kompresör - Compressor

Tüplü tüpleri doldurmak için küçük bir sabit yüksek basınçlı solunum hava kompresörü
Şişeleme endüstrisinde kullanılan Belliss ve Morcom'dan yüksek basınçlı pistonlu kompresör.

Bir kompresör arttıran bir mekanik cihaz olan bir baskı a gaz da azaltarak hacmi . Bir hava kompresörü , belirli bir gaz kompresörü türüdür.

Kompresörler pompalara benzer : her ikisi de sıvı üzerindeki basıncı arttırır ve her ikisi de sıvıyı bir borudan taşıyabilir . Gazlar sıkıştırılabilir olduğundan, kompresör bir gazın hacmini de azaltır. Sıvılar nispeten sıkıştırılamaz; Bazıları sıkıştırılabilirken, bir pompanın ana görevi sıvıları basınçlandırmak ve taşımaktır.

Birçok kompresör kademeli hale getirilebilir, yani sıvı, tahliye basıncını arttırmak için kademeli veya kademeli olarak birkaç kez sıkıştırılır. Çoğu zaman, ikinci aşama, zaten sıkıştırılmış olan gazı, basıncını düşürmeden barındırmak için, birincil aşamadan fiziksel olarak daha küçüktür. Her aşama gazı daha da sıkıştırır ve basıncını ve ayrıca sıcaklığını arttırır (aşamalar arasında ara soğutma kullanılmazsa).

Türler

Gaz kompresörlerinin ana ve önemli türleri aşağıda gösterilmiş ve tartışılmıştır:

Gaz kompresörleri-types-yed.png

Pozitif yerdeğiştirme

Pozitif deplasmanlı kompresör, hacmi azaltan bir mekanik bağlantının yer değiştirmesiyle havayı sıkıştıran sistemdir (çünkü termodinamikte bir piston nedeniyle hacimdeki azalma, pistonun pozitif yer değiştirmesi olarak kabul edilir).

Başka bir deyişle, pozitif deplasmanlı kompresör, girişinden ayrı bir hacimde gaz çekerek ve ardından bu gazı kompresörün çıkışı yoluyla çıkmaya zorlayarak çalışan bir kompresördür. Gazın basıncındaki artış, en azından kısmen, girişin daha düşük basınç ve yoğunluğunda çıkıştan geçemeyen bir kütlesel akış hızında pompalayan kompresörden kaynaklanmaktadır.

pistonlu kompresörler

İki, dört veya altı silindirle çalışabilen motor tahrikli altı silindirli pistonlu kompresör.

Pistonlu kompresörler , bir krank mili tarafından tahrik edilen pistonları kullanır . Sabit veya taşınabilir olabilirler, tek veya çok kademeli olabilirler ve elektrik motorları veya içten yanmalı motorlar ile tahrik edilebilirler. 5 ila 30 beygir gücü (hp) arasındaki küçük pistonlu kompresörler,  otomotiv uygulamalarında yaygın olarak görülür ve tipik olarak aralıklı görev içindir. 1.000 hp (750 kW) üzerinde daha büyük pistonlu kompresörler, büyük endüstriyel ve petrol uygulamalarında yaygın olarak bulunur. Boşaltma basınçları , düşük basınçtan çok yüksek basınca (>18000 psi veya 180 MPa) kadar değişebilir. Hava sıkıştırması gibi belirli uygulamalarda, çok kademeli çift etkili kompresörlerin mevcut en verimli kompresörler olduğu söylenir ve tipik olarak karşılaştırılabilir döner ünitelerden daha büyük ve daha maliyetlidir. Genellikle otomotiv kabin klima sistemlerinde kullanılan başka bir pistonlu kompresör tipi, bir şaft üzerine monte edilmiş bir eğik plaka tarafından hareket ettirilen pistonları kullanan eğik plaka veya yalpalama plakalı kompresördür (bkz. eksenel pistonlu pompa ).

Ev tipi, ev atölyesi ve daha küçük şantiye kompresörleri, tipik olarak bağlı bir alıcı tankı ile 1½ hp veya daha az pistonlu kompresörlerdir.

Bir doğrusal kompresör pistonu lineer motorun rotoru olan bir ileri geri hareket eden bir kompresördür.

Bu tip kompresör, soğutucu akışkan, hidrojen ve doğal gaz dahil olmak üzere çok çeşitli gazları sıkıştırabilir. Bu nedenle, birçok farklı endüstride geniş bir uygulama yelpazesinde kullanım bulur ve değişen boyut, silindir sayısı ve silindir boşaltma ile çok çeşitli kapasitelerde tasarlanabilir. Bununla birlikte, boşluk hacimleri nedeniyle daha yüksek kayıplara, basma ve emme valflerine bağlı dirençlere, daha ağırlığa, çok sayıda hareketli parçaya sahip olması nedeniyle bakımı zor ve doğal titreşime sahiptir.

