دسته: کمپرسور

کمپرسورهای محوری دارای یک و یا دو و یا چند طبقه پره می باشند که زاویه های پره ها در طبقه اول زیاد است و به تدریج هر قدر که به سمت محفظه احتراق پیش میرویم زاویه پره ها کم می شود و از سرعت سیال کم شده و به دما و فشارش افزوده میشود، کمپرسورهای محوری هوا را از میان پره های خود عبور داده و به سمت عقب میرانند در جداره این کمپرسورها پره های ثابتی وجود دارد که جهت هوای ورودی را از هر طبقه به طبقه بعدی تنظیم می کند. در این نوع از کمپرسورها خطر سکته کمپرسور بسیار کم است . ردیف های ثابت کمپرسور انرژی جنبشی را که توسط پره های متحرک به سیال عامل داده می شود به ازدیاد فشار تبدیل کرده و همچنین جهت سیال را به زاویه ای مناسب برای ورود به ردیف بعدی پره های متحرک تصحیح می نماید هر طبقه کمپرسور شامل یک ردیف پره چرخنده و به دنبال آن یک ردیف پره ثابت می باشد . ولی قبل از ورود سیال به طبقه اول کمپرسور یک ردیف پره ثابت به نام ( پره راهنمای ورودی ) قرار میدهند که جهت سیال را برای ورود به طبقه اول کمپرسور تصحیح می کند.

به طور کلی سه نوع کمپرسور در موتورهای جت مورد استفاده قرار می گیرند که به آن ها کمپرسورهای موتور جت می گویند، که در ذیل به آنها اشاره شده است:

۱. کمپرسور محوری(Axial)
۲. کمپرسور گریز از مرکز(Centrifugal)
۳. کمپرسور ترکیبی محوری-گریز از مرکز

با کمپرسورهای گریز از مرکز و محوری آشنایی داریم حال به توضیح کمپرسور نوع سوم یعنی کمپرسور ترکیبی محوری-گریز از مرکز می پردازیم.

کمپرسور ترکیبی محوری-گریز از مرکز (Axial-Centrifugal)

کمپرسور گریز از مرکز در موتورهای جت قدیمی استفاده می شد. بازده کمپرسور گریز از مرکز یک مرحله ی نسبتا کم است اما کمپرسور گریز از مرکز چند مرحله ی بهتر از یک مرحله ی آن است. ولی با کمپرسور محوری برابری نمی کند. بعضی از موتورهای پیشرفته ی توربو پراپ و توربو شفت نتیجه ی مطلوبی از کاربرد ترکیبی این دو نوع کمپرسور کسب کردند مانند PT6 Pratt و Whitney ازکانادا که امروزه در بازار خیلی محبوب است.

کمپرسور ۳پ کاکا از نوع کمپرسورهای جابجایی مثبت است. اجزای کمپرسور ۳پ کاکا: ۱-الکتروموتور ۲-ژنراتور ۳-بافر یا تجهیزات حجمی ۴-پیستون ۵-سردکن گاز ۶-پمپ روغن ۷-سردکن روغن ۸-لوله و اتصالات گازی ۹-لوله و اتصالات آبی ۱۰-لوله و اتصالات روغنی ۱۱-سوپاپ‌های گازی ۱۲-کارتر ۱۳-سیلندر می باشد.

این نوع کمپرسور همان طور که از نامش مشخص است سه مرحله‌ای، پیستونی و برای فشرده کردن اکسیژن به کار می‌رود(۳:سه مرحله‌ای/پ:پیستونی/کا:کمپرسور/کا:کیسلاروت (به زبان روسی یعنی اکسیژن)) و ساخت کشور روسیه (شوروی سابق) می باشد.

