تنظيم سرعت

تنظيم سرعت ( Speed regulation )

2-5-2-2 تنظيم سرعت ( Speed regulation ) در تنظيم سرعت

يك موتور احتراقي ، توربين و يا موتور الكتريكي كنترل شونده از طريق فركانس سرعت كمپرسور و به موجب آن ميزان جريان را

كنترل مي نمايد . اين روش مؤثري است كه مي توان فشار خروجي  يكنواختي داشت و مصرف انرژي را كاهش داد .

دامنه تنظيم در كمپرسورهاي متفاوت متغير است ، اما اين دامنه در كمپرسور هاي تزريق مايع به حداكثر مي رسد . غالباً تنظيم سرعت و فشار شكن به همراه يا بدون ساسات مجراي ورودي درمقادير پائين بارگيري با يكديگر تركيب مي شوند.

2-5-2-3 مجراي تخليه متغيير ( Variable discharge port ) در تنظيم سرعت

ظرفيت كمپرسورهاي مارپيچي را مي توان با حركت دادن موقعيت مجراي تخليه در راستاي طول مارپيچ به طرف مجراي ورودي در محفظه ، تنظيم كرد . با اين وجود ، در اين روش توان و بارهاي جانبي زيادي مصرف مي شود و نسبتاً غير عادي مي باشد .

2-5-2-4 بي بارسازي شير مكش ( Suction valve unloading ) در تنظيم سرعت

فشار موجود در كمپرسور هاي پيستوني را مي توان به وسيله نيروي مكانيكي و با فشار دادن شير هاي مجراي ورودي به موقعيت باز تخليه كرد . سپس هوا با توجه به موقعيت پيستون به بيرون و داخل فرستاده مي شود و اتلاف انرژي در اين روش خيلي ناچيز است ، غالباً اين انرژي پايين تر از %10 توان محور گردان بار دار است . در كمپرسورهاي دو طرفه بطور كلي بي بار سازي در چند مرحله صورت ميگيرد ،‌ به طوري كه در اين كمپرسور هر سيلندر بطور همزمان بين ظرفيت و نياز به نحو مطلوبي متعادل مي شود . در كمپرسور هاي فرايندي روش عجيبي به كار گرفته مي شود ، بدين ترتيب كه شير تخليه طي قسمتي از حركت پيستون باز مي شود و بدين طريق جريان هوا بطور پيوسته كنترل مي شود .

2-5-2-5 ضريب مجاز حجم (Clearance volume ) در تنظيم سرعت

با تغيير دادن ضريب مجاز حجم در كمپرسور پيستوني ميزان تغذيه هوا در سيلندر كم شده و بدين طريق ظرفيت نيز كاهش مي يابد . ضريب مجاز حجم از طريق اتصالات بيروني تغير مي نمايد .

2-5-2-6 بار دهي ـ بي بار سازي ـ خاموش ( Load – unload – stop ) در تنظيم سرعت

اين روش رايج ترين روش تنظيم در كمپرسور هايي با توان بيشتر از kw 5 است كه دامنه تنظيم زياد و اتلاف هاي كم را تركيب مي نمايد . در عمل اين روش تركيبي از روشن / خاموش كردن و سيستم هاي مختلف تخليه است .

توضيحات بيشتر در قسمت 2-5-4-2

2-5-2 قواعد تنظيم در كمپرسور هاي ديناميكي ( Regulation principles for dynamic compressors ) در تنظيم سرعت

2-5-3-1 تنظيم مجراي ورودي ( Throttling the intake ) در تنظيم سرعت
مجراي ورودي را مي توان در كمپرسور هاي ديناميكي كنترل كرد تا بطور پيوسته ظرفيت كمپرسور كاهش يابد . وقتيكه نسبت فشار به حد پايين پمپ برسد ، معلوم مي شود كه جريان به حداقل رسيده است و در اين موقع ماشين نامتعادل مي گردد .

