Kompresör - Compressor
Kompresörler pompalara benzer : her ikisi de bir sıvı üzerindeki basıncı artırır ve her ikisi de sıvıyı bir borudan geçirebilir . Gazlar sıkıştırılabilir olduğundan, kompresör aynı zamanda bir gazın hacmini de azaltır. Sıvılar nispeten sıkıştırılamaz; bazıları sıkıştırılabilirken, bir pompanın ana eylemi sıvıları basınçlandırmak ve taşımaktır.
Birçok kompresör kademelendirilebilir, yani akışkan, boşaltma basıncını arttırmak için kademeli veya kademeli olarak birkaç kez sıkıştırılır. Genellikle, ikinci aşama, zaten sıkıştırılmış gazı basıncını düşürmeden barındırmak için birincil aşamadan fiziksel olarak daha küçüktür. Her kademe gazı daha fazla sıkıştırır ve basıncını ve ayrıca sıcaklığı artırır (kademeler arasında ara soğutma kullanılmıyorsa).
Türler
Ana ve önemli gaz kompresörleri aşağıda gösterilmiş ve tartışılmıştır:
Pozitif yerdeğiştirme
Pozitif deplasmanlı bir kompresör, hacmi azaltan mekanik bir bağlantının yer değiştirmesiyle havayı sıkıştıran sistemdir (çünkü termodinamikteki bir piston nedeniyle hacimdeki azalma, pistonun pozitif yer değiştirmesi olarak kabul edilir).
Başka bir deyişle, pozitif deplasmanlı bir kompresör, girişinden ayrı bir hacimde gaz çekerek ve ardından bu gazı kompresörün çıkışından çıkmaya zorlayarak çalışan bir kompresördür. Gazın basıncındaki artış, en azından kısmen, girişin daha düşük basınç ve yoğunluğunda çıkıştan geçemeyen bir kütle akış hızında onu pompalayan kompresörden kaynaklanmaktadır.
Pistonlu kompresörler
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 motorlarla çalıştırılabilirler. 5 ila 30 beygir gücündeki (hp) küçük pistonlu kompresörler genellikle otomotiv uygulamalarında görülür ve tipik olarak aralıklı görev içindir. 1.000 hp'nin (750 kW) çok üzerinde olan daha büyük pistonlu kompresörler, genellikle büyük endüstriyel ve petrol uygulamalarında bulunur. Deşarj basınçları , düşük basınçtan çok yüksek basınca (> 18000 psi veya 180 MPa) kadar değişebilir. Hava sıkıştırması gibi belirli uygulamalarda, çok aşamalı çift etkili kompresörlerin mevcut en verimli kompresörler olduğu ve tipik olarak benzer döner ünitelerden daha büyük ve daha maliyetli olduğu söylenir. Genellikle otomotiv kabin klima sistemlerinde kullanılan diğer 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, ev atölyesi ve daha küçük şantiye kompresörleri, takılı bir alıcı depolu tipik olarak 1½ hp veya daha düşük pistonlu kompresörlerdir.
Bir doğrusal kompresör pistonu lineer motorun rotoru olan bir ileri geri hareket eden bir kompresördür.
Bu tip kompresör, soğutucu, hidrojen ve doğal gaz dahil 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 kayıplar, tahliye ve emme valflerinden kaynaklanan direnç, daha ağırdır, çok sayıda hareketli parçaya sahip olduğu için bakımı zordur 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 kompresörler , gazı daha küçük bir alana zorlamak için iki gözlü, 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) kadar ve düşük basınçtan orta derecede yüksek basınca (> 1.200 psi veya 8.3 MPa) kadar olabilir.
Döner vidalı kompresörlerin sınıflandırılması, diğerlerinin yanı sıra aşamalara, soğutma yöntemlerine ve sürücü tiplerine göre değişir. Döner vidalı kompresörler ticari olarak Yağlı, Su Basmalı ve Kuru tipte üretilmektedir. Döner kompresörlerin verimliliği hava kurutucusuna bağlıdır ve hava kurutucunun seçimi her zaman kompresörün hacimsel dağıtımının 1,5 katıdır.
İki yerine tek vidalı veya üç vidalı tasarımlar mevcuttur.
