کمپرسورهای گریز از مرکز (Centrifugal compressors)

کمپرسورهای گریز از مرکز هواسازان تبریز

کمپرسورها براساس مکانیزم فرایندی به دو دسته کلی کمپرسورهای جابجایی مثبت (نظیر پیستونی، اسکرو و اسکرال) و کمپرسورهای انرژی جنبشی تقسیم می شوند.

از جمله ویژگی‌های بارز کمپرسور گریز از مرکز، جریان رانش شعاعی آن است که بر طبق نوع فرایند فشرده سازی در گروه کمپرسورهای داینامیک قرار می گیرد.

در واقع در این سری از کمپرسورها که با نام توربوکمپرسور نیز شناخته می‌شوند، با استفاده از افزایش انرژی جنبشی گاز خنک مبرد توسط پره‌های دوار، فشار و به تبع آن دمای سیال افزایش می یابد.

توربو کمپرسور می تواند حجم بسیار بالایی از سیال فشرده معادل چندین کمپرسور کوچک از انواع دیگر نظیر اسکروها را تولید کند و از نظر بهینه سازی مصرف انرژی، راندمان تولید و صرفه جویی در هزینه نیز برق مقرون به صرفه می باشد. این دسته از کمپرسورها با توجه به دور بالایی که دارند هوای فشرده مداوم و یکنواختی را تولید می کنند و این موضوع باعث عدم ایجاد شوک در شبکه مصرف می شود.

استفاده از تکنولوژی ساده و سیستم های کنترلی کارآمد، علاوه بر افزایش راندمان و عملکرد کمپرسور، موجب کاهش چشمگیر استهلاک و هزینه ها می شود.

انواع کمپرسورهای گریز از مرکز:

کمپرسورهای گریز از مرکز از لحاظ مراحل کاری به دو نوع یک مرحله ای و چند مرحله ای تقسیم می شوند.

کمپرسورهای گریز از مرکز از لحاظ سیستم روغن کاری به انواع ریزشی، تحت فشار و بدون روغن تقسیم بندی می‌شوند.

نوع بدون روغن از یاتاقان های بدون اصطکاک مغناطیسی (Magnetic Radial & Trust Bearings) کمک می‌گیرد، که در نتیجه آن سایش مکانیکی از بین رفته و بازدهی و قابلیت اطمینان افزایش یافته و نویز و هزینه نگهداری کاهش می‌یابد.

اما مرسوم ترین گروه بندی این کمپرسورها براساس انواع زیر است:


جریان محوری Axial Flow	گیربکسی Integrally Geared

هریک از دو گروه فوق می تواند به صورت یک یا چند مرحله ایی وجود داشته باشد.

کمپرسورهای گریز از مرکز با بیش از ۶ مرحله و فشاری تا ۲۵ بار غیرمعمول نیستند.


شماتیک یک کمپرسور گریز از مرکز جریان محوری دومرحله ایی	شماتیک یک کمپرسور گریز از مرکز از گیربکسی سه مرحله ایی

فرایند فشرده سازی در سری گیربکسی (Integrally Geared) :

هوا از طریق دهانه مکش مجهز به سیستم فیلتراسیون اولیه و با تنظیمات جریان ورودی به توسط شیر کنترلی ورودی (IGV: Inlet Guide Vane) به داخل محفظه مرحله اول مکیده شده و با استفاده از پره‌های شعاعی پروانه دوار (Impeller) به سمت مرکز پروانه دوار رانده شده و توسط نیروهای گریز از مرکز به سوی محیط پروانه دوار به بیرون پرتاب می‌شود. در واقع با استفاده از نیروی گریز از مرکز مقدار فشار سیال طی عبور از ایمپلر افزایش می‌یابد.

پروانه دوار بطور عمده از فولادهای آلیاژی ضد زنگ ساخته می‌شود و می‌تواند دارای طرح باز یا بسته باشد. طرح باز در کاربردهای هوا رایج تر بوده و در کمپرسورهای گاز نیز استفاده می‌شود.

سرعت پروانه های دوار بسته به کاربردهای مختلف در حدود ۱۵۰۰۰ تا ۱۰۰۰۰۰ دور بر دقیقه تعریف می شوند.

بعد از هر پروانه دوار (Impeller) سرعت هوا بطور چشمگیری افزایش می‌یابد.

بعد از ایمپلر سیال وارد پخش کننده(Diffuser) می‌شود و با کاهش سرعت سیال، فشار استاتیک آن افزایش می‌یابد. به عبارت دیگر در این فرآیند انرژی جنبشی گاز در فشار پایین و سرعت بالا، به سرعت پایین و فشار بالا مبدل می‌شود.

