کمپرسور

کمپرسور تجهیزات صنعتی است که برای افزایش فشار یک سیال گازی ( هوا ، بخار آب ، هیدروژن و غیره ) طراحی شده است . معمولاً طبق معادله کلاپیرون ، فشرده سازی یک گاز باعث افزایش دمای آن نیز می شود .

انواع

کمپرسورها را می توان با توجه به اصل عملکرد به 2 نوع اصلی طبقه بندی کرد:

• کمپرسورهای جابجایی مثبت (یا استاتیک) : این کمپرسورها بیشتر به کمپرسورهای رفت و برگشتی یا روتاری تقسیم می شوند .

در کمپرسورهای رفت و برگشتی، فشرده‌سازی گاز در محفظه‌ای با حجم متغیر توسط پیستونی انجام می‌شود که به مکانیزم میل لنگ شبیه به یک موتور رفت و برگشتی متصل است. هنگامی که پیستون در حرکت صعودی گاز را به مقدار تعیین شده فشرده می کند، دریچه ای باز می شود که اجازه می دهد گاز خارج شود، عملا با فشار ثابت. در پایان حرکت رو به بالا، سوپاپ اگزوز بسته می شود و دریچه ورودی باز می شود و با حرکت پیستون، محفظه پر می شود.

در کمپرسورهای دوار ، یک پروانه در داخل محفظه ای با خروج از مرکز (ناهمواری بین مرکز محور پروانه و محفظه) نصب می شود. پره های متحرک بر روی روتور نصب می شوند، به طوری که چرخش باعث می شود پره ها به داخل و خارج شیارهای خود حرکت کنند. گاز موجود بین دو پره متوالی با کاهش حجم بین آنها به دلیل چرخش و خروج از مرکز روتور فشرده می شود. چنین کمپرسورهایی در تبرید [ 1 ] نیز استفاده می شوند (نگاه کنید به: Motor Schukey ).

• کمپرسورهای دینامیک : این کمپرسورها بیشتر به گریز از مرکز یا محوری تقسیم می شوند .

کمپرسورهای دینامیک یا توربوشارژرها دو جزء اصلی دارند: پروانه و دیفیوزر. پروانه یک جزء دوار با پره هایی است که انرژی دریافتی از یک محرک را به گاز منتقل می کند. این انتقال انرژی بخشی به شکل جنبشی و بخشی به شکل آنتالپی صورت می گیرد. متعاقباً، جریان ایجاد شده در پروانه توسط یک جزء ثابت به نام دیفیوزر دریافت می شود که وظیفه آن ارتقاء تبدیل انرژی جنبشی گاز به آنتالپی و در نتیجه افزایش فشار است. کمپرسورهای دینامیکی فرآیند فشرده سازی را به طور مداوم انجام می دهند و بنابراین دقیقاً مطابق با آنچه در ترمودینامیک، حجم کنترل نامیده می شود، مطابقت دارند.

کمپرسورها در حال حاضر در کاربردهای مختلفی استفاده می شوند. ساده‌ترین روش فشرده‌سازی هوا است، چه برای فعال کردن و کنترل دریچه‌ها، تغذیه موتورها یا توربین‌های گاز، برای کاربردهای پیچیده‌تر، مانند انتقال گاز طبیعی، تزریق CO2 به مخازن زیرزمینی، یا فشرده‌سازی هیدروکربن‌ها در چرخه‌های تبرید .

هنگامی که آنها در تغذیه اجباری موتورها استفاده می شوند، سوپرشارژرها یا توربوشارژرها سیستم های القایی اجباری نامیده می شوند. آنها هوای جریان یافته به موتور را فشرده می کنند. تفاوت اصلی بین توربوشارژر و سوپرشارژر در منبع انرژی است. روی کمپرسور تسمه ای وجود دارد که آن را مستقیماً به موتور متصل می کند. انرژی خود را مانند دینام ماشین دریافت می کند . یک توربوشارژر توسط یک توربین به حرکت در می آید که انرژی را از گازهای خروجی موتور می گیرد و روی همان شفت کمپرسور نصب می شود.

