کمپرسورهای هوا ماشین هایی هستند که از آن ها برای افزایش فشار سیالات تراکم پذیر (گازها و بخارها) استفاده میشود. فشار مكش در كمپرسور می تواند از خلاء تا مقادیر بسیار بالا تغییر نموده و به همین ترتیب فشار دهش بر كمپرسور می تواند از فشار زیر اتمسفر تا ٦٠٠٠ بار باشد
موارد مصرف کمپرسور اسکرو
موارد مصرف كمپرسور بسیار متنوع می باشد. یخچال های خانگی تا صنایع پیچیده و وسیع پتروشیمی نمونه های گوناگونی از مصرف كمپرسور در صنایع و مصارف می باشد. صنایع پتروشیمی، پالایشگاه ها، صنایع كاغذسازی، تولید ازت و اكسیژن از هوا، بازیافت بخارات، تراكم بخار آب و… عمده ترین واحدهای مصرف كننده كمپرسور می باشند
نام گذاری کمپرسورها
امروزه ماشین آلات مختلفی در صنعت وجود دارد كه با اسامی مختلف نامیده می شوند. ولی با توجه به تعریف بنیادی كه برای كمپرسورها ارائه گردید، اصولا بایستی آن ها را نوع خاصی از كمپرسورها دانست.
پمپ های خلا(vacuum pump)، هواكش ها (fans) ، دمنده ها (Blower) ، و نهایتا كمپرسورها انواع خاصی از خانواده كمپرسورها می باشند. آنچه كه اساسا موجب این نام گذاری ها گردیده است تفاوت فشار مكش و یا فشار دهش آنها می باشد.
هر چند كه وظیفه كمپرسورها افزایش گازها و یا بخارات می باشد؛ ولی این عمل می تواند بنا به دلایل مختلفی باشد كه عمده ترین آنها عبارتند از:
1. غلبه بر از دست رفت انرژی در هنگام انتقال گازها (نظیر خطوط گاز سراسری)
2. صرفه جوئی در حجم مخازن در زمان نگهداری گازها (ذخیره سازی گازها)
3. تغذیه گازها به منابع زیر زمینی جهت افزایش بازیابی منابع نفتی
4. افزایش فشار گاز جهت میعان آن (سیستم تبرید)
5. تامین نیروی محركه لازم برای انجام كار مكانیكی (پنوماتیك، ابزار دقیق)
6. افزایش فشار گاز جهت انجام واكنش شیمیائی و تولید فرآورده های پتروشیمی (تولیـد آمونیاك)
کمپرسورها انواع متفاوتی دارند که با تکنولوژی های متفاوت و برای کارکرد در دماها و فشارهای متفاوت ساخته می شوند.
امروزه انواع گوناگونی از کمپرسورها وجود داشته و بنابراین، دسته بندی‌های مختلفی را می توان برای کمپرسورها ارائه کرد. دسته بندی كمپرسورها می تواند از دیدگاه های مختلف صورت پذیرد. كمپرسورها را می توان از نظر رفتاری، از دیدگاه فـشار، دبـی، روغن كاری شدن(Lubricated) یا خشك بودن (Dry or Oil Free) و… تقسیم بندی كرد. آگاهی از این دسته بندی ها می‌تواند در انتخاب درست کمپرسور به کار آید.
بر خلاف اسم آن، در واقع پمپ های خلاء نوعی كمپرسور بوده كه فشار قسمت مكش آن از فشار جو كمتر و فشار دهش آن اندكی از فشار جو بیشتر می باشد. پمپ های خلاء در طرح های مختلفی ساخته شده كه دارای قابلیت های زیر می باشند
?
در بین طرح های فوق پمپ های خلاء از نوع دورانی از مصونیت بیشتری برخوردار می باشد.
این نوع كمپرسورها عموما برای دبی زیاد وفشار كم (تا ٠,١بار) ساخته شده و عموما از خانواده گریز از مركز می باشند.
دمنده ها نوع خاصی از كمپرسورها بوده كه فشار نسبتا كم و دبی نسبتا زیاد دارند. حداكثر فشار قابل دسترس توسط آن ها ١,٥-٢ بار می باشد. دمنده هـای با فشار كم و دبی زیاد ازنوع گریز از مركز ساخته می شوند. حال آنكه برای فشارهای بالا (نزدیك به ٢بار) و دبی كمتر نوع دورانی (Rotary) متداول تر می باشد. ساخت دمنده های از نوع تناوبی (رفت و برگشتی) عملا منتفی است.
4 -کمپرسورها
كمپرسورها كه موضوع اصلی این مجموعه می باشند عموما برای فشارهای بالا (بیـشتر از ٢بار) مورد استفاده قرار می گیرند. امروزه كمپرسورهایی ساخته شده اند كه قادر به تراكم گازهـا تـا فشار ٦٠٠٠ بار می باشند.
