اطلاعاتی در مورد کمپرسورها

به منظور جلوگيری از افت فشار كه در خطوط لوله حادث مي گردد نياز به تقويت فشار گاز مي باشد. معمولاً گاز از نقاط وصول در طول خط لوله دريافت و در دبي و فشار مشخص به مراكز فروش تحويل مي گردد. به لحاظ انبساط گاز، وجود تلفات اصطكاكي، تغيير در ارتفاع، يا نوسانات دما، در بين اين نقاط يك افت فشار به وقوع مي پيوندد.

تغيير جريان سبب تغيير فشار در خط لوله مي گردد. هنگامي كه دبي جريان گاز از محدودة مبنای طراحي فراتر رود، برای تثبيت محدودة فشار مورد نياز در نقطة تحويل، روش هايي مورد استفاده قرار مي گيرد، كه عبارتند از:

الف) لوپ(loop) نمودن خط لوله
ب) اضافه نمودن ايستگاه تقويت فشار
ج) بهره گيری از دو روش الف و ب

انواع كمپرسورها

كمپرسورها را مي توان به سه گروه اصلي تقسيم بندی نمود:

1- جابجایی مثبت (Postive Displacement)

2- ديناميكي (Dynamic)

3-انژكتوری (Injectors)

كمپرسورهای جابجايي مثبت يا جريان متناوب، مقداری از گاز را در داخل يك حجم بسته محبوس ميكنند. با كاهش حجم، فشار گاز محبوس افزايش مييابد. آنگاه گاز تحت فشار قرار گرفته به نقطة دهش(Discharge) كمپرسور تحويل داده ميشود.

كمپرسورهای جابجايي مثبت يا جريان متناوب، به دونوع مجزا تقسيم بندی ميشوند:

الف) كمپرسورهای رفت و برگشتي
ب) كمپرسورهای چرخشي

در كمپرسورهای رفت و برگشتي، حجم گاز درون يك سيلندر توسط يك پيستون كاهش مييابد. برای هدايت جريان گاز و نيز جلوگيری از جريان برگشتي، نياز به وجود سوپاپ در سيلندرها ميباشد. در كمپرسورهای چرخشي، روتورها با پره يا لبه تجهيز ميگردند. آنها گاز را در يك حجم ثابت يا متغير،بين خودشان و يك پوستة خارجي محبوس ميكنند. همزمان با گردش روتور، گاز از ورودی به خروجي جابجا ميشود.

در اين نوع كمپرسور نيازی به سوپاپ نميباشد. اين نوع كمپرسورها معمولاً برای تقويت فشار هوا در تأسيسات مورد استفاده قرار ميگيرند.كمپرسورهای جريان پيوسته يا ديناميكي (همچنين: توربوكمپرسورها) فشار گاز را در مقابل نيروهای داخلي افزايش ميدهند (يعني افزايش سرعت گاز و تغيير انرژی به فشار).

كمپرسورهای ديناميكي به دو نوع اصلي تقسيم بندی ميشوند:

الف) كمپرسورهای گريز از مركز (شعاعي)
ب) كمپرسورهای محوری

در كمپرسورهای گريز از مركز، سرعت توسط تيغه های يك پروانه دوار، به گاز افزوده ميشود. در حين چرخيدن آنها، نيروهای گريز از مركز مولكول های گاز را به سمت خارج سوق ميدهند، كه سبب افزايش شعاع چرخش و بنابراين افزايش سرعت مماسي مولكول های گاز ميگردد. افزايش سرعت باعث ايجاد شتاب ميشود، و اين شتاب نيروهای اينرسي را كه بر مولكول های گاز اعمال ميشوند فعال و مولكول ها را متراكم ميسازد. بخشي از فشار در پروانه و بخشي در پخشگر (Diffuser) شعاعي محيط بر پره، يا در پخشگر حلزوني دهش واقع در انتهای خروجي كمپرسور، احياء ميشود.

به هنگام تقويت فشار در كمپرسورهای محوری، يك روتور چرخشي، انرژی خود را به درون جريان گاز انتقال ميدهد. در اين نوع كمپرسور، جريان گاز موازی با محور ميباشد. كمپرسورهای انژكتوری از انرژی جنبشي يك جريان سيال برای فشرده سازی سيال ديگر استفاده ميكنند. اين نوع كمپرسورها در سيستم های انتقال گاز طبيعي مورد استفاده قرار نميگيرند.

كمپرسورهای پيستوني 

كمپرسورهای تناوبي (Reciprocating) كه رفت و برگشتي نيز ناميده ميشوند، يكي از قديمي ترين انواع كمپرسورها مي باشند. اولين نمونه های اين كمپرسورها با سيلندر چوبي مثلاً از جنس بامبو (Bamboo) ساخته شده و پيستون آن به وسيله نيروی انساني (دستي) عقب و جلو برده ميشد. آب بندی پيستون توسط پر پرندگان صورت ميگرفت تا از اين طريق در مرحله مكش هوا وارد كمپرسور شده و در مرحله تراكم از آن خارج شود. از اين كمپرسور غالباً برای ذوب فلزات استفاده ميگرديد.

براساس شواهد تاريخي يونانيان در ۱۵۰سال قبل از ميلاد مسيح توانستند كمپرسورهای فلزي بسازند كه در آن از آلياژهای برنزی استفاده شده بود. به‌هرحال در ساختار اين كمپرسورها تا قرن هيجدهم ميلادی پيشرفت چنداني صورت نگرفت تا اينكه يك مهندس انگليسي به نام (J.Wilkison) كمپرسوری را طراحي كرد كه شبيه كمپرسورهای امروزی بوده و سيلندر آن از چدن ريخته گری ساخته و ماشين كاری شده بود.