کمپرسورهای دوار

در کمپرسورهای دوار، گازها توسط عناصر دوار فشرده می شوند. از دیگر ویژگی های این نوع کمپرسورها می توان به تلفات مکانیکی کمتر در اثر ساییدگی، به دلیل دفع بیشتر قطعات متحرک ، آلودگی کمتر هوا با روغن روان کننده ، عدم وجود واکنش های متغیر روی پایه ها که باعث ایجاد ارتعاش می شود، اشاره کرد. این واقعیت که فشرده سازی به طور مداوم و نه متناوب انجام می شود، همانطور که در جایگزین ها اتفاق می افتد و عدم وجود دریچه های ورودی و خروجی که با بهبود عملکرد حجمی تلفات را کاهش می دهد.

یکی دیگر از جنبه های بسیار مهم، برای انواع مختلف، مربوط به صرفه جویی در انرژی، عملکرد حجمی، همراه با نشتی، و عملکرد مکانیکی، مرتبط با حرکات نسبی بین قطعات سازنده دستگاه و نگهداری آنها است.

کمپرسورهای اسکرو

این نوع کمپرسور دارای دو روتور به شکل پیچ می باشد که در جهت مخالف می چرخند و شرایط در هم آمیختگی بین آنها را حفظ می کنند.

اتصال بین کمپرسور و سیستم از طریق دهانه های مکش و تخلیه انجام می شود که کاملاً مخالف یکدیگر هستند: گاز از دهانه مکش نفوذ می کند و شکاف های بین پره های روتور را اشغال می کند. از لحظه ای که یک رزوه خاص درگیر می شود، گاز موجود در آن بین روتور و دیواره های بدنه محبوس می شود. سپس چرخش باعث می شود که نقطه درگیری به سمت جلو حرکت کند و فضای موجود برای گاز کاهش یابد و باعث فشرده شدن آن شود. در نهایت، به دهانه تخلیه رسیده و گاز آزاد می شود.

با توجه به نوع دسترسی به داخل آن، کمپرسورها را می توان به هرمتیک، نیمه هرمتیک یا باز طبقه بندی کرد.

دسته کمپرسورهای اسکرو را می توان به کمپرسورهای دوقلو و تک اسکرو نیز تقسیم کرد.

کمپرسورهای اسکرو را نیز می توان بر اساس تعداد مراحل تراکم، با یک یا دو مرحله فشرده سازی (سیستم های مرکب) طبقه بندی کرد.

کمپرسورهای اسکرو فشار پایین

اصل کار مانند کمپرسور اسکرو است، آنها با فشاری مشابه با لوب دمنده کار می کنند، تنها تفاوت این است که روتورها دارای پوشش تفلون ویژه برای تضمین فاصله کمتر و عدم تماس روغن با هوا هستند. دمنده ها بدون روغن بوده و با راندمان بالاتر نسبت به لوب (ریشه)، در فشارهای بالاتر عمر مفید آنها بیشتر است.

کمپرسورهای تک پیچ

کمپرسور تک پیچ از یک عنصر استوانه ای با شیارهای مارپیچ تشکیل شده است که با دو چرخ مسطح که به صورت جانبی مرتب شده اند و در جهت مخالف می چرخند، همراهی می شود. پیچ با مقدار معینی بازی در داخل محفظه ای متشکل از یک حفره استوانه ای می چرخد. این شامل دو حفره جانبی است که در آن چرخ های سیاره ای قرار دارند.

پیچ توسط موتور به حرکت در می آید و وظیفه راندن دو چرخ را بر عهده دارد. فرآیند فشرده سازی هم در بالا و هم در پایین کمپرسور انجام می شود. با این کار می توان بار شعاعی وارد بر بلبرینگ ها را کاهش داد، به طوری که تنها باری که بر آنها وارد می شود، علاوه بر بار ناشی از خود وزن، بر محورهای چرخ های سیاره ای ناشی از فشار ناشی از گاز روی دندانه های یاتاقان ها در هنگام چرخ دنده یکسان است.

کمپرسورهای دو مارپیچ

مقاطع عرضی این نوع کمپرسورها می تواند تنظیمات مختلفی داشته باشد. با این حال، در هر دو مورد، روتور نر دارای چهار لوب است، در حالی که روتور ماده دارای شش فرورفتگی (یا گلو) است. به طور معمول، شفت موتور روی روتور نر عمل می کند که به نوبه خود روتور ماده را به حرکت در می آورد.

کمپرسور دو مارپیچ را می توان به عنوان یک ماشین جابجایی مثبت با دستگاه کاهش حجم توصیف کرد. گاز به سادگی با چرخاندن روتورهای جفت شده فشرده می شود. این گاز در فضای بین لوب ها حرکت می کند و به صورت محوری از مکش به تخلیه منتقل می شود.

