. همه موتورهای توربینی جت با این قاعده کار میکنند :هوا
به داخل لوله مانندی کشیده و فشرده شده، با سوخت مخلوط و سوخته شده با سرعت بالایی
خارج میشود.
کلید ساختن یک موتور جتی که کار کند در فشرده سازی هوای ورودی آن
است. چنانچه کمپرس صورت نگیرد، مخلوط هوا و سوخت قادر نخواهد بود هیچ ازدیاد حجم و
تراستی تولید کند. بیشتر جت ها دارای کمپرسوری هستند شامل پره های گردنده و در
قسمتی که کمپرس صورت میگیرد حرکت هوا جهت ایجاد فشار زیاد، کند میشود. این هوای
کمپرس شده به داخل محفظه ای که در آن احتراق صورت میگیرد رانده شده و با سوخت مخلوط
شده و سوزانده میشود. در حین اینکه گازهای پرفشار در حال خارج شدن هستند از میان
توربینی شامل پره های قوس دار زیادی میگذرند. در اینجا گازهای خروجی پره های توربین
را به حرکت در می آورند و این توربین نیز از طریق یک شفت (محور) به کمپرسور در قسمت
جلوی موتور متصل است و باعث گرداندن پره های کمپرسور میشود. به این طریق گازهای
خروجی محفظه ی احتراق، توربین را و توربین نیز کمپرسور را گردانده تا هوای بیشتری
گرفته و فشرده شود و موتور به سیکل کاری خود ادامه دهد. کارکرد موتورهای توربینی
مداوم است یعنی بدون وقفه کار میکنند و هیچ وقفه ای ندارند.

انواع موتورهای جت توربینی

-
توربوجت

توربوجت اولین و ساده ترین شکل از یک موتور جت جهت تولید تراست
است. همانطوری که در تصویر شماتیک آن دیده می شود دارای کمپرسور، محفظه ی احتراق،
توربین و سایر قسمت های استاندارد یک موتور توربین گازی میباشد. تفاوت بارزی که بین
یک توربوجت و یک موتور توربین گازی ساده وجود دارد در کمپرسور توربوجت است که دارای
ضریب تراکم بسیار بالاتری نسبت به یک توربین گاز ساده است. تفاوت اساسی دیگر در
توربین آن است که در توربوجت توربین تنها به کمپرسور متصل است و تنها میزان بسیار
کمی از قدرت همان توربین جهت سایر موارد فرعی مانند پمپ ها استفاده میشود و در
توربوجت پر انرژی بودن گازهای خروجی یک موضوع بسیار مهم و قابل توجه است، در حالی
که در یک موتور توربین گازی به غیر از توربینی که به کمپرسور متصل است توربین دیگری
نیز جدا از آن در قسمت خروجی محفظه ی احتراق قرار دارد که در واقع به شفت خروجی
موتور متصل است و جهت استفاده در مواردی از قبیل تولید برق و سایر موارد مشابه مورد
استفاده قرار میگیرد. نکته ی قابل توجهی که در مورد موتورهای توربین گازی وجود دارد
این است که از گازهای خروجی آنها هیچ استفاده ای نمیشود به همین جهت سعی میشود که
تمام حرارت و انرژی قابل استفاده ی گازهای محترق قبل از خروج جهت بازدهی بیشتر
گرفته شود.


نسبت سوخت به هوا در یک توربوجت خیلی کم است. طبق خبرگذاری ناسا، بطور
میانگین در یک توبوجت مقدار 100 pounds هوا در ثانیه با 2 pounds سوخت در ثانیه
ترکیب میشود ولی این نسبت در هر موتوری متفاوت است.