چگونگي طراحي ماشين ، دامنه تنظيم را تعيين مي كند ، به عنوان
مثال ، تعداد مرحله ها و طرح پره ، اما تا اندازه زيادي عوامل بيروني نيز تأثير گذار هستند . از جمله فشار متقابل ، دماي مكش و دماي مبرد  . حداقل جريان غالباً بين %  60  و %  85  حداكثر جريان متغير است .

2-5-3-2 پره هاي راهنماي مجراي ورودي ( Inlet guide vanes ) در تنظيم سرعت

پره ها به صورت تيغه هاي شعاعي در مجراي ورودي قرار گرفته ، باعث چرخش گازهاي در حال ورود مي شوند و بطور همزمان جريان ورودي را نيز تنظيم مي كنند . اين ساختار به عنوان تنظيم كننده عمل مي كند ، اما ، با دامنه كنترل بيشتر و ميزان مصرف انرژي بهينه .

ميزان كنترل تا % 60 – 50 جريان مبنا ، مقدار معمولي است . از آنجائيكه مي توان پره ها را در جهت متضاد چرخاند ، اين امكان نيز وجود دارد كه ظرفيت و فشار كمپرسور را تا حد معيني افزايش داد . با اين وجود اين عمل تا حدودي به كارائي كمپرسور آسيب مي رساند .

2-5-3-3 پره هاي راهنماي مجراي خروجي ( Outlet guide vanes ( diffuser ) ) در تنظيم سرعت

براي بهبود بيشتر دامنه تنظيم ، شما مي توانيد جريان را در ديفيوزر مرحله كمپرسور نيز كنترل كنيد . بطور معمول تنظيم تا حد % 30 با حفظ فشار در كمپرسور امري عملي مي باشد . معمولاً به علت پيچيدگي و هزينه هاي زياد ، به كارگيري اين روش در كمپرسورهاي تك مرحله اي با محدوديت روبرو مي باشد .

2-5-3-4 فشار شكن ( Pressure relief ) در تنظيم سرعت

روش اصلي براي كنترل يك كمپرسور ديناميكي استفاده از شير فشار شكن بود كه هواي فشرده اضافي را در آتمسفر رها  كند . اين روش در اصل در كمپرسورهاي جابجايي به عنوان تخليه فشار كاربرد دارد .

2-5-3-5 باردهي ـ بي بار سازي ـ خاموش ( Load – unload – stop ) در تنظيم سرعت

اگر چه هواي ورودي كمپرسور را حد پمپ ، تعين مي كند ، اما اين را مي توان به دو روش مرتفع نمود :

1-   ميزان سازي ( Modulating ) : جريان مازاد از كمپرسور به آتمسفر ( يا ورودي ) رها مي شود . با اين وجود مصرف انرژي تغييري نمي كند .

2-   همزماني خودكار( Auto Dual ) : سيستم كنترل ، همزمان با باز شدن شير خروجي به آتمسفر ، عملاً شير ورودي را كاملاً مي بندد ( با كمپرسور جابجايي مقايسه كنيد ) . با اين وجود توان بي بار سازي ، باتوجه به طراحي پروانه و غيره ، بيش از %20 توان ظرفيت كامل مي باشد كه نسبتاً بالا است.

2-5-3-6 تنظيم سرعت ( Speed regulation ) در تنظيم سرعت

تنظيم سرعت غالباً زماني صورت ميگيرد كه فشار كمپرسور بايد كنترل شود و اجازه داده مي شود ، كه فشار تغيير كند . با كنترل ثابت فشار ، تنظيم سرعت ،در مقايسه با ديگر سيستم ها مزيت چنداني ندارد.

2-5-3 كنترل و فرابيني ( Control and monitoring ) در تنظيم سرعت

2-5-3-1   اصول كلي ( General ) در تنظيم سرعت

در بخش هاي 2-5-2 و 2-5-3 درباره اصول تنظيم كمپرسورهاي مختلف صحبت كرديم . براي كنترل كمپرسور ها بر طبق اين اصول نياز به سيستم تنظيمي است كه بتواند براي كمپرسور بخصوص و يا كل تأسيسات كمپرسور قابل استفاده باشد .