مکش هنگامی که روتورها می چرخند، فضاهای بین لوب ها باز شده و حجم آن افزایش می یابد. سپس گاز از طریق ورودی مکیده می شود و فضای بین لوب ها را پر می کند. وقتی فضای بین لوب ها به حداکثر حجم رسید ، ورودی بسته می شود.

گاز وارد شده به مکش در دو حفره مارپیچ که توسط لوب ها و محفظه ای که روتورها در آن می چرخند، ذخیره می شود.

فشرده سازی

لوب های روتور نر در انتهای مکش که در پشت کمپرسور قرار دارد، در شیارهای روتور ماده قرار می گیرند. گازهایی که از هر روتور می‌آیند در یک گوه V شکل با هم ترکیب می‌شوند که نوک این V در محل تقاطع سیم‌ها در انتهای مکش قرار دارد.

پس از آن، بسته به چرخش کمپرسور، کاهش حجم در “V” با فشرده سازی گاز آغاز می شود.

تخلیه

در کمپرسور اسکرو دریچه ای برای تعیین زمان پایان فشرده سازی وجود ندارد. محل قرارگیری محفظه تخلیه تعیین می کند که چه زمانی این اتفاق می افتد.

از دو دهانه استفاده می شود: یکی برای تخلیه شعاعی در خروجی انتهایی شیر کشویی و دیگری برای تخلیه محوری در دیواره تخلیه انتهایی. موقعیت تخلیه بسیار مهم است زیرا فشرده سازی را کنترل می کند، زیرا نسبت بین حجم های داخلی را تعیین می کند.

فرآیند تخلیه زمانی تکمیل می شود که فضایی که قبلاً توسط گاز اشغال شده بود توسط لوب روتور نر گرفته شود.

این سیستم تخلیه به این نوع کمپرسور یک مزیت اضافی نسبت به کمپرسورهای رفت و برگشتی می دهد: توانایی کار با نسبت تراکم بالاتر. این مزیت به این دلیل است که در انتهای تخلیه کمپرسورهای اسکرو، تمام گاز منبسط شده است، یعنی گازی در داخل محفظه باقی نمی ماند همانطور که در کمپرسورهای رفت و برگشتی اتفاق می افتد.

کمپرسورهای مرکب

در حالی که اکثر کمپرسورها فشرده سازی را در یک مرحله انجام می دهند، اینها از دو جفت روتور استفاده می کنند. فشرده سازی بین این دو مرحله توزیع می شود و یک فرآیند خنک کننده برای گاز که بین هر یک از آنها فشرده می شود. در نتیجه، علاوه بر بازده انرژی بیشتر، دمای گاز تخلیه کمتر از دمایی است که اگر کمپرسور فشرده سازی را در یک مرحله انجام دهد، به دست می آید.

در کمپرسورهای پیچی با روغن خنک کننده ، روغن و سیستم خنک کننده آن معمولاً برای اطمینان از اینکه دمای گاز خروجی خیلی بالا نیست کافی است. اینها می توانند روانکاری یا عمر مفید تجهیزات را به خطر بیندازند. با این حال، زمانی که کاربرد مورد نظر نیاز به استفاده از فشرده سازی بدون روغن دارد، کمپرسورهای اسکرو مرکب راه حل خوبی هستند. در اینها، حتی در صورت عدم استفاده از روغن، وجود سیستم خنک کننده هوا یا آب بین دو مرحله تراکم برای تضمین دمای گاز تخلیه که خیلی بالا نیست، کافی است.

کمپرسورهای هرمتیک، نیمه هرمتیک و باز

در کمپرسورهای هرمتیک که فقط برای توان های کوچک اعمال می شود، موتور و کمپرسور کوپل شده و هر دو در یک محفظه فلزی مهر و موم شده قرار می گیرند.

در کمپرسورهای نیمه هرمتیک که نسبت به کمپرسورهای قبلی مدرن‌تر هستند، اگرچه موتور و کمپرسور کوپل شده و توسط یک محفظه فلزی احاطه شده‌اند ، می‌توان این پوشش را برای تعمیر و نگهداری محلی باز کرد.

