همه صفحات
تعریف کمپرسور
کُمپرِسورها یا متراکم کننده‌ها می‌توانند برای فشرده کردن گاز یا مایعات به کار رود. البته در حالت دوم به آن پمپ می‌گویند. در برخی دستگاه‌ها و ماشین‌آلات کمپرسورها وسایلی هستند که توسط آنها هوا فشرده شده و سپس به سمت قسمت احتراق فرستاده می‌شود.از کمپرسورها برای فشرده کردن گازها استفاده می‌شود. در حقیقت کمپرسورها وسایلی هستند که با صرف انرﮊی مکانیکی فراوانی، گاز را با سرعت به درون خود مکیده و سپس آنرا فشرده می‌سازند. در اثر این عملیات، دمای گازی که فشرده می‌شود نیز افزایش می‌یابد. معمولاً گاز پر فشار خروجی از کمپرسورها را از یک سیسنم خنک کننده عبور می‌دهند تا دمای گاز دوباره به حد معمولی باز گردد. انواع گوناگونی از کمپرسور وجود دارد که برای مصارف صنعتی و عمومی طراحی شده‌اند. بد نیست بدانید که حتی پمپ آکواریوم که برای وارد کردن هوا به آکواریوم ماهی‌ها استفاده می‌شود نیز یک نوع کمپرسور است.
انواع کمپرسور
- کمپرسور دینامیک
- کمپرسور بررسی کلی
- کمپرسور گریز از مرکز
- کمپرسور محوری
- کمپرسور جابجایی
- کمپرسور پیستونی
- کمپرسور پیستونی روغنکاری نشونده
- کمپرسور دیافراگمی
- کمپرسور مار پیچی
- کمپرسورهای مارپیچی روغن کاری نشونده
- کمپرسور مارپیچی مایع تزریقی
- کمپرسور دندانه دار
- کمپرسور فرفره‌ای
- کمپرسور پره‌ای
- کمپرسور حلقه روغنی
- کمپرسور دمنده‌ها
کمپرسورهای دینامیکی
کمپرسورهای دینامیکی به دو نوع جریان محوری و جریان شعاعی تقسیم می‌شوند.از کمپرسورهای دینامیک در فشارهای با نرخ پایین و دبی‌های بالاتر استفاده می‌شود. کمپرسورهای جابجایی مثبت خود دارای دو نوع دوار (Rotary) و رفت و برگشتی (Reciprocating) هستند و قدرت تراکم آنها نسبت به نوع دینامیک بیشتر است. البته دبی این کمپرسورها به مراتب کمتر از نوع دینامیک می‌باشد.نیروی محرکه کمپرسورها بسته به قدرت آنها می‌تواند الکتروموتور (برقی) یا موتوردیزلی (Diesel Engine) باشد.کمپرسورهای دینامیکی در دو طرح محوری و شعاعی موجود می‌باشند. طرح‌های شعاعی غالباً کمپرسورهای توربینی یا کمپرسورهای توربینی شعاعی نامیده می‌شوند و طرح‌های محوری غالباً کمپرسورهای گریز از مرکز نامیده می‌شوند. برخلاف کمپرسورهای جابجایی که با جریان ثابت کار می‌کنند، کمپرسورهای دینامیکی با فشار ثابتی کار می‌کنند. عملکرد کمپرسور دینامیکی تحت تأثیر شرایط بیرونی قرار دارد، از جمله، ایجاد تغییری جزئی در فشار ورودی باعث تغییر ریادی در ظرفیت می‌شود.
