अक्षीय संपीडक

Further information: अक्षीय प्रशंसक डिजाइन

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एक अक्षीय कंप्रेसर का एनिमेटेड अनुकरण। स्थिर ब्लेड स्टेटर # द्रव उपकरण हैं।

एक अक्षीय कंप्रेसर गैस कंप्रेसर है जो निरंतर गैसों पर दबाव डाल सकता है। यह घूर्णन, एयरफ़ॉइल-आधारित कंप्रेसर है जिसमें गैस या कार्य करने वाला द्रव मुख्य रूप से रोटेशन के अक्ष के समानांतर या अक्षीय रूप से प्रवाहित होता है। यह अन्य घूर्णिन कंप्रेशर्स जैसे केन्द्रापसारक कंप्रेसर , एक्सी-सेंट्रीफ्यूगल कंप्रेसर और मिक्स्ड-फ्लो कंप्रेशर्स से अलग है, जहां फ्लुइड फ्लो में कंप्रेसर की सहायता से रेडियल कंपोनेंट सम्मलित होगा। तरल पदार्थ का ऊर्जा स्तर बढ़ जाता है क्योंकि यह रोटर ब्लेड की क्रिया के कारण कंप्रेसर के माध्यम से बहता है जो द्रव पर टोक़ लगाता है। स्थिर ब्लेड द्रव को धीमा करते हैं, प्रवाह के परिधि घटक को दबाव में परिवर्तित करते हैं। कंप्रेशर्स सामान्यतः विद्युत की मोटर या भाप या गैस टरबाइन द्वारा संचालित होते हैं।

अक्षीय प्रवाह कम्प्रेसर संपीड़ित गैस के निरंतर प्रवाह का उत्पादन करते हैं, और विशेष रूप से उनके आकार और क्रॉस-सेक्शन के संबंध में उच्च दक्षता और बड़े द्रव्यमान प्रवाह दर के लाभ हैं। चूंकि, उन्हें बड़े दबाव वृद्धि को प्राप्त करने के लिए एयरफॉइल्स की कई पंक्तियों की आवश्यकता होती है, जिससे वे अन्य डिजाइनों (जैसे केन्द्रापसारक कम्प्रेसर) के सापेक्ष जटिल और महंगे हो जाते हैं।

अक्षीय कम्प्रेसर बड़े गैस टरबाइन जैसे जेट इंजन , हाई स्पीड शिप इंजन और छोटे पैमाने के विद्युत स्टेशनों के डिजाइन के अभिन्न अंग हैं। उनका उपयोग औद्योगिक अनुप्रयोगों में भी किया जाता है जैसे कि बड़ी मात्रा में वायु पृथक्करण संयंत्र, आग की भट्टी वायु, द्रव उत्प्रेरक क्रैकिंग वायु और प्रोपेन डिहाइड्रोजनीकरण इत्यादि। उड़ान लिफाफे के दौरान उच्च प्रदर्शन, उच्च विश्वसनीयता और लचीले संचालन के कारण, उनका उपयोग एयरोस्पेस रॉकेट इंजन में, ईंधन पंपों के रूप में और अन्य महत्वपूर्ण उच्च मात्रा अनुप्रयोगों में भी किया जाता है। रोटर ड्रम और केसिंग के बीच का क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र प्रवाह की दिशा में कम हो जाता है जिससे कि द्रव के संकुचित होने पर इष्टतम मच संख्या अक्षीय वेग बनाए रखा जा सके।

