تاثیر طراحی کمپرسور در راندمان آن

کمپرسور به‌عنوان یکی از پرکاربردترین تجهیزات صنعتی، نقش مهمی در تأمین هوای فشرده و انرژی مورد نیاز خطوط تولید دارد. اما چیزی که اغلب در انتخاب کمپرسور نادیده گرفته می‌شود، طراحی مهندسی و ساختار داخلی دستگاه است. طراحی کمپرسور نه تنها بر میزان مصرف انرژی و راندمان کاری آن تأثیر مستقیم دارد، بلکه می‌تواند طول عمر تجهیزات جانبی، هزینه‌های نگهداری و حتی کیفیت نهایی محصول را تحت تأثیر قرار دهد. برای مثال، نوع آرایش سیلندرها، جنس قطعات، شیوه خنک‌کاری، سیستم روان‌کاری و حتی طراحی مسیر جریان هوا یا گاز در کمپرسور می‌تواند تفاوت چشمگیری در بازدهی دستگاه ایجاد کند. به همین دلیل است که هنگام انتخاب کمپرسور، توجه به ویژگی‌های طراحی و فناوری‌های به‌کاررفته در آن اهمیت بالایی دارد.

معرفی انواع کمپرسور بر اساس عملکرد

۱.کمپرسورهای دینامیکی:

این گروه از کمپرسورها به سه نوع مختلف شامل  كمپرسورهای گریز از مركز (centrifugal)- كمپرسورهای جریان محوری (Axial Low compressor) و فن‌ها (Fans) دسته بندی می شوند.

۲.کمپرسورهای جابجایی مثبت:

این کمپرسورها از لحاظ نوع مکانیزم حرکت در دسته شامل رفت و برگشتی (reciprocating) یا چرخشی (rotary)  پلنجری (single acting high pressure) و كمپرسورهای دیافراگمی (diaphragm compressor) قرار می گیرند. علاوه بر این کمپرسورهای رفت و برگشتی خود در سه نوع تیغه لغزنده (sliding vane)، رینگ مایع (liquid ring)  گوشواره‌ای (Lobe) و كمپرسورهای پیچشی یا همان کمپرسور اسکرو (screw)  ساخته می شوند.

کمپرسورهای از نوع دمنده (blowers) که طراحی آن ها به صورت جریان زیاد و فشار كم است بیشترین کاربرد را در سرویس های هوا، واحدهای بازیابی هوا، وزش‌ هوای كوره و دمنده ‌های فاضلاب‌ دارند.

اعتبارسنجی طراحی کمپرسور محوری

تست کمپرسور محوری در شرایط عملیاتی برای اطمینان از راندمان کمپرسور طراحی شده و ارتقاء یافته است. برای تست کمپرسور دو رویکرد تست کمپرسور اولیه بر روی ماشین اولیه و تست کمپرسور ارتقاءیافته پس از نصب بر روی ماشین انجام می شود. 

برای انجام تست اولیه باید کمپرسور تا حد ایده ال شستوشو داده شود و سپس برای اعتبارسنجی عملکرد بار پایه و بار جزئی اقدام به انجام تست بار پایه و بار جزئی با تغییرات پره های هادی ورودی گردد. جهت اعتبار سنجی در محدوده مشخص تست تغییرات دمای محیط را انجام می دهند. 

برای بررسی اثر فشار خروجی روی راندمان کمپرسور تست بار جزئی با تغییر دمای ورودی به پره متحرک ردیف اول توربین انجام می شود. همچنین برای اعتبار سنجی خط سرج، تست ورود به محدوده سرج در دور ایدل پیش بینی شده است.

برای اطمینان از اینکه کمپرسور یا کمپرسور اسکرو از لحاظ آلایندگی هنگام شروع به کار نیز طبق استانداردهای خاصی طراحی شده آزمایشات مختلفی در نظر گرفته شده است. برای بررسی قابلیت اطمینان در آلایندگی استارت و زمان آن آزمایش ها استارت با موتور گرم یا سرد انجام می گیرد. در پایان تست ها نباید اشکالی در مورد یکپارچگی یا ناپایداری آیرودینامیک مشاهده شود.

 تست های مختلف دیگری جهت بررسی و اعتبارسنجی افزایش دما و فشار در موتور و فرکانس های طبیعی و تنش در پره ها طراحی می شوند. این تست ها برای اطمینان از عملکرد مناسب و ایمن دستگاه و هماهنگ با سایر عوامل طبق فرآیندهای مناسب انجام می شوند. از آن جمله این تست ها می توان به موارد زیر اشاره کرد.