عملکرد کمپرسور ۳پ کاکا به این صورت می باشد که ابتدا اکسیژن با فشاری در حدود ۰٫۵ اتمسفر به طریقه مکش وارد بافر شده سپس وارد سیلندر می‌شود پس فشرده شدن در حدود ۲اتمسفر وارد بافر دوم شده وپس از تعدیل فشار وارد سردکن اول می‌شود پس از خنک شدن در سردکن وارد مرحله دوم شده وپس از فشرده شدن در حدود ۱۵تا۱۷اتمسفر وارد بافر سوم و سردکن دوم می‌شود و دوباره پس از خنک شدن وارد مرحله سوم شده وتا فشار بیش از ۲۵اتمسفر فشرده شده وارد بافر چهارم و سردکن گاز سوم می‌شود وپس از خنک شدن نهایی برای مصرف فرستاده می‌شود.

کمپرسور ۳پ کاکا برای حفظ ایمنی و جلوگیری از آسیب دیدن تجهیزات به کار می‌رود به طور مثال اگر درجه حرارت یاتاقان‌ها تا۷۰دزجه سانتیگراد بالا رود سیستم سیگنالیزاسیون فعال شده وسیگنال به صورت نوری یا صوتی و یا هر دو ظاهر می‌شود.

کمپرسور پره ای جز کمپرسورهای جابجایی مثبت است. پره‌ها معمولاً از آلیاژهای ریختگی مخصوص ساخته می‌شوند و بیشتر کمپرسورها از نوع روغن روغنکاری شونده می‌باشند. اصول کار کمپرسور پره‌ای (Vane compressor) مانند بسیاری از موتورهای هوای فشرده دیگر است.  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 می‌کنند وقتی که فاصله بین روتور و استاتور بیشتر می شود، هوا به داخل فرستاده می‌شود. هوا در محفظه‌های مختلف کمپرسور حبس شده و حجم این محفظه‌ها همزمان با چرخش کاهش پیدا می کند. وقتیکه پره‌ها از مقابل مجرای خروجی می‌گذرند، هوا تخلیه می‌شود.

واحد هواساز کمپرسور فرفره ای از یک حلزونی ثابت در قسمت محفظه و یک موتور که بصورت گریز از مرکز راه‌اندازی می‌شود و همچنین یک مارپیچ متحرک، تشکیل شده‌ است. کمپرسور فرفره ای جز کمپرسورهای جابجایی مارپیچی روغنکاری نشونده‌ می باشد، این کمپرسور با کاهش همواره حجم معینی از هوا آن را فشرده می‌سازد. 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 وقتی که 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 می باشد و این مارپیچ بطور گریز از مرکز در حول مرکز حلزونی ثابت حرکت می‌کند. قسمت ورودی هوا در بالای محفظه تعبیه شده‌ است.
هنگامیکه 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 قرار شده‌ است. دوره تراکم به ازاء هر ۵/۲ دور چرخش در حال اجراء می باشد که در این دوره، جریان هوا ثابت و بدون ضربه‌ است. از آنجائیکه این فرایند عاری از هر گونه تغییرات گشتاور بوده، تقریباً آرام و بدون لزرش است. بنابراین  در این صورت با کمپرسور پیستونی قابل مقایسه‌ می باشد.

کمپرسورهای دندانه دار جز کمپرسورهای جابجایی مثبت می باشد. فرایند فشرده سازی در کمپرسور از سه مرحله مکش، تراکم و رانش تشکیل می‌شود. واحد هواساز در کمپرسور دندانه دار از دو روتور تشکیل می‌شود که در محفظه تراکم به طرف یکدیگر حرکت می‌کنند. 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 می‌پذیرد که یکی از روتورها کانال را باز نماید 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 می گیرند، 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 بالاتر چندین مرحله دیگر مورد نیاز می باشد.

کمپرسورهای دینامیکی نوع دیگری از کمپرسورها می باشند که در دو طرح محوری و شعاعی موجود هستند. در طرح محوری غالبا کمپرسور گریز از مرکز نام می گیرند و در طرح‌ شعاعی غالبا کمپرسور توربینی شعاعی یا کمپرسور توربینی نامیده می‌شوند. برخلاف کمپرسور جابجایی مثبت که با جریان ثابت کار می‌کنند، کمپرسورهای دینامیکی با فشار ثابتی کار می‌کنند. عملکرد این نوع کمپرسورها تحت تأثیر شرایط بیرونی قرار دارد، از جمله، ایجاد تغییری جزئی در فشار ورودی باعث تغییر زیادی در ظرفیت کمپرسور می‌شود.

