موج Surge چیست؟

   در شکل، منحنی مشخصه یک کمپرسور گریز از مرکز به همراه یک سیستم کنترلی نشان داده شده است. همانطوری که از شکل پیداست منحنی در سمت چپ تا مقدار Q=0 رسم نشده و بلکه دارای بریدگی می باشد. حداقل دبی رسم شده در این شکل دارای عنوان Surge Limit می باشد یا به عبارت دیگر اگر مقدار دبی از حد فوق کمتر باشد، سیستم با پدیده ای مواجه خواهد شد که آن را اصطلاحاً موج دارشدن می نامند. اولین علامت مشخصه این پدیده بروز یک حالت رفت و برگشت در جریان گاز در کمپرسور می باشد که با سر و صدای زیادی توأم می باشد.

منحنی مشخصه یک کمپرسور گریز از مرکزبه همراه سیستم کنترل سرج

    فشار دهش دارای نوسانات شدیدی بوده و دمای گاز افزایش می یابد. بدیهی است به لحاظ نوسان فشار، روتور دائماً تحت معرض فشار در جهت های روبه جلو و عقب بوده وهمین امر موجب وارد شدن بار اضافی بر روی یاطاقان بار محوری (Thrust Bearing) می گردد. بر حسب سرعت دورانی کمپرسور و کیفیت یاطاقان، پدیده موج دار شدن می تواند بعد از 2000-100 مرتبه تکرار باعث خرابی یاطاقان بار محوری شود. کمپرسورهایی که در سرعت کم کار می کنند نسبت به پدیده موج کمتر حساس می باشند. به عنوان مثال کمپرسورهایی که در سرعت دورانی کمتر از 3000 دور در دقیقه کار می کنند در مقابل این پدیده کاملاً ایمن بوده و این در حالی است که کمپرسورهای با سرعت دورانی 10000 دور در دقیقه شدیداً نسبت به این پدیده حساس بوده و در صورت مساعد بودن شرایط در معرض پدیده موج قرار می گیرند. قبل از ورود به بحث پدیده موج (Surge) ذکر این نکته ضروری است که کمپرسورهای گریز از مرکز ماشین هایی هستند که قادرند ارتفاع پولی تروپیک ثابتی را که تابعی از مشخصه های مکانیکی کمپرسور، دبی گاز و سرعت آن باشند ایجاد نمایند و این مقدار مستقل از خواص فیزیکی گاز مورد تراکم است. از نظر مهندسین فرایند آنچه که مهم به نظر می رسد، دانستن این امر است که کمپرسور می تواند به ازاء فشار مکش معین، فشار دهش مشخصی را در قسمت خروجی کمپرسور ایجاد کند در این صورت ارتفاع پولی تروپیک در یک کمپرسور برابراست با:

 
   در اغلب واحدها به ویژه در فرایندها، ثابت نگهداشتن فشار دهش اهمیت اساسی دارد. حال اگر یک تغییر ناگهانی در جرم مولکولی گاز ورودی به کمپرسور بوجود آید، کمپرسور ناچار است جهت حفظ فشار دهش ارتفاع پولی تروپیک را در شرایط جدید افزایش دهد. در شرایط سرعت ثابت، افزایش ارتفاع تنها از طریق کاهش دبی امکان پذیر است و این به عبارت دیگر یعنی حرکت نقطه کار منحنی به سمت چپ و نزدیک شدن به نقطه موج. دلایل به وجود آمدن و روش های غلبه بر این پدیده به طور خلاصه مورد بررسی قرار خواهد گرفت.

   موج Surge پدیده ای است که فقط در کمپرسورهای آئرودینامیک در اثر تغییر شرایط کار به وقوع می پیوندد و نتیجه آن برگشت جریان گاز می باشد و به همین خاطر لازم است که شرایط بهره برداری از کمپرسور به نحوی باشد که حتی الامکان این پدیده در کمپرسور به وقوع نپیوندد، چرا که موجب بروز مشکلات و خرابی های متعدد در کمپرسور می گردد. این پدیده هرگز در کمپرسورهای جابجایی مثبت (تناوبی و یا دورانی) به وقوع نمی پیوندد. همانطوری که قبلاً ذکر شد در کمپرسورهای گریز از مرکز به گاز وارد شده به درون کمپرسور نخست توسط پروانه، انرژی جنبشی گاز با اعمال نیروی گریز از مرکز افزایش داده شده و با عبور گاز از پوسته کمپرسور که شکل حلزونی (Voulte) دارد، انرژی جنبشی به انرژی پتانسیل (فشار) تبدیل می شود نهایتاً گاز از مجرای دهش از کمپرسور خارج می گردد.

   در شرایط ایده آل، فشار گاز حاصل از تبدیل انرژی جنبشی مساوی فشار دهش می باشد. حال اگر بتوان فشار بیشتر از فشار خط دهش تولید نمود، انرژی اضافی که مازاد بر نیاز به گاز داده شده است به هدر خواهد رفت. در حالت دیگر اگر حداکثر فشار قابل دستیابی توسط کمپرسور کمتر از فشار دهش باشد، در این صورت جریان گاز در کمپرسور برعکس شده و گاز متراکم شده در قسمت دهش به درون پروانه برگشت می یابد و این شروع پدیده موج دار شدن می باشد.

   در حالت برگشت گاز، برخلاف شرایط قبلی پروانه با گاز با فشار بیشتری (وزن مخصوص بیشتر) پر می شود. بدیهی است در این حالت انرژی جنبشی داده شده به سیال با توجه به رابطه  افزایش می یابد. با توجه به افزایش انرژی جنبشی، قطعا انرژی پتانسیل (فشار) سیال افزایش یافته و بر فشار دهش غلبه می کند و مقداری گاز از کمپرسور به قسمت دهش رانده می شود. با خروج گاز با وزن مخصوص زیاد، جای آن را گاز با وزن مخصوص کم پر می کند و مشکل ذکر شده در قبل مجدداً خود را نمایان می سازد.نتیجه کلی این پدیده بروز یک سری جریان های رفت برگشتی در کمپرسور می باشد که اولین اثر آن بصورت لرزش، سرو صدا و تنش خود را نشان می دهدو جریان مفید گاز تقریباً صفر می باشد.