2 Haziran 2018 Cumartesi

Turbo kompresör nedir ve nasıl çalışır?

Turbo kompresörler, yaygın olarak hava ve gaz basmak için kullanılan, dinamik kompresörlerdir. Kompresyon havanın yüksek bir hızla (dönerek) savrulurken kinetik enerji kazanmasından kaynaklanır. Turbo kompresörlerde havanın santrifüj kuvvetle (impeller dışına) savrularak hızlanması ve impeller çıkışında yığılması, taşıdığı kinetik enerjinin basınç enerjisine dönüşmesini sağlar. Turbo (Santrifüj) kompresörün impellerinin havayı (emip, savurarak) sıkıştırma oranı genellikle 1:1'den 2:1'e kadardır.

Bu makineler dinamik ilkesine göre basınç oluşturur; bunun anlamı pozitif yer değiştirmeli kompresörlerin çalışmasındaki gibi herhangi bir mekanik hacim daraltması (sürme) olmadan (havanın hızını kullanarak) basınç artışı sağlanmasıdır. Turbo kompresörlerde havayı (gazı) basmak için yüksek hızla dönen elemana impeller veya turbo fan adı verilir. Turbo kompresörün hava girişi ile hava çıkışı arasında piston veya diğer tip mekanik sürme veya sıkıştırma elemanı yoktur.

Turbo kompresör havayı emiş ağzından (ortadan) emer ve yüksek hızla dönen impeller kanatları santrifüj (savurma) kuvveti oluşturup havayı içten dışa doğru (çevresine) savurur. Dolayısıyla, turbo kompresörler, santrifüj ve hatta aerodinamik kompresörler olarak ta adlandırılır.

Turbo (Santrifüj) kompresörler "fanların üç kanunu" olarak da adlandırılan şu üç performans özelliğine sahiptir:

1. Debi impeller dönme hızıyla doğru orantılıdır.
2. İmpeller giriş ve çıkışı arasındaki basınç farkı impeller dönme hızının karesiyle doğru orantılıdır.
3. İmpellerin çektiği güç impeller dönme hızının küpüyle doğru orantılıdır.

Turbo kompresör nereden geldi?

İlk turbo kompresörler 1900'lü yılların başında üretildi. Orijinal olarak buhar türbini üreticileri tarafından, özellikle, derin kömür ocaklarının havalandırması amacıyla kullanıldı. İlk zamanlarda impeller imalatı basit yöntemlerle yapılıyordu ve yüksek teknoloji ürünü turbo kompresörün geliştirilmesi onlarca yıl sürdü.
Tipik olarak, fan göbekleri üzerine kanatlar perçinleniyor ve sonra fan balansı yapılıyordu. 1950'li yılların başına kadar turbo kompresör üretimine Avrupada fazla para yatırırılmadı.

Daha büyük olan Amerikan pazarı dolayısıyla, Amerika'da daha ileri düzeyde geliştirilen turbo kompresörler Avrupa'ya ihraç edildi.

İlk zamanlardaki perçinli fanlar ancak 1.2:1 basınç oranına çıkabiliyordu. Dolayısıyla, turbo kompresör çıkışında 7 bar efektif basıncına ulaşabilmek için 10 veya 11 fan kademesi gerekiyordu. Modern impellerler tek kademede 8:1 basınç oranı verebilmektedir. (Belki de daha yüksek...)

Bununla birlikte, ara soğutma olmayan tek kademeli turbo kompresörün verimi ara soğutmalı dizayna göre düşük kaldığından, çok kademeli turbo kompresör dizaynı tercih edilmektedir. Yine de bu, teknolojide, malzemede ve imalat yöntemlerinde daha fazla ilerleme olduğunu ve olacağını göstermektedir.

Tüm Kompresörler Çeşitleri Kompresör Yağları

Soğutma sistemlerinde bir çok elemanda bulunan hareketli parçalar metal yüzeyler için zararlı olabilecek sürtünme yaratırlar.Ayrıca sürtünme ilgili hareketli parçaların sıcaklığında bir artışa neden olabilir.Doğru yağlama sürtünme sonucu oluşabilecek zararı azalttığı için mekanik parçaların bakımında önemli bir konudur.Kompresörün yataklar pistonlar ve dişliler için iyi bir yağlanmaya ihtiyacı vardır.