- توربوفن
بسیاری از هواپیماهای مسافربری مدرن از
موتور های توربوفن استفاده میکنند بخاطر اینکه آنها بازده بیشتری نسبت به سوخت
دارند. اگر میزان مصرف سوخت یک توربوجت با تورفن و میزان تراست تولیدی آنها را
مقایسه کنید میبینید که توربوفن با همان میزان مصرف سوخت، مقدار تراست خیلی بیشتری
تولید میکند. یک موتور توربوفن شکل تغییریافته و پیشرفته ی یک موتور توربین گازی
ساده است. همانند سایر موتورهای جت، توربوفن هم دارای هسته ی موتوری توربوجت است.
در یک توربوفن مرکز موتور توسط یک لایه شامل یک فن در جلو و توربین اضافی درکنار آن
احاطه شده است. فن و توربین فن از تعداد زیادی تیغه همانند کمپرسور و توربین هسته
تشکیل شده اند که به یک شفت اضافی متصل اند. شفتی که به فن متصل است از وسط هسته ی
شفت مرکزی عبور میکند و به این صورت اگر موتور دارای سه شفت باشد، فن جلویی به
درونی ترین شفت و آن نیز به آخرین طبقه ی توربین در انتهای موتور (مرکز) متصل
است.


توبوفن ها به دو دسته شامل توربوفن با نسبت گذرگاهی پایین و با نسبت
گذرگاهی بالا تقسیم میشوند. دسته ی اول نسبتا کوچکتر هستند و مقداری بیشتر از یک
توربوجت، تراست تولید میکنند ولی توربوفن با نسبت گذرگاهی بالا، تراست خیلی بیشتری
تولید میکنند و نسبت به سوخت کارآمد تر هستند و صدای کمتری تولید میکنند. اصلی ترین
هدف و وظیفه ی فن راندن مقدار زیادی هوا از میان گذرگاه خارجی است که از اطراف هسته
ی موتور می گذرد. با اینکه در این گذرگاه جانبی جریان هوا با سرعت خیلی کمتری جریان
میابد، ولی حجم بالایی از هوا با این فن شتاب و سرعت میگیرند و این فن، به غیر از
تراستی که هسته ی توربوجت دارد، تراست مهم و عمده ای را بدون سوزاندن هیچ سوخت
اضافی تولید میکند. بدینگونه توربوفن نسبت به توربوجت استفاده ی بیشتری از سوخت
میکند، در نتیجه بازده آن بیشتر از توربوجت است. در حقیقت موتورهای توربوفن با نسبت
گذرگاهی بالا در بازدهی تقریبا با توربوپراپ برابر هستند. به علاوه، هوای کم سرعت
باعث لایه گذاری صدای مرکز موتور میشود و موتور را کم صدا تر میکند. فن به دلیل
اینکه در میان داکت یا مجرای ورودی قرار گرفته است و از تعداد زیادی پره تشکیل شده
است میتواند بطور کارآمد با سرعتی بیشتر از یک ملخ ساده کار کند. به همین دلیل
توربوفن ها در نقل و انتقالات پر سرعت به کار میروند ولی ملخ دارها در نقل و
انتقالات سرعت پایین بکار میروند. تعداد زیادی از هواپیماهای جنگنده از موتورهای
توربوفن با نسبت گذرگاهی پایین مجهز شده به پس سوز استفاده میکنند. آنها میتوانند
بطور کارآمد به گشت زنی بپردازند و در جنگهای هوایی نیز، تراست خیلی بالایی
دارند.


- توربوپراپ
بسیاری از هواپیماهای ترابری و پر مصرف
کوچک از پیشرانش توربوپراپ استفاده میکنند. موتورهای توربوپراپ از هسته ی یک موتور
توربین گازی برای گرداندن ملخ استفاده میکنند. موتورهای ملخ دار با حرکت دادن حجم
بالایی از هوا و تغییر کمی در سرعت آن، تراست تولید میکنند. این پیشرانشها بسیار
کارآمد هستند و از هر نوع نیروی محرکه ای (موتور) برای به گردش در آوردن ملخ
میتوانند استفاده کنند.
در پیشرانش توربوپراپ دو قسمت اصلی و برجسته وجود دارند؛
یکی موتور و دیگری ملخ یا پروانه. هسته ی موتور در این نوع پیشرانش بسیار مشابه یک
توربوجت ساده است، با این تفاوت که به جای رانش قوی گازهای خروجی به بیرون برای
تولید تراست، بیشتر انرژی گازهای خروجی صرف گرداندن توربین میشود. این قسمت در
بیشتر موتورها شامل چند طبقه از توربینهای کاملا مجزا است که نیروی آنها از طریق یک
شفت دیگر به جعبه دنده و بعد به ملخ انتقال میابد. سرعت گازهای اگزوز در یک
توربوپراپ پایین است و تراست کمی تولید میکند، چون بیشتر انرژی گازهای اگزوز صرف به
گردش در آوردن توربین میشود. بطور میانگین در یک توربوپراپ، تراست تولیدی توسط هسته
ی جت حدود 15% است درحالی که تراست تولیدی توسط ملخ آن مقدار باقیمانده یعنی 85%
است.