İyonik sıvı pistonlu kompresör

Bir iyonik sıvı pistonlu kompresör , iyonik kompresör veya iyonik sıvı pistonlu pompa a, hidrojen kompresör bir göre iyonik sıvı pistonun yerine bir piston metali gibi bir metal piston diyafram kompresör .

Döner vidalı kompresörler

Döner vidalı kompresörün şeması

Döner vidalı kompresörler , gazı daha küçük bir alana zorlamak için iki örgülü dönen pozitif yer değiştirmeli sarmal vida kullanır. Bunlar genellikle ticari ve endüstriyel uygulamalarda sürekli çalışma için kullanılır ve sabit veya taşınabilir olabilir. Uygulamaları 3 beygir gücünden (2.2 kW) 1.200 beygir gücüne (890 kW) ve düşük basınçtan orta yüksek basınca (> 1.200 psi veya 8.3 MPa) kadar olabilir.

Vidalı kompresörlerin sınıflandırmaları, diğerleri arasında aşamalara, soğutma yöntemlerine ve tahrik tiplerine göre değişir. Vidalı kompresörler ticari olarak Oil Flooded, Water Flooded ve Dry tipte üretilmektedir. Döner kompresörlerin verimliliği hava kurutucusuna bağlıdır ve hava kurutucu seçimi her zaman kompresörün hacimsel teslimatının 1,5 katıdır.

Tek vidalı veya iki yerine üç vidalı tasarımlar mevcuttur.

Vidalı kompresörler daha az hareketli bileşene, daha büyük kapasiteye, daha az titreşime ve dalgalanmaya sahiptir, değişken hızlarda çalışabilir ve tipik olarak daha yüksek verimliliğe sahiptir. Küçük boyutlar veya düşük rotor hızları, sıkıştırma boşlukları veya vidalar ile kompresör gövdesi arasındaki boşluktan kaynaklanan doğal sızıntılar nedeniyle pratik değildir. Yüksek sızıntı kayıplarını önlemek için hassas işleme toleranslarına bağlıdırlar ve yanlış çalıştırılırsa veya yetersiz bakım yapılırsa hasar görmeye eğilimlidirler.

Döner kanatlı kompresörler

Eksantrik döner kanatlı pompa

Döner kanatlı kompresörler , rotordaki radyal yuvalara yerleştirilmiş birkaç kanatlı bir rotordan oluşur. Rotor, ya dairesel ya da daha karmaşık bir şekle sahip daha büyük bir mahfaza içine ofset olarak monte edilmiştir. Rotor döndükçe, kanatlar yuvanın dış duvarı ile teması koruyarak yuvaların içine ve dışına kayar. Böylece dönen kanatlar tarafından bir dizi artan ve azalan hacimler oluşturulur. Döner Kanatlı kompresörler, pistonlu kompresörlerle birlikte en eski kompresör teknolojilerinden biridir.

Uygun port bağlantıları ile cihazlar ya bir kompresör ya da bir vakum pompası olabilir. Sabit veya taşınabilir olabilirler, tek veya çok kademeli olabilirler ve elektrik motorları veya içten yanmalı motorlar ile tahrik edilebilirler. Kuru kanatlı makineler, dökme malzeme hareketi için nispeten düşük basınçlarda (örneğin, 2 bar veya 200 kPa veya 29 psi) kullanılırken, yağ enjeksiyonlu makineler yaklaşık 13 bar'a (1.300 kPa; 190 psi) kadar basınç elde etmek için gerekli hacimsel verime sahiptir. tek bir aşamada. Döner kanatlı kompresör, elektrik motoru tahriki için çok uygundur ve çalışma sırasında eşdeğer pistonlu kompresörden önemli ölçüde daha sessizdir.

Döner kanatlı kompresörler, yaklaşık %90'lık mekanik verimliliğe sahip olabilir.

Döner piston

döner pistonlu kompresör

Yuvarlanan piston stili kompresördeki Yuvarlanan piston, kanat ve rotor arasındaki bölmenin rolünü oynar. Yuvarlanan piston gazı sabit bir kanatçığa karşı zorlar.

Bu kompresörlerden 2 tanesi kapasiteyi artırmak, titreşimi ve gürültüyü azaltmak için aynı mile monte edilebilir. Yaysız bir tasarım, salınımlı kompresör olarak bilinir.

Soğutma ve iklimlendirmede bu tip kompresör aynı zamanda döner kompresör olarak da bilinir, döner vidalı kompresörler sadece vidalı kompresörler olarak da bilinir.