Vidalı kompresörler daha az hareketli bileşene, daha büyük kapasiteye, daha az titreşim ve dalgalanmaya sahiptir, değişken hızlarda çalışabilir ve tipik olarak daha yüksek verime sahiptir. Küçük boyutlar veya düşük rotor hızları, sıkıştırma boşlukları veya vidalar ile kompresör muhafazası arasındaki açıklığın neden olduğu doğal sızıntılar nedeniyle pratik değildir. Yüksek kaçak kayıplarını önlemek için hassas işleme toleranslarına bağlıdırlar ve yanlış çalıştırıldıklarında veya yetersiz bakım yapıldığında hasara meyillidirler.
Döner kanatlı kompresörler
Döner kanatlı kompresörler , rotordaki radyal yuvalara yerleştirilmiş birkaç kanadı olan bir rotordan oluşur. Rotor, dairesel veya daha karmaşık bir şekle sahip daha büyük bir muhafazaya 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 bağlantılarıyla, cihazlar bir kompresör veya bir vakum pompası olabilir. Sabit veya taşınabilir olabilirler, tek veya çok kademeli olabilirler ve elektrik motorları veya içten yanmalı motorlarla çalıştırılabilirler. 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 aşamada. Döner kanatlı bir kompresör, elektrik motoru tahriki için çok uygundur ve eşdeğer pistonlu kompresörden önemli ölçüde daha sessiz çalışır.
Döner kanatlı kompresörlerin mekanik verimlilikleri yaklaşık% 90 olabilir.
Döner piston
Yuvarlanan piston tarzı bir kompresördeki Yuvarlanan piston, kanat ve rotor arasındaki bir bölmenin bir bölümünü oynar. Yuvarlanan piston, gazı sabit bir kanala karşı zorlar.
Kapasiteyi artırmak, titreşim ve gürültüyü azaltmak için bu kompresörlerden 2 tanesi aynı şafta monte edilebilir. Yaysız tasarım, salınım kompresörü olarak bilinir.
Soğutma ve iklimlendirmede, bu tip kompresör aynı zamanda bir döner kompresör olarak da bilinir ve döner vidalı kompresörler aynı zamanda basitçe vidalı kompresörler olarak da bilinir.
Piston ve kompresör gövdesi 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 (bir üründe kullanıldığında malzeme ve nakliye maliyetlerini etkileyebilir) , daha az titreşime neden olur, daha az bileşen içerir ve pistonlu bir kompresörden daha güvenilirdir. Ancak yapısı 5 soğutma tonu aşan kapasitelere izin vermez, diğer kompresör türlerine göre daha az güvenilirdir ve boşluk hacminden kaynaklanan kayıplar nedeniyle diğer kompresör türlerine göre daha az verimlidir.
Scroll kompresörler
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, parşömenlerden biri sabitlenirken, diğeri dönmeden eksantrik olarak yörüngede döner, böylece sıvının parşömenler arasında ceplerini hapseder ve pompalar veya sıkıştırır.
Sabit sarmal ile yörüngeli sarmal 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 ve aynı zamanda daha güvenilir oldukları için iklimlendirme ve soğutmada yaygın olarak kullanılmaktadır. Yine de daha pahalıdırlar, bu nedenle peltier soğutucular veya döner ve pistonlu kompresörler, bir soğutma veya klima sistemi tasarlarken maliyetin en önemli veya en önemli faktörlerden biri olduğu uygulamalarda kullanılabilir.
Kompresörünün Bu tip olarak kullanılmıştır supercharger 1990'ların başında Volkswagen G60 ve G40 motorlarında.
Pistonlu ve döner pistonlu kompresörlerle karşılaştırıldığında, scroll kompresörler 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 dalgalanma vardır ve çok fazla titreşim yapmazlar. Ancak, vidalı ve santrifüj kompresörlerle karşılaştırıldığında, scroll kompresörlerin daha düşük verimlilikleri ve daha küçük kapasiteleri vardır.
