توربو کمپرسور (Turbo Compressor)

کمپرسورهای حرارتی توربو ماشین آلات توربو هستند که با کمک اصول دینامیکی گاز تراکم پذیر را متمرکز می کنند. با این کار ، گاز به طور مداوم به پروانه چرخان وارد می شود. قدرت شفت مکانیکی با کمک پره ها به سیال منتقل می شود و در نتیجه فشار و دما به میزان قابل توجهی افزایش می یابد. انرژی جریان جنبشی باقی مانده پس از آن بیشتر در دیفیوزر به فشار تبدیل می شود. سپس گاز فشرده شده یا به صورت ولت جمع شده و یا با کمک کانال برگشت به مرحله دوم کمپرسور منتقل می شود. در شکل 1 ، اجزای یک کمپرسور توربو گریز از مرکز یک مرحله ای نشان داده شده است ، جایی که شکل 2 نمای نزدیک پروانه شامل پره ها را نشان می دهد. شکل(1)

شکل(2)

کمپرسورهای توربو:

می توانند در محدوده فرکانس 1000 تا 5000 هرتز سر و صدا ایجاد کنند که ممکن است باعث ایجاد مزاحمت در محیط نصب دستگاه شود. علت این صدای تونال فعل و انفعال بین جریان و تیغه های چرخان داخل کمپرسور است. سر و صدا از دو طرف مکش و تخلیه از کمپرسور به سیستم لوله منتقل می شود.

سپس از دیواره های لوله به محیط تابش می شود. از آنجا که نمی توان از این منبع نویز جلوگیری کرد ، در صورت لزوم می توان صدا خفه کن را بین کمپرسور و سیستم لوله نصب کرد. صدا خفه کن از انتقال صدا جلوگیری می کند. متداول ترین نوع صدا خفه کن برای این کاربرد نوع به اصطلاح جذب است. با این حال ، به دلیل سرعت جریان بالا و ارتعاشات ، ممکن است ماده جذب خراب شده و از بین برود. یک نوع خاموش کننده محکم تر بر اساس تشدید کننده های صوتی صلب ساخته شده است. در این مقاله روند توسعه شرح داده شده است. این شامل مدل سازی صوتی یک و سه بعدی ، آزمایش مدل مقیاس و طراحی برای یک کاربرد در مقیاس کامل است. در مقایسه با صدا خفه کن نوع جذب ، طراحی نهایی صدا خفه کن دارای افت فشار مشابه یا کمتری است و در همان محفظه قرار می گیرد.

معرفی دقیقتر کمپرسور و آزمایشات بر روی آن:

کمپرسورهای توربو که برای افزایش قدرت موتورهای دیزلی استفاده می شوند توسط توربین های شعاعی کار می کنند که ظرفیت بیشتری برای جذب یا تحویل نیرو دارند. بهبود طراحی آنها مستلزم درک بهتر جریانهای متلاطم و ناپایدار آنها است که با ساختارهای سه بعدی پیچیده به دلیل حرکت نسبی بین روتور و استاتور مشخص می شوند. در دو دهه گذشته ، به دلیل تکامل سریع قدرت محاسبات ، شبیه سازی جریان در طراحی توربو ماشین آلات تا حد قابل توجهی رشد کرده است. Descombes و به منظور ساخت میدان جریان هوازی تروترودینامیکی محلی یک توربین شعاعی ، شبیه سازی 2.5D را در نزدیکی نقطه بهینه کار انجام دادند. با استفاده از کد تجاری Fluent ، Putra و Joos جریان را از طریق یک پره استاتور توربین شعاعی و یک بخش از جریان نامتقارن مطالعه کردند. نتایج آنها توافق خوبی با توزیع زاویه جریان اندازه گیری شده نشان داد ، اما گردابه های جریان ثانویه ضعیف تر بودند.

محاسبات مرحله کامل با کد تجاری CFX توسط سیمپسون و همکاران (3) بر روی یک سری ولت های پره و بدون پره انجام شد. نتایج به دست آمده نشان داد که ولتاژهای بدون پره سطح کمتری از تلفات را نشان می دهند و بازده توربین را بهبود می بخشند. عدم یکنواختی میدان جریان برای یک ولت بدون پره ، درست در پایین دست زبان برجسته است. یک تحقیق تجربی برای ارزیابی تفاوت در عملکرد ولتاژهای پره ای و بدون پره انجام داده شده و نشان داده که ولت بدون پره بهترین بازده را در تمام شرایط آزمایش شده تولید می کند. یک نظرسنجی ارائه شده توسط Baines در مورد درک به روز جریان پالس در توربین های شعاعی و عوامل موثر بر عملکرد آنها ارائه داده است. تجزیه و تحلیل CFD از یک توربین بدون پره توسط Hellström و Fuchs بدون داده های آزمون پشتیبانی بود ، با این وجود نتایج آنها نشان داد که در جریان های نبض ، مقیاس های بزرگ تلاطم باید با شبیه سازی های گردابی بزرگ اداره شود. اگرچه ، مطالعات عددی برای توربین های شعاعی یک ورودی وجود دارد ، اما توربین های دوقلو با وجود استفاده گسترده در شارژرهای توربو ، مورد توجه قرار نگرفته اند. برخی از محققان تحقیقات آزمایشی درباره تأثیر پذیرش جزئی و نابرابر بر عملکرد توربین شعاعی را انجام دادند. پیشیگر و وونشه (10) توربین های دوقلو را تحت شرایط ثابت مطالعه کردند و نشان دادند که شرایط ورودی نابرابر تأثیر قابل توجهی بر الگوهای جریان توربین و عملکرد آنها دارد. همچنین اندازه گیری های دیل و واتسون (11) اثرات قابل توجهی از پذیرش جزئی و نابرابر را در هر دو مورد بلع نشان داده است. ظرفیت و کارایی یک توربین دوقلو ، نشان داد که حداکثر بازده توربین لزوماً در شرایط مساوی وجود ندارد. این نتیجه گیری توسط آزمایشات Capobianco و Gambrotta نیز پشتیبانی می شود. Yeo and Baines مطالعه دیل و واتسون را با استفاده از تکنیک های سرعت سنجی دو کانونی لیزر برای بررسی جریان داخل توربین گسترش دادند. به طور کلی ، انواع مختلف کمپرسورهای توربو را می توان بر اساس طراحی آنها تعریف کرد: کمپرسورهای توربو گریز از مرکز: جریان در جهت محوری وارد کمپرسور توربو می شود و در جهت گریز از مرکز از پروانه خارج می شود. هر دو تیغه پروانه 2D یا 3D امکان پذیر است. کمپرسور توربوی جریان مخلوط: جریان در جهت محوری وارد کمپرسور توربو می شود و نه در یک سانتریفیوژ خالص و نه در جهت محوری خالص از پروانه خارج می شود و خروجی دارای شعاع بزرگتری است. کمپرسورهای محوری توربو: جریان در جهت محوری وارد کمپرسور توربو شده و در شعاع مشابه از پروانه خارج می شود.