در سالهای گذشته، کمپرسورهای هوا پس از تامین هوای فشرده به میزان مورد نیاز کاملا خاموش شده و در صورت نیاز دوباره روشن می شدند. این عمل برای کمپرسور و همین طور شوکهایی که به شبکه برق وارد می شدند بسیار نامطلوب و هزینه ساز بودند. در نسل جدید کمپرسورها، از سیستم Load / Unload (با بار / بی بار) استفاده می گردد که نسبت به سیستم قدیمی بسیار بهتر بوده ولی در این سیستم نیز، در حالت بی بار حدود 60 درصد انرژی مصرف خواهد شد. در این حالت می توان با تغییر دور موتور به نسبت هوای فشرده، زمان بی بار بودن دستگاه را به حداقل رساند و در مصرف برق صرف جویی قابل ملاحظه ای نمود.
در کمپرسورهایVS یا سرعت متغیر، با نصب اینورتر (مبدلInventor )بصورت اتوماتیک دور کمپرسور به نسبت مصرف متغیر خواهد بود که این امر موجب افزایش طول عمر قطعات و صرفه جویی 60 درصدی در مصرف برق می گردد. به عبارت دیگر، کمپرسور با سرعت متغیر این امکان را دارد که متناسب با میزان حجم مورد نیاز، هوای فشرده را تامین کند. یعنی هر زمان که به هوای بیشتری احتیاج باشد، سرعت حرکت روتورها افزایش یافته و هر موقع که نیاز به مصرف هوا کمتر باشد، روتورها با سرعت کمتری حرکت می کنند.
کمپرسور با سرعت متغیر عموما مصرف انرژی پایین دارند. اما استفاده از این نوع کمپرسور به شرایط خاصی بستگی دارد. شرایط مناسب برای استفاده از کمپرسور با دور متغیر زمانی خواهد بود که کمپرسور به طور میانگین بین 50 تا 80 درصد حداکثر ظرفیت خود کار کند و این میزان متغیر باشد. اگر شرایطی موجود به گونه ای باشد که کمپرسور در اغلب اوقات با ۹۰ تا ۱۰۰ درصد سرعت خود کار کند، در قیاس با کمپرسور با دور ثابت با همان سرعت، مصرف انرژی بالاتری خواهد بود. اگر شرایط موجود به گونه ای باشد که کمپرسور پیوسته با 10 تا 20 درصد حداکثر سرعت کار خود کار کند، موجب افزایش هزینه تعمیرات آن می شود.
به هنگام تراکم گازهای متفاوت از جمله هوا در فشارهای بالا، به دلیل محدودیت ذاتی انبساط حرارتی گازها و بالا رفتن درجه حرارت آن ها در حین تراکم و همچنین حساس بودن قطعات مکانیکی به آثار نامطلوب افزایش دما، رسیدن به فشار نهایی مورد نظر عموما در یک مرحله تراکم امکان پذیر نیست. به همین دلیل پس از متراکم شدن هوا در یک مرحله (مرحله اول)، لازم است تا هوا از کمپرسور خارج شده و بعد از خنک شدن برای تداوم تراکم به مراحل بعدی فرستاده شود.
مزیت استفاده از کمپرسورهای چند مرحله‌ای این است که به هوا اجازه می‌دهد در بین هر مرحله خنک شده و در نتیجه این موضوع، بازده کلی سیستم افزایش پیدا کرده و با چند مرحله‌ای شدن فرآیند فشرده‌سازی و کاهش دمای هوا در بین مراحل، محدوده تحمل قطعات داخلی کمپرسور افزایش می یابد. کمپرسورهای چند مرحله‌ای پیچیدگی بیشتری در طراحی دارند و درنتیجه قیمت کلی آنها به نسبت کمپرسورهای تک مرحله‌ای بسیار بیشتر است. به همین دلیل، کمپرسورهای تک مرحله‌ای برای مقیاس‌ها و تغییر فشارهای کوچک، گزینه مقرون به صرفه‌تری محسوب می‌شوند.
بر اساس این تقسیم بندی کمپرسور ها به دو حالت موتور الکتریکی و دیزل یا موتور با سوخت فسیلی تقسیم می شوند. موتورهای الکتریکی منابع ارزان و کم‌صدایی برای کمپرسورهای ثابت هستند. موتورهای دیزلی یا موتورهای بنزینی برای کمپرسورهای قابل حمل مناسب هستند.
منظور از روغن‌کاری شدن در کمپرسورها، تماس روغن با هوا یا گاز در محفظه تراکم می‌باشد. بر اساس این تقسیم بندی، کمپرسورها به دو حالت
در کمپرسورهای روغنی، اختلاط روغن با هوای مورد تراکم به صورت از پیش تنظیم شده صورت می‌گیرد. در این دسته از کمپرسورها روغن تحت فشار هوای خروجی از کمپرسور، به محفظه تراکم فرستاده شده و ضمن اختلاط با هوای متراکم شونده، عملیات روانکاری، خنک‌کاری و کاهش نشتی گاز از لقی (Clearance) موجود در بین قطعات را به عهده دارد.
