Gaz sıkıştırma, gazın basınç potansiyel enerjisi kazanması için dış enerjinin tüketilmesi işlemidir. Kompresör, sıkıştırılmış gazın üreticisidir. Bu nedenle, vidalı hava kompresörünün hava ucunun temel performansı şu dört unsurdan ayrı düşünülemez: basınç, akış, güç ve özgül güç.
Vidalı hava kompresörünün temel performansı – hava ucu – basınç
Sıkıştırılmış havanın basınç potansiyel enerjisini elde etmek, hava kompresörlerinin en temel işlevidir ve vidalı hava kompresörleri de bu konuda istisna değildir. Vidalı hava kompresörlerinin ana motoru, dış enerji tüketerek havanın basıncını artırır. Basınç ne kadar yüksek olursa, o kadar fazla enerji tüketilir ve ana motor için gereksinimler o kadar artar. Genellikle hava kompresörlerini çıkış basıncına göre dört kategoriye ayırırız:
Düşük basınç: 0,2~1,0 MPa
Orta basınç: 1,0~10 MPa
Yüksek basınç: 10~100 MPa
Ultra yüksek basınç: 100 MPa'nın üzerinde
Vidalı hava kompresörlerinin çıkış basıncı genellikle 0,2~4,0 MPa arasındadır; bu da performanslarının, uygulanabilirliklerinin ve ekonomikliklerinin bu aralıkta daha iyi olduğu anlamına gelir. Bu durum, kompresörün hava ucunun yapısı ve çalışma şekliyle belirlenir ve aynı zamanda piyasada en fazla talep gören basınç segmentidir.
Hava kompresörünün sağladığı basınçlı hava basıncı, esas olarak çıkış basıncı Pd'nin emme basıncı Ps'ye oranı olan basınç oranı ile ölçülür. Oran ne kadar yüksekse, çıkış basıncı da o kadar yüksek olur.
ε=Pd/Ps Formülü (6)
Vidalı hava kompresörünün ana motoru için iç basınç oranı ve dış basınç oranı olmak üzere iki değer mevcuttur.
İç basınç oranı: Ana motorun dişler arası hacmindeki basıncın, emme ve egzoz portlarının konumuna ve şekline bağlı olarak belirlenen emme basıncına oranı;
Dış basınç oranı: Egzoz borusundaki basıncın emme basıncına oranı. Çalışma koşulları veya proses akışı için gerekli emme ve egzoz basınçları.
İç basınç oranı dış basınç oranına eşit olmadığında, ana motor daha fazla güç tüketir; iç basınç oranı dış basınç oranına eşit olduğunda ise ana motor en iyi durumda çalışır.
Vidalı hava kompresörünün ana motoru için, ana motor, ortam sıcaklığı, emme basıncı, ana motor hızı ve diğer faktörler aynı olduğunda, çıkış basıncı ne kadar yüksek olursa, güç tüketimi de o kadar yüksek olur.
Vidalı hava kompresörünün hava ucunun temel performansı – akış
Akış genellikle kütle akışı ve hacim akışından oluşur. Hava kompresörü sistemlerinin endüstri şartnamelerinde ve standartlarında, akış ölçüm yöntemi olarak genellikle hacim akışını kullanırız; bu, ülkemizde egzoz hacmi veya nominal akış olarak da adlandırılır: Gerekli egzoz basıncı altında, hava kompresörü tarafından birim zamanda boşaltılan gaz hacmi, giriş durumuna, yani birinci kademe giriş borusundaki emme basıncının hacim değerine ve emme sıcaklığı ve nemine göre dönüştürülür. Birimi m³/dak'dır. Hacim akışı, gerçek hacim akışı ve standart hacim akışı olarak ikiye ayrılır.
Genellikle numuneler, seçmeler ve makine isim levhalarında standart hacimsel akış kullanılır. Sektöre, bölgeye ve kullanıma bağlı olarak, basınçlı hava pazarındaki standart hacimsel akış, standart durumdaki (sıcaklık, basınç ve bileşenler) farklılığa göre iki farklı tanıma sahiptir:
Standart durum, basınç P=101.325 kPa; standart sıcaklık T=0℃; bağıl nem %0'dır. Genellikle endüstriyel gaz, kimya endüstrisi veya ihale belgelerinde "standart kare" olarak adlandırılır ve genellikle "VN" formül sembolü ve Nm3/min birimiyle ifade edilir.
