کمپرسور ها ابزارهای مکانیکی هستند که برای افزایش فشار در انواع مایعات یا گازهای قابل تراکم استفاده می شوند که رایج ترین آنها هوا است. کمپرسورها در سرتاسر صنعت برای تامین هوای مغازه یا ابزار مورد استفاده قرار می گیرند. برای نیرو دادن به ابزارهای هوا، رنگ پاش ها، و تجهیزات انفجار ساینده. به مبردهای تغییر فاز برای تهویه مطبوع و تبرید؛ انتقال گاز از طریق خطوط لوله؛ مانند پمپ ها، کمپرسورها به انواع گریز از مرکز (یا دینامیک یا جنبشی) و جابجایی مثبت تقسیم می شوند.
اما در جایی که پمپ ها عمدتاً با انواع گریز از مرکز نشان داده می شوند، کمپرسورها اغلب از نوع جابجایی مثبت هستند. اندازه آنها می تواند از واحد جعبه دستکش مناسب که تایرها را باد می کند تا ماشین های غول پیکر رفت و برگشتی یا توربو کمپرسور موجود در خدمات خط لوله باشد. کمپرسورهای جابجایی مثبت را می توان به انواع رفت و برگشتی که در آن سبک پیستونی غالب است و انواع دوار مانند پیچ مارپیچ و پره دوار تقسیم کرد.
در این راهنما، ما از هر دو اصطلاح کمپرسور و کمپرسور هوا برای اشاره به کمپرسورهای هوا استفاده خواهیم کرد و در چند مورد تخصصی به گازهای خاص تری که برای آنها کمپرسور استفاده می شود صحبت خواهیم کرد.
انواع کمپرسور هوا
کمپرسورها ممکن است به روشهای مختلفی مشخص شوند، اما معمولاً بر اساس روش عملکردی که برای تولید هوا یا گاز فشرده استفاده میشود، به انواع مختلفی تقسیم میشوند. در بخش های زیر، انواع کمپرسورهای متداول را بیان و ارائه می کنیم. انواع تحت پوشش عبارتند از:
پیستون
دیافراگم
پیچ حلزونی
پره کشویی
طومار
لوب روتاری
گریز از مرکز
محوری
با توجه به ماهیت طرح های کمپرسور، بازاری برای بازسازی کمپرسورهای هوا نیز وجود دارد و کمپرسورهای هوای بازسازی شده ممکن است به عنوان گزینه ای نسبت به کمپرسورهای تازه خریداری شده در دسترس باشند.
کمپرسورهای پیستونی
کمپرسورهای پیستونی یا کمپرسورهای رفت و برگشتی، متکی به عمل رفت و برگشتی یک یا چند پیستون برای فشردهسازی گاز در داخل یک سیلندر (یا سیلندر) و تخلیه آن از طریق سوپاپ به مخازن دریافت فشار بالا هستند. این نوع کمپرسورها معمولاً بر اساس فشار مورد نیاز (psi) و دبی (scfm) انتخاب می شوند. یک سیستم معمولی هوای گیاهی، هوای فشرده را در محدوده psi 90-110، با حجمی از 30 تا 2500 cfm فراهم می کند. این محدوده ها عموماً از طریق واحدهای تجاری و خارج از قفسه قابل دستیابی هستند. سیستمهای هوای گیاهی را میتوان در اطراف یک واحد اندازهگیری کرد یا میتواند بر اساس چندین واحد کوچکتر که در سرتاسر کارخانه قرار دارند، باشد.
برای دستیابی به فشار هوای بالاتر از آنچه که توسط یک کمپرسور تک مرحله ای قابل ارائه است، واحدهای دو مرحله ای در دسترس هستند. هوای فشردهای که وارد مرحله دوم میشود معمولاً از قبل از اینترکولر عبور میکند تا مقداری از گرمای تولید شده در مرحله اول را حذف کند.
کمپرسورهای پیستونی به دو صورت روغن کاری شده و بدون روغن در دسترس هستند. برای برخی از کاربردهایی که به هوای بدون روغن با بالاترین کیفیت نیاز دارند، طرحهای دیگر مناسبتر هستند.
کمپرسورهای دیافراگمی
کمپرسور دیافراگمی که یک طراحی رفت و برگشتی تخصصی است، از یک هم مرکز نصب شده روی موتور استفاده می کند که یک دیسک انعطاف پذیر را نوسان می دهد که به طور متناوب حجم محفظه فشرده سازی را منبسط و منقبض می کند. مانند پمپ دیافراگمی، درایو توسط دیسک انعطاف پذیر از سیال فرآیند آب بندی می شود و بنابراین امکان تماس روان کننده با هیچ گازی وجود ندارد. این مدل کمپرسورهای هوای دیافراگمی ماشینهایی با ظرفیت نسبتا کم هستند که در مواردی که هوای بسیار تمیز مورد نیاز است، مانند بسیاری از محیطهای آزمایشگاهی و پزشکی کاربرد دارند.