در ادامه سیال وارد جمع کننده می‌شود که مقطع آن می‌تواند دایره ایی، بیضوی یا مستطیلی باشد. در واقع در این مرحله با رسیدن سیال فشرده شده به فشار نامی سیستم (در همان مرحله نخست یا در مراحل بعدی) گاز فشرده و خنک کاری شده در طی هر یک از مراحل فرایند (Stage ها) از طریق شیر تخلیه کنترلی (Discharge Valve) به خط مصرف منتقل می گردد.

نسبت فشار هر مرحله، نسبت فشار کلی کمپرسور را مشخص می‌کند.

ابعاد کمپرسورهای گریز از مرکز تحت تاثیر میزان گاز ورودی می باشد. نرخ فشرده سازی یا هد در این کمپرسورها مقدار طول یا تعداد مراحل را معین می کند. سرعت چرخش ایمپلرها نیز با قطر کمپرسور سانتریفیوژ نسبت عکس دارد. به عبارت دیگر هرچه کمپرسور سانتریفیوژ بزرگتر باشد سرعت چرخش ایمپلرها نیز کمتر است. میزان نیروی مورد نیاز یک کمپرسور سانتریفیوژ نیز به هد، مقدار جریان و کارایی آن بستگی دارد. هنگامی که مقدار جریان گاز کم باشد، کمپرسور کارایی کمتری دارد و از همین رو برای مقادیر کم گاز ورودی توصیه نمی شوند .

پایین‌ترین میزان جریان حجمی در کمپرسور گریز از مرکز عمدتاً توسط جریان موجود در آخرین مرحله تعیین می‌شود.

دمای گاز در قسمت ورودی هر یک از مراحل نقش مهمی در توان کمپرسور دارد و به همین دلیل است که طراحی و اجرای فرایندهای خنک کاری در هر یک از مراحل لحاظ می شود.

اگر فرایند فشرده سازی نیازی به خنک کردن درونی نداشته باشد، معمولا طراحی کمپرسور گریز از مرکز به صورت خطی و یکپارچه صورت می گیرد. اگر فرایند فشرده سازی نیاز به خنک کردن درونی داشته باشد، طراحی یا به صورت خطی (ترکیبی) و یا به صورت پشت به پشت خواهد بود.

غالباً در کمپرسورهای چند مرحله‌ای پروانه های دوار بر روی دو انتهای یک محور گردان نصب شده‌اند که بارهای محوری تولید شده توسط اختلاف فشار را خنثی می‌کنند. در این سیستم ها بطور متداول از ترکیب یاتاقان های غلتشی خاص برای تحمل بارهای محوری (Thrust Bearings) و از یاتاقان‌های تخت یا همان یاتاقان های لغزشی (Journal Bearings) برای تحمل بارهای شعاعی استفاده می‌شود.

برای درک بهتر به عکس زیر رجوع کنید:

فرایند فشرده سازی در سری جریان محوری (Axial Flow) :

اصول کار این نوع کمپرسورها براساس حرکت دادن (هل دادن) گاز توسط پره هاي دوار نصب شده روی روتور است. بیشتر کاربردهای این نوع سیستم ها در توربین های گازی است و یا ایجاد جریان (Flow) زیاد سیالات گازی منجمله هوا می باشد. معمولاً فشار خروجی آنها در محدوده های نسبتا” پایین و متوسط است.

در شکل زیر شماتیک کلی فرایند این نوع کمپرسور نشان داده شده و همینطور که ملاحظه می شود جریان گاز در داخل کمپرسور در جهت محوري (Axial) است و علاوه بر پره هاي نصب شده روي رتور(Rotor Blades) که وظیفه انتقال انرژي از روتور به سیال را عهده دارند و با محور می چرخد پره هاي ثابت دیگري نیز روي بدنه کمپرسور نصب گردیده که به آنها پره هاي راهنما (Sector Blades) گفته می شود که علاوه بر جهت دادن به سیال، براي انتقال از یک مرحله به مرحله دیگر وظیفه تبدیل انرژي جنبشی به انرژي فشاري را نیز به عهده دارند. افزایش فشار در این نوع کمپرسورها به این صورت است که گاز را به تدریج از فضاي بازتر (سطح مقطع زیاد) به فضاي تنگ تر(سطح مقطع کم) می راند و باعث کوچک شدن حجم و افزایش فشار آن می گردد.

کمپرسور گریز از مرکز باید بطور مناسبی آب‌بندی شود تا نشتی را در راستای محور دوار که از میان محفظه کمپرسور عبور می‌کند را کنترل کند. رایج‌ترین انواع آب‌بندهای چهارگانه شامل آب‌بندهای لابیرینتی، حلقوی (گرافیتی) که خشک کار می‌کنند، مکانیکی و هیدرواستاتیکی می‌باشند و پیشرفته‌ترین آن‌ها را می‌توان در کمپرسورهای پر سرعت فشار بالا یافت.

برای ملاحظه جزئیات بیشتر به نقشه سازمان داخلی و عکس شماتیک از یک کمپرسور جریان محوری در زیر رجوع کنید.

مزایا:

در مقایسه با سایر کمپرسورها، کمپرسور سانتریفوژ مزایایی به شرح زیر دارد:

• دستیابی به ظرفیت‌های بالا تا 35000 کیلووات

• توجیه اقتصادی در استفاده از محرک های جایگزین الکتروموتور (توربین های گازی و یا بخار)

• بازدهی بالا در بارهای موقتی که به سیکل اعمال می‌شود.

• كاهش نويز و ارتعاش دستگاه به علت حرکت یکنواخت گاز

• مطلوب برای صنایعی که نیاز به مقدار ثابتی از فشار با حجم بالا دارند.

• ساختار فشرده و سبک تر به نسبت ظرفیت تولید در مقایسه با سایر کمپرسورها نظیر پیستونی و اسکرو

• کاهش مصرف انرژی به نسبت ظرفیت تولید در مقایسه با سایر کمپرسورها نظیر پیستونی و اسکرو

• قابلیت اطمینان بالاتر و هزینه نگهداری پایین تر به علت تعداد پایین قطعات و تعداد کمتر قطعات درگیر با یکدیگر

• دوره تعمیرات بلند مدت (اولین سرویس بعد از حدوداً 8000 ساعت)

• مقاومت بالاتر نسبت به عوامل محيطي نظير گرد و غبار

• تأمین هوای فشرده 100 % عاری از روغن

• توانائي كار با گستره وسيعي از سيال‌هاي قابل تراكم نظير هليوم، زنون، اكسيژن و نيتروژن مايع

محدودیت ها:

• هزینه اولیه بالاتر بدلیل فرایندهای پیچیده طراحی و ساخت با دقت بسیار بالا

• غیر قابل طراحی برای ظرفیت‌های پایین (کمتر از 70 کیلووات)

• نیاز به سیستم های کنترل پیشرفته برای کنترل فرایند

استاندارد API 617 یکی از شناخته شده و پرکاربردترین استانداردهای جهانی در این رابطه است و حداقل الزامات طراحی، تولید و آزمون های این سری از کمپرسورها را برای سرویس های هوا و سایر گازها تعیین و تببین می کند و شامل چهار قسمت مجزای اصلی به شرح ذیل می باشد:

Part 1: General Requirements, contains information pertinent to all equipment covered by the other parts of this document

Part 2: Non-integrally Geared Centrifugal and Axial Compressors, specifies requirements for non-integrally geared centrifugal and axial compressors, in addition to the general requirements specified in API 617, Part 1. These machines do not have gears integral with their casing but can have external gears

Part 3: Integrally Geared Centrifugal Compressors, specifies integrally geared centrifugal compressors in conjunction with API

617, Part 1

Part 4: Expander-compressors, specifies requirements for expander-compressors, in addition to the general requirements specified in Part 1

راهبرد اصلی شرکت هواسازان تبریز برای تامین این سری از تجهیزات پیشرفته در راستای نتایج کارشناسی شده در پروژه های مختلف و تایید برترین نمونه های مهندسی شده بر روی این نوع سیستم ها قرار دارد. برهمین اساس و در جهت ایجاد فضای رقابتی و کاهش هزینه ها، شرکت هتکو با پشتوانه سال ها تجارب و ظرفیت های بالا در طراحی، مهندسی، ساخت و اجرای موفق پروژه ها طراحی و ساخت مشترک این محصولات با شرکت های همکار بین المللی و پیشرو در این عرصه نظیر SIEMENS , IHI و Turbo Tech اجرا و در دسترس مشتریان قرار می دهد.

برخی از مزایا و ویژگی های انتخاب هواسازان تبریز:

• بهره گیری از تکنولوژی روز دنیا در طراحی و ساخت با قابلیت اعتماد بالا

• مطابق با استانداردهای API ، DIN، ISO ، ASME ، IEC

• امکان سفارشی سازی بر طبق نیاز و مشخصات خریدار

• ظرفیت بالا در فرایندهای پشتیبانی نظیرطراحی، مهندسی و مدیریت پروژه

• تنوع بالا در مشخصات فنی محصول نظیر ظرفیت و فشار کاری

• تنوع در سیستم های پکیج نظیر خنک کاری، روانکاری، ابزاردقیق و سیستم کنترل

• قابلیت ترکیب با همه نوع درایورها (برق یا توربین)

• حداقل فضای مورد نیاز برای نصب

• نصب و راه اندازی سریع و آسان

• برخورداری از پشتیبانی و خدمات برتر به مدت 10 سال