انواع کمپرسورهای هوای فشرده

کمپرسور با تجهیزات تامین هوای فشرده در طرحها و اندازه های متنوعی ساخته می شوند به طوری که بتوانند نیاز های هوای فشرده را برای کاربردهای گوناگون تامین کنند.احتمالا ساده ترین وسیله ای که همه ما برای تامین هوای فشرده استفاده کرده ایم تلمبه دوچرخه باشد. تلمبه نیز یک کمپرسور هوای فشرده است که از یک سیلندر و یک پیستون ساخته شده و به صورت دستی کار  می کند.کمپرسورهای صنعتی قاعدتا از یک منبع انرژِی دیگر استفاده می کنند مثلا انرژیِ الکتریکی. در ادامه مقاله به توضیح بیشتری از تلمبه دوچرخه و انواع کمپرسورهای هوای فشرده پرداختیم.

انواع کمپرسور هوای فشرده چیست؟

تلمبه دوچرخه همانطور که گفته شد مکانیزم ساده ای دارد و وسیله خوبی است که توسط آن می توان به شرح اجزای اصلی کمپرسورهای هوای فشرده پرداخت. تلمبه از یک لوله فولادی سر و ته بسته یک پیستون و یک میله پیستون تشکیل شده است. در انتهای میله پیستون یک دسته T شکل وجود دارد که وسیله انتقال انرژِی به میله پیستون است. پایه زیرین تلمبه هم یک تکیه گاه برای تکیه دادن ان بر روی زمین است و هم شیلنگ خروج هوای فشرده به ان وصل می شود.

پیستون مجهز به یک پولک چرمی برای اب بندی  است. وقتی پیستون به پایین حرکت داده می شود هوای زیر پیستون فشرده شده و از داخل شیلنگ و شیر یک طرفه خارج می شود.شیر یک طرفه برای جلوگیری از برگشت هوای فشرده از شیلنگ به داخل سیلندر لازم است.وقتی پیستون به بالا کشیده می شود به علت ایجاد یک خلا نسبی هوا از قسمت بالای پیستون لبه های پولک چرمی را کنار زده و وارد قسمت پایین پیستون می گردد.بدین ترتیب تلمبه اماده حرکت بعدی می شود. در واقع پولک چرمی هم وظیفه اب بندی پیستون و هم وظیفه شیر یک طرفه برای ورود هوا به داخل تلمبه را بر عهده دارد.

از این تلمبه های ساده می توان برای انجام کارهای دیگری غیر از باد کردن چرخهای دوچرخه نیز استفاده کرد.البته چون تلمبه های دستی با نیروی انسان کار میکنند باید انرژی زیادی برای انجام کار صرف کرد که گاهی اوقات کاری خسته کننده یا حتی غیر ممکن می شود. در اینگونه موارد باید از کمپرسورهای مکانیزه دیگری استفاده کرد.

یکی از دو گروه اصلی کمپرسورهای باد دمنده ها هستند. دمنده در واقع کمپرسورهایی هستند که فشار اندکی تولید می کنند و معمولا جزو کمپرسورها محسوب نمیشوند. دمنده ها قاعدتا برای جابه جا کردن حجم زیاد هوا از نقطه ای به نقطه دیگر به کار می روند و از انها به عنوان هواکش استفاده می شوند. همچنین برای دمیدن هوا درون یک مایع و یا برای جابه جا کردن مواد پودری شکل نیز می توان از دمنده ها استفاده نمود. برای به کار گیری درست دمنده ها لازم است درک درستی از نحوه عملکرد و محدودیتهای  ان داشته باشیم. در بسیاری کاربردهای صنعتی از کمپرسورهای پر فشار استفاده می شود در حالی که شاید به کار گیری دمنده در ان کاربرد ها مناسب تر باشد.برای تشخیص این موارد لازم است که دمنده ها بهتر شناخته شود.

ببینید: تبدیل واحد فشار

گروه دیگر کمپرسورها کمپرسورهای پرفشار هستند.این کمپرسورها واقعا هوا را فشرده می کنند و فشار  در خروجی انها به حدود 35-200psi می رسد.در این کمپرسورها شش روش برای فشرده کردن هوا مورد استفاده قرار میگیرد.

دمنده های قفس سنجابی

دمنده های قفس سنجابی رایج ترین و پرمصرف ترین دمنده ها نیز محسوب می شوند. این دمنده ها  را می توان در اغلب سیستمهای گرمایش و تهویه مشاهده نمود. این نوع دمنده ها هوا را به خوبی جابه جا می کند. این دمنده از یک پروانه که قفس سنجاب نیز نامیده می شود ساخته شده است که مستقیما بر روی شفت یک موتور AC نصب می گردد. مونتاژ پروانه بر روی شفت موتور به اسانی انجام میگیرد و بین این دو بدنه دمنده قرار گرفته است. پروانه در واقع تعداد زیادی پره تیغه ای است که طبق یک طرح استوانه ای به هم وصل شده اند. پروانه معمولا با سرعت حدود 3400 RPS می چرخد و با این چرخش هوا از قسمت ورودی دمنده به طرف محیط خارجی بدنه رانده می شود و سپس با عبور از محل تجمع هوا به طرف دهانه خروجی دمنده هدایت می گردد.

دمنده گریز از مرکز

دمنده گریز از مرکز را می توان در سیستمهای گرمایش مرکزی و تهویه مطبوع به کار برد. نحوه جریان و هدایت هوا در این دمنده ها شبیه دمنه های قفس سنجابی است ولی فشار هوای خروجی دمنده های گریز از مرکز بالاتر است و بنابراین در سیستمهایی که نیاز به ایجاد اختلاف فشار بیشتر می باشد بهتر است از این دمنده ها استفاده شود.

دمنده های گریز از مرکز از نظر ساختار و عملکرد نیز به دمنده های قفس سنجابی شباهت بیشتری دارند ولی پره های پروانه در انها به صورت تیغه های تخت است که در جهت شعاعی قرار گرفته اند. پره ها بر روی یک صفحه دایره ای شکل نصب شده اند و صفحه به شفت موتور  متصل میگردد. در دمنده های گریز از مرکز بزرگ گردش موتور از طریق یک تسمه به پروانه انتقال می یابد.

بخوانید: کمپرسور گریز از مرکز

بدنه دمنده های گریز از مرکز از ورقهای فولادی جوشکاری شده ساخته می شوند.وقتی پروانه می چرخد هوا ازخارج دمنده به داخل ان کشیده می شود و به واسطه نیروی گریز از مرکز به طرف محیط خارجی بدنه پرتاب می گردد.هوا سپس به طرف دهانه خروجی دمنده هدایت شده و با شدت زیاد از انجا خارج  میشود.

دمنده های با چرخش هوای مکرر

دمنده های با چرخش هوای مکرر قادرند فشار هوای بالاتری را در خروجی ایجاد کنند. از این دمنده ها معمولا برای هوادهی مایعات استفاده می شود زیرا می توانند فشاری برابر با 3.5Psi تولید نمایند. از این دمنده ها میتوان برای ایجاد فشار منفی و به عنوان پمپ خلاء نیز استفاده کرد. پروانه این دمنده ها به صورت یک دیسک سنگین است که تعداد زیادی پره به صورت شعاعی در محیط خارجی ان قرار گرفته اند. پروانه و بدنه در این دمنده معمولا به طور مستقیم بر روی موتور نصب می شوند. وقتی پروانه می چرخد هوا از دهانه ورودی به داخل بدنه کشیده می شود و به صورت گریز از مرکز به طرف محیط خارجی بدنه پرتاب می گردد. فرم بدنه در اطراف پره ها به گونه ای ساده است که هوا در اثر برخورد به بدنه مجددا به طرف مرکز منحرف شده ودوباره وارد فضای بین پره ها می گردد.

دمنده های بادامکی

دمنده های بادامکی در واقع پمپ هایی با جابه جایی مثبت هستند که دو پروانه بادامکی شکل دارند و در کاربرد های مختلفی می توان از انها استفاده کرد. این نوع دمنده ها نیز  قادرند فشار  قابل توجهی در خروجی خود تولید کنند. این دمنده ها در اصل برای تهویه هوای داخل تونلهای  معادن بزرگ طراحی شدند ولی کاربردهای دیگری نیز پیدا کردند. این دمنده ها را در موتورهای دیزل دو زمانه صنعتی نیز برای شارژ هوا به داخل سیلندرها استفاده می کنند. یکی دیگر از کاربردهای این نوع دمنده ها پمپاژ  مرحله اول در سیستم های  ایجاد خلاء می باشد. از این دمنده ها گاهی اوقات برای اندازه گیری میزان شدت جریان گازعبوری از یک مسیرنیز استفاده می گردد.

کمپرسور با رینگ مایع

کمپرسورهای با رینگ مایع نیز در گروه دمنده ها قرار دارند. در این نوع کمپرسور هوای فشرده با توجه به اینکه پره های ان به وسیله رینگ مایع اب بندی شده اند جابه جایی هوا توسط پره ها به طور موثری انجام می شود.نحوه عملکرد این کمپرسور ها نظیر پمپهای پره ای است .

کمپرسور های رینگ مایع یک پروانه دارند که به صورت خارج از مرکز در بدنه قرار گرفته است. این پروانه پره های قاشق مانندی دارد و مقداری مایع رقیق نظیر اب نیز درون بدنه وجود دارد.وقتی پروانه شروع به چرخش می کند اب در اثر پدیده گریز از مرکز به صورت حلقه ای در پیرامون بدنه شروع به گردش خواهد کرد و در میان بدنه یک فضای خالی برای جابه جا کردن هوا باقی می ماند.

انتهای پره ها درون حلقه اب قرار دارد و با چرخش این دو نسبت به هم حفره های هوایی منبسط شونده و منقبض شونده ای ایجاد می شود که باعث می شود هوا از دهانه مکش وارد کمپرسور شده و از دهانه خارج می گردد. این حفره های هوایی در قسمت دهانه مکش انبساط می یابد و باعث مکش هوا می شود و در دهانه خروجی منقبض شده و باعث افزایش فشار و خروج هوا می گردد. ممکن است مقداری مایع به همراه هوا خارج شود؛ بنابراین در این کمپرسورها لازم است برای ثابت نگهداشتن حجم مایع به طرز مناسبی مایع کم شده به داخل بدنه شارژ شود.

کمپرسور دیافراگمی

پمپ هایی دیافراگمی اولین نوع کمپرسور های واقعی هستند که در این بخش معرفی می شود. این کمپرسور ها را می توان  برای کارهای سبک خانگی و تفریحی به کار گرفت و عملکرد ساده ای دارند. با چرخش میل لنگ دیافراگم به طرف بالا و پایین حرکت می کند. وقتی دیافراگم پایین می اید هوا از دهانه ورودی وارد محفظه پمپ می شود. وقتی دیافراگم به بالا حرکت می کند  هوای ورودی به محفظه از دهانه خروجی خارج  می گردد. فشار هوای خروجی این کمپرسور معمولا از 60 PSI  تجاوز نمی کند. دیل این امر  این است که دیافراگمهای لاستیکی نمی توانند اختلاف  فشار زیاد را در طرفین خود تحمل کنند و همچنین استحکام انها در حرارتهای بالا کاهش می یابد.

کمپرسورهای پیستونی

کمپرسور های پیستونی رایج ترین نوع کمپرسور کوچک باد هستند  که کاربردهای متنوعی صنعتی و خانگی دارند. این کمپرسور ها نیز ساختار ساده ای دارد ارزان قیمت و بادوام هستند. این کمپرسورها ممکن است خیلی کوچک و بدون مخزن باشند و یا به صورت یک پمپ چند سیلندر قوی ساخته شوند. این نوع کمپرسور ها را میتوان در اغلب  گارگاهای تعمیر خودرو و اتوسرویسها پیدا کرد. عملکرد کمپرسورهای پیستونی شبیه کمپرسور های دیافراگمی است با این تفاوت که در انها به جای  دیافراگم از یک سیلندر و پستون برای مکش و تراکم استفاده می شود.

بخوانید: مزایا و معایب کمپرسورهای پیستونی

کمپرسور های پیچی

این کمپرسور ها توان بالاتری در حد 40-500hp دارند و در صنایع بزرگ تر معمولا از انها استفاده می شود. در اغلب صنایع علیرغم تفاوت انها می توان  کمپرسورهای پیچی هزینه کمتری برای تامین هر فوت مکعب هوا نسبت به کمپرسور  پیستونی صرف می کنند و این جزو مزایای انها محسوب می گردد. از جمله معایب کمپرسورها پیچی می توان به پیچیدگی  ساختار انها مشکلات تعمیر و عمر کاری کوتاه تر اجزای انها اشاره نمود. با توجه به ویژگی های کمپور های پیستونی وپیچی امروزه به ندرت می توان کمپرسور های پیستونی با توان بالای 30 hp پیدا کرد و اصلا کمپرسورهای پیستونی با توان بالاتر از 100hp ساخته نمی شود. در محدوده توان 40-500hp کمپرسورهای پیچی تاکنون اقتصادی ترین نوع کمپر سور ها بوده اند.

اجزا به کار رفته در یک مجموعه کمپرسور پیچی زیاد است و همین تعداد و پیچیدگی اجزاء درک عملکرد سیستم را کمی دشوار می کند. در بعضی کمپرسور های پیچی موتور مستقیما بر روی بدنه کمپرسور نصب می شود. در بعضی  انواع دیگر نیز  گردش موتور از طریق تسمه به شفت کمپرسور منتقل می شود. در قسمت ورود هوا به کمپرسور فضایی برای تجمع هوا و ورود به فضای پیچها وجود دارد. در این قسمت  یک شیر کنترل هوای وررودی نیز تعبیه شده است. وظیفه این شیر کنترل میزان هوای ورودی به کمپرسور برای کنترل میزان خروجی کمپرسور می باشد.در انتهای پیچهای تراکم هوا فضایی برای تجمع هوای فشرده و انتقال ان به محفظه جدایش روغن  در نظر گرفته شده است.

توربوکمپرسورها

این کمپرسور ها در مواردی به کار میروند که حجم خیلی زیادی هوای فشرده مورد نیاز باشد مثلا در عملیات سندپلاست و کارخانجات و خودروسازی و هواپیماسازی هزینه تولید هوای فشرده با توربوکمپرسور ها نیز پاین است. معمولا توان توربوکمپرسور ها بیش از250hp است و توان بزرگترین توربو کمپرسور ها به 5000hp نیز می رسد. به علت هزینه بالا غالبا در مراکز تولیدی هوای فشرده با توربوکمپرسور دستگاه توربو کمپرسور رزرو در نظر نمی گیرند. بنابراین اگر توربوکمپرسور در چنین مرکزی از کار بیفتد هوای فشرده مورد نیاز کارخانه قطع خواهد شد.

چنین وضعیتی اصلا مورد قبول نیست بنابراین معمولا در کارخانجات تولیدی ترجیح داده می شود که به جای یک توربوکمپرسور از چند کمپرسور پیچی استفاده شود تتا ریسک قطع جریان هوای فشرده برطرف گردد.

کمپرسورهای محوری

نوعی خاصی از  توربوکمپرسورها کمپرسورهای محوری  هستند. کمپرسورهای محوری اندازه بزرگی دارند و هزینه تولید  هوای فشرده توسط انها از اتمام انواع کمپرسور های دیگر پایین تراست. توان کمپرسورهای محوری معمولا بالاتر از 100  hp است و معایب انها شبیه به توربوکمپرسور ها می باشد.

کمپرسور های محوری از نظر ظاهری شبیه کمپرسور در موتور های جت است.

کمپرسورهای تزریقی

یکی  دیگر از انواع کمپرسور هوای فشرده کمپرسورهای تزریقی هستند.کمپرسورهای تزریقی کاربردهای خاصی دارند و توسط کارخانجات کمپرسور ساز خاصی ساخته می شوند. عکس زیر شماتیک یک کمپرسور تزریقی را نشان می دهد. قسمت اصلی این نوع کمپرسور لوله ونتوری است. این لوله در یک  طرف مخزن کمپرسور نصب می شود.

بخوانید: مخزن پمپ باد

یک مایع تحت فشار بالا به داخل  لوله و نتوری تزریق می شود و از ان طریق به درون مخزن می پاشد. در اثر  کاهش فشاردر لوله ونتوری هوای خارج به داخل لوله مکیده شده و به همراه مایع به داخل مخزن وارد می گردد. درون مخزن هوا از مایع جدا می شود مایه به قسمت پایین مخزن می ریزد و هوا به تریج در قسمت بالای مخزن فشرده می شود واز لوله خروجی هوای فشرده خارج می گردد. مایع جمع شده در مخزن  مجددا توسط پمپ به طرف لوله ونتوری هدایت خواهد شد و بنابراین مایع درون کمپرسور گردش می کند.مایع مورد استفاده در این کمپرسور ها یک مایع با ویسکوزیته پایین می باشد.

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.