کمپرسورهای حلزونی اسکرو
کمپرسورهای حلزونی، ماشینهای کمپرسور دوار هستند که به دلیل ظرفیت کارکردن در چرخه کاری 100% شناخته شدهاند، که آنها را به انتخابهای خوبی برای کاربردهای تریلر مانند ساختوساز یا جادهسازی تبدیل میکند. از بدنه کمپرسور عملکرد کمپرسور پیچ روتاری به دلیل کاهش لرزش، آن را نسبت به کمپرسور رفت و برگشتی بی صداتر می کند. مزیت دیگر کمپرسور اسکرو نسبت به انواع پیستونی این است که هوای تخلیه بدون ضربان است. این واحدها می توانند با روغن یا آب روغن کاری شوند یا می توانند به گونه ای طراحی شوند که هوای بدون روغن ایجاد کنند. این طرح ها می توانند نیازهای خدمات حیاتی بدون روغن را برآورده کنند.
کمپرسورهای پره کشویی
یک کمپرسور پره کشویی متکی به یک سری پرهها است که در یک روتور نصب شدهاند که در امتداد دیواره داخلی یک حفره غیرعادی قرار میگیرند. پره ها، همانطور که از سمت مکش به سمت تخلیه حفره خارج از مرکز می چرخند، حجم فضایی را که در حال عبور از آن هستند کاهش می دهند و گاز محبوس شده در فضا را فشرده می کنند.
پره ها در امتداد یک فیلم روغنی که روی دیواره حفره خارج از مرکز تشکیل می شود، می لغزند و یک مهر و موم ایجاد می کند. کمپرسورهای پره کشویی نمی توانند برای تامین هوای بدون روغن ساخته شوند، اما آنها قادر به ارائه هوای فشرده بدون ضربان هستند. آنها همچنین به دلیل استفاده از بوشینگ به جای یاتاقان و عملکرد نسبتاً کم سرعت آنها در مقایسه با کمپرسورهای اسکرو، آلاینده های محیط خود را می بخشند. آنها نسبتاً بی صدا، قابل اعتماد و قادر به کار در چرخه کاری 100٪ هستند. برخی منابع ادعا می کنند که کمپرسورهای پره دوار تا حد زیادی توسط کمپرسورهای اسکرو در کاربردهای کمپرسور هوا پیشی گرفته اند. آنها در بسیاری از کاربردهای غیر هوایی در نفت و گاز و سایر صنایع فرآیندی استفاده می شوند.
کمپرسورهای اسکرول
کمپرسورهای هوای اسکرول از مارپیچ های ثابت و مداری استفاده می کنند که حجم فضای بین آنها را کاهش می دهد زیرا مارپیچ های مداری مسیر مارپیچ های ثابت را دنبال می کنند. ورود گاز در لبه بیرونی طومارها و تخلیه گاز فشرده در نزدیکی مرکز انجام می شود. از آنجایی که کتیبه ها با هم تماس ندارند، به روغن روان کننده نیازی نیست، که باعث می شود کمپرسور ذاتاً بدون روغن باشد. با این حال، از آنجایی که در از بین بردن گرمای فشرده سازی مانند سایر طرح ها از روغن استفاده نمی شود، ظرفیت کمپرسورهای اسکرول تا حدودی محدود است. آنها اغلب در کمپرسورهای هوای ارزان قیمت و کمپرسورهای تهویه مطبوع خانگی استفاده می شوند.
کمپرسورهای ازمایشگاهی
دستگاههایی با حجم بالا و کم فشار هستند که بهطور مناسبتری به عنوان دمنده طبقهبندی میشوند.
کمپرسورهای گریز از مرکز
کمپرسورهای گریز از مرکز به پروانه های پمپ مانند با سرعت بالا برای انتقال سرعت به گازها برای ایجاد افزایش فشار متکی هستند. این نوع از کمپرسورها تقریباً از نظر ساختاری مشابه پمپ های گریز از مرکز هستند، کمپرسورهای گریز از مرکز با پرتاب گاز به بیرون با عمل یک پروانه چرخان، سرعت گاز را افزایش می دهند. گاز در یک پیچش پوششی منبسط می شود، جایی که سرعت آن کاهش می یابد و فشار آن افزایش می یابد.