Standart durum, basınç P = 101,325 kPa; standart sıcaklık T = 20℃; bağıl nem %0'dır. Genellikle basınçlı hava endüstrisi standartlarında kullanılır ve "standart çalışma koşulları" olarak adlandırılır. Sembolü genellikle "V" ve birimi m³/dak'dır.
Genellikle, hava kompresörü sektörümüzde kullanılan standart hacimsel debi ikincisidir. İki durum arasındaki hacimsel debi dönüşümü şu formülle hesaplanabilir:
V(m3/dak)=1.0732VN(Nm3/dak) Formül (7)
Vidalı hava kompresörünün ana motoru için, diğer koşullar aynı kalmak kaydıyla, rotor merkez mesafesi ne kadar büyükse, hacimsel debisi de o kadar büyük olur; ana motor devri ne kadar yüksekse, hacimsel debisi de o kadar büyük olur.
V hacimsel akış hızı = qv ana motor sıkıştırma hacmi × n kafa hızı Formül (8)
qv=CΨqv0Z1n=CΨCn1nλD3 Formül (9)
Burada Z1, erkek rotorun diş sayısı; n, erkek rotorun hızı; λ, rotorun en boy oranı; D, erkek rotorun dış çapıdır.
Bu nedenle, ekonomik nedenlerle genellikle ana motor tiplerini azaltırız ve piyasa talebini karşılamak için ana motor hızını belirleyerek hava kompresörünün egzoz hacmini ayarlayabiliriz.
Ancak, vidalı kompresör ana motorunun hızı sonsuz derecede yüksek olamaz, genellikle 800 ile 10.000 devir/dakika arasındadır. Bu nedenle, vidalı kompresör ana motor üreticisi, vidalı kompresörün akış gereksinimlerini karşılamak için farklı hacimsel akış aralıklarına sahip ana motorlar geliştirir.
Vidalı hava kompresörünün hava ucu özgül gücü ve hesaplaması
Hava kompresörünün hava ucu çalışırken, birim zamanda hacimsel akış başına tüketilen şaft gücü. Özgül gücün birimi: kW/(m³/dak).
Hesaplama formülü aşağıdaki gibidir:
SER hava ucu = Pd hava ucu/qv Formülü (10)
Pd hava ucu – hava ucu şaft gücü;
qv – birim zamandaki hava ucu hacimsel akışı
Özgül güç değeri şöyledir:
SER hava ucu = 117/23,1 = 5,065 (kW/(m3/dak))
Vidalı hava kompresörünün hava ucunun özgül güç değeri ne kadar düşükse, enerji tüketimi o kadar az ve hava ucunun performansı o kadar iyi olur. Sabit akış koşullarında, çıkış basıncı ne kadar yüksekse, hava ucu şaft gücü o kadar büyük olur, dolayısıyla özgül güç değeri de o kadar yüksek olur.
Her vidalı kompresörün, ana motorun hızıyla ilişkili optimum bir özgül güç değeri vardır. Ana motor hızı çok düşük olduğunda, sızıntı artar, gaz hacmi azalır ve özgül güç değeri yükselir; ana motor hızı çok yüksek olduğunda ise sürtünme artar, şaft gücü artar ve özgül güç değeri yükselir. Ancak özgül güç değerini en düşük yapan optimum bir hız mutlaka vardır. Bu nedenle, ana motor ne kadar büyükse, o kadar enerji tasarruflu olur demek her zaman doğru değildir.
Vidalı kompresörler ve değişken frekanslı kompresörler tasarlarken, ana motorun ekonomikliği, standardizasyonu ve modülerliğini göz önünde bulundururken aynı zamanda kaliteyi de sağlamalıyız. Bu nedenle, farklı basınç ve debilere sahip vidalı kompresörlerin tasarımı ve geliştirilmesi için ana motorun özgül güç değeri eğrisini kullanacağız.
Yayın tarihi: 17 Temmuz 2024