Piston ve kompresör kasası arasındaki boşluk hacminden daha az kayıp nedeniyle pistonlu kompresörlerden daha yüksek verimlilik sunar, belirli bir kapasite için %40 ila %50 daha küçük ve daha hafiftir (bu, bir üründe kullanıldığında malzeme ve nakliye maliyetlerini etkileyebilir) , daha az titreşime neden olur, daha az bileşene sahiptir ve pistonlu bir kompresörden daha güvenilirdir. Ancak yapısı 5 soğutma tonunun üzerindeki kapasitelere izin vermez, diğer kompresör tiplerinden daha az güvenilirdir ve temizleme hacminden kaynaklanan kayıplar nedeniyle diğer kompresör tiplerinden daha az verimlidir.

Scroll kompresörler

Bir kaydırma pompasının mekanizması

Bir spiral kompresör olarak da bilinen, kaydırma pompa ve kaydırma vakum pompası kullanan iki aralıklı Spiral benzeri pervaneler için pompa ya da kompres sıvıları gibi sıvıların ve gazların . Kanatlı geometrisi olabilir involüt , Arşimet sarmal veya hibrid eğrileri. Düşük hacim aralığındaki diğer kompresör türlerinden daha sorunsuz, sessiz ve güvenilir şekilde çalışırlar.

Çoğu zaman, kaydırmalardan biri sabitlenirken, diğeri dönmeden eksantrik olarak yörüngede döner, böylece kaydırmalar arasında sıvı ceplerini yakalar ve pompalar veya sıkıştırır.

Sabit scroll ve yörüngeli scroll arasındaki minimum boşluk hacmi nedeniyle, bu kompresörler çok yüksek hacimsel verime sahiptir .

Bu kompresörler, pistonlu kompresörlere göre daha hafif, daha küçük ve daha az hareketli parçaya sahip oldukları için klima ve soğutmada yaygın olarak kullanılmaktadır ve ayrıca daha güvenilirdirler. Yine de daha pahalıdırlar, bu nedenle peltier soğutucular veya döner ve pistonlu kompresörler, bir soğutma veya iklimlendirme sistemi tasarlarken maliyetin en önemli olduğu veya dikkate alınması gereken en önemli faktörlerden biri olduğu uygulamalarda kullanılabilir.

Bu tip kompresör, 1990'ların başında Volkswagen G60 ve G40 motorlarında süper şarj cihazı olarak kullanıldı .

Scroll kompresörler pistonlu ve döner pistonlu kompresörlerle karşılaştırıldığında daha az bileşene sahip oldukları ve daha basit bir yapıya sahip oldukları için daha güvenilirdir, boşluk hacmi ve valfleri olmadığı için daha verimlidir, daha az dalgalanmaya sahiptir ve çok fazla titreşmez. Ancak vidalı ve santrifüj kompresörlerle karşılaştırıldığında, scroll kompresörler daha düşük verimliliğe ve daha küçük kapasiteye sahiptir.

Diyaframlı kompresörler

Bir diyafram kompresör (aynı zamanda olarak da bilinen membran kompresör ), geleneksel pistonlu kompresör bir çeşididir. Gazın sıkıştırılması, bir giriş elemanı yerine esnek bir zarın hareketi ile gerçekleşir. Membranın ileri geri hareketi, bir çubuk ve bir krank mili mekanizması tarafından tahrik edilir. Sadece membran ve kompresör kutusu sıkıştırılan gazla temas eder.

Diyaframı oluşturan esneme derecesi ve malzeme, ekipmanın bakım ömrünü etkiler. Genel olarak sert metal diyaframlar, metal çatlama olmadan büyük derecelerde esnemeye dayanamayacağından, yalnızca birkaç santimetre küp hacmin yerini alabilir, ancak metal diyaframın sertliği, yüksek basınçlarda pompalanmasına izin verir. Kauçuk veya silikon diyaframlar, çok yüksek fleksiyonda derin pompalama darbelerine dayanabilir, ancak düşük mukavemetleri kullanımlarını düşük basınçlı uygulamalarla sınırlar ve plastik gevrekleşme meydana geldiğinden değiştirilmeleri gerekir.

Diyaframlı kompresörler, hidrojen ve sıkıştırılmış doğal gaz ( CNG ) için ve ayrıca bir dizi başka uygulamada kullanılır.

Üç kademeli diyafram kompresörü

Sağdaki fotoğraf , Arizona Public tarafından Phoenix, Arizona şehir merkezinde inşa edilen bir prototip sıkıştırılmış hidrojen ve sıkıştırılmış doğal gaz (CNG) yakıt istasyonunda kullanılmak üzere hidrojen gazını 6.000 psi'ye (41 MPa) sıkıştırmak için kullanılan üç aşamalı bir diyafram kompresörünü göstermektedir. Servis şirketi (bir elektrik hizmetleri şirketi). Doğal gazı sıkıştırmak için pistonlu kompresörler kullanıldı . Pistonlu doğal gaz kompresörü Sertco tarafından geliştirilmiştir .

