کمپرسور باد جریان محوری چیست؟چه کاربردهایی دارد؟

انواع مختلف کمپرسورهای بادی با ویژگی‌ها و نحوه‌ی عملکرد خود هر یک به شیوه‌ای خاص هوا را فشرده کرده و انرژی مورد نظر را تامین می‌کنند. دو دسته‌ی اصلی این کمپرسورها، یعنی کمپرسور‌های جابه‌جایی مثبت و دینامیکی، هر یک خود انواع مختلف داشته و با مشخصات و ویژگی‌های خاص مورد استفاده قرار می‌گیرند. در این مطلب به معرفی یکی از مدل‌های کمپرسورهای دینامیکی به نام کمپرسور باد جریان محوری پرداخته و ویژگی‌ها، قطعات تشکیل دهنده، نحوه‌ی عملکرد و کاربردهای آن را بررسی خواهیم کرد. در انتهای مطلب نیز با ارائه‌ی برخی از اصلی‌ترین تفاوت‌های کمپرسورهای دینامیکی (کمپرسور محوری و کمپرسور گریز از مرکز) آن‌ها را با هم مقایسه کرده و اطلاعات مفیدی در اختیار شما قرار خواهیم داد.

کمپرسور باد جریان محوری چیست؟

وقتی به حجم زیادی از هوای فشرده با مقدار اسب بخار بسیار زیاد نیاز دارید، یک کمپرسور دینامیک پویا بهترین گزینه برای شما خواهد بود. برخلاف کمپرسورهای جابه‌جایی مثبت که با یک جریان ثابت کار می‌کنند، عملکرد یک کمپرسور دینامیک تحت تأثیر شرایط خارجی از جمله تغییر در دمای ورودی قرار دارد که منجر به تغییر در ظرفیت آن می‌شود. این نوع کمپرسورهای باد پویا در هر دو مدل محوری و شعاعی (گریز از مرکز) در دسترس هستند و به نام توربو کمپرسور باد نیز شناخته می‌شوند.

کمپرسور باد جریان محور نوعی دیگر از کمپرسورهای دینامیک یا پویا هستند که جریان هوا را به صورت مداوم و با فشار ثابت تولید می‌کنند. این کمپرسور باد، محوری دارد که به موجب آن هوا در امتداد شافت (لوله) کمپرسور از طریق تیغه‌های چرخشی و ثابت به صورت ردیفی عبور می‌کند. بدین ترتیب سرعت هوا به تدریج افزایش می‌یابد و پره‌های ثابت انرژی جنبشی را به فشار تبدیل می‌کنند. کمپرسورهای محوری معمولاً از کمپرسورهای سانتریفیوژ معادل آن‌ها کوچک‌تر و سبک‌تر هستند و به طور معمول با سرعت‌ بالاتر کار می‌کنند. آن‌ها برای سرعت جریان ثابت و زیاد با فشار نسبتاً متوسط مورد استفاده قرار می‌گیرند​؛ به عنوان مثال، این کمپرسور باد در سیستم‌های تهویه کاربرد دارد. با توجه به سرعت چرخش بالای این کمپرسورها، آن‌ها در حالت ایده‌آل با توربین‌های گازی برای تولید برق و پیشران هواپیما همراه هستند.

از مهمترین مزایای کمپرسورهای جریان محوری می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

– راندمان بالا

– جریان مستقیم

– افزایش فشار به دلیل افزایش تعداد مراحل

اگرچه این نوع کمپرسورها معایبی نیز دارند از جمله:

– دشواری ساخت و هزینه‌ی بالا

– وزن نسبتاً سنگین

– الزام در قدرت بالا هنگام شروع (این تا حدی توسط کمپرسورهای اسپلیت بهبود پیدا کرده است).

کمپرسور باد محوری برای کاربردهایی که به سرعت جریان بسیار بالایی نیاز دارند و دارای راندمان پلی تروپیک معمولی بیش از 90٪ می‌باشند، مناسب است. طراحی متغیر استوانه یکی از ویژگی‌های اصلی کمپرسورهای محوری‌ می‌باشد. این یک محدوده‌ی جریان عملیاتی گسترده بوده و کاربران را قادر می‌سازد تا نیازهای هوای فرآیند متغیر را با یک درایور موتور با سرعت ثابت برآورده سازند. تعداد ردیف‌های تیغه را می‌توان متناسب با نیازهای فرایند با نسبت فشرده‌سازی معمولی از 3 تا 7 تنظیم کرد. حامل تیغه‌ی استاتور داخلی در یک محفظه‌ی افقی قرار دارد.

قطعات کمپرسور باد جریان محوری و نحوه‌ی عملکرد آن

کمپرسورهای جریان محوری معمولاً در کاربردهای با فشار دیفرانسیل (سر) کم و سرعت جریان زیاد استفاده می‌شوند. یک کمپرسور محوری معمولی از یک درام تشکیل شده است که تیغه‌های کمپرسور به شکل خاص به آن وصل شده‌اند. دیگر اجزای اصلی کمپرسور باد جریان محوری یک روتور و استاتور است؛ اولی تیغه‌های متحرک را حمل می‌کند و دومی ردیف‌‌های ثابت پره‌ها می‌باشد. لذا هر مرحله به طور معمول از یک روتور و یک استاتور تشکیل شده است. روتور یک تیغه‌ی چرخشی است که در تسریع جریان گاز نقش مهمی دارد. استاتور مجموعه‌ای از تیغه‌های ثابت است که نقش آن تبدیل انرژی سرعت به دست آمده در روتور به انرژی فشار می‌باشد، مشابه ترکیبی از پراکندگی پروانه‌ای که در کمپرسورهای گریز از مرکز استفاده می‌شود.

