کمپرسور دورانی چیست و چه کاربردی دارد؟

کمپرسور دورانی
مدت زمان مطالعه مقاله کمپرسور دورانی: 9 دقیقه

کمپرسورها از جمله کمپرسور دورانی ، فشار هوا یا هر سیال‏ دیگری را در طول یک یا چند مرحله افزایش داده و انرژی را به سیال مورد نظر یا هوا منتقل می‏کنند تا بتوان از این انرژی در مصارف دیگر استفاده کرد. با کاهش حجم گاز فشرده شده، دما و چگالی آن زیاد می شود. انواع مختلفی کمپرسورها در طول سالیان طولانی گذشته ساخته شده‏ است. در بسیاری از کمپرسورها، با حرکت یک یا چند پیستون درون یک یا چند سیلندر بسته به توان کمپرسور، هوا متراکم شده و به سیال انرژی منتقل می کند. پیستون معمولا توسط یک میله به نام شاتون به میل‏ لنگ متصل شده است.

فهرست مطالب
  • مقدمه

  • کمپرسور و انواع آن

    • کمپرسور دورانی و کمپرسورهای دورانی پره‏ای

    • کمپرسور مارپیچی

    • کمپرسور دورانی پره مستقیم

    • کمپرسور دینامیکی

    • کمپرسور گریز از مرکز

    • کمپرسور محوری

  • کمپرسور دورانی و انواع آن

  • سخن پایانی

 

مقدمه

کمپرسورها از جمله کمپرسور دورانی ، فشار هوا یا هر سیال‏ دیگری را در طول یک یا چند مرحله افزایش داده و انرژی را به سیال مورد نظر یا هوا منتقل می‏کنند تا بتوان از این انرژی در مصارف دیگر استفاده کرد. با کاهش حجم گاز فشرده شده، دما و چگالی آن زیاد می شود. انواع مختلفی کمپرسورها در طول سالیان طولانی گذشته ساخته شده‏ است. در بسیاری از کمپرسورها، با حرکت یک یا چند پیستون درون یک یا چند سیلندر بسته به توان کمپرسور، هوا متراکم شده و به سیال انرژی منتقل می کند. پیستون معمولا توسط یک میله به نام شاتون به میل‏ لنگ متصل شده است.

میل‏ لنگ هم معمولاً با استفاده از یک موتور الکتریکی یا یک موتور احتراق داخلی بسته به سوخت محرکه موتور، چرخانده‏ می شود. زمانی که پیستون بالا می‏رود هوای داخل محفظه‏ی سیلندر متراکم می شود و از دریچه‏ی خروجی خارج می شود و به داخل سیستم کمپرسور حرکت می کند. از این رو با پایین آمدن پیستون، دریچه‏ی ورود هوا باز می شود و هوا به داخل محفظه کشیده می‏شود. کمپرسورهای دورانی پاسخ مناسبی برای دامنه ای از کاربردهای کمپرسورها در صنعت می باشد. که این نوع از کمپرسورها در فاصله بین کمپرسورهای تناوبی و گریز از مرکز قرار می گیرد. در اصل این نوع کمپرسورها ابزار مناسب برای نسبت تراکم های متغیر با دامنه وسیعی از ظرفیت ها هستند.

کمپرسورهای دوارنی از نظر رفتاری شبیه به کمپرسورهای جابجائی مثبت می باشند ولی از نظر نیروهای وارد برآن برای تولید فشار همانند کمپرسورهای گریز از مرکز رفتار می کنند. بزرگ ترین تفاوت کمپرسورهای دورانی با کمپرسورهای تناوبی که از یک خانواده می باشند، حذف سوپاپ های کمپرسور دورانی است . کمپرسورهای دروارانی درمقایسه با کمپرسورهای تناوبی از نظر وزن، سبک تر هستند و بعلت حذف نیروهای لرزاننده  به سازه و طراحی قدرتمند و سنگین نیازی ندارند. با این که کمپرسورهای دورانی ساختمانی ساده تر نسبت به سایر کمپرسورها دارند، با این وجود از نظر طراحی متنوع تر بوده و در طرح های و مدل های مختلف تری ساخته می شوند.