کمپرسورهای باز کمپرسورهایی هستند که دسترسی به فضای داخلی آنها تسهیل می شود. آنها را می توان در محل باز کرد و تعمیر کرد. موتور از کمپرسور جدا شده است، انتقال معمولاً از طریق تسمه انجام می شود.

کمپرسورهای دینامیک

کمپرسورهای شعاعی دینامیکی که در آنها جریان گاز خروجی عمود بر محور است، کمپرسورهای گریز از مرکز نامیده می شوند. مدل هایی از کمپرسورها وجود دارد که در آنها جریان گاز موازی با شفت است که به آنها کمپرسور محوری می گویند.

تفاوت سازنده و کاربردی بین این دو نوع کاملاً محسوس است. کمپرسورهای سانتریفیوژ برای گازهای سمی و قابل اشتعال مناسب هستند، جایی که مقدار زیادی گاز باید در فشار بالا فشرده شود.

کمپرسورهای محوری برای گازهای کم‌خطر، در جریان‌های زیاد و فشار تخلیه آن‌ها (تا 30 بار) مناسب هستند، اگرچه می‌توان نرخ تراکم دو برابر کمپرسورهای گریز از مرکز را در یک محفظه به دست آورد.

نصب و نگهداری

هنگام طراحی کمپرسور اسکرو، اقدامات احتیاطی خاصی برای تسهیل نصب و نگهداری آن باید انجام شود:

• پانل ها و روکش ها باید به راحتی با اتصال دهنده های سریع جدا شوند.
• تخلیه خارجی برای امکان تعویض سریع روغن؛
• فیلتر مکش دسترسی آسان؛
• بخش کوچک شده دستگاه به فضای زیادی نیاز ندارد و امکان نصب حتی در مناطق محدود را فراهم می کند.
• دسترسی ساده برای تمیز کردن یخچال
• عناصر خدمات معمول باید در یک منطقه با هم گروه بندی شوند و زمان خرابی و هزینه ها را کاهش دهند.
• فواصل نگهداری استاندارد و کاهش یافته؛
• سطح سر و صدای کم؛
• کمپرسورها در صورت امکان باید طوری طراحی شوند که از پورت های استاندارد عبور کنند.

کمپرسورهای اسکرو به دلیل اینکه قطعات متحرک کمی دارند و دریچه ورودی و خروجی ندارند و در دمای داخلی نسبتاً پایین کار می کنند، نیاز به نگهداری زیادی ندارند. این دستگاه ها تقریباً بدون لرزش هستند و عمر مفید بالایی دارند.

برای نصب آن ها توصیه می شود در مکان هایی دور از دیوار و سقف و در کف های همسطح نصب شوند.

برای برخی از انواع تعمیر و نگهداری، خواه معمول یا غیر معمول، تماس با یک تکنسین یا شرکت متخصص در آن منطقه ضروری است.

بازار برزیل برای کمپرسورها بسیار محدود است، اساساً به تولید کنندگان و شرکت های متعلق به “بازار موازی” خلاصه می شود. در میان شرکت های تولیدی، عمده ترین آنها عبارتند از: اطلس کوپکو، شیکاگو پنوماتیک، اینگرسول رند، مایکام، سابرو، سولر و وین [ نیاز به منبع ] .

شرکت‌هایی هستند که بخش کوچکی از این بازار را که تحت تسلط این شرکت‌های چندملیتی بزرگ است، در اختیار دارند. علیرغم اینکه چندان شناخته شده نیستند، دارای مزایای بزرگی هستند، از جمله قیمت های مقرون به صرفه تر (یکی از عوامل بسیار مهم در بازار برزیل)، روابط بهتر با مشتری، و انعطاف پذیری بیشتر (به دلیل بوروکراسی کمتر). این عوامل باعث می شوند که «گزینه های موازی» به تدریج فضای کمی بزرگ تری را در بازار اشغال کنند.