کمپرسور گریز از مرکز تک مرحله‌ای
از جمله ویژگی‌های کمپرسور گریز از مرکز، جریان رانش شعاعی آن است. هوا با استفاده از پره‌های شعاعی وارد مرکز پروانه دواری می‌شود و توسط نیروهای گریز از مرکز به سوی محیط پروانه دوار به بیرون پرتاب می‌شود. قبل از اینکه هوا به مرکز پروانه دوار بعدی رانده شود، از یک پخش کنند و یک محفظه حلزونی عبور می‌کند، که در این محفظه انرژی جنبشی به فشار تبدیل می‌شود.نسبت فشار در هر مرحله توسط فشار نهایی کمپرسور تعیین می‌شود. همچنین بعد از هر پروانه دوار سرعت هوا بطور چشمگیری افزایش می‌یابد. دمای هوا در قسمت ورودی هر یک از مراحل نقش مهمی در مقتضیات توان کمپرسور دارد و به همین دلیل است که خنک کاری بین مراحل نیاز می‌شود. کمپرسورهای گریز از مرکز با بیش از ۶ مرحله و فشاری تا ۲۵ بار غیر معمول نیستند. پروانه دوار می‌تواند دارای طرح باز و یا بسته باشد. طرح باز در کاربردهای هوا رایج تر است. پروانه دوار معمولاً از آلیاژ فولاد ضد زنگ و یا آلومینیوم ساخته می‌شود. سرعت این کمپرسور در مقایسه با کمپرسورهای دیگر خیلی بالا است، حدود ۱۵۰۰۰ تا ۱۰۰۰۰۰ دور بر دقیقه کاملاً رایج می‌باشد.
این، بدین معنی است که به جای یاتاقانهای ساچمه‌ای از یاتاقانهای تخت (JOURNAL BEARINGS) یا همان یاتاقانهای لغزشی در این کمپرسورها استفاده می‌شود. یاتاقانهای ساچمه‌ای در کمپرسورهای یک مرحله‌ای با نسبت فشار کم مورد استفاده قرار می‌گیرند. غالباً کمپرسورهای چند مرحله‌ای دارای دو پروانه دوار هستند که بر روی هر دو انتهای محور گردان نصب شده‌اند که بارهای محوری تولید شده توسط اختلاف فشار را خنثی می‌کنند. پایین ترین میزان جریان حجمی در کمپرسور گریز از مرکز عمدتاً توسط جریان موجود در آخرین مرحله تعیین می‌شود. مقدار حد عملی l/s ۱۶۰ در مجرای خروجی از یک تجهیز افقی دو تکه، غالباً قاعده کلی است. هر کمپرسور گریز از مرکز باید بطور مناسبی آببندی شود تا میزان نشتی را در راستای محور گردنده که از میان محفظه کمپرسور عبور می‌کند را کاهش دهد. آببندهای مختلفی مورد استفاده قرار می‌گیرند و پیشرفته ترین آنها را می‌توان در کمپرسورهای پر سرعت که تأمین کننده فشارهای بالا می‌باشند، یافت. رایج ترین انواع آببندهای چهارگانه شامل آببندهای لابیرینتی، آببندها حلقوی (معمولاً آببندهای گرافیتی که خشک کار می‌کنند، اما آببندهای مایع نیز به کار گرفته می‌شود)، آببندهای مکانیکی (MECHANICAL SEAL)و آببندهای هیدرواستاتیکی می‌باشد.
کمپرسور محوری
یک کمپرسور محوری (Axial compressors) دارای جریان محوری است، هوا یا گاز از میان ردیف‌هایی از پره‌های ثابت و متحرک در امتداد محور گردان کمپرسور عبور می‌کنند. بدین ترتیب سرعت هوا بتدریج همزمان با اینکه پره‌های ثابت انرژی جنبشی را به فشار تبدیل می‌کنند، افزایش می‌یابد. پایین ترین میزان جریان حجمی در چنین کمپرسوری حدود ۱۵/s است. معمولاً یک استوانه متعادل کننده‌ای در کمپرسور تعبیه می‌شود، تا نیروی فشار محوری را متعادل سازد. کمپرسورهای محوری بطور کلی از کمپرسورهای گریز از مرکز کوچکتر هستند و بطور معمول سرعت آنها ٪ ۲۵ بالاتر است و این کمپرسورها برای میزان جریان حجمی بالا در فشار نسبتاً متوسط مورد استفاده قرار می‌گیرند. به استثنای کاربردهای توربین گازی، نسبت فشار به ندرت بالاتر از ۶ است. جریان معمول تقریباً / s ۶۵ و فشار مؤثر تقربیا ۱۴ بار است.
