ثلاثة خصائص أداء أساسية وقدرة محددة لوحدة ضغط الهواء في ضاغط الهواء اللولبي

ضغط الغاز عمليةٌ تستهلك طاقةً خارجيةً لتحويله إلى طاقة ضغط كامنة. والضاغط هو مصدر الغاز المضغوط. لذا، فإن الأداء الأساسي لوحدة ضغط الهواء في ضاغط الهواء اللولبي لا ينفصل عن هذه الجوانب الأربعة: الضغط، والتدفق، والطاقة، والطاقة النوعية.
الأداء الأساسي لوحدة ضغط الهواء في ضاغط الهواء اللولبي - الضغط

يُعدّ الحصول على طاقة الوضع للضغط في الهواء المضغوط الأداء الأساسي لضواغط الهواء، ولا تُستثنى من ذلك ضواغط الهواء اللولبية. يعمل المحرك الرئيسي في ضواغط الهواء اللولبية على زيادة ضغط الهواء باستهلاك طاقة خارجية. وكلما زاد الضغط، زاد استهلاك الطاقة، وبالتالي زادت متطلبات المحرك الرئيسي. عادةً ما نقسم ضواغط الهواء إلى أربع فئات حسب ضغط الخرج:

الضغط المنخفض: 0.2~1.0 ميجا باسكال

الضغط المتوسط: 1.0~10 ميجا باسكال

الضغط العالي: 10~100 ميجا باسكال

ضغط فائق الارتفاع: أعلى من 100 ميجا باسكال

تتميز ضواغط الهواء اللولبية عادةً بضغط خرج يتراوح بين 0.2 و4.0 ميجا باسكال، مما يعني أن أداءها وجدواها واقتصاديتها تكون أفضل في هذا النطاق. ويتحدد ذلك ببنية وطريقة عمل وحدة ضغط الهواء، كما أنه يمثل قطاع الضغط الأكثر طلباً في السوق.

يُقاس ضغط الهواء المضغوط الذي يوفره ضاغط الهواء بشكل أساسي بنسبة الضغط، وهي نسبة ضغط الخرج Pd إلى ضغط السحب Ps. كلما زادت النسبة، زاد ضغط الخرج.

ε=Pd/Ps الصيغة (6)

بالنسبة للمحرك الرئيسي لضاغط الهواء اللولبي، هناك نسبة ضغط داخلية ونسبة ضغط خارجية.

نسبة الضغط الداخلي: نسبة الضغط في حجم ما بين أسنان المحرك الرئيسي إلى ضغط السحب، والذي يتم تحديده من خلال موضع وشكل منافذ السحب والعادم؛

نسبة الضغط الخارجي: هي نسبة الضغط في أنبوب العادم إلى ضغط السحب. وهي تمثل ضغط السحب والعادم المطلوبين لظروف التشغيل أو تدفق العملية.

عندما تكون نسبة الضغط الداخلي ≠ نسبة الضغط الخارجي، فإن المحرك الرئيسي سيستهلك طاقة أكبر؛ وعندما تكون نسبة الضغط الداخلي = نسبة الضغط الخارجي، يكون المحرك الرئيسي في أفضل حالة.

بالنسبة للمحرك الرئيسي لضاغط الهواء اللولبي، عندما يكون المحرك الرئيسي ودرجة الحرارة المحيطة وضغط السحب وسرعة المحرك الرئيسي وعوامل أخرى متساوية، كلما زاد ضغط الإخراج، زاد استهلاك الطاقة.

الأداء الأساسي لوحدة تدفق الهواء في ضاغط الهواء اللولبي

يتكون التدفق عادةً من التدفق الكتلي والتدفق الحجمي. في المواصفات والمعايير الصناعية لأنظمة ضواغط الهواء، نستخدم عادةً التدفق الحجمي كطريقة لقياس التدفق، والذي يُسمى أيضًا حجم العادم أو التدفق الاسمي في بلدي: عند ضغط العادم المطلوب، يتم تحويل حجم الغاز الخارج من ضاغط الهواء في وحدة الزمن إلى حالة السحب، أي قيمة ضغط السحب عند أنبوب السحب في المرحلة الأولى، ودرجة حرارة السحب ورطوبته. وحدة القياس هي متر مكعب/دقيقة. ينقسم التدفق الحجمي إلى التدفق الحجمي الفعلي والتدفق الحجمي القياسي.

عادةً ما تستخدم العينات والاختيارات ولوحات بيانات الآلات معدل التدفق الحجمي القياسي. ونظرًا لاختلاف الصناعة والمنطقة والاستخدام، فإن معدل التدفق الحجمي القياسي في سوق الهواء المضغوط له تعريفان وفقًا للاختلاف في الحالة القياسية (درجة الحرارة والضغط والمكونات):

الحالة القياسية هي الضغط P=101.325 كيلو باسكال؛ ودرجة الحرارة القياسية T=0 درجة مئوية؛ والرطوبة النسبية 0%. كثيراً ما تُستخدم هذه الحالة في الغازات الصناعية، والصناعات الكيميائية، أو وثائق المناقصات، ويُشار إليها باسم "المربع القياسي"، وعادةً ما يكون رمزها الصيغي "VN" ووحدتها متر مكعب قياسي/دقيقة.