 

کمپرسور و انواع آن

پمپ باد ها به طور کلی به دو دسته‏ی جابجایی مثبت و کمپرسورهای دینامیکی تقسیم می شوند. کمپرسورهای جابجایی مثبت گاز را به داخل محفظه می کشند و سپس به وسیله پیستون رفت و برگشتی آن را متراکم می کند و از محفظه خارج می‏شود. کمپرسورهای دینامیکی هم بر اساس این کار می‏کنند که پره‏های توربین ابتدا به گاز سرعت می بخشد و سپس به طور ناگهانی سرعت آن را کم می کند و این کاهش سرعت را به فشار تبدیل می کنند.

از کمپرسورهای دورانی برای تراکم هوا در فشار پایین و حجم زیاد استفاده می شود، در حالی که از کمپرسورهای رفت و برگشتی بیشتر به منظور متراکم کردن گاز در فشار بالا و حجم‏های پایین استفاده می‏شود. از دیگر تفاوت های کمپرسورهای پیستونی با کمپرسورهای دورانی و مارپیچی این است که روغن علاوه بر روانکاری، وظیفه‏ی آب‏بندی و انتقال گرما را نیز به عهده دارد.

کمپرسورها به دو دسته کلی تقسیم می شوند که آن دو دسته عبارتند از:

 

کمپرسور های جابه جایی مثبت (Positive Displacment Compressor) که خود آن شامل:
کمپرسور های دورانی (Rotary Compressor)
کمپرسور های رفت و برگشتی (Resiprocatig Compressor)
کمپرسور های دینامیکی (DynamicCompressor) که خود آن شامل:
کمپرسور های سانتریفوژ (Centrifugal Compressor)
کمپرسور های محوری (Axial Compressor)
کمپرسورهای جابجایی
کمپرسورهای رفت و برگشتی پیستونی

شباهت بسیار زیادی میان کمپرسورهای رفت و برگشتی و موتورهای احتراق داخلی مانند موتورهای ماشین وجود دارد. کمپرسورهای رفت و برگشتی و موتورهای احتراق داخلی هر دو دارای سیلندر، پیستون و میله‌های متصل کننده به آن ها می باشند. البته کمپرسورهای رفت و برگشتی دارای دو تفاوت عمده با موتورهای احتراق داخلی هستند. اولا سوپاپ های کمپرسور به صورت خود عملگر بوده و نیاز به صرف نیروی جدا گانه ندارند در حالی‌که سوپاپ‌های موتورهای احتراق داخلی با استفاده از نیروی انتقال یافته  از طرف موتور عمل می کنند، دوما در کمپرسورهای رفت و برگشتی میله‌ی اتصال مستقیم به پیستون وصل نبوده و به میله ای به نام میله کراس هد متصل شده است و سپس میله‌ی کراس هد به پیستون وصل می‌گردد. وجود این مکانیزم در ساختمان کمپرسورها مزیت های فراوانی دارد. مهم ترین آن این است که در این حالت می توان سیلندر را توسط یک روانکار خاص، روانکاری کرده و یا حتی آن را روانکاری نکرد.

 

کمپرسور دورانی و کمپرسور دورانی پره ای

این  نوع از کمپرسورها از نوع دورانی جابجایی مثبت می باشند که یک روتور با پره‏های فلزی با طول متغیر ساخته شده است. این روتور به صورت، خارج از مرکز در یک سیلندر قرار دارد، با دوران روتور، داخل سیلندر، هوای حبس شده در بین پره ها متراکم می‏گردد. تنها قعطات متحرک در این کمپرسورها، روتور و پره های آن ها می باشند. از این این بابت این کمپرسورها سوپاپی نیاز ندارند اگر چه روتور آن ها کاملاً متقارن است، اما کاربرد پره ها و نیروی وارد شده بر پره ها به علت فشار بین آنها باعث مرتعش شدن آن می شود. تعداد پره های این کمپرسورها بسته به توان آن ها می‌تواند متفاوت باشد. به عنوان مثال پمپ خلاء دارای یک یا دو پره و بوسترهای فشاری دارای 24 پره می باشند. که این علاوه بر ایجاد سایش در نوک پره های وجود، اختلاف فشار در طرفین پره ها نیز سبب ایجاد سایش در دیواره های پره ها می‌ شود که به منظور کاهش بارهای وارده بر آن ‌ها، تعدادشان را افزایش می‌ دهند.