این مدل از کمپرسورهای گریز از مرکز نسبت تراکم کمتری نسبت به کمپرسورهای جابجایی دارند، اما حجم زیادی از گاز را مدیریت می کنند. بسیاری از کمپرسورهای گریز از مرکز از چند مرحله برای بهبود نسبت تراکم استفاده می کنند. در این کمپرسورهای چند مرحله ای، گاز معمولاً از بین اینترکولرها بین مراحل عبور می کند.
کمپرسورهای محوری
کمپرسور محوری بیشترین حجم هوای تحویلی را از 8000 تا 13 میلیون cfm در ماشینهای صنعتی به دست میآورد. موتورهای جت از کمپرسورهایی از این نوع برای تولید حجم در محدوده وسیع تری استفاده می کنند. نسبت به کمپرسورهای گریز از مرکز، کمپرسورهای محوری به دلیل نسبت تراکم نسبتا پایینی که دارند، تمایل به طراحی های چند مرحله ای دارند. کمپرسورهای محوری مانند واحدهای گریز از مرکز، ابتدا با افزایش سرعت گاز، فشار را افزایش می دهند.
کمپرسورهای محوری
کمپرسور محوری بیشترین حجم هوای تحویلی را از 8000 تا 13 میلیون cfm در ماشینهای صنعتی به دست میآورد. موتورهای جت از کمپرسورهایی از این نوع برای تولید حجم در محدوده وسیع تری استفاده می کنند. کمپرسورهای محوری به دلیل نسبت تراکم نسبتا پایینی که دارند، تمایل به طراحی های چند مرحله ای دارند. کمپرسورهای محوری مانند واحدهای گریز از مرکز، ابتدا با افزایش سرعت گاز، فشار را افزایش می دهند. سپس کمپرسورهای محوری با عبور دادن گاز از پره های منحنی و ثابت، سرعت آن را کاهش می دهند که باعث افزایش فشار آن می شود.
گزینه های قدرت و سوخت
کمپرسورهای هوا ممکن است برقی باشند، با گزینههای رایج کمپرسور هوای 12 ولت DC یا کمپرسور هوای 24 ولت. کمپرسورهایی DC نیز موجود هستند که از سطوح ولتاژ AC استاندارد مانند 120 ولت، 220 ولت یا 440 ولت کار می کنند.
گزینه های سوخت جایگزین شامل کمپرسورهای هوا هستند که از موتوری کار می کنند که از یک منبع سوخت قابل احتراق مانند بنزین یا سوخت دیزل خارج می شود.
به طور کلی، کمپرسورهای برقی در مواردی که حذف دود اگزوز مهم است یا برای کار در شرایطی که استفاده یا وجود سوخت قابل احتراق مطلوب نیست، مطلوب هستند. ملاحظات نویز نیز در انتخاب گزینه سوخت نقش دارند، زیرا کمپرسورهای هوای الکتریکی معمولاً سطوح نویز صوتی کمتری نسبت به همتایان موتور محور خود نشان میدهند.
علاوه بر این، برخی از کمپرسورهای هوا ممکن است به صورت هیدرولیکی تغذیه شوند، که از استفاده از منابع سوخت قابل احتراق و مشکلات ناشی از گازهای خروجی جلوگیری می کند.
انتخاب ماشین کمپرسور در یک محیط صنعتی
در انتخاب کمپرسورهای هوا برای استفاده عمومی، انتخاب عموماً به کمپرسور پیستونی یا کمپرسور مارپیچ بستگی دارد. از آنجایی که کمپرسورهای پیستونی مقدار زیادی گرما را در حین کار تولید میکنند، باید بر اساس یک چرخه کاری اندازهگیری شوند – یک قانون کلی 25% استراحت و 75% کارکرد را تجویز میکند. کمپرسورهای شعاعی اسکرو می توانند 100% زمان کار کنند و تقریباً آن را ترجیح می دهند.
با این حال، یک مشکل بالقوه کمپرسورهای اسکرو این است که بزرگ کردن کمپرسورهای اسکرو با ایده افزایش ظرفیت میتواند منجر به مشکل شود، زیرا برای راهاندازی و توقف مکرر مناسب نیستند. تلرانس نزدیک بین روتورها به این معنی است که کمپرسور برای دستیابی به تراکم مؤثر باید در دمای کارکرد باقی بماند. اندازه یک کمی بیشتر به استفاده از هوا توجه می کند. یک کمپرسور پیستونی ممکن است بدون نگرانی مشابه بزرگ شود.
