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

व्याख्या:

एक रेसिप्रोकेटिंग वायु संपीडक में कार्य इनपुट

• एक रेसिप्रोकेटिंग वायु संपीडक में कार्य इनपुट, किसी दिए गए वायु के द्रव्यमान को प्रारंभिक दाब और तापमान से उच्च दाब तक संपीड़ित करने के लिए आवश्यक ऊर्जा की मात्रा को संदर्भित करता है। यह ऊर्जा उस प्रक्रिया पथ पर निर्भर करती है जिसका संपीड़न अनुसरण करता है (जैसे, समतापीय, समदैशिक, या बहुपद)।

संपीडन PV = स्थिरांक (समतापीय प्रक्रिया) का पालन करता है।

ऊष्मागतिक विश्लेषण:

• एक रेसिप्रोकेटिंग वायु संपीडक में, संपीड़न प्रक्रिया विभिन्न ऊष्मागतिक पथों का पालन कर सकती है, जैसे कि समतापीय, रुद्धोष्म (समदैशिक), या बहुपद प्रक्रियाएँ।
• एक संपीड़न प्रक्रिया में कार्य इनपुट दाब-आयतन (P-V) वक्र के नीचे के क्षेत्र द्वारा दिया जाता है। इसलिए, किया गया कार्य प्रक्रिया पथ पर निर्भर करता है।
• एक समतापीय प्रक्रिया (PV = स्थिरांक) के लिए, संपीड़न के दौरान वायु का तापमान स्थिर रहता है। इसे प्राप्त करने के लिए परिवेश के साथ पूर्ण ऊष्मा स्थानांतरण की आवश्यकता होती है, यह सुनिश्चित करना कि संपीड़न के दौरान उत्पन्न ऊष्मा को लगातार हटा दिया जाता है।

एक समतापीय प्रक्रिया में किया गया कार्य:

समतापीय संपीड़न के दौरान किया गया कार्य इस प्रकार दिया जाता है:

W_{समतापीय} = mRT ln (P₂/P₁)

• m: संपीड़ित की जा रही वायु का द्रव्यमान
• R: विशिष्ट गैस स्थिरांक
• T: वायु का निरपेक्ष तापमान (एक समतापीय प्रक्रिया में स्थिर)
• P₁: वायु का प्रारंभिक दाब
• P₂: वायु का अंतिम दाब

एक समतापीय प्रक्रिया में, कार्य इनपुट दाब अनुपात (P₂/P₁) के प्राकृतिक लघुगणक के समानुपाती होता है, और तापमान स्थिर रहता है। यह अन्य प्रक्रियाओं की तुलना में सबसे कम मात्रा में कार्य करता है क्योंकि संपीड़न के दौरान उत्पन्न ऊष्मा को हटा दिया जाता है, जिससे तापमान और दाब में वृद्धि को दिए गए दाब अनुपात से अधिक नहीं होने से रोका जाता है।

क्यों समतापीय संपीड़न को न्यूनतम कार्य की आवश्यकता होती है:

• समतापीय संपीड़न के दौरान, वायु का तापमान स्थिर रहता है, जो किसी दिए गए आयतन में कमी के लिए दाब वृद्धि को कम करने में मदद करता है।
• दाब वृद्धि में कमी के परिणामस्वरूप P-V वक्र के नीचे का क्षेत्र कम हो जाता है, जिससे कार्य इनपुट कम हो जाता है।
• इसके विपरीत, रुद्धोष्म या बहुपद प्रक्रियाओं में, संपीड़न के दौरान तापमान बढ़ जाता है, जिससे उच्च दाब वृद्धि होती है और परिणामस्वरूप, अधिक कार्य इनपुट होता है।

व्यावहारिक चुनौतियाँ:

• जबकि समतापीय संपीड़न सैद्धांतिक रूप से सबसे कुशल है, व्यवहार में पूर्ण समतापीय परिस्थितियों को प्राप्त करना तेजी से संपीड़न के दौरान निरंतर ऊष्मा स्थानांतरण को बनाए रखने में कठिनाई के कारण चुनौतीपूर्ण है।
• समतापीय संपीड़न के अनुमान के लिए, बहु-चरण संपीडक में इंटरकूलर का उपयोग अक्सर वायु को चरणों के बीच ठंडा करने के लिए किया जाता है, जिससे समग्र कार्य इनपुट कम हो जाता है।

संकल्पना:

हम पारस्परिक संपीड़क में वायु को संपीडित करने के लिए आवश्यक शक्ति इनपुट को निर्धारित करने के लिए बहुपद प्रक्रिया समीकरणों और यांत्रिक दक्षता का उपयोग करते हैं।

दिया गया है:

• वायु की द्रव्यमान प्रवाह दर, \( \dot{m} = 20 \, \text{kg/min} = 0.333 \, \text{kg/s} \)
• इनलेट दबाव, \( P_1 = 110 \, \text{kPa} \)
• इनलेट तापमान, \( T_1 = 300 \, \text{K} \)
• आउटलेट दाब, \( P_2 = 660 \, \text{kPa} \)
• बहुपद सूचकांक, \( n = 1.25 \)
• गैस स्थिरांक, \( R = 0.287 \, \text{kJ/kg·K} \)
• यांत्रिक दक्षता, \( \eta_{\text{mech}} = 80\% = 0.8 \)
• दिया गया है: \( (6)^{0.2} = 1.43 \)

चरण 1: बहुपद कार्य किया गया गणना करें

प्रति किग्रा वायु के लिए बहुपद प्रक्रिया के लिए किया गया कार्य है:

\( W_{\text{polytropic}} = \frac{n}{n-1} \times R \times T_1 \times \left[ \left( \frac{P_2}{P_1} \right)^{\frac{n-1}{n}} - 1 \right] \)

मानों को प्रतिस्थापित करें:

\( W_{\text{polytropic}} = \frac{1.25}{0.25} \times 0.287 \times 300 \times \left[ (6)^{0.2} - 1 \right] \)

\( W_{\text{polytropic}} = 5 \times 0.287 \times 300 \times (1.43 - 1) \)

\( W_{\text{polytropic}} = 184.515 \, \text{kJ/kg} \)

चरण 2: इंगित शक्ति की गणना करें

इंगित शक्ति द्रव्यमान प्रवाह दर से गुणा किया गया कार्य है:

\( P_{\text{indicated}} = \dot{m} \times W_{\text{polytropic}} \)

\( P_{\text{indicated}} = 0.333 \times 184.515 = 61.5 \, \text{kW} \)

चरण 3: शक्ति इनपुट की गणना करें

शक्ति इनपुट यांत्रिक दक्षता के लिए खाते में है:

\( P_{\text{input}} = \frac{P_{\text{indicated}}}{\eta_{\text{mech}}} \)

\( P_{\text{input}} = \frac{61.5}{0.8} = 76.875 \, \text{kW} \)

व्याख्या:

अक्षीय प्रवाह संपीडक का भरण गुणांक

परिभाषा: अक्षीय प्रवाह संपीडक का भारण गुणांक एक आयामहीन प्राचल है जो संपीडक के किसी दिए गए चरण में रोटर ब्लेड द्वारा वायु प्रवाह को दी जाने वाली ऊर्जा की मात्रा का प्रतिनिधित्व करता है। यह संपीडक चरण के प्रदर्शन और दक्षता को निर्धारित करने में एक आवश्यक कारक है। भारण गुणांक को आमतौर पर किए गए चरण कार्य और रोटर के परिधीय वेग (u) के संदर्भ में व्यक्त किया जाता है।

भारण गुणांक, जिसे अक्सर ψ के रूप में दर्शाया जाता है, को गणितीय रूप से इस प्रकार व्यक्त किया जा सकता है:

ψ = Δh/u²

जहाँ:

• Δh: चरण कार्य या एन्थैल्पी वृद्धि (J/kg)
• u: रोटर का परिधीय वेग (m/s)

भारण गुणांक (ψ) परिधीय वेग (u) के वर्ग के व्युत्क्रमानुपाती है। सूत्र से स्पष्ट है:

ψ = Δh/u²

संकल्पना:

एक पारस्परिक कंप्रेसर की आयतन दक्षता को सक्शन के दौरान खींचे गए प्रशीतन के वास्तविक आयतन और स्वेप्ट (स्ट्रोक) आयतन के अनुपात के रूप में परिभाषित किया गया है:

\( \eta_v = \frac{V_{suction}}{V_s} \)

दिया गया है:

निकासी आयतन, \( V_c = 0.0005~\text{m}^3 \)

स्ट्रोक आयतन, \( V_s = 0.01~\text{m}^3 \)

सक्शन आयतन, \( V_{suction} = 0.0084~\text{m}^3 \)

गणना:

\( \eta_v = \frac{0.0084}{0.01} = 0.84 = 84\% \)

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।

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:

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। 

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

अवधारणा:

एक प्रत्यागामी संपीडक या पिस्टन संपीडक एक धनात्मक-विस्थापन संपीडक है जो उच्च दबाव पर गैसों को वितरित करने के लिए क्रैंकशाफ्ट द्वारा संचालित पिस्टन का उपयोग करता है।

निकासी अनुपात: यह निकासी आयतन और स्वेप्ट आयतन का अनुपात है।

निकासी आयतन: यह वह आयतन है जो पिस्टन के अंदर की ओर स्ट्रोक के अंत तक पहुंचने के बाद सिलेंडर में रहता है।

स्वेप्ट आयतन: स्वेप्ट आयतन एक सिलेंडर का विस्थापन है। यह शीर्ष अचल केन्द्र (TDC) और आधार अचल केन्द्र (BDC) के बीच का आयतन है। जैसे ही पिस्टन ऊपर से नीचे की ओर जाता है, यह अपने कुल आयतन को "प्रसर्प(स्वीप)" करता है।

\(Clearance~ratio=\frac{Clearance~volume}{Swept~volume}=\frac{V_c}{V_s}\)

गणना

दिया गया:

क्योंकि अधिकतम आयतन= Vs + Vc 

स्वेप्ट आयतन अधिकतम आयतन का 8/9 गुना है।

⇒ Vs  =  8/9(Vs + Vc)

\(=\frac{V_c}{V_s}=\frac{1}{8}\)

\(Clearance~ratio=\frac{V_c}{V_s} = 0.125\)

अत: सही विकल्प (3) है।

संकल्पना:

संपीडक:

• यह एक उपकरण है जिसका उपयोग गैस के दबाव को बढ़ाने के लिए किया जाता है।
• एक संपीडक की आयतनी दक्षता को इनलेट में संपीडक द्वारा चुषित वास्तविक आयतन से वहित आयतन के अनुपात के रूप में परिभाषित किया गया है।
• आयतनी दक्षता निम्न द्वारा दी गई है,
• \({\eta _v} = 1 + c - c{\left( {\frac{{{P_2}}}{{{P_1}}}} \right)^{\frac{1}{n}}}\)
• ⇒ \({\eta _{vol}} = 1 - C\left[ {{{\left( {\frac{{{p_2}}}{{{p_1}}}} \right)}^{\frac{1}{n}}} - 1} \right]\)
• जहाँ C निकासी अनुपात है, यह निकासी आयतन से वहित आयतन का अनुपात है ।
• P₂ वितरण दबाव है और P₁ चूषण दबाव है।
• इसलिए सूत्र से यह दिखाया गया है कि निकासी अनुपात और दबाव अनुपात में वृद्धि के साथ आयतनी दक्षता कम हो जाती है। 

​Volumetric efficiency decreases when

1. Outlet pressure Increases
2. Clearance ratio Increases

Volumetric efficiency increases when

1. 'n' increases
2. Inlet temperature increases

As the clearance ratio increases, the volumetric efficiency of the reciprocating compressor decreases as the pressure ratio increases. Options 2 and 4 both are correct but here, we have to select the most appropriate answer among the given options. So, here option 4 is the correct one.

वर्णन:

प्रत्यागामी वायु संपीडक के लिए वांछनीय संपीडन का नियम संतापीय है और वह बहुत कम गति पर संभव हो सकता है। 

• समतापीय संपीडन में आवश्यक न्यूनतम कार्य इनपुट के कारण यह संपीडन के लिए आदर्श प्रक्रिया है।
• स्थिरांक दबाव रेखा 4-1 चूषण आघात को दर्शाती है। 
• क्षेत्र 1234 स्थिरोष्म कार्य को दर्शाती है।

समतापीय संपीडन:

• यदि संपीडन का वहन समतापीय रूप से किया जाता है, तो यह वक्र 1-2 का पालन करता है जिसमें समएंट्रॉपिक और पॉलीट्रोपिक दोनों प्रक्रियाओं की तुलना में कम ढलान है।
• यह किया गया कार्य जो समतापीय प्रक्रिया में क्षेत्र 1234 है, वह स्थिरोष्म संपीडन के कारण किये जाने वाले कार्य की तुलना में काफी कम है।
• इसलिए, यदि संपीडन समतापीय प्रक्रिया का पालन करता है, तो संपीडक में उच्चतम दक्षता होगी।
• वास्तव में समतापीय प्रक्रिया प्राप्त करना संभव नहीं है, क्योंकि संपीडक को बहुत धीमी गति से चलना चाहिए।
• वास्तव में संपीडन उच्च गति पर संचालित होते हैं जिसके परिणामस्वरूप पॉलीट्रोपिक प्रक्रिया होती है।
• ठंडा-जल छिड़काव और बहु-चरणीय संपीडन का प्रयोग समतापीय संपीडन का अनुमान लगाने के लिए किया जाता है जबकि संपीडक फिर भी उच्च गतियों पर संचालित होता है। 

अवधारणा:

आयतनी दक्षता:

• इसे संपीडक द्वारा वायु के अंतर्गम(इनटेक) के वास्तविक आयतन और चालित आयतन के अनुपात के रूप में परिभाषित किया गया है।
• इसे निम्न रूप में दिया गया है;

\(\eta_{v}=1+C-C(\frac{P_2}{P_1})^\frac{1}{n}~\)

या, \(\eta_{v}=1+C-C(\frac{V_1}{V_2})~\)

जहाँ, C = अवकाश अनुपात, P₁ = चूषण दबाव

P₂ = विसर्जन दाब, V₁ = चूषण आयतन, V₂ = विसर्जन आयतन

गणना:

दिया गया:

C = 0.03

\(\frac{V_1}{V_2}\) = 8

तब, \(\eta_{v}=1+C-C(\frac{V_1}{V_2})=1+0.03-(0.03\times8)~\)

\(\eta_{v}=0.79\times100=79~\)%

इस प्रकार, विकल्प (3) सही उत्तर है।

व्याख्या:

संपीडित्र:

• यह गैस के दबाव को बढ़ाने के लिए उपयोग किया जाने वाला उपकरण है।
• संपीडित्र की आयतनी दक्षता को निवेशिका पर संपीडित्र द्वारा चूषित वास्तविक आयतन से स्वेप्ट आयतन के अनुपात के रूप में परिभाषित किया गया है।
• आयतनी दक्षता निम्न प्रकार दी गई है:

\(\eta_v~=~1~+~C~-~C(\frac{P_2}{P_1})^{\frac{1}{n}}\) = \(\eta_v~=~1~-C[(\frac{P_2}{P_1})^{\frac{1}{n}}~-~1]\)

जहां C निकासी आयतन है और यह निकासी आयतन और स्वेप्ट आयतन  का अनुपात है, P₂ निकास दबाव है और P₁ चूषण दबाव है।

• सूत्र से, यह स्पष्ट है कि निकासी अनुपात और दबाव अनुपात में वृद्धि के साथ, आयतनी दक्षता घट जाती है।

वर्णन:

संपीडक: संपीडक एक शक्ति-उपभोग उपकरण है जिसका प्रयोग गैसों के दबाव को बढ़ाने के लिए किया जाता है। 

निकासी आयतन - यह वह आयतन है जो पिस्टन के शीर्ष मृत केंद्र तक पहुँचने के बाद भी सिलेंडर में ही रहता है। इसे Vc द्वारा दर्शाया गया है। 

घुमाव आयतन - यह सिलेंडर में पिस्टन द्वारा घुमा हुआ आयतन होता है या वह आयतन जिसके माध्यम से पिस्टन यात्रा करते हैं। इसे Vs द्वारा दर्शाया गया है। 

निकासी अनुपात (C) - इसे निकासी आयतन और घुमाव आयतन या \(C = \frac{{{V_c}}}{{{V_s}}}\) के अनुपात के रूप में परिभाषित किया जाता है। 

वास्तविक स्थिति में एक संपीडक के लिए निकासी और स्ट्रोक लम्बाई के बीच संबंध को निम्न द्वारा ज्ञात किया गया है

C = (0.005L + 0.5) mm

जहाँ C = सिलेंडर और पिस्टन के बीच प्रदान की गयी निकासी, L = स्ट्रोक लम्बाई। 

अवधारणा:

दो चरण संपीडक में पूर्ण अन्तर्शीतलन के लिए,

\({P_i} = \sqrt {{P_1}{P_2}} \)

जहाँ P_i = मध्यवर्ती दबाव, P₁ = चूषण दबाव, P₂ = वितरण दाब

गणना:

दिया हुआ:

P1 = 1.5 बार, P2 = 54 बार

तो, \({P_i} = \sqrt {{1.5}\times{54}} \)

Pi = 9 बार

इसलिए मध्यवर्ती दबाव 9 बार होगा।