فشردهسازی گاز فرآیندی است که در آن انرژی خارجی مصرف میشود تا گاز انرژی پتانسیل فشاری به دست آورد. کمپرسور، تولیدکننده گاز فشرده است. بنابراین، عملکرد اساسی کمپرسور اسکرو از این چهار جنبه جداییناپذیر است: فشار، جریان، توان و توان مخصوص.
عملکرد اساسی کمپرسور هوای اسکرو - فشار هوا
به دست آوردن انرژی پتانسیل فشار هوای فشرده، اساسیترین عملکرد کمپرسورهای هوا است و کمپرسورهای هوای اسکرو نیز از این قاعده مستثنی نیستند. موتور اصلی کمپرسورهای هوای اسکرو با مصرف انرژی خارجی، فشار هوا را افزایش میدهد. هرچه فشار بیشتر باشد، انرژی بیشتری مصرف میشود و الزامات موتور اصلی نیز بالاتر میرود. معمولاً کمپرسورهای هوا را بر اساس فشار خروجی به چهار دسته تقسیم میکنیم:
فشار پایین: 0.2 ~ 1.0MPa
فشار متوسط: 1.0 ~ 10MPa
فشار بالا: 10 ~ 100MPa
فشار فوق العاده بالا: بالای 100 مگاپاسکال
کمپرسورهای هوای اسکرو معمولاً فشار خروجی 0.2 تا 4.0 مگاپاسکال دارند، به این معنی که عملکرد، امکانسنجی و صرفه اقتصادی آنها در این محدوده بهتر است. این موضوع با ساختار و نحوه کار انتهای هوای کمپرسور تعیین میشود و همچنین بخش فشار با بیشترین تقاضای بازار است.
فشار هوای فشرده ارائه شده توسط کمپرسور هوا عمدتاً با نسبت فشار اندازهگیری میشود که نسبت فشار خروجی Pd به فشار مکش Ps است. هرچه این نسبت بالاتر باشد، فشار خروجی نیز بیشتر است.
فرمول ε=Pd/Ps (6)
برای موتور اصلی کمپرسور هوای اسکرو، نسبت فشار داخلی و نسبت فشار خارجی وجود دارد.
نسبت فشار داخلی: نسبت فشار در حجم بین دندانههای موتور اصلی به فشار مکش، که با موقعیت و شکل دریچههای مکش و تخلیه تعیین میشود.
نسبت فشار خارجی: نسبت فشار در لوله اگزوز به فشار مکش. فشارهای مکش و اگزوز مورد نیاز برای شرایط عملیاتی یا جریان فرآیند.
وقتی نسبت فشار داخلی ≠ نسبت فشار خارجی باشد، موتور اصلی توان بیشتری مصرف میکند؛ وقتی نسبت فشار داخلی = نسبت فشار خارجی باشد، موتور اصلی در بهترین حالت است.
برای موتور اصلی کمپرسور هوای اسکرو، وقتی موتور اصلی، دمای محیط، فشار مکش، سرعت موتور اصلی و سایر عوامل یکسان باشند، هرچه فشار خروجی بیشتر باشد، مصرف برق نیز بیشتر است.
عملکرد اساسی کمپرسور هوای اسکرو - جریان هوا
جریان معمولاً از جریان جرمی و جریان حجمی تشکیل شده است. در مشخصات صنعتی و استانداردهای سیستمهای کمپرسور هوا، معمولاً از جریان حجمی به عنوان روش اندازهگیری جریان استفاده میکنیم که در کشور من به آن حجم اگزوز یا جریان پلاک نیز گفته میشود: تحت فشار اگزوز مورد نیاز، حجم گاز تخلیه شده توسط کمپرسور هوا در واحد زمان به حالت مکش تبدیل میشود، یعنی مقدار حجم فشار مکش در لوله مکش مرحله اول و دما و رطوبت مکش. واحد آن متر مکعب در دقیقه است. جریان حجمی به جریان حجمی واقعی و جریان حجمی استاندارد تقسیم میشود.
معمولاً نمونهها، انتخابها و پلاکهای دستگاه از جریان حجمی استاندارد استفاده میکنند. با توجه به صنعت، منطقه و کاربرد، جریان حجمی استاندارد در تقاضای بازار هوای فشرده با توجه به تفاوت در حالت استاندارد (دما، فشار و اجزا) دو تعریف دارد:
حالت استاندارد فشار P=101.325KPa؛ دمای استاندارد T=0℃؛ رطوبت نسبی 0% است. این حالت اغلب در اسناد مربوط به گازهای صنعتی، صنایع شیمیایی یا مناقصهها با عنوان «مربع استاندارد» و معمولاً با نماد فرمولی «VN» و واحد Nm3/min مشاهده میشود.