الحالة القياسية هي ضغط P = 101.325 كيلو باسكال؛ درجة حرارة قياسية T = 20 درجة مئوية؛ رطوبة نسبية 0%. تُستخدم هذه الحالة عادةً في معايير صناعة الهواء المضغوط وتُسمى "ظروف التشغيل القياسية". يُرمز لها عادةً بالحرف "V" ووحدتها متر مكعب/دقيقة.

عادةً، يكون معدل التدفق الحجمي القياسي المستخدم في صناعة ضواغط الهواء لدينا هو المعدل الثاني. ويمكن حساب تحويل معدل التدفق الحجمي بين الحالتين باستخدام الصيغة التالية:

V(m3/min)=1.0732VN(Nm3/min) الصيغة (7)

بالنسبة للمحرك الرئيسي لضاغط الهواء اللولبي، وفي ظل نفس الظروف الأخرى، كلما زادت المسافة بين مركز الدوار، زاد معدل تدفق الحجم؛ وكلما زادت سرعة المحرك الرئيسي، زاد معدل تدفق الحجم.

معدل تدفق الحجم V = حجم ضغط المحرك الرئيسي qv × سرعة رأس المحرك n (الصيغة 8)

qv=CΨqv0Z1n=CΨCn1nλD3 الصيغة (9)

حيث Z1——عدد أسنان الدوار الذكري؛ n——سرعة الدوار الذكري؛ λ——نسبة أبعاد الدوار؛ D——القطر الخارجي للدوار الذكري.

لذلك، ولأجل الاقتصاد، نقوم عادةً بتقليل أنواع المحركات الرئيسية ويمكننا ضبط حجم عادم ضاغط الهواء عن طريق تحديد سرعة المحرك الرئيسي لتلبية طلب السوق.

مع ذلك، لا يمكن أن تكون سرعة المحرك الرئيسي لضاغط اللولب عالية بلا حدود، إذ تتراوح عادةً بين 800 و10000 دورة في الدقيقة. لذا، يقوم مصنّعو المحركات الرئيسية للضاغط اللولبي بتطوير محركات ذات نطاقات تدفق حجمي مختلفة لتلبية متطلبات التدفق اللازمة لتشغيل الضاغط.

القدرة النوعية لوحدة ضغط الهواء في ضاغط الهواء اللولبي وحسابها

القدرة المحورية المستهلكة لكل وحدة زمنية من تدفق الهواء عند تشغيل وحدة ضغط الهواء في الضاغط. وحدة القدرة النوعية هي: كيلوواط/(م³/دقيقة).

صيغة الحساب هي كما يلي:

SER air end = Pd air end/qv الصيغة (10)

وحدة ضغط الهواء Pd – قدرة عمود وحدة ضغط الهواء؛

qv – معدل تدفق حجم الهواء في وحدة الزمن

قيمتها النوعية من الطاقة هي:

نهاية الهواء SER = 117/23.1 = 5.065 (كيلوواط/(م3/دقيقة))

كلما انخفضت قيمة القدرة النوعية لوحدة ضغط الهواء في ضاغط الهواء اللولبي، انخفض استهلاكها للطاقة وتحسن أداؤها. في حالة التدفق الثابت، كلما زاد ضغط الخرج، زادت قدرة عمود وحدة ضغط الهواء، وبالتالي زادت قيمتها النوعية.

لكل ضاغط لولبي قيمة مثالية للطاقة النوعية، ترتبط بسرعة المحرك الرئيسي. فعندما تكون سرعة المحرك منخفضة جدًا، يزداد التسريب، ويقل حجم الغاز، وترتفع قيمة الطاقة النوعية؛ وعندما تكون سرعة المحرك عالية جدًا، يزداد الاحتكاك، وتزداد قدرة العمود، وترتفع قيمة الطاقة النوعية. ولكن لا بد من وجود سرعة مثالية تُحقق أدنى قيمة للطاقة النوعية. ولهذا السبب، ليس من الصحيح بالضرورة القول بأن المحرك الرئيسي الأكبر حجمًا يوفر الطاقة بشكل أكبر.

عند تصميم ضواغط لولبية وضواغط متغيرة التردد، يجب ضمان الجودة مع مراعاة الجدوى الاقتصادية، والتوحيد القياسي، وقابلية التعديل للمحرك الرئيسي. لذا، سنستخدم منحنى القدرة النوعية للمحرك الرئيسي لتصميم وتطوير ضواغط لولبية ذات ضغوط وتدفقات مختلفة.