کمپرسور جابجایی مثبت چیست؟

کمپرسور، همان طور که از معنای لغوی آن مشخص است، وسیله ای برای کاهش حجم و فشرده سازی هوا می باشد. به طور معمول با خرید کمپرسور باد می توانید برای فشرده کردن و ارسال گاز یا هوا از یک ناحیه به ناحیه دیگر استفاده کنید. انواع مختلفی از کمپرسورهای هوا در صنعت و یا مشاغل مختلف برای براورده کردن نیازهای متنوع ساخته شده است. یکی از انواع متداول آن، کمپرسور جابجایی مثبت (Positive Displacement Compressor) است. در جابجایی پازتیو از یک بخش دورانی جهت فشرده سازی سیال مورد نظر استفاده می شود. هدف اصلی این مقاله، تشریح جزئیات عملکرد کمپرسور جابجایی مثبت، مقایسه آن با نوع غیر مثبت (دینامیک) و بیان مزایا و معایب این کمپرسور می باشد.

کمپرسور جابجایی مثبت چیست؟

در این نوع از کمپرسور، مقادیری از هوا جهت فشرده سازی به کمپرسور باد سیلندری منتقل شده و به صورت مکانیکی حجم آن کاهش می یابد. کمپرسور جابجایی مثبت اجزایی با حرکت رفت و برگشت مانند پلانجر، پیستون، دیافراگم و پره درون سیلندر دارد. این کمپرسور نمی تواند جریان ثابتی از سیال را در اختیار ما قرار دهد.

از ویژگی های بارز P.D Compressors می توان به کیفیت بالا، قابلیت اطمینان، مقرون به صرفه بودن و تطبیق پذیری اشاره کرد. به همین دلیل کمپرسورهای جابجایی پازتیو در کاربردهایی از قبیل پلتفرم های گاز مایع و شیمیایی، یخچال و صنایع مربوط به کود و موارد مشابه بسیار متداول است.

جالب است بدانید که تلمبه باد دوچرخه از نمونه های رایج کمپرسور جابجایی پازتیو است.

چرا به این نوع از کمپرسور، جابجایی مثبت گفته می شود؟

از آنجایی که این نوع از کمپرسور فشرده سازی سیال را با جابجایی حجم سیلندر انجام می دهد، واژه جابجایی مثبت یا جابجایی پازتیو به آن اطلاق می شود. در این راستا هم از تجهیزات مرتبطی مانند پیستون یا پلانجر برای فشرده سازی استفاده می شود.

نحوه عملکرد کمپرسورهای جابجایی پازتیو

عملکرد اصلی کمپرسور جابجایی پازتیو بسیار ساده و بر مبنای قواعد جابجایی می باشد.

1. هوا از طریق شیرفلکه به محفظه فشار کشیده می شود.
2. کمپرسور از یک جز متحرک مانند پیستون، پلانجر یا دیافراگم جهت فشرده سازی استفاده می کند.
3. با ایجاد حرکت رفت و برگشتی در محفظه، سیال فشرده می شود.
4. زمانی که فشار هوا یا گاز به میزان دلخواه برسد، دریچه خروجی باز شده و هوای فشرده شده خارج می گردد.
5. سپس گاز یا هوای فشرده در یک محفظه جمع شده و یا به ناحیه مورد نظر منتقل می شود.

اگرچه کمپرسور جابجایی پازتیو انواع مختلفی دارد ولی عملکرد اصلی همه آن ها یکسان می باشد. ساده ترین نمونه آن، تلمبه دوچرخه است که با ورود سیال داخل سیلندر، فرایند فشرده سازی با حرکت پیستون انجام می شود و چرخ های دوچرخه باد می شود.

مقایسه کمپرسور جابجایی مثبت و کمپرسور دینامیک (غیر مثبت)

• کمپرسور جابجایی مثبت در جریان ثابتی از سیال و کمپرسور دینامیک در یک فشار ثابت کار می کند.
• عملکرد کمپرسور دینامیکی به شرایط محیطی آن مانند دمای شیرهای ورودی بستگی دارد.
• در کمپرسور دینامیک، سیال جهت فشرده سازی از پره های چرخنده با سرعت بالا عبور کرده و شتاب می گیرد که با نحوه فشرده سازی در کمپرسور جابجایی پازتیو تفاوت دارد.
• کمپرسورهای دینامیک عموما برای حجم بالایی از جریان هوا طراحی می شود.

در نهایت انتخاب نوع مناسب کمپرسور، بستگی به عملکرد مورد نظر دارد. در کاربردهای متنوع تر می توان ترکیبی از دو کمپرسور را استفاده کرد.

انواع مختلف کمپرسور جابجایی مثبت

به طور کلی کمپرسورهای جابجایی مثبت در دسته بندی زیر قرار می گیرد و می تواند ترکیبی از دو یا چند دسته زیر باشد.

1. کمپرسور رفت و برگشتی (Reciprocating compressor)
2. کمپرسور توربینی (Rotary vane compressor)
3. کمپرسور اسکرول (Scroll compressor)
4. کمپرسور باد اسکرو (Screw compressor)

1. کمپرسور اسکرو چرخان

این کمپرسور نمونه ای مشهور و متداولی از کمپرسورهای جابجایی پازتیو است که از پیچ های چرخنده جهت فشرده سازی استفاده می کند. هم زمان با چرخش پیچ ها، در محفظه خلا ایجاد می شود و باعث کشیده شدن هوا به داخل سیلندر می گردد. سپس شیرهای ورودی بسته می شوند و فرایند فشرده سازی آغاز می گردد.