این دسته از کمپرسورها نیز جز کمپرسورهای پیستونی تراکم یک مرحله ای و از انواع کمپرسورهای خرد و کوچک هستند. کمپرسورهای فریونی بدون کاسه نمد با الکتروموتور در یک پوسته قرار داشته و رتور الکتروموتور مستقیماً به میل لنگ کمپرسور بطور طره ای ( کنسولی ) متصل می باشد. برای دسترسی به الکتروموتور و کمپرسور دریچه قابل باز شدن در نظر گرفته می شود.

کمپرسورهای فریونی بدون کاسه نمد می توانند با دور بیشتر نسبت به نوع کاسه نمدی کارکنند و ابعاد آنها کوچکتر بوده و سرو صدای کمتری دارند و نسبت به نوع کاسه نمدی با دوام تر هستند.

از کمپرسور پیستونی تناوبی غالبا برای ذوب فلزات استفاده می شد. بر اساس شواهد تاریخی یونانیان در ١۵٠ سال قبل از میلاد مسیح توانستند کمپرسورهای فلزی بسازند که در آن از آلیاژهای برنزی استفاده شده بود. بهر حال در ساختار این نوع کمپرسورها تا قرن هیجدهم میلادی پیشرفت چندانی صورت نگرفت تا اینکه یک مهندس انگلیسی بنام J.Wilkinson  کمپرسوری را طراحی کرد که شبیه کمپرسورهای امروزی بوده و  سیلندر آن از چدن ریخته گری ساخته و ماشین کاری شده بود. کمپرسورهای تناوبی عموما برای دبی کم و فشار زیاد مورد استفاده قرار می گیرند. دبی گاز کمپرسورهای تناوبی از مقادیر کم تا ۲۰۰۰m^3/hrمی رسد و با آن می توان به فشارهای بسیار زیاد (تا ۶٠٠٠ بار ) دست یافت. در نسبت های تراکم بالاتر از ۱.۵ این کمپرسورها در مقایسه با سایر انواع کمپرسورها از راندمان بالاتری برخوردار می باشند . کمپرسورهای تناوبی اساسا جزء ماشینهای با ظرفیت ثابت می باشند ولی در شرایط خاصی می توان ظرفیت آن را برحسب شرایط مورد نظر تغییر داد.

کمپرسورهای تناوبی پیستونی جز قدیمی ترین انواع کمپرسورها می باشند. اولین نمونه های این کمپرسور ها با سیلندر چوبی (مثلا از جنس نی بامبو (Bambooساخته شده و پیستون آن بوسیله نیروی انسانی (دستی) عقب و جلو برده می شد. آب بندی پیستون توسط پر پرندگان صورت می گرفت تا از این طریق در مرحله مکش هوا وارد کمپرسور شده و در مرحله تراکم از آن خارج شود

بزرگترین مزیت کمپرسورهای تناوبی در مقایسه با سایر انواع مورد استفاده در صنایع (دورانی و گریزازمرکز) بالا بودن راندمان کلی آن وقابلیت دست یابی به فشا رهای بالا می باشد. با پیشرفت صنعت، در طی قرون نوزدهم و بیستم تغییرات مهمی در ساختار و طراحی کمپرسورهای پیستونی حاصل شد و این امر در درجه اول مدیون انقلاب صنعتی و گسترش صنایع شیمیائی و پتروشیمی می باشد.

از اواخر دهه ١٩۵٠ تا ١٩٧٠ میزان استفاده از این کمپرسورها رو به کاهش نهاد. علت امر در این بود که هر چند کمپرسور پیستونی تناوبی از لحاظ راندمان کلی بالاتر بوده و نهایتا میزان انرژی مصرفی برای هر مترمکعب گاز مورد تراکم در کمپرسور پیستونی تناوبی در مقایسه با سایر انواع کمپرسورها کمتر می باشد، ولی به ازاء آن قیمت اولیه، هزینه های تعمیر ونگهداری و … کمپرسور پیستونی تناوبی نسبتا بالا بوده وبا توجه به ارزان بودن قیمت انرژی در آن دوران، فواید بالا بودن راندمان و پائین بودن انرژی مصرفی در مقایسه با سایر هزینه ها (قیمت اولیه و هزینه تعمیر و نگهداری ) چندان مطلوب نبوده و استفاده از کمپرسورهای ارزان تر و ساده تر (نظیر کمپرسورهای ازنوع گریز از مرکز یا دورانی) به سرعت رو به رشد نهاد.

