Air and Gas Compressors MCQ Quiz in हिन्दी - Objective Question with Answer for Air and Gas Compressors - मुफ्त [PDF] डाउनलोड करें

संकल्पना:

न्यूनतम कार्य इनपुट के लिए, प्रत्येक चरण में दाब अनुपात बहु-स्तरीय संपीड़न में समान होना चाहिए।

N-चरण संपीडन में,

\(\frac{{{P_2}}}{{{P_1}}} = \frac{{{P_3}}}{{{P_2}}} = \frac{{{P_4}}}{{{P_3}}} = \frac{{{P_{N + 1}}}}{{{P_N}}} = constant\left( k \right)\)

\(\frac{{{P_{N + 1}}}}{{{P_N}}} = {\left( k \right)^N}\)

दो चरण संपीडन के लिए \({\rm{\;}}Pressure{\rm{\;}}ratio = {\left( {\frac{{{P_2}}}{{{P_1}}}} \right)^{1/2}}\)

\({W_{per{\rm{\;}}stage}} = {\rm{\;}}\frac{n}{{n - 1}}{\rm{\;}}{m_a}R{\rm{\;}}{T_1}\left[ {{{\left( {\frac{{{P_2}}}{{{P_1}}}} \right)}^{\frac{{n - 1}}{n}}} - 1} \right]{\rm{\;}}\)

अर्थात् W प्रति चरण दाब अनुपात और इनलेट तापमान T1 का फलन है ।उचित इंटरकूलिंग के लिए प्रत्येक चरण में इंटरकूलिंग के बाद तापमान समान होता हैi

अर्थात् दो चरण संपीडन के लिए

T₁ = T₃

जैसा कि इनलेट पर दाब अनुपात और तापमान समान हैं,  प्रत्येक चरण में किया गया कार्य समान होंगा।

उचित इंटर कूलिंग से हम समतापीय संपीडन को प्राप्त करेंगे जिसके लिए न्यूनतम कार्य करना होगा और दक्षता में सुधार होगा।

स्पष्टीकरण:

प्रत्यागामी संपीडक की आयतनिक दक्षता,

\({\eta _v} = 1 + C - C{\left[ {\frac{{{P_2}}}{{{P_1}}}} \right]^{\frac{1}{n}}}\)

C = अवकाश आयतन

समीकरण से जैसे-जैसे C घटता है ηvol बढ़ेगा और इसलिए जैसे-जैसे C बढ़ता है ηvol घटता जाएगा।

अंतग्राही वायु को ठंडा करने से इसका घनत्व बढ़ जाएगा, इसलिए अधिक द्रव्यमान प्रवाह दर और समान मात्रा के लिए और इस प्रकार आयतनिक दक्षता बढ़ जाती है।

व्याख्या:

इंटरकूलर:

• इंटरकूलर एक स्थिर दाब युक्ति है जो स्थिर दाब पर कार्यशील द्रव को ठंडा करती है।
• दो या बहु-चरणीय वायु कंप्रेसर में एक इंटरकूलर हमेशा निम्न दाब (L.P.) और उच्च दाब (H.P.) सिलेंडर के बीच रखा जाता है।
• इंटरकूलर का उद्देश्य कंप्रेसर को दी जाने वाली कार्य इनपुट को कम करना है ताकि उसी दाब तक पहुँचा जा सके जितना कि एकल कंप्रेसर द्वारा पहुँचा जा सकता है।
• यहाँ नीचे दिए गए आरेख में यह स्पष्ट रूप से देखा जा सकता है कि इंटरकूलर का उपयोग करके छायांकित क्षेत्र बहु-चरण द्वारा संपीड़न के दौरान बचाया गया कार्य की मात्रा है।

इंटरकूलिंग के साथ संपीड़न का PV और TS आरेख नीचे दिए गए चित्र में दिखाया गया है:

यह देखा जा सकता है कि इंटरकूलिंग स्थिर दाब पर की जाती है और PV आरेख पर एक क्षैतिज रेखा द्वारा दर्शायी जाती है।