كمپرسورهای تناوبي عموماً برای دبي كم و فشار زياد مورد استفاده قرار ميگيرند. دبي گاز در اين نوع كمپرسورها از مقادير كم تا m3/hr۲۰۰۰ ميرسد و با آن ميتوان به فشارهای زياد تا ۶۰۰bar دست يافت. در نسبتهای تراكم بالاتر از ۱/۵در هر مرحله اين كمپرسورها در مقايسه با ساير انواع كمپرسورها از راندمان بالاتری برخوردار ميباشند. كمپرسورهای تناوبي اساساً جزء ماشين های با ظرفيت ثابت ميباشند ولي در شرايط خاصي ميتوان ظرفيت آن را برحسب شرايط مورد نظر تغيير داد.

در كمپرسورهای پيستونی با حركت پيستون به سمت عقب گاز به درون سيلندر وارد شده و فضای درون سيلندر را پر ميكند. در حركت رو به جلو، با اعمال نيرو از سوی پيستون گاز حبس شده در سيلندر متراكم ميگردد. جهت سهولت در ورود و خروج گاز در سيلندر و ايجاد شرايط لازم برای تراكم آن در حركت روبه جلوی پيستون، اين كمپرسورها مجهز به سوپاپ های مكش و دهش ميباشند.

جهت شناخت مقدماتي عملكرد كمپرسورهای پيستوني ميتوان تلمبه های باد دستي را مورد بررسي قرار داد، چرا كه اين تلمبه ها ضمن سادگي در رفتار دارای تمامي مشخصه های يك كمپرسور پيستوني ميباشند.  تلمبه ها شامل پيستون، سيلندر و سوپاپ های مكش و دهش بوده و نيروی محركه لازم برای تراكم هوا توسط نيروی انساني تأمين ميگردد. سوپاپ دهش اين كمپرسورها همان والو (Valve) لاستيك دو چرخه بوده كه مانع از نشت هوا از لاستيك (قسمت دهش) به دورن تلمبه در هنگام حركت رو به عقب پيستون (مرحله مكش) ميگردد.

سوپاپ مكش اين تلمبه ها بر روی پيستون آن نصب گرديده است. اين قطعه به صورت فنجاني شكل (Cup _ Shaped) بوده كه از جنس چرم و يا مواد مشابه آن ساخته شده است. در حالت مكش، در اثر حركت رو به عقب پيستون، هوای جلوی پيستون منبسط شده و درون سيلندر خلاء ايجاد ميشود. با توجه به اينكه هوای سمت بيروني پيستون تحت فشار آتمسفر قرار دارد، همين امر باعث جداشدن قطعه چرمي از كناره سيلندر گرديده و هوا ميتواند از اين طريق وارد سيلندر شده و آن را پرنمايد. 

در حركت رو به جلوی پيستون، با كاهش حجم گاز، فشار گاز درون سيلندر افزايش يافته و نيروی حاصل از آن بر روی قطعه چرمي اثر نموده و باعث چسبيدن آن به كناره پيستون گرديده و موجب آببندی پيستون شده و مانع از نشت گاز از
كناره پيستون به خارج ميشود. با تراكم گاز در سيلندر و افزايش فشار هوای حبس شده در آن، لحظه ای فرا ميرسد كه فشار درون سيلندر، از فشار درون تيوپ لاستيك بيشتر شده و باعث باز شدن سوپاپ لاستيك گرديده و هوای متراكم شده از درون سيلندر به داخل لاستيك فرستاده ميشود.

بديهي است هرچه فشار درون لاستيك بيشتر باشد، سوپاپ آن ديرتر باز شده و انرژی بيشتری برای تراكم گاز و ارسال آن به داخل لاستيك مورد نياز ميباشد. به عبارت ديگر اگر مقاومتي در جلوی تلمبه نباشد و مستقيماً به آتمسفر متصل باشد، برای تخليه گاز از درون تلمبه به انرژی ناچيزی نياز خواهد بود.

كمپرسورهای اسكرو 

در كمپرسور اسکرو دو روتور با پروفيل هاي متفاوت داخل يك اتاقك با جهت های متفاوت مي چرخند. روتور اصلي % ٨۵تا % ۹۰انرژي دريافتي را به انرژی گرمايي و فشار تبديل مي كند. با چرخش مداوم روتورها هوای محبوس شده با كاهش حجم افزايش فشار مي يابد. در تمام مراحل روغن وارد فضاي بين پره ها مي شود (در نوع روانكاری با روغن). اين روغن وظيفه روان كاری و خنك كردن روتورها را عهده داراست.

مرحله اول

هوا به داخل قسمت روتورها كشيده مي شود و فضای بين پره ها را پر مي كند اين قسمت مانند مرحله مكش در كمپرسورهای پيستوني مي باشد.

مرحله دوم و سوم

هنگامي كه هوا وارد قسمت فشرده سازی شد با چرخش روتورها حجم آن كم مي شود و بنا بر اين فشار افزايش مي يابد. اين كم شدن حجم تا قسمت تخليه هوا ادامه مي يابد تا فشار به مقدار دلخواه برسد.

مرحله چهارم

هوای فشرده به بيرون كمپرسور جريان مي يابد.