Prototip alternatif yakıt doldurma istasyonu, Phoenix'te geçerli olan tüm güvenlik, çevre ve bina yönetmeliklerine uygun olarak, bu tür yakıt istasyonlarının kentsel alanlarda inşa edilebileceğini göstermek için inşa edildi.

Dinamik

Hava kabarcığı kompresörü

Trompe olarak da bilinir . Türbülans yoluyla üretilen hava ve su karışımının, havanın sudan ayrıldığı bir yeraltı odasına düşmesine izin verilir. Düşen suyun ağırlığı, haznenin tepesindeki havayı sıkıştırır. Hazneden batık bir çıkış, suyun girişten daha düşük bir yükseklikte yüzeye akmasına izin verir. Bölmenin çatısındaki bir çıkış, yüzeye basınçlı hava sağlar. Bu prensipte bir tesis, 1910'da Ontario , Cobalt yakınlarındaki Ragged Shutes'ta Montreal Nehri üzerinde inşa edildi ve yakındaki madenlere 5.000 beygir gücü sağladı.

Santrifüj kompresörler

Tek kademeli santrifüj kompresör
Tek kademeli santrifüj kompresör, 1900'lerin başı, G. Schiele & Co., Frankfurt am Main

Santrifüj kompresörler , gazı çarkın kenarına zorlamak ve gazın hızını artırmak için şekillendirilmiş bir mahfaza içinde dönen bir disk veya çark kullanır . Bir difüzör (ıraksak kanal) bölümü, hız enerjisini basınç enerjisine dönüştürür. Öncelikle petrol rafinerileri , kimya ve petrokimya tesisleri ve doğal gaz işleme tesisleri gibi endüstrilerde sürekli, sabit hizmet için kullanılırlar . Uygulamaları 100 beygir gücünden (75 kW) binlerce beygir gücüne kadar olabilir. Çoklu evreleme ile 1.000 psi'den (6.9 MPa) daha yüksek çıkış basınçlarına ulaşabilirler.

Bu tip kompresörler vidalı kompresörlerle birlikte büyük soğutma ve iklimlendirme sistemlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Manyetik yataklı (manyetik olarak havaya kaldırılmış) ve hava yataklı santrifüj kompresörler mevcuttur.

Birçok büyük kar yapma işlemi ( kayak merkezleri gibi ) bu tip kompresörleri kullanır. Ayrıca içten yanmalı motorlarda supercharger ve turbocharger olarak kullanılırlar . Santrifüj kompresörler, küçük gaz türbinli motorlarda veya orta büyüklükteki gaz türbinlerinin son sıkıştırma aşaması olarak kullanılır.

Santrifüj kompresörler mevcut en büyük kompresörlerdir, kısmi yükler altında daha yüksek verimlilik sunarlar, evaporatörlerde ve kondansatörlerde ısı transfer katsayısını artıran hava veya manyetik yataklar kullanıldığında yağsız olabilir, %90'a kadar daha az ağırlığa sahiptir ve %50 daha az yer kaplar. pistonlu kompresörler, daha az bileşen aşınmaya maruz kaldığından ve yalnızca minimum titreşim ürettiğinden, güvenilirdir ve bakım maliyeti daha düşüktür. Ancak, ilk maliyetleri daha yüksektir, son derece hassas CNC işleme gerektirir , çarkın yüksek hızlarda dönmesi gerekir, bu da küçük kompresörleri pratik değildir ve dalgalanma daha olası hale gelir. Dalgalanma, gaz akışının tersine dönmesidir, yani gazın tahliyeden emme tarafına gitmesidir, bu da özellikle kompresör yataklarında ve tahrik milinde ciddi hasara neden olabilir. Kompresörün çıkış basıncından daha yüksek olan basma tarafındaki bir basınçtan kaynaklanır. Bu, gazların kompresör ile tahliye hattına bağlı olan her şey arasında ileri geri akmasına neden olarak salınımlara neden olabilir.

Çapraz veya karışık akışlı kompresörler

Çapraz veya karışık akışlı kompresörler , santrifüj kompresörlere benzer, ancak rotordan çıkışta radyal ve eksenel hız bileşenine sahiptir. Difüzör genellikle diyagonal akışı radyal yönden ziyade eksenel yöne çevirmek için kullanılır. Konvansiyonel santrifüj kompresöre (aynı kademeli basınç oranına sahip) kıyasla, karışık akışlı kompresörün hızının değeri 1,5 kat daha büyüktür.

eksenel kompresörler

Eksenel kompresörün bir animasyonu.

Eksenel kompresörler , bir sıvıyı kademeli olarak sıkıştırmak için fan benzeri kanat dizileri kullanan dinamik dönen kompresörlerdir . Yüksek akış hızları veya kompakt bir tasarımın gerekli olduğu yerlerde kullanılırlar.