Kompresör pistonlu kompresör ise piston ile silindir cidarı arasındaki boşluk öyle sızdırmaz olmalıdır ki tüm soğutucu buhar silindirin dışına ve oradan da sıcak gaz boşaltma hattına itilebilsin. Bu sızdırmazlık soğutucu yağına sıkıştırılmış soğutucu buharı ile birlikte silindir boyunca yol aldırılmasıyla sağlanır. Piston ileri geri hareket ettikçe yağ filmi sızdırmazlık sağlamazsa buharın bir kısmı kompresör karterine geri sızar bu da verim kaybına sebep olur

 
Daha öncede belirtildiği gibi soğutma sistemlerinde kullanılan yağ sıvı halde olan çoğu soğutucu ile karışır ve beraber dolaşır.Yağın kompresörün dışına ve sıcak gaz hattından geçerek kondenserin içine pompalanması kaçınılmazdır.

Hareketli parçaların düzgünce yağlanmasını sağlamak ve kompresör karterinde doğru yağ seviyesini tutturmak için yağ soğutucu ile birlikte sistem içindeki çevrimini tamamlamalı ve sonra kompresöre geri dönmelidir. Yağ sıvı soğutucu ile dolaşırken ıcınde yağ dolaşmasının problem oluşturduğu elemanlardan biri olan evaparatöre ulaşır. Eğer yağ evaparatörden emme hattına doğru yol almazsa evaparatörde yağ fazla yer kaplar bu da soğutma serpantininin ısı transferi yüzeyini azaltır.

Yağın buharla birlikte çevrimi tamamlayarak kompresör karterine dönmesini sağlamak üzere gerekli buhar hızını elde etmek için emme hatları doğru boyutlandırılmalıdır.Eğer yağ kompresöre geri dönmezse bu eleman kısa surede kuru durumda çalışmaya başlayabilir.Bu olursa silindirden hiç yağ pompalanmamasıyla buhar sızdırmazlığı ortadan kalkacak ve kompresör verimi önemli ölçüde düşecektir.Eğer bu durum uzun sure düzeltilmeden sürerse kompresörde hasar meydana gelecektir.

Kompresörün iyi bir şekilde yağlanması için baslıca iki yöntem kullanılır: 1-Çarpma sistemi 2-Cebri besleme yada basınç sistemi İlk yöntemde yağlama krank milinin karterdeki yağın ıcınde dönmesiyle baslar.Krank milinin üstündeki kepçe veya birimler yağa batar ve onu yatakların üstüne veya yataklara açılan küçük kanallara fırlatır.Yağ pistonların ve silindir cidarlarının üstüne de fırlatılır.Böylece bu elemanlar arasında buhar sızdırmazlığı da sağlanmış olur.

Karterde uygun yağ seviyesinin tutturulmasının önemi yağın soğutucuyla birlikte sistem ıcınde dolaşması ihtiyacının yanında ikinci plandadır. Basınç sisteminde yağı yataklara keçelere piston pimlerine pistonlara ve silindir cidarlarına pompalamak için küçük bir pompa kullanılır.

Bu tıp bir yağlama sistemine sahip kompresör tabı ki sıçratma sistemiyle olduğundan daha pahalıdır ancak kartere yeterli yağ beslemesi olduğu surece birinci sistem kompresörün daha koruyucu ve daha iyi bir şekilde yağlanmasını sağlar. Bazı kompresörler doğal yağ pompalayıcılardır.Yani soğutucu buharı ile birlikte yağı sistemi dolaşarak kartere geri gönderilebileceğinden daha hızlı bir oranda pompalarlar.

Çoğu kez imalatçı yoğuşma ünitesi üzerine bir yağ ayırıcı ekler.Eğer kompresör parçalı bir sistemde kullanılacaksa imalatçı tesise böyle bir yağ ayırıcı konulmasını tavsiye eder. Yağın kompresöre mümkün olduğunca çabuk geri dönebilmesi önemli olduğu için yağ ayırıcı kompresörle kondenser arasına yerleştirilir.

Yüksek sıcaklıklı yüksek basınçlı buhar kompresörden pompalanan yağ ile birlikte kompresörden çıkıp boşaltma hattından geçerek yağ ayırıcı ya varana dek yol alır.Orada buharın akış yönü değişir ve debisi azalır çünkü yağ ayırıcı nın hacmi ve kesit alanı alanı boşaltma hattındakinden büyüktür.Ayrıca tasarıma bağlı olarak yağı haznesine düşürecek eleyici perdeye veya başka cihazlara sahip olabilir bu arada soğutucu buhar ayırıcıdan geçerek yoluna devam eder.