یک کمپرسور جابجایی
یک کمپرسور جابجایی (Displacement compressor) دارای این خصوصیت است که حجم معینی از گاز یا هوا را محصور می‌کند و سپس با کاهش دادن منطقه حجم محصور شده، فشار را افزایش می‌دهد.یک پمپ دوچرخه ساده ترین نوع یک کمپرسور جابجایی است، که در این نوع پمپ، هوا وارد سیلندر می‌شود و توسط پیستون متحرکی فشرده می‌شود. کمپرسور پیستونی دارای اصل عملکردی مشابهی است با یک پیستون، این کمپرسور دارای پیستونی است که در آن یک میله اتصال و یک میل لنگ چرخشی باعث عقب و جلو رفتن آن می‌شود. اگر برای فشردن هوا فقط یک طرف پیستون استفاده شود، پیستون یکطرفه نامیده می‌شود. اگر هر دو طرف بالا و پایین مورد استفاده قرار گیرد، کمپرسور دو طرفه نامیده می‌شود. تفاوت بین فشار در قسمت ورودی و قسمت خروجی به عنوان اندازه‌ای از کار کمپرسور است.نسبت فشار، رابطه بین فشار مطلق در قسمتهای ورودی و خروجی است. بنابراین ماشینی که هوایی تحت فشار اتمسفر را تا ۷ bar فشرده می‌سازد دارای کاری با نسبت فشار 1=۸ / (۷+۱) است.
کمپرسور پیستونی
کمپرسور پیستونی (Piston compressors) قدیمی ترین و متداولترین انواع کمپرسور است. این کمپرسور در شکل‌های دو طرفه یا یکطرفه موجود می‌باشند که قطعات آنها روغنکاری شونده یا روغن کاری نشونده می‌باشند که به اشکال متفاوتی دارای تنوع تعداد سیلندر هستند. به استثنای کمپرسورهای واقعاً کوچک که دارای سیلندر‌های عمودی هستند، شکل بندی V برای کمپرسورهای کوچک رایج ترین است. در کمپرسورهای بزرگ دو طرفه، شکل بندی نوع L با سیلندر عمودی فشار پایین و سیلندر افقی فشار بالا مزایای بسیار زیادی داشته و به همین علت است که این نوع طرح نسبت به طرح‌های دیگر رایج تر است.کمپرسورهایی که روغنکاری می‌شوند بطور معمول با سیستم روغن کاری پاششی یا روغن کاری فشاری کار می‌کنند. بیشتر کمپرسورها دارای سوپاپ‌های خودکار هستند. یک سوپاپ خودکار به هنگام بروز اختلافات فشار در دو سمت بشقابک سوپاپ باز و بسته می‌شود.محور موتور شش سیلندر کمپرسور رفت و برگشتی است که می‌تواند با دو، چهار و شش سیلندر عمل کند.
کمپرسورهای پیستونی روغنکاری نشونده
کمپرسورهای پیستونی روغنکاری نشونده (Oil-free piston compressors) دارای رینگ‌های پیستونی از جنس پلی اتیلنی یا کربنی می‌باشند و یا اینکه دیواره پیستون و سیلندر آنها می‌تواند همانند کمپرسورهای مارپیچی شیاردار باشد. کمپرسورهای بزرگتر دارای یک یاتاقان متحرک و واشرهای درزگیری هستند که بر روی پین‌های انگشتی پیستون قرار دارند و دارای قطعه میانی تهویه کننده‌ای است که از انتقال روغن از محفظه کارتل روغن به محفظه تراکم ممانعت می‌کند. کمپرسورهای کوچک تر غالباً دارای یک کارتل روغن به همراه آببندی جهت افزایش عمر یاتاقان‌ها هست.
