مقایسه کمپرسورهای گریز از مرکز با کمپرسورهای پیستونی

کمپرسورهای گریز از مرکز با کمپرسورهای پیستونی دارای تفاوت هایی هستند در این نوشتار به برخی از این تفاوت ها پرداخته شده است.

در مقایسه کمپرسورهای گریز از مرکز با کمپرسورهای پیستونی می توان گفت:

1. حذف شدن خطر ضربه هیدرولیکی احتمالی .
2. ابعاد کوچکتر و وزن کمتر در قدرتهای مساوی .
3. نبودن سوپاپ ها و در نتیجه حذف مقاومت .
4.  تعادل و آب بندی بهتر بخاطر نبودن نیروی انرسی متغیر
5. حذف روغن کاری درونی که در نتیجه آن روغــن به وسایــل تبــادل کننــده نمی رود(کندانسور ـ تبخیر کنند). در عوض استفاده از سیستم روغن کاری مخصوص و الکتروموتور سینکرونی از کمبودهای کمپرسورهای گریز از مرکز بشمار می رود.

موارد استفاده از کمپرسورهای گریز از مرکز در ماشینهای مبرد بزرگ در صنایع شیمیایی و نفت و در دستگاههای بزرگ تهویه مطبوع می باشد و معمولاً وقتی از این نوع کمپرسورها استـفاده می شود که حجم بخار ورودی به کمپرسور خیلی زیاد باشد .
مبردهای مورد استفاده در کمپرسورهای گریز از مرکز باید دارای راندمان حجمی کم ( زیاد شدن حجم بخار) و وزنی ملکولی زیاد (افزایش انرژی جنبشی وکم شدن تعداد پروانه) باشند که این خواص در فریون 11 و 142 و 12 مشاهده می شود .
در مکانهای که احتیاج به سرمایش زیادی دارند از کمپرسورهای بزرگ تبرید  استفاده می کنند و ظرفیت هز یک از آنها ار ۱۰۰ تا ۱۰۰۰۰ تن تبرید است . بر حسب نوع و ظرفیت کمپرسور مبردهای مورد استفاده در چیلرفریون ۱۲ یا ۲۲ یا ۱۱۳ یا یا ۵۰۰ یا ... استفاده می شوند البته در سالهای اخیر به دلیل آشکار شدن اثر مخرب CFC ها بر لایه اوزون جو زمین و ممنوعیت استفاده از آنان مبردهای بی زیان برای لایه اوزون به تدریج جانشین آنان می شوند که از جمله آنان می توانیم به R134a اشاره کرد .
کمپرسورهای تبرید از یک یا تعدادی پره تشکیل می شوند که روی محوری که با سرعت در محفظه می چرخد سوار شده است. مبرد که به چشم پره وارد شده است با نیروی گریز از مرکز در سرعت زیادبه نوک پره رانده می شود و از اینجا مبرد به دیفیوزر وارد شده و فشار سرعتی آن به فشار استاتیکی تبدیل می شود. سپس به کندانسور رانده شده تا تقطیر شود و ادامه سیکل انجام می شود .

کمپرسورهای چند مرحله ای و شناخت عملکرد آن ها

در بسیاری از کمپرسورها به لحاظ محدودیت های دمایی (افزایش غیر مجاز درجه حرارت در اثر تراکم و حساسیت قطعات مکانیکی به لحاظ رعایت لقی ها و آثار نامطلوب درجه حرارت بر روی ماده روان کننده) و در برخی از کمپرسورها بخاطر محدودیت های ذاتی (مانند کمپرسورهای گریز از مرکز ) عملا دست یابی به فشار مورد نظر در کمپرسورهای یک مرحله ای میسر نبوده و بعد از تراکم گاز در مرحله اول لازم است که قبل از استمرار تراکم گاز، آن را از کمپرسور خارج کرده و بعد از خنک کردن جهت دستیابی به فشار مورد نظر به مرحله (یا مراحل) بعدی فرستاده شود. کمپرسورهایی که در آن فرآیند تراکم در چند مرحله صورت می گیرد را اصطلاحا کمپرسورهای چند مرحله ای (Multistage) می گویند.
البته گاهی اوقات چندمرحله ای کردن تراکم گاز در کمپرسور بخاطر بهبود راندمان کمپرسور صورت می پذیرد. هرچند که افزایش تعداد مراحل کمپرسور موجب گران شدن قیمت اولیه و در مواردی افزایش هزینه های تعمیر و نگهداری آن می شود ولی با توجه به اهمیت انرژی مصرفی و ارتباط آن با راندمان کمپرسور و تأثیر چشمگیر آن بر هزینه های بهره برداری بسیاری از خریداران ترجیح می دهند که از کمپرسورهای چند مرحله ای بجای کمپرسورهای یک مرحله ای استفاده کنند.
درطراحی خنک کن های بین مرحله ای سعی شده است که گاز مورد تراکم قبل از ورود به مرحله بعدی تا دمای ورودی به مرحله اول خنک شود. ولی این نظریه همواره صادق نبوده و عامل تعیین کننده در این زمینه هزینه های خنک کاری، تأثیر آن بر راندمان کمپرسور، صرفه جوئی در هزینه های بهره برداری و محدودیت خنک کاری از نظر بروز میعان در مراحل بعدی  کمپرسور می باشد.

