ایستگاه تقویت فشار گاز

عوامل موثر بر فشار گاز

  • مسافت طی شده گاز
  • اصطکاک
  • ارتفاع جغرافیایی و طراحی لوله

آشنایی با ایستگاه های کمپرسور گاز طبیعی

ایستگاه های کمپرسور بخشی جدایی ناپذیر از شبکه خط لوله گاز طبیعی هستند که گاز طبیعی را از سایت های تک تولید چاه به کاربران نهایی منتقل می کند.

ایستگاه های کمپرسور بخشی جدایی ناپذیر از شبکه خط لوله گاز طبیعی هستند که گاز طبیعی را از سایت های تک تولید چاه به کاربران نهایی منتقل می کند. همانطور که گاز طبیعی در یک خط لوله حرکت می کند، فاصله، اصطکاک و اختلاف ارتفاع، حرکت گاز را کند می کند و فشار را کاهش می دهد. ایستگاه های کمپرسور به صورت استراتژیک در شبکه خط لوله جمع آوری و حمل و نقل قرار می گیرند تا به حفظ فشار و جریان گاز به بازار کمک کنند.

اجزای یک ایستگاه کمپرسور

گاز طبیعی از طریق لوله‌های حیاط ایستگاه وارد ایستگاه کمپرسور می‌شود و از اسکرابرها و فیلترها برای استخراج مایعات و حذف جامدات یا سایر ذرات معلق موجود در جریان گاز عبور می‌کند (شکل 1). هنگامی که جریان گاز طبیعی تمیز شد، از طریق لوله کشی اضافی به کمپرسورهای جداگانه هدایت می شود. رایانه ها جریان و تعداد واحدهایی را که برای رسیدگی به نیازهای جریان سیستم برنامه ریزی شده مورد نیاز است، تنظیم می کنند. اکثر واحدهای کمپرسور به صورت موازی کار می کنند، با واحدهای کمپرسور مجزا فشار اضافی مورد نیاز را قبل از هدایت مجدد گاز به خط لوله با بازیابی فشار عملیاتی کامل فراهم می کنند. هنگامی که بوست مورد نیاز در فشار بسیار زیاد است، ممکن است چندین واحد کمپرسور به صورت مرحله‌ای (مجموعه) برای دستیابی به فشار مورد نظر به صورت مرحله‌ای کار کنند.

همانطور که گاز طبیعی فشرده می شود، گرما تولید می شود و باید قبل از خروج از تاسیسات کمپرسور، جریان گاز خنک شود. به ازای هر 100 psi افزایش فشار، دمای جریان گاز 7-8 درجه افزایش می یابد. اکثر ایستگاه های کمپرسور دارای یک سیستم خنک کننده هوایی برای دفع گرمای اضافی هستند (یک کولر “پس از”). گرمای تولید شده توسط عملکرد واحدهای کمپرسور جداگانه از طریق یک سیستم خنک کننده آب بندی شده مشابه رادیاتور خودرو پخش می شود.

در مناطق مرطوب گاز یا مناطقی که مایعات گاز طبیعی (NGLs) تولید می کنند، تغییرات فشار و دما باعث خروج برخی از مایعات می شود. مایعاتی که خارج می شوند در مخازن گرفته شده و به خارج از سایت منتقل می شوند. مایعات گرفته شده به عنوان بنزین طبیعی یا گاز قطره ای نامیده می شود که اغلب به عنوان ترکیبی در بنزین موتور استفاده می شود.

سوخت بیشتر ایستگاه‌های کمپرسور توسط بخشی از گاز طبیعی که از طریق ایستگاه جریان می‌یابد تامین می‌شود، اگرچه در برخی مناطق کشور، ممکن است همه یا برخی از واحدها عمدتاً به دلایل محیطی یا امنیتی از برق استفاده کنند. کمپرسورهای گازسوز ممکن است توسط موتورهای پیستونی معمولی یا واحدهای توربین گاز طبیعی به حرکت درآیند. طراحی سایت و تفاوت های عملیاتی، و همچنین انتشار هوا و صدا منحصر به فرد، بین این فن آوری های موتور کمپرسور رقیب وجود دارد.

ممکن است یک یا چند واحد کمپرسور مجزا در یک ایستگاه وجود داشته باشد که می‌تواند در فضای باز یا اغلب در یک ساختمان برای تسهیل تعمیر و نگهداری و مدیریت صدا قرار گیرد. واحدهای جدیدتر اغلب در هر ساختمان یک واحد قرار می گیرند، اما ممکن است چندین واحد در یک ساختمان بزرگ وجود داشته باشد. ساختمان‌های کمپرسور معمولاً دارای دیوارهای عایق، سیستم‌های اگزوز محافظ و فن‌آوری پیشرفته فن برای کاهش صدا هستند. ساختمان‌های کمپرسور تازه ساخته شده ممکن است این ویژگی‌ها را در مواردی که مقررات محلی، ایالتی یا فدرال نیاز به کاهش نویز دارند، داشته باشند (شکل 2).

ایستگاه تقویت فشار گاز
شکل 2. داخل ساختمان کمپرسور. با حسن نیت از تیم آموزش مارسلوس

محوطه ایستگاه های کمپرسور برای خطوط جمع آوری اغلب بزرگتر از کمپرسورهای خطوط انتقال است زیرا خطوط لوله متعددی وارد مجتمع می شوند و در برخی موارد تجهیزات اضافی برای فیلتر کردن و حذف مایعات از جریان گاز مورد نیاز است (شکل 3). سایر اجزای یک مجموعه کمپرسور شامل ژنراتورهای پشتیبان، تجهیزات اندازه گیری گاز، سیستم های تصفیه گاز و نظارت بر سیستم و کنترل های ایمنی است. همچنین ممکن است تجهیزات بویایی برای افزودن مرکاپتان وجود داشته باشد که بوی گوگرد متمایزی را برای گاز طبیعی فراهم می کند.

ایستگاه تقویت فشار گاز
شکل 3. محوطه ایستگاه فشرده سازی. با اجازه Spectra Energy

1. لوله کشی حیاط ایستگاه 2. جداکننده فیلتر / اسکرابر 3. واحد کمپرسور 4. سیستم خنک کننده گاز 5. سیستم روغن روغن 6. صدا خفه کن (خفه کن اگزوز) 7. سیستم گاز سوخت 8. ژنراتور پشتیبان

مجوز و چارچوب نظارتی

ایستگاه های کمپرسور بسته به نوع خط لوله خدمات کمپرسور در سطح فدرال یا ایالتی مجاز و تنظیم می شوند. برای این نشریه، دو نوع اساسی از سیستم های خط لوله/کمپرسور مورد بحث قرار خواهد گرفت: سیستم های جمع آوری و سیستم های انتقال بین ایالتی. لازم به ذکر است که هدف، نه اندازه لوله است که تعیین می کند خط لوله یک خط جمع آوری یا بین ایالتی است.

ایستگاه های کمپرسور در سیستم جمع آوری

خطوط جمع‌آوری معمولاً خطوط لوله با قطر کمتر (معمولاً در محدوده 6 تا 20 اینچ) هستند که گاز طبیعی را از دهانه چاه به تأسیسات پردازش گاز طبیعی یا اتصالی با خط لوله بزرگ‌تر منتقل می‌کنند. خطوط جمع آوری در سطح ایالتی تنظیم می شود و ایستگاه های کمپرسور که بخشی از یک سیستم تجمع هستند نیز توسط ایالت تنظیم می شوند. در پنسیلوانیا، وزارت حفاظت از محیط زیست (PA DEP) مسئول صدور مجوز و مقررات زیست محیطی در طول برنامه ریزی و ساخت کمپرسور سیستم جمع آوری است. بخش ایمنی گاز کمیسیون خدمات عمومی پنسیلوانیا (PA PUC) مسئول نظارت بر ایمنی در طول ساخت و ساز و بهره برداری از مکان های کلاس 2، کلاس 3، و کلاس 4 است. مقررات PA PUC شامل مشخصات مواد و طراحی، بازرسی در محل، و بررسی رویه‌های نگهداری و ایمنی شرکت است.

گاز طبیعی در یک سیستم جمع‌آوری بسته به فشار چاه‌های تغذیه‌کننده سیستم و مسافتی که گاز از سر چاه تا کمپرسور طی می‌کند، می‌تواند با فشارهای مختلفی به ایستگاه کمپرسور برسد. صرف نظر از فشار ورودی، گاز باید تنظیم یا فشرده شود تا فشار انتقال (به طور کلی 800 تا 1200 psi) قبل از اینکه بتواند وارد یک سیستم انتقال بین دولتی شود. از آنجایی که الزامات فشرده سازی می تواند در سیستم جمع آوری قابل توجه باشد، این سیستم های کمپرسور عموماً تأسیسات بزرگی هستند که از 6 تا 12 کمپرسور در چندین ساختمان تشکیل شده اند. بسیاری از این ایستگاه‌های کمپرسور سیستم جمع‌آوری، با حفر چاه‌های بیشتری در یک منطقه، بزرگ‌تر می‌شوند و تقاضا برای فشرده‌سازی افزایش می‌یابد. نیاز زمین دائمی یک کمپرسور سیستم جمع‌آوری معمولاً 5 تا 15 هکتار است، اما با توجه به شیب زمین و سایر عوامل می‌تواند از این مقدار نیز فراتر رود.

ایستگاه های کمپرسور در سیستم انتقال بین ایالتی

خطوط لوله انتقال عموماً خطوط لوله با قطر وسیع (20 تا 48 اینچ) هستند که گاز طبیعی را از مناطق تولید به مناطق بازار منتقل می کنند. این خطوط لوله بین ایالتی گاز طبیعی را از مرزهای ایالتی عبور می دهد – در برخی موارد، در سراسر کشور آزاد است. کمیسیون تنظیم مقررات انرژی فدرال (FERC) بر مکان، ساخت و بهره برداری از خطوط لوله و کمپرسورهای بین ایالتی اختیار دارد. فرآیند بررسی FERC شامل بررسی محیطی، ارزیابی جایگزین‌های سایت، و ارتباط با مالکان زمین و مردم است.

هنگامی که ایستگاه های کمپرسور بین ایالتی تحت نظارت فدرال عملیاتی شدند، ایمنی ایستگاه توسط وزارت حمل و نقل ایالات متحده (DOT) تنظیم، نظارت و اجرا می شود. در DOT، اداره ایمنی خطوط لوله و مواد خطرناک (PHMSA) مسئول اجرای استانداردهای طراحی، ساخت، بهره برداری، نگهداری، آزمایش و بازرسی مناسب است.

خطوط انتقال بین ایالتی در سطح فدرال تنظیم می شوند و ایستگاه های کمپرسور که بخشی از یک سیستم انتقال بین ایالتی هستند نیز تحت نظارت فدرال هستند. تاسیسات کمپرسور بین ایالتی به طور کلی باید با مقررات محلی و ایالتی مطابقت داشته باشد. با این حال، اگر تضاد وجود داشته باشد، مقررات سختگیرانه تری حاکم خواهد شد.

گاز طبیعی در یک خط لوله بین ایالتی عموماً در حال حاضر 800 تا 1200 psi تحت فشار است. برای اطمینان از ادامه جریان بهینه گاز، باید به صورت دوره ای فشرده شده و از طریق خط لوله رانده شود. اصطکاک و اختلاف ارتفاع گاز را کاهش می دهد و فشار را کاهش می دهد، بنابراین ایستگاه های کمپرسور معمولاً در فاصله 40 تا 70 مایلی از هم در امتداد خط لوله قرار می گیرند تا فشار را افزایش دهند. از آنجایی که آنها فقط فشار را افزایش می دهند، کمپرسورهای سیستم انتقال بین ایالتی معمولاً در مقایسه با کمپرسورهای سیستم جمع آوری امکانات کوچک تری هستند. یک تأسیسات معمولی ممکن است از دو واحد کمپرسور (یکی عملیاتی و دیگری که به عنوان واحد پشتیبان عمل می کند) در یک ساختمان واحد تشکیل شده باشد. نیاز معمولی زمین دائمی یک کمپرسور بین ایالتی 4 تا 5 هکتار است.

ملاحظات ایمنی

ایستگاه های کمپرسور از انواع سیستم ها و شیوه های ایمنی برای محافظت از مردم و کارکنان ایستگاه در مواقع اضطراری استفاده می کنند. به عنوان مثال، هر ایستگاه دارای یک سیستم خاموش کردن اضطراری (ESD) متصل به یک سیستم کنترل است که می تواند شرایط غیرعادی مانند افت فشار پیش بینی نشده یا نشت گاز طبیعی را تشخیص دهد (شکل 4). این سیستم‌های اضطراری به‌طور خودکار واحدهای کمپرسور را متوقف می‌کنند و لوله‌های گاز ایستگاه کمپرسور را ایزوله و تخلیه می‌کنند (گاهی اوقات به عنوان ضربه‌ای به پایین گفته می‌شود). مقررات ایجاب می کند که ایستگاه های کمپرسور به طور دوره ای سیستم خاموش شدن اضطراری را آزمایش و نگهداری کنند تا از قابلیت اطمینان اطمینان حاصل شود. برای مالکان زمین، همسایگان و اولین پاسخ دهندگان توصیه می شود که با سیستم های ایمنی، روش های آزمایش و پروتکل های واکنش اضطراری برای ایستگاه های کمپرسور در منطقه خود آشنا شوند.