اگرچه کمپرسورهای اسکرول در سیستمهای تبرید پایینتر و کمپرسورهای هوا غالب هستند، اما کمپرسورهای اسکرول شروع به نفوذ به سایر بازارها کردهاند. آنها به ویژه برای فرآیندهای تولیدی که نیاز به هوای بسیار تمیز دارند (کلاس 0) مانند داروسازی، مواد غذایی، الکترونیک و غیره و برای اتاق تمیز، آزمایشگاه، و محیط های پزشکی/دندانپزشکی مناسب هستند. تولید کنندگان واحدهایی تا 40 اسب بخار را ارائه می دهند که تقریباً 100 cfm را با حداکثر 145 psi ارائه می دهند. واحدهای با ظرفیت بزرگتر معمولاً از چند کمپرسور اسکرول استفاده می کنند، زیرا این فناوری یک بار بیش از 3-5 اسب بخار به خوبی افزایش نمی یابد.
اگر کاربرد شامل فشردهسازی گازهای خطرناک باشد، مشخصکنندهها اغلب کمپرسورهای دیافراگمی یا پرههای لغزنده یا برای حجمهای بسیار زیاد برای فشردهسازی، انواع جنبشی را در نظر میگیرند.
ملاحظات انتخاب اضافی
برخی از عوامل انتخاب اضافی که باید به آنها توجه شود به شرح زیر است:
روغنی در مقابل بدون روغن
اندازه گیری کمپرسور
کیفیت هوا
کنترل ها
روغنی در مقابل بدون روغن
در بسیاری از طرح ها، روغن یک مهر و موم نیز ایجاد می کند. روغن بلبرینگ میل لنگ و پین مچ و دیواره های جانبی سیلندر را روان می کند.
همانند موتورهای پیستونی، رینگ های روی پیستون، محفظه تراکم را آب بندی می کنند و عبور روغن به داخل آن را کنترل می کنند. کمپرسورهای روتاری پره به روغن تکیه میکنند تا فضای کوچک بین نوک پرهها و سوراخ محفظه را ببندند.
مدل کمپروسر اسکرول معمولاً از روغن استفاده نمی کنند، بنابراین به عنوان روغن کمتر شناخته می شوند، اما، البته، ظرفیت آنها تا حدودی محدود است. کمپرسورهای گریز از مرکز هیچ روغنی را به جریان تراکم وارد نمی کنند، اما این کمپرسورها نسبت به برادران جابجایی مثبت خود در لیگ متفاوتی قرار دارند.
سازندگان کمپرسور پیستونی نیز از انواع مواد خود روان کننده برای رینگ های آب بندی و آستر سیلندر استفاده می کنند. سازندگان کمپرسور روتاری اسکرو فاصله بین پیچ ها را محکم می کنند و نیازی به درزگیر روغن را از بین می برند.
با این حال، با هر یک از این طرح ها معاوضه هایی وجود دارد. افزایش سایش، مسائل مربوط به مدیریت گرما، کاهش ظرفیت، و تعمیر و نگهداری مکرر تنها چند مورد از معایب کمپرسورهای هوای بدون روغن هستند. بدیهی است که صنایع خاصی با این معاوضه ها کنار می آیند زیرا هوای بدون نفت ضروری است. اما در جایی که فیلتر کردن روغن قابل قبول است، یا صرفاً با آن زندگی می کنید، یک کمپرسور معمولی مبتنی بر روغن منطقی است
اندازه کمپرسور
اگر تمام روز با چکش کار می کنید، انتخاب یک کمپرسور ساده است: تعداد اپراتورهایی که از کمپرسور استفاده می کنند را جمع آوری کنید، cfm ابزار آنها را تعیین کنید. یک کمپرسور مارپیچ مارپیچ به طور مداوم بخرید که بتواند تقاضا را برآورده کند. به مدت 8 ساعت با یک مخزن سوخت کار کنید. البته، واقعاً به این سادگی نیست – ممکن است محدودیتهای محیطی در نظر گرفته شود – اما شما این ایده را دریافت میکنید.
اگر میخواهید هوای فشرده را برای یک مغازه کوچک تهیه کنید، اوضاع کمی پیچیدهتر میشود. ابزارهای هوا را می توان با استفاده از هم جدا کرد: ممکن است به صورت متناوب – مثلاً آچار ضامنی – یا مداوم – یک اسپری رنگ. نمودارها برای کمک به تخمین مصرف ابزارهای مختلف فروشگاه در دسترس هستند. پس از تعیین این موارد، و استفاده بر اساس استفاده متوسط و مداوم، می توان یک تعیین تقریبی از ظرفیت کلی کمپرسور هوا انجام داد.