नीचे पहले और दूसरे चरण के संपीड़न के संबंध में इंटरकूलर की स्थिति दिखाई गई है।

व्याख्या:

वायु संपीडक में संगलनीय प्लग

• एक संगलनीय प्लग एक सुरक्षा उपकरण है जिसका उपयोग वायु संपीडक और अन्य दाब वाले बर्तनों में अत्यधिक दाब निर्माण और संभावित विस्फोटों को रोकने के लिए किया जाता है।
• यह एक चूड़ीदार धातु प्लग है जिसका कोर एक ऐसी सामग्री से बना होता है जो एक विशिष्ट तापमान पर पिघलता है।
• जब संपीडक के अंदर का तापमान इस पूर्व निर्धारित सीमा से अधिक हो जाता है, तो कोर पिघल जाता है, जिससे दाब को सुरक्षित रूप से छोड़ने के लिए एक उद्घाटन बन जाता है।
• संगलनीय प्लग आमतौर पर वायु संपीडक के सबसे गर्म हिस्से में, अक्सर सिलेंडर शीर्ष के पास स्थित होता है।
• जैसे ही वायु संपीडक संचालित होता है, संपीड़ित हवा का तापमान बढ़ता है।
• सामान्य परिस्थितियों में, तापमान सुरक्षित सीमा के भीतर रहता है।
• हालांकि, अगर संपीडक खराब हो जाता है या असामान्य परिचालन स्थितियों के अधीन होता है, तो तापमान खतरनाक रूप से बढ़ सकता है।
• जब अत्यधिक ऊष्मा के कारण संगलनीय प्लग का कोर पिघल जाता है, तो यह संपीड़ित हवा को बाहर निकलने देता है, जिससे दाब कम हो जाता है और विस्फोट या अन्य क्षति के जोखिम को रोका जा सकता है।

लाभ:

• एक स्वचालित सुरक्षा तंत्र प्रदान करता है जिसके लिए किसी हस्तचालित हस्तक्षेप की आवश्यकता नहीं होती है।
• अत्यधिक दाब के कारण होने वाली भयावह विफलताओं को रोककर वायु संपीडक की सुरक्षा को बढ़ाता है।
• सरल और लागत प्रभावी सुरक्षा उपकरण जिसे स्थापित करना और बदलना आसान है।

नुकसान:

• एक बार सक्रिय होने के बाद, संगलनीय प्लग को बदलना होगा, क्योंकि यह एक बार उपयोग करने वाला उपकरण है।
• यदि तापमान कोर को पिघलाने के लिए पर्याप्त नहीं बढ़ता है, तो अचानक दबाव स्पाइक्स के खिलाफ सुरक्षा प्रदान नहीं कर सकता है।

अनुप्रयोग: संगलनीय प्लग आमतौर पर वायु संपीडक, बॉयलर और अन्य दबाव वाले बर्तनों में उपयोग किए जाते हैं जहाँ उच्च तापमान के कारण अधिक दाब का जोखिम होता है। वे उन उद्योगों में आवश्यक हैं जहाँ दाब प्रणाली की सुरक्षा महत्वपूर्ण है, जैसे कि विनिर्माण, रासायनिक प्रसंस्करण और बिजली उत्पादन।

संकल्पना:

अपकेंद्रीय संपीडक

• वायु को रेडियल ब्लेडों के साथ एक घूर्णित प्रणोदक के केंद्र में खिंचा जाता है और अपकेंद्रीय बल द्वारा केंद्र की ओर दबाया जाता है।
• वायु की इस रेडियल गतिविधि के परिणामस्वरूप दबाव वृद्धि होती है।
• वायुप्रवाह दर प्रत्यागामी संपीडक की तुलना में अधिक होती है। लेकिन अधिकतम दबाव मान प्रत्यागामी संपीडक की तुलना में कम होती है।
• अपकेंद्रीय संपीडक का प्रयोग जेट इंजनों और छोटे गैस वाले टरबाइन इंजनों में किया गया था।
• बड़े इंजनों के लिए अक्षीय संपीडक को निम्न अग्र क्षेत्रफल की आवश्यकता होती है और यह अधिक दक्ष होते हैं।