کمپرسورهای دیافراگمی
کمپرسورهای دیافراگمی (Diaphragm compressors) گروه دیگری را تشکیل می‌دهند. دیافراگم بطور مکانیکی یا هیدرولیکی به کار انداخته می‌شود. کمپرسورهای دیفراگمی مکانیکی با جریان اندک و فشار پایین یا به عنوان پمپ‌های خلاء مورد استفاده قرار می‌گیرند. کمپرسورهای دیافراگمی هیدرولیکی برای فشار بالا مورد استفاده قرار می‌گیرند.
اصول کلی کمپرسور جابجایی چرخشی با پیستون مار پیچی شکل (Screw compressors)، در سالهای دهه ۱۹۳۰ توسعه یافت، و این زمانی بود که یک کمپرسور چرخشی با ظرفیت بالا و جریانی ثابت در شرایط متفاوت، مورد نیاز بود. اجزاء اصلی هوا ساز کمپرسور شامل روتورهای نر و مادگی می‌باشد، که مادامی که به طرف یکدیگر حرکت می‌کنند، حجم بین آنها و محفظه کاهش می‌یابد. هر هوا ساز مارپیچ دارای نسبت فشار ثابتی است که به طول مارپیچ، فاصله میان دنده‌های مارپیچ و شکل مجرای تخلیه آن بستگی دارد. برای بدست آوردن بهترین راندمان، نسبت فشار باید با فشار کاری مورد نیاز تطبیق داده شود. کمپرسور مارپیچی دارای سوپاپ نبوده و هیچ نیروی مکانیکی ندارد که باعث عدم تعادل شود. این بدین معنی است که این نوع کمپرسور با ابعاد برونی کوچک می‌تواند با سرعت میله گردنده بالائی کارکند و جریان عظیمی را ترکیب نماید. یک نیروی محوری فعال که به اختلاف فشار بین ورودی و خروجی بستگی دارد بر یاتاقان‌ها وارد می‌گردد. مارپیچ، که در اصل متقارن بود، هم اکنون در طرح‌های مختلف به صورت اشکال حلزونی توسعه یافته است.در این نوع کمپرسور تزریقی، مایعی با هدف روغن کاری و خنک کاری به محفظه تراکم و غالباً به یاتاقانهای کمپرسور تزریق می‌شود. نقش این مایع خنک کاری و روغن کاری کمپرسور و کاهش نشت برگشتی به قسمت ورودی هوا است.امروزه، روغن، به دلیل خواص خوب روانسازی رایج ترین مایع مورد استفاده در روانکاری است. با توجه به این از مایعات دیگری نیز استفاده می‌شود، از جمله آب. کمپرسورهای مارپیچ مایع تزریقی می‌توانند برای نسبت‌های فشار بالا ساخته شوند، زیرا که با یک مرحله تراکم هوا فشاری معادل ۱۳ بار ایجاد می‌نماید.
اولین کمپرسورهای مارپیچی دارای شکل متقارنی بودند و در محفظه فشارآنها از مایع استفاده نمی‌شد. به همین دلیل به آنها کمپرسورهای مارپیچی روغنکاری نشونده یا خشک می‌گفتند. در اواخر دهه ۱۹۶۰ کمپرسور مارپیچی روغنکاری نشونده سرعت بالائی بوجود آمد که دارای شکل مارپیچ نامتقارنی بود. این شکل جدید روتور بطور چشمگیری منجر به افزایش راندمان شد، این افزایش کارائی به علت کاهش نشت در دستگاه بود.
در کمپرسورهای مارپیچی خشک از یک چرخ دنده بیرونی استفاده می‌شود تا روتورهای چرخشی را که در جهت عکس یکدیگر حرکت می‌نمایند، هماهنگ کند. از آنجائیکه روتورها نه با یکدیگر و نه با محفظه تراکم کمپرسور تماس پیدا می‌کنند بنابراین در محفظه تراکم نیازی به روغن کاری نیست در نتیجه هوای فشرده شده کاملاً عاری از روغن است. روتورها و محفظه با دقت بسیار زیادی ساخته می‌شوند تا نشت روغن از قسمت تراکم به قسمت ورود هوا به حداقل برسد. نسبت فشار هوا اختلاط شده توسط اختلاف درجه حرارت بین ورودی و خروجی، محدود می‌شود. به همین دلیل است که کمپرسورهای مارپیچی روغنکاری نشونده را غالباً به صورت چندین مرحله‌ای می‌سازند.