कार्य

जैसे ही द्रव अक्षीय दिशा में प्रवेश करता है और निकलता है, ऊर्जा समीकरण में केन्द्रापसारक घटक खेल में नहीं आता है। यहां संपीड़न पूरी तरह से मार्गों की फैलाने वाली क्रिया पर आधारित है। स्टेटर में विसारक क्रिया द्रव के पूर्ण गतिज सिर को दबाव में वृद्धि में परिवर्तित करती है। ऊर्जा समीकरण में सापेक्ष गतिज सिर शब्द है जो रोटर के घूर्णन के कारण ही सम्मलित है। रोटर द्रव के सापेक्ष गतिज सिर को कम करता है और इसे द्रव के पूर्ण गतिज सिर में जोड़ता है अर्थात, तरल कणों पर रोटर के प्रभाव से उनका वेग (पूर्ण) बढ़ जाता है और इस तरह द्रव और रोटर के बीच सापेक्ष वेग कम हो जाता है। संक्षेप में, रोटर द्रव के निरपेक्ष वेग को बढ़ाता है और स्टेटर इसे दबाव वृद्धि में परिवर्तित करता है। विसरित क्षमता के साथ रोटर मार्ग को डिजाइन करने से इसके सामान्य कार्यकाज के अतिरिक्त दबाव में वृद्धि हो सकती है। यह प्रति चरण अधिक दबाव वृद्धि उत्पन्न करता है जो साथ स्टेटर और रोटर का गठन करता है। यह टर्बोमाचिन में प्रतिक्रिया सिद्धांत है। यदि चरण में 50% दबाव रोटर सेक्शन में प्राप्त होता है, तो इसे 50% प्रतिक्रिया कहा जाता है।

डिजाइन

एकल चरण द्वारा उत्पादित दबाव में वृद्धि रोटर और द्रव के बीच सापेक्ष वेग और एयरफॉइल्स की मोड़ और प्रसार क्षमताओं द्वारा सीमित होती है। वाणिज्यिक कंप्रेसर में विशिष्ट चरण 90-95% के क्षेत्र में बहुउष्णकटिबंधीय दक्षता के साथ डिजाइन स्थितियों में 15% और 60% (1.15-1.6 के दबाव अनुपात) के बीच दबाव में वृद्धि का उत्पादन करेगा। विभिन्न दबाव अनुपात प्राप्त करने के लिए, अक्षीय कंप्रेशर्स को विभिन्न चरणों और घूर्णी गति के साथ डिज़ाइन किया गया है। अंगूठे के नियम के रूप में हम मान सकते हैं कि दिए गए कंप्रेसर में प्रत्येक चरण में समान तापमान वृद्धि (डेल्टा टी) होती है। इसलिए, प्रवेश पर, प्रत्येक चरण के तापमान (T स्टेज) को कंप्रेसर के माध्यम से उत्तरोत्तर बढ़ाना चाहिए और अनुपात (डेल्टा T)/(T स्टेज) प्रविष्टि को कम करना चाहिए, इस प्रकार इकाई के माध्यम से चरण दबाव अनुपात में प्रगतिशील कमी का अर्थ है। इसलिए पिछला चरण पहले चरण की तुलना में अधिक कम दबाव अनुपात विकसित करता है।

यदि द्रव और रोटार के बीच सापेक्ष वेग सुपरसोनिक है, तो उच्च चरण दबाव अनुपात भी संभव है, लेकिन यह दक्षता और संचालन क्षमता की कीमत पर प्राप्त किया जाता है। 2 से अधिक के चरण दबाव अनुपात वाले ऐसे कंप्रेशर्स का उपयोग केवल वहीं किया जाता है जहां कंप्रेसर के आकार, वजन या जटिलता को कम करना महत्वपूर्ण होता है, जैसे कि सैन्य जेट में इसका उपयोग देखा जा सकता हैं।