ایستگاه تقویت فشار گاز
شکل 4. شیر قطع اضطراری در خط لوله ورودی. با حسن نیت از تیم آموزش مارسلوس

بو دادن

گاز طبیعی یک گاز بی رنگ و بی بو است، بنابراین یک ماده خوشبو کننده، معمولا مرکاپتان، به عنوان یک مکانیسم ایمنی اضافی به جریان گاز اضافه می شود. بوی‌دادن گاز طبیعی در سیستم‌های انتقال بین ایالتی و جمع‌آوری تحت عنوان 49، بخش 192 قانون مقررات فدرال تنظیم می‌شود که خطوط انتقال در مناطق پرجمعیت (محل‌های کلاس 3 و 4) را ملزم می‌کند که بو داده شوند. مناطق با پیامد بالا مشمول لایه‌های مقررات اضافی برای تضمین امنیت عمومی هستند. “محل کلاس” اصطلاحی است که در مقررات برای نشان دادن تراکم جمعیت اطراف خط لوله استفاده می شود. مکان کلاس با تعداد واحدهای مسکونی در 220 یارد در یک مایل کشویی خط لوله تعیین می شود. کلاس‌های 3 و 4 آن مکان‌هایی هستند که دارای 46 ساختمان یا بیشتر یا ساختمانی هستند که توسط 20 نفر یا بیشتر، حداقل 5 روز در هفته به مدت 10 هفته (مدارس، مراکز اجتماعی و غیره) اشغال شده است. خطوط لوله حمل و نقل در مکان های کلاس 1 و 2 – مناطق روستایی با کمتر از 46 ساختمان در هر مایل کشویی – از مقررات بویایی مستثنی هستند. به طور عملی، گازی که برای یک مکان کلاس 3 یا 4 “بالا دست” بو داده می شود، هنگام عبور از مناطق کلاس 1 و 2، مقداری از بو را در جریان گاز حفظ می کند.

جدول 1. تنظیم ایستگاه کمپرسور. ماتریس زیر به عنوان یک نمای کلی از پارامترهای ایستگاه کمپرسور که تنظیم شده اند و آژانس های درگیر ارائه شده است.
کمپرسورهای سیستم جمع آوری (PA) کمپرسورهای سیستم بین ایالتی (فدرال)
آژانس مقررات آژانس مقررات
انتشارات هوا PA DEP مجوز تجدید نظر شده GP-5 EPA و PA DEP قانون هوای پاک
انتشار نویز هیچ یک* *شهرداری ها ممکن است احکامی برای سروصدای محلی داشته باشند که برای ایستگاه های کمپرسور در شهرداری اعمال می شود در هر منطقه حساس به صدا (NSA) مانند مدارس، بیمارستان ها یا محل سکونت، نویز نباید از میانگین سطح روزانه 55 دسی بل تجاوز کند.
فرسایش و رسوب PA DEP فصل 102: مقررات کنترل فرسایش و آلودگی رسوبی FERC FERC با همکاری مناطق حفاظتی شهرستان برای اجرای این مقررات کار می کند
نشستن PA DEP (محدود) فصل 105: آبراه ها و تالاب های مجاز FERC محدوده FERC، بررسی محیطی، و ورودی عمومی
لرزش هیچ یک FERC شرکت ها ملزم به رعایت قانون FERC در 18CFR 380.12(k)(4)(v)(B) هستند تا اطمینان حاصل کنند که هیچ افزایشی در لرزش محسوس ناشی از عملیات وجود ندارد.
بهره برداری، نگهداری و ایمنی PA PUC مشخصات مواد و طراحی، بازرسی در محل، بررسی مراحل نگهداری و ایمنی US DOT PHMSA مشخصات مواد و طراحی، بازرسی در محل، بررسی مراحل نگهداری و ایمنی
ورودی عمومی PA DEP 45 روز مهلت اظهار نظر در مورد مجوزهای عمومی پیشنهادی FERC

PA DEP

عموم ممکن است در طول چندین مرحله از فرآیند بررسی FERC، ورودی یک ایستگاه کمپرسور پیشنهادی را ارسال کنند

25 پا کد 127.621
25 پا کد 127.44

ملاحظات جامعه و مالک زمین

اگرچه برخی از قراردادهای اجاره نفت و گاز و قراردادهای حق ارتفاق خط لوله ممکن است اجازه ساخت ایستگاه های کمپرسور را در زمین اجاره ای بدهد، اغلب قراردادهای ایستگاه کمپرسور به عنوان یک قرارداد جداگانه با مالک زمین مذاکره می شود. هنگام معامله با قراردادهای اجاره معدنی، حق تقدم یا سایر قراردادها، به طور کلی توصیه می شود که قرارداد تا حد امکان محدود باشد و اجازه قرار دادن سازه های سطحی – مانند ایستگاه های کمپرسور – در داخل قرارداد داده نشود. با انجام این کار، مالک زمین ممکن است بتواند ارزش اضافی را از اجاره کمپرسور دریافت کند و می تواند بر روی شرایط مذاکره که منحصر به اجاره یا فروش کمپرسور است (یا به طور کلی از آن اجتناب کند) تمرکز کند. به عنوان مثال، موقعیت مکانی سایت، کاهش صدا، ترافیک و محدودیت های روشنایی ممکن است ملاحظات مهمتری در یک سایت کمپرسور نسبت به سایر قراردادها باشد. اگر یک ایستگاه کمپرسور قبلاً در قرارداد اجاره مواد معدنی یا قرارداد خط لوله گنجانده شده باشد، مالک زمین ممکن است بخواهد از اپراتور یک قرارداد استفاده سطحی برای ارائه دستورالعمل‌ها و محدودیت‌هایی برای ساخت ایستگاه کمپرسور بخواهد. با این حال، قبل از اینکه قرارداد اجاره معدنی را امضا کنید، معمولاً مذاکره در این مورد آسان تر است. برای اطلاعات بیشتر در مورد اجاره مواد معدنی و ملاحظات حق تقدم، به انتشارات Penn State Extension “راهنمای مالکان زمین برای اجاره زمین در پنسیلوانیا” و “مذاکره در مورد حقوق راه اندازی خط لوله در پنسیلوانیا” مراجعه کنید.

اجاره یا فروش سایت؟

اپراتورهای کمپرسور ممکن است ترجیح دهند که ملک را به جای اجاره زمینی که در آن ایستگاه کمپرسور ساخته شده است، داشته باشند. مالکان زمین باید پیامدهای فروش در مقابل اجاره ملک خود را برای ایستگاه کمپرسور در نظر بگیرند. فروش سایت ممکن است برخی از نگرانی های مالکان مانند مسئولیت، مالیات بر دارایی، تجاوز و احیای سایت را کاهش دهد. پرداخت برای فروش یک سایت معمولاً از قبل و به طور کامل بدون امکان پرداخت اضافی و مداوم انجام می شود.

اجاره ملک ممکن است کنترل بیشتری را بر ملاحظات مکان یابی و طراحی ایستگاه کمپرسور به مالک زمین بدهد. یک مالک زمین ممکن است برای کاهش اختلالات صدا و بینایی به بافر نیاز داشته باشد. لیزینگ ممکن است به مالکان زمین در مراحل ساخت و ساز و عملیات ایستگاه کمپرسور اهرم بیشتری بدهد – یک شرکت میان جریان اجاره ای ممکن است سریعتر به مالک زمینی که از او اجاره می دهد پاسخ دهد. در هر صورت، برای صاحبان زمین مهم است که این توافق را در نظر بگیرند و اینکه چگونه ممکن است بر درآمد و سبک زندگی آنها تأثیر بگذارد. عوارض مالیات بر درآمد و مالیات بر دارایی نیز باید در تصمیم برای اجاره یا فروش در نظر گرفته شود.

ارزش گذاری

ارزش یک سایت برای ایستگاه کمپرسور چقدر است؟ پاسخ می تواند به طور قابل توجهی بسته به مکان و آستانه مالک زمین برای مذاکره در مورد شرایط و ضوابط فروش قرارداد اجاره متفاوت باشد. اگر شرایط رعایت نشود، آیا مالک زمین حاضر به سازش است؟ مالکان زمین باید در نظر بگیرند که آیا پروژه با زمین، شیوه زندگی و/یا عملیات کشاورزی آنها تداخل خواهد داشت یا خیر. برخی از مواردی که در مذاکره بر سر قیمت باید در نظر گرفته شود ممکن است شامل موارد زیر باشد:

  1. مقدار زمین مورد نیاز
  2. میزان زمین مختل شده (موقت و دائم)
  3. ارزش املاک و مستغلات زمین
  4. تأثیر بر استفاده و ارزش سطح زیر کشت باقیمانده شما
  5. تداخل بالقوه در عملیات کشاورزی
  6. ارزش اجاره و فروش اخیر سایت کمپرسور در منطقه شما

به یاد داشته باشید، هیچ مبلغ دلاری مشخصی وجود ندارد که یک مالک زمین باید آن را بپذیرد، اما ارزش اجاره و فروش اخیر سایت، نشانه ای کلی از آنچه صنعت حاضر است برای قراردادهای مشابه در منطقه شما بپردازد، ارائه می دهد.

برنامه پاک و سبز

Clean and Green یک ارزیابی ترجیحی از مالیات بر دارایی است که حفظ مزرعه، جنگل و زمین های باز در پنسیلوانیا را تشویق می کند. قانون پاک و سبز اجازه می دهد بخشی از دارایی که برای عملیات نفت و گاز کنار گذاشته شده است بدون جریمه کنار گذاشته شود که بر کل دارایی تأثیر می گذارد. بخشی از دارایی تحت تأثیر مالیات های برگشتی (حداکثر 7 سال و هزینه 6 درصد سود ساده) خواهد بود و در آینده به ارزش کامل بازار ارزیابی می شود. مالکان زمینی که در Clean and Green یا هر برنامه حفاظتی یا حفاظتی دیگری ثبت نام کرده‌اند، باید در نظر داشته باشند که یک مشاور حقوقی بررسی کرده و توافقنامه را اصلاح کنند که بیان می‌کند اجاره‌دهنده یا خریدار پرداخت هرگونه مالیات یا جریمه معوقه‌ای را که در نتیجه توافق ارزیابی می‌شود، متقبل می‌شود.

ملاحظات سایت

سایت های ایستگاه کمپرسور از نظر تعداد جریب های مختل شده در طول فاز ساخت و ساز و زمین هایی که به طور دائم در طول عملیات استفاده می شود، بسیار متفاوت است. (شکل 5). این می تواند از 3 هکتار تا بیش از 20 هکتار در هر سایت متغیر باشد. یک سایت کمپرسور سیستم جمع آوری متوسط ​​ساخته شده در چند سال اخیر ممکن است 12 تا 15 هکتار باشد، اما جابجایی زمین، انباشت خاک و جاده های دسترسی به کل سطح زیرکشت مختل می شود. ممکن است مالکان زمین بخواهند محدودیتی برای هکتارهای مختل شده و مقدار زمین مجاز برای استفاده دائمی را مشخص کنند. مناطق برای استفاده موقت یا حق تقدم ساخت باید به وضوح از نظر کاربری و مدت زمانی که برای آن مناسب است مشخص شود (به عنوان مثال، “موقت” در یک توافقنامه تعریفی ندارد تا زمانی که مالک زمین پارامترهایی را تعیین کند. به عنوان 6 ماه یا 1 سال).

ایستگاه تقویت فشار گاز
شکل 5. ایستگاه کمپرسور. با حسن نیت از مرکز مارسلوس برای توسعه و تحقیقات

انتشار صدا

کمپرسورها بسته به نوع کمپرسور، فناوری های کاهش صدا، شیب زمین اطراف کمپرسور و عوامل دیگر می توانند مقدار قابل توجهی نویز تولید کنند. صاحبان زمین ممکن است بخواهند سر و صدا را در نظر بگیرند زیرا در هنگام مذاکره برای یک قرارداد ایستگاه کمپرسور بر آنها و همسایگانشان تأثیر می گذارد. اپراتورهای ایستگاه کمپرسور اغلب سطوحی از کاهش نویز را در طراحی سایت خود لحاظ می کنند، اما مالک زمین ممکن است بخواهد حداقل استانداردها را در قرارداد اجاره یا فروش خود لحاظ کند.

در حال حاضر FERC نیاز دارد که سطح نویز در نزدیکترین منطقه حساس به نویز (NSA) نباید بیشتر از 55 دسی بل میانگین سطح صدا در روز/شب (dBA Ldn) باشد. مناطق حساس به صدا شامل اقامتگاه های اشغال شده، عبادتگاه ها و مکان های دیگر می شود. این الزام تنها بر ایستگاه‌های کمپرسوری که توسط FERC تنظیم می‌شوند، تأثیر می‌گذارد، که شامل سیستم خط لوله بین ایالتی در پنسیلوانیا می‌شود، اما کمپرسورهایی که به خطوط جمع‌آوری متصل هستند را شامل نمی‌شود. برخی از شهرداری ها (شهرستان ها، شهرستان ها، بخش ها) قوانین خاص خود را دارند که سر و صدا را محدود می کند. اگر حکمی وجود دارد، در نظر بگیرید که از مقامات شهرداری خود یک نسخه از این فرمان را بخواهید.

هیچ قانون اساسی ایالتی وجود ندارد که بر انتشار نویز از ایستگاه های کمپرسور در پنسیلوانیا حاکم باشد. اگر تسهیلات پیشنهادی تحت صلاحیت FERC نباشد و شهرداری مقررات مربوط به صدا را در اختیار نداشته باشد، مالکان زمین باید حداقل استانداردها را در قرارداد اجاره/فروش خود اضافه کنند. مالکان زمین همچنین ممکن است توسعه مسکونی آینده در منطقه سایت کمپرسور پیشنهادی را در نظر بگیرند. یکی از ملاحظات این است که یک محدودیت نویز در لبه محل کمپرسور قرار دهید (به عنوان مثال، حداکثر 60 dBA Ldn از لبه محل کمپرسور) به جای محدودیت برای نزدیکترین ناحیه حساس به نویز.

جدول 2. مثال های مقایسه ای از سطوح صدا. (به کاهش شنوایی ناشی از سر و صدا در کشاورزی )
سطوح صدا بر حسب dBA عمومی کشاورزی
0 آستانه شنوایی (ضعیف ترین صدا)
40 دفتر آرام، کتابخانه
50-60 مکالمه معمولی
55-70 ماشین ظرفشویی
74-112 تراکتور
77-120 اره برقی
79-89 ماشین چمن زن سواری
80-105 ترکیب کنید
81-102 خشک کن غلات
83-116 هواپیما گردگیری محصولات کشاورزی
85-106 سمپاش باغ
85-115 خوک جیغ می کشد
88-94 تراکتور باغ
93-97 آسیاب غلات
110 برگروب
110-130 کنسرت موسیقی راک
125 هواپیمای جت در رمپ

منابع: کاهش شنوایی در کارگران کشاورزی ، شورای ملی ایمنی، Itasca، IL; لیگ برای افراد سخت شنوا، نیویورک، نیویورک.

کیفیت هوا

بیشتر ایستگاه‌های کمپرسور گاز طبیعی توسط موتورهای احتراقی کار می‌کنند که گازهای خروجی اگزوز را به اتمسفر تخلیه می‌کنند. در سال 2013، PA DEP استانداردهای انتشار سخت گیرانه تری را برای ایستگاه های کمپرسور از طریق یک GP-5 بازنگری شده اجرا کرد. PA DEP یک برنامه جامع کاهش انتشار گازهای گلخانه ای برای عملیات فشرده سازی و پردازش گاز طبیعی ایجاد کرده است.

PA DEP فرم صدور گواهینامه انطباق و کاربرگ نمونه را برای کمک به صنعت تحت نظارت در ارائه گواهینامه های انطباق تا اول مارس هر سال ایجاد کرده است. سازمان حفاظت محیط زیست ایالات متحده همچنین انتشار گازهای گلخانه ای از ایستگاه های کمپرسور را بر اساس قوانین موجود در قانون هوای پاک تنظیم می کند.

ایستگاه های کمپرسور می توانند منبع بالقوه انتشار متان باشند. در سال 2012، EPA تخمین زد که حدود 45 درصد از انتشار متان در بخش حمل و نقل و ذخیره سازی گاز طبیعی از کمپرسورهای متقابل سنتی است (EPA تخمین زد که بخش حمل و نقل و ذخیره سازی مسئول 27 درصد از انتشار متان کلی از نفت و گاز است. صنعت). برای مهار انتشار متان در صنعت نفت و گاز، EPA برنامه Natural Gas STAR را توسعه داد که یک مشارکت داوطلبانه و انعطاف‌پذیر برای تشویق شرکت‌های نفت و گاز طبیعی به اتخاذ فناوری‌ها و شیوه‌های مقرون‌به‌صرفه برای کاهش انتشار متان است. بسیاری از شرکت‌های این صنعت به برنامه Gas STAR پیوسته‌اند و در حال اجرای روش‌ها و فناوری‌های کاهش متان هستند. EPA اخیراً برنامه Gas STAR Gold را برای شناسایی تأسیساتی که مجموعه جامعی از پروتکل‌ها را برای کاهش انتشار متان اجرا می‌کنند، اعلام کرده است. برنامه Gas STAR Gold قرار است در سال 2015 راه اندازی شود.

علاوه بر الزامات مجوز کیفیت هوای ایالتی، ایستگاه های کمپرسور حوزه قضایی FERC تحت بازنگری تحت قانون سیاست ملی محیط زیست (NEPA) قرار می گیرند. سند زیست محیطی FERC هم به انتشارات هوای ساختمانی و عملیاتی از ایستگاه کمپرسور و هم به خاک، بازسازی سایت و اثرات بصری می پردازد.

نور و ترافیک

نور و ترافیک در داخل و اطراف تاسیسات کمپرسور می تواند در طول ساخت و ساز و بهره برداری قابل توجه باشد. ترافیک تا حدودی یک مسئله اجتناب ناپذیر است زیرا تجهیزات، مواد و کارگران هر روز به محل سفر می کنند. یک مالک زمین ممکن است بتواند در مورد محدودیت تردد کامیون های سنگین و جابجایی تجهیزات به و از سایت در ساعات خاصی (مثلاً در ساعات شبانه) مذاکره کند.

درخشش آسمان یا آلودگی نوری، روشن شدن آسمان شب است که در اثر نور مصنوعی پراکنده شده توسط ذرات ریز در هوا مانند قطرات آب و غبار ایجاد می شود. روش‌های کاهش آلودگی نوری شامل نوردهی مستقیم و استفاده از چراغ‌های محافظ می‌شود تا نور کمتری به مکان‌هایی که نیاز یا نیازی به آن نیست فرار کند. نورپردازی جهت دار و چراغ های محافظ نکاتی هستند که می توانند در قرارداد اجاره/فروش سایت مورد توجه قرار گیرند.

اصلاح خاک و احیای سایت

اختلال و فشردگی قابل توجه خاک اغلب در حین ساخت و ساز در منطقه کاری موقت اطراف محل کمپرسور رخ می دهد. این می تواند منجر به کاهش عملکرد محصول در خاک های کشاورزی و کاهش رشد درختان در خاک های جنگلی برای چندین سال شود. باید اقداماتی برای به حداقل رساندن فشردگی خاک در طول فرآیند ساخت و ساز و کاهش تراکم در طول بازسازی انجام شود. چنین مراحلی شامل استفاده از تجهیزات ساختمانی با فشار کم زمین و توقف عملیات زمانی که خاک مرطوب است و بیشترین آسیب را در برابر نیروهای فشرده دارد. پس از تعویض مواد زیرزمینی و درجه بندی ارتفاق، کل منطقه باید عمیقاً تا عمق 16 اینچ کنده شود تا خاک زیرین در معرض باز شود. پس از آن، خاک سطحی انباشته شده باید از طریق حق التفات جایگزین شود، و دوباره اقدامات لازم برای جلوگیری از تراکم انجام شود. سپس خاک سطحی جایگزین شده باید با شکاف عمیق تا عمق 16 اینچ شل شود و در خاک های کشاورزی، سنگ هایی که به سطح آمده باید جمع آوری و حذف شوند. بازیابی بهره وری کامل از خاک های کشاورزی گاهی اوقات می تواند با ترکیب کمپوست یا کود در خاک سطحی تسریع شود.

تاثیر بصری بر منظره

سایت های کمپرسور اغلب پس از ساخته شدن می توانند تأثیر بصری ماندگاری بر چشم انداز ایجاد کنند. چندین استراتژی وجود دارد که می تواند برای کاهش این اثرات بصری و ترکیب یک ایستگاه کمپرسور و زیرساخت گاز طبیعی مرتبط با چشم انداز مورد استفاده قرار گیرد. ملاحظات تاثیر بصری را می توان در یک قرارداد اجاره/فروش سایت مورد مذاکره قرار داد، همانطور که در مورد ارزش، انتشار صدا یا هر ملاحظه دیگری مذاکره می شود.

طراحی ساختمان

ساختمان‌های کمپرسور در مناطق تاریخی و سایر مناطق بحرانی بصری با ویژگی‌های طراحی شبیه‌سازی معماری اطراف ساخته شده‌اند. در مناطق روستایی، یک ساختمان کمپرسور که شبیه انبار یا سایر سازه های کشاورزی است، نسبت به کمپرسورهای معمولی مزاحم کمتری خواهد داشت.

مکان سایت

برخی از مکان ها به طور طبیعی خود را برای دید مناسب می دانند، مانند تأسیسات ساخته شده بر روی تپه یا خط الراس. قرار دادن یک ایستگاه کمپرسور در نقطه ای کمتر قابل مشاهده یا خارج از خط دید مستقیم همسایگان، به طور مشهود کمتری مزاحم خواهد بود.

غربالگری

تپه کردن خاک، حصارهای جامد، و/یا کاشت درختان و درختچه های همیشه سبز به صورت استراتژیک در اطراف تاسیسات به پنهان کردن و دور نگه داشتن محل کمپرسور از دید کمک می کند. این تکنیک ها همچنین ممکن است به کاهش انتشار نویز از سایت کمک کند.

ملاحظات شهرداری و منطقه

در حالی که توانایی شهرداری‌ها برای اعمال مقررات منطقه‌بندی محلی برای تأسیسات کمپرسور ممکن است محدود باشد و می‌تواند بین حوزه‌های قضایی دولتی متفاوت باشد، برخی از جنبه‌های طراحی و ساخت ساختمان وجود دارد که ممکن است شهرداری در آن‌ها ورودی داشته باشد (از طریق مقررات منطقه‌بندی محلی یا توافق‌نامه‌های همکاری با اپراتور).

ویژگی‌های طراحی مانند روان آب طوفان از تأسیسات جدید، طراحی ساختمان، روشنایی، انتشار صدا و عقب‌نشینی از ساختمان‌های موجود نمونه‌هایی از ملاحظات هستند که ممکن است در سطح محلی مورد توجه قرار گیرند – مجدداً از طریق مقررات محلی یا توافق‌نامه‌های تعاونی. مقامات شهرداری همچنین ممکن است بخواهند هماهنگی و/یا مشارکت در آموزش های واکنش اضطراری برای کمپرسورهای گاز طبیعی و سایر قطعات زیرساختی واقع در شهرداری را در نظر بگیرند.

حق محکومیت یا دامنه برجسته

بیشتر این نشریه در مورد مسائل خاص پنسیلوانیا بحث می کند. در حالی که بسیاری از مسائل و ملاحظات ارائه شده در نشریه جهانی هستند، تفاوت های مهمی در مورد حق محکومیت یا قلمرو برجسته بین دولت ها وجود دارد. در پنسیلوانیا، تصمیم برای اعطای قرارداد کمپرسور سیستم جمع آوری، تنها بر عهده مالک زمین است. برخی از ایالت ها (به عنوان مثال اوهایو) تحت قانون “حمل مشترک” عمل می کنند که ممکن است اجازه محکومیت زمین را برای قرار دادن خطوط تجمع و زیرساخت های مرتبط “در صورت لزوم و برای استفاده عمومی” بدهد. در برخی موارد، ایستگاه‌های کمپرسور ممکن است تحت این تعریف قرار گیرند (تعریف شده از حالت به حالت) و بنابراین توانایی اعمال دامنه برجسته برای گرفتن زمین برای استفاده برای ساخت و راه‌اندازی یک ایستگاه کمپرسور را دارند.

از سوی دیگر، اپراتورهایی که ایستگاه های کمپرسور را به عنوان بخشی از شبکه انتقال گاز طبیعی بین ایالتی می سازند، پس از دریافت “گواهی سهولت و ضرورت عمومی” پس از تکمیل فرآیند بررسی FERC، حق محکومیت اعطا می شوند. این بدان معنا نیست که مالک زمین نباید نقش فعالی در مذاکره در مورد غرامت و شرایط در برخورد با احتمال محکومیت داشته باشد. در بسیاری از موارد، توافق متقابل بین مالک زمین و اپراتور می‌تواند بدون گذراندن یک دادرسی برجسته حاصل شود. صرف نظر از نوع تأسیسات، مالکان زمین و سایرین که با قراردادهای ایستگاه کمپرسور سر و کار دارند، قبل از امضای هر گونه قرارداد، باید از یک وکیل مجرب نفت و گاز در ایالت مربوطه خود مشاوره حقوقی بگیرند.

نقش پسوند

توسعه پن ایالت منابع آموزشی برای مالکان زمین و سایر ذینفعان در مورد توسعه گاز شیل فراهم می کند. دفاتر ترویج شهرستان ممکن است میزبان یک کارگاه آموزشی باشند، در مورد ترتیبات اجاره بحث کنند، یا شما را به متخصصان قانونی یا قانونی ارجاع دهند. اگرچه مربیان ترویج نمی توانند مشاوره حقوقی ارائه دهند، اما می توانند بینش بیشتری در مورد اجاره و ملاحظات حق تقدم ارائه دهند. برای اطلاعات بیشتر در مورد شیل مارسلوس، توسعه گاز طبیعی، اجاره، و حق عبور خط لوله، به وب سایت Penn State Extension Natural Gas مراجعه کنید.

 

 

 

 

 

 

ایستگاه کمپرسور ویلر ریج، در شهرستان کرن، کالیفرنیا

تأسیساتی ایستگاه کمپرسور است که به فرآیند انتقال گاز طبیعی از یک مکان به مکان دیگر کمک می کند. گاز طبیعی در حالی که از طریق خط لوله گاز منتقل می شود، باید به طور دوره ای در فواصل 40 تا 100 مایل (64 تا 161 کیلومتر) تحت فشار قرار گیرد. مکان یابی به زمین و تعداد چاه های گاز در مجاورت بستگی دارد. تغییرات مکرر ارتفاع و تعداد بیشتر چاه های گاز به ایستگاه های کمپرسور بیشتری نیاز دارد.

ایستگاه کمپرسور که ایستگاه پمپاژ نیز نامیده می شود، «موتور» است که یک خط لوله گاز طبیعی در مسافت های طولانی را تامین می کند. همانطور که از نام آن پیداست، ایستگاه گاز را فشرده می کند (فشار آن را افزایش می دهد) و در نتیجه انرژی لازم برای حرکت آن را از طریق خط لوله فراهم می کند. کمپرسور گاز طبیعی که از خط لوله خارج می‌شود، سوخت می‌شود.

شرکت های خط لوله ایستگاه های کمپرسور را در طول مسیر خط لوله نصب می کنند. اندازه ایستگاه و تعداد کمپرسورها (پمپ) بر اساس قطر لوله و حجم گازی که قرار است جابجا شود متفاوت است. با این وجود، اجزای اصلی یک ایستگاه مشابه هستند.

جداکننده های مایع

با ورود خط لوله به ایستگاه کمپرسور، گاز طبیعی از میان اسکرابرها، صافی ها یا جداکننده های فیلتر عبور می کند. اینها ظروفی هستند که برای حذف هرگونه مایع آزاد یا ذرات کثیفی از گاز قبل از ورود به کمپرسور طراحی شده اند. اگرچه خط لوله حامل “گاز خشک” است، ممکن است مقداری آب و مایعات هیدروکربنی از جریان گاز متراکم شوند، زیرا گاز خنک می شود و از طریق خط لوله حرکت می کند.

هر مایعی که ممکن است تولید شود برای فروش یا دفع جمع آوری و ذخیره می شود. یک سیستم لوله کشی گاز را از جداکننده ها به کمپرسور گاز جهت فشرده سازی هدایت می کند.

پرایم موورز

ایستگاه کمپرسور سیار تولید شده توسط کارخانه کمپرسور Ufa بر روی شاسی KamAZ-63501

سه نوع موتور متداول وجود دارد که کمپرسورها را به حرکت در می‌آورند و به عنوان «پرایم موور» شناخته می‌شوند: [3]

  • توربین / کمپرسور گریز گاز طبیعی توربین برای چرخاندن کمپرسور گریز از مرکز استفاده می کند. کمپرسور گریز از مرکز شبیه به یک فن بزرگ داخل کیس است که با چرخش فن گاز را پمپاژ می کند. بخش کوچکی از گاز طبیعی از خط لوله برای تامین انرژی توربین سوزانده می شود.
  • موتور الکتریکی / کمپرسور گریز با ولتاژ بالا هدایت می شود موتور الکتریکی . یک کمپرسور برقی ممکن است همچنان به مجوز هوا نیاز داشته باشد، [4] زیرا مقررات بسته به ایالت متفاوت است، هر زمان که یک ایستگاه کمپرسور ساخته می‌شود، باید تجزیه و تحلیل کاربردی انجام شود. یک منبع بسیار قابل اعتماد برق باید در نزدیکی ایستگاه موجود باشد.
  • موتور رفت و برگشتی/ کمپرسور از یک موتور پیستونی بزرگ شبیه موتور خودرو استفاده که بسیار بزرگتر است. این موتورها که معمولاً به عنوان “رسپس” شناخته می شوند، با گاز طبیعی از خط لوله سوخت می گیرند. پیستون های رفت و برگشتی که در محفظه های سیلندر در کنار دستگاه قرار دارند، گاز طبیعی را فشرده می کنند. پیستون های کمپرسور و پیستون های قدرت به یک میل لنگ مشترک متصل می شوند. مزیت کمپرسورهای رفت و برگشتی این است که حجم گاز رانده شده از طریق خط لوله می تواند به صورت تدریجی تنظیم شود تا تغییرات جزئی در تقاضای مشتری برآورده شود.

 

 

 

موتور هوای گرم

تصویر موتور هوای گرم دیفرانسیل دمای پایین (LTD). 1. پیستون قدرت، 2. انتهای سرد سیلندر، 3. پیستون جابجایی 4. انتهای داغ سیلندر Q1. گرما در، Q2. گرما کنید.

موتور هوای گرم [1] (که از لحاظ تاریخی موتور هوا یا کالری موتور [2] نامیده می شود) هر موتور حرارتی است که از انبساط و انقباض هوا تحت تأثیر تغییر دما برای تبدیل انرژی حرارتی به کار مکانیکی استفاده می کند . این موتورها ممکن است بر اساس تعدادی از چرخه‌های ترمودینامیکی که هم دستگاه‌های چرخه باز مانند دستگاه‌های سر جورج کیلی [3] و جان اریکسون [4] و موتور سیکل بسته رابرت استرلینگ . [5] موتورهای هوای گرم از موتورهای احتراق داخلی و موتور بخار شناخته شده‌تر متمایز هستند.

در یک اجرای معمولی، هوا به طور مکرر در یک سیلندر و از انبساط و انقباض حاصل برای حرکت پیستون و تولید کار مکانیکی شود.

یک پراکسینوسکوپ ساخته شده توسط ارنست پلانک، از نورنبرگ ، آلمان، و با یک موتور هوای گرم مینیاتوری کار می کند. اکنون در مجموعه Thinktank، موزه علوم بیرمنگام است .

اصطلاح “موتور هوای گرم” به طور خاص هر موتوری را که یک چرخه ترمودینامیکی را که در آن سیال کاری تحت یک انتقال فاز ، مانند چرخه رانکین، شود. مستثنی می‌شوند موتورهای احتراق داخلی که در آنها گرما با احتراق سوخت درون سیلندر کار به سیال کار اضافه می‌شود، انواع احتراق پیوسته، مانند جورج برایتون موتور آماده توربین گاز ، می تواند به عنوان موارد مرزی دیده شود.

تاریخچه

خاصیت انبساط هوای گرم برای گذشتگان شناخته شده بود. Hero of Alexandria ‘s Pneumatica دستگاه‌هایی را توصیف می‌کند که ممکن است برای باز کردن خودکار درهای معبد هنگام روشن شدن آتش روی یک محراب قربانی استفاده شوند. دستگاه هایی به نام موتورهای هوای گرم یا موتورهای هوا از اوایل سال 1699 ثبت شده اند. در سال 1699، گیوم آمونتون (1663-1705) گزارشی در مورد اختراع خود به آکادمی سلطنتی علوم در پاریس ارائه کرد: چرخی که با گرما به چرخش در آمد. [6] چرخ به صورت عمودی نصب شده بود. اطراف توپی چرخ محفظه هایی پر از آب بود. محفظه های پر از هوا روی لبه چرخ توسط آتش زیر یک طرف چرخ گرم می شدند. هوای گرم شده منبسط شد و از طریق لوله‌ها، آب را از یک محفظه به محفظه دیگر منتقل کرد و چرخ را از تعادل خارج کرد و باعث چرخش آن شد.

دیدن:

  • آمونتونز (20 ژوئن 1699) ” وسیله ای برای جایگزین کردن آسان عمل آتش به جای نیروی مردان و اسب ها به منظور حرکت [یعنی قدرت] ماشین ها)، خاطرات آکادمی سلطنتی علوم ، صفحات 112-126. خاطرات Histoire در l’Académie Royale des Sciences، سال 1699 ، که در سال 1732 منتشر شد de ، آمده است. دستگاه او در صفحه زیر صفحه 126 نشان داده شده است.
  • برای شرحی از چرخ آتش سوزی آمونتونز به زبان انگلیسی، نگاه کنید به: رابرت استوارت، حکایات تاریخی و توصیفی موتورهای بخار و مخترعان و بهبود دهندگان آنها (لندن، انگلستان: وایتمن و کرامپ، 1829)، جلد. 1، صفحات 130-132 ; تصویری از ماشین در [7] زمانی که قوانین گازها شود، و اختراعات اولیه شامل اختراعات هنری وود ، معاون عالی ارکال در نزدیکی کوالبروکدیل شراپشایر (اختراع اختراع انگلیسی 739 از 1759) و توماس مید است. یک مهندس از Sculcoats Yorkshire (اختراع اختراع انگلیسی 979 از 1791)، [8] دومی به ویژه حاوی عناصر ضروری یک جابجایی است (مید آن را انتقال دهنده نامیده است). بعید است که هر یک از این اختراعات منجر به یک موتور واقعی شده باشد و اولین نمونه قابل اجرا احتمالاً کوره موتور گازی سر جورج کیلی سی. 1807 [9] [10]

این احتمال وجود دارد که رابرت استرلینگ موتور هوای اکونومایزر (در سال 1816 ثبت اختراع شد) را در خود جای داده بود، اولین موتور هوایی بود که به کار عملی پرداخت. [11] اکونومایزر، که اکنون به عنوان احیاگر شود، گرما را از قسمت داغ موتور در حین عبور هوا به سمت سرد ذخیره می کرد و با بازگشت به سمت گرم، گرما را به هوای خنک شده آزاد می کرد. این نوآوری کارایی موتور استرلینگ را بهبود بخشید و باید در هر موتور هوایی که به درستی موتور استرلینگ .

استرلینگ دومین موتور هوای گرم را به همراه برادرش جیمز در سال 1827 ثبت اختراع کرد. آنها طرح را به گونه‌ای معکوس کردند که انتهای داغ جابجایی‌ها در زیر ماشین‌آلات قرار گرفته و یک پمپ هوای فشرده اضافه کردند تا فشار هوای داخل آن افزایش یابد. حدود 20 اتمسفر چمبرز بیان می‌کند که به دلیل نقص‌های مکانیکی و «انباشتگی پیش‌بینی‌نشده گرما، که به‌طور کامل توسط غربال‌ها یا گذرگاه‌های کوچک در قسمت خنک دستگاه احیاکننده که سطح خارجی آن به اندازه کافی بزرگ نبود، استخراج نشده است، ناموفق بوده است. هنگامی که موتور با هوای بسیار فشرده کار می کرد، گرمای بازیابی نشده را از بین ببرید.

پارکینسون و کراسلی، ثبت اختراع انگلیسی، 1828 موتور هوای گرم خود را ارائه کردند. در این موتور محفظه هوا تا حدی با غوطه ور شدن در آب سرد در معرض سرمای خارجی قرار می گیرد و قسمت بالایی آن توسط بخار گرم می شود. یک ظرف داخلی در این محفظه بالا و پایین حرکت می کند و با این کار هوا را جابجا می کند و به طور متناوب آن را در معرض تأثیرات سرد و گرم آب سرد و بخار داغ قرار می دهد و دما و شرایط انبساط آن را تغییر می دهد. نوسانات باعث برگشت پیستون در سیلندر می شود که محفظه هوا به طور متناوب به انتهای آن متصل است.

در سال 1829

آرنوت اختراع ماشین انبساط هوای خود را به ثبت رساند که در آن آتش روی یک رنده در نزدیکی یک سیلندر بسته قرار می گیرد و سیلندر پر از هوای تازه است که اخیراً پذیرفته شده است. یک پیستون شل به سمت بالا کشیده می شود به طوری که تمام هوای سیلندر بالا از طریق یک لوله از آتش عبور می کند و الاستیسیته بیشتری دریافت می کند که منجر به انبساط یا افزایش حجم می شود که آتش قادر به ایجاد آن است. .

او در سال بعد (1830) توسط کاپیتان اریکسون که دومین موتور هوای گرم خود را به ثبت رساند، دنبال شد. این مشخصات به طور خاص آن را توصیف می کند، به عنوان متشکل از یک “محفظه دایره ای، که در آن یک مخروط ساخته می شود تا بر روی یک محور یا محور با استفاده از برگ ها یا بال ها به طور متناوب در معرض فشار بخار بچرخد. این بال‌ها یا برگ‌ها از طریق شکاف‌ها یا روزنه‌های یک صفحه مدور کار می‌کنند، که به صورت مایل به سمت آن می‌چرخد و در نتیجه با کناره مخروط در تماس است.

اریکسون سومین موتور هوای گرم خود (موتور کالری) را در سال 1833 ساخت که چند سال پیش در انگلستان علاقه زیادی را برانگیخت و اگر عملی شود، مهم‌ترین اختراع مکانیکی خواهد بود که تاکنون تصور شده است. ذهن انسان و ذهنی که مزایای بیشتری نسبت به زندگی متمدن به ارمغان می آورد.زیرا هدف آن تولید نیروی مکانیکی توسط عامل گرما است، با مصرف سوخت بسیار ناچیز، که انسان می خواهد نیروی مکانیکی تقریباً نامحدودی تحت فرمان او دارد، در مناطقی که اکنون ممکن است گفته شود سوخت به سختی وجود دارد.

در سال 1838 حق ثبت اختراع موتور هوای گرم فرانکوت ثبت شد، مطمئناً موتور هوای گرم که به بهترین نحو از الزامات کارنو پیروی می کرد.

تاکنون همه این موتورهای هوایی ناموفق بوده اند، اما فناوری در حال بلوغ بود. در سال 1842، جیمز استرلینگ، برادر رابرت، موتور معروف داندی استرلینگ را ساخت. این یکی حداقل 2-3 سال به طول انجامید اما به دلیل تدبیرهای فنی نامناسب متوقف شد. موتورهای هوای گرم داستانی از آزمون و خطا است و 20 سال دیگر طول کشید تا موتورهای هوای گرم در مقیاس صنعتی مورد استفاده قرار گیرند. اولین موتورهای هوای گرم قابل اعتماد توسط Shaw, Roper, Ericsson ساخته شد. چندین هزار از آنها ساخته شد.

تولیدکنندگان تجاری

موتورهای داغ بازاری را برای پمپاژ آب (عمدتا به مخزن آب خانگی) پیدا کردند، زیرا ورودی آب سرمای مورد نیاز برای حفظ اختلاف دما را فراهم می کرد، اگرچه آنها کاربردهای تجاری دیگری پیدا کردند.

  • هایوارد، تایلر و شرکت لندن. موتورهای پمپاژ آب و کار Punkahs c1876-1883. [12]
  • هیوارد تایلر و شرکت لندن. تامین آب خانگی (پتنت رایدر) c1888-1901. [13]
  • WH Bailey & Co، سالفورد. موتورهای پمپاژ آب خانگی و کارکرد ماشین آلات پایدار c1885-1887 [14]
  • آدام وودوارد و پسران، Ancoats، منچستر. ثبت اختراع رابینسون c1887 [15]
  • نوریس و هنتی، لندن. فروشندگان موتورهای پمپاژ نوع ‘رابینسون’. c1898-1901 [16]
  • CH Delamater & Co، Delamater Iron Works، نیویورک. موتور از نوع «رایدر» و «اریکسون». 1870-1898
  • شرکت موتور سوار، والدن، نیویورک. 1879-1898
  • Rider-Ericsson Engine Company ، والدن، نیویورک. 1898-

چرخه های ترمودینامیکی

موتور هوای گرم چرخه ترمودینامیکی (به طور ایده آل) می تواند از 3 یا بیشتر فرآیند (معمولاً 4) ساخته شود. فرآیندها می توانند هر یک از این موارد باشند:

  • فرآیند همدما (در دمای ثابت، با گرمای اضافه شده یا حذف شده از منبع گرما یا سینک حفظ می شود)
  • فرآیند ایزوباریک (در فشار ثابت)
  • فرآیند ایزومتریک / ایزوکوریک (در حجم ثابت)
  • فرآیند آدیاباتیک (هیچ گرمایی به سیال کار اضافه یا حذف نمی شود)
    • فرآیند ایزنتروپیک ، آدیاباتیک برگشت پذیر (هیچ گرمایی به سیال کار اضافه یا حذف نمی شود – و آنتروپی ثابت است)
  • فرآیند ایزنتالپی ( آنتالپی ثابت است)

 

 

 

کمپرسور

یک کمپرسور کوچک ثابت هوا تنفسی با فشار بالا برای پر کردن سیلندرهای غواصی
کمپرسور رفت و برگشتی فشار بالا از Belliss و Morcom که در صنعت بطری سازی استفاده می شود

وسیله کمپرسور ای مکانیکی است که فشار گاز را با کاهش حجم . نوع کمپرسور هوا خاصی از کمپرسور گاز است.

کمپرسورها مشابه پمپ ها : هر دو فشار روی سیال و هر دو می توانند سیال را از طریق لوله دهند. تمایز اصلی این است که تمرکز یک کمپرسور تغییر چگالی یا حجم سیال است که عمدتاً فقط روی گازها قابل دستیابی است. گازها قابل تراکم هستند، در حالی که مایعات نسبتاً تراکم ناپذیر هستند، بنابراین کمپرسورها به ندرت برای مایعات استفاده می شوند. عمل اصلی پمپ فشار دادن و انتقال مایعات است.

بسیاری از کمپرسورها را می توان مرحله بندی کرد، یعنی سیال را چندین بار در مرحله یا مرحله فشرده می کنند تا فشار تخلیه افزایش یابد. اغلب، مرحله دوم از نظر فیزیکی کوچکتر از مرحله اولیه است، تا گاز از قبل فشرده شده را بدون کاهش فشار در خود جای دهد. هر مرحله گاز را بیشتر فشرده می کند و فشار و دمای آن را افزایش می دهد (در صورت عدم استفاده از خنک کننده بین مراحل).

انواع

انواع اصلی و مهم کمپرسورهای گاز در زیر نشان داده شده و مورد بحث قرار گرفته است:

ایستگاه تقویت فشار گاز

جابجایی مثبت

کمپرسور با جابجایی مثبت سیستمی است که هوا را با جابجایی یک پیوند مکانیکی فشرده می کند و حجم را کاهش می دهد (زیرا کاهش حجم ناشی از پیستون در ترمودینامیک به عنوان جابجایی مثبت پیستون در نظر گرفته می شود). [ مبهم ]

به عبارت دیگر، کمپرسور با جابجایی مثبت کمپرسور است که با کشیدن یک حجم مجزا از گاز از ورودی خود و سپس وادار کردن آن گاز به خروج از خروجی کمپرسور عمل می کند. افزایش فشار گاز حداقل تا حدی به دلیل پمپاژ کمپرسور با جریان جرمی است که نمی تواند از خروجی در فشار و چگالی کمتر ورودی عبور کند.

کمپرسورهای رفت و برگشتی

ایستگاه تقویت فشار گاز

یک کمپرسور رفت و برگشتی شش سیلندر با موتور که می تواند با دو، چهار یا شش سیلندر کار کند.

کمپرسورهای رفت از پیستون که توسط میل لنگ هدایت می شوند. آنها می توانند ثابت یا قابل حمل باشند، می توانند تک مرحله ای یا چند مرحله ای باشند و می توانند توسط موتورهای الکتریکی یا موتورهای احتراق داخلی هدایت شوند. [1] [2] [3] کمپرسورهای رفت و برگشتی کوچک از 5 تا 30 اسب بخار (اسب بخار) معمولاً در کاربردهای خودرو دیده می شوند و معمولاً برای کار متناوب هستند. کمپرسورهای رفت و برگشتی بزرگتر با قدرت بیش از 1000 اسب بخار (750 کیلووات) معمولاً در کاربردهای بزرگ صنعتی و نفتی یافت می شوند. فشار تخلیه می تواند از فشار کم تا فشار بسیار بالا (> 18000 psi یا 180 MPa) متغیر باشد. در کاربردهای خاصی مانند فشرده سازی هوا، کمپرسورهای چند مرحله ای دو اثره کارآمدترین کمپرسورهای موجود هستند و معمولاً بزرگتر و پرهزینه تر از واحدهای چرخشی قابل مقایسه هستند. [4] نوع دیگری از کمپرسور رفت و برگشتی که معمولاً در تهویه مطبوع ، [ نیازمند منبع ] ، کمپرسور صفحه swash یا صفحه متلاطنی است که از پیستون‌هایی استفاده می‌کند که توسط یک صفحه swash نصب شده روی شفت حرکت می‌کنند (نگاه کنید به پمپ پیستونی محوری ).

کمپرسورهای خانگی، کارگاهی خانگی و کمپرسورهای کوچکتر محل کار معمولاً کمپرسورهای رفت و برگشتی با قدرت 1½ اسب بخار یا کمتر با مخزن گیرنده متصل هستند.

یک کمپرسور خطی رفت و برگشتی است که پیستون آن روتور یک موتور خطی است.

این نوع کمپرسور می تواند طیف وسیعی از گازها از جمله مبرد، هیدروژن و گاز طبیعی را فشرده کند. به همین دلیل، در طیف گسترده ای از کاربردها در بسیاری از صنایع مختلف استفاده می شود و می تواند با ظرفیت های مختلف، با اندازه، تعداد سیلندر و تخلیه سیلندر متفاوت طراحی شود. اما به دلیل حجم های ترخیصی متحمل تلفات بیشتری می شود، مقاومت ناشی از دریچه های تخلیه و مکش، وزن بیشتری دارد، به دلیل داشتن قطعات متحرک زیاد نگهداری آن دشوار است و دارای ارتعاش ذاتی است. [5]

کمپرسور پیستون مایع یونی

کمپرسور کمپرسور پیستونی مایع ، کمپرسور یونی یا پمپ پیستونی مایع یونی ، یک هیدروژنی بر پایه مایع یونی جای پیستون فلزی مانند کمپرسور دیافراگمی است.

کمپرسورهای اسکرو روتاری

ایستگاه تقویت فشار گاز

نمودار یک کمپرسور اسکرو دوار

کمپرسورهای مارپیچ دوار با جابجایی مثبت دوار پیچ مارپیچ برای فشار دادن گاز به فضای کوچکتر استفاده می کنند. [1] [6] [7] اینها معمولاً برای عملیات مداوم در کاربردهای تجاری و صنعتی استفاده می‌شوند و ممکن است ثابت یا قابل حمل باشند. کاربرد آنها می تواند از 3 اسب بخار (2.2 کیلووات) تا بیش از 1200 اسب بخار (890 کیلووات) و از فشار کم تا فشار متوسط ​​بالا (> 1200 psi یا 8.3 مگاپاسکال) باشد.

طبقه بندی کمپرسورهای اسکرو دوار بر اساس مراحل، روش های خنک کننده و انواع درایو در میان سایر موارد متفاوت است. [8] کمپرسورهای پیچ روتاری به صورت تجاری در نوع Oil Flooded، Water Flooded و Dry تولید می شوند. کارایی کمپرسورهای دوار بستگی به خشک کن هوا دارد، [ توضیحات لازم ] و انتخاب خشک کن هوا همیشه 1.5 برابر تحویل حجمی کمپرسور است. [9]

طرح هایی با یک پیچ [10] یا سه پیچ [11] به جای دو وجود دارد.

کمپرسورهای اسکرو دارای اجزای متحرک کمتر، ظرفیت بیشتر، ارتعاش و نوسان کمتر، می‌توانند با سرعت‌های متغیر کار کنند و معمولاً بازده بالاتری دارند. اندازه های کوچک یا سرعت کم روتور به دلیل نشتی های ذاتی ناشی از فاصله بین حفره های تراکم یا پیچ ها و محفظه کمپرسور عملی نیستند. [5] آنها برای جلوگیری از تلفات نشتی بالا به تحمل ماشینکاری خوب بستگی دارند و در صورت کارکرد نادرست یا سرویس دهی ضعیف مستعد آسیب هستند.

کمپرسورهای پره ای دوار

ایستگاه تقویت فشار گاز

پمپ دوار پره ای غیرعادی

کمپرسورهای پره دوار شامل یک روتور با تعدادی پره در شکاف های شعاعی در روتور هستند. روتور در یک محفظه بزرگتر که دایره ای یا پیچیده تر است نصب می شود. با چرخش روتور، تیغه ها به داخل و خارج شیارها می لغزند و تماس خود را با دیواره بیرونی محفظه حفظ می کنند. [1] بنابراین، یک سری افزایش و کاهش حجم توسط تیغه های چرخان ایجاد می شود. کمپرسورهای پره ای دوار با کمپرسورهای پیستونی یکی از قدیمی ترین فناوری های کمپرسور هستند.

با اتصالات پورت مناسب، دستگاه ها ممکن است کمپرسور یا پمپ خلاء باشند. آنها می توانند ثابت یا قابل حمل باشند، می توانند تک مرحله ای یا چند مرحله ای باشند و می توانند توسط موتورهای الکتریکی یا موتورهای احتراق داخلی هدایت شوند. ماشین‌های پره خشک در فشارهای نسبتاً کم (مثلاً 2 بار یا 200 کیلو پاسکال یا 29 psi) برای جابجایی مواد حجیم استفاده می‌شوند در حالی که ماشین‌های تزریق روغن کارایی حجمی لازم را برای دستیابی به فشار تا حدود 13 بار (1300 کیلو پاسکال؛ 190 psi) دارند. در یک مرحله کمپرسور پره ای دوار برای محرک موتور الکتریکی مناسب است و نسبت به کمپرسور پیستونی معادل در عملکرد بسیار کم صداتر است.

کمپرسورهای پره ای دوار می توانند بازده مکانیکی حدود 90 درصد داشته باشند. [12]

پیستون غلتکی

ایستگاه تقویت فشار گاز

کمپرسور پیستونی غلتکی

پیستون نورد در کمپرسور سبک پیستون نورد، نقش یک پارتیشن بین پره و روتور را ایفا می کند. [13] پیستون غلتشی گاز را در مقابل یک پره ثابت قرار می دهد.

2 عدد از این کمپرسورها برای افزایش ظرفیت و کاهش لرزش و سر و صدا بر روی یک محور قابل نصب هستند. [14] طراحی بدون فنر به عنوان کمپرسور چرخشی شناخته می شود. [15]

در تبرید و تهویه مطبوع، این نوع کمپرسور به عنوان کمپرسور روتاری نیز شناخته می شود که کمپرسورهای اسکرو روتاری به سادگی به کمپرسورهای اسکرو نیز معروف هستند.

راندمان بالاتری نسبت به کمپرسورهای رفت و برگشتی به دلیل تلفات کمتر از حجم فاصله بین پیستون و بدنه کمپرسور دارد، 40٪ تا 50٪ کوچکتر و سبک تر برای یک ظرفیت معین (که می تواند بر هزینه مواد و حمل و نقل در هنگام استفاده در یک محصول تأثیر بگذارد) ، لرزش کمتری ایجاد می کند، اجزای کمتری دارد و نسبت به کمپرسور رفت و برگشتی قابل اعتمادتر است. اما ساختار آن اجازه ظرفیت های بیش از 5 تن تبرید را نمی دهد، نسبت به سایر انواع کمپرسور از قابلیت اطمینان کمتری برخوردار است و به دلیل تلفات ناشی از حجم ترخیص، کارایی کمتری نسبت به سایر انواع کمپرسور دارد. [5]

کمپرسورهای اسکرول

ایستگاه تقویت فشار گاز

مکانیسم پمپ اسکرول

یک کمپرسور اسکرول نیز شناخته پمپ اسکرول و خلاء اسکرول ، از دو پره مارپیچ‌مانند در هم برای پمپ کردن یا فشرده‌سازی سیالاتی مانند مایعات و گازها استفاده می‌کند. هندسه پره ممکن است یا ، مارپیچ ارمیدسی هیبرید باشد. [16] [17] [18] آن‌ها نرم‌تر، بی‌صدا و قابل اطمینان‌تر از سایر انواع کمپرسور در محدوده حجم پایین‌تر عمل می‌کنند.

اغلب، یکی از طومارها ثابت است، در حالی که دیگری بدون چرخش به طور غیرعادی به دور خود می چرخد، در نتیجه حباب های سیال را بین طومارها به دام می اندازد و پمپ می کند یا فشرده می کند.

این کمپرسورها با توجه به حداقل حجم فاصله بین اسکرول ثابت و اسکرول مداری دارای راندمان حجمی .

این کمپرسورها به طور گسترده در تهویه مطبوع و تبرید استفاده می شوند زیرا سبک تر، کوچکتر و دارای قطعات متحرک کمتری نسبت به کمپرسورهای رفت و برگشتی هستند و همچنین قابل اعتمادتر هستند. اگرچه آنها گرانتر هستند، بنابراین کولرهای پلتیتر یا کمپرسورهای دوار و رفت و برگشتی ممکن است در کاربردهایی استفاده شوند که هزینه مهم ترین یا یکی از مهم ترین عواملی است که در طراحی یک سیستم تبرید یا تهویه مطبوع باید در نظر گرفته شود.

این نوع کمپرسور به عنوان سوپرشارژر در موتورهای فولکس واگن G60 و G40 در اوایل دهه 1990 مورد استفاده قرار گرفت.

در مقایسه با کمپرسورهای پیستونی رفت و برگشتی و غلتشی، کمپرسورهای اسکرول قابل اعتمادتر هستند زیرا اجزای کمتری دارند و ساختار ساده‌تری دارند، کارآمدتر هستند زیرا حجم خلاصی ندارند و سوپاپ ندارند و دارای مزایایی هستند که هم نوسان کمتری دارند و هم بدون لرزش زیاد. . اما در مقایسه با کمپرسورهای اسکرو و گریز از مرکز، کمپرسورهای اسکرول بازده کمتر و ظرفیت کمتری دارند. [5]

کمپرسورهای دیافراگمی

کمپرسور دیافراگمی (همچنین به عنوان کمپرسور ) گونه ای از کمپرسور رفت و برگشتی معمولی است. فشرده سازی گاز با حرکت یک غشای انعطاف پذیر به جای یک عنصر ورودی اتفاق می افتد. حرکت عقب و جلو غشا توسط یک میله و مکانیزم میل لنگ هدایت می شود. فقط غشاء و جعبه کمپرسور با گاز فشرده شده در تماس هستند. [1]

درجه خم شدن و مواد تشکیل دهنده دیافراگم بر عمر تعمیر و نگهداری تجهیزات تأثیر می گذارد. معمولاً دیافراگم‌های فلزی سفت ممکن است تنها چند سانتی‌متر مکعب حجم را جابه‌جا کنند، زیرا فلز نمی‌تواند درجات زیادی خمش را بدون ترک تحمل کند، اما سفتی دیافراگم فلزی به آن اجازه می‌دهد در فشارهای بالا پمپاژ کند. دیافراگم های لاستیکی یا سیلیکونی قادر به تحمل ضربات پمپاژ عمیق با خمش بسیار زیاد هستند، اما استحکام کم آنها استفاده از آنها را به کاربردهای کم فشار محدود می کند و به دلیل شکنندگی پلاستیک نیاز به تعویض دارند.

کمپرسورهای دیافراگمی برای هیدروژن و گاز طبیعی فشرده ( CNG ) و همچنین در تعدادی از کاربردهای دیگر استفاده می شود.

ایستگاه تقویت فشار گاز

کمپرسور دیافراگمی سه مرحله ای

عکس سمت راست یک کمپرسور دیافراگمی سه مرحله‌ای را نشان می‌دهد که برای فشرده‌سازی گاز هیدروژن تا 6000 psi (41 مگاپاسکال) برای استفاده در نمونه اولیه هیدروژن و گاز طبیعی فشرده (CNG) ساخته شده در مرکز شهر فینیکس، آریزونا توسط آریزونا عمومی خدماتی (یک شرکت خدمات برق). برگشتی برای فشرده سازی گاز طبیعی . کمپرسور رفت و برگشتی گاز طبیعی توسط Sertco است. [19]

نمونه اولیه سوخت جایگزین مطابق با تمام قوانین ایمنی، محیطی و ساختمانی رایج در فونیکس ساخته شد تا نشان دهد که چنین جایگاه های سوخت رسانی را می توان در مناطق شهری ساخت.

پویا

کمپرسور حباب هوا

همچنین به عنوان ترومپ . مخلوطی از هوا و آب که از طریق تلاطم ایجاد می‌شود، اجازه داده می‌شود تا در یک محفظه زیرزمینی که در آن هوا از آب جدا می‌شود، بیفتد. وزن آب در حال سقوط، هوای بالای محفظه را فشرده می کند. یک خروجی غوطه ور از محفظه اجازه می دهد تا آب در ارتفاع کمتری نسبت به ورودی به سطح جریان یابد. یک خروجی در سقف محفظه هوای فشرده را به سطح می رساند. تاسیساتی بر اساس این اصل در رودخانه مونترال در Ragged Shutes در نزدیکی Cobalt، انتاریو در سال 1910 ساخته شد و 5000 اسب بخار نیرو را برای معادن مجاور تامین می کرد. [20]

کمپرسورهای گریز از مرکز

ایستگاه تقویت فشار گاز

کمپرسور گریز از مرکز تک مرحله ای

ایستگاه تقویت فشار گاز

کمپرسور گریز از مرکز تک مرحله ای، اوایل دهه 1900، G. Schiele & Co., Frankfurt am Main

کمپرسورهای گریز از یک دیسک چرخان یا پروانه در یک محفظه شکل استفاده می کنند تا گاز را به لبه پروانه فشار دهند و سرعت گاز را افزایش دهند. بخش دیفیوزر (مجرای واگرا) انرژی سرعت را به انرژی فشار تبدیل می کند. آنها عمدتاً برای خدمات مداوم و ثابت در صنایعی مانند پالایشگاه های نفت ، شیمیایی و پتروشیمی و کارخانه های فرآوری گاز طبیعی استفاده می شوند. [1] [21] [22] کاربرد آنها می تواند از 100 اسب بخار (75 کیلووات) تا هزاران اسب بخار باشد. با چند مرحله‌بندی، آنها می‌توانند به فشارهای خروجی بالاتر از 1000 psi (6.9 مگاپاسکال) دست یابند.

این نوع کمپرسور به همراه کمپرسورهای اسکرو در سیستم های تبرید و تهویه مطبوع بزرگ کاربرد فراوانی دارند. کمپرسورهای سانتریفیوژ یاتاقان مغناطیسی (مغناطیسی معلق) و یاتاقان هوا وجود دارند.

بسیاری از برف‌سازی (مانند پیست‌های اسکی ) از این نوع کمپرسور استفاده می‌کنند. آنها همچنین در موتورهای احتراق داخلی به عنوان سوپرشارژر و توربوشارژر استفاده می شوند. کمپرسورهای گریز از مرکز در توربین گازی موتورهای یا به عنوان مرحله تراکم نهایی توربین های گازی با اندازه متوسط ​​استفاده می شوند.

کمپرسورهای گریز از مرکز بزرگترین کمپرسورهای موجود هستند، راندمان بالاتری را تحت بارهای جزئی ارائه می دهند، ممکن است در هنگام استفاده از یاتاقان های هوا یا مغناطیسی بدون روغن باشند که ضریب انتقال حرارت را در اواپراتورها و کندانسورها افزایش می دهد، وزن آن تا 90٪ کمتر و 50٪ فضای کمتری را اشغال می کند. کمپرسورهای رفت و برگشتی قابل اعتماد هستند و هزینه نگهداری کمتری دارند زیرا قطعات کمتری در معرض سایش قرار می گیرند و تنها لرزش کمتری ایجاد می کنند. اما، هزینه اولیه آنها بیشتر است، نیاز به CNC دارد، پروانه باید با سرعت بالا بچرخد که کمپرسورهای کوچک را غیرعملی می کند، و افزایش احتمال افزایش می یابد. [5] افزایش جریان گاز معکوس است، به این معنی که گاز از تخلیه به سمت مکش می رود، که می تواند باعث آسیب جدی، به ویژه در یاتاقان های کمپرسور و محور محرک آن شود. ناشی از فشاری در سمت تخلیه است که بیشتر از فشار خروجی کمپرسور است. این می تواند باعث جریان رفت و برگشت گازها بین کمپرسور و هر چیزی که به خط تخلیه آن وصل است، ایجاد نوسان کند. [5]

کمپرسورهای مورب یا جریان مختلط

مورب یا جریان مختلط شبیه کمپرسورهای گریز از مرکز هستند، اما دارای یک جزء سرعت شعاعی و محوری در خروجی روتور هستند. دیفیوزر اغلب برای تبدیل جریان مورب به جهت محوری به جای شعاعی استفاده می شود. [23] در مقایسه با کمپرسور گریز از مرکز معمولی (با همان نسبت فشار مرحله)، مقدار سرعت کمپرسور جریان مخلوط 1.5 برابر بزرگتر است. [24]

کمپرسورهای محوری

ایستگاه تقویت فشار گاز

انیمیشنی از کمپرسور محوری.

کمپرسورهای محوری کمپرسورهای چرخشی پویا هستند که از آرایه هایی از ایرفویل برای فشرده سازی تدریجی یک سیال استفاده می کنند. آنها در جایی استفاده می شوند که نرخ جریان بالا یا طراحی فشرده مورد نیاز است.

آرایه های ایرفویل در ردیف ها معمولاً به صورت جفت قرار می گیرند: یکی چرخان و دیگری ثابت. ایرفویل های چرخان که به عنوان تیغه ها یا روتور ، سیال را تسریع می کنند. ایرفویل های ثابت که به عنوان استاتور یا پره نیز شناخته می شوند، جهت جریان سیال را کاهش داده و تغییر جهت می دهند و آن را برای تیغه های روتور مرحله بعدی آماده می کنند. [1] کمپرسورهای محوری تقریباً همیشه چند مرحله‌ای هستند و سطح مقطع مجرای گاز در امتداد کمپرسور کاهش می‌یابد تا عدد ماخ . فراتر از حدود 5 مرحله یا نسبت فشار طراحی 4:1، یک کمپرسور کار نمی کند مگر اینکه دارای ویژگی هایی مانند پره های ثابت با زوایای متغیر (معروف به پره های راهنمای ورودی متغیر و استاتورهای متغیر)، توانایی اجازه دادن به مقداری هوا برای خروج بخشی از هوا باشد. در امتداد کمپرسور (معروف به خونریزی بین مرحله ای) و تقسیم شدن به بیش از یک مجموعه دوار (مثلاً به عنوان قرقره های دوقلو شناخته می شود).

کمپرسورهای محوری می توانند بازده بالایی داشته باشند. حدود 90٪ پلی تروپیک شرایط طراحی با این حال، آنها نسبتاً گران هستند و به تعداد زیادی از اجزا، تحمل سخت و مواد با کیفیت بالا نیاز دارند. کمپرسورهای محوری در توربین گازی ، ایستگاه های پمپاژ گاز طبیعی و برخی کارخانه های شیمیایی استفاده می شوند.

مهر و موم شده، باز یا نیمه هرمتیک

ایستگاه تقویت فشار گاز

یک کمپرسور کوچک مهر و موم شده هرمتیک در یک یخچال یا فریزر معمولی معمولاً دارای یک پوسته بیرونی فولادی گرد است که به طور دائمی جوش داده شده است، که گازهای عامل داخل سیستم را آب بندی می کند، در این مورد R600a مبرد است. هیچ مسیری برای نشت گازها وجود ندارد، مانند اطراف مهر و موم شفت موتور. در این مدل، قسمت بالایی پلاستیکی بخشی از یخ زدایی خودکار است که از گرمای موتور برای تبخیر آب استفاده می کند.

کمپرسورهای مورد استفاده در تبرید باید نشتی نزدیک به صفر از خود نشان دهند تا مبرد اگر بخواهند سال ها بدون سرویس کار کنند این امر مستلزم استفاده از مهرهای بسیار مؤثر و یا حتی حذف تمام مهر و موم ها و دهانه ها برای تشکیل یک هرمتیک است. این کمپرسورها اغلب به عنوان هرمتیک ، باز یا نیمه هرمتیک توصیف می‌شوند تا چگونگی محصور شدن کمپرسور و نحوه قرارگیری موتور در ارتباط با گاز یا بخار در حال فشرده‌سازی را توضیح دهند. برخی از کمپرسورهای خارج از خدمات تبرید نیز ممکن است تا حدی به طور معمول در هنگام کار با گازهای سمی، آلاینده یا گران قیمت به صورت هرمتیک مهر و موم شوند، که بیشتر کاربردهای غیر تبرید در صنعت پتروشیمی است.

در کمپرسورهای هرمتیک و نیمه هرمتیک، کمپرسور و موتور محرک کمپرسور یکپارچه هستند و در داخل پوشش گاز تحت فشار سیستم کار می کنند. موتور طوری طراحی شده است که در گاز مبرد فشرده شده کار کند و توسط آن خنک شود. کمپرسورهای باز دارای یک موتور خارجی هستند که شفتی را هدایت می کند که از بدنه کمپرسور عبور می کند و برای حفظ فشار داخلی به مهر و موم های چرخشی در اطراف شفت متکی است.

تفاوت بین هرمتیک و نیمه هرمتیک در این است که هرمتیک از یک پوشش فولادی جوش داده شده یک تکه استفاده می کند که برای تعمیر باز نمی شود. اگر هرمتیک خراب شود، به سادگی با یک واحد جدید جایگزین می شود. یک نیمه هرمتیک از یک پوسته فلزی ریخته گری بزرگ با روکش های واشر با پیچ استفاده می کند که می تواند برای جایگزینی اجزای موتور و کمپرسور باز شود. مزیت اصلی هرمتیک و نیمه هرمتیک این است که هیچ مسیری برای نشت گاز از سیستم وجود ندارد. مزیت اصلی کمپرسورهای باز این است که می توان آنها را توسط هر منبع نیروی محرکه ای به حرکت درآورد که امکان انتخاب مناسب ترین موتور برای کاربرد را فراهم می کند یا حتی منابع انرژی غیر الکتریکی مانند موتور احتراق داخلی یا توربین و ثانیاً موتور یک کمپرسور باز را می توان بدون باز کردن هیچ بخشی از سیستم مبرد سرویس کرد.

یک سیستم تحت فشار باز مانند تهویه مطبوع خودرو می تواند بیشتر مستعد نشت گازهای عملیاتی آن باشد. سیستم های باز به روان کننده در سیستم برای پاشیدن روی اجزای پمپ و آب بندی ها متکی هستند. اگر به اندازه کافی مکرر کار نکند، روان کننده روی مهر و موم ها به آرامی تبخیر می شود و سپس آب بندی ها شروع به نشت می کنند تا زمانی که سیستم دیگر کارایی نداشته باشد و باید دوباره شارژ شود. در مقایسه، یک سیستم هرمتیک یا نیمه هرمتیک می‌تواند سال‌ها بدون استفاده بماند، و معمولاً می‌تواند در هر زمانی دوباره بدون نیاز به تعمیر و نگهداری یا کاهش فشار سیستم راه‌اندازی شود. حتی درزگیرهایی که به خوبی روغن کاری شده اند نیز به مرور زمان مقدار کمی گاز نشت می کنند، به خصوص اگر گازهای تبرید در روغن روان کننده محلول باشند، اما اگر مهر و موم ها به خوبی ساخته و نگهداری شوند، این تلفات بسیار کم است.

عیب کمپرسورهای هرمتیک این است که درایو موتور قابل تعمیر یا نگهداری نیست و در صورت خرابی موتور باید کل کمپرسور تعویض شود. یک عیب دیگر این است که سیم‌پیچ‌های سوخته می‌توانند کل سیستم‌ها را آلوده کنند و در نتیجه نیاز به پمپاژ کامل سیستم و تعویض گاز دارند (این امر در کمپرسورهای نیمه هرمتیک که موتور در مبرد کار می‌کند نیز می‌تواند اتفاق بیفتد). به طور معمول، کمپرسورهای هرمتیک در کالاهای مصرفی ارزان قیمتی که در کارخانه مونتاژ می شوند استفاده می شود که در آن هزینه تعمیر و کار در مقایسه با ارزش دستگاه بالا است و صرفاً خرید یک دستگاه یا کمپرسور جدید مقرون به صرفه تر است. کمپرسورهای نیمه هرمتیک در سیستم‌های تبرید و تهویه مطبوع با اندازه متوسط ​​تا بزرگ استفاده می‌شوند، جایی که تعمیر و/یا نوسازی کمپرسور نسبت به قیمت کمپرسور جدید ارزان‌تر است. ساخت کمپرسور هرمتیک ساده تر و ارزان تر از کمپرسور نیمه هرمتیک یا باز است.

ترمودینامیک فشرده سازی گاز

کمپرسور ایزنتروپیک

یک کمپرسور را می توان به عنوان داخلی برگشت پذیر و آدیاباتیک کرد، بنابراین یک ایزنتروپیک دستگاه حالت پایدار آنتروپی 0 است به . ایده عملکرد کمپرسور را می توان با عملکرد واقعی دستگاه مقایسه کرد. فشرده سازی ایزوتروپیک همانطور که در ASME PTC 10 استفاده می شود به یک فرآیند فشرده سازی برگشت پذیر و آدیاباتیک اشاره دارد [26]

راندمان ایزنتروپیک کمپرسورها:

را سی = من س ه n تی r o پ من ج سی o متر پ r ه س س o r دبلیو o r ک آ ج تی تو آ ل سی o متر پ r ه س س o r دبلیو o r ک = دبلیو س دبلیو آ ≅ ساعت 2 س – ساعت 1 ساعت 2 آ – ساعت 1 {\displaystyle \eta _{C}={\frac {\rm {Isentropic\;Compressor\;Work}}{\rm {Actual\;Compressor\;Work}}}={\frac {W_{s}} {W_{a}}}\cong {\frac {h_{2s}-h_{1}}{h_{2a}-h_{1}}}}
ساعت 1 {\displaystyle h_{1}} در آنتالپی حالت اولیه است
ساعت 2 آ {\displaystyle h_{2a}} در آنتالپی حالت نهایی برای فرآیند واقعی است
ساعت 2 س {\displaystyle h_{2s}} در آنتالپی حالت نهایی برای فرآیند ایزنتروپیک است

به حداقل رساندن کار مورد نیاز یک کمپرسور

مقایسه کمپرسورهای برگشت پذیر با کمپرسورهای برگشت ناپذیر

مقایسه شکل دیفرانسیل تراز انرژی برای هر دستگاه
اجازه دهید q {\displaystyle q} گرما باشد، w {\ displaystyle w} کار باشد، ک ه {\displaystyle ke} انرژی جنبشی باشد و پ ه {\displaystyle روشن} انرژی بالقوه باشد
کمپرسور واقعی:

د q آ ج تی – د w آ ج تی = د ساعت + د ک ه + د پ ه {\displaystyle \delta q_{act}-\delta w_{act}=dh+dke+dpe}

کمپرسور برگشت پذیر:

د q r ه v – د w r ه v = د ساعت + د ک ه + د پ ه {\displaystyle \delta q_{rev}-\delta w_{rev}=dh+dke+dpe}

سمت راست هر نوع کمپرسور معادل است، بنابراین:

د q آ ج تی – د w آ ج تی = د q r ه v – د w r ه v {\displaystyle \delta q_{act}-\delta w_{act}=\delta q_{rev}-\delta w_{rev}}

تنظیم مجدد:

د w r ه v – د w آ ج تی = د q r ه v – د q آ ج تی {\displaystyle \delta w_{rev}-\delta w_{act}=\delta q_{rev}-\delta q_{act}}

با جایگزینی معادله شناخته شده د q r ه v = تی د س {\displaystyle \delta q_{rev}=Tds} به آخرین معادله و تقسیم هر دو جمله بر T:

د w r ه v – د w آ ج تی تی = د س – د q آ ج تی تی ≥ 0 {\displaystyle {\frac {\delta w_{rev}-\delta w_{act}}{T}}=ds-{\frac {\delta q_{act}}{T}}\geq 0}

علاوه بر این، د س ≥ د q آ ج تی تی {\displaystyle ds\geq {\frac {\delta q_{act}}{T}}} و T [دمای مطلق] است ( تی ≥ 0 {\displaystyle T\geq 0} ) که تولید می کند:
د w r ه v ≥ د w آ ج تی {\ displaystyle \ delta w_ {rev} \ geq \ delta w_ {act}}
یا
w r ه v ≥ w آ ج تی {\ displaystyle w_ {rev} \ geq w_ {act}}

بنابراین، دستگاه های پرمصرف مانند پمپ ها و کمپرسورها (کار منفی است) زمانی که به صورت برگشت پذیر عمل می کنند، نیاز به کار کمتری دارند. [25]

اثر خنک سازی در طی فرآیند فشرده سازی

ایستگاه تقویت فشار گاز

نمودار Pv (حجم ویژه در مقابل فشار) که فرآیندهای ایزنتروپیک، پلی تروپیک و همدما را بین همان محدودیت های فشار مقایسه می کند.

ایزنتروپیک : بدون خنک کننده،
پلی تروپیک : شامل مقداری خنک کننده است
همدما : شامل حداکثر خنک کننده است

با انجام مفروضات زیر کار مورد نیاز کمپرسور برای فشرده سازی یک گاز از پ 1 {\displaystyle P_{1}} به پ 2 {\displaystyle P_{2}} برای هر فرآیند به شرح زیر است:
مفروضات:

پ 1 {\displaystyle P_{1}} و پ 2 {\displaystyle P_{2}}
همه فرآیندها به صورت داخلی برگشت پذیر هستند
گاز مانند یک گاز ایده آل ثابت گرمای ویژه

ایزنتروپیک ( پ v ک = ج o n س تی آ n تی {\displaystyle Pv^{k}=constant} ، جایی که ک = سی پ / سی v {\displaystyle k=C_{p}/C_{v}} ):

دبلیو ج o متر پ ، من n = ک آر ( تی 2 – تی 1 ) ک – 1 = ک آر تی 1 ک – 1 [ ( پ 2 پ 1 ) ( ک – 1 ) / ک – 1 ] {\displaystyle W_{comp,in}={\frac {kR(T_{2}-T_{1})}{k-1}}={\frac {kRT_{1}}{k-1}}\ left[\left({\frac {P_{2}}{P_{1}}}\right)^{(k-1)/k}-1\right]}

چند تروپیک ( پ v n = ج o n س تی آ n تی {\displaystyle Pv^{n}=constant} ):

دبلیو ج o متر پ ، من n = n آر ( تی 2 – تی 1 ) n – 1 = n آر تی 1 n – 1 [ ( پ 2 پ 1 ) ( n – 1 ) / n – 1 ] {\displaystyle W_{comp,in}={\frac {nR(T_{2}-T_{1})}{n-1}}={\frac {nRT_{1}}{n-1}}\ left[\left({\frac {P_{2}}{P_{1}}}\right)^{(n-1)/n}-1\right]}

همدما ( تی = ج o n س تی آ n تی {\displaystyle T=constant} یا پ v = ج o n س تی آ n تی {\displaystyle Pv=constant} ):

دبلیو ج o متر پ ، من n = آر تی ل n ( پ 2 پ 1 ) {\displaystyle W_{comp,in}=RTln\left({\frac {P_{2}}{P_{1}}}\right)}

با مقایسه سه فرآیند برگشت پذیر داخلی فشرده سازی یک گاز ایده آل از پ 1 {\displaystyle P_{1}} به پ 2 {\displaystyle P_{2}} نتایج نشان می دهد که فشرده سازی ایزنتروپیک ( پ v ک = ج o n س تی آ n تی {\displaystyle Pv^{k}=constant} ) به بیشترین کار در و فشرده سازی همدما نیاز دارد( تی = ج o n س تی آ n تی {\displaystyle T=constant} یا پ v = ج o n س تی آ n تی {\displaystyle Pv=constant} برای فرآیند پلی تروپیک ( پ v n = ج o n س تی آ n تی {\displaystyle Pv^{n}=constant} ) با افزایش رد گرما در طول فرآیند فشرده سازی، با کاهش توان، n، کار کاهش می یابد. یکی از روش های معمول خنک سازی گاز در حین فشرده سازی استفاده از ژاکت های خنک کننده در اطراف بدنه کمپرسور است. [25]

کمپرسورها در سیکل های ترمودینامیکی ایده آل

ایده آل Rankine 1->2 ایزنتروپیک فشرده سازی پمپ
ایده آل چرخه کارنو 4->1 ایزنتروپیک فشرده سازی
Ideal سیکل Otto 1->2 ایزنتروپیک فشرده سازی
ایده آل دیزل 1->2 ایزنتروپیک فشرده سازی
ایده آل برایتون 1->2 ایزنتروپیک در کمپرسور
ایده‌آل سیکل تبرید فشرده‌سازی بخار 1->2 ایزنتروپیک در کمپرسور
توجه: مفروضات isentropic فقط برای چرخه های ایده آل قابل اجرا هستند. چرخه های دنیای واقعی به دلیل کمپرسورها و توربین های ناکارآمد تلفات ذاتی دارند. سیستم دنیای واقعی واقعاً ایزنتروپیک نیست، بلکه برای اهداف محاسباتی به عنوان ایزنتروپیک ایده آل می شود.

دما

فشرده سازی یک گاز باعث افزایش دمای می شود.

برای تبدیل پلی تروپیک گاز:

{ پ V n = مقدار ثابت = پ 1 V 1 n = پ 2 V 2 n ⇒ پ 2 پ 1   = ( V 1 V 2 ) n پ n – 1 n تی = مقدار ثابت = پ 1 n – 1 n تی 1 = پ 2 n – 1 n تی 2 ⇒ ( پ 2 پ 1 ) n – 1 n = تی 2 تی 1 {\displaystyle {\begin{cases}pV^{n}={\text{constant}}=p_{1}V_{1}^{n}=p_{2}V_{2}^{n}\Rightarrow {\frac {p_{2}}{p_{1}}}\ =\left({\frac {V_{1}}{V_{2}}}\right)^{n}&\\{\frac {p^{\frac {n-1}{n}}}{T}}={\text{constant}}={\frac {p_{1}^{\frac {n-1}{n}} }{T_{1}}}={\frac {p_{2}^{\frac {n-1}{n}}}{T_{2}}}\Rightarrow \left({\frac {p_{2 }}{p_{1}}}\right)^{\frac {n-1}{n}}={\frac {T_{2}}{T_{1}}}&\end{موارد}}} 

کار انجام شده برای فشرده سازی (یا انبساط) پلی تروپیک گاز به یک سیلندر بسته.

دبلیو = 🔻 V 1 V 2 پ د V = پ 1 V 1 n 🔻 V 1 V 2 V – n د V = پ 1 V 1 n 1 – n ( V 2 1 – n – V 1 1 – n ) = پ 1 V 1 n 1 – n V 1 1 – n ( V 2 1 – n V 1 1 – n – 1 ) = پ 1 V 1 1 – n ( V 2 1 – n V 1 1 – n – 1 ) = {\displaystyle W=\int _{V_{1}}^{V_{2}}pdV=p_{1}V_{1}^{n}\int _{V_{1}}^{V_{2} }V^{-n}dV={\frac {p_{1}V_{1}^{n}}{1-n}}(V_{2}^{1-n}-V_{1}^{ 1-n})={\frac {p_{1}V_{1}^{n}}{1-n}}V_{1}^{1-n}\left({\frac {V_{2} ^{1-n}}{V_{1}^{1-n}}}-1\right)={\frac {p_{1}V_{1}}{1-n}}\left({\ frac {V_{2}^{1-n}}{V_{1}^{1-n}}}-1\right)=} 
= پ 1 V 1 1 – n ( ( V 1 V 2 ) n – 1 – 1 ) = پ 1 V 1 1 – n ( ( پ 2 پ 1 ) n – 1 n – 1 ) = پ 1 V 1 1 – n ( تی 2 تی 1 – 1 ) {\displaystyle ={\frac {p_{1}V_{1}}{1-n}}\left(\left({\frac {V_{1}}{V_{2}}}\right)^{ n-1}-1\right)={\frac {p_{1}V_{1}}{1-n}}\left(\left({\frac {p_{2}}{p_{1}} }\right)^{\frac {n-1}{n}}-1\right)={\frac {p_{1}V_{1}}{1-n}}\left({\frac {T_ {2}}{T_{1}}-1\راست)} 

بنابراین

دبلیو = – پ 1 V 1 n – 1 ( ( پ 2 پ 1 ) n – 1 n – 1 ) {\displaystyle W=-{\frac {p_{1}V_{1}}{n-1}}\left(\left({\frac {p_{2}}{p_{1}}}\راست) ^{\frac {n-1}{n}}-1\right)} 

که در آن p فشار است، V حجم است، n مقادیر متفاوتی را برای فرآیندهای فشرده سازی مختلف می گیرد (به زیر مراجعه کنید)، و 1 و 2 به حالت های اولیه و نهایی اشاره دارد.

 

  • آدیاباتیک – این مدل فرض می کند که هیچ انرژی (گرما) در طول فشرده سازی به گاز یا از گاز منتقل نمی شود و تمام کارهای تامین شده به انرژی داخلی گاز اضافه می شود و در نتیجه دما و فشار افزایش می یابد. افزایش نظری دما عبارت است از: [27]
تی 2 = تی 1 ( پ 2 پ 1 ) ( ک – 1 ) / ک {\displaystyle T_{2}=T_{1}\left({\frac {p_{2}}{p_{1}}}\right)^{(\kappa -1)/\kappa }} 

با T 1 و T 2 درجه رانکین یا کلوین , p 2 و p 1 فشار مطلق و ک = {\displaystyle \kappa =} نسبت گرمای ویژه (تقریباً 1.4 برای هوا). افزایش نسبت هوا و دما به این معنی است که فشرده سازی از یک نسبت فشار به حجم ساده پیروی نمی کند. این کارایی کمتری دارد، اما سریع است. فشرده‌سازی یا انبساط آدیاباتیک، زمانی که کمپرسور دارای عایق خوب، حجم گاز زیاد یا مقیاس زمانی کوتاه (یعنی سطح توان بالا) باشد، زندگی واقعی را بیشتر مدل‌سازی می‌کند. در عمل همیشه مقدار مشخصی از جریان گرما از گاز فشرده خارج می شود. بنابراین، ساخت یک کمپرسور آدیاباتیک کامل به عایق حرارتی کامل تمام قسمت‌های دستگاه نیاز دارد. به عنوان مثال، حتی لوله فلزی پمپ لاستیک دوچرخه با فشرده کردن هوا برای پر کردن لاستیک داغ می شود. رابطه بین دما و نسبت تراکم که در بالا توضیح داده شد به این معنی است که مقدار n {\displaystyle n} برای یک فرآیند آدیاباتیک است ک {\displaystyle \kappa } (نسبت گرمای ویژه).

 

  • ایزوترمال – این مدل فرض می کند که گاز فشرده در طول فرآیند فشرده سازی یا انبساط در دمای ثابت باقی می ماند. در این چرخه، انرژی داخلی به عنوان گرما با همان سرعتی که توسط کار مکانیکی فشرده سازی اضافه می شود، از سیستم خارج می شود. فشرده‌سازی یا انبساط همدما، زمانی که کمپرسور دارای سطح تبادل حرارت بزرگ، حجم گاز کوچک، یا مقیاس زمانی طولانی (یعنی سطح توان کم) باشد، زندگی واقعی را با دقت بیشتری مدل‌سازی می‌کند. کمپرسورهایی که از خنک کننده بین مرحله ای بین مراحل تراکم استفاده می کنند به رسیدن به تراکم همدما کامل نزدیک تر می شوند. با این حال، با دستگاه های عملی فشرده سازی ایزوترمال کامل امکان پذیر نیست. به عنوان مثال، تا زمانی که تعداد بی نهایت مرحله تراکم با اینترکولرهای مربوطه نداشته باشید، هرگز به تراکم همدما کامل نخواهید رسید.

برای یک فرآیند همدما، n {\displaystyle n} 1 است، بنابراین مقدار انتگرال کار برای یک فرآیند همدما برابر است با:

دبلیو = 🔻 V 1 V 2 پ د V = پ 1 V 1 🔻 V 1 V 2 1 V د V = پ 1 V 1 لوگاریتم ⁡ V 2 V 1 = – پ 1 V 1 لوگاریتم ⁡ ( پ 2 پ 1 ) {\displaystyle W=\int _{V_{1}}^{V_{2}}pdV=p_{1}V_{1}\int _{V_{1}}^{V_{2}}{\frac {1}{V}}dV=p_{1}V_{1}\ln {\frac {V_{2}}{V_{1}}}=-p_{1}V_{1}\ln \left( {\frac {p_{2}}{p_{1}}}\right)} 

هنگام ارزیابی، کار همدما کمتر از کار آدیاباتیک است.

 

  • Polytropic – این مدل هم افزایش دما در گاز و هم مقداری از دست دادن انرژی (گرما) به اجزای کمپرسور را در نظر می گیرد. این فرض می‌کند که گرما ممکن است وارد یا خارج شود و کار شفت ورودی می‌تواند هم به صورت افزایش فشار (معمولاً کار مفید) و هم افزایش دمای بالاتر از آدیاباتیک (معمولاً تلفات ناشی از بازده چرخه) ظاهر شود. راندمان تراکم عبارت است از نسبت افزایش دما در 100 درصد نظری (آدیاباتیک) در مقابل واقعی (پلی تروپیک). فشرده سازی چند تروپیک از مقدار استفاده می کند n {\displaystyle n} بین 0 (فرایند فشار ثابت) و بی نهایت (فرایند حجم ثابت). برای موارد معمولی که در آن تلاشی برای خنک کردن گاز فشرده شده توسط یک فرآیند تقریبا آدیاباتیک انجام می شود، مقدار n {\displaystyle n} بین 1 و خواهد بود ک {\displaystyle \kappa } .

فشرده سازی مرحله ای

در مورد کمپرسورهای گریز از مرکز، طرح های تجاری در حال حاضر از نسبت تراکم بیش از 3.5 به 1 در هر مرحله (برای یک گاز معمولی) تجاوز نمی کنند. از آنجایی که فشرده‌سازی دما را افزایش می‌دهد، گاز فشرده شده باید بین مراحل خنک شود و فشرده‌سازی را کمتر آدیاباتیک و همدماتر می‌کند. خنک کننده های بین مرحله ای (اینترکولرها) معمولاً منجر به تراکم جزئی می شوند که در جداکننده های بخار- مایع .

در مورد کمپرسورهای رفت و برگشتی کوچک، فلایویل کمپرسور ممکن است یک فن خنک کننده را به حرکت درآورد که هوای محیط را به داخل کولر یک کمپرسور دو یا چند مرحله ای هدایت می کند.

از آنجایی که کمپرسورهای پیچ روتاری می توانند از روان کننده خنک کننده برای کاهش افزایش دما ناشی از فشرده سازی استفاده کنند، اغلب از نسبت تراکم 9 به 1 فراتر می روند. به عنوان مثال، در یک کمپرسور غواصی معمولی هوا در سه مرحله فشرده می شود. اگر هر مرحله دارای نسبت تراکم 7 به 1 باشد، کمپرسور می تواند فشار 343 برابر اتمسفر (7 × 7 × 7 = 343 اتمسفر ) را تولید کند. (343 اتمسفر یا 34.8 مگا پاسکال یا 5.04 ksi )

موتورهای محرک

گزینه های زیادی برای موتوری که کمپرسور را تغذیه می کند وجود دارد:

  • گازی توربین ، کمپرسورهای جریان محوری و گریز از مرکز را که بخشی از موتورهای جت .
  • بخار یا توربین های آبی برای کمپرسورهای بزرگ امکان پذیر است.
  • موتورهای الکتریکی برای کمپرسورهای استاتیک ارزان و کم صدا هستند. موتورهای کوچک مناسب برای برق خانگی از تک فاز جریان متناوب . موتورهای بزرگتر فقط در مواردی قابل استفاده هستند که سه فاز منبع جریان متناوب
  • موتورهای دیزلی یا موتورهای بنزینی برای کمپرسورهای قابل حمل و کمپرسورهای پشتیبانی مناسب هستند.
  • در خودروها و انواع دیگر وسایل نقلیه (از جمله هواپیماهای پیستونی، قایق‌ها، کامیون‌ها و غیره)، توان موتورهای دیزلی یا بنزینی را می‌توان با فشرده‌سازی هوای ورودی افزایش داد، به طوری که سوخت بیشتری در هر چرخه سوزانده می‌شود. این موتورها می‌توانند کمپرسورها را با استفاده از نیروی میل لنگ خود (این تنظیم به عنوان سوپرشارژر می‌شود)، یا از گاز خروجی خود برای به حرکت درآوردن توربین متصل به کمپرسور استفاده کنند (این تنظیم به عنوان توربوشارژر ).

روغن کاری

کمپرسورهایی که توسط یک موتور الکتریکی به حرکت در می آیند را می توان با استفاده از VFD یا اینورتر قدرت کنترل کرد، با این حال بسیاری از کمپرسورهای هرمتیک و نیمه هرمتیک فقط می توانند در محدوده یا در سرعت های ثابت کار کنند، زیرا ممکن است شامل پمپ های روغن داخلی باشند. پمپ روغن داخلی به همان محوری متصل می شود که کمپرسور را به حرکت در می آورد و روغن را وارد کمپرسور و یاتاقان های موتور می کند. در سرعت‌های پایین، مقدار ناکافی روغن به یاتاقان‌ها می‌رسد و در نهایت منجر به از کار افتادن یاتاقان می‌شود، در حالی که در سرعت‌های بالا، ممکن است مقادیر بیش از حد روغن از یاتاقان‌ها و کمپرسور و به طور بالقوه به دلیل پاشیدن به خط تخلیه از بین برود. در نهایت روغن تمام می شود و یاتاقان ها بدون روغن باقی می مانند که منجر به خرابی می شود و روغن ممکن است مبرد، هوا یا سایر گازهای فعال را آلوده کند. [28]

برنامه های کاربردی

کمپرسورهای گاز در کاربردهای مختلفی مورد استفاده قرار می گیرند که در آن فشارهای بالاتر یا حجم کمتری از گاز مورد نیاز است:

  • در حمل و نقل خط لوله گاز طبیعی تصفیه شده از محل تولید به مصرف کننده، یک کمپرسور توسط موتوری به حرکت در می آید که سوخت آن از گاز خارج شده از خط لوله تامین می شود. بنابراین، هیچ منبع تغذیه خارجی لازم نیست.
  • در حمل و نقل محموله های دریایی و عملیات باربری توسط حامل های گاز .
  • پالایشگاه‌های نفت، کارخانه‌های فرآوری گاز طبیعی، کارخانه‌های پتروشیمی و شیمیایی، و کارخانه‌های بزرگ صنعتی مشابه، برای گازهای محصول میانی و نهایی نیاز به فشرده‌سازی دارند.
  • تبرید و تهویه مطبوع از کمپرسورها برای انتقال حرارت در مبرد چرخه های تبرید فشرده سازی بخار ).
  • سیستم های توربین گازی هوای احتراق .
  • گازهای تصفیه شده یا تولید شده با حجم کم برای پر کردن سیلندرهای فشار بالا برای مصارف پزشکی ، جوشکاری و سایر موارد نیاز به فشرده سازی دارند.
  • فرآیندهای مختلف صنعتی، تولیدی و ساختمانی هوای فشرده برای تامین انرژی ابزارهای پنوماتیکی .
  • در ساخت و قالب گیری دمشی PET پلاستیکی .
  • برخی از هواپیماها برای حفظ فشار کابین در ارتفاع به کمپرسور نیاز دارند.
  • برخی از انواع موتورهای جت – مانند توربوجت ها و توربوفن ها – هوای مورد نیاز برای احتراق سوخت را فشرده می کنند. های موتور جت توربین نیروی کمپرسور هوای احتراق را تامین می کنند.
  • در غواصی زیر آب ، دستگاه تنفس مستقل ، اکسیژن درمانی هایپرباریک و سایر تجهیزات پشتیبانی حیات، کمپرسورها گاز تنفسی را مستقیماً یا از طریق ظروف ذخیره گاز فشار بالا مانند سیلندرهای غواصی ارائه می کنند. [29] [30] در غواصی سطحی ، معمولاً از کمپرسور هوا برای تامین هوای کم فشار (10 تا 20 بار) برای تنفس استفاده می‌شود.
  • زیردریایی ها از کمپرسورها برای ذخیره هوا برای استفاده بعدی در جابجایی آب از محفظه های شناوری برای تنظیم شناوری استفاده می کنند.
  • توربوشارژرها و سوپرشارژرها کمپرسورهایی هستند که موتور احتراق داخلی با افزایش جریان جرمی هوا در داخل سیلندر، عملکرد
  • ریلی سنگین جاده‌ای وسایل نقلیه هوای فشرده برای به کار انداختن نقلیه ریلی یا جاده‌ای و سیستم‌های مختلف دیگر ( درب‌ها ، برف پاک کن‌ها ، موتور ، گیربکس و غیره) استفاده می‌کنند.
  • ایستگاه های خدمات و تعمیرگاه های خودرو از هوای فشرده برای پر کردن لاستیک و ابزارهای بادی برقی استفاده می کنند.
  • پیستون های آتش نشانی و پمپ های حرارتی برای گرم کردن هوا یا گازهای دیگر وجود دارند و فشرده سازی گاز تنها وسیله ای برای رسیدن به این هدف است.
  • کمپرسورهای لوب روتاری اغلب برای تامین هوا در خطوط انتقال پنوماتیک برای پودر یا جامدات استفاده می شوند. فشار رسیده می تواند از 0.5 تا 2 بار گرم باشد

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.