کمپرسور دندانه دار
واحد هواساز در کمپرسور دندانه دار (Tooth compressor) از دو روتور تشکیل می‌شود که در محفظه تراکم به طرف یکدیگر حرکت می‌کنند. فرایند فشرده سازی از سه مرحله مکش، تراکم و رانش تشکیل می‌شود. در مرحله مکش، هوا وارد محفظه تراکم می‌شود، که با حرکت روتورها بتدریج کوچک و کوچکتر می‌گردد. خروجی هوا در مرحله تراکم به وسیله یکی از روتورها مسدود می‌باشد، در حالیکه ورودی برای مکش هوای تازه در قسمت دیگر محفظه تراکم باز است. عمل تخلیه هنگامی صورت می‌گیرد که یکی از روتورها کانال را باز کند و بدین ترتیب هوای متراکم شده با نیروی زیادی به بیرون از محفظه تراکم فرستاده شود. مراحل مکش و رانش هوا در محفظه تراکم بصورت شعاعی صورت می‌پذیرند، که این امکان را فراهم می‌آورد از طرح‌های ساده‌تر یاتاقان استفاده شود و همچنین ویژگی‌های پر کردن هوا را بهبود بخشد. هر دو این روتورها از طریق چرخ دنده‌ای هماهنگ شده و بطور همزمان می‌چرخند. حداکثر نسبت فشاری که توسط کمپرسور دندانه دار روغنکاری نشونده بدست می‌آید، ۵/۴ است. در نتیجه برای فشارهای بالا تر چندین مرحله دیگر مورد نیاز است.
این کمپرسور یکی از انواع کمپرسورهای جابجایی مارپیچی روغنکاری نشونده‌است، به عنوان مثال این کمپرسور با کاهش همواره حجم معینی از هوا آن را فشرده می‌سازد. واحد هوا ساز کمپرسور از یک حلزونی ثابت در قسمت محفظه و یک موتور که بصورت گریز از مرکز راه اندازی می‌شود و همچنین یک مارپیچ متحرک، تشکیل شده‌است. حلزونی‌ها با اختلاف فاز ۱۸۰ درجه نصب می‌شود تا محفظه هوایی با حجم‌های متغیری را تشکیل دهند. این امر باعث می‌شود که قسمتهای تشکیل دهنده کمپرسور دارای تعادل شعاعی باشند، میزان نشتی وقتیکه اختلاف فشار در محفظه‌های هوا کمتر از اختلاف فشار بین ورودی و خروجی باشد، به حداقل می‌رسد. حلزونی متحرکت توسط میل لنگی به کار انداخته می‌شود که دارای کورس کوتاهی است و این مارپیچ بطور گریز از مرکز در حول مرکز حلزونی ثابت حرکت می‌کند. قسمت ورودی هوا در بالای محفظه تعبیه شده‌است.وقتیکه مارپیچ متحرک برخلاف عقربه‌های ساعت حرکت می‌کند، هوا به داخل فرستاده می‌شود و در یکی از محفظه‌های هوا حبس و بطور متغیری به سمت مرکز فشرده می‌شود. در این قسمت دریچه خروجی و سوپاپ یکطرفه‌ای تعبیه شده‌است. دوره تراکم به ازاء هر ۵/۲ دور چرخش در حال اجراء است که در این دوره، جریان هوا ثابت و بدون ضربه‌است. از آنجائیکه این فرایند عاری از هر گونه تغییرات گشتاور بوده، تقریباً آرام و بدون لزرش است. بنابراین با کمپرسور پیستونی قابل مقایسه‌است.