Diyaframlı kompresörler
Bir diyafram kompresör (aynı zamanda bir membran kompresör olarak da bilinir ), geleneksel pistonlu kompresörün bir çeşididir. Gazın sıkıştırılması, bir giriş elemanı yerine esnek bir zarın hareketiyle gerçekleşir. Membranın ileri geri hareketi bir çubuk ve bir krank mili mekanizması ile yürütülür. Sadece membran ve kompresör kutusu sıkıştırılan gazla temas eder.
Esneme derecesi ve diyaframı oluşturan malzeme, ekipmanın bakım ömrünü etkiler. Genel olarak sert metal diyaframlar, yalnızca birkaç santimetreküp hacminin yerini değiştirebilir çünkü metal, çatlama olmaksızın büyük derecelerde esnemeye dayanamaz, ancak metal bir diyaframın sertliği, yüksek basınçlarda pompalamasına izin verir. Kauçuk veya silikon diyaframlar, çok yüksek fleksiyonda derin pompalama vuruşlarına dayanabilir, ancak düşük mukavemetleri, kullanımlarını düşük basınçlı uygulamalarla sınırlar ve plastik gevrekleşme meydana geldikçe değiştirilmeleri gerekir.
Diyaframlı kompresörler, hidrojen ve sıkıştırılmış doğal gaz ( CNG ) ve ayrıca bir dizi başka uygulamada kullanılır.
Sağdaki fotoğraf , Arizona Halkı tarafından Phoenix, Arizona şehir merkezinde inşa edilen 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 kompresörü tasvir ediyor. Servis şirketi (bir elektrik hizmetleri şirketi). Doğal gazı sıkıştırmak için pistonlu kompresörler kullanıldı . Pistonlu doğal gaz kompresörü Sertco tarafından geliştirildi .
Prototip alternatif yakıt doldurma istasyonu, bu tür yakıt istasyonlarının kentsel alanlarda inşa edilebileceğini göstermek için Phoenix'teki tüm geçerli güvenlik, çevre ve bina kurallarına uygun olarak inşa edildi.
Dinamik
Hava kabarcığı kompresörü
Trompe olarak da bilinir . Türbülans yoluyla üretilen hava ve su karışımının, havanın sudan ayrıldığı bir yer altı odasına düşmesine izin verilir. Düşen suyun ağırlığı, odanın üst kısmındaki havayı sıkıştırır. Bölmeden batık bir çıkış, suyun girişten daha düşük bir yükseklikte yüzeye akmasına izin verir. Odanın çatısındaki bir çıkış, basınçlı havayı yüzeye sağlar. 1910'da Cobalt, Ontario yakınlarındaki Ragged Shutes'da Montreal Nehri üzerinde bu prensibe dayalı bir tesis inşa edildi ve yakındaki madenlere 5.000 beygir gücü sağladı.
Santrifüj kompresörler
Santrifüjlü kompresörler , gazı pervanenin kenarına doğru zorlayarak gazın hızını arttırmak için şekilli bir muhafazada dönen bir disk veya pervane 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 servis için kullanılırlar . Uygulamaları 100 beygir gücünden (75 kw) binlerce beygir gücüne kadar olabilir. Çoklu aşamalandırma ile 1.000 psi'den (6,9 MPa) daha yüksek çıkış basınçları elde edebilirler.
Bu tip kompresör, vidalı kompresörlerle birlikte, büyük soğutma ve iklimlendirme sistemlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Manyetik yatak (manyetik olarak kaldırılmış) ve hava yataklı santrifüj kompresörler mevcuttur.
Pek çok büyük kar yapma işlemi ( kayak merkezleri gibi ) bu tip kompresör kullanır. İçten yanmalı motorlarda süperşarj ve turboşarj olarak da kullanılırlar . Santrifüj kompresörler, küçük gaz türbini motorlarında veya orta büyüklükteki gaz türbinlerinin son sıkıştırma aşaması olarak kullanılır.
