فهرست
فهرست
از حدود 200 سال پیش، زمانی که نیاز به تراکم گاز در صنعت به وجود آمد، انواع کمپرسور رفت و برگشتی (Reciprocating compressor) همواره یکی از گزینه‌های مورد نظر بوده‌اند. با این وجود، با ظهور انواع دیگر کمپرسور ، مخصوصاً در 50 سال اخیر، استفاده از آنها ممکن است کمتر شده باشد. کمپرسور رفت و برگشتی به راحتی در کاربردهای مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد در حالی که هر نوع از کمپرسورهای دیگر ممکن است برای یک کاربرد خاص مناسب‌تر باشد. مثلاً کمپرسور سانتریفیوژ معمولاً در توان‌های بالای 2 مگاوات، وزن مولکولی گاز بالای 10 و فشار خروجی گاز کمتر از 100 مگاپاسکال مورد استفاده می‌باشد و کمپرسور اسکرو در بازه توان بین 10 تا 500 کیلووات و فشار خروج کمتر از 30 بار ترجیح داده میشوند.
مزایا و معایب کمپرسور رفت وبرگشتی در مقایسه با سایر کمپرسورها
کمپرسور رفت و برگشتی دارای بازده خوبی می‌باشند از این رو که رینگ‌های پیستون آب بندی خوبی را انجام می‌دهند و همچنین انتقال حرارت بسیار پایین باعث می‌شود تا بازده کمپرسور رفت و برگشتی بسیار نزدیک به آیزنتروپیک باشد. در کمپرسورهای سرعت پایین، بازده 85 تا 95 درصد یک عدد معمول است و در کمپرسورهای سرعت بالا این مقدار بین 80 تا 90 درصد می‌باشد. بازده مکانیکی نیز که ناشی از اصطکاک و افت‌های سازه‌ای است معمولاً 95 تا 98 درصد می‌باشد. سایر انواع کمپرسور رفت و برگشتی از این حیث در جایگاه پایین‌تری قرار دارند و در واقع بازده کمتر و نشتی (Leakage) بیشتری را خواهند داشت.
یکی از مزایای همه کمپرسورهای جایجایی مثبت، کارکرد آنها با انواع گازها و حتی چگالی متغیر است که کمپرسورهای رفت وبرگشتی نیز در این گروه قرار دارد. در مقایسه با کمپرسورهای سانتریفیوژ، این کمپرسورها هزینه تعمیرات بیشتری دارند و فضای بیشتری را اشغال می‌کنند. اما در عوض دارای بازده تراکم (Compression Efficiency) بالاتری هستند و فشار خروجی بالاتری را ایجاد می‌کنند. کمپرسورهای سانتریفیوژ برای تراکم گازها با جرم مولکولی کم، توان بیشتری مصرف می‌کنند، به همین دلیل است که کمپرسورهای هیدروژن بزرگ معمولاً از نوع رفت وبرگشتی می‌باشند.
انواع پیکربندی در کمپرسور رفت و برگشتی
در کمپرسورهای بدون کراس هد (Cross Head)، پیستون با استفاده از یک میله اتصال مستقیماً به میل لنگ (Crank Shaft) متصل شده است. در انواع کمپرسور رفت و برگشتی این تردید وجود دارد که گاز نشت کرده از سمت پیستون رینگ‌ها به قسمت میل لنگ وارد شود. بنابراین از این نوع کمپرسورها در دو کاربرد استفاده می‌شود:
1. متراکم کردن هوا و نیتروژن که در واقع نشت میزان کمی از آنها به اتمسفر مشکل خاصی پیش نمی‌آورد
2. فشارهای نسبتاً پایین و برای گازهای سازگار با پوسته میل لنگ که در آن پوسته به صورت hermetic می‌باشد و مانع نشت گاز می‌شود.
این کمپرسورها برای فشار تا 7 بار مورد استفاده قرار می‌گیرند و به صورت کلی برای تراکم گازهای خطرناک و قابل اشتعال مناسب نمی‌باشند.
