Kompressori

Kohteesta Wikipedia
Siirry navigaatioon Siirry hakuun
Roots-puhallin kiihdytysautossa
Kompressori voi olla myös äänenkäsittelyssä käytettävä laite.

Kompressori tai ahdin on mekaaninen laite, jolla kaasun tai höyryn painetta lisätään sen tilavuutta pienentämällä. Normaali teollisuuden käyttämä paine on 0,6-1,0 MPa. Puristusprosessi vaatii aina työn tekemistä ja prosessissa kaasu lämpenee. Puristustyön seurauksena väliaineen entropia kasvaa.

Kompressorityypit[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Kompressorit jakautuvat kineettisiin ja syrjäytyskompressoreihin.

Kineettiset kompressorit[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  • aksiaalikompressoreita käytetään kaasuturbiineissa, lentomoottoreissa ja teollisuuden kaasukompressoreissa, joissa tarvitaan suuria kaasuvirtauksia. Aksiaalikompressorissa kaasu virtaa laitteiston akselin suuntaisesti aerodynaamisesti suunniteltujen siivistöjen avulla. Pyörivää siivistöä, roottoria, seuraa aina paikallaan pysyvä siivistö, staattori, ja näistä muodostuu kompressorin perusosa jota kutsutaan vaiheeksi. Aksiaalikompressorissa aikaansaatava kaasun kokoonpuristuminen määräytyy mm. vaiheiden lukumäärän mukaan.
  • radiaali- tai keskipakokompressoria käytetään turboahtimissa, paineilmakompressoreissa, kylmäkoneissa ja erilaisissa teollisuusprosesseissa sekä jonkin verran myös kaasuturbiineissa.

Syrjäytyskompressorit[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Käyttökohteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Tavallisimpia käyttökohteita ovat kaasuturbiinit, lentomoottorit, paineilmakompressorit, jääkaappien kylmäkoneistot, lämpöpumput ja erilaiset kuljettimet (esimerkiksi purukuljetin sahateollisuudessa). Kompressori patentoitiinlähde? 1800-luvun loppupuolella ja sen ensimmäisenä käyttötarkoituksena oli toteuttaa hiilikaivosten ilmanvaihto.

1920-luvulta lähtien kompressoreja on asennettu autoihin niiden polttomoottorin tehon lisäämiseksi. Käyttövoiman se saa moottorista hammashihnan tai hammaspyörien välityksellä (mekaaninen ahdin) tai pakokaasusta (turboahdin).

Paineilmakompressoreita käytetään paineilman tuottamiseen teollisuuden, sairaaloiden ja laitosten tarpeisiin. Pienet, koti- ja harrastuskäyttöön tarkoitetut mäntäkompressorit muodostuvat seuraavista peruskomponenteista:

  • sähkömoottori (1- tai 3-vaiheinen), joka pyörittää suora- tai hihnavedolla (suuremmissa koneissa) mäntäkompressoria (tyypillisesti 1- tai 2-sylinterinen), josta paineistettu ilma johdetaan säiliöön (tyypillisesti 24, 50 tai 100 litran vetoinen paineastia). Säiliössä on oltava suoraan kytkettynä
  • varoventtiili, joka ehkäisee ylipaineen ja räjähdysvaaran paineastiassa. Paineastiasta ilma johdetaan
  • painekytkimen kautta eteenpäin. Painekytkimen tehtävä on sammuttaa kompressorin sähkömoottori kun haluttu paineen yläarvo on saavutettu ja käynnistää moottori uudestaan, kun paine on laskenut alarajan alle.
  • Säätöventtiilinä toimivan paineenalennusventtiilin avulla voidaan ilman paine laskea säiliön painetta alemmaksi, jos käytettävä sovellus tai työkalu näin vaatii. Lisäksi kompressoreissa on yleensä kaksi
  • manometriä eli painemittaria. Toinen mittari osoittaa paineen säiliössä, toinen säätöventtiilin jälkeen.

Lämpötila[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Kaasun puristaminen kasvattaa sen lämpötilaa.

missä

josta saadaan

ja lopulta

Josta integroimalla alkuperäinen yhtälö saadaan

missä p on paine, V on tilavuus, eksponentti n saa eri arvon riippuen puristuksen tyypistä ja alaindeksit 1 & 2 viittaavat lähtö- ja lopputiloihin.

  • Adiabaattinen prosessi - Adiabaattisessa prosessissa lämpöenergia ei häviä puristuksessa, jolloin prosessiin tehty työ kasvattaa joko kaasun lämpötilaa tai painetta. Tällöin teoreettinen lämpötilan kasvu on siis: [1]

missä T1 ja T2 ovat absoluuttisia lämpötiloja yksikössä Kelvin [K], p2 ja p1 ovat absoluuttisia paineita ja k on ominaislämpökapasiteettien suhde (ilmalle k = 1,4). Adiabaattinen puristus- tai paisuntaprosessi on lähimpänä todellista prosessia, kun se on tarpeeksi eristetty, kaasuntilavuus on suuri tai prosessilla on lyhyt aikajakso (suuri teho). Käytännössä prosessissa on aina hieman lämpöhäviöitä, koska prosessin jokaista komponenttia ei voi aivan täydellisesti lämpöeristää. Työn yhtälössä lämpötilojen ja paineiden suhteen yhteys tarkoittaa sitä, että eksponentti n saa arvon k (ominaislämpökapasiteettien suhde) adiabaattisessa prosessissa.

  • Isoterminen prosessi - Tässä prosessissa kaasun lämpötila pysyy vakiona puristuksessa ja paisunnassa. Prosessin aikana kaasun sisäenergiaa poistetaan systeemistä lämpönä samalla, kun sisäenergia kasvaa puristuksen mekaanisena työnä. Isoterminen puristus- tai paisuntarosessi on lähellä todellista, kun kompressorilla on suuri lämmönsiirtopinta-ala, kaasuntilavuus on pieni tai prosessilla on pitkä aikajakso (pieni teho). Lähimmäksi isotermistä prosessia päästään välijäähdytetyissä prosesseissa. Täydellistä isotermistä prosessia ei kuitenkaan voida saavuttaa käytännön sovelluksissa.

Isentrooppisessa prosessissa eksponentti n saa arvon 1, jolloin työn lausekkeeksi saadaan:

Isotermisessä prosessissa tehty työ on pienempi kuin adiabaattisessa.

  • Polytrooppinen prosessi - Tässä prosessissa voi tapahtua sekä kaasun lämpötilan nousua, että lämpöhäviöitä kompressorin komponenteille. Oletuksena on, että lämpöä voi tuoda tai viedä systeemistä. Tällöin syöttöakselin työ voi kasvattaa kaasun painetta ja lämpötilaa. Puristushyötysuhteeksi saadaan lämpötilan kasvujen suhde teoreettisessa (adiabaattisessa) ja todellisessa (polytrooppisessa) prosessissa. Eksponentti n on tyypillisesti välillä 1 < n < k tapauksissa, joissa puristettua kaasua pyritään jäähdyttämään approksimoidusti adiabaattisella prosessilla.

Lähteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  1. Perry's Chemical Engineer's Handbook 8th edition Perry, Green, page 10-45 section 10-76
Tämä tekniikkaan liittyvä artikkeli on tynkä. Voit auttaa Wikipediaa laajentamalla artikkelia.