Çoğu ayırıcıda yağın kompresöre geri dönüsünü sağlamak üzere şamandıra ve valf düzenekleri bulunur. Ayırıcının haznesinde belli bir miktar yağ toplandığında yağın kaldırma kuvveti şamandırayı yükseltecek ve valf açılacaktır. Soğutucu çıkış (basma) basıncı kompresör karterindeki basınçtan büyüktür ve bu basınç farkı yağı kompresöre geri dönmeye zorlar.

Ayrıca yağ seviyesi düştükçe şamandıra da alçalır bu da iğne valfının kapanmasını ve ayırıcıda daha çok yağ birikmesini sağlar. Ayırıcı çoğunlukla yalıtılır dolayısıyla sıcak tutulur yoksa soğutucu buhar ünite çalışmıyorken ayırıcıda yoğuşabilir. Eğer ünite sistemin uzun sureler devre dışı kalma eğilimi gösteren bir kısmıysa soğutucuyu buhar halde tutmak için ayırıcının üstüne veya içine elektrikli bir ısıtıcı takılması tavsiye edilebilir.

Tüm Kompresörler Hakkında Kompresör Formülleri

A = (Pi*d2)/4 = mm2   Pi = 3.14159265     D = Çap (mm) –İç Çap-      A = Alan (mm2) –İç Kesit Alanı-    1 m2 = 100 dm2 = 10,000 cm2 = 1,000,000 mm2

v Borunun (Uzunluğuna göre) veya Silindirin (Yüksekliğine göre) Hacmi: V = A * h = mm3      A = Alan (mm2) –İç Kesit Alanı, İç çapa göre hesaplanmış alan-
h = Borunun uzunluğu veya silindirin yüksekliği (mm)   V = Hacim (mm3)   1 dm3 = 1 litre = 1,000,000 mm3 = 1000 cm3 = 0.001 m3
1 m3 = 1000 dm3 = 1000 litre     v Dairenin (veya Çemberin) Çevresi (çevresel uzunluk) = Pi*d   Pi= 3.14159265    d= Çap
Dairenin Belli Bir Sarma açısına göre çevresel uzunluk = (Pi*α * d) / 360  α = Sarma açısı (derece) => yarım daire için α = 180º
v Bir kesitten geçen (Boru içinden veya kanal içinden) geçen akışkanın hızı: v = Q / A = m/s    Q = Akışkanın debisi (m3/s)     A = Akışa Dik Kesit Alanı (m2 )

1 m3/s = 60 m3/dk = 1000 litre/saniye (L/s)   1 m3/dk = 1/60 m3/s = 1000 litre/dakika (L/dk)    1 m3/h = 60 m3/dk = 1000 litre/saat (L/h)    v Kasnak Çaplarına Göre (Yaklaşık) Motor ve Vida Devir Oranları:   Dm = Motor Kasnağı Çapı ( mm)    Dv = Vida Kasnağı Çapı (mm)    nm = Motor Devir Sayısı (d/dk)    nv = Vida Devir Sayısı (d/dk)    i= Vida/Motor devir oranı = Dm/Dv     nv= nm * i = nm* (Dm/Dv)    v Dişlikutusu (GearBox) Dişlilerinin Diş Sayısına Göre Devir Oranı:

Vidalı Kompresör Hesapları ile ilgili Formüller
v Dairenin (Boru veya Silindir İç Çaplarının) Kesit Alanı:

Dm = Çeviren (Hareket veren) dişlinin diş sayısı     Dv = Çevrilen (Hareket alan) dişlinin diş sayısı
nm = Çeviren dişlinin Devir sayısı (d/dk)    nv = Çevrilen dişlinin DevirSayısı (d/dk)   i= Çevrilen/Çeviren devir oranı = Dm/Dv   nv= nm * i = nm* (Dm/Dv)
v Motor Gücünün kW, HP (Beygir Gücü), kcal/h olarak farklı ifadeleri: 1 HP (metrik) = 75*9.80665 kg*m/sn2 = 735.5 Watt = 0.7355 kW
1 kW = 1/0.7355 HP = 1.3596 HP   Yaklaşık değerler: 1 HP (metrik, PS) = 736 Watt, 1 kW= 1.36 HP (metrik sistem)   İngiliz/Amerikan sistemindeki HP'ye göre : 1 kW = 1.34 HP, 1 HP = 746 Watt    1 kW = 860 kcal/h
1 kWh Enerji = 860 kcal ısı enerjisi (1 kWh elektrik enerjisi, 860 kcal’lik ısıya denktir.)   v Hız ile güç ve kuvvet ile basınç arasındaki bağlantılar: Güç = P = Kuvvet * Hız = F * v = Newton * m/s = Watt = 9.81 kg * m/s (9.80665) P = Güç (Watt) = 860 cal/h  1 kilogram kuvvet (kg) = 9.80665 Newton (N)

