منظور از پدیده سرج در کمپرسور چیست؟

پدیده سرج در کمپرسور، یکی از مشکلات مهم و مخرب در عملکرد کمپرسورهای گریز از مرکز و محوری است. این پدیده می تواند منجر به نوسانات فشار، کاهش راندمان و حتی آسیب های مکانیکی به اجزای داخلی کمپرسور شود. سرج در شرایطی ظاهر می شود که جریان عبوری از کمپرسور کمتر از حد مطلوب باشد، که باعث شده جهت جریان گازی که داخل کمپرسور وجود دارد، برعکس شود. توجه به قیمت کمپرسور باد و انتخاب صحیح کمپرسور با طراحی مناسب و مجهز به سیستم های کنترلی پیشرفته، می تواند هزینه های ناشی از پدیده سرج را تا حدودی کاهش دهد.

علل ایجاد سرج کمپرسور

سرج زمانی اتفاق می اقتد که جریان عبوری از کمپرسور به اندازه ای کم شود که پروفیل عملکرد کمپرسور وارد ناحیه ناپایدار شود. این اتفاق به دلیل تغییرات ناگهانی در شرایط بارگذاری سیستم، انسداد مسیر خروجی یا عملکرد نادرست کنترل کننده های کمپرسور رخ می دهد. از دید ترمودینامیکی، وقتی فشار استاتیک خروجی از کمپرسور از فشار ایجاد شده توسط امپِلر بیشتر باشد، برگشت جریان اتفاق می افتد.

در کمپرسورهای گریز از مرکز، پروفایل فشار جریان دارای نقطه ای بحرانی به نام نقطه سرج (Surge Point) است. این نقطه در بخش پایین تر از دبی طراحی قرار دارد و با نزدیک شدن به آن، نوسانات فشار و جریان افزایش می یابد. در صورتی که این نوسانات از کنترل خارج شوند، وارد فاز سرج کامل خواهد شد که باعث آسیب به کمپرسور می شود. از جمله دلایل شایع ایجاد سرج می توان به افت ناگهانی فشار در سیستم، عملکرد ناقص سیستم های بای پس، طراحی نامناسب پره ها و عدم تطابق کمپرسور با بار سیستم اشاره کرد.

انواع سرج در کمپرسور

پدیده سرج براساس شدت، فرکانس و محدوده عملکرد، شامل دو نوع سرج شدید و سرج خفیف می باشد که شناخت آن ها در تشخیص و مقابله با آن ضرورت دارد.

سرج شدید (Deep Surge)

سرج شدید که به آن Surge عمیق نیز گفته می شود، زمانی رخ می دهد که کمپرسور وارد ناحیه ناپایدار عمیق در نمودار عملکرد شود. در این حالت، جریان به صورت کامل معکوس شده و نوسانات فشار بالا می روند. این نوع سرج اغلب با لرزش های شدید مکانیکی، تولید صدای بلند، نوسان جریان برق موتور و حتی خاموشی اضطراری کمپرسور همراه است، که نتیجه برگشت شدید جریان به امپِلر است.

دقت شود که سرج شدید به پره ها و یاتاقان ها آسیب می زند و می تواند باعث شکستگی آن ها شود. در صورتی که اقدامات کنترلی مناسبی همچون سیستم های بای پس یا پیچ های تخلیه نصب نشده باشند، تکرار این نوع سرج می تواند خرابی دائمی کمپرسور را به همراه داشته باشد.

سرج خفیف (Mild Surge)

سرج خفیف حالتی با شدت کمتر از سرج شدید است اما به همان اندازه نیاز به توجه فنی دارد. این نوع سرج بیشتر در کمپرسورهایی دیده می شود که با بار جزئی یا در نزدیکی حداقل جریان مجاز، کار می کنند. در این حالت، نوسانات فشار و جریان در بازه های زمانی کوتاه تر و با دامنه کمتر اتفاق می افتد. این نوع سرج به راحتی قابل شناسایی نیست و فقط با تحلیل دقیق نمودار فشار و صدا قابل شناسایی می باشد.

سرج خفیف به مرور موجب کاهش راندمان سیستم و تخریب تدریجی قطعات خواهد شد. در سیستم هایی که حسگرهای فشار با رزولوشن بالا نصب شده اند، الگوهای سینوسی با دامنه پایین در داده های خروجی قابل مشاهده خواهد بود.

روش های تشخیص سرج

تشخیص به موقع پدیده سرج، یکی از مهم ترین عوامل در جلوگیری از بروز آسیب های مکانیکی و توقف ناگهانی سیستم است. روش های مختلفی برای تشخیص سرج در کمپرسور وجود دارد که یکی از متداول ترین روش ها، استفاده از سنسورهای فشار نصب شده در ورودی و خروجی کمپرسور است. تغییرات ناگهانی و متناوب در فشار خروجی، وجود نوسانات ناشی از سرج را نشان می دهد. در شرایط سرج شدید، این تغییرات به صورت پالس های منفی در گراف فشار ثبت می شوند.

روش دیگر مانیتورینگ صدای تولیدشده توسط کمپرسور است. در صورت وجود سرج، صداهای غیر عادی همچون ضربه، انفجار یا وزوز شدید قابل تشخیص خواهند بود. استفاده از میکروفون های صنعتی و تحلیل سیگنال صوتی به ویژه در محیط های صنعتی پیشرفته، راهکاری نوین برای تشخیص زودهنگام سرج است. از دیگر راهکارهای مفید در تشخیص سرج؛ می توان به آنالیز ارتعاشات اشاره کرد. کمپرسورهای مدرن به سنسورهای ارتعاش مجهز هستند و با استفاده از الگوریتم های یادگیری ماشین، می توان الگوهای مشخصی از سرج را در داده ها شناسایی کرد.

در برخی از سیستم ها، از نرم افزارهای مانیتورینگ لحظه ای استفاده می شود که با تحلیل داده ها وجود هرگونه رفتار ناپایدار را گزارش می کنند. این سیستم ها با اتصال به کنترلر مرکزی، قادر به صدور هشدار و حتی توقف خودکار کمپرسور در صورت شناسایی سرج هستند.

جمع بندی

پدیده سرج در کمپرسورها، یکی از خطرناک ترین حالات عملکردی در سیستم هوای فشرده است. این پدیده در صورت عدم کنترل، می تواند منجر به آسیب های گسترده مکانیکی، کاهش عمر مفید دستگاه و افت شدید بهره وری شود. پدیده سرج با توجه به شدت آن، در دو نوع سرج شدید و خفیف تقسیم بندی می شود. اپراتورها و تکنسین های فنی باید به صورت مداوم رفتار دینامیکی کمپرسور را زیر نظر داشته باشند و با استفاده از فناوری های روز، خطر سرج را به حداقل برسانند.

حسین موسوی نیا

من متخصص و پژوهشگر در زمینه هوای فشرده و انواع کمپرسور باد هستم و سعی می کنم تا جدیدترین و کارامدترین اطلاعات را در خصوص صنعت هوای فشرده با شما به اشتراک بگذارم.