کمپرسور اسکرو یا حلزونی و تاریخچه ی آن ها

کمپرسور اسکرو یا حلزونی با طرح های مشابه کمپرسورهای امروزی نخستین بار در سال ١٩٣٤ توسط  Lysholm مهندس ارشد شرکت(SRM) Sevenska Rotor Maskiner اختراع شد. با این که اولین کمپرسور اسکرو یا حلزونی درسال ١٨٧٨ درآلمان ساخته شد، لذا این می توان افزود: کمپرسور اسکرو یا حلزونی را می توان جزء کمپرسورهای جدید در صنایع دانست. Lysholm سعی بر این داشت تا کمپرسوری ازخانواده دورانی، با سرعت بالاتر از کمپرسورهای تناوبی که بتوان مستقیما آن را با توربینهای گازی راه اندازی نمود و فاقدمشکلات پدیده موجدارشدن (Surging) که در کمپرسورهای گریزازمرکزبه وقوع می پیوندد باشد، طراحی و تولید کند.

اولین کمپرسور ساخته شده توسط وی ازنوع خشک  (OilFree) که دارای دنده زمان بندی کننده (Timming Gear) بوده تا موجب همزمانی چرخش روتورها شود. آرایش روتورها به صورت٣+3 طراحی شد (روتور نری با سه برجستگی و روتور مادگی با سه فضای مقعر) و دارای زاویه پیچش تندی (Steep) بوده که اجازه می دهد تا کمپرسور با نسبت تراکم داخلی (Built- in Compression Ratio) بالاتر و فشار خروجی بیشتری کارکند. فشار دهش درطرحهای اولیه این کمپرسورهاحدود 20-30  psigبود.

متأسفانه طرح فوق باعث ایجاد فضای گیرانداختن  TrappedPocketدر کمپرسور شده و این امرموجب بالا رفتن فشار گاز قبل از خروج گاز از کمپرسور شده که نهایتا افزایش سروصدای کمپرسور و کاهش راندمان را بدنبال داشت.

دردهه ١٩٤٠ Hans Nilson مهندس ارشد شرکت SRM تغییراتی را در کمپرسورهای اولیه بوجود آورد . در طرح وی روتور نری (Male Rotor) با چهار گوشواره وروتور مادگی (FemaleRotor) با شش محفظه مقعر(آرایش ٦+4) ساخته شد. این تغییرات موجب حذف فضای گیر افتادن و افزایش زاویه پیچش حلزونی شده که در نهایت باعث افزایش تثبیت تراکم و راندمان کمپرسور می شد.

پیشرفت در طراحی و ساخت ماشینهای تراش حلزونی به شرکت Howden که یک شرکت اسکاتلندی بود اجازه داد تا تولید نسل جدید کمپرسورهای اسکروی را که روغن کاری می شدند (OilFlooded) را توسعه و گسترش دهند.