دو پیچ با حرکت دورانی، هوایی را که به صورت منظم می چرخد را فشرده کرده و آن را به محفظه می فرستد. با هر دوران، به طور منظم فشار هوا افزایش می یابد تا به فشار دلخواه برسد. این نوع از کمپرسور جابجایی پازتیو، برای جمع آوری آلودگی های هوا مناسب است و به صورت خودکار اجزا مختلف خود را روغن کاری می کند. بدین صورت که با به کارگیری ترکیبی از روغن و هوا، علاوه بر روغن کاری دمای بخش های مختلف را پایین می آورد. حداکثر خروجی یک کمپرسور چرخان حداکثر 600 اسب بخار است.

جداسازی روغن از هوا قبل از خروج آن از این کمپرسور الزامی است.

2. کمپرسور پره دوار یا توربینی

این کمپرسور P.D. عملکردی مشابه کمپرسور اسکرو چرخان دارد، با این تفاوت که به جای پیچ از پره استفاده می کند. کارایی کمپرسور پره دوار بسیار تحت تاثیر روش کنترل آن است.

3. کمپرسور رفت و برگشتی با پیستون

کمپرسور رفت و برگشتی از یک پیستون متحرک با سرعت ثابت برای جابجایی هوا در محفظه و فشرده سازی آن استفاده می کند. حرکت رفت پیستون، هوا را وارد محفظه می کند و حرکت برگشت آن، هوا را فشرده می سازد. این نوع از کمپرسور می تواند به صورت تک محفظه یا دو محفظه طراحی شود. خروجی کمپرسور رفت و برگشتی می تواند به 100 اسب بخار هم برسد.

از مزایای کمپرسور رفت و برگشتی، ارزان بودن آن است و از معایب آن، کاهش کارایی به مرور زمان می باشد.

4. کمپرسور اسکرول یا مارپیچی

کمپرسور اسکرول یک جفت تیغه اسکرول یا مارپیچ دارد. یکی از اسکرول ها ثابت بوده و در جای خود می چرخد و اسکرول دیگر آزادانه حرکت می کند. همین فرایند باعث مکش گاز و فشرده سازی آن می شود. کمپرسور اسکرول از بی صداترین انواع آن است. فضای بین دو اسکرول را تا حد امکان کم می کنند و همین موضوع اندازه آن را بسیار بهینه می کند.

5. کمپرسور دیافراگمی

کمپرسور دیافراگمی، مشهورترین نوع کمپرسور جابجایی پازتیو است که از دیافراگم برای انتقال و فشرده سازی سیال استفاده می کند. این دیافراگم با حرکتی دوار عمل فشرده سازی را انجام می دهد و غالبا برای انتقال گازهای سمی به کار می رود.

مزایا کمپرسور جابجایی پازتیو

• هزینه ساخت پایین
• سادگی اجزا برای ساخت
• کارایی بالا
• نرخ فشار بالا

معایب کمپرسور جابجایی پازتیو

• نیاز به تامین نگهداری بالا
• سروصدای بیشتر نسبت به کمپرسورهای دینامیک
• مناسب نبودن برای نرخ های جریان بالا
• عدم کارایی برای گازهای آلوده
• ظرفیت محدود
• انعطاف پذیری پایین

6 کاربرد کمپرسور جابجایی مثبت در زندگی روزمره

1. به کارگیری در تلمبه های بادی تایرهای مختلف مانند تلمبه دوچرخه و تنظیم باد تایر
2. انتقال قطعات و سیالات مانند تمیز کردن تراشه ها در دستگاه های صنعتی، و ابزارآلات دندانپزشکی
3. استفاده در سیستم های تهویه هوای مطبوع
4. تامین هوای توربین ها و موتورجت ها
5. استفاده در صنایع مختلف مانند کشاورزی، خودروسازی، ساختمان سازی
6. به کارگیری در لوازم خانگی مانند یخچال

نتیجه گیری

در این مقاله ایران کمپرسور به کمپرسور جابجایی پازتیو، انواع آن و برخی جوانب آن را به صورت جامع بررسی کرده است. به این نکته هم اشاره شد که گاها ممکن است کمپرسورها را با عنوان پمپ بشناسیم. با توجّه به کارایی های متنوع کمپرسور جابجایی مثبت، می توان از آن در اندازه ها و ترکیب های مختلف برای انتقال انواع سیالات استفاده کرد.

سوالات متداول

انواع مختلف کمپرسور جابجایی پازتیو کدامند؟

کمپرسور رفت و برگشتی – کمپرسور توربینی – کمپرسور اسکرول و…

کمپرسور جابجایی پازتیو یا Positive Displacement Compressor چیست؟

در این نوع از کمپرسور، مقادیری از هوا جهت فشرده سازی به کمپرسور باد سیلندری منتقل شده و به صورت مکانیکی حجم آن کاهش می یابد. اطلاعات بیشتر در مقاله بیان شده است.

حسین موسوی نیا

من متخصص و پژوهشگر در زمینه هوای فشرده و انواع کمپرسور باد هستم و سعی می کنم تا جدیدترین و کارامدترین اطلاعات را در خصوص صنعت هوای فشرده با شما به اشتراک بگذارم.