از مزیت های این نوع از کمپرسورها می ‏توان به موارد زیر اشاره کرد:

 

با توجه به نوع طراحی و ساختمانشان ابعاد کوچک تری دارند.
نسبت به سایر کمپرسورها از هزینه اولیه کمتری برخوردارند.
نیاز به زیر ساخت خاصی نسبت به بقیه کمپرسورها ندارند.

اما از معایب آن می توان به بازدهی کمتر نسبت به کمپرسورهای مارپیچی اشاره کرد.

 

کمپرسور مارپیچی

برعکس کمپرسورهای رفت و برگشتی که به صورت لحظه ای هوای متراکم تولید می کنند  کمپرسورهای مارپیچی به طور پیوسته این کار را انجام می دهند. کمپرسورهای مارپیچی از دو محور گردان که با اصل جابجایی کار می کنند، فشار تولید می کنند. کارکرد این دو محور به گونه ای است که باید در خاف هم در هم بپیچند. یکی از دو محور، تراکم ایجاد می کند و دیگری بدون بار می باشد. هر دوی این محور‏ها در یک محیط در حال دوران می باشند. با چرخش این محور‏ها، حجم هوای حبس شده در بین این دو محور، کم کم کوچکتر شده و تراکم هوا زیاد می شود. سپس هوای متراکم‏ شده از محفظه خارج می شود. علت نام گذاری این کمپرسورها این است که محور متراکم‏کننده در آن ها دارای مقطعی مارپیچی محدب می باشند این در حالی است که محور بدون بار یا همان چرخ دلاله از سطح مقطعی مارپیچی مقعر تشکیل شده.

مزایای این کمپرسورها حجم کم، تولید جریان پیوسته و ارتعاشات پایین است.

 

کمپرسور دورانی پره مستقیم

این کمپرسورها از دو روتور با محورهای موازی شکل گرفته است. این محورها بر روی یاتاقان‌ هایی پیاده شده‌ اند. این روتورها می‌ توانند بسته به نوع و توان کمپرسور دارای دو، سه یا چهار لُب باشند. محور چرخنده، با حرکت خود مقداری گاز را در محیط خالی ایجاد شده بین لُب و دیواره به دام می‌ اندازد و با چرخش بیشتر این محور گاز حبس شده از خروجی آن خارج می‌ شود. که این روتور ها به وسیله ‏ی چرخ‏ دنده‏ های خارجی چرخیده می ‏شوند که وظیفه ‏ی روغن کاری، روانکاری دندانه‏ های روتور ها و یاتاقان‏ ها را دارند. از فواید این کمپرسورها می توان به تأمین هوای فشرده بدون روغن و در حجم بالا و ارتعاشات بسیار کم اشاره کرد.

 

کمپرسور دینامیکی

در کمپرسور دینامیکی، از پروانه ‏های محوری و گریز از مرکز به منظور ایجاد و تشدید سرعت در سیال استفاده می‏ شود. سپس مانند مکانیزم سایر کمپرسورها سرعت ایجاد شده در گاز به فشار تبدیل می‏ شود. کمپرسورهای گریز از مرکز و محوری، از نوع ماشین‏ های دینامیکی به حساب می آیند که معمولاً در سرعت‏ های بالا کار می‏ کنند.

