انواع و کاربرد کمپرسورها

کمپرسور چیست؟

کمپرسور وسیله ای مکانیکی است که فشار گاز را با کاهش حجم آن افزایش می دهد. کمپرسور هوا نوع خاصی از کمپرسور گاز است. کمپرسورها مشابه پمپ ها هستند: هر دو فشار را روی مایعات افزایش می دهند و هر دو می توانند سیال را از طریق یک لوله منتقل کنند. از آنجا که گازها قابل تراکم هستند ، کمپرسور همچنین حجم گاز را کاهش می دهد. مایعات نسبتاً غیرقابل انعطاف هستند. در حالی که برخی می توانند فشرده شوند ، عملکرد اصلی پمپ فشار و انتقال مایعات است.
بسیاری از کمپرسورها را می توان مرحله بندی کرد ، به این معنی که مایع چندین بار در مراحل یا مراحل فشرده می شود تا فشار تخلیه افزایش یابد. غالباً ، مرحله دوم از نظر جسمی کوچکتر از مرحله اولیه است تا بتواند گاز فشرده شده را در خود جای دهد. هر مرحله باعث فشرده شدن بیشتر گاز و افزایش فشار می شود. آنهایی که از موتور الکتریکی تغذیه می شوند نیز می توانند با استفاده از VFD یا اینورتر نیرو کنترل شوند ، با این حال بسیاری از کمپرسورهای (هرمتیک و نیمه هرمتیک) فقط در سرعت های خاص می توانند کار کنند ، زیرا ممکن است شامل پمپ های روغن داخلی باشند. پمپ های روغن به همان شافت متصل می شوند که کمپرسور را رانده و روغن را به داخل یاتاقان های کمپرسور و موتور وادار می کنند. در سرعت های پایین ، مقدار ناکافی و یا بدون روغن وارد بلبرینگ ها می شود و در نهایت منجر به خرابی بلبرینگ می شود ، در حالی که در سرعت های بالا ممکن است مقدار زیادی روغن از یاتاقان ها و کمپرسور از بین برود و به دلیل پاشیدن به طور بالقوه به خط تخلیه برود. سرانجام روغن تمام می شود و یاتاقانها بدون روغن باقی می مانند ، که منجر به خرابی می شود و روغن ممکن است مبرد ، هوا یا گازهای دیگر را آلوده کند.

انواع کمپرسور

کمپرسورها به دو دسته کلی تقسیم می شوند:

1. کمپرسورهای دینامیک
   کمپرسور محوری
   کمپرسور گریز از مرکز یا سانتریفیوژ
   
2. کمپرسورهای جابجایی مثبت

به دلیل اینکه در صنعت تهویه مطبوع کمپرسورهای مصرفی در دستگاه های تهویه از دسته دوم یعنی جابجایی مثبت می باشد، در این مطلب بیشتر به توضیح این دسته از کمپرسورها پرداخته ایم:

کمپرسور های جابجایی مثبت

کمپرسور جابجایی مثبت سیستمی است که با جابجایی یک پیوند مکانیکی باعث کاهش حجم هوا می شود- از آنجا که کاهش حجم ناشی از یک پیستون در ترمودینامیک به عنوان جابجایی مثبت پیستون در نظر گرفته می شود.
به عبارت دیگر ، کمپرسور جابجایی مثبت ، کمپرسوری است که با کشیدن حجم گسسته گاز از ورودی خود و سپس مجبور کردن آن گاز از طریق خروجی کمپرسور ، کار می کند. افزایش فشار گاز حداقل تا حدی ناشی از پمپاژ کمپرسور با سرعت جریان جرمی است که نمی تواند با فشار و چگالی کمتر ورودی از طریق خروجی عبور کند. کمپرسورهای جابجایی مثبت به دو دسته تقسیم می شوند:

1. کمپرسور رفت و برگشتی
2. کمپرسور دورانی
   

کمپرسورهای رفت و برگشتی

این نوع کمپرسور به 3 دسته کلی تقسیم می شود:

1. تک اثره
2. دو اثره
3. دیافراگمی

کمپرسورهای رفت و برگشتی از پیستون هایی که توسط میل لنگ رانده می شوند استفاده می کنند. آنها می توانند ثابت یا قابل حمل باشند ، می توانند تک یا چند مرحله ای باشند و توسط موتورهای الکتریکی یا موتورهای احتراق داخلی رانده می شوند. کمپرسورهای رفت و برگشتی کوچک از 5 تا 30 اسب بخار (اسب بخار) معمولاً در کاربردهای خودرو دیده می شوند و معمولاً برای کار متناوب هستند. کمپرسورهای رفت و برگشتی بزرگتر با قدرت بیش از 1000 اسب بخار (750 کیلووات) معمولاً در کاربردهای بزرگ صنعتی و نفتی یافت می شوند. فشارهای تخلیه می توانند از فشار کم تا فشار بسیار بالا مثلابیشتر از 18000 psi یا 180 MPa باشند. گفته می شود در کاربرد های خاص مانند فشرده سازی هوا ، کمپرسورهای چند مرحله ای چند مرحله ای کارآمدترین کمپرسورهای موجود هستند و به طور معمول بزرگتر و دارای هزینه بیشتری نسبت به واحدهای چرخشی قابل مقایسه هستند. نوع دیگر کمپرسور رفت و برگشتی که معمولاً در سیستم های تهویه مطبوع کابین اتومبیل به کار می رود . کمپرسورهای خانگی ، کارگاه های خانگی و محل کار کوچکتر معمولاً کمپرسورهای رفت و برگشتی2/1 1 اسب بخار یا کمتر با یک مخزن گیرنده متصل هستند.کمپرسور خطی یک کمپرسور رفت و برگشتی است که پیستون روتور یک موتور خطی است.
این نوع کمپرسور می تواند طیف وسیعی از گازها از جمله مبرد ، هیدروژن و گاز طبیعی را فشرده کند. به همین دلیل ، این مورد در طیف گسترده ای از کاربردها در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می گیرد و می تواند برای طیف وسیعی از ظرفیت ها ، با تغییر اندازه ، تعداد سیلندرها و تخلیه سیلندرها ، طراحی شود. با این وجود ، به دلیل حجم ترخیص ، مقاومت در اثر تخلیه و شیرهای مکش ، از تلفات بیشتری رنج می برد ، وزن بیشتری دارد ، به دلیل داشتن تعداد زیادی از قطعات متحرک ، نگهداری آن دشوار است و دارای لرزش ذاتی است.
کمپرسور پیستون مایع یونی ، کمپرسور یونی یا پمپ پیستون مایع یونی کمپرسور هیدروژنی است که بر اساس پیستون مایع یونی به جای پیستون فلزی مانند کمپرسور دیافراگم پیستون - فلز ساخته شده است.

کمپرسور های دورانی :

در مورد کمپرسورهای دورانی به ذکر انواع آن بسنده می کنیم و فقط کمپرسورهای اسکرال و اسکرو