Kanat dizileri, genellikle çiftler halinde sıralar halinde ayarlanır: bir döner ve bir sabit. Kanatlar veya rotorlar olarak da bilinen dönen kanatlar sıvıyı hızlandırır. Statorlar veya kanatlar olarak da bilinen sabit kanat profilleri, akışkanın akış yönünü yavaşlatır ve yeniden yönlendirerek sıvıyı bir sonraki aşamanın rotor kanatları için hazırlar. Eksenel kompresörler neredeyse her zaman çok kademelidir ve optimum eksenel Mach sayısını korumak için kompresör boyunca gaz geçişinin kesit alanı azalır . Yaklaşık 5 aşamanın veya 4:1 tasarım basınç oranının ötesinde, bir kompresör, değişken açılara sahip sabit kanatlar (değişken giriş kılavuz kanatları ve değişken statorlar olarak bilinir), bir miktar havanın parçadan kaçmasına izin verme yeteneği gibi özelliklerle donatılmadıkça çalışmayacaktır. kompresör boyunca (kademeler arası boşaltma olarak bilinir) ve birden fazla dönen tertibata bölünür (örneğin ikiz makaralar olarak bilinir).

Eksenel kompresörler yüksek verimliliğe sahip olabilir; tasarım koşullarında yaklaşık% 90 politropik . Bununla birlikte, çok sayıda bileşen, sıkı toleranslar ve yüksek kaliteli malzemeler gerektiren nispeten pahalıdırlar. Eksenel kompresörler, orta ila büyük gaz türbinli motorlarda, doğal gaz pompa istasyonlarında ve bazı kimya tesislerinde kullanılır.

Hermetik olarak kapatılmış, açık veya yarı hermetik

Genel bir tüketici buzdolabı veya dondurucudaki küçük, hava geçirmez şekilde kapatılmış bir kompresör, tipik olarak, sistem içindeki işletim gazlarını, bu durumda bir R600a soğutucuyu yalıtan, kalıcı olarak kaynaklanmış bir yuvarlak çelik dış kabuğa sahiptir . Motor salmastraları gibi gazların sızması için bir yol yoktur. Bu modelde, plastik üst kısım, suyu buharlaştırmak için motor ısısını kullanan otomatik buz çözme sisteminin bir parçasıdır .

Soğutma sistemlerinde kullanılan kompresörler , yıllarca hizmet vermeden çalışacaklarsa , soğutucu akışkan kaybını önlemek için sıfıra yakın kaçak sergilemelidir . Bu, çok etkili contaların kullanılmasını, hatta hermetik bir sistem oluşturmak için tüm contaların ve açıklıkların ortadan kaldırılmasını gerektirir . Bu kompresörler genellikle kompresörün nasıl kapatıldığını ve motor sürücüsünün sıkıştırılan gaz veya buhara göre nasıl yerleştirildiğini açıklamak için hermetik , açık veya yarı hermetik olarak tanımlanır . Soğutma hizmeti dışındaki bazı kompresörler, tipik olarak toksik, kirletici veya pahalı gazlarla çalışırken, soğutma dışı uygulamaların çoğu petrokimya endüstrisinde olmak üzere, bir dereceye kadar hermetik olarak kapatılabilir.

Hermetik ve yarı hermetik kompresörlerin çoğunda kompresör ve kompresörü çalıştıran motor entegredir ve sistemin basınçlı gaz zarfı içinde çalışır. Motor, sıkıştırılmakta olan soğutucu gaz içinde çalışacak ve bu gaz tarafından soğutulacak şekilde tasarlanmıştır. Açık kompresörler, kompresörün gövdesinden geçen ve iç basıncı korumak için şaftın etrafındaki döner contalara dayanan bir şaftı çalıştıran harici bir motora sahiptir.

Hermetik ve yarı hermetik arasındaki fark, hermetiğin tamir için açılamayan tek parça kaynaklı çelik kasa kullanmasıdır; hermetik arızalanırsa, tamamen yeni bir ünite ile değiştirilir. Yarı hermetik, motor ve kompresör bileşenlerini değiştirmek için açılabilen vidalı contalı kapaklara sahip büyük bir dökme metal kabuk kullanır. Hermetik ve yarı hermetiğin birincil avantajı, gazın sistemden sızması için bir yol olmamasıdır. Açık kompresörlerin ana avantajları, uygulama için en uygun motorun seçilmesine izin vererek, hatta içten yanmalı motor veya buhar türbini gibi elektrik olmayan güç kaynaklarının seçilmesine izin vererek herhangi bir motive edici güç kaynağı ile çalıştırılabilmeleridir . açık bir kompresörün motoruna, soğutucu akışkan sisteminin herhangi bir parçasını açmadan servis verilebilir.