Santrifüjlü kompresörler, mevcut en büyük kompresörlerdir, kısmi yükler altında daha yüksek verimlilik sunar, 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 bakımı daha düşük maliyetlidir. Ancak, başlangıç maliyetleri daha yüksektir, son derece hassas CNC işleme gerektirir , pervanenin yüksek hızlarda dönmesi gerekir, bu da küçük kompresörleri kullanışsız hale getirir ve dalgalanma daha olası hale gelir. Dalgalanma, gaz akışının tersine çevrilmesidir, yani gazın tahliyeden emme tarafına gitmesi, bu da özellikle kompresör yataklarında ve tahrik milinde ciddi hasara neden olabilir. Tahliye tarafındaki kompresörün çıkış basıncından daha yüksek bir basınçtan kaynaklanır. Bu, gazların kompresör ile boşaltma hattına bağlı olan şey arasında ileri geri akmasına ve 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 çapraz akışı radyal yönden ziyade eksenel yöne çevirmek için kullanılır. Geleneksel santrifüj kompresöre kıyasla (aynı kademe basınç oranına sahip), karışık akışlı kompresörün hızının değeri 1.5 kat daha büyüktür.
Eksenel kompresörler
Eksenel kompresörler , bir akışkanı kademeli olarak sıkıştırmak için fan benzeri kanat dizileri kullanan dinamik dönen kompresörlerdir . Yüksek akış hızlarının veya kompakt bir tasarımın gerekli olduğu yerlerde kullanılırlar.
Kanat profilleri dizileri, genellikle çiftler halinde sıralar halinde düzenlenir: biri dönen ve diğeri sabit. Kanatlar veya rotorlar olarak da bilinen dönen kanat profilleri sıvıyı hızlandırır. Stator veya kanat olarak da bilinen sabit kanat profilleri, sıvının akış yönünü yavaşlatır ve yeniden yönlendirerek onu bir sonraki aşamadaki rotor kanatları için hazırlar. Eksenel kompresörler neredeyse her zaman çok aşamalıdır ve optimum eksenel Mach sayısını korumak için gaz geçişinin enine kesit alanı kompresör boyunca azalır . Yaklaşık 5 kademe veya 4: 1 tasarım basınç oranının ötesinde, bir kompresör, değişken açılara sahip sabit kanatlar (değişken giriş kılavuz kanatları ve değişken statorlar olarak bilinir) gibi özelliklerle donatılmadıkça çalışmayacaktır, bir miktar havanın kısmen kaçmasına izin verme yeteneği- kompresör boyunca (kademeler arası boşaltma olarak bilinir) ve birden fazla dönen düzeneğe (örneğin ikiz makaralar olarak bilinir) bölünür.
Eksenel kompresörlerin yüksek verimlilikleri olabilir; tasarım koşullarında yaklaşık% 90 politropiktir . Bununla birlikte, nispeten pahalıdırlar ve çok sayıda bileşen, sıkı toleranslar ve yüksek kaliteli malzemeler gerektirirler. Eksenel kompresörler, orta ila büyük gaz türbin motorlarında, doğal gaz pompalama istasyonlarında ve bazı kimya tesislerinde kullanılmaktadır.
Hermetik olarak kapatılmış, açık veya yarı hermetik
Soğutma sistemlerinde kullanılan kompresörler , yıllarca servis yapılmadan çalışacaksa , soğutucu akışkan kaybını önlemek için sıfıra yakın kaçak göstermelidir . Bu, hermetik bir sistem oluşturmak için çok etkili contaların kullanılmasını veya hatta tüm contaların ve açıklıkların ortadan kaldırılmasını gerektirir . Bu kompresörler , kompresörün nasıl kapatıldığını ve sıkıştırılan gaz veya buhara göre motor sürücüsünün nasıl konumlandığını açıklamak için genellikle hermetik , açık veya yarı hermetik olarak tanımlanır . Soğutma hizmetinin dışındaki bazı kompresörler, tipik olarak toksik, kirletici veya pahalı gazlarla çalışırken, çoğu soğutma dışı uygulama petrokimya endüstrisindeyken bir dereceye kadar hava geçirmez şekilde kapatılabilir.
Hermetik ve çoğu yarı hermetik kompresörlerde, kompresörü tahrik eden kompresör ve motor entegre edilmiştir ve sistemin basınçlı gaz zarfı içinde çalışır. Motor, sıkıştırılan soğutucu gazın içinde çalışmak ve bu gazla soğutulmak üzere tasarlanmıştır. Açık kompresörler, kompresör gövdesinden geçen ve iç basıncı korumak için milin etrafındaki döner contalara dayanan bir mili tahrik eden harici bir motora sahiptir.