شکل 2: چیدمان کمپرسور بدون کراس هد چند مرحله‌ای
در کمپرسورهای کراس هد دار، پیستون ابتدا به پیستون راد (Piston Rod) متصل می‌شود و سپس از طریق کراس هد به میل لنگ متصل می‌شود. کراس هد در واقع حرکت چرخشی میل لنگ را به حرکت خطی پیستون راد تبدیل می‌کند. این به این معنی است که این نوع کمپرسور می‌تواند به صورت double act عمل کند. همچنین استفاده از پکینگ (Packing) جهت آب بندی پیستون راد اجازه می‌دهد تا نشت گاز به اتمسفر به صفر برسد.
این مدل کمپرسورها در ابعاد 50 کیلووات تا 2 مگاوات و فشار خروج تا 340 مگاپاسکال مورد استفاده قرار می‌گیرند. این نوع کمپرسورها میتوانند در پیکربندی‌های مختلف از یک تا 10 ترو (throw) داشته باشد که در هر ترو یک یا دو سیلندر به صورت tandem قرار گرفته است و می‌تواند به صورت افقی یا عمودی باشد.
شکل 3 – آرایش کمپرسور چند مرحله‌ای کراس هد دار روی چند ترو (throw)یکی از معمول‌ترین پیکربندی‌های این نوع کمپرسورها افقی به صورت رو در رو (Horizontally Opposed) می‌باشد که شامل 2 ترو باشد. در این حالت نیروها به جز نیروی ناشی از فاصله محوری تروها روی میل لنگ با یکدیگر متعادل میشوند. در این نوع پیکربندی دو و چهار ترو دارای مقدار کمی عدم تعادل (unbalance) می‌باشند ولی در حالت شش ترو تعادل کامل برقرار می‌باشد. معمولاً زمانی که به تعداد فرد مرحله نیاز باشد، یک مرحله بدون کار و فقط شامل وزن در نظر گرفته می‌شود. این پیکربندی در همه سرعت‌های بالا و پایین مورد استفاده می‌باشد.
آرایش سیلندرها در کمپرسور رفت و برگشتی
از انواع دیگر کمپرسور رفت و برگشتی که کمتر مورد استفاده هستند آرایش‌های V، W، L و آرایش شعاعی می‌باشد که به صورت تجربی با کراس هد یا بدون کراس هد برای فشرده سازی هوا یا گاز طبیعی استفاده شده‌اند و امروزه کمتر مورد استفاده هستند.
کمپرسور رفت و برگشتی عمودی برای فرآیندهای گاز طبیعی و سایر گازها در حالت روغنکاری شده و غیر روغنی با آب بند لبیرنت (Labyrinth) برای پیستون‌ها نیز یکی از آرایش‌های رایج کمپرسورهای می‌باشد. در کمپرسورهای لبیرنت دیگر پیستون رینگ برای آب بندی وجود ندارد و البته برای کارکرد باید به صورت عمودی قرار گیرند. کمپرسورهای عمودی معمولاً در کاربردهای گاز خشک مورد استفاده است زیرا ساختار عمودی امکان نشت مایعات را کمتر می‌کند. کمپرسورهای لبیرنتی معمولاً در توان‌های 12 مگاوات و بالاتر برای تراکم گاز خشک استفاده میشوند و برای تراکم هیدروژن که امکان نشت بالایی دارد، کاربرد ندارند. کمپرسورهای عمودی علاوه بر اینها فضای کمتری را در سطح اشغال می‌کنند اما امکان دسترسی (Maintenance) در زمان تعمیرات را مشکل‌تر می‌کنند.
شکل 4- آرایش کمپرسور
سوالات متداول
کمپرسورهای رفت و برگشتی معمولاً در شرایطی به کار میروند که نسبت فشار بالا و در عین حال فلوی کم مورد نیاز بوده و سیال فرآیندی نسبتاً خشک (dry) باشد.
کمپرسورهای رفت و برگشتی بسته به نوع تقسیم بندی میتوانند به انواع کراس هد دار و بدون کراس هد، Single act یا double act و یا بر حسب آرایش سیلندرها به صورت Horizontally opposed یا V-type و… تقسیم شوند.
Loading...