Otomobil kliması gibi açık basınçlı bir sistem, işletim gazlarını sızdırmaya daha yatkın olabilir. Açık sistemler, pompa bileşenlerine ve contalara sıçramak için sistemdeki yağlayıcıya güvenir. Yeterince sık çalıştırılmazsa, contalardaki yağlayıcı yavaşça buharlaşır ve ardından sistem artık çalışmaz hale gelene ve yeniden şarj edilmesi gerekene kadar contalar sızıntı yapmaya başlar. Karşılaştırıldığında, hermetik veya yarı hermetik bir sistem yıllarca kullanılmadan kalabilir ve genellikle herhangi bir zamanda bakım gerektirmeden veya herhangi bir sistem basıncı kaybı yaşamadan yeniden başlatılabilir. İyi yağlanmış contalar bile, özellikle soğutma gazları yağlama yağında çözünürse, ancak contalar iyi üretilmiş ve bakımı yapılmışsa, zamanla az miktarda gaz sızdıracaktır.

Hermetik kompresörlerin dezavantajı, motor tahrikinin tamir edilememesi veya bakımının yapılamamasıdır ve bir motor arızalandığında tüm kompresörün değiştirilmesi gerekir. Diğer bir dezavantaj, yanmış sargıların tüm sistemleri kirletebilmesi ve böylece sistemin tamamen pompalanmasını ve gazın değiştirilmesini gerektirmesidir (Bu, motorun soğutucu akışkan içinde çalıştığı yarı hermetik kompresörlerde de olabilir). Tipik olarak, hermetik kompresörler, onarım ve işçilik maliyetinin cihazın değerine kıyasla yüksek olduğu düşük maliyetli fabrikada monte edilmiş tüketim mallarında kullanılır ve sadece yeni bir cihaz veya kompresör satın almak daha ekonomik olur. Yarı hermetik kompresörler, yenisinin fiyatına kıyasla kompresörü tamir etmenin ve/veya yenilemenin daha ucuz olduğu orta büyüklükten büyük soğutma ve iklimlendirme sistemlerinde kullanılır. Hermetik kompresör, yarı hermetik veya açık kompresörden daha basit ve daha ucuzdur.

Gaz sıkıştırma termodinamiği

izentropik kompresör

Bir kompresör dahili olarak tersinir ve adyabatik olarak idealleştirilebilir , dolayısıyla izentropik kararlı durum cihazı, yani entropideki değişim 0'dır. Sıkıştırma döngüsünü izentropik olarak tanımlayarak , proses için ideal bir verim elde edilebilir ve ideal kompresör performansı elde edilebilir. makinenin gerçek performansıyla karşılaştırılmalıdır. ASME PTC 10 Kodunda kullanıldığı şekliyle İzotropik Sıkıştırma, tersine çevrilebilir, adyabatik bir sıkıştırma sürecini ifade eder

Kompresörlerin izentropik verimi:

olan entalpisi ilk halde
olan entalpisi fiili süreci için son halde
olan entalpisi izentropik işlemi için son halde

Bir kompresörün gerektirdiği işi en aza indirme

Geri dönüşümlü ve geri dönüşümsüz kompresörlerin karşılaştırılması

Her cihaz için enerji dengesinin diferansiyel formunun karşılaştırılması Isı
olsun , iş olsun, kinetik enerji olsun ve potansiyel enerji olsun. Gerçek Kompresör:

Tersinir Kompresör:


Her kompresör tipinin sağ tarafı eşdeğerdir, dolayısıyla:

yeniden düzenleme:



Bilinen denklemi son denklemde yerine koyarak ve her iki terimi de T'ye bölerek:


Ayrıca, ve T, aşağıdakileri üreten [mutlak sıcaklık] ( )'dir: veya


Bu nedenle pompalar ve kompresörler gibi iş tüketen cihazlar (iş negatiftir), tersinir olarak çalıştıklarında daha az iş gerektirir.

Sıkıştırma işlemi sırasında soğutmanın etkisi

Aynı basınç limitleri arasında izentropik, politropik ve izotermal süreçleri karşılaştıran Pv (Özgül hacim-Basınç) diyagramı.

izentropik süreç: soğutma içermez,
politropik süreç: biraz soğutma içerir
izotermal süreç: maksimum soğutma içerir

Bir gaz sıkıştırmak için kompresör için aşağıdaki varsayımlar gereken işi yaparak için her bir işlem için şu şekildedir: varsayımlar:

ve
Tüm süreçler dahili olarak tersine çevrilebilir
Gaz , sabit özgül ısıları olan ideal bir gaz gibi davranır.

İzentropik ( , nerede ):

Politropik ( ):

İzotermal ( veya ):

İdeal bir gazın sıkıştırılması üç dahili döner işlemleri karşılaştırarak için , sonuçlar (yani izentropik sıkıştırma göstermektedir ) en çok iş ve izotermal bir sıkıştırma gerektirir ( ya da ) işin en az gerektirir. Politropik işlemi için ( ) çalışma bölgesindeki sıkıştırma işlemi sırasında ısı reddini artırarak üs (n) azaldıkça azalır. Sıkıştırma sırasında gazı soğutmanın yaygın bir yolu, kompresör muhafazasının çevresinde soğutma ceketleri kullanmaktır.

