تا چه میزان با انواع کمپرسور باد آشنا می باشید؟

مقدمه

اگر بخواهید با ابزار آلات بادی کار کنید به احتمال زیاد به کمپرسور هوا نیاز دارید چرا که این نوع از کمپرسور از قدرتمند ترین ابزار مورد نیاز برای تامین انرژی و نیروی لازم برای این نوع از کارها هستند! از این نوع از کمپرسورها در ابزار آلات و کارهای مختلفی استفاده می شود که در ادامه لیست مهم ترین آن ها را مشاهده میکنید:  انواع میخکوب، انواع چکش، انواع منگنه کوب های بادی، پیستوله های رنگ پاش بادی، پرچ کن ها و …

 

ابزاری که با آوردن نام کمپرسور در ذهن عموم مردم شکل میگیرد همان پمپ بادهای تعمیرگاهی یا به عبارت فنی و تخصصی کمپرسورهای تولید هوای فشرده پیستونی می باشد. اما کمپرسورها در مقیاسی وسیع، تقریبا در تمامی صنایعی که با هوای فشرده کار میکنند به عنوان ابزاری مهم و کاربردی بکار گرفته می شود. معمولا نامگذاری کمپرسورها بر اساس روش کاری آن ها می باشد. کمپرسورها که بیشتر در صنایع بزرگ  مانند پتروشیمی – فولاد – نساجی مورد استفاده گوناگون و فراوانی قرار می گیرند که اصطلاحا کمپرسورهای دینامیکی یا سانتریفیوژ نامیده می شوند که با توجه به دبی و ظرفیتهای بسیار بالا و متفاوتشان  بصورت دایم مورد استفاده قرار می گیرند.

کمپرسورها را می‌توان در صنایع و مصارف خانگی مختلفی مورد استفاده قرار گیرند. از باد کردن تایر خودرو گرفته تا ساخت یخچال‌ها و چیلرهای بزرگ برای ساختمان های اداری و یا تجاری، در تمامی این سیستم‌ها و مکان ها از کمپرسورها استفاده می‌شود. در خطوط انتقال گاز نیز از کمپرسورها استفاده میشود تا بتوان گاز را در طول لوله به مسافت‌های دور منتقل کرد. در سیستم‌های سرمایش خانگی و یخچال‌های خانگی نیز کمپرسورها نقش مهمی را ایفا می‌کنند. موتورهای جت نیز برای کار کردن نیاز به نوع خاصی از کمپرسور به نام کمپرسورهای محوری دارند. حتی در خودروهای امروزی نیز از نوعی از کمپرسورها برای فشرده سازی هوای ورودی به سیلندر استفاده می‌شود این کار باعث افزایش راندمان کاری موتور شده و خودرو بهتر کار میکند. از این رو دامنه استفاده از کمپرسورها بسیار وسیع و کاربرد ان ها برای انسان امروزی بسیار قابل اهمیت است.

 

 

 تاریخچه کمپرسور 

اگر کمپرسور را وسیله‌ای درنظر بگیریم که گاز و هوا را فشرده می‌سازد، با این تعریف انسان از هزاران سال قبل از میلاد مسیح از فشرده‌سازی گازها برای انجام کارهای خود استفاده میکنند. درواقع انسان ها از زمانی که شروع به ذوب فات کردند، از دمنده‌ها برای فشرده کردن گازها و دمیدن آن به سمت شعله استفاده می‌کرده‌اند تا حرارت شعله را افزایش دهند. اما در قرن بنجامین فرانکلین توانست با استفاده از یک دمنده و الکل، دمای یک جسم را تا حد زیادی کاهش دهد. کاری که او انجام داد ای بود که هوای فشرده را از روی الکل عبور داد تا دمای ان کاهش یابد. با این کار او توانست دما را تا دمای انجماد کاهش دهد. در واقع با انجام این کار، اولین سیستم های خنک کننده پایه گذاری شد. پس از آن از مواد دیگری برای کاهش درجه حرارت در این سیستم های ابتدایی مورد استفاده قرار گرفت. در اواسط قرن نوزدهم، تقریبا چیزی مشابه با سیکل های امروزی ساخته شد که مایع کم فشار با دریافت گرما به گاز تبدیل میکرد. سپس این گاز با یک کمپرسور، تا حد امکان فشرده شده و بعد از آن در یک کندانسور، دمای آن کاهش داده میشد و دوباره به مایع تبدیل می‌شد. سال ها بعد و به مرور، فناوری ساخت کمپرسورها پیشرفت جالب توجهی پیدا کرد و کمپرسورهایی پیچیده‌تر و با بازدهی بالاتر نسبت به کمپرسورهای پیستونی سنتی ساخته شدند.

