انواع کمپرسور هوا

معرفی انواع کمپرسور هوا فشرده در صعنت

در این نوشته به معرفی انواع کمپرسور هوا پرداخته می شود از جمله کمپرسورهای نوع روتاری ، کمپرسورهای نوع رفت و برگشتی ، کمپرسورهای رفت و برگشتی نوع پیستونی و کمپرسورهای رفتو برگشتی نوع دیافراگمی و سایر کمپرسورها پرداخته می شود

انواع کمپرسور هوا کمپرسورهای جریان محوری

Axial Flow Compressor

اصول کار این نوع کمپرسورها از انواع کمپرسور هوا براساس حرکت دادن گاز ( هل دادن ) توسط پره های دوار نصب شده روی رتور است و بیشتر استفاده این نوع کمپرسورها در توربین های گازی است و یا برای جاهایی که نیاز به جریان و فلو زیاد گاز باشد . معمولاً فشار خروجی آنها پایین و متوسط است .

جریان گاز در داخل کمپرسور در جهت محوری Axial است و بر پره های نصب شده روی رتور( پره های متحرک ) که وظیفه انتقال انرژی از رتور به سیال را عهده دارند و با محور می چرخد . پره های ثابت دیگری نیز روی بدنه کمپرسور نصب گردیده که به آنها پره های راهنما گفته می شود که علاوه بر جهت دادن به سیال ، برای انتقال از یک مرحله به یک مرحله دیگر وظیفه تبدیل انرژی جنبشی به انرژی فشاری را نیز به عهده دارند . افزایش فشار در این نوع کمپرسورها به این صورت است که گاز را به تدریج از فضای باز ( سطح مقطع زیاد ) به فضای تنگتری می راند و باعث کم شدن حجم و افزایش فشار آن می گردد .

انواع کمپرسور هوا کمپرسورهای جریان شعاعی

Radial Flow

این نوع کمپرسور از انواع کمپرسور هوا به گریز از مرکز معروف هستند و اصول کار آنها ، استفاده از نیروی گریز از مرکز برای بالا بردن انرژی جنبشی گاز است . این عمل توسط Vane های نصب شده روی پروانه به سیال اعمال می شود در این نوع کمپرسورها عامل اصلی انتقال انرژی ، پروانه کمپرسور Impeller است که روی محور نصب می شود و با  آن می چرخد و پس از وارد شدن سیال به چشمه پروانه Impeller Eye روی تیغه هایی  Vane که روی آن نصب می شود هدایت می شود .

پس از قرار گرفتن در نوک پروانه توسط نیروی گریز از مرکز اعمال شده از پروانه جدا می شود و وارد محفظه اطراف آن Voloute یا Difuser می شود تا انرژی جنبشی دریافت شده به انرژی فشاری تبدیل شود . خلاء ناشی از پرتاب سیال به طرف بیرون ( در اثر سرعت گرفتن سیال ) باعث جایگزینی مجدد سیال به نوک پروانه می شود و باعث جریان یافتن مداوم سیال به کمپرسور و کسب انرژی و خارج شدن آن از کمپرسور می شود .

با توجه به اینکه حرکت سیال در داخل کمپرسور توسط نیروی گریز از مرکز انجام می شود باید دور کمپرسور به اندازه ای بالا باشد تا بتواند سیال قرار گرفته در نوک پروانه را از پروانه جدا کند تا امکان جایگزینی ذرات قبلی به جای آن فراهم شود در غیر این صورت فشار وفلوی کمپرسور کاهش خواهد یافت که با توجه به سبک بودن گازها برای انرژی دادن به سیال نیاز به دورهای بالا می باشد  ( نسبت به مایعات ) همچنین به دلیل فاصله زیاد بیــن مولکول­های گازها تعداد Vane­های نصب شده روی پروانه­ها و همچنین زاویه آنها نســبت به پروانه­های پمپهای گریز از مرکز بیشتر است . مجموعه Volute و یا دیفیوزها مثل کار آنها در پمپها با زیاد کردن سطح مقطع عبوری جریان انرژی جنبشی به انرژی فشاری تبدیل می کنند .