 پره‌های ثابت این کمپرسور باد، انرژی جنبشی سیال را به فشار تبدیل کرده و همچنین جریان را به زاویه‌ای مناسب برای ورود به ردیف بعدی پره‌های متحرک هدایت می‌کنند. هر مرحله از یک ردیف روتور تشکیل شده که به دنبال آن یک ردیف استاتور وجود دارد، معمولا یک ردیف استاتور اضافی در مرحله‌ی اول کارکرد کمپرسور قرار دارد و به منظور هدایت جریان نزدیک به محوری به درستی به ردیف اول پره‌های چرخشی کمک می‌کند. انقباض حلقوی جریان از پایین تا انتهای فشار زیاد کمپرسور وجود دارد. این امر برای حفظ سرعت محوری در سطح معقول و منطقی در طول کمپرسور با وجود افزایش تراکم هوا ضروری است. در یک کمپرسور محوری، سرعت جریان زیاد و افزایش فشار در هر مرحله کم است. این کمپرسورها همچنین از راندمان نسبتاً بالایی برخوردار می‌باشند.

با وجود پیشرفت‌های بسیار در پیکربندی کمپرسور باد محوری، طراحی این کمپرسور همچنان پیچیده است. این کمپرسور می‌بایست به طور هم‌زمان از نظر مکانیزم‌های هوایی‌، ساختاری، نگرانی‌های مربوط به سر و صدا و بسیاری از جنبه‌های فنی دیگر مورد توجه قرار گیرد. با وجود این، استفاده از کمپرسورهای محوری به عنوان دستگاهی با توان تولید هوای فشرده با فشار بسیار زیاد در صنایع و کارخانه‌های بزرگ با ظرفیت‌های بالا جهت تامین انرژی مورد نظر بسیار موثر بوده و نیاز کاربران را برطرف می‌کند.

کاربردهای کمپرسور جریان محوری

با توجه به عملکرد پر قدرت و راندمان بالای کمپرسورهای محوری، این کمپرسورها جزئی جدا نشدنی در طراحی توربین‌های بزرگ گازی مانند موتورهای جت، موتورهای پر سرعت و ایستگاه های قدرت در مقیاس کوچک هستند. آن‌ها همچنین در کاربردهای صنعتی مانند کارخانه‌های جداسازی هوا با حجم زیاد، هوای کوره‌های انفجار، هوای ترکیبی کاتالیزوری سیال و هیدروژن زدایی پروپان مورد استفاده قرار می‌گیرند. به دلیل کارایی بالا، عملکرد بسیار مطمئن و کارکرد انعطاف‌پذیر این کمپرسورها، از آن‌ها در موتورهای هوافضا نیز استفاده می‌شود. در کاربرد موتور جت، این کمپرسور باد با شرایط عملیاتی متنوعی روبه‌رو است؛ در زمین هنگام برخاست، فشار ورودی زیاد و سرعت آن صفر است و کمپرسور با سرعت‌های مختلف می‌چرخد. هنگامی که در پرواز هستید، فشار ورودی افت می‌کند، اما سرعت ورودی (به دلیل حرکت رو به جلو هواپیما) برای بازیابی بخشی از این فشار افزایش می‌یابد. لذا کمپرسور تمایل دارد برای مدت طولانی از یک سرعت واحد استفاده کند.

تفاوت کمپرسورهای محوری با کمپرسورهای گریز از مرکز

– برخلاف کمپرسور باد گریز از مرکز، کمپرسورهای جریان محوری جهت گاز را تغییر نمی‌دهند: گاز به طور معمول وارد یک کمپرسور در جهت محوری (موازی با محور چرخش) می‌شود، ابتدا شتاب گرفته و سپس پخش می‌گردد تا فشار آن افزایش یابد و فشرده گردد.

– کمپرسورهای گریز از مرکز نسبت به کمپرسورهای محوری طراحی و ساخت ساده‌تری دارند. در حالی که کمپرسورهای جریان محوری معمولا پیچیده‌تر و در عین حال گران‌تر هستند.

– کمپرسورهای باد گریز از مرکز می‌توانند در مقایسه با کمپرسورهای محوری جریان گاز بسیار کمتری تولید کنند.

– کمپرسورهای گریز از مرکز اغلب با یک مرحله تراکم واحد می‌توانند فشار دیفرانسیل بیشتری ایجاد کنند.

– یک کمپرسور محوری تک مرحله‌ای در افزایش فشار گاز چندان مؤثر نیست. از این رو اغلب از مدل چندگانه‌ی کمپرسورهای محوری برای دستیابی به فشرده سازی مطلوب استفاده می‌شود.

– کمپرسورهای گریز از مرکز در جایی که به کمپرسوری با طراحی و ساخت ساده‌تر نیاز باشد ترجیح داده می‌شوند.

– کمپرسورهای محوری با کارایی بیشتری نسبت به کمپرسور باد گریز از مرکز کاربردهای گسترده‌تری دارند و در مواردی که نیاز به جریان گاز بالاتر و نسبت فشار بیشتری باشد ترجیح داده می‌شوند.