Razlika između volumetrijskih i dinamičkih kompresora
Vrste kompresora Kompresori zraka Osnovna teorija Wiki za komprimirani zrak Zapremnina Komprimirani zrak
Prije učenja o različitim kompresorima i metodama kompresije, prvo vas moramo uvesti u dva osnovna načela kompresije plina. Nakon toga usporedit ćemo ih i pregledati različite kompresore u tim kategorijama.
Dva su osnovna načela kompresije zraka (ili plina): volumetrijska kompresija i dinamička kompresija. Ova načela utemeljena su u teoriji komprimiranja i ispuštanja zraka.
Pri volumetrijskoj kompresiji zrak se uvlači u jednu ili više komora, koje se potom zatvaraju na ulazu. Zapremnina pojedinih komora postupno se smanjuje i zrak u unutrašnjosti se komprimira. Po postizanju tlaka koji odgovara dizajniranom ugrađenom omjeru tlaka, otvara se otvor ili ventil. Uslijed kontinuiranog smanjenja zapremnine kompresijske komore zrak se zatim ispušta u izlazni sustav.
Pri dinamičkoj kompresiji zrak se uvlači među lopatice brzo rotirajućeg kompresijskog rotora te ubrzava na veliku brzinu. Plin se potom ispušta kroz difuzor u kojem se kinetička energija pretvara u statički tlak.
Volumetrijski kompresori
- konstantna brzina protoka
- viši tlak
- rad pri niskoj brzini
- manje, stabilne primjene
- jednostavniji dizajn
Volumetrijski kompresori osiguravaju dosljedan protok zraka, neovisno o tlaku u sustavu. Zrak komprimiraju zahvaćanjem fiksne zapremnine i njenim mehaničkim komprimiranjem, primjerice s klipovima ili rotirajućim vijcima.
Ovi kompresori daju visoke omjere tlaka čak i pri nižim brzinama te su idealni za manje, stabilne primjene poput proizvodnje i automobilske industrije. Njihov jednostavan dizajn osigurava pouzdanost i lako održavanje.
Dinamički kompresori (turbokompresori)
- promjenjiva brzina protoka
- promjenjiv tlak
- više brzine
- primjene s velikim zapremninama
- napredan dizajn
Dinamički kompresori komprimiraju velike zapremnine zraka uz pomoć vrlo brzih rotirajućih lopatica.
Njihova brzina protoka i tlak mijenjaju se s radnom brzinom, zbog čega su prikladni za primjene s velikim zapremninama poput proizvodnje energije i klimatizacijske sustave. Njihov složen dizajn optimiran je za promjenjive brzine protoka i učinkovite operacije s velikim brzinama.
Što su volumetrijski kompresori?
Biciklistička pumpa najjednostavniji je primjer volumetrijske kompresije. Zrak se uvlači u cilindar i komprimira pokretnim klipom. Isto načelo rada imaju i klipni kompresori. U njima se primjenjuje klip koji se naprijed i natrag pomiče uz pomoć klipnjače i rotirajućeg koljenastog vratila.
Ako se za komprimira samo s jednom stranom klipa, riječ je o jednoradnom kompresoru. Ako se primjenjuju gornja i donja strana klipa, dvoradni je. Omjer tlaka je veza apsolutnog tlaka na ulaznim i izlaznim stranama.
Sukladno tome, stroj koji uvlači zrak pri atmosferskom tlaku (1 bar(a)) i komprimira ga na nadtlak od 7 bar radi na omjeru tlaka od (7 + 1)/1 = 8.
Vrste volumetrijskih kompresora
- Klipni kompresori: Kompresori koji zrak u cilindru komprimiraju klipovima pogonjenima koljenastim vratilom.
- Spiralni kompresori: Kompresori koji uglađeno komprimiraju zrak uz pomoć dva prepletena spiralna svitka.
- Rotacijski vijčani kompresori: Kompresori koji kontinuirano komprimiraju zrak uz pomoć dva rotirajuća spiralna vijka.
- Rotacijski zupčasti kompresori: Kompresori koji zrak komprimiraju uz pomoć dva ozubljena rotora koji se bez kontakta rotiraju u suprotnim smjerovima.
- Rotacijski krilni kompresori: Kompresori koji zrak unutar cilindričnih šupljina komprimiraju rotorom s lopaticama.
Na dva grafikona u nastavku prikazan je odnos tlak-zapremnina teoretskog kompresora i stvarnog klipnog kompresora.
Zapremnina hoda je zapremnina cilindra koju klip prolaz tijekom faze usisa. Zapremnina zazora je zapremnina ispod ulaznih i izlaznih ventila i iznad klipa. Iz mehaničkih razloga mora preostati u vršnoj točki okretanja klipa.
Razlika teoretskog dijagrama p/v i stvarnog dijagrama rezultat je razlike između zapremnine hoda i zapremnine usisa koju uzrokuje ekspanzija zraka preostalog u zapremnini zazora prije početka usisa.
Ventili nikada nisu potpuno zabrtvljeni i uvijek postoji određena razina propuštanja između plašta klipa i stjenke cilindra. Uz to, potpuno otvaranje i zatvaranje ventila bez minimalne odgode nije moguće. To rezultira padom tlaka kada plin protječe kroz kanale. Posljedica dizajna je i zagrijavanje plina pri protjecanju u cilindar.
Što su dinamički kompresori?
U dinamičkom kompresoru do porasta tlaka dolazi tijekom protjecanja plina. Rotirajućim lopaticama na rotoru protočni plin ubrzava se na veliku brzinu. Kada se plin prisilno uspori ekspanzijom u difuzoru, brzina plina pretvara se u statički tlak.
Ovisno o glavnom smjeru protoka plina, ovi kompresori nazivaju se radijalni ili aksijalni kompresori. U usporedbi s potisnim kompresorima, malena promjena radnog tlaka dinamičkog kompresora rezultira velikom promjenom brzine protoka.
Svaka brzina rotora ima gornju i donju granicu brzine protoka. Na gornjoj granici brzina protoka plina dostiže brzinu zvuka. Na donjoj granici protutlak postaje veći od nakupljanja tlaka u kompresoru pa u kompresoru nastaje povratni tok. To pak uzrokuje pulsiranje, buku i opasnost od mehaničkog oštećenja.
Kako biste bolje razumjeli reguliranje i optimiranje performansi dinamičkih kompresora pročitajte ovaj vodič za reguliranje dinamičkom kompresora.
Vrste dinamičkih kompresora
- Centrifugalni kompresori: Kompresori koji uz pomoć rotirajućeg rotora povećavaju brzinu zraka i pretvaraju je u tlak putem difuzora.
- Aksijalni kompresori: Kompresori koji zrak komprimiraju tok protječe usporedno s osi rotacije, a uobičajeno se upotrebljavaju u mlaznim motorima i za vrlo brze primjene.