 

کمپرسور گریز از مرکز

کمپرسور  گریز از مرکز، از نوع کمپرسورهای دینامیکی هستند که از پروانه هایی با سرعت بالا برای شتاب دهی به سیال استفاده می‏ شود. از مزایای این کمپرسورها می‏ توان به این موارد اشاره کرد:

 

قادر به تولید حجم زیادی از فشار به وسیله ی پروانه های چند کاره هستند البته از طرفی به این خاطر که این نوع کمپرسورها در سرعتهای بالایی کار

 

می کنند از خود سر و صدای بیشتری نسبت به سایر کمپرسورها تولید می کنند.

کمپرسور گریز از مرکز بدون روغن بوده از این بابت کثیفی کمتری در محیط دارند.

کمپرسور محوری

این کمپرسورها دارای دو نوع ردیف‏ متناوب از پره‏های ثابت و متحرک هستند که با حرکت پره های متحرک در هوا یا سیال، سرعت آن را افزایش می دهند، سپس با عبور آن از مسیرهای مشخص پره های ثابت منبسط می شود و سرعت آن کاهش یافته و فشار آن افزایش می‏ یابد.

 

کمپرسور دورانی و انواع آن

این نوع کمپرسور با سرعتی متناسب با الکتروموتورهای معمولی کار می کند و از منظر هزینه تعمیر و نگهداری شبیه به کمپرسورهای گریز از مرکز می باشد، البته هزینه تعمیر نگهداری آن تقریبا یک سوم کمپرسورهای تناوبی با ظرفیت های مشابه هستند. در این نوع طراحی با حذف سوپاپ بخش اعظمی از مشکلات و توقفات بی جا را بر طرف کرد. درکمپرسورهای دورانی حجم مشخصی از گاز در فضای بین دو قطعه حبس می شود و سپس با کاهش حجم محفظه محبوس شده که در آن گاز گیرافتاده است، فشار آن بالا می رود و به سمت قسمت خروجی هدایت می شود. فشار گاز اساسا دراین نوع کمپرسورها پائین می باشد و معمولا تا ١۵ بار بیشتر نمی باشد. البته طرح های مخصوصی از این کمپرسورها که به صورت چند مرحله ای می باشند قادرند تا فشارهای بالاتر یعنی تا 40 بار کارکنند این کمپرسورها بصورت خشک و یا روغن کاری شده استفاده می شوند. کمپرسورهای دورانی درطرح های و انواع مختلفی ساخته می شوند.

متداول ترین این طرح ها عبارت اند از:

 

کمپرسورهای حلزونی (با یک یا دو حلزون)(Single Or Twin Screws)
کمپرسورهای رینگ مایع(Liquid Ring)
کمپرسورهای دندانه چرخنده
کمپرسورهای گوشواره ای(Lobe Type)
کمپرسورهای تیغه لغزنده(Sliding Vane)

سخن پایانی

یکی از ابزار الات مهم و بسیار کاربردی در صنعت امروزه کمپرسورها می باشد. به گونه ای که می توان رد و کاربرد آن ها را در جای جای صنعت مشاهده و تاثیر آن را دید. کمپرسورها با توجه به دانه وسیع کاربرد آن ها انواع و مدل های مختلفی نیز دارند. به همین خاطر برای استفاده و با توجه به کاری که از آن انتظار داریم طبقه بندی می شوند. از این رو یکی از بزرگ ترین مشکلات پیش رو انتخاب نوع درستی از آن که متناسب با کاربرد مورد نظر ما باشد.

یکی از انواع کمپرسورها که کاربرد بالا دارد، کمپرسور نوع دورانی می باشد. در این نوع کمپرسورها عمل بالا بردن انرژی سیال یعنی بالا بردن فشار گاز را برخلاف کمپرسورهای گریز از مرکز با فشار دادن از طریق حرکت چرخشی، ‌گاز از طرف ورودی که حجم بیشتری دارد به طرف خروجی که به تدریج حجمش کاهش می یابد انجام می شود. کاربر این مدل کمپرسور به علت حجم کم تر آن بسیار زیاد و متنوع است. از دیگر مزایای کمپرسورهای دورانی هزینه اولیه پایین و از همه مهم تر نیاز به زیرساخت خاصی ندارند.

برگشت به بالا