विशिष्ट वेग और मोड़ के लिए एयरफॉइल प्रोफाइल को अनुकूलित और मिलान किया जाता है। चूंकि कंप्रेशर्स को अलग-अलग प्रवाह, गति, या दबाव अनुपात के साथ अन्य स्थितियों में चलाया जा सकता है, इसके परिणामस्वरूप दक्षता दंड या प्रवाह में आंशिक या पूर्ण ब्रेकडाउन भी हो सकता है (क्रमशः कंप्रेसर स्टाल और दबाव वृद्धि के रूप में जाना जाता है)। इस प्रकार, चरणों की संख्या पर व्यावहारिक सीमा, और समग्र दबाव अनुपात, विभिन्न चरणों के आदान प्रदान से आता है जब डिजाइन की स्थिति से दूर कार्य करने की आवश्यकता होती है। कंप्रेसर में कुछ लचीलापन प्रदान करके इन "ऑफ-डिज़ाइन" स्थितियों को कुछ हद तक कम किया जा सकता है। यह सामान्य रूप से समायोज्य स्टेटर या वाल्व के उपयोग के माध्यम से प्राप्त किया जाता है जो चरणों (इंटर-स्टेज ब्लीड) के बीच मुख्य प्रवाह से तरल पदार्थ निकाल सकता है। आधुनिक जेट इंजन अलग-अलग गति से चलने वाले कम्प्रेसर की श्रृंखला का उपयोग करते हैं, सभी उड़ान स्थितियों के लिए पर्याप्त लचीलेपन के साथ दहन के लिए लगभग 40:1 दबाव अनुपात में हवा की आपूर्ति करने के लिए इसका उपयोग करते हैं।

कैनेटीक्स और ऊर्जा समीकरण

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रोटर ब्लेड में प्रवेश करने और बाहर निकलने वाले घूमने वाले द्रव का वेग त्रिकोण

कोणीय गति के नियम में कहा गया है कि तरल पदार्थ पर कार्य करने वाले बाहरी बलों के क्षणों का योग जो अस्थायी रूप से नियंत्रण मात्रा पर कब्जा कर रहा है, नियंत्रण मात्रा के माध्यम से कोणीय गति प्रवाह के शुद्ध परिवर्तन के बराबर है।

घूमता हुआ तरल त्रिज्या पर नियंत्रण आयतन में प्रवेश करता है, $r_{1}\,$, स्पर्शरेखा वेग के साथ, $V_{w1}\,$, और त्रिज्या पर छोड़ देता है, $r_{2}\,$, स्पर्शरेखा वेग के साथ, $V_{w2}\,$.

$V_{1}\,$ और $V_{2}\,$ इनलेट और आउटलेट पर क्रमशः पूर्ण वेग हैं।

$V_{f1}\,$ और $V_{f2}\,$ क्रमशः इनलेट और आउटलेट पर अक्षीय प्रवाह वेग हैं।

$V_{w1}\,$ और $V_{w2}\,$ इनलेट और आउटलेट पर क्रमशः भंवर वेग हैं।

$V_{r1}\,$ और $V_{r2}\,$ क्रमशः इनलेट और आउटलेट पर ब्लेड-रिश्तेदार वेग हैं।

$U\,$ ब्लेड का रैखिक वेग है।

$\alpha$ गाइड फलक कोण है और $\beta$ ब्लेड कोण है।

गति के परिवर्तन की दर, F समीकरण द्वारा दी गई है:

$F={\dot {m}}\left(V_{w2}-V_{w1}\right)={\dot {m}}\left(V_{f2}\tan \alpha _{2}-V_{f1}\tan \alpha _{1}\right)\,$ (वेग त्रिकोण से)

एक आदर्श गतिमान ब्लेड द्वारा खपत की गई शक्ति, P समीकरण द्वारा दी गई है:

$P={\dot {m}}U\left(V_{f2}\tan \alpha _{2}-V_{f1}\tan \alpha _{1}\right)\,$

गतिमान ब्लेडों में द्रव की एन्थैल्पी में परिवर्तन:

$P={\dot {m}}\left(h_{02}-h_{01}\right)={\dot {m}}c_{p}\left(T_{02}-T_{01}\right)\,$

इसलिए,

$P=\stackrel{\dot{}<!--\; \dot{}\; -->}{m}U(V_{f2}\tan <!--\; \; -->{\mathrm{\alpha <!--\; \alpha \; -->}}_2-<!--\; -\; -->{}_{}$