İdeal termodinamik çevrimlerdeki kompresörler

İdeal Rankine Çevrimi 1->2 Bir pompada izantropik sıkıştırma İdeal Carnot Çevrimi 4->1 İzentropik sıkıştırma İdeal Otto Çevrimi 1->2 İzentropik sıkıştırma İdeal Dizel Çevrimi 1->2 İzentropik sıkıştırma İdeal Brayton Çevrimi 1->2 İzantropik sıkıştırma a kompresör İdeal Buhar sıkıştırmalı soğutma Döngü 1->2 Kompresörde izentropik sıkıştırma NOT: İzantropik varsayımlar sadece ideal döngüler için geçerlidir. Gerçek dünya döngüleri, verimsiz kompresörler ve türbinler nedeniyle doğal kayıplara sahiptir. Gerçek dünya sistemi gerçekten izentropik değildir, ancak hesaplama amaçları için izentropik olarak idealize edilmiştir.





Hava sıcaklığı

Bir gazın sıkıştırılması sıcaklığını arttırır .

Bir için politropik dönüşüm , bir gaz:

Bir gazın kapalı bir silindire politropik sıkıştırılması (veya genleşmesi) için yapılan iş .

böyle

burada p basınç, V hacim, n farklı sıkıştırma işlemleri için farklı değerler alır (aşağıya bakınız) ve 1 ve 2 başlangıç ​​ve son durumları ifade eder.

  • Adyabatik - Bu model, sıkıştırma sırasında gaza veya gazdan hiçbir enerjinin (ısı) aktarılmadığını ve sağlanan tüm işlerin gazın iç enerjisine eklendiğini ve bunun sonucunda sıcaklık ve basıncın arttığını varsayar. Teorik sıcaklık artışı:

ile T 1 ve T 2 derece olarak Rankine veya Kelvin , s 2 ve p 1 mutlak basıncı ve olmak spesifik ısıları oranını (hava yaklaşık 1.4). Hava ve sıcaklık oranındaki artış, sıkıştırmanın basit bir basınç-hacim oranını takip etmediği anlamına gelir. Bu daha az verimlidir, ancak hızlıdır. Adyabatik sıkıştırma veya genişleme, bir kompresör iyi bir yalıtıma, büyük bir gaz hacmine veya kısa bir zaman ölçeğine (yani yüksek bir güç seviyesine) sahip olduğunda gerçek hayatı daha yakından modeller. Pratikte, sıkıştırılmış gazdan her zaman belirli bir miktarda ısı akışı olacaktır. Bu nedenle, mükemmel bir adyabatik kompresör yapmak, makinenin tüm parçalarının mükemmel ısı yalıtımını gerektirecektir. Örneğin, bir lastiği doldurmak için havayı sıkıştırdığınızda, bir bisiklet lastiği pompasının metal borusu bile ısınır. Yukarıda açıklanan sıcaklık ve sıkıştırma oranı arasındaki ilişki , adyabatik bir işlem için değerinin (özgül ısıların oranı) olduğu anlamına gelir .

  • İzotermal - Bu model, sıkıştırılmış gazın sıkıştırma veya genleşme süreci boyunca sabit bir sıcaklıkta kaldığını varsayar. Bu çevrimde, iç enerji, mekanik sıkıştırma işi tarafından eklendiği oranda ısı olarak sistemden çıkarılır. İzotermal sıkıştırma veya genişleme, kompresör büyük bir ısı değişim yüzeyine, küçük bir gaz hacmine veya uzun bir zaman ölçeğine (yani, küçük bir güç seviyesine) sahip olduğunda gerçek hayatı daha yakından modeller. Sıkıştırma aşamaları arasında aşamalar arası soğutmayı kullanan kompresörler, mükemmel izotermal sıkıştırma elde etmeye en yakın olanlardır. Ancak pratik cihazlarla mükemmel izotermal sıkıştırma elde edilemez. Örneğin, karşılık gelen ara soğutucularla sonsuz sayıda sıkıştırma aşamanız yoksa, asla mükemmel izotermal sıkıştırma elde edemezsiniz.

Bir izotermal süreç için, 1'dir, dolayısıyla bir izotermal süreç için iş integralinin değeri:

Değerlendirildiğinde, izotermal işin adyabatik işten daha düşük olduğu bulunmuştur.