در واقع، در کمپرسورهای اویل اینجکت، روغن کمپرسور چندین نقش مختلف را به طور همزمان انجام می‌دهد و البته که مهم‌ترین وظیفه آن، روانکاری قطعات است. در این کمپرسورها کاهش اصطکاک بین قطعات ثابت و متحرک با تزریق روغن به هوای وارد شده به کمپرسور باعث می گردد همواره فیلم نازکی از روغن بین قطعات وجود داشته باشد تا عملیات روانکاری داخلی بین رتور و بدنه انجام شود و با نصب فیلترها در خروجی کمپرسور، روغن همراه هوای خروجی مجددا جدا شده و پس از خنک کاری به مخزن اصلی روغن برمی گردد. اما در عین حال در برخی سیستم‌ها از روغن به عنوان خنک‌کننده نیز استفاده میشود.
در این نوع کمپرسورها (کمپرسورهای روغنی) مشکلات شایعی در خصوص روغن وجود دارد که باید به آن ها توجه شایانی داشت. با این حساب، باید در انتخاب روغن برای کمپرسور دقت زیادی کرده و پیشنهادات تولیدکننده را در این امر در نظر گرفت. از جمله این مشکلات می توان به وارد آمدن صدمات مختلف به قطعات سیستم در صورت عدم سازگاری روغن با هوا یا گاز ورودی، از کار افتادن کمپرسور در صورت واکنش روغن با هوا، گاز، رطوبت موجود و… اشاره کرد. علاوه بر آن، علیرغم آنکه این کمپرسورها دارای طول عمر وکارائی بالاتری هستند، از لحاظ هزینه های اولیه و نیاز به سیستم های تزریق وجداکردن روغن دارای هزینه بالایی می باشند.
یکی از راه‌های پیشگیری از وقوع مشکلات ذکر شده، استفاده از کمپرسورهای بدون روغن است. در كمپرسورهای خشك، محفظه تراكم هوا یا گاز از قسمت انتقال قدرت كاملا جدا بوده و به همین دلیل هوای مورد تراكم هیچ گونه تماسی با روغن ندارد.
امروزه با وجود مشکلات و مسائل عدیده ای که در زمینه استفاده از کمپرسورهای خشک وجود دارد، در بسیاری از موارد شرایط بهره برداری و مشخصه‌های فیزیکی و شیمیایی گاز یا هوای مورد تراکم ایجاب می‌کند که عمل تراکم در محفظه تراکم، در غیاب روغن صورت پذیرد. تولید اكسیژن، صنایع غذایی و دارویی، پرورش آبزیان، تراكم بسیاری از گازهای مورد استفاده در صنایع پتروشیمی و … نمونه‌هایی از صنایعی هستند كه نسبت به حضور روغن در گاز و هوای مورد تراكم حساس می‌باشند.
پ) نتایج عدم وجود روغن در کمپرسور اسکرو
عدم وجود روغن در کمپرسورهای اویل فری سبب می گردد که دمای هوای خروجی از آن بسیار افزایش پیدا کرده و این کمپرسورها توان تحمل دورهای بالا را نداشته باشند. در نتیجه این امر حداکثر فشار خروجی در آن ها 3 بار خواهد بود. به همین دلیل، در این کمپرسورها به منظور دستیابی به فشارهای بالاتر از 3 بار، بایستی عملیات افزایش فشار در چند مرحله انجام گیرد.
كمپرسورهای بدون روغن نسبت به کمپرسورهای روغنی قیمت بالاتر، هزینه‌های تعمیر و نگهداری بیشتر و راندمان پایین تری دارند. همچنین در كمپرسورهایی كه به‌صورت خشك طراحی می‌شوند لازم است تا قطعاتی كه در معرض سایش قرار دارند از كیفیت مطلوب‌تری در مقابل اصطكاك و عوارض ناشی از آن برخوردار باشند.
به طور معمول کاربردی‌ترین دسته بندی برای کمپرسور، به نحوه کار آنها بازمی‌گردد.
برای افزایش فشار یک سیال می‌توان از دو روش فرایند تراکمی استفاده کرد:
کمپرسورهایی که از روش اول استفاده می‌کنند را کمپرسورهای جابه‌جایی مثبت (Positive displacement) و کمپرسورهای گروه دوم را کمپرسورهای دینامیک (Dynamic) می‌نامند.
دركمپرسورهای جابجائی مثبت همواره مقدار معینی از گاز بین دو قطعه به تله انداخته شده و با كاهش حجم محفظه، فشار گاز افـزایش مـی یابـد. این كمپرسورها خود به دو دسته تنـاوبی (Reciprocating) و دورانی (Rotary) تقسیم می شـوند. البته هر یك از دسته های فوق تنوع زیادی در شكل و ساختار مكانیكی داشته ولی از لحاظ رفتاری دارای ویژگی های نسبتا یكسانی هستند. دركمپرسورهای گریز از مركز ابتدا انرژی جنبشی گاز مورد تراكم افـزایش داده شده وسپس بخش اعظمـی از انـرژی جنبـشی آن در یـك مجـرای گـشادشونده بنـام حلزونـی به انرژی پتانسیل (فشار) تبدیل میشود.