این نوع کمپرسورها از انواع کمپرسور هوا بیشترین کاربرد را در صنایع دارند و از آنها برای فشرده کردن هوا و گازهای دیگر در حجم ها و فشارهای مختلف استفاده می شود

.

انواع کمپرسور هوا کمپرسورهای جابجایی مثبت

Positive Displacement Compressors

به کمپرسورهایی که در هر سیکل کاری ( دورانی یا رفت و برگشتی ) مقدار حجم مشخصی از گاز را جابجا می کنند کمپرسورهای جابجایی مثبت  گفته می شود . از مشخصه های اصلی این نوع کمپرسورها متناسب بودن مقدار گاز خروجی با تعداد کورس کمپرسور است . بدین معنا که برخلاف دیگر کمپرسورها با دو برابر کردن دور کمپرسور فلوی کمپرسور نیز دو برابر می شود و همچنین اگر مسیر خروجی آنها مسدود گردد فشار خروجی آنها می تواند تا بی نهایت افزایش پیدا کند و در صورت تامین توان مورد نیاز می تواند باعث ترکیدن بدنه کمپرسور یا سیستم لوله کشی گردد .

کمپرسورهای جابه جایی مثبت در دو دسته کلی زیر تقسیم می شوند :

الف) کمپرسورهای نوع روتاری Rotary Compressor

ب) کمپرسورهای نوع رفت و برگشتی Reciprocating Compressor

انواع کمپرسور هوا کمپرسورهای نوع روتاری

Rotary Compressor

در این نوع کمپرسور از انواع کمپرسور هوا عمل بالا بردن انرژی سیال ( بالا بردن فشار گاز ) برخلاف کمپرسورهای گریز از مرکز با هل دادن از طریق حرکت چرخشی ،‌گاز از طرف ورودی ( که حجم بیشتری دارد ) به طرف خروجی ( که به تدریج حجم کم می شود ) انــجام می شود و بسته به ساختمان داخل کمــپرسور در انواع زیر طــبقه بــــندی می شوند :

  1. کمپرسورهای نوع لوب Lobe Compressor
  2. کمپرسورهای نوع لوب مارپیچی Helical Lobe Compressors
  3. کمپرسورهای نوع تیغه لغزشی Sliding Vane Compressors
  4. کمپرسورهای نوع  رینگ مایع Liquid Ring Compressors

انواع کمپرسور هوا کمپرسورهای نوع لوب

Lobe Compressor

در این نوع کمپرسور که شکل آن در زیر نشان داده شده است Gas از قسمت ورودی Suction وارد کمپرسور می شود و با حرکت چرخشی Lobe ها که توسط الکترو موتور به آنها داده می شود و در جهت عکس همدیگر می چرخند گاز Gas حبس شده بین رتورها و بدنه کمپرسور را به سمت راهگاه خروجی Discharge کمپرسور که به تدریج حجم آن کم می شود می رانند .

شکل لوب ها طوری طراحی می شود که در حین چرخش همواره کمترین فاصله بین آنها و بدنه وجود داشته باشد و در صورتیکه این فاصله ها به هر دلیلی افزایش پیدا کند می تواند باعث شود گاز فشرده شده نشت کند و به دلیل وجود اختلاف فشار مجدداً وارد مراحل فشار پایین سیلندر Low Pressure شود که می تواند باعث نشتی های داخلی و کم شدن فلو و فشار کمپرسور شود .

بسته به تعداد Lobe هایی که روی یک رتور قرار می گیرد این نوع کمپرسورها ( از انواع کمپرسور هوا ) در انواع مختلفی اعم از دولوب  Double Lobe وسه لوب Trial Lobe  و همچنین لوب مارپیچی ساخــته و مورد استفاده قرار می­گیرند . هر چه تعداد Lobe ها بیشتر باشد راندمان کمپرسور نیز افزایش پیدا می کند که به طبع آن هزینه ها و دقت ساخت نیز بالاتر خواهد رفت .

در زیر یک کمپرسور نوع لوب نوع سه لوب نشان داده شده است .

کمپرسورهای نوع لوب مارپیچی

Helical Lobe Compressor

با توجه به شباهت رتور این نوع کمپرسورها به پیچ اصطلاحاً به این نوع کمپرسورها ( از انواع کمپرسور هوا )، کمپرسورهای نوع پیچی یا Screw Compressor نیز گفته می شود و نحوه کار آنها بر اساس حبس شدن گاز بین لوب های مارپیچی که به صورت نر و ماده در داخل هم می چرخند و بدنه ( سیلندر) است . حرکت دورانی Screw ها باعث جلو راندن گاز ( مثل چرخ گوشت ۹ از مسیر ورودی تا خروجی می شود که هرچه گاز به طرف خروجی کمپرسور نزدیکتر می شود انرژی بیشتری دریافت می کند و با کاهش حجم آن فشارش افزایش پیدا می کند .

حرکت چرخشی Screw ها به توسط الکترو موتور و از طریق چرخ دنده هایی که در قسمت انتهایی محور قرار دارد Timing Gear به رتور دیگر منتقل می شود و باعث می گردد رتورها در خلاف جهت همدیگر بچرخند . برای جلوگیری از نشتی های داخلی باید همواره فاصله کمی بین Lobe ها و محفظه های که Lobe ها در آن حرکت می کند Cylinder وجود داشته باشد که با توجه به زیاد بودن طول رتور امکان کم کردن این فواصل با دشواری مواجه است که در بعضی از انواع این کمپرسورها برای جلوگیری از تماس مستقیم قطعات ثابت و متحرک با ایجاد یک فیلم نازک روغن روانکاری  که همراه گاز وارد کمپرسور می شود از تماس و اصطکاک قطعات ثابت و متحرک ممانعت می شود .

براین اساس این نوع کمپرسورها در دو دسته زیر تقسیم بندی می شود :

  1. کمپرسورهای نوع بدون روغن  Oil Free Compressor
  2. کمپرسورهای نوع روغنی Oil Compressor

در کمپرسورهای نوع روغنی به دلیل کمتر بودن فاصله بین قطعات ثابت و متحرک ( رتورها و سیلندر ) به گازی ( هوایی ) که وارد کمپرسور می شود روغن تزریق می کنند تا یک فیلم روغن بین قطعات ثابت و متحرک به وجود آید و از تماس قطعات جلوگیری کند که روغن تزریق شده مجدداً در قسمت خروجی کمپرسور از گاز یا هوای خروجی به توسط سیستمهای جدا کننده روغن و گاز Separator جدا می شود و مجدداً وارد سیکل اصلی خود جهت روغن کاری قطعات می شود که گاهاً نیاز به اضافه کردن روغن به داخل مخزن می شود .

در بخشهای بعدی باز به طور مفصل تری راجع به این کمپرسورها بحث خواهد شد .

کمپرسورهای نوع تیغه لغزشی

Sliding Vane Compressor

در این نوع کمپرسورها رتور بصورت خارج از مرکز در داخل سیلندر Casing قرار می گیرد و توسط حرکت چرخشی تیغه های Vane نصب شده روی آن باعث ورود سیال از قسمت Suction به داخل کمپرسور و حبس شدن آن بین تیغه ها و بدنه می شود و توسط حرکت دورانی پره ها به قسمت خروجی کمپرسور رانده شود که هر چه به قسمت ورودی نزدیک تر می شود حجم بین تیغه ها و بدنه به تدریج کم می شود و باعث افزایش گاز می شود

در این نوع کمپرسورها نیز فاصله بین بدنه و تیغه ها باید در حد مینیمم تنظیم گردد تا باعث برگشت هوا و ایجاد نشتی داخلی نشود . در این نوع کمپرسور ( از انواع کمپرسور هوا ) Vane ها یا تیغه ها عمل راندن گاز را انجام می دهند و معمولاً آب بندی بین تیغه ها و سیلندر با استفاده از نیروی گریز از مرکز ناشی از حرکت دورانی تیغه ها که باعث چسبیدن تیغه ها در جداره داخلی سیلندر می شود انجام می شود ولی در بعضی از انواع این کمپرسورها که دور آنها پایین است جهت تماس مدام بین Vane ها و Casing فنرهایی نیز در زیر تیغه ها نصب می شود که می تواند به نیروی گریز از مرکز کمک کند و کار آب بندی داخلی بهتر انجام شود .

در کمپرسورهای با سایز های بالاتر جهت کم کردن اصطکاک بین Vane ها و بدنه نیاز به روغنکاری است که معمولاً با تزریق مقداری روغن در قسمت وروی کمپرسور به گاز این کار انجام می شود .

این نوع کمپرسورها برای شرایط فشارهای پایین و دورهای کم و فلوهای متوسط کارایی بسیار بالایی دارند .

به دلیل طول عمر بالا و سر و صدای کم آنها در حین کار از این نوع کمپرسورها در یخچال های قدیمی به وفور استفاده شده است .

در بعضی از انواع این کمپرسورها برای کاهش بارهای شعاعی روی یاتاقان ها و افزایش طول عمر آنها ، بدنه پمپ بصورت دوراهگاهی ساخته می شود که باعث متعادل شدنفشار اطراف رتور و نهایتاً بالانس نیروهای شعاعی روی رتور می شود .

کمپرسورهای نوع رینگ مایع 

Liquid Ring Compressor

شکل بدنه این نوع کمپرسورها بصورت تخم مرغی شکل Egg Shaped است و پره های آن از نوع فنجانی Cupped Blade ساخته می شود . این نوع کمپرسورها معمولاً برای سیالات دو فازی ( گاز همراه با مایع ) مورد استفاده قرار می گیرند . یکی از مهمترین موارد کاربرد آن در پالایشگاه ها در سیستم مشعل Flare که همواره مقدار مایعات گازی همراه گاز وجود دارد است . عمل آب بندی داخلی این نوع کمپرسورتوسط دیواره ای از مایع که داخل کمپرسور ریخته می شود و بین رتور و بدنه قرار می گیرد و با استفاده از نیروی گریز از مرکز انجام می شود و. نوع مایع مورد استفاده برای آب بندی بستگی به نوع گاز کمپرسور دارد ولی معمولاً از آب که مایع ارزان قیمت است استفاده می شود .

قبل از راه اندازی کمپرسور ( از انواع کمپرسور هوا ) ابتدا در داخل آن مایع مناسبی ریخته می شود و سپس اقدام به راه اندازی آن می شود . وقتی کمپرسور ساکن است مایع در قسمت ته بدنه می ماند و وقتی در حالت چرخش قرار گرفت در اثر نیروی گریز از مرکز مایع به سمت بیرون Casing پرتاب می شود و با ایجاد یک دیواره آب بندی و ممانعت از فرار گاز فشرده شده انجام می شود .

در قسمت نزدیک به مرکز رتور چهار عدد کانال Stationary Port Chamber قرار گرفته که دو تای آنها مربوط به مسیر ورودی گاز و دوتای دیگری مربوط به مسیر خروجی گاز می باشد که با چرخش رتور گاز وارد راهگاههای ورودی می شود و با حرکت چرخشی رتور گاز حبس شده بین تیغه ها و دیواره مایع و شکل بدنه کمپرسور باعث می شود که فشار دیواره مایع گاز را فشرده کند و آن را بطرف مسیر خروجی کمپرسور از طریق Stationary Port Chamber  هدایت کند .