  • Politropik - Bu model, hem gazdaki sıcaklık artışını hem de kompresör bileşenlerinde bir miktar enerji (ısı) kaybını hesaba katar. Bu, ısının sisteme girebileceğini veya sistemden çıkabileceğini ve giriş mili işinin hem artan basınç (genellikle faydalı iş) hem de adyabatiğin üzerinde artan sıcaklık (genellikle çevrim verimliliğinden kaynaklanan kayıplar) olarak görünebileceğini varsayar. Sıkıştırma verimliliği daha sonra teorik yüzde 100 (adyabatik) ile gerçek (politropik) sıcaklık artışının oranıdır. Politropik sıkıştırma, 0 (sabit basınç işlemi) ile sonsuz (sabit hacimli işlem) arasında bir değer kullanır . Yaklaşık olarak adyabatik bir işlemle sıkıştırılan gazı soğutmak için çaba sarf edilen tipik durum için, değeri 1 ile .

Aşamalı sıkıştırma

Santrifüj kompresörler söz konusu olduğunda, ticari tasarımlar şu anda herhangi bir aşamada (tipik bir gaz için) 3.5'e 1'den fazla bir sıkıştırma oranını aşmamaktadır. Sıkıştırma sıcaklığı yükselttiğinden, sıkıştırılmış gaz, sıkıştırmayı daha az adyabatik ve daha izotermal hale getiren aşamalar arasında soğutulmalıdır. Ara-kademeli soğutucular (ara soğutucular) tipik olarak, buhar-sıvı ayırıcılarda uzaklaştırılan bir miktar kısmi yoğuşma ile sonuçlanır .

Küçük pistonlu kompresörler durumunda, kompresör volanı, ortam havasını iki veya daha fazla kademeli bir kompresörün ara soğutucusu boyunca yönlendiren bir soğutma fanını çalıştırabilir .

Döner vidalı kompresörler, sıkıştırmadan kaynaklanan sıcaklık artışını azaltmak için soğutucu yağdan yararlanabildikleri için, çoğu zaman 9'a 1 sıkıştırma oranını aşarlar. Örneğin, tipik bir dalış kompresöründe hava üç aşamada sıkıştırılır. Her kademe 7'ye 1 sıkıştırma oranına sahipse, kompresör atmosfer basıncının 343 katı (7 × 7 × 7 = 343 atmosfer ) çıkış verebilir . (343 atm veya 34,8  MPa veya 5,04  ksi )

Tahrik motorları

Kompresöre güç sağlayan motor için birçok seçenek vardır:

  • Gaz türbinleri , jet motorlarının parçası olan eksenel ve santrifüj akışlı kompresörlere güç sağlar .
  • Büyük kompresörler için buhar türbinleri veya su türbinleri mümkündür.
  • Elektrik motorları , statik kompresörler için ucuz ve sessizdir. Evsel elektrik kaynaklarına uygun küçük motorlar, tek fazlı alternatif akım kullanır . Daha büyük motorlar, yalnızca endüstriyel bir elektriksel üç fazlı alternatif akım kaynağının mevcut olduğu durumlarda kullanılabilir.
  • Dizel motorlar veya benzinli motorlar , portatif kompresörler ve destek kompresörleri için uygundur.
  • Otomobillerde ve diğer araç türlerinde (pistonla çalışan uçaklar, tekneler, kamyonlar vb. dahil), dizel veya benzinli motorların güç çıkışı, giriş havasını sıkıştırarak artırılabilir, böylece çevrim başına daha fazla yakıt yakılabilir. Bu motorlar, kompresörlere kendi krank mili gücünü kullanarak güç sağlayabilir (bu kurulum bir süper şarj cihazı olarak bilinir ) veya kompresöre bağlı bir türbini çalıştırmak için egzoz gazlarını kullanabilir (bu kurulum bir turboşarj olarak bilinir ).

Yağlama

Bir elektrik motoru tarafından tahrik edilen kompresörler, bir VFD veya güç çevirici kullanılarak kontrol edilebilir , ancak birçok hermetik ve yarı hermetik kompresör, dahili yağ pompaları içerebileceğinden, yalnızca belirli bir aralıkta veya sabit hızlarda çalışabilir. Yerleşik yağ pompası, kompresörü çalıştıran ve yağı kompresöre ve motor yataklarına zorlayan aynı mile bağlıdır. Düşük hızlarda, yetersiz miktarda yağ yataklara ulaşır ve sonunda yatak arızasına yol açarken, yüksek hızlarda yataklardan ve kompresörden aşırı miktarda yağ kaybolabilir ve sıçrama nedeniyle potansiyel olarak tahliye hattına girebilir. Sonunda yağ biter ve yataklar yağlanmadan bırakılır, bu da arızaya yol açar ve yağ, soğutucu akışkanı, havayı veya diğer çalışma gazını kirletebilir.

Uygulamalar

Gaz kompresörleri, daha yüksek basınçlara veya daha düşük gaz hacimlerine ihtiyaç duyulan çeşitli uygulamalarda kullanılır:

Ayrıca bakınız

Referanslar