سيستم هاي كنترل بطور روز افزوني پيشرفت كرده و پيوسته توسعه مي يابند . سيستم هاي كنترل قابل برنامه ريزي (PLC ) جايگزين سيستم هاي رله اي شده اند كه اين سيستم هاي كنترل قابل برنامه ريزي نيز توسط سيستم هاي مبتني بر ميكرو كامپيوترها جايگزين شده اند . همواره تلاش بر اين است كه كمپرسور به گونه اي طراحي شود كه عملكرد و هزينه بهينه گردد .

در اين بخش به بررسي تعدادي از سيستم هاي كنترل و فرابيني در رايج ترين كمپرسورها مي پردازيم .

2-5-4-2  باردهي ـ بي بار سازي ـ خاموش ( Load – unload – stop ) در تنظيم سرعت

رايج ترين اصول كنترل در كمپرسور هاي جابجايي شامل “ توليد هوا / عدم توليد هوا “ ( باردهي / بي بارسازي )
مي باشند ، مراجعه شود به 2-5-2-4 و 2-5-2-5 .

وقتي كه كمپرسور به هوا نياز دارد ، فرماني به شير كنترل الكترو مغناطيسي ( شير سولنويدي) فرستاده مي شود ، كه به نوبه خود پيامي به دريچه ورودي كمپرسور مي فرستد و اين دريچه بطور كامل باز مي شود . دريچه يا بطور كامل باز
مي شود ( باردهي ) يا به طور كامل بسته مي شود ( بي بارسازي ) ، هيچ وضعيت ميانه اي اين وجود ندارد .

كنترل سنتي ، كه هم اكنون در كمپرسورهاي كوچكتر رايج است ، داراي يك كليد فشار است كه در سيستم هواي فشرده نصب مي شود و داراي دو مقدار قابل تنظيم است ، يكي براي حداقل فشار     ( باردهي ) و يكي براي حداكثر فشار ( بي بار سازي ) ، سپس كمپرسور در محدوده اين مقادير فشار معين ، به عنوان مثال  5/ . بار كار مي كند.

اگر نياز به هواي كمپرسور كم باشد و يا كمپرسور احتياجي به هوا نداشته باشد بنابراين كمپرسور بدون بار كار مي كند               ( هرزگردي ) .

طول دوره هرزگردي توسط تايمر محدود مي شود ( به عنوان مثال تنظيم زمان تا 20 دقيقه ) .

وقتي كه زمان سپري مي شود ، كمپرسور متوقف مي گردد و تا وقتيكه فشار به حداقل ميزانش افت نكرده است دوباره روشن نمي شود . اين يك روش سنتي و قابل اطمينان است و نقطه ضعف اين

روش اين است كه كنترل به آهستگي صورت مي گيرد . يك كليد فشار جايگزين اين روش سنتي شده است ، اين كليد فشار داراي يك مبدل فشار آنالوگ و يك سيستم كنترل الكترونيكي سريع ميباشد .

اين مبدل آنالوگ به همراه سيستم كنترل مي تواند سرعت تغيير فشار را در سيستم احساس كند . اين سيستم در زمان مناسب موتور را روشن ميكند و باز و بسته شدن دريچه را كنترل مي كند .

اين سيستم مي تواند در فشار بين 2/ .±  بار كنترل سريع و مطلوبي ارائه نمايد .

اگر هيچ هوايي استفاده نشود فشار ثابت مي ماند و كمپرسور  هرز كار خواهد كرد . طي مدت كاركرد هرز كمپرسور ، بدين طريق كنترل مي شود كه سيستم تعيين ميكند موتور الكتريكي تا چه اندازه مي تواند بدون اينكه خيلي گرم شود در مقابل روشن و خاموش شدن مقاومت كند .در وجه اقتصادي نيز سيستم روشهاي مصرف هوا را تجزيه و تحليل مي نمايد كه آيا الكترو موتور را خاموش نمايد به صورت هرز ادامه دهد .

2-5-4-3    كنترل سرعت ( Speed control ) در تنظيم سرعت

كمپرسور هايي كه داراي منبع تواني هستند كه سرعتشان بطور الكترونيكي كنترل مي شود ، اين امكان را دارند كه هواي فشرده را درون دامنه فشار خيلي محدودي ثابت نگاه دارند .

يك مبدل فركانس ، كه سرعت را در موتور القايي كنترل مي كند ، مثالي از چنين راهي است . ظرفيت كمپرسور را مي توان دقيقاً با مقتضيات هوا مطابقت داد ، بدين طريق كه بطور پيوسته و دقيق فشار سيستم را اندازه گيري كنيم و سپس اجازه دهيم كه فرمان هاي فشار مبدل فركانس موتور و بدين ترتيب سرعت موتور را كنترل كند . فشار داخل سيستم را مي توان بين 1/ .±  بار نگه داشت .

2-5-3 كنترل و فرابيني ( Control and monitoring ) در تنظيم سرعت

همه كمپرسورها داراي تجهيزات كنترل كننده اي هستند كه كمپرسور را محافظت مي كنند و از ايجاد وقفه در جريان عمليات ممانعت مي كنند . مبدل به اين منظور استفاده مي شود كه شرايط كنوني دستگاه را حس كند . اطلاعات بدست آمده از مبدل ها توسط سيستم فرابيني پردازش مي شوند . مبدلي كه براي سنجش فشار يا درجه حرارت مورد استفاده قرار ميگيرد غالباً شامل يك حسگر و يك مبدل اندازه گيري است . حسگر ، كميتي را كه بايد اندازه گيري شود ، حس مي كند . مبدل اندازه گيري فرمان خروجي حسگر را به يك فرمان الكتريكي مناسبي تبديل مي كند كه اين فرمان مي تواند توسط سيستم كنترل پردازش شود .

2-5-3-1  اندازه گيري دما ( Temperature measurement ) در تنظيم سرعت

يك دما سنج مقاومتي بطور معمول براي اندازه گيري دما مورد استفاده قرار مي گيرد . اين دما سنج داراي يك مقاومت فلزي مي باشد كه به عنوان مبدل عمل مي كند و مقاومتش با درجه حرارت افزايش مي يابد. تغيير در مقاومت اندازه گيري مي شود و به يك فرمان mA 20 – 4 تبديل مي شود . Pt 100 رايج ترين دما سنج مقاومتي است . مقاومت اسمي در صفر درجه سانتيگراد برابر است با  Ω 100 .

ترميستور يك نيمه رسانا است كه مقاومتش با دما تغيير مي كند . اين مي توان به عنوان يك كنترل كننده دما استفاده شود به عنوان مثال در يك موتور الكتريكي . PTC ، ضريب دماي مثبت ، رايج ترين مدل است .

مقاومت PTC با افزايش درجه حرارت تا نقطه مبدأ تغيير جزئي دارد ، در اين نقطه مقاومت با يك جهش افزايش مي يابد . PTC به يك كنترل گر متصل است ، اين كنترل گر “ جهش مقاومت “ را حس مي كند و فرماني مي فرستد ، به عنوان مثال فرمان خاموش كردن موتور .

2-5-3-1

براي اندازه گيري فشار از يك حسگر فشار استفاده مي شود ، اين حسگر به عنوان مثال مي تواند يك ديافراگم باشد ، فرمان هاي مكانيكي حاصله از ديافراگم سپس به فرمان الكتريكي تبديل مي شود ،             4 -20 mA يا 0 – 5 V .

تبديل از فرمان مكانيكي به فرمان الكتريكي مي تواند در سيستم هاي اندازه گيري مختلفي روي دهد . در يك سيستم خازني  فشار به يك ديافراگم منتقل مي شود . موقعيت ديافراگم اندازه گيري توسط يك صفحه خازني در يك مبدل اندازه گيري به ولتاژ مستقيم يا جريان مستقيم تبديل مي شود ، كه با فشار متناسب مي باشد .
سيستم اندازه گيري مقاومتي از يك فشارسنج متصل به پل تشكيل شده است كه به ديافراگم متصل است . وقتي كه ديافراگم در معرض فشار قرار مي گيرد ولتاژ پاييني ( mV ) دريافت مي شود . سپس اين به مقدار متناسبي تقويت مي شود . سيستم پيزوالكتريك بر اساس كريستال هاي بخصوصي ( به عنوان مثال كوارتز ) قرار دارد كه در سطح كريستال بارهاي الكتريكي بوجود مي آورد . بارهاي الكتريكي با  نيروي وارده بر سطح ( فشار ) متناسب هستند .

 2-5-3-2 فرا بيني ( Monitoring ) در تنظيم سرعت 

تجهيزات فرا بيني بر اساس نوع كمپرسور تطبيق داده مي شوند كه با توجه به دامنه شمول تجهيز ، داراي تنوع زيادي مي باشند ، يك كمپرسور پيستوني كوچك فقط داراي كليد قطع جريان اضافه بار براي موتور است ، در حاليكه يك كمپرسور بزرگ مارپيچي مي تواند داراي چندين كليد قطع جريان / مبدل باشد كه درجه حرارت ، فشار اضافه را كنترل مي كند .

در دستگاهاي كوچك تر و ابتدائي تر وقتي كه كليد قطع جريان زنگ خطري را به صدا در مي آورد تجهيزات كنترل كمپرسور را خاموش مي كنند . در بعضي موارد يك چراغ هشدار خطر نيز نشان دهنده زنگ خطر است . در حاليكه كمپرسور هاي مارپيچ بزرگ پيشرفته تر مي توانند كليد هاي قطع جريان / مبدل ها را براي بار اضافه ، دما ، فشار و غيره را دارا باشند . بدين طريق كه مي توان درجه حرارت ، فشار ، وضعيت و شرايط ديگر را بطور مستقيم از روي اين صفحه كنترلقراعت نمود . اگر ميزان يك مبدل به حد اعلام خطر برسد تجهيزات كنترل شروع به هشدار دادن مي كند ، سپس مي توان قبل از خاموش شدن كمپرسور اندازه گيري هاي لازم را انجام داد . اگر كمپرسور توسط اعلام خطر متوقف شود ، نمي توان دوباره آن را روشن كرد مگر اينكه نقص و عيب دستگاه برطرف شود .

غالباً در كمپرسورهايي كه داراي حافظه هستند اشكال زدايي راحت تر انجام مي گيرد ، در اين حافظه ها داده هايي درباره درجه حرارت ، فشار و وضعيت عملكرد ثبت مي شود . وقتي ظرفيت حافظه پوشش دهنده براي مثال حدود 24 ساعت باشد . با استفاده از اين حافظه مي توان وضعيت كمپرسور را در طول روز گذشته بدست آورد و سپس با استفاده از رفع نقص منطقي سريعاً علل ايجاد وقفه و خرابي دستگاه را رديابي كرد .

2-5-4 سيستم كنترل جامع ( Comprehensive control system ) در تنظيم سرعت

كمپرسور هايي كه بخشي از سيستم چندين دستگاه مي باشند بايد داراي عملكردهاي هماهنگي نسبت به دستگا هاي ديگر باشند . فاكتور هاي زيادي درباره سيستم كنترل جامع وجود دارد . تقسيم زمان هاي عملي در ميان دستگا ها احتمال وقوع توقف هاي غير منتظره را كاهش مي دهد . همچنين برنامه ريزي سرويس دهي كمپرسورها ساده تر است . اگر در طول عملكرد مسئله اي روي دهد مي توان از دستگا هاي يدكي استفاده كرد .