استفاده از شیر لغزشی (Slid Valve) در سالهای اولیه دهه ١٩٥٠ موجب شد تا شرکت SRM بتواند درکنار تغییر ابعاد کمپرسور ظرفیت آنها را نیزکنترل نماید. کنترل ظرفیت که یکی از عوامل محدود کننده در طراحی کمپرسور بود اجازه داد تا بتوان نسبت تراکم را دریک دمنده وسیعی از تغییرات دبی، تحت کنترل درآورد. امروزه استفاده از شیر لغزنده درکنترل ظرفیت کمپرسورهای حلزونی ازنوع روغن کاری شونده کاربرد وسیعی دارد. روغن کاری کمپرسور علاوه بر افزایش راندمان کمپرسور به میزان ٨ تا ١٠ درصد در مقایسه با کمپرسورهای خشک، موجب افزایش نسبت تراکم مجاز شده و نیاز به دنده های زمان بندی کننده را در بهره برداری از کمپرسورهای حلزونی منتفی ساخته است. لایه روغن موجود بین روتورها اجازه می دهد تا روتور مادگی توسط روتور محرک (روتور نری) بچرخش درآید. این امر نخستین بار توسط شرکت اطلس کوپکو درسال ١٩٥٧ به مرحله اجراء درآمد. استفاده از شیر لغزنده همراه با روغن کاری به روش تزریقی نخستین بار در سیستم تبرید در سال ١٩٦٠ بکار گرفته شد. تغییر در ساختار روتورها وتغییر شکل آن بصورت غیر متقارن Asymmetric سال ١٩٦٩ توسط شرکت Sullair صورت پذیرفت. تغییر شکل روتورها باعث کاهش میزان نشتی در طول مسیر تراکم شده که در نهایت افزایش راندمان را به دنبال داشت. بهبود کارایی در سرعت کم اجازه می دهد تا این کمپرسور ها را بتوان بطور مستقیم توسط الکتروموتورها مورد بهره برداری قرار داد.

کمپرسورهای جریان محوری و مزایا و معایب آن ها

کمپرسورهای جریان محوری مانند سایر انواع کمپرسورها دارای مزایا و معایبی هستند، در این نوشتار سعی شده است که به این موارد پرداخته شود.

مزایای کمپرسورهای جریان محوری

کمپرسورهای جریان محوری جدیدا مصرف صنعتی زیادی پیدا کرده اند و برای حجم های خیلی بالا حتی تا 860000 فوت مکعب در دقیقه مناسب ترین کمپرسور می باشند. این دسته از کمپرسورها در مقایسه با کمپرسورهای سانتریفوژ برای فشردگی یک حجم معین گاز قطر چرخان (Rotor)، نصف قطر پروانه کمپرسور سانتریفوژ خواهد بود. اگر کمپرسور جریان محوری خوب طراحی و ساخته شود، سرعت گاز می تواند به ft/s 400 در خروجی برسد. هزینه اولیه ساختن یک کمپرسور جریان محوری با هزینه اولیه ساختن یک کمپرسور سانتریفوژ برای انجام کار معین برابر می باشد، ولی هزینه نیروی محرکه کمپرسور جریان محوری کمتر از هزینه نیروی محرکه کمپرسور سانتریفوژ است. یعنی اینکه برای یک کار معین، کمپرسور جریان محوری توربین یا موتور برقی کوچکتری نیاز دارد که این خود باعث کم شدن هزینه های بعدی می شود.

معایب کمپرسور جریان محوری

اگر چه کمپرسورهای جریان محوری برای جریانهای بالاتری نسبت به کمپرسورهای سانتریفوژ استفاده می شوند اما ارتفاع فرستادن گاز در این کمپرسورها خیلی پایین می باشد و تقریبا کمتر از نصف کمپرسورهای سانتریفوژ است که به این معنی می باشد، فشار خروجی در این نوع کمپرسورها خیلی کمتر از کمپرسورهای سانتریفوژ است. مثلا برای رسیدن به فشار psig 65 به دوازده مرحله فشرده کردن گاز نیاز است که این خود باعث افزایش حجم اشغال شده توسط کمپرسور و سایر هزینه ها می شود. با توجه به موارد ذکر شده نتیجه می شود این کمپرسورها راندمان کمتری نسبت به کمپرسورهای سانتریفوژ دارند.

کمپرسورهای دیافراگمی و نحوه ی کارکرد آن ها

کمپرسورهای دیافراگمی (Diaphragm compressors) جز کمپرسورهای جابجایی مثبت هستند. دیافراگم بطور مکانیکی یا هیدرولیکی به کار انداخته می‌شود. کمپرسورهای دیافراگمی مکانیکی با جریان اندک و فشار پایین یا به عنوان پمپ‌های خلاء مورد استفاده قرار می‌گیرند. کمپرسورهای دیافراگمی هیدرولیکی برای فشار بالا مورد استفاده قرار می‌گیرند. بعلاوه می توان گفت: عملکرد کمپرسورهای دیافراگمی مانند نوعی کمپرسور رفت و برگشتی (reciprocating compressor) است که در آن تراکم گاز با استفاده از یک ممبران انعطاف‌پذیر انجام می‌گیرد.