کمپرسور پره‌ای
اصول کار کمپرسور پره‌ای (Vane compressor) همانند بسیاری از موتورهای هوای فشرده دیگر است. پره‌ها معمولاً از آلیاژهای ریختگی مخصوص ساخته می‌شوند و بیشتر کمپرسورها از نوع روغن روغنکاری شونده می‌باشند. یک روتور که دارای پره‌های متحرک شعاعی است به صورت خارج از مرکز در محفظه استاتور نصب می‌شود. وقتیکه روتور می‌چرخد، پره‌ها به واسطه نیروی گریز از مرکز با دیواره‌های استاتور تماس برقرار می‌نماید وقتیکه فاصله بین روتور و استاتور افزایش می‌یابد، هوا به داخل فرستاده می‌شود. هوا در محفظه‌های مختلف کمپرسور حبس شده و حجم این محفظه‌ها همزمان با چرخش کاهش می‌یابد. وقتیکه پره‌ها از مقابل مجرای خروجی می‌گذرند، هوا تخلیه می‌شود.
کمپرسور حلقه روغنی
کمپرسور حلقه روغنی (Liquid-ring compressor) یکی از انواع کمپرسورهای جابجایی است که دارای نسبت فشار درونی می‌باشد. روتور این کمپرسور دارای پره‌های ثابتی است که به صورت خارج از مرکز در یک محفظه قرار گرفته که بخشی ازآن با مایعی پر می‌شود. چرخ پره، مایع را به اطراف محفظه کمپرسور منتقل نموده و به واسطه نیروی گریز از مرکز حلقه‌ای از مایع در اطراف محفظه کمپرسور تشکیل می‌شود. از آنجائیکه محفظه کمپرسور بیضوی شکل است، حلقه مایع به صورت خارج از مرکز در اطراف روتور قرار می‌گیرد. حجم بین چرخ پره بطور متناوب تغییر می‌کند. این کمپرسور معمولاً دارای دو محفظه تراکم متقارن رو به روی هم است تا بدین ترتیب از اعمال نیروهای شعاعی بر روی یاتاقان‌ها ممانعت به عمل آید.فرایند خنک کاری در این کمپرسور بصورت مستقیم است و به تماس بین مایع و هوا بستگی دارد، به این معنی است که افزایش درجه حرارت بر روی هوای تراکم یافته خیلی کم است. با این وجود، اتلاف از طریق اصطکاک گرانروی مایع بین محفظه و تیغه‌ها بالا است. هوا توسط مایع کمپرسور اشباع می‌شود، که بطور معمول آب است. گاهی اوقات به منظور جذب عنصر تشکیل دهنده معینی از گاز و یا حفاظت کردن کمپرسور در مقابل فرسودگی و خوردگی در مواقعی که گازهای تهاجمی تحت فشار قرار می‌گیرند، می‌توان از مایعات دیگری نیز استفاده کرد.
یک دمنده (Blower)، به این علت که بدون تراکم سازی درونی کار می‌کند، کمپرسور جابجایی نیست. وقتی که محفظه تراکم در تماس با مجرای خروجی قرار می‌گیرد، هوای فشرده از قسمت تراکم رهائی می‌یابد. وقتی که حجم اتاقک فشار با چرخش‌های پیوسته کاهش می‌یابد، عمل تراکم صورت می‌پذیرد. بدین ترتیب، تراکم در تقابل با فشار کاملاً مخالف صورت می‌گیرد و به همین دلیل بازدهی کمپرسور کاهش می‌یابد و سر و صدای زیادی تولید می‌شود. دور روتر هم شکل، متقارن معمولی، که برخلاف جهت یکدیگر در محفظه دارای انتهای مسطح می‌چرخند، در محفظه استوانه‌ای کار می‌کنند. روتورها توسط چرخ دنده همزمان کننده‌ای به طور هم زمان با یکدیگر می‌چرخند. دمنده‌های معمولاً هوا روغنکاری نشونده می‌باشند. بازدهی پایین باعث می‌شود که آنها فقط در کاربردهای کم فشار و فشرده سازی تک مرحله‌ای مورد استفاده قرار گیرند، حتی اگر دو یا سه مرحله‌ای آن در دسترس باشد. دمنده‌ها معمولاً به عنوان پمپ‌های خلاء و عوامل نیوماتیکی به کار گرفته می‌شوند.