سرج Surge در کمپرسور ها
بروز ناپایداری در جریان عبوری از کمپرسور می‌تواند باعث شود که فشار خروجی تولید شده توسط کمپرسور کمتر از فشار پایین دست آن شود در این حالت گاز خروجی به درون کمپرسور برگشت می‌کند و یک حرکت سیکلی در جریان گاز ایجاد خواهد شد. به عبارت دیگر پدیده سرج Surge زمانی اتفاق می‌افتد که کمپرسور قادر به تولید هد کافی جهت غلبه بر مقاومت پایین دست خود نباشد.
همانطور که قبلا گفته شد در کمپرسورهای گریز از مرکز در ابتدا انرژی جنبشی گاز توسط پروانه افزایش می‌یابد و سپس با عبور گاز از پوسته کمپرسور که شکلی حلزونی دارد انرژی جنبشی به انرژی پتانسیل (فشار) تبدیل می‌شود و نهایتا گاز از مجرای خروجی بیرون می‌رود.
در شرایط ایده آل، فشار گاز حاصل شده از تبدیل انرژی جنبشی برابر فشار خروجی می‌باشد حال اگر عواملی باعث شوند که حداکثر فشار خروجی تولید شده توسط کمپرسور کمتر از فشار جریان پایین دست آن شود، جریان خروجی در کمپرسور برعکس شده و گاز متراکم شده در قسمت خروجی به درون پروانه بر می‌گردد و این اتفاق عامل اصلی در شروع پدیده موج دار شدن جریان سرج Surge می‌باشد.
در حالتی که گاز خروجی به سمت پروانه بر می‌گردد، این بار پروانه با گاز با وزن مخصوص بیشتر پر می‌شود، با ادامه کار انرژی جنبشی و متعاقب آن انرژی پتانسیل گاز افزایش می‌یابد و بر فشار خروجی غلبه می‌کند و مقداری از گاز به قسمت خروجی رانده می‌شود. با خروج گاز با وزن مخصوص زیاد، جای آن را گاز با وزن مخصوص کم پر می‌کند و مشکل ذکر شده در بالا مجددا خود را نمایان می‌کند. بروز چنین پدیده‌ای یعنی سرج Surge منجر به ایجاد یک سری جریان‌های رفت و برگشتی در کمپرسور می‌شود و جریان مفید گاز تقریبا صفر می‌گردد.
پدیده سرج Surge باعث بروز اغتشاش در دبی عبوری، فشار و سرعت دورانی می‌شود. این پدیده یعنی سرج Surge با لرزش کمپرسور و ایجاد سر و صدا همراه است و می‌تواند باعث ایجاد عوارض و آثار مخرب در تجهیز و اعمال تنش‌های شدید به پروانه شود، به همین خاطر می‌بایست از بروز این پدیده جلوگیری کرد.
علل‌های بروز پدیده موج دار شدن سرج Surge
• تغییر وزن مخصوص گاز ورودی
• کاهش جریان ورودی
• کاهش سرعت دورانی پروانه (در حالت استفاده از الکترو موتورهای دور متغیر)،
• گرفتگی مجراهای عبور جریان گاز (مجرای ورودی، پروانه، مجرای خروجی)
• سایش پروانه و پوسته کمپرسور
تغییر وزن مخصوص گاز ورودی در اثر کاهش فشار، افزایش دما و کاهش جرم مولکولی گاز بعلت تغییر ترکیبات تشکیل دهنده گاز ورودی اتفاق می‌افتد.
سرعت کارکرد کمپرسور در بروز پدیده سرج موثر می‌باشد. کمپرسور‌هایی که با سرعت دورانی کم کار می‌کنند (کمتر از ۳۰۰۰ دور در دقیقه) در مقابل این پدیده ایمن می‌باشند اما کمپرسورهای با سرعت دورانی بالا (بیشتر از ۱۰۰۰ دور در دقیقه) شديدا نسبت به بروز این پدیده حساس بوده و در صورت مساعد بودن شرایط در معرض وقوع پدیده سرج قرار می‌گیرند.
پدیده سرج Surge در کمپرسور باعث می‌شود که فشار خروجی دارای نوسانات شدید گردد و لرزش روتور را به همراه داشته باشد که می‌تواند باعث آسیب رسیدن به یاتاقان‌ها و فرسایش سریع یاتاقانهای محوری و سیستم آب بندی گردد. این پدیده سرج Surge همچنین باعث ایجاد نوسانات شدید در مقدار گشتاور می‌شود و از همین روی مقدار توان مصرفی را تغییر می‌دهد و می‌تواند سبب آسیب دیدن سیستم راه اندازی و به ویژه گیربکس‌ها شود. پدیده سرج باعث عدم خروج واقعی گاز از کمپرسور می‌شود و بدلیل اینکه در طول بروز این پدیده انرژی بطور پیوسته به سیستم منتقل می‌گردد باعث افزایش دمای گاز مورد تراکم و بدنه کمپرسور می‌شود.
پدیده سرج Surge فقط در کمپرسورهای دینامیکی و در اثر تغییر شرایط کار رخ می‌دهد که نتیجه آن برگشت جریان گاز می‌باشد. این پدیده هرگز برای کمپرسورهای جابجایی مثبت (رفت و برگشتی و گردشی) بوقوع نمی‌پیوندد.
برای جلوگیری از وقوع پدیده سرج Surge در کمپرسورهای گریز از مرکز، از سیستم‌های کنترل سرج (Anti Surge) که معمولا بصورت سوییچ اختلاف فشار می‌باشند، استفاده می‌شود. این سیستم‌ها در زمان وقوع سرج توسط شیر برگشت جریان (Recircle Valve) مقداری از جریان خروجی را به پایین دست تزریق می‌کنند و از این طریق باعث افزایش دبی عبوری از کمپرسور می‌شوند و از بروز پدیده سرج به واسطه کاهش جریان جرمی جلوگیری می‌کنند.
انتخاب شرایط طراحی باید به نحوی باشد که کمپرسور با کمترین تغییر در شرایط کاری، در منطقه سرج Surge قرار نگیرد. اختلاف بین فشار طراحی و فشار قابل دسترس را می‌توان به نوعی از دست رفت انرژی در کمپرسور دانست چرا که انرژی به سیستم داده شده ولی کار مفیدی از آن عاید نمی‌گردد.
در شرایط دبی زیاد (حجم زیاد)، یک تغییر جزئی در دبی می‌تواند توام با بروز یک تغییر شدید در فشار خروجی باشد. در این حالت کمپرسور دارای رفتار ناپایدار می‌باشد. به این منطقه در اصطلاح دیوار سنگی (Stone Wall) می‌گویند و کار در این محدوده توصیه نمی‌شود.
هنگامی که کمپرسور در ناحیه دیوار سنگی کار کند، دبی گاز ممکن است به حدی برسد که سرعت گاز درون کمپرسور به یک ماخ برسد، و یا اینکه زاویه تلاقی گاز با تیغه‌ها آنچنان زیاد شود که باعث کم شدن مجرای ورودی گاز گردیده و عدد ماخ به حدی برسد که پدیده جدیدی تحت عنوان خفگی (Choke) در کمپرسور بوقوع بپیوندد. در شرایط فوق، دبی جریان گاز به درون کمپرسور تقريبا ناچیز می‌شود. تاثیر این پدیده برای گاز‌های با جرم مولکولی زیاد و در دماهای کم در شرایط ورودی شدیدتر می‌باشد.