حرکت به جلو و عقب ممبران توسط یک میله و یک مکانیزم میل لنگ و یا به وسیله یک سیستم هیدرولیکی انجام می‌شود. تنها ممبران و محفظه کمپرسور در تماس با گاز پمپ شده قرار می‌گیرند. به همین دلیل این ساختار برای پمپاژ گازهای سمی و مواد منفجره بسیار مناسب است. ممبران باید به اندازه کافی قابل اعتماد باشد تا تغییر شکل مورد نیاز را تحمل کند. همچنین ممبران باید دارای خواص شیمیایی مناسب و مقاومت دمایی کافی باشد.

کمپرسور رفت و برگشتی چیست و چگونه کار می کند؟

کمپرسور رفت و برگشتی از عمل رفت و برگشت پیستون درون سیلندر برای فشرده سازی گاز تبریدی استفاده می کند. به این صورت که موقعی که پیستون به سمت پایین حرکت می کند، واکیومی درون سیلندر ایجاد می شود. به خاطر فشار در بالای سوپاپ ورودی بیشتر نسبت به فشار پایین آن است سوپاپ ورودی مجبور می باشد که باز شود و گاز تبریدی در سیلندر مکیده می شود. بعد از اینکه پیستون به پایین می رسد موقعیت آن شروع به حرکت به سمت بالا می کند. سوپاپ ورودی بسته می شود گاز تبریدی درون سیلندر به تله می افتد. موقعی که پیستون به سمت بالا در کمپرسور حرکت می کند و فشرده سازی گاز تبریدی ادامه می یابد فشار آن افزایش می یابد. در نقطه معین از فشار توسط نیروهای تبرید نشان داده شده است که سوپاپ خروجی است که باز می شود و هوای تبریدی فشرده شده به خارج از سیلندر جریان می یابد. یکبار پیستون به بالاترین موقعیت می رسد دوباره شروع می کند به سمت پایین حرکت می کند و سیکل دوباره در کمپرسور تکرار می شود.

الکتروموتور رلوکتانسی سوییچی و طرز کار آن

روتور الکتروموتور رلوکتانسی سوییچی یا قطع و وصلی (switched reluctance motor) یا SRM، دارای جریان الکتریکی نمی باشد و این الکتروموتور هیچ جاروبک یا آهن‌ربای دایمی ندارد. به جای آن در اثر ناهمراستایی اندک بین قطب روی روتور با قطب استاتور گشتاور ایجاد می‌شود. روتور خود را با میدان مغناطیسی استاتور هم‌راستا می کند در حالی که سیم‌پیچ‌های میدان استاتور به صورت نوبتی انرژی‌دار می‌شوند که باعث چرخش میدان استاتور می‌گردد.

شار مغناطیسی ایجاد شده توسط سیم‌پیچ‌های میدان مسیر کم‌ترین  رلوکتانس مغناطیسی در الکتروموتور را دنبال می‌کند؛ به این معنی که شار از قطب‌هایی از روتور می‌گذرد که به قطب انرژی‌دار استاتور نزدیک‌تر هستند، در نتیجه آن قطب‌های روتور را مغناطیسی و ایجاد گشتاور می‌کنند. زمانی که روتور می‌چرخد، سیم‌پیچ‌های مختلف دارای انرژی و باعث نگهداری چرخش روتور می‌شوند. در حال حاضر الکتروموتور های رلوکتانسی سوئیچی در لوازم خانگی استفاده می‌شوند.

گیربکس های دستی و تاریخچه آن ها

گیربکس های دستی که به عنوان جعبه‌دنده‌های استاندارد نیز شناخته می‌شوند، عملیات انتقال گشتاور خروجی موتور به چرخ‌ها را، توسط مجموعه‌ای از چرخ‌دنده‌ها انجام می‌دهند، که روی دو میله (شَفت) ورودی و خروجی قرار دارند. گیربکس دستی، (به انگلیسی: Manual transmission) جعبه دنده دستی یا گیربکس دنده‌ای می باشد.

کلاچ مورد استفاده در گیربکس دستی، از نوع خشک بوده و معمولا عملیات انتقال قدرت، توسط پدال کلاچ پایی یا دسته دنده دستی، انجام می شود.