بعداز افزایش ناگهانی قیمت نفت در اواسط دهه ١٩٧٠ مسئله صرفه جوئی در انرژی در صنعت مطرح شد و استفاده از کمپرسورها تناوبی مجددا مورد توجه قرار گرفت. یکی از ویژگیهای منحصر به فرد این کمپرسورها استفاده از یک کمپرسور برای تراکم چند گاز مختلف می باشد که در سایر انواع کمپرسورها امکان پذیر نمی باشد. در یک کمپرسور با چند پیستون از هر سیلندر می توان برای تراکم یک گاز استفاده کرد. بعنوان مثال از یک سیلندر می توان برای تراکم گاز پروپان و راه اندازی سیستم تبرید استفاده نموده و بقیه سیلندرها به تراکم گاز اصلی سیستم اختصاص داده شود.

یکی از مسائل مهمی که در طراحی کمپرسور باید مورد توجه قرار گیرد، نحوه خنک کردن سیلندرها می باشد. در کمپرسورهای بزرگ سیلندرها دارای ژاکت بیرونی جهت جریان آب بوده تا گاز مورد تراکم توسط آن خنک شود. درعوض کمپرسورهای کوچک غالبا باهواخنک می شوند.

کمپرسورها بلا استثناء جزء ماشین آلاتی هستند که در اغلب واحدهای صنعتی مورد استفاده قرار می گیرند. کمپرسور هوا بهترین ماشین برای صرفه جوئی در نیروی انسانی وکار بدنی و افزایش راندمان تولید می باشد. بنابراین انتخاب کمپرسور برای شرایط مورد نیاز به تجربه و تحلیل دقیق نیاز دارد.

در خیلی از واحدهای صنعتی بخش اعظمی از انرژی مورد نیاز صرف راه اندازی کمپرسورها شده و لذا انتخاب کمپرسور با راندمان بالا نقش مهمی در هزینه های جاری آن واحد دارد . علاوه بر آن انتخاب کمپرسور مناسب می تواند موجب صرفه جوئی در تأسیسات بالاخص زمین، آب خنک کننده، هزینه تعمیر و نگهداری و… شود.

 به طور کلی می توان گفت: دو نوع کمپرسور وجود دارد. کمپرسورهای پیستونی و پورتال. کمپرسورهای پیستونی در هنگامی که هوای آن تخلیه می شود، هوا را به داخل هل می دهند. این نوع کمپرسور هوا را درون تانکهایی ذخیره می کند. کمپرسورهای پیستونی به دو دسته تقسیم می شوند. کمپرسورهای تک فاز، تنها از یک پیستون برای فشرده کردن هوا استفاده می کنند و در نهایت تا ۱۵۰ بار ظرفیت دارند. کمپرسورهای دو فاز، از دو پیستون برای فشرده کردن هوا استفاده می کند و دارای ظرفیت نهایی برای این دستگاه ۲۰۰ بار می باشد. کمپرسورهای تک فاز، برای کارهای سنگین در منازل استفاده می گردد. نهایتا با بررسی تمامی عوامل همچنین قیمت کمپرسور و مشورت با فروشنده های کمپرسور می توان تصمیم نهایی را در رابطه با خرید و انتخاب کمپرسور مورد نظر گرفت.کمپرسورهای پورتال، تانک ندارند و به طور پیوسته کار می کنند این نوع کمپرسورها معمولا در صنایع و زمان هایی که کارها به صورت پیوسته انجام می گردد مناسب هستند. از کمپرسورهای هوا معمولا در خانه ها نیز استفاده می کنند.