Hermetik ve yarı hermetik arasındaki fark, hermetikte onarım için açılamayan tek parça kaynaklı çelik kasa kullanmasıdır; hermetik başarısız olursa, tamamen yeni bir ünite ile değiştirilir. Yarı hermetik, motor ve kompresör bileşenlerini değiştirmek için açılabilen vidalı contalı kapakları olan büyük bir dökme metal kabuk kullanır. Hermetik ve yarı hermetiğin birincil avantajı, gazın sistemden dışarı sızması için bir yol olmamasıdır. Açık kompresörlerin temel avantajları, herhangi bir itici güç kaynağıyla çalıştırılabilmeleridir, bu da uygulama için en uygun motorun seçilmesine izin verir, hatta içten yanmalı motor veya buhar türbini gibi elektriksiz güç kaynakları ve ikincisi açık bir kompresörün motoruna, soğutucu akışkan sisteminin herhangi bir parçası açılmadan servis yapılabilir.
Otomobil kliması gibi açık basınçlı bir sistem, çalışma gazlarını sızdırmaya daha duyarlı olabilir. Açık sistemler, pompa bileşenlerine ve contalara sıçraması için sistemdeki yağlayıcıya güvenir. Yeterince sık çalıştırılmazsa, contalar üzerindeki yağlayıcı yavaşça buharlaşır ve ardından contalar sistem artık çalışmayana ve yeniden doldurulması gerekene kadar sızmaya başlar. Karşılaştırıldığında, hermetik veya yarı hermetik bir sistem yıllarca kullanılmadan oturabilir 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, zamanla az miktarda gaz sızdıracaktır, ancak contalar iyi üretilir ve muhafaza edilirse, bu kayıp çok düşüktür.
Hermetik kompresörlerin dezavantajı, motor sürücüsünün tamir edilememesi veya bakımının yapılamaması ve bir motor arızalandığında tüm kompresörün değiştirilmesinin gerekmesidir. Diğer bir dezavantaj, yanmış sargıların tüm sistemleri kirletebilmesidir, bu nedenle sistemin tamamen pompalanmasını ve gazın değiştirilmesini gerektirir (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 olacaktır. Yarı hermetik kompresörler, kompresörü tamir etmenin ve / veya yenilemenin yenisinin fiyatına göre daha ucuz olduğu orta ölçekli ve büyük soğutma ve klima sistemlerinde kullanılır. Hermetik bir kompresör, yarı hermetik veya açık bir kompresörden daha basit ve daha ucuzdur.
Gaz sıkıştırmanın termodinamiği
İzantropik kompresör
Bir kompresör dahili olarak tersine çevrilebilir ve adyabatik olarak idealize edilebilir , bu nedenle izantropik sabit durum cihazı, yani entropideki değişim 0'dır. Sıkıştırma döngüsünü izantropik olarak tanımlayarak , proses için ideal bir verimlilik elde edilebilir ve ideal kompresör performansı elde edilebilir. makinenin gerçek performansıyla karşılaştırılabilir. ASME PTC 10 Kodunda kullanıldığı şekliyle İzotropik Sıkıştırma, tersinir, adyabatik bir sıkıştırma sürecini ifade eder
Kompresörlerin izantropik 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
Tersinir ve geri çevrilemez kompresörlerin karşılaştırılması
Her cihaz için enerji dengesinin diferansiyel formunun karşılaştırılması
Izin verin ısı, iş, kinetik enerji ve potansiyel enerji olsun. Gerçek Kompresör:
Tersinir Kompresör:
Her kompresör tipinin sağ tarafı eşdeğerdir, dolayısıyla:
yeniden düzenleme:
Bilinen denklemi son denkleme koyarak ve her iki terimi de T'ye bölerek:
Ayrıca, T, aşağıdakileri üreten [mutlak sıcaklık] ( ) ' dır : veya
Bu nedenle, pompalar ve kompresörler gibi iş tüketen cihazlar (iş olumsuzdur) tersine çevrilebilir şekilde çalıştıklarında daha az iş gerektirir.