2-5-4-1 انتخابگر راه اندازي مراحل ( Starting sequence selector ) در تنظيم سرعت

انتخابگرهايي كه توالي روشن كردن دستگاهها را نشان مي دهند از جمله ساده ترين و رايج ترين شكل سيستم كنترل اصلي ميباشند . كار اين انتخابگر اين است كه راه اندازي و زمان هاي عمل را بطور مساوي بين كمپرسور هاي مرتبط تقسيم ميكند . ترتيب راه اندازي دستگاههاي را مي توان بطور دستي يا بطور خودكار بر طبق برنامه زمانبندي كرد . اين انتخابگر از يك مبدل فشار روشن / خاموش به همراه يك مبدل در هر كمپرسور استفاده مي كند كه راه حل ساده و عملي است .

نقطه ضعف اين سيستم اين است كه مراحل زيادي بين مراحل باردهي و هرز گردي كمپرسورهاي متعدد وجود دارد كه به نوبه خود باعث مي شود كه فاصله زماني ( بين حداكثر و حداقل مراحل ) افزايش يابد . بنابراين ،اين نوع انتخابگر را نبايد براي كنترل بيش از 2 تا 3 دستگاه استفاده كرد.

يكي از انواع پيشرفته ترين انتخابگر راه انداز مراحل داراي نوع مشابهي از كنترل مرحله است ، اما داراي يك مبدل فشار آنالوگ كه بطور مركزي نصب مي شود

اين انتخابگر فشار كلي دستگاه را كنترل مي كند و مي تواند 2 الي 7 دستگاه را كنترل كند . اين نوع انتخابگر راه انداز مراحل كه دستگاه ها را در توالي هاي ثابتي انتخاب  مي كند ، به ظرفيت كمپرسور توجهي ندارد . بنابراين بهتر است كه كمپرسور هاي مرتبط تقريباً داراي يك اندازه باشند .

2-5-3 كنترل مركزي ( Central control ) در تنظيم سرعت

ادغام كنترل مركزي به همراه كمپرسورها معمولاً به معني سيستم هاي كنترل هوشمند مي باشند . نياز اصلي اين است كه سيستم قادر باشد فشار را از قبل تعيين شده اي را در محدوده هاي معيني نگاه دارد و اينكه عملكرد دستگاه بايد تا جائيكه امكان دارد مقرون به صرفه باشد . براي رسيدن به اين منظور ، سيستم بايد قادر باشد مسائلي را كه در سيستم روي خواهد داد پيش بيني كند و همزمان ميزان بار كمپرسور را حس كند .

اين سيستم سرعت تغييرات بالا  و پايين شدن  فشار (مدت زمان در يك فشار ) را دريافت مي كند . اين سيستم با استفاده از اين مقادير مي تواند محاسباتي انجام دهد كه پيش بيني هواي مورد نياز و همچنين زمان تخليه بار /  باردهي يا روشن / خاموش كردن دستگاه را ممكن سازد . اگر دستگاه به درستي اندازه گيري شده باشد ، فشار بين 2 / . ± بار خواهد بود.

در حاليكه انواع متعددي از كمپرسورها با ظرفيت هاي گوناگون در سيستم وجود داشته باشد ، براي صرفه جوئي اقتصاد عملياتي واقعاً مهم است كه سيستم كنترل مركزي يك يا تركيبي از كمپرسورها را انتخاب كند .

در عمل كمپرسورها بايد بطور پيوسته زير بار كاركنند و بدين ترتيب هرزگردي كمپرسور به حداقل برسد تا بدين ترتيب از نظر اقتصادي مقرون به صرفه باشد .

مزيت ديگر سيستم كنترل جامع اين است كه بطور كل اين امكان وجود دارد كه دستگا هاي قديمي تر را به اين سيستم ها مرتبط ساخت و بدين طريق ، در يك روش نسبتاً ساده كل تأسيسات كمپرسور را به روزساني كرد . عملكردها اقتصادي تر مي شوند و قابليت دسترسي افزايش مي يابد .