حالت استاندارد فشار P = 101.325KPa؛ دمای استاندارد T = 20℃؛ رطوبت نسبی 0% است. این معمولاً در استانداردهای صنعت هوای فشرده استفاده میشود و "شرایط کاری استاندارد" نامیده میشود. نماد آن معمولاً "V" و واحد آن m3/min است.
معمولاً، نرخ جریان حجمی استاندارد مورد استفاده در صنعت کمپرسور هوای ما حالت دوم است. تبدیل نرخ جریان حجمی در این دو حالت را میتوان با فرمول زیر محاسبه کرد:
فرمول V(m3/min)=1.0732VN(Nm3/min) (7)
برای موتور اصلی کمپرسور هوای اسکرو، تحت همان شرایط دیگر، هرچه فاصله مرکز روتور بیشتر باشد، نرخ جریان حجمی آن بیشتر است؛ هرچه سرعت موتور اصلی بیشتر باشد، نرخ جریان حجمی آن بیشتر است.
نرخ جریان حجمی V = qv حجم تراکم موتور اصلی × n سرعت هد فرمول (8)
فرمول (9)
که در آن Z1 تعداد دندانههای روتور نر؛ n سرعت روتور نر؛ λ نسبت ابعاد روتور؛ D قطر خارجی روتور نر است.
بنابراین، برای صرفه جویی، معمولاً انواع موتورهای اصلی را کاهش میدهیم و میتوانیم با تعیین سرعت موتور اصلی، حجم اگزوز کمپرسور هوا را تنظیم کنیم تا تقاضای بازار را برآورده کنیم.
با این حال، سرعت موتور اصلی کمپرسور اسکرو نمیتواند بینهایت بالا باشد، معمولاً بین ۸۰۰ تا ۱۰۰۰۰ دور در دقیقه. بنابراین، سازنده موتور اصلی اسکرو، موتورهای اصلی را با محدودههای جریان حجمی مختلف توسعه میدهد تا نیازهای جریان کمپرسور اسکرو را برآورده کند.
توان ویژه و محاسبه انتهای هوای کمپرسور هوای اسکرو
توان مصرفی شفت توسط جریان حجمی در واحد زمان، هنگامی که انتهای هوای کمپرسور هوا در حال کار است. واحد توان ویژه: کیلووات بر متر مکعب بر دقیقه است.
فرمول محاسبه به شرح زیر است:
انتهای هوای SER = انتهای هوای Pd/qv فرمول (10)
انتهای هوای Pd - قدرت شفت انتهای هوا؛
qv - جریان حجمی انتهای هوا در واحد زمان
مقدار توان ویژه آن برابر است با:
انتهای هوای SER = 117/23.1 = 5.065 (kW/(m3/min))
هرچه مقدار توان ویژه انتهای هوای کمپرسور هوای اسکرو کمتر باشد، مصرف انرژی آن کمتر و عملکرد انتهای هوا بهتر است. در شرایط جریان ثابت، هرچه فشار خروجی بیشتر باشد، توان شفت انتهای هوا بیشتر است، بنابراین مقدار توان ویژه آن نیز بیشتر است.
هر کمپرسور اسکرو یک مقدار توان ویژه بهینه دارد که به سرعت موتور اصلی مربوط میشود. وقتی سرعت موتور اصلی خیلی کم باشد، نشتی افزایش مییابد، حجم گاز کاهش مییابد و مقدار توان ویژه بیشتر میشود؛ وقتی سرعت موتور اصلی خیلی زیاد باشد، اصطکاک افزایش مییابد، توان شفت افزایش مییابد و مقدار توان ویژه بیشتر میشود. اما باید یک سرعت بهینه وجود داشته باشد که مقدار توان ویژه را به کمترین مقدار برساند. به همین دلیل است که لزوماً درست نیست بگوییم هرچه موتور اصلی بزرگتر باشد، صرفهجویی در مصرف انرژی بیشتر است.
هنگام طراحی کمپرسورهای اسکرو و کمپرسورهای فرکانس متغیر، باید کیفیت را تضمین کنیم و در عین حال اقتصاد، استانداردسازی و ماژولار بودن موتور اصلی را نیز در نظر بگیریم. بنابراین، از منحنی مقدار توان ویژه موتور اصلی برای طراحی و توسعه کمپرسورهای اسکرو با فشارها و جریانهای مختلف استفاده خواهیم کرد.
زمان ارسال: ۱۷ ژوئیه ۲۰۲۴