در این نوع کمپرسورها ( از انواع کمپرسور هوا )بطور هم زمان جریان گاز و مایع وجود دارد برقرار است و مایع داخل کمپرسور هم کار آب بندی و هم کار روانکاری را هم انجام می دهد و نیازی به استفاده از روغنکاری خارجی نیست و تنها نیاز این نوع کمپرسور به اضافه نمودن مایع داخلCasing  است که احتمالاً مقداری از آن با گاز خروجی از کمپرسور با آن خارج می شود که البته در مرحله خروجی کمپرسور توسط Separator مخصوص جدا می شود مایع آب بند کننده  معمولاً مایع ارزان قیمتی است که باید ذرات ناخالص و جامد آن جدا شده باشد .

کمپرسورهای نوع رفت و برگشت

Reciprocating Compressor

اصول کار این کمپرسور ( از انواع کمپرسور هوا ) از طریق مکانیزم حرکت رفت و برگشتی و تغییر حجم حاصل از آن انجام می شود افزایش حجم در داخل کمپرسور باعث کاهش فشار در آن و نتیجتاً باعث ورود گاز به داخل محفظه کمپرسور می شود و در سیکل تراکم نیز کاهش حجم داخل کمپرسور باعث خارج شدن گاز می شود . و قدار گز فشرده شده تناسب مستقیم با تعداد کورس کمپرسور دارد .

این نوع کمپرسورها معمولاً‌برای تولید فشارهای بالا مورد استفاده قرار می گیرند و بطور کلی در دو دسته کلی زیر طبقه بندی می شوند ک

  1. کمپرسورهای رفت و برگشتی نوع پیستونی
  2. کمپرسورهای رفتو برگشتی نوع دیافراگمی

کمپرسورهای رفت و برگشتی نوع پیستونی

در این نوع کمپرسورها از انواع کمپرسور هوا حرکت رفت و برگشتی پیستون در داخل سیلندر باعث تغییر حجم در سیلندر شده که افزایش حجم سیلندر باعث کاهش فشار در آن شده و باعث مکش گاز به داخل سیلندر می شود و در مرحله تراکم کاهش حجم سیلندر در اثر حرکت پیستون به سمت جلو باعث افزایش فشار داخل سیلندر ( متراکم شدن گاز ) و نهایتاً خارج شدن گاز با فشار بالا از داخل سیلندر در مسیر لاین خروجی کمپرسور می شود . کنترل کردم اتوماتیک ورود و خروج گاز به داخل سیلندر به توسط ولوهای کمپرسور یا شیرهای ورودی و خروجی Compressor Valves انجام می شود .

حرکت دورانی الکترو موتور یا توربین بخار به توسط میل لنگ به حرکت رفت و برگشتی تبدیل می شود و به توسط مجموعه Cross Head کاملاً خطی شده و روی پیستون اعمال می گردد . کمپرسورهای رفت و برگشتی به دو دسته زیر تقسیم بندی می شوند :

الف ) کمپرسورهای یک طرفه Single Acting

ب ) کمپرسورهای دو طرفه Double Acting

در کمپرسورهای نوع  Single Actingعملیات تراکم گاز فقط در قسمت جلوی پیستون یا سر سیلندر انجام می­شود و در نوع Double Acting هم قسمت جلو پیستون ( سرسیلندر ) و هم قسمت عقب آن ( ته سیلندر ) انجام می شود که به عنوان دو کمپرسور موازی عملیات مکش و تراکم را با تاخیر زمانی ۱۸۰ درجه ای انجام می دهند . کمپرسورهای نوع دوطرفه که غالباً در اکثر صنایع مورد استفاده قرار می گیرد علاوه بر بالا بردن ظرفیت کمپرسور باعث کم شدن نیروهای لرزاننده Shaking Force به بدنه کمپرسور و میل لنگ نیز می­شود که باعث افزایش طول عمر قطعات و کمپرسور هم می شود .

درباره ی محمد معتمدی