در تصور توربوفن و توبوپراپ مشابه یکدیگرند، اما توربوفن دقیقا خاصیت یک
جت را داراست به این معنا که برای تولید تراست از گازهای خروجی استفاده میکند و
همچنانکه در شکل مشاهده میشود یک داکت یا مجرا دارد و قسمت فن دارای نازل نیز
میباشد، ولی توربوپراپ فقط از موتور جت استفاده میکند و تولید عمده ی، تراست توسط
ملخ انجام میشود. توربوپراپ از بازدهی بالاتری ازسوخت نسبت به توربوفن برخوردار است
اما به هر حال صدا و ارتعاش تولیدی توسط ملخ توربوپراپ یک اشکال عمده است و از طرفی
توربوپراپ به سرعت ساب سونیک محدود شده است.


- توربوشفت
توبوشفت گونه ای از موتورهای جت است که
تقریبا تمام بالگرد هایی که امروزه ساخته میشوند، از آن نیرو میگیرند. همانطور که
در تصویر مشاهده میشود توربوشفت از بسیاری قسمتهای توربوجت استفاده میکند. یک
تفاوت
اساسی بین توربوشفت و سایر موتورهایی که در بالا معرفی شدند این است که
توربین تنها به کمپرسور متصل نیست. البته همانند توربوپراپ در اکثر موتورهای
توربوشفت چند طبقه از توربینهای مجزا از کمپرسور، وجود دارند که انرژی آنها از طریق
شفتی مجزا به جعبه دنده جهت تغییر به گشتاور مناسب انتقال میابد و بعد مورد استفاده
قرار میگیرد. بطور نمونه تیغه های روتور بالگرد را میچرخاند. از طرفی بالگردها در
ارتفاعی بسیار پایین تر از هواپیماها جایی که گرد وخاک، ماسه و دیگر آشغالهای ریز
به راحتی میتوانند به داخل موتور مکیده شوند، کار میکنند. جهت برطرف کردن این مشکل،
بیشتر موتورهای توربوشفت به یک دستگاه تجزیه ی ذره ها که جریان ورودی را صاف کرده و
قبل از رسیدن آن به کمپرسور، گرد و خاک را بیرون میریزد، مجهزند.

+ نوشته شده
توسط هادی در شنبه یکم آبان 1389 و ساعت 9:51 قبل از ظهر |
//
آرشیو نظرات

کلمات جستجو شده:

  • کمپرسور
  • تحقیق در مورد کمپرسور
  • تحقیق در مورد کمپرسورها
  • مقاله درباره کمپرسور
  • تحقیقات دانشگاه در زمینه کمپرسور
  • تفاوت توربین و کمپرسور
  • ساختار موتور واتر جت دریایی

2 نظر برای کمپرسور

  1. محمد
    ژوئن 10, 2014

    سلام دوست عزیزمن کاراموزی واحد تعمیرات پتروشیمی بودم. مطلب در مورد توربین هاو کمپرسورهامی خواستم شما می تونین کمکم کنین؟مرسی ممنون.

    رتبه دهید: Thumb up 0 Thumb down 0

  2. hamed
    ژوئن 27, 2013

    سلام دوست عزیز پایان نامه من در مورد آنالیز وپریده سرژ در کمپرسورهای محوری است شما مطابی دارید در این زمینه که که کمک کنه به من. با تشکر

    رتبه دهید: Thumb up 0 Thumb down 0

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

شما می‌توانید از این دستورات HTML استفاده کنید: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>