-سوراخ‌ های اندازه‌گیری فشار و ترموکوپل در زیرکش‌ های هوا

-سوراخ ‌های اندازه‌گیری فشار در پوسته کمپرسور قبل از دیفیوزر

-سوراخ‌ های اندازه‌گیری فشار قبل از پره‌ های هادی متغیر برای اندازه‌گیری افت فشار دهانه ورودی

-تیپ-تایمینگ بر روی ردیف پره‌های بحرانی

مهم ترین فاکتورها در انتخاب و طراحی کمپرسور

برای انتخاب یک کمپرسور که دارای طراحی مناسبی باشد و بتواند انتظارات ما را برآورد باید عوامل مختلفی را مدنظر قرار داد. تجربه استفاده از یک کمپرسور با طراحی خاص و یا استفاده آن در یک مکان می تواند عامل مهمی در انتخاب کمپرسور محسوب شود. 

به عنوان مثال یک پالایشگاه یا یک محل جغرافیایی خاص در استفاده از نوع ویژه ای از کمپرسور می تواند تجربه بدست آورد که چه نوع کمپرسوری برای چه جاهایی مناسب است. سایر عواملی که می تواند از طریق تجربه در انتخاب کمپرسور با طراحی درست کمک نماید شامل بررسی نمونه هایی که قبلا استفاده شده اند، نزدیکی سرویس دهنده کمپرسور، مهارت و تخصص گروه تعمیر و نگهداری و توانایی وسایل مناسب برای تعمیر و نگهداری کمپرسور هستند.

تأثیر طراحی كمپرسورخانه در عملکرد و راندمان کمپرسور هوا

در بیشتر موارد راندمان و عملکرد سیستم های سرمایشی و گرمایشی به طراحی کمپرسور و چگونگی نصب تجهیزات بستگی دارد. متمرکز بودن کمپرسور از اولین و اصلی ترین عامل در طراحی کمپرسور است که از صنعتی که کمپرسور در آن استفاده می شود مستقل است. از مزایای این طراحی می توان از سهولت در كاركردن با دستگاه توسط كاربر، داشتن صرفه اقتصادی، ممانعت از ورود افراد متفرقه به موتورخانه، سیستم تبردیدی با امکانات و طراحی بهتر و سیستم تهویه یكپارچه نام برد.

شرایط ایده ال نصب کمپرسور

اگر کمپرسور در فضایی غیر از موتورخانه نصب شود می تواند مشکلاتی را به وجود آورد. در این رابطه می توان به مواردی چون مشكلات ایجاد تهویه در فضای كمپرسورها، نبود مسیر مناسب جهت تخلیه رطوبت به فضای بیرون، خطر گرم شدن بیش از حد تجهیزات و ایجاد اختلال و مزاحمت بدلیل صدای تجهیزات كمپرسورخانه اشاره کرد. 

همچنین نصب کمپرسور در محیط هایی مثل قرار گرفتن در مجاورت مواد قابل اشتعال، محیط دارای گازهای خورنده و گرد و غبار و نبود فضای مناسب برای دسترسی به تجهیزات و بی توجهی به طرح توسعه در آینده می توان مشکلات زیادی را ایجاد کرده و روی راندمان کمپرسور تاثیر منفی بگذارد. نصب کمپرسور بهتر است نزدیک به محل مصرف کننده صورت گیرد زیرا می تواند از افت فشار جلوگیری کند و با کم شدن طول لوله کشی باعث صرفه جویی در مصرف انرژی شود.
 چنانچه در شرایط سخت مجبور به نصب کمپرسور در فضای باز هستید باید تمهیدات حفاظتی جدی را در برابر شرایط جوی مثل برف و باران و باد در نظر داشت و از قرار دادن کمپرسور در معرض مواد قابل اشتعال و گازهایی خورنده اجتناب نمود و از ورود افراد متفرقه به آن مکان جلوگیری کرد.

عوامل مهم برای نصب کمپرسور

در نصب کمپرسور باید فاکتورهای مختلفی را مدنظر داد و آن ها را به بهترین شکل برای کمپرسور پیاده سازی کرد.

۱.جانمایی و طراحی کمپرسور

در مکان هایی که نصب کمپرسور و عملیات لوله کشی گسترده ای انجام می شود باید تجهیزات در موتورخانه به نحوی نصب شوند که دسترسی و سرویس آن ها را با مشکل رو به رو نکند و برای این منظور مسیر مناسبی در نظر گرفته شود.