(1 kg kütlenin dünyadaki ağırlığı = 1 kg kuvvet = kütle * yerçekimi ivmesi = 9.81 N)  P = Güç (HP/PS metrik sistem) = 75 kg(kuvvet)*m/s = 75*9.80665 N*m/s = 735.5 Watt  F = Kuvvet (Newton) = basınç * alan = p*A = (N/m2) * m2   1 bar = 100,000 N/m2 = 100 kN/m2 = 10 N/cm2 = 10/9.80665 kg/cm2 = 1.02 kg/ cm2

1 atmosfer = 1.013 bar (deniz seviyesinde) 1 atmosfer ~= 1 bar ~= 1 kg/ cm2   Efektif Basınç = Manometreden Okunan Basınç = Gerçek Basınç – Atmosfer Basıncı  1 atm = 0 bar (efektif) = 1 bar (mutlak) (Hassas hesaplarda 1 atm = 1 .013 bar)   v Sıkıştırılabilir akışkanların (gazların) hacmi ile basıncı arasındaki ilişki:

P1*V1/T1 = P2*V2/T2     P1= Başlangıç Basıncı     V1= Başlangıç Hacmi     T1= Başlangıç Sıcaklığı (Kelvin)    P2= Sonuç Basıncı      V2= Sonuç Hacmi     T2= Sonuç Sıcaklığı (Kelvin)  Sabit Sıcaklıkta : V2= V1* (P1/P2) , P2= P1*(V1/V2)   1 ºC = 273 K , 100 ºC = 373 K (Kelvin)  -273 ºC = 0 K   Sabit Basınçta : V2 = V1*(T2/T1) , T2= T1*(V2/V1)  P1*V1 = m*R*T1   P2*V2 = m*R*T2  m = kütle (kg, yoğunluk= m/V = deniz seviyesinde standard atmosfer 1.255 kg/m3)  R = gaz sabiti (hava için 287 J/kgK)  (P1*V1)/(P2*V2) = T1/T2  v Vidalı Kompresörün Serbest Hava Debisinin İfadesi (FAD) : FAD, kompresörün bastığı havanın emdiği havanın miktarı cinsinden ifadesidir.

Yani 20 ºC referans emiş sıcaklığına göre, atmosfer basıncında, 1 dakikada emilen hava miktarı (hacim olarak); m3/dk (metreküp/dakika). Başkaca bir ifade yok ise, Kompresörün FAD değeri, kompresörün 1 dakikada bastığı havanın, 20 ºC’de, 1 atmosfer basınçta (0 bar efektif, 1-1.013 bar mutlak basınçta) kaplayacağı hacim anlamına gelir. Bununla birlikte, basınçlı hava aygıtlarının kapasitesi 25 ºC'yi referans alan Nm3/dk (normal metreküp/dakika) cinsinden ifade edilebilmektedir. (Hava soğudukça kompresörün bastığı havanın kütlesi artar, ısındıkça azalır. Kompresör çıkışındaki hava ısınmış olduğu için emdiğinden daha fazla hacime sahip olur.

Burada asıl olan kompresörün emdiği hava miktarıdır, ki, aynı miktarı çıkışına taşıyarak, basar.) Gerçekte boru içinden geçen havanın miktarı, kompresörün FAD değerinin çalışma basıncının mutlak (barometre) değerine bölünmesiyle bulunan değerdir. (Örneğin: 8 m3/dk FAD değeri ölçülüyorsa, 7 bar efektif basınçta, bu kompresörün bastığı hava boru içinden 1 m3/dk olarak geçiyor demektir. Boru içindeki hava hızını hesaplarken bu durumu dikkate almak gerekir.)  NOT: “Debi” birim zamanda akış miktarı demektir.