 

 

نحوه کار کمپرسور باد

برای درک بهتر نحوه عملکرد کمپرسورها، باید نسبت به سیکل‌های تبرید شناخت کافی پیدا کرد. زمانی که کمپرسور شروع به کار می‌کند، ماده مبرد که فشار بسیار پایینی دارد را از اوپراتور دریافت میکند. ماده مبردی که از اوپراتور درواقع مکیده می‌شود، حامل گرمای جذب شده از سردخانه است که باید به نحوی این انرژی به محیط بیرون منتقل شود. اما این تبادل گرما هنگامی اتفاق می‌افتد که دمای گاز مورد نظر از دمای محیط بیش‌تر باشد. کمپرسور با کاهش حجم گاز، باعث افزایش فشار آن می‌شود. که نتیجه آن افزایش دمای گاز میباشد. بعد از افزایش دمای ماده مبرد، کمپرسور به عنوان یک پمپ هوا عمل کرده و این گاز گرم را به کندانسور ارسال مکند تا در آن‌جا دمای آن تاحد لازم کاهش پیدا کند.

 

 

انواع کمپرسور باد و کاربرد آن‌ ها

کمپرسورها با توجه به کاربرد، اندازه، قدرت و موارد مختلف دیگری تقسیم بندی میشود. در این جا سعی داریم اکثر این تقسیم بندی ها را توضیح دهیم و کاربردهای مختلف ان را شرح دهیم.

·الف) اساس موتور محرک: بر اساس این تقسیم بندی کمپرسور ها به دو حالت موتور الکتریکی یا همان برقی و دیزل یا همان موتور با سوخت فسیلی تقسیم می شوند.

·ب) کارکرد کمپرسورها: بر این اساس این تقسیم بندی کمپرسور ها به دو بخش کمپرسور های دینامیکی و کمپرسور ها با جابجایی مثبت تقسیم می شوند.

·ج) پاشش روغن : از دیگر تقسیم بندی های کمپرسور پاشش روغن است که به دو حالت اویل فری و اویل اینجکت تقسیم میگردد.

·د) نوع خنک کاری: این نوع تقسیم بندی با توجه به روش خنک سازی کمپرسورها میباشد که به دو حالت اب خنک و هوای خنک تقسیم میشود.

 

کمپرسور های پیچی یا اسکرو

این کمپرسورها بامحبوس کردن گازهای ورودی و کم کردن حجم آن توسط یک عضو متراکم کننده باعث افزایش فشار سیال مورد نظر شوند. با حرکت عضومتراکم کننده، فاصله موجود بین مولکولهای گاز ظرف کمتر شده و به طبع برخورد آنها با یکدیگر بیشتر می شود. در نتیجه این اعمال نیروی بیشتری به ظرف وارد میکنند و این موضوع نشان دهنده این است که فشار سیال، افزایش یافته است . حال در کمپرسورهای رفت و برگشتی این عضو، پیستون نامیده می شود. اما درکمپرسور های پیچی یا اسکرو، عضو متراکم کننده، روتور نر می باشد. از این رو فرم اکثر این کمپرسورها، مارپیچی شکل می باشد. با چرخش محرک ( معمولا الکتروموتور یا موتور دیزلی میباشد )، حرکت چرخشی به روتور نر منتقل شده و درنتیجه روتور موردنظر شروع به چرخیدن می کند . برآمدگیهای روی روتور نر به تناوب درون شیارهای روتور ماده حرکت میکنند که این عمل به تدریج حجم گازها محبوس شده در شیارها را کاهش میدهد و فشار گاز افزایش می یابد. تراکم تا زمانی ادامه می یابد که ضریب تراکم مربوطه به اندازه معین خود رسیده باشد و فضای مابین پره ها به مجرای خروجی شیارها متصل شده باشد. از این رو گاز متراکم شده و از طریق آن خارج شود. سپس هرکدام ازشیارهای روتور ماده به ترتیب به هوای مجاری خروجی می رسند وگاز فشرده شده را درون مجرای خروجی تخلیه کرده است و مجددا از هوای کم فشار پر می شوند تا این سیکل به تناوب تکرار خود ادامه دهد.

 

کمپرسورهای پیچی روغن پاش و بدون روغن

کمپرسور های پیچی یا اسکرو دردو مدل اویل اینجکت واویل فری تولید می شوند . درکمپرسور های اویل فری یا همان بدون روغن، روغن به درون محفظه تراکم پاشش می شود. این روغن استفاده شده در این قسمت چند وظیفه مهم را برعهده دارد :

1)     درزها و سوراخ های بین مارپیچ ها و محفظه را آببندی می کند.

2)      فضای بین روتورهای نروماده را روانکاری می کند تا راحت تر و بهتر کار کند

3)     گرمای حاصل از تراکم سیال را به خود جذب می کند تا سیستم را خنک کند

درکمپرسور های اسکروی اویل فری ، روغن یا آب به عنوان سیال خنک کننده هم نیز عمل می کنند. از این رو در خارج از محفظه تراکم هم جریان دارد و گرمای حاصل از تراکم هوا را به خود جذب می کنند . در این نوع کمپرسورهای ، جنس روتورها باید به گونه ای طراحی شده باشد که توانائی تحمل تنش های حرارتی بالا را داشته باشد . لذا معمولا  جنس روتورهای چنین کمپرسور هایی از سرامیک می باشد. به هرحال درهرنوع از کمپرسور های اویل فری و اویل اینجکت ، برای کمینه کردن تلفات نشتی، فاصله بین روتورها باید درتمامی موقعیت های چرخش در کمترین حد ممکن خود باشد.

 

 کمپرسور اسکرو بدون روغن

 در این مدل از کمپرسورها هوا در طی فرایند بدون وجود سیل های (Seal) روغن، فشرده می شود.هوا معمولا فشار ماکزیمم پایین تری دارد نسبت به سایر مدل ها از این رو هوا را در کمپرسورهای اسکرو بدون روغن چند طبقه، توسط چندین اسکرو فشرده می کنند تا فشار به حد بالاتری در خروجی رسیده باشد. این کمپسورها معمولا در جایی که وجود روغن در سیستم مجاز نیست. مانند تحقیقات پزشکی و تولید نیمه رساناها کاربر فراوانی دارند. لازم به ذکر است جهت هماهنگ کردن دو محور این نوع کمپرسور از دو چرخ دنده استفاده می شود.این نوع کمپرسور دارای دبی های بسیار بالا می باشد. همچنین به علت دقت بسیار بالا در طراحی، ماشینکاری و استفاده چرخ دنده و… قیمت این نوع کمپرسور چندین برابر انواع Oil-injected   می باشد. حداکثر فشار این نوع کمپرسور در یک مرحله با توجه به نوع سازنده از ۳ تا ۴ بار است.

 

کمپرسور پیستونی

کمپرسورهای پیستونی تقریبا شبیه موتور ماشین عمل میکنند. یعنی با پایین رفتن پیستون، هوا یا گاز به داخل پیستون کشیده شده و با برگشت پیستون به حالت اولیه و جمع شدن آن هوا را متراکم میکند. شبیه موتورهای احتراق داخلی، میل لنگ باعث می شود حرکت چرخشی به حرکت خطی پیستون تبدیل شود  و برخلاف موتورهای احتراق داخلی در این کمپرسورها گاز منفجر نمیشود بلکه در طی این عمل فشار گاز زیاد شده، دریچه تخلیه را باز میکند و با شدت خارج می شود. طراحی پیستون ها  بسته به کاربرد ممکن است تکی یا دوتایی باشد. (در طراحی دوتایی، تخلیه و فشرده سازی در هر دو سر پیستون انجام میگیرد.) برخی از سیلندرهای دوتایی که در فشار بالا معمولا کار می کنند در هر دو سمت، میله جدا برای پیستون دارند تا تعادل بار صورت گیرد. سیلندرها پشت سر هم به یک میل لنگ متصل شده اند و در جهت مخالف یکدیگر شروع به حرکت می کنند. جهت جلوگیری از سایش قطعات به طور معمول از رینگ های پیستون یک بار مصرف استفاده می شود. سیلندرها در کمپرسورهای بزرگ اغلب با ترموسیفون یا سیرکولاسیون سیال خنک می شوند در حالیکه کمپرسورهای کوچک خانگی اغلب با هوا خنک میشود.

 

کمپرسور سانتریفوژ

کمپرسورهای سانتریفوژ با چرخش پروانه کمپرسور، سیال را به درون محفظه میکشند و در اثر حرکت گردشی پروانه نیروی گریز از مرکز شدیدی را در سیال (در یک محیط مدور) ایجاد می کند. به این ترتیب سیال در اثر برخورد با محفظه تحت فشار قرار می گیرد. این مدل کمپرسور با افزایش دور پروانه  انرژی جنبشی گاز را افزایش داده و این میزان انرژی، فشار را در خروجی دیفیوزر افزایش میدهد. در کمپرسورهای سانتریفوژ جهت جریان عمود بر محور گرداننده میشود این مدل از کمپرسورها برای فشرده سازی حجم بالایی از گاز در یک فشار پایین به استفاده میشوند. به این علت که نیروی فشار ایجاد شده توسط پروانه ها کوچک است. به همین دلیل چیلرهایی که از این مدل کمپرسور استفاده می کنند بیش از یک پروانه در آن ها تعبیه می شود تا این کمبود نیرو را با افزایش تعداد جبران کنند. این کمپرسورها از این رو که طراحی ساده و قطعات متحرک محدود دارند دارای نگه داری آسان و کم هزینه میباشند به همین علت دارای مطلوبیت بیشتری هستند.

 

کاربرد کمپرسور سانتریفوژ

امروزه کاربرد این کمپرسورها بیشتر در صنایع هوایی نظامی و مسافربری که با موتورهای توربین گازی کار می کنند (که به آنها موتور جت می گویند)می باشد. موتور جت انواع مختلفی دارد ولی همه آن ها یک بخش مشترک دارند و آن  بخش کمپرسور است. کمپرسور فشار هوای ورودی را قبل از وارد شدن به محفظه احتراق تا حد امکان بالا می برد. عملکرد صحیح و درست کمپرسور اثر فراوانی روی سرعت و قدرت موتور دارد.

 

کمپرسور محوری

در کمپرسورهای محوری، هوا به موازات محور گرداننده جریان دارد. کمپرسور از چندین ردیف آبشاری تشکیل شده که برخی از این ردیف ها روتور نام دارد که به هسته مرکزی متصل شده و با سرعت بالا گردش می کند. به سایر ردیف ها استاتور میگویند که در جای خود ثابت است و گردش نمی کند. وظیفه استاتور بالابردن فشار و برگرداندن جریان از حالت مارپیچ به موازات محور است. گاز از درون کمپرسور عبور کرده سرعت آن متناوبا کم و زیاد میشود. با هر افزایش سرعت انرژی جنبشی گاز افزایش یافته و با هر کاهشی ، انرژی جنبشی آن تبدیل به افزایش فشار می شود. این کمپرسورها جریانی پیوسته دارند و در حجم بالا، گاز متراکم ایجاد می کنند و بازده بالایی دارند.

 

سخن پایانی

انوع گوناگونی از کمپرسور وجود دارد که در ابتدا ممکن است افراد را بسیار سردرگم کند. بنابراین دسته‌بندی‌های مختلفی با توجه به کاربرد و کارایی آنها ارائه شده‌اند که می‌تواند در انتخاب درست به کمک فرد آیند. به طور کلی کمپرسورها را با توجه به ویژگی‌های زیر دسته‌بندی میشوند: سرعت ( که شامل سرعت ثابت یا سرعت متغییر)، تعداد مراحل کار ( یا همان تک مرحله‌ای، دو مرحله‌ای و چند مرحله‌ای)، سیستم قدرت، ساختار (که شامل باز، سمی هرمتیک و هرمتیک)، نوع سیستم خنک‌سازی کمپرسور (هوا، آب و روغن) و روش‌های روانکاری کمپرسورها

 

با این حال موارد بالا برای دسته بندی کامل کمپرسورها باز هم کافی نیستند. به طور معمول و کلی کاربردی‌ترین دسته بندی برای کمپرسور، به نحوه کار آن‌ها برمی‌گردد. از این رو برای افزایش فشار یک سیال می‌توان از دو روش استفاده کرد: کاهش حجم و یا بالابردن سرعت. کمپرسورهایی که از روش اول استفاده می‌کنند را کمپرسورهای جابه‌جایی مثبت (Positive displacement) می نامند و کمپرسورهایی که سرعت سیال را افزایش می‌دهند را کمپرسورهای دینامیک (Dynamic) میگویند. از این جهت در انتخاب کمپرسورها باید با توجه به نیاز خود در دسته بندی های مختلف به دنبال آن گشت تا بهترین نوع را برای رفع نیاز خود پیدا کرد.

 

برای آشنایی بیشتر با انواع کمپرسور به این لینک مراجعه نمایید.