Sıkıştırma işlemi sırasında soğutmanın etkisi
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 ısılarla ideal bir gaz gibi davranır
İzantropik ( 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 muhafazası etrafında soğutma ceketleri kullanmaktır.
İdeal termodinamik çevrimlerde kompresörler
İdeal Rankine çevrimi 1-> 2 İzentropik bir sıkıştırma pompası
ideal Carnot Çevrimi 4-> 1 İzantropik sıkıştırma
İdeal Otto Çevrimi 1-> 2 İzantropik sıkıştırma
İdeal Dizel Çevrim 1-> 2 İzantropik sıkıştırma
İdeal Brayton çevrimi 1-> 2 İzantropik a'da sıkıştırma kompresör
İdeal Buhar sıkıştırmalı soğutma Döngü 1-> 2 Bir kompresörde izantropik sıkıştırma
NOT: İzantropik varsayımlar yalnızca ideal döngülerde uygulanabilir. Gerçek dünya döngüleri, verimsiz kompresörler ve türbinler nedeniyle doğal kayıplara sahiptir. Gerçek dünya sistemi gerçek anlamda izantropik değildir, hesaplama amaçları için izantropik olarak idealleştirilmiştir.
Sıcaklık
Bir gazın sıkıştırılması sıcaklığını artırır .
Bir için politropik dönüşüm , bir gaz:
Kapalı bir silindire bir gazın politropik sıkıştırılması (veya genişlemesi) için yapılan iş .
yani
burada p basınçtır, V hacimdir, n farklı sıkıştırma işlemleri için farklı değerler alır (aşağıya bakınız) ve 1 & 2 başlangıç ve son durumları ifade eder.
- Adyabatik - Bu model, sıkıştırma sırasında gaza veya gaza enerji (ısı) aktarılmadığını ve sağlanan tüm işin gazın iç enerjisine eklendiğini ve bu da sıcaklık ve basıncın artmasıyla sonuçlandığını 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 verimli, ancak hızlı. Adyabatik sıkıştırma veya genişleme, bir kompresörün iyi bir yalıtıma, büyük bir gaz hacmine veya kısa bir zaman ölçeğine (yani, yüksek bir güç seviyesine) sahip olduğu durumlarda gerçek yaşamı daha yakından modellemektedir. Pratikte, sıkıştırılmış gazdan her zaman belirli bir miktarda ısı akışı olacaktır. Bu nedenle, mükemmel bir adyabatik kompresör yapmak, makinenin tüm parçalarının mükemmel bir ısı yalıtımı gerektirecektir. Örneğin, bir lastiği doldurmak için havayı sıkıştırdığınızda bisiklet lastiği pompasının metal borusu bile ısınır. Yukarıda açıklanan sıcaklık ve sıkıştırma oranı arasındaki ilişki , adyabatik bir işlem için değerinin (spesifik ısıların oranı) olduğu anlamına gelir .
- İzotermal - Bu model, sıkıştırılmış gazın sıkıştırma veya genleşme süreci boyunca sabit bir sıcaklıkta kaldığını varsayar. Bu döngüde, iç enerji, mekanik sıkıştırma çalışmasıyla eklenen aynı oranda ısı olarak sistemden uzaklaştırılır. İzotermal sıkıştırma veya genleşme, kompresörün büyük bir ısı alışverişi yüzeyine, küçük bir gaz hacmine veya uzun bir zaman ölçeğine (yani, küçük bir güç seviyesine) sahip olduğu durumlarda gerçek hayatı daha yakından modeller. Sıkıştırma aşamaları arasında aşamalar arası soğutmayı kullanan kompresörler, mükemmel izotermal sıkıştırmaya en çok yaklaşır. Bununla birlikte, pratik cihazlarla mükemmel izotermal sıkıştırma elde edilemez. Örneğin, karşılık gelen ara soğutucularla sonsuz sayıda sıkıştırma aşamasına sahip değilseniz, asla mükemmel izotermal sıkıştırma elde edemezsiniz.
Bir izotermal proses için 1'dir, dolayısıyla bir izotermal proses için iş integralinin değeri:
Değerlendirildiğinde, izotermal iş adyabatik işten daha düşük 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 çalışmasının hem artan basınç (genellikle yararlı iş) hem de adyabatiğin üzerinde artan sıcaklık (genellikle döngü verimliliğinden kaynaklanan kayıplar) olarak görünebileceğini varsayar. Bu durumda sıkıştırma verimliliği, teorik olarak yüzde 100 (adyabatik) ile gerçek (politropik) arasındaki sıcaklık artışının oranıdır. Politropik sıkıştırma, 0 (sabit basınçlı bir işlem) ile sonsuz (sabit hacimli bir 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
Santrifüjlü kompresörler söz konusu olduğunda, ticari tasarımlar şu anda herhangi bir aşamada (tipik bir gaz için) 3.5'ten 1'e kadar bir sıkıştırma oranını aşmamaktadır. Sıkıştırma sıcaklığı yükselttiğinden, sıkıştırılmış gaz, sıkıştırmayı daha az adyabatik ve daha izotermal hale getiren aşamalar arasında soğutulacaktır. Kademeler arası soğutucular (ara soğutucular) tipik olarak buhar-sıvı ayırıcılarda uzaklaştırılan bazı kısmi yoğunlaşmaya neden olur .
Küçük pistonlu kompresörler durumunda, kompresör volanı, ortam havasını iki veya daha fazla kademeli bir kompresörün ara soğutucusuna yönlendiren bir soğutma fanını çalıştırabilir .
Döner vidalı kompresörler, sıkıştırmadan kaynaklanan sıcaklık artışını azaltmak için soğutma yağlama maddesinden yararlanabildikleri için, genellikle 9'a 1 sıkıştırma oranını aşarlar. Örneğin, tipik bir dalış kompresöründe hava üç aşamada sıkıştırılır. Her kademe 7'ye 1 sıkıştırma oranına sahipse, kompresör 343 kez atmosferik basınç üretebilir (7 × 7 × 7 = 343 atmosfer ). (343 atm veya 34,8 MPa veya 5,04 ksi )
Tahrik motorları
Kompresöre güç veren 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 elektriksel üç fazlı alternatif akım beslemesinin mevcut olduğu yerlerde kullanılabilir.
- Dizel motorlar veya benzinli motorlar , taşınabilir kompresörler ve destek kompresörleri için uygundur.
- Otomobillerde ve diğer araç türlerinde (pistonlu uçaklar, tekneler, kamyonlar vb. Dahil), dizel veya benzinli motorların güç çıkışı, emme havasını sıkıştırarak artırılabilir, böylece döngü başına daha fazla yakıt yakılabilir. Bu motorlar, kendi krank mili güçlerini kullanarak kompresörlere güç sağlayabilir (bu kurulum bir süper şarj cihazı olarak bilinir ) veya egzoz gazlarını kompresöre bağlı bir türbini (bu kurulum turboşarj olarak bilinir ) çalıştırmak için kullanabilir.
Yağlama
Bir elektrik motoruyla çalıştırılan kompresörler, bir VFD veya güç çevirici kullanılarak kontrol edilebilir , ancak birçok hermetik ve yarı hermetik kompresör, dahili yağ pompaları içerebildikleri için yalnızca belirli bir aralıkta veya sabit hızlarda çalışabilir. Yerleşik yağ pompası, kompresörü tahrik eden aynı şafta bağlanır ve yağı kompresör ve motor yataklarına zorlar. Düşük hızlarda, yetersiz miktarlarda yağ yataklara ulaşır ve sonuçta yatak arızasına yol açarken, yüksek hızlarda, aşırı miktarda yağ, yataklardan ve kompresörden ve sıçrama nedeniyle potansiyel olarak deşarj hattına kaybolabilir. Sonunda yağ biter ve yataklar yağlanmadan bırakılarak arızaya yol açar ve yağ soğutucuyu, havayı veya diğer çalışma gazlarını kirletebilir.
Başvurular
Gaz kompresörleri, daha yüksek basınçların veya daha düşük hacimlerde gaza ihtiyaç duyulan çeşitli uygulamalarda kullanılır:
- Olarak boru hattında taşıma tüketiciye üretim yerinden saflaştırıldı doğal gaz, bir boru hattı, kompresör kanadı gaz yakıtlı bir motor tarafından tahrik edilir. Bu nedenle, harici bir güç kaynağı gerekli değildir.