کمپرسورهای پره ای

کمپرسور پره ای دارای یک روتور یا درام مرکزی است که نسبت به محفظه به طور غیرعادی می چرخد. این درام دارای شکاف های شعاعی است که در تمام طول آن امتداد دارند و تیغه های مستطیلی در آن قرار می گیرند. هنگامی که درام می چرخد، پره ها تحت تأثیر نیروی گریز از مرکز به صورت شعاعی حرکت می کنند و در تماس با پوشش باقی می مانند. گاز از دهانه مکش نفوذ می کند و فضاهای تعریف شده بین پره ها را اشغال می کند . به دلیل خروج از مرکز روتور و موقعیت دهانه های مکش و تخلیه، فضاهای ایجاد شده بین پره ها به گونه ای کاهش می یابد که باعث فشردگی پیش رونده گاز می شود. تغییر در حجم موجود بین دو نیمناطق مجاور، از پایان پذیرش تا شروع تخلیه، بسته به ماهیت تبادل گاز و حرارت، نسبت تراکم داخلی ثابتی را برای دستگاه تعریف می کند. بنابراین، فشار گاز در لحظه ای که اتصال به تخلیه باز می شود ممکن است با فشار غالب در آن منطقه متفاوت باشد. با این حال، تقریباً فوراً به تعادل رسیده و گاز تخلیه می شود.

کمپرسورهای پره ای دوار با تطبیق پذیری، قدرت، قابلیت اطمینان و نسبت قیمت به کیفیت مشخص می شوند. آنها را می توان در قطارها، در سایت های ساختمانی، کارخانه های تقطیر، کارخانه های نوشیدنی، تاسیسات بسته بندی و واحدهای صنعتی بزرگ و کوچک یافت.

کمپرسورهای لوب

این نوع کمپرسور دارای دو روتور است که در جهت مخالف می چرخند و فاصله بسیار کمی را در نقطه تماس با یکدیگر و نسبت به بدنه حفظ می کنند. گاز از طریق دهانه مکش نفوذ می کند و محفظه تراکم را اشغال می کند و توسط روتورها به دهانه تخلیه هدایت می شود.

کمپرسورهای لوب ، اگرچه به عنوان حجمی طبقه بندی می شوند، اما فشرده سازی داخلی ندارند، زیرا روتورها فقط سیال را از یک منطقه کم فشار به ناحیه فشار بالا منتقل می کنند. آنها به عنوان دمنده های ROOTS شناخته می شوند و یک نمونه معمولی از چیزی هستند که می توان آن را دمنده نامید، زیرا افزایش فشار بسیار کمی را ایجاد می کنند .

آنها به طور گسترده در موتورهای تغذیه بیش از حد و به عنوان دمنده گازهای فشار متوسط ​​استفاده می شوند.

کمپرسورهای روتز کمپرسورهای کم فشاری هستند که به طور گسترده در انتقال پنوماتیک و سوپرشارژ موتور دیزل استفاده می شود . این کمپرسورها بازده حجمی بسیار پایینی دارند اما در جبران راندمان مکانیکی بالاست. با این حال، مزیت اصلی این کمپرسورها، استحکام زیاد آنها است که به آنها اجازه می دهد تا سال ها بدون هیچ تعمیر اساسی کار کنند.

ویژگی های کمپرسورهای دوار

فواید

• حرکت چرخشی است.
• سرعت چرخش زیاد است که امکان اتصال مستقیم و کاهش ابعاد را فراهم می کند.
• پایه می تواند کوچک باشد.
• بازده حجمی بالا و مستقل از نسبت فشار کمپرسور است.
• عدم وجود دریچه، به جز برای حفظ بار؛
• خنک سازی را می توان در حین فشرده سازی با استفاده از روغن انجام داد.
• عملیات ساکت است

معایب

• روغن کاری باید کارآمد باشد.
• آلودگی گاز با روغن روان کننده، که نیاز به جداکننده روغن در نصب دارد.
• سایش قابل توجه به دلیل اصطکاک بین روتورها و پوشش؛
• نشت گاز داخلی

مانند معادله کلاپیرون , بیان می کند که فشرده سازی گاز منجر به افزایش دمای آن می شود , اصل اول و دوم ترمودینامیک .آنها همچنین نمی پذیرند که کار بدون انرژی وجود دارد، به این معنا که “برای بهبود عملکرد سیستم های تراکمی” هم کمپرسور هرمتیک و هم دمای خود گاز فشرده (عامل خنک کننده) باید یک فرآیند خنک کننده را با کاهش دما طی کنند. حجم بدون تغییر ترکیب، این فرآیند خنک‌سازی که اغلب به اشتباه انجام می‌شود و سیستم را به وسط می‌برد «علاوه بر اتلاف انرژی اتلاف‌شده در جو» منجر به آلودگی اتمسفر می‌شود و برای جذب این انرژی، راه‌حل یکپارچه‌سازی است. سیستم های تراکم که به محفظه کمپرسورهای هرمتیک چسبانده می شوند.