دیفیوزر چیست؟

دیفیوزر برای تبدیل انرژی جنبشی سیال درون کمپرسور به فشار استاتیکی (انرژی پتانسیل) به کار می‌رود. در واقع بعد از این که ایمپلر از طریق چرخش به سیال کمپرسور انرژی جنبش می‌دهد، این انرژی جنبشی در دیفیوزر به فشار تبدیل می‌گردد.

دیفیوزرها به چند دسته تقسیم می‌شوند؟

دیفیوزرها به دو دسته بدون پره (Vaneless) و پره دار (Vaned) تقسیم می‌گردند.

دیفیوزرهای پره دار (Vaned) چند ردیف پره دارند. تعداد دقیق این پره ها با توجه به الزامات روتوردینامیکی کمپرسور تعیین می‌گردد. از آنجایی که تعداد پره‌های دیفیوزر، فرکانس گذر پره (Blade Passing Frequency) را مشخص می‌کند، باید تعداد این پره ها به گونه ای مشخص شود که در ناحیه رزونانس با فرکانس‌های طبیعی ایمپلر قرار نداشته باشد. در انتخاب تعداد پره‌های دیفیوزر باید به رشد لایه مرزی و افت در گذرگاه (Passage) دیفیوزر نیز توجه کرد.

استفاده از دیفیوزرهای بدون پره (Vaneless) باعث می‌شود که کمپرسور محدوده (Range) عملکردی وسیع تری داشته باشد، زیرا در این حالت پره‌ای وجود ندارد که با سیال خروجی از کمپرسور تداخل داشته باشد. با این حال میزان بازیابی (Recovery) فشار استاتیک در این نوع از دیفیوزرها به اندازه‌ی دیفیوزرهای پره‌دار (Vaned) نیست. بنابراین میزان بازدهی (Efficiency) در هرکدام از استیج‌های کمپرسور سانتریفیوژ، با استفاده از دیفیوزرهای پره دار، بیشتر خواهد بود.

در ابتدای توسعه کمپرسور سانتریفیوژ، استفاده از دیفیوزرهای بدون پره (Vaneless) به دلیل سادگی، متداول‌تر بود. این دیفیوزرها به راحتی با تراشکاری قابل تولید بودند. با این که که پرداخت سطح (Surface finish) در این دیفیوزرها کیفیت بالایی داشت اما بازدهی استیج ها با این طبقات محدود (نهایتاً تا 50 درصد) بود.

متریال دیفیوزر کمپرسورهای سانتریفیوژ چیست؟

برای ساخت دیفیوزرهای کمپرسور سانتریفیوژ معمولاً از آلومینیوم استفاده می‌شود زیرا ماشینکاری راحت‌تر و هزینه پایین‌تری نسبت به فولاد ضد زنگ دارد. البته در برخی پروژه‌های نفت و گاز کارفرما، سازنده را الزام به استفاده از دیفیوزرهای Stainless Steel می‌کند.

دیفیوزر با پره‌های متغیر چیست و چه کاربردی دارد؟

کمپرسورهای سانتریفیوژ Integrally Geared معمولاً طوری طراحی می‌شوند که در محدوده مشخصی از دبی بتوانند فشار سیال خروجی را ثابت نگه دارند. یک کمپرسور برای بیشترین دبی ورودی سایز می‌شود اما در دیگر نقاط خارج از طراحی نیز نباید مشکلی داشته باشند. این نقاط خارج از طراحی (off-design) می‌تواند به معنای دبی ورودی متفاوت به کمپرسور باشد. این موضوع معمولاً با استفاده از IGV یا پره راهنمای ورودی حل می‌شود اما گاهی از دیفیوزر با پره‌های متغیر (VDV) نیز برای افزایش محدود عملکردی کمپرسور استفاده می‌شود. عملکرد VDV به این صورت است که زوایای پره‌های آن متناسب با زوایای خروجی از ایمپلر در تمام طول بازه عملکردی (Operating Range) به گونه‌ای تنظیم می‌شود که افت فشار به کمترین مقدار خود برسد و پدیده استال (stall) در ورودی دیفیوزر و خروجی ایمپلر به تأخیر می‌افتد. دیفیوزر با پره‌های متغیر (VDV) معمولاً قابلیت افزایش بازه عملکردی بیشتری نسبت به IGV دارد اما ساخت آن پیچیده‌تر و پرهزینه‌ تر است و بنابراین کمتر مورد استفاده قرار می‌گیرد.

شکل 4: مقایسه منحنی عملکردی کمپرسور در حالت استفاده از IGV و VDV

پارامترهای مهم در طراحی دیفیوزر چیست؟

در حالت ایده‌آل بهتر است جریان بلافاصله پس از خروج از پره ایمپلر وارد تیغه دیفیوزر شود اما ملاحظات مربوط به برخورد احتمالی بین پره‌های ایمپلر با دیفیوزر مستلزم وجود حداقل فاصله از پره‌های ایمپلر می‌باشد. حداقل فاصله طبق منابع موجود 2 میلیمتر دکر شده است که با توجه به دور چرخشی کمپرسور می‌تواند از این مقدار بیشتر نیز باشد. در کمپرسورهای هوایار معمولاً یک بخش نازل شکل در ورودی دیفیوزر وجود دارد که برای جلوگیری از کاهش آنی سطح مقطع از خروجی ایمپلر به ورودی دیفیوزر می‌باشد. نبود این قسمت نازل باعث بوجود آمدن انسداد در بخشی از جریان ورودی به دیفیوزر می‌شود.

مطابق شکل 6 میزان مقدار b₂ برابر با عرض خروجی ایمپلر است. میزان عرض خروجی (b₄) با توجه به ناحیه گلوگاهی و جلوگیری از خفگی جریان در حداکثر میزان جریان مورد نیاز مشخص می‌شود. این مقدار با استفاده از سرعت خروجی ایمپلر بدست می‌آید.

هر چه میزان اختلاف ورودی و خروجی دیفیوزر بیشتر شود از نقطه نظر میزان افت بهبود می‌یابد. اما این مسئله بایستی تا آنجایی ادامه پیدا کند که سبب خفگی جریان نشود.

اما از طرف دیگر میزان فشاری که در خروجی دیفیوزر بدست می‌آید با کاهش عرض b₄کاهش می‌یابد. دلیل این امر تأثیر افت‌های نزدیک دیواره در جریان نصف النهاری می‌باشد. نکته ای که از شکل 7 می‌توان دریافت این است که اختلاف هندسه‌های مختلف برای دیفیوزر زمانی مشخص می‌شود که نقطه کارکرد خارج از نقطه طراحی باشد که در این حالت میزان انحراف داده‌ها با هندسه‌های متمایز، بیشتر قابل بررسی است.

بدلیل اینکه کاهش سطح مقطع باعث تاثیر بر جریان سیال خروجی می‌شود، با کاهش سطح مقطع بیشترین مؤلفه جریان شعاعی در کمترین سطح مقطع وجود خواهد داشت. زیرا مولفه سرعت جریان هنوز به صورت شعاعی و مماسی است که ترم شعاعی آن با کاهش سطح مقطع دیفیوزر افزایش می‌یابد.

سوالات متداول

دیفیوزرهای کمپرسور سانتریفیوژ به دو دسته پره دار (Vaned) و بدون پره (Vaneless) تقسیم می‌شوند.

وظیفه اصلی دیفیوزر، تبدیل انرژی جنبشی سیال به فشار استاتیکی است.

پره متغیر, دیفیوزر بدون پره, دیفیوزر پره دار, فرکانس گذر پره

تعداد امتیازات: 2 ، میانگین امتیازها: 5,00