अपकेंद्रीय संपीडक के लिए दबाव अनुपात = 4 : 1

अक्षीय प्रवाह वाले संपीडक के लिए दबाव अनुपात = 1.2 : 1

स्पष्टीकरण:

संपीड़क को कार्य सिद्धांत के आधार पर दो वर्गो में वर्गीकृत किया जाता है:

धनात्मक विस्थापन प्रकार: धनात्मक विस्थापन प्रकार के संपीड़क में, प्रशीतक वाष्प को एक संलग्न स्थान में पाशित कर और फिर इसके आयतन को कम करके संपीडन प्राप्त किया जाता है। चूँकि हर बार प्रशीतक की निर्दिष्ट मात्रा को पाशित किया जाता है, तो इसका दबाव बढ़ता है क्योंकि इसका आयतन कम हो जाता है। जब दबाव उस स्तर तक बढ़ता है जो संघनित दबाव से थोड़ा अधिक होता है, तो यह संलग्न स्थान से निर्वासित होता है और निम्न-दबाव वाले प्रशीतक के आवेश को अन्दर प्रदान किया जाता है और चक्र जारी रहता है। उदाहरण:

• प्रत्यागामी प्रकार
• फिसलन वेन के साथ घूर्णन प्रकार (रोलिंग पिस्टन प्रकार या बहु वेन प्रकार)
• घूर्णन स्क्रू प्रकार (एकल स्क्रू या द्वि-स्क्रू प्रकार)
• कक्षीय संपीड़क
• ध्वनिक संपीड़क

घूर्णन-गतिशील प्रकार (गैर-धनात्मक विस्थापन प्रकार): प्रशीतक वाष्प के दबाव में वृद्धि अपकेंद्रीय बल द्वारा होती है। घूर्णन-गतिशील संपीड़क में, प्रशीतक के दबाव वृद्धि को घूर्णन यांत्रिक तत्व द्वारा प्रशीतक की स्थिर रूप से प्रवाहित होने वाली धारा को गतिज ऊर्जा प्रदान करके प्राप्त किया जाता है और फिर चूँकि प्रशीतक एक अपसारी मार्ग के माध्यम से प्रवाहित होता है तो इसे दबाव में परिवर्तित किया जाता है। उदाहरण:

• रेडियल प्रवाह प्रकार (अपकेंद्रीय संपीड़क)
• अक्षीय प्रवाह प्रकार

वर्णन:

• प्लेट प्रकार या रिड प्रकार के वाल्व का प्रयोग प्रत्यागामी संपीड़कों में किया जाता है।
• ये वाल्व या तो प्रवाहमान या दबे होते हैं, विशेष रूप से पश्चरोध वाल्व विस्थापन को सीमित करने के लिए प्रदान किये जाते हैं।
• स्प्रिंग खुले या बंद होने के बाद सुचारु वापसी के लिए प्रदान किये जा सकते हैं। 
• पिस्टन गति को वाल्व प्रकार द्वारा तय किया जाता है। बहुत उच्च गति अत्यधिक वाष्प वेग प्रदान करेगा जो आयतनी दक्षता को कम करेगा और उपरोधी नुकसान संपीडन दक्षता को कम करेगा।
• प्लेट वाल्व को उच्च दबाव और गंदे गैस वाले अनुप्रयोगों का सामना करने के लिए डिज़ाइन किया जाता है।
• परिनालिका वाल्व नियंत्रण इकाई है जो विद्युतीय रूप से सक्रीय या निष्क्रिय होने पर तरल पदार्थ के प्रवाह को या तो बंद होने या प्रवाहित होने की अनुमति प्रदान करते हैं।
• पॉप्पेट वाल्व विशेष रूप से इंजन में गैस या वाष्प प्रवाह के समय और मात्रा को नियंत्रित करने के लिए प्रयोग किया जाता है।

बहुस्तरीय संपीडन:

एकल चरण वाले प्रत्यागामी संपीडक में दबाव अनुपात में वृद्धि तापमान में वृद्धि, आयतनी दक्षता में कमी और कार्य इनपुट में वृद्धि का कारण होती है। इसलिए समान उच्चतम दबाव अनुपात के लिए बहुस्तरीय संपीडन दक्ष होता है।

अंतरशीतलन के साथ बहुस्तरीय संपीडन में जहाँ गैस को चरणों में संपीडित किया जाता है और इसे एक ऊष्मा विनियमक के माध्यम से पारित करके प्रत्येक चरण के बीच ठंडा किया जाता है, जो अंतरशीतलक कहलाता है। आदर्श रूप से शीतलन प्रक्रिया स्थिर दबाव पर होती है और गैस को प्रत्येक अंतरशीतलक पर प्रारंभिक तापमान T1 पर ठंडा किया जाता है। अंतरशीतलन के साथ बहुस्तरीय संपीडन विशेष रूप से तब आकर्षक होता है जब गैस को बहुत उच्च दबाव पर संपीडित किया जाता है।

यदि एक अंतरशीतलक को सिलेंडर के बीच नियोजित किया जाता है, जिसमें संपीडित वायु को सिलेंडरों के बीच ठंडा किया जाता है, तो अंतिम वितरण तापमान कम हो जाता है। तापमान में इस कमी का अर्थ वितरित वायु के आंतरिक ऊर्जा में कमी है, और चूँकि इस ऊर्जा को मशीन को संचालित करने के लिए आवश्यक इनपुट ऊर्जा से आना चाहिए, इसके परिणामस्वरूप विपरीत वायु के दिए गए द्रव्यमान के लिए इनपुट कार्य की आवश्यकता में कमी होती है।

बहुस्तरीय द्वारा प्रत्येक चरण का दबाव अनुपात कम हो जाता है। इसलिए, सिलेंडर में पिस्टन से पारित होने वाला वायु रिसाव भी कम हो जाता है। सिलेंडर में निम्न-दबाव अनुपात आयतनी दक्षता को बढ़ाता है।

वर्णन:

अपकेंद्रीय संपीडक:

• इन संपीड़कों में आवश्यक दबाव उच्च-गति वाले प्रेरक से स्थैतिक दबाव में गैस के लिए प्रदान किये गए कोणीय संवेग के निरंतर रूपांतरण के कारण होता है। 
• यह एक संदूषित वायुमंडल में बहुत अच्छे तरीके से कार्य कर सकता है। 
• यह किसी विशिष्ट गति पर द्रव्यमान प्रवाह दर की एक व्यापक सीमा पर कुशलपूर्वक संचालित होने में सक्षम होता है। 
• 5:1 का दबाव अनुपात एकल-चरण वाले अपकेंद्रीय संपीडक में प्राप्त किया जा सकता है। बहु-चरण वाले मंचन (8 चरणों तक) को नियोजित करके 400 atm तक वितरण प्राप्त किया जा सकता है। 
• बहुचरण वाले अपकेंद्रीय संपीडक का प्रयोग उच्च संपीडन अनुपात के लिए किया जाता है, इसलिए स्थिर द्रव्यमान प्रवाह दर प्राप्त करने के लिए ब्लेडों की चौड़ाई उत्तरोत्तर रूप से प्रवाह की दिशा में कम होता है। 
• अपकेंद्रीय संपीडक की समएंट्रॉपिक दक्षता लगभग 75% होती है। 
• अपकेंद्रीय संपीडक गैसों के वेग को त्वरित (गतिज ऊर्जा को बढ़ाता है) करता है जिसे फिर दबाव में परिवर्तित किया जाता है क्योंकि वायु प्रवाह कुंडली से निकलती है और निर्वहन पाइप में प्रवेश करती है। 

अवधारणा:

अपकेंद्री संपीडक

परिचालन सिद्धांत:

एक अपकेंद्री संपीडक गतिज ऊर्जा को दबाव ऊर्जा में परिवर्तित करके काम करता है। गैस प्रणोदक में प्रवेश करती है, जहाँ यह प्रणोदक के उच्च गति वाले घूर्णन के माध्यम से गतिज ऊर्जा प्राप्त करती है। यह गतिज ऊर्जा फिर विसारक में दबाव ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है।

प्रदर्शन पैरामीटर:

दबाव अनुपात:

• अपकेंद्री संपीडक आमतौर पर प्रति चरण कम से मध्यम दबाव अनुपात (1.1 से 4 तक) प्राप्त करते हैं।
• यह उन्हें ऐसे अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त बनाता है जहां आवश्यक दबाव वृद्धि बहुत अधिक नहीं होती।

उच्च द्रव्यमान प्रवाह:

• अपने रेडियल प्रवाह डिजाइन के कारण, अपकेंद्री संपीडक उच्च आयतनीय प्रवाह दर को प्रभावी ढंग से संभाल सकते हैं।
• इनका उपयोग प्रायः उन स्थितियों में किया जाता है जिनमें मध्यम दबाव पर उच्च द्रव्यमान प्रवाह दर की आवश्यकता होती है।

अनुप्रयोग:

इनका उपयोग आमतौर पर ऐसे अनुप्रयोगों में किया जाता है जहाँ मध्यम दबाव अनुपात और निम्न द्रव्यमान प्रवाह दर की आवश्यकता होती है। उदाहरणों में प्रशीतन प्रणाली, छोटे गैस टर्बाइन, टर्बोचार्जर और HVAC सिस्टम शामिल हैं।
लाभ:

• कॉम्पैक्ट और मजबूत डिजाइन।
• प्रवाह में परिवर्तन के प्रति निम्न संवेदनशील।
• विभिन्न प्रकार की गैसों और परिचालन स्थितियों को संभालने में सक्षम।
• अक्षीय संपीडक की तुलना में सरल और अधिक किफायती रखरखाव।

अपकेंद्री संपीडक के लिए दबाव अनुपात = 4 : 1

अक्षीय प्रवाह संपीडक के लिए दबाव अनुपात = 1.2 : 1

वर्णन:

एक संपीडक की समऐन्ट्रॉपिक दक्षता को समऐन्ट्रॉपिक संपीडक कार्य और वास्तविक संपीडक कार्य के अनुपात के रूप में परिभाषित किया जाता है। 

\({\eta _{isen}} = \frac{{isentropic\;compressor\;work}}{{actual\;compressor\;work}}\)

Important Points

प्रत्यागामी वायु संपीडक की दक्षता

• समतापीय दक्षता → यह समतापीय रूप से वायु को संपीडित करने के लिए आवश्यक कार्य (या शक्ति) और समान दबाव अनुपात के लिए वायु को संपीडित करने के लिए आवश्यक वास्तविक कार्य का अनुपात है। 
• यांत्रिक दक्षता → यह संपीडक को चलाने के लिए आवश्यक मोटर या इंजन की सांकेतिक शक्ति और शाफ़्ट शक्ति या ब्रेक शक्ति का अनुपात होता है। 
• कुल समतापीय दक्षता → यह संपीडक को चलाने के लिए आवश्यक मोटर या इंजन की समतापीय शक्ति और शाफ़्ट शक्ति या ब्रेक शक्ति का अनुपात होता है। 
  
• आयतनी दक्षता → यह प्रति स्ट्रॉक मुक्त वायु वितरण का आयतन और पिस्टन के घुमाव आयतन का अनुपात होता है। 

निकासी आयतन के साथ एक प्रत्यागामी वायु संपीडक की आयतनी दक्षता को निम्न द्वारा ज्ञात किया गया है

\({\eta _v} = 1 + C - C{\left( {\frac{{{P_2}}}{{{P_1}}}} \right)^{1/n}}\)

जहाँ C निकासी कारक है। 

\(C = \frac{V_c}{V_s}\)

धारणा:

गैस टरबाइन के मुख्य घटक:

• संपीड़क: गैस टरबाइन में प्रयोग किया जाने वाला वायु संपीड़क घूर्णी प्रकार का होता है इसका प्रयोग मुख्य रूप से अक्षीय प्रवाह वाले टरबाइन में किया जाता है। यह वायुमंडल से वायु खींचता है और इसे आवश्यक दबाव तक संपीड़ित करता है।
• दहन कक्ष: वायु संपीड़क से संपीड़ित वायु को दहन कक्ष में खिंचा जाता है। ईंधन को वायु में अंत:क्षिप्‍त किया जाता है और फिर दहन कक्ष में प्रज्वलित होता है। यह वायु के दबाव और तापमान को तत्काल रूप से बढ़ाता है।
• टरबाइन: उच्च दबाव और तापमान वाला वायु टरबाइन में प्रसारित होता है। टरबाइन घूर्णन प्रकार का भी होता है। विस्तार के दौरान गैस में ऊष्मा ऊर्जा को यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित किया जाता है। इस यांत्रिक ऊर्जा को फिर से जनरेटर का प्रयोग करके विद्युतीय ऊर्जा में परिवर्तित किया जाता है।

संपीड़क:

संपीड़क दो प्रकार के हो सकते हैं:

• प्रत्यागामी संपीड़क, रुट का ब्लोअर, और वैन-आवृत्त मशीन जैसे धनात्मक विस्थापन प्रकार
• अपकेंद्रीय और अक्षीय प्रवाह संपीड़क जैसे घूर्णी प्रकार

प्रमुख प्रकार के संपीड़क का प्रयोग आजकल अधिकांश रूप से गैस टरबाइन वाले शक्ति संयंत्रों, विशेष रूप से विमान अनुप्रयोगों में किया जाता है, जो अक्षीय प्रवाह संपीड़क होता है।

अक्षीय प्रवाह संपीड़क का प्रयोग उनके उच्च दक्षता और क्षमता (अधिकतम वायु धारण क्षमता) के कारण सभी बड़े गैस टरबाइन इकाइयों में किया जाता है और यह भारी वजन और बड़े अनुप्रस्थ काट क्षेत्र के कारण अपकेंद्रीय संपीड़क का विकल्प है। अक्षीय प्रवाह संपीड़क में वायु का इनलेट और आउटलेट घूर्णन शाफ्ट अक्ष के समानांतर है।

अपकेंद्रीय संपीड़क अक्षीय प्रवाह वाले संपीड़क से अधिक संतुलित होता है लेकिन यह बहुत निम्न क्षमता वाला होता है और यह दक्ष नहीं होता है।

संकल्पना:

गैस टरबाइन ब्रेटन चक्र / जूल चक्र पर काम करते हैं। ब्रेटन चक्र में चार आंतरिक रूप से व्युत्क्रमणीय प्रक्रियाएं शामिल हैं:

• आइसेन्ट्रॉपिक संपीडन (एक संपीडक में)
• स्थिर-दाब ताप परिवर्धन
• आइसेन्ट्रॉपिक विस्तार (एक टरबाइन में)
• स्थिर-दाब ताप अस्वीकरण

कार्य अनुपात: गैस टरबाइन में कार्य अनुपात को शुद्ध-कार्य से टरबाइन कार्य के अनुपात के रूप में परिभाषित किया गया है।

टरबाइन में शुद्ध कार्य Wturbine – Wcompressor द्वारा दिया जाता है, क्योंकि संपीडक कार्य उपभोक्ता उपकरण है इसलिए यह काम का उपभोग करता है।

\(Work - ratio = \frac{{{{\rm{W}}_{{\rm{net}}}}}}{{{{\rm{W}}_{{\rm{turbine}}}}{\rm{\;}}}} = \;\frac{{{{\rm{W}}_{{\rm{turbine}}}}{\rm{\;}} - {\rm{\;}}{{\rm{W}}_{{\rm{compressor}}}}}}{{{{\rm{W}}_{{\rm{turbine}}}}}} = 1 - \;\frac{{{{\rm{W}}_{{\rm{compressor}}}}}}{{{{\rm{W}}_{{\rm{turbine}}}}}}\)

गणना: