تا چه ميزان با انواع كمپرسور باد آشنا مي باشيد؟

مقدمه

اگر بخواهيد با ابزار آلات بادي كار كنيد به احتمال زياد به كمپرسور هوا نياز داريد چرا كه اين نوع از كمپرسور از قدرتمند ترين ابزار مورد نياز براي تامين انرژي و نيروي لازم براي اين نوع از كارها هستند! از اين نوع از كمپرسورها در ابزار آلات و كارهاي مختلفي استفاده مي شود كه در ادامه ليست مهم ترين آن ها را مشاهده ميكنيد:  انواع ميخكوب، انواع چكش، انواع منگنه كوب هاي بادي، پيستوله هاي رنگ پاش بادي، پرچ كن ها و …

ابزاري كه با آوردن نام كمپرسور در ذهن عموم مردم شكل ميگيرد همان پمپ بادهاي تعميرگاهي يا به عبارت فني و تخصصي كمپرسورهاي توليد هواي فشرده پيستوني مي باشد. اما كمپرسورها در مقياسي وسيع، تقريبا در تمامي صنايعي كه با هواي فشرده كار ميكنند به عنوان ابزاري مهم و كاربردي بكار گرفته مي شود. معمولا نامگذاري كمپرسورها بر اساس روش كاري آن ها مي باشد. كمپرسورها كه بيشتر در صنايع بزرگ  مانند پتروشيمي – فولاد – نساجي مورد استفاده گوناگون و فراواني قرار مي گيرند كه اصطلاحا كمپرسورهاي ديناميكي يا سانتريفيوژ ناميده مي شوند كه با توجه به دبي و ظرفيتهاي بسيار بالا و متفاوتشان  بصورت دايم مورد استفاده قرار مي گيرند.

كمپرسورها را مي‌توان در صنايع و مصارف خانگي مختلفي مورد استفاده قرار گيرند. از باد كردن تاير خودرو گرفته تا ساخت يخچال‌ها و چيلرهاي بزرگ براي ساختمان هاي اداري و يا تجاري، در تمامي اين سيستم‌ها و مكان ها از كمپرسورها استفاده مي‌شود. در خطوط انتقال گاز نيز از كمپرسورها استفاده ميشود تا بتوان گاز را در طول لوله به مسافت‌هاي دور منتقل كرد. در سيستم‌هاي سرمايش خانگي و يخچال‌هاي خانگي نيز كمپرسورها نقش مهمي را ايفا مي‌كنند. موتورهاي جت نيز براي كار كردن نياز به نوع خاصي از كمپرسور به نام كمپرسورهاي محوري دارند. حتي در خودروهاي امروزي نيز از نوعي از كمپرسورها براي فشرده سازي هواي ورودي به سيلندر استفاده مي‌شود اين كار باعث افزايش راندمان كاري موتور شده و خودرو بهتر كار ميكند. از اين رو دامنه استفاده از كمپرسورها بسيار وسيع و كاربرد ان ها براي انسان امروزي بسيار قابل اهميت است.

 تاريخچه كمپرسور 

اگر كمپرسور را وسيله‌اي درنظر بگيريم كه گاز و هوا را فشرده مي‌سازد، با اين تعريف انسان از هزاران سال قبل از ميلاد مسيح از فشرده‌سازي گازها براي انجام كارهاي خود استفاده ميكنند. درواقع انسان ها از زماني كه شروع به ذوب فلزات كردند، از دمنده‌ها براي فشرده كردن گازها و دميدن آن به سمت شعله استفاده مي‌كرده‌اند تا حرارت شعله را افزايش دهند. اما در قرن 18 بنجامين فرانكلين توانست با استفاده از يك دمنده و الكل، دماي يك جسم را تا حد زيادي كاهش دهد. كاري كه او انجام داد اي بود كه هواي فشرده را از روي الكل عبور داد تا دماي ان كاهش يابد. با اين كار او توانست دما را تا دماي انجماد كاهش دهد. در واقع با انجام اين كار، اولين سيستم هاي خنك كننده پايه گذاري شد. پس از آن از مواد ديگري براي كاهش درجه حرارت در اين سيستم هاي ابتدايي مورد استفاده قرار گرفت. در اواسط قرن نوزدهم، تقريبا چيزي مشابه با سيكل هاي امروزي ساخته شد كه مايع كم فشار با دريافت گرما به گاز تبديل ميكرد. سپس اين گاز با يك كمپرسور، تا حد امكان فشرده شده و بعد از آن در يك كندانسور، دماي آن كاهش داده ميشد و دوباره به مايع تبديل مي‌شد. سال ها بعد و به مرور، فناوري ساخت كمپرسورها پيشرفت جالب توجهي پيدا كرد و كمپرسورهايي پيچيده‌تر و با بازدهي بالاتر نسبت به كمپرسورهاي پيستوني سنتي ساخته شدند.

نحوه كار كمپرسور باد

براي درك بهتر نحوه عملكرد كمپرسورها، بايد نسبت به سيكل‌هاي تبريد شناخت كافي پيدا كرد. زماني كه كمپرسور شروع به كار مي‌كند، ماده مبرد كه فشار بسيار پاييني دارد را از اوپراتور دريافت ميكند. ماده مبردي كه از اوپراتور درواقع مكيده مي‌شود، حامل گرماي جذب شده از سردخانه است كه بايد به نحوي اين انرژي به محيط بيرون منتقل شود. اما اين تبادل گرما هنگامي اتفاق مي‌افتد كه دماي گاز مورد نظر از دماي محيط بيش‌تر باشد. كمپرسور با كاهش حجم گاز، باعث افزايش فشار آن مي‌شود. كه نتيجه آن افزايش دماي گاز ميباشد. بعد از افزايش دماي ماده مبرد، كمپرسور به عنوان يك پمپ هوا عمل كرده و اين گاز گرم را به كندانسور ارسال مكند تا در آن‌جا دماي آن تاحد لازم كاهش پيدا كند.

انواع كمپرسور باد و كاربرد آن‌ ها

كمپرسورها با توجه به كاربرد، اندازه، قدرت و موارد مختلف ديگري تقسيم بندي ميشود. در اين جا سعي داريم اكثر اين تقسيم بندي ها را توضيح دهيم و كاربردهاي مختلف ان را شرح دهيم.

·الف) اساس موتور محرك: بر اساس اين تقسيم بندي كمپرسور ها به دو حالت موتور الكتريكي يا همان برقي و ديزل يا همان موتور با سوخت فسيلي تقسيم مي شوند.

·ب) كاركرد كمپرسورها: بر اين اساس اين تقسيم بندي كمپرسور ها به دو بخش كمپرسور هاي ديناميكي و كمپرسور ها با جابجايي مثبت تقسيم مي شوند.

·ج) پاشش روغن : از ديگر تقسيم بندي هاي كمپرسور پاشش روغن است كه به دو حالت اويل فري و اويل اينجكت تقسيم ميگردد.

·د) نوع خنك كاري: اين نوع تقسيم بندي با توجه به روش خنك سازي كمپرسورها ميباشد كه به دو حالت اب خنك و هواي خنك تقسيم ميشود.

كمپرسور هاي پيچي يا اسكرو

اين كمپرسورها بامحبوس كردن گازهاي ورودي و كم كردن حجم آن توسط يك عضو متراكم كننده باعث افزايش فشار سيال مورد نظر شوند. با حركت عضومتراكم كننده، فاصله موجود بين مولكولهاي گاز ظرف كمتر شده و به طبع برخورد آنها با يكديگر بيشتر مي شود. در نتيجه اين اعمال نيروي بيشتري به ظرف وارد ميكنند و اين موضوع نشان دهنده اين است كه فشار سيال، افزايش يافته است . حال در كمپرسورهاي رفت و برگشتي اين عضو، پيستون ناميده مي شود. اما دركمپرسور هاي پيچي يا اسكرو، عضو متراكم كننده، روتور نر مي باشد. از اين رو فرم اكثر اين كمپرسورها، مارپيچي شكل مي باشد. با چرخش محرك ( معمولا الكتروموتور يا موتور ديزلي ميباشد )، حركت چرخشي به روتور نر منتقل شده و درنتيجه روتور موردنظر شروع به چرخيدن مي كند . برآمدگيهاي روي روتور نر به تناوب درون شيارهاي روتور ماده حركت ميكنند كه اين عمل به تدريج حجم گازها محبوس شده در شيارها را كاهش ميدهد و فشار گاز افزايش مي يابد. تراكم تا زماني ادامه مي يابد كه ضريب تراكم مربوطه به اندازه معين خود رسيده باشد و فضاي مابين پره ها به مجراي خروجي شيارها متصل شده باشد. از اين رو گاز متراكم شده و از طريق آن خارج شود. سپس هركدام ازشيارهاي روتور ماده به ترتيب به هواي مجاري خروجي مي رسند وگاز فشرده شده را درون مجراي خروجي تخليه كرده است و مجددا از هواي كم فشار پر مي شوند تا اين سيكل به تناوب تكرار خود ادامه دهد.

كمپرسورهاي پيچي روغن پاش و بدون روغن

كمپرسور هاي پيچي يا اسكرو دردو مدل اويل اينجكت واويل فري توليد مي شوند . دركمپرسور هاي اويل فري يا همان بدون روغن، روغن به درون محفظه تراكم پاشش مي شود. اين روغن استفاده شده در اين قسمت چند وظيفه مهم را برعهده دارد :

1)     درزها و سوراخ هاي بين مارپيچ ها و محفظه را آببندي مي كند.

2)      فضاي بين روتورهاي نروماده را روانكاري مي كند تا راحت تر و بهتر كار كند

3)     گرماي حاصل از تراكم سيال را به خود جذب مي كند تا سيستم را خنك كند

دركمپرسور هاي اسكروي اويل فري ، روغن يا آب به عنوان سيال خنك كننده هم نيز عمل مي كنند. از اين رو در خارج از محفظه تراكم هم جريان دارد و گرماي حاصل از تراكم هوا را به خود جذب مي كنند . در اين نوع كمپرسورهاي ، جنس روتورها بايد به گونه اي طراحي شده باشد كه توانائي تحمل تنش هاي حرارتي بالا را داشته باشد . لذا معمولا  جنس روتورهاي چنين كمپرسور هايي از سراميك مي باشد. به هرحال درهرنوع از كمپرسور هاي اويل فري و اويل اينجكت ، براي كمينه كردن تلفات نشتي، فاصله بين روتورها بايد درتمامي موقعيت هاي چرخش در كمترين حد ممكن خود باشد.

 كمپرسور اسكرو بدون روغن

 در اين مدل از كمپرسورها هوا در طي فرايند بدون وجود سيل هاي (Seal) روغن، فشرده مي شود.هوا معمولا فشار ماكزيمم پايين تري دارد نسبت به ساير مدل ها از اين رو هوا را در كمپرسورهاي اسكرو بدون روغن چند طبقه، توسط چندين اسكرو فشرده مي كنند تا فشار به حد بالاتري در خروجي رسيده باشد. اين كمپسورها معمولا در جايي كه وجود روغن در سيستم مجاز نيست. مانند تحقيقات پزشكي و توليد نيمه رساناها كاربر فراواني دارند. لازم به ذكر است جهت هماهنگ كردن دو محور اين نوع كمپرسور از دو چرخ دنده استفاده مي شود.اين نوع كمپرسور داراي دبي هاي بسيار بالا مي باشد. همچنين به علت دقت بسيار بالا در طراحي، ماشينكاري و استفاده چرخ دنده و… قيمت اين نوع كمپرسور چندين برابر انواع Oil-injected   مي باشد. حداكثر فشار اين نوع كمپرسور در يك مرحله با توجه به نوع سازنده از ۳ تا ۴ بار است.

كمپرسور پيستوني

كمپرسورهاي پيستوني تقريبا شبيه موتور ماشين عمل ميكنند. يعني با پايين رفتن پيستون، هوا يا گاز به داخل پيستون كشيده شده و با برگشت پيستون به حالت اوليه و جمع شدن آن هوا را متراكم ميكند. شبيه موتورهاي احتراق داخلي، ميل لنگ باعث مي شود حركت چرخشي به حركت خطي پيستون تبديل شود  و برخلاف موتورهاي احتراق داخلي در اين كمپرسورها گاز منفجر نميشود بلكه در طي اين عمل فشار گاز زياد شده، دريچه تخليه را باز ميكند و با شدت خارج مي شود. طراحي پيستون ها  بسته به كاربرد ممكن است تكي يا دوتايي باشد. (در طراحي دوتايي، تخليه و فشرده سازي در هر دو سر پيستون انجام ميگيرد.) برخي از سيلندرهاي دوتايي كه در فشار بالا معمولا كار مي كنند در هر دو سمت، ميله جدا براي پيستون دارند تا تعادل بار صورت گيرد. سيلندرها پشت سر هم به يك ميل لنگ متصل شده اند و در جهت مخالف يكديگر شروع به حركت مي كنند. جهت جلوگيري از سايش قطعات به طور معمول از رينگ هاي پيستون يك بار مصرف استفاده مي شود. سيلندرها در كمپرسورهاي بزرگ اغلب با ترموسيفون يا سيركولاسيون سيال خنك مي شوند در حاليكه كمپرسورهاي كوچك خانگي اغلب با هوا خنك ميشود.

كمپرسور سانتريفوژ

كمپرسورهاي سانتريفوژ با چرخش پروانه كمپرسور، سيال را به درون محفظه ميكشند و در اثر حركت گردشي پروانه نيروي گريز از مركز شديدي را در سيال (در يك محيط مدور) ايجاد مي كند. به اين ترتيب سيال در اثر برخورد با محفظه تحت فشار قرار مي گيرد. اين مدل كمپرسور با افزايش دور پروانه  انرژي جنبشي گاز را افزايش داده و اين ميزان انرژي، فشار را در خروجي ديفيوزر افزايش ميدهد. در كمپرسورهاي سانتريفوژ جهت جريان عمود بر محور گرداننده ميشود اين مدل از كمپرسورها براي فشرده سازي حجم بالايي از گاز در يك فشار پايين به استفاده ميشوند. به اين علت كه نيروي فشار ايجاد شده توسط پروانه ها كوچك است. به همين دليل چيلرهايي كه از اين مدل كمپرسور استفاده مي كنند بيش از يك پروانه در آن ها تعبيه مي شود تا اين كمبود نيرو را با افزايش تعداد جبران كنند. اين كمپرسورها از اين رو كه طراحي ساده و قطعات متحرك محدود دارند داراي نگه داري آسان و كم هزينه ميباشند به همين علت داراي مطلوبيت بيشتري هستند.

كاربرد كمپرسور سانتريفوژ

امروزه كاربرد اين كمپرسورها بيشتر در صنايع هوايي نظامي و مسافربري كه با موتورهاي توربين گازي كار مي كنند (كه به آنها موتور جت مي گويند)مي باشد. موتور جت انواع مختلفي دارد ولي همه آن ها يك بخش مشترك دارند و آن  بخش كمپرسور است. كمپرسور فشار هواي ورودي را قبل از وارد شدن به محفظه احتراق تا حد امكان بالا مي برد. عملكرد صحيح و درست كمپرسور اثر فراواني روي سرعت و قدرت موتور دارد.

كمپرسور محوري

در كمپرسورهاي محوري، هوا به موازات محور گرداننده جريان دارد. كمپرسور از چندين رديف آبشاري تشكيل شده كه برخي از اين رديف ها روتور نام دارد كه به هسته مركزي متصل شده و با سرعت بالا گردش مي كند. به ساير رديف ها استاتور ميگويند كه در جاي خود ثابت است و گردش نمي كند. وظيفه استاتور بالابردن فشار و برگرداندن جريان از حالت مارپيچ به موازات محور است. گاز از درون كمپرسور عبور كرده سرعت آن متناوبا كم و زياد ميشود. با هر افزايش سرعت انرژي جنبشي گاز افزايش يافته و با هر كاهشي ، انرژي جنبشي آن تبديل به افزايش فشار مي شود. اين كمپرسورها جرياني پيوسته دارند و در حجم بالا، گاز متراكم ايجاد مي كنند و بازده بالايي دارند.

سخن پاياني

انوع گوناگوني از كمپرسور وجود دارد كه در ابتدا ممكن است افراد را بسيار سردرگم كند. بنابراين دسته‌بندي‌هاي مختلفي با توجه به كاربرد و كارايي آنها ارائه شده‌اند كه مي‌تواند در انتخاب درست به كمك فرد آيند. به طور كلي كمپرسورها را با توجه به ويژگي‌هاي زير دسته‌بندي ميشوند: سرعت ( كه شامل سرعت ثابت يا سرعت متغيير)، تعداد مراحل كار ( يا همان تك مرحله‌اي، دو مرحله‌اي و چند مرحله‌اي)، سيستم قدرت، ساختار (كه شامل باز، سمي هرمتيك و هرمتيك)، نوع سيستم خنك‌سازي كمپرسور (هوا، آب و روغن) و روش‌هاي روانكاري كمپرسورها

با اين حال موارد بالا براي دسته بندي كامل كمپرسورها باز هم كافي نيستند. به طور معمول و كلي كاربردي‌ترين دسته بندي براي كمپرسور، به نحوه كار آن‌ها برمي‌گردد. از اين رو براي افزايش فشار يك سيال مي‌توان از دو روش استفاده كرد: كاهش حجم و يا بالابردن سرعت. كمپرسورهايي كه از روش اول استفاده مي‌كنند را كمپرسورهاي جابه‌جايي مثبت (Positive displacement) مي نامند و كمپرسورهايي كه سرعت سيال را افزايش مي‌دهند را كمپرسورهاي ديناميك (Dynamic) ميگويند. از اين جهت در انتخاب كمپرسورها بايد با توجه به نياز خود در دسته بندي هاي مختلف به دنبال آن گشت تا بهترين نوع را براي رفع نياز خود پيدا كرد.

براي آشنايي بيشتر با انواع كمپرسور به اين لينك مراجعه نماييد.