أساسيات ضغط الهواء: الضغط بالإزاحة والضغط الديناميكي
16 March, 2023
ثمة مبدآن عامان لضغط الهواء (أو الغاز): الضغط موجب الإزاحة والضغط الديناميكي. ويشمل هذا الدليل كليهما.
دليل أنواع الضواغط الديناميكية: الضواغط التي تعمل بالطرد المركزي والمحورية
عندما تحتاج إلى الكثير من القدرة الحصانية، فإن الضاغط الديناميكي هو الخيار الأمثل. وهو متوفر بالتصميم المحوري والشعاعي، وغالبًا ما تُسمى الضواغط التوربينية. وتُسمى تلك الضواغط ذات التصميم الشعاعي الضواغط التي تعمل بالطرد المركزي.
يعمل الضاغط الديناميكي عند ضغط ثابت، خلافًا لضاغط الإزاحة، مثلاً، الذي يعمل بتدفق ثابت. يتأثر أداء الضاغط الديناميكي بالظروف الخارجية. فعلى سبيل المثال، يؤدي التغير في درجة حرارة المدخل إلى تغير في السعة.
ما المقصود بالضواغط التي تعمل بالطرد المركزي؟
يتميز الضاغط الذي يعمل بالطرد المركزي بتدفق التفريغ الشعاعي. يتم سحب الهواء إلى مركز دفَّاعة دوارة ذات شفرات نصف قطرية. ويتم دفعه للخارج باتجاه محيط الدفَّاعة بفعل قوى الطرد المركزي. ينتج من الحركة الشعاعية للهواء ارتفاع الضغط وتوليد طاقة حركية بشكل متزامن. قبل أن يتوجه الهواء إلى مركز الدفَّاعة الخاصة بمرحلة الضاغط التالية، يمر عبر رذاذة وحلزون. وهذا حيث تتحول الطاقة الحركية إلى ضغط.
تسهم كل مرحلة في جزء من ارتفاع الضغط الكلي لوحدة الضاغط. ففي الآلات الصناعية، لا يزيد الحد الأقصى لنسبة الضغط لمرحلة الضاغط الذي يعمل بالطرد المركزي على 3 غالبًا. وتقلل نسب الضغط الأعلى كفاءة المرحلة. تتيح التطبيقات متعددة المراحل إمكانية التبريد البيني لتقليل متطلبات الطاقة. يمكن ترتيب المراحل المتعددة على التوالي على عمود فردي منخفض السرعة. وغالبًا ما يُستخدم هذا المفهوم في قطاع النفط والغاز أو الصناعات التحويلية.
نظرًا إلى أن نسبة الضغط لكل مرحلة منخفضة، يُستخدم عدد كبير من المراحل و/أو مجموعات ضواغط متعددة لتحقيق الضغط المطلوب. بالنسبة إلى تطبيقات ضغط الهواء، يتم دمج صندوق تروس عالي السرعة مع مراحل الضاغط لتدوير الدفَّاعات على تروس صغيرة عالية السرعة. يمكن أن تُصمَم الدفَّاعة بتصميم مفتوح أو مغلق.
التصميم المفتوح
يكثر استخدام التصميم المفتوح في تطبيقات الهواء عالية السرعة. عادةً ما تُصنع الدفَّاعة من سبيكة خاصة من الفولاذ المقاوم للصدأ أو الألومنيوم. تكون سرعة عمود الدفَّاعة عالية للغاية مقارنةً بسرعة أنواع الضواغط الأخرى. وتكون السرعات التي تتراوح ما بين 15000 و100000 دورة في الدقيقة شائعة. هذا يعني أن الارتكاز على عمود الضاغط عالي السرعة أو الترس يحدث باستخدام محامل عادية ذات غشاء زيتي بدلاً من المحامل ذات الأسطوانات.
خالية من الزيت
وبدلاً من ذلك، يمكن استخدام المحامل ذات الغشاء الهوائي أو المحامل المغناطيسية النشطة للحصول على آلة خالية من الزيت تمامًا. يتم تركيب دفَّاعتين على كل طرف من العمود نفسه لمقاومة الأحمال المحورية الناتجة عن فروق الضغط. عادةً ما يتم استخدام مرحلتين أو ثلاث مراحل مع المبردات البينية لتطبيقات الهواء المضغوط القياسية.
في التكوين الحديث لضاغط الهواء الذي يعمل بالطرد المركزي، تُستخدم المحركات الكهربائية فائقة السرعة لإدارة الدفَّاعات مباشرةً. تنتج هذه التقنية ضاغطًا صغير الحجم من دون صندوق تروس ونظام تشحيم بالزيت مقترنًا، ما يجعل هذا الضاغط ذا تصميم خالٍ من الزيت تمامًا.
موانع التسرب
يجب إغلاق كل ضاغط يعمل بالطرد المركزي بإحكام بطريقة مناسبة للحد من التسرب على طول العمود الذي يمر من خلاله عبر مبيت الضاغط. تُستخدم أنواع متعددة من مانع التسرب ويمكن العثور على الأنواع الأكثر تطورًا في الضواغط عالية السرعة المخصصة لمستويات الضغط العالي. وتُعَد موانع التسرب الأكثر شيوعًا هي موانع التسرب اللابرنثية، وموانع التسرب الحلقية أو ذات الفجوة المتحكم بها (عادةً ما تكون موانع تسرب مصنوعة من الجرافيت)، وموانع التسرب الميكانيكية.
يتضمن الضاغط المحوري تدفقًا محوريًا، حيث يمر الهواء أو الغاز على طول عمود الضاغط عبر صفوف من الشفرات الدوارة والثابتة. وبهذه الطريقة، تزداد سرعة الهواء تدريجيًا في الوقت نفسه الذي تحول فيه الشفرات الثابتة الطاقة الحركية إلى ضغط. عادةً ما يتم تضمين أسطوانة موازنة في الضاغط لموازنة الدفع المحوري.
عادةً ما تكون الضواغط المحورية أصغر وأخف من مثيلاتها من الضواغط التي تعمل بالطرد المركزي، وتعمل عادةً بسرعات أعلى في المعتاد. وتُستخدم لمعدلات التدفق الثابتة ومرتفعة الحجم عند ضغط معتدل نسبيًا، على سبيل المثال، في أنظمة التهوية. ونظرًا إلى سرعة دورانها العالية، فإنها تقترن بشكل مثالي بتوربينات الغاز لتوليد الكهرباء ودفع الطائرات.
المقالات ذات الصلة
كيفية اختيار ضاغط الهواء الصناعي الأمثل
30 June, 2022
ثمة الكثير من العوامل يجب مراعاتها عند اختيار ضاغط هواء لأعمالك. سنتناول في هذا المقال الضاغط الأنسب لك، بناءً على استخدامك واحتياجاتك.
مضخات التفريغ والضواغط المعززة ومكثفات الضغط
22 April, 2022
تعرف على المزيد عن بعض أنواع الضواغط الأخرى: مضخة التفريغ والضاغط المعزز ومكثف الضغط.