- Petrol rafinerileri, doğal gaz işleme tesisleri, petrokimya ve kimya tesisleri ve benzeri büyük endüstriyel tesisler, ara ve son ürün gazları için sıkıştırmayı gerektirir.
- Soğutma ve klima ekipmanı , soğutucu akışkan döngülerinde ısıyı hareket ettirmek için kompresörler kullanır (bkz. Buhar sıkıştırmalı soğutma ).
- Gaz türbini sistemleri, emilen yanma havasını sıkıştırır .
- Küçük hacimli saflaştırılmış veya üretilmiş gazlar, tıbbi , kaynak ve diğer kullanımlar için yüksek basınçlı silindirleri doldurmak için sıkıştırma gerektirir .
- Çeşitli endüstriyel, üretim ve yapım süreçleri, pnömatik aletlere güç sağlamak için basınçlı hava gerektirir .
- PET plastik şişe ve kapların imalatında ve şişirmede.
- Bazı uçaklar , yükseklikte kabin basıncını korumak için kompresörlere ihtiyaç duyar .
- Turbojetler ve turbofanlar gibi bazı jet motoru türleri, yakıtın yanması için gereken havayı sıkıştırır. Jet motorunun türbinleri yanma havası kompresörüne güç sağlar.
- İçinde su altı dalma , müstakil bir solunum cihazının , hiperbarik oksijen tedavisi , ve diğer yaşam desteği, kompresör basınçlandırılmış sağlamak solunum gazının ya doğrudan ya da örneğin yüksek basınçlı gaz depolama konteynerleri ile dalma silindir . Olarak yüzey verilen dalma , bir hava kompresörü, genellikle solunum düşük basınçlı hava (10 ila 20 bar arasında) temin etmek için kullanılır.
- Denizaltılar , kaldırma kuvvetini ayarlamak için suyun kaldırma odalarından çıkarılmasında daha sonra kullanılmak üzere havayı depolamak için kompresörler kullanır.
- Turboşarjlar ve süperşarjörler , silindir içindeki havanın kütle akışını artırarak içten yanmalı motor performansını artıran kompresörlerdir , böylece motor daha fazla yakıt yakabilir ve dolayısıyla daha fazla güç üretebilir.
- Demiryolu ve ağır karayolu taşıma araçları, demiryolu aracı veya karayolu taşıt frenlerini ve çeşitli diğer sistemleri ( kapılar , ön cam silecekleri , motor , vites kutusu kontrolü, vb.) Çalıştırmak için basınçlı hava kullanır .
- Servis istasyonları ve oto tamir atölyeleri, pnömatik lastikleri doldurmak ve pnömatik aletleri çalıştırmak için basınçlı hava kullanır .
- Havayı veya diğer gazları ısıtmak için ateş pistonları ve ısı pompaları vardır ve gazı sıkıştırmak yalnızca bu amaca yönelik bir araçtır.
- Döner loblu kompresörler genellikle pnömatik taşıma hatlarında toz veya katı maddeler için hava sağlamak için kullanılır. Ulaşılan basınç 0,5 ile 2 bar g arasında değişebilir.
Ayrıca bakınız
- Eksenel kompresör
- Kabin basınçlandırma
- Santrifüj fan
- Sıkıştırılmış hava
- Basınçlı hava kurutucu
- Elektrokimyasal hidrojen kompresörü
- Ateş pistonu
- Folyo yatak
- Gaz sıkıştırmalı ısı pompası
- Kılavuzlu rotorlu kompresör
- Hidrojen kompresörü
- Doğrusal kompresör
- Sıvı halka kompresör
- Hidrit kompresör
- Natterer kompresör
- Pnömatik silindir
- Pnömatik tüp
- Pistonlu kompresör (pistonlu kompresör)
- Kök üfleyici (lob tipi bir kompresör)
- Kayma faktörü
- Trompe
- Buhar sıkıştırmalı soğutma
- Değişken hızlı hava kompresörü