 همچنین باید برای توسعه و نصب تجهیزات در آینده نیز فضای کافی لحاظ شود و جهت تخلیه رطوبت از كمپرسور، درایر، مبدل‌ها و مخازن باید مسیر مناسبی در نظر گرفته شود. مکانی که برای نصب کمپرسور مدنظر است باید دارای ارتفاع مناسب بوده و برای جابه جایی متعلقات کمپرسور و سایر وسایل مثل الکتروموتور تجهیزات لازم و مسیر مناسب برای تردد آن ها پیش بینی شود.

۲.فونداسیون مناسب برای کمپرسور

برای نصب تجهیزات موتورخانه مثل کمپرسور باید از سطوح صاف با قابلیت تحمل وزن تجهیزات استفاده کرد؛ البته به همراه اکثر تجهیزات دمپر لرزشی وجود دارد. یک بستر بتونی برای نصب کمپرسورهای جدید به کار می رود که برای نظافت اطراف کمپرسور مناسب بوده و می تواند از لحاظ ارتفاع کمپرسور را از سطح موتورخانه جدا کند. در نصب كمپرسورهای سیلندر پیستونی بزرگ و سانتریفیوژ قرار دادن فوانداسیون مناسب و فیکس کردن آن با Anchor Bolt می تواند میزان لرزش را به حداقل ممکن برساند.

۳.هوای مكش کمپرسور

هوایی که به کمپرسور و کمپرسور اسکرو وارد می شود باید فاقد هر نوع گرد و خاک و گاز خورنده باشد تا کمپرسور عملکردی درست و کارآمد ارائه دهد. گازهای خورنده آسیب جدی به کمپرسور وارد می کنند و گرد و غبار و خاک نیز می توانند روی فیلترها بنشینند و آن ها را مسدود کنند و سبب فرسودگی آن ها شوند. محفظه های فیلترهای هوای ورودی کمپرسور را می توان در فضای باز کاملا تمیز یا در جایی با فاصله از کمپرسور که هوای تمیزی دارد نصب کرد. 

در زمان طراحی کمپرسور و انتخاب آن باید مشخص شود که برای چه مناطقی مناسب است؛ در جاهایی که گرد و خاک زیاد است فیلترها خیلی زود در اثر مسدود شدن توسط ذرات خام مسدود می شوند و دچا افت فشار خواهند شد از این رو باید تمهیدات لازم در زمان طراحی و خرید مورد توجه قرار گیرد. 

علاوه بر این در طراحی کمپرسورهایی که برای نصب محفظه فیلتر هوای ورودی و اتصال آن به كمپرسور نیاز لوله کشی است باید جنس آن از ماده ای باشد که در برابر مواد خورنده مقاوم است.

۴.سیستم تهویه موتورخانه

کمپرسورها در هنگام کار تولید گرما می کنند بنابرای ن در نظر گرفتن سیستم تهویه مناسب در محل نصب آن ها ضروری است. بهتر است جهت ورودی هوای تهویه از دیوار شمالی باشد تا در فصل های گرم سال در سایه قرار بگیرد؛ همچنین این هوا باید با سرعت مناسب از محیط بیرون به داخل هدایت شود. 

برای ممانعت از ورد ذرات خارجی به داخل کمپرسور باید شبکه توری شکلی در مسیر مکش نصب گردد. محل ورود هوای تهویه باید از پایین ترین نقطه روی دیوار جریان یابد. بالاترین نقطه را در دیوار مقابل باید محل خروج هوای گرم توسط فن در نظر گرفت.

سخن پایانی

راندمان کمپرسور تنها به قدرت موتور یا ظرفیت مخزن محدود نمی‌شود، بلکه ریشه در طراحی اصولی و بهینه‌سازی اجزای داخلی آن دارد. کمپرسوری که با طراحی دقیق و استاندارد ساخته شده باشد، می‌تواند ضمن کاهش مصرف انرژی، طول عمر بیشتری داشته باشد و هزینه‌های جانبی کمتری به کاربر تحمیل کند. بنابراین، هنگام خرید یا انتخاب کمپرسور، باید فراتر از قیمت اولیه به کیفیت طراحی، تکنولوژی ساخت و تأثیر آن بر راندمان کلی سیستم توجه کرد. این نگاه هوشمندانه در نهایت منجر به صرفه‌جویی اقتصادی و افزایش بهره‌وری در صنایع خواهد شد.

سوالات متداول