گیربکس های دستی، در مجموع به سه نوع: ۴دنده، ۵دنده و ۶دنده تقسیم می‌شوند. جعبه دنده های ۴ دنده دستی قبلا در خودروی‌های دهه ۱۹۵۰ تا ۱۹۷۰ میلادی استفاده می‌شدند و در حال حاضر در صنعت خودروسازی، عملأ منسوخ شده‌ هستند. چعبه دنده های ۵ و ۶ دنده دستی، در حال حاضر بیشترین کاربرد را در میان اتومبیل‌های استاندارد دارای گیربکس دستی، دارا هستند.

سایر گونه‌های گیربکس، شامل: گیربکس نیمه خودکار، جعبه‌دنده خودکار، گیربکس دنده متغیر پیوسته و مانوماتیک (تک‌واژ چندوجهی از ترکیب دستی و اتوماتیک) می‌باشد.

گیربکس و اجزای داخلی و وظایف هر یک از آن

اجزای داخلی گیربکس

به طور کلی گیربکس یا جعبه دنده به دستگاهی اطلاق می شود که داری اجزای داخلی زیر باشد:

•  شفت ورودی ( خروجی از کلاچ )
•  شفت خروجی ( تمام دنده ها به طور هرز روی آن قرار دارند )
•  برنجی ( هم دور کننده دور دو چرخ دنده برای تعویض دنده )
• توپی ( کشویی روی آن حرکت رفت و بگشتی میکند )
• کشویی ( به دنده ها قفل می شود و موجب تعویض دنده می شود )
• ماهک ( حرکت دسته دنده را به کشویی می دهد )
• محور زیر ( محوری است که دنده ها روی آن پرس شده اند )
•  چرخ دنده های 1 و 2 و 3 ( دنده 4 چرخ دنده ندارد )
•  برنجی ( هم دور کننده دور دو چرخ دنده برای تعویض دنده )

قدرت پس از ورود به گیربکس توسط شفت زیر به محور اصلی انتقال میابد در این موقع هر دنده ای که با کشویی مربوطه خود قفل باشد قدرت خود را از جعبه دنده خارج می کند . روغن مورد استفاده جعبه دنده های معمولی واسکازین نام دارد و غلظتی به مراتب بالاتر از سایر روغن های اتومبیل دارد ( حدود 80 تا 90 ).

وظایف گیربکس

1.  امکان حرکت معکوس برای خودرو
2.  تبدیل گشتاور برای حالت های مختلف
3. امکان درجا کار کردن موتور

گیربکس دور خروجی کلاچ را گرفته و آن را تغییر میدهد ( گشتاور را زیاد یا دور را کم می کند ).

گیربکس و نحوه ی عملکرد مجموعه خورشیدی در آن

اگر یک عضو از مجموعه خورشیدی گیربکس ثابت شود و عضو دیگر گردش کند، حاصل کار افزایش سرعت، کاهش گشتاور و یا کاهش سرعت و حرکت معکوس خواهد بود . نتیجه کار بستگی به این دارد که کدام عضو ثابت بماند و یا کدام عضو بچرخد ، در این رابطه موارد زیر را بررسی می کنیم.

1- کاهش سرعت : اگر چرخ دنده رینگی بچرخد و خورشیدی در گیربکس ثابت باشد، قفسه آهسته تر می شود این حالت دنده دو است .

2- افزایش سرعت 1 : اگر خورشیدی ثابت بماند و قفسه در گیربکس بچرخد نتیجه افزایش سرعت خواهد بود.

3- افزایش سرعت 2 : اگر رینگی ثابت شود و قفسه بچرخد نتیجتا خورشیدی سریع تر از قفسه می چرخد و حاصل افزایش سرعت است .

4- انتقال مستقیم : اگر دو عضو به هم قفل شوند و یا با سرعت مساوی گردش کنند مجموعه چرخ دنده های خورشیدی به صورت یک واحد عمل می کنند و نسبت دور 1:1 می شود .

5- دنده عقب : اگر قفسه ثابت باشد ، خورشیدی بچرخد ، هرز گردها ، هرز می شوند و رینگی را در جهت عکس در گیربکس می چرخاند .

7- خلاص : وقتی هیچ کلاچی درگیر نباشد و هیچ بست و یا قفل کننده ای (باند) درگیر نباشد و هیچ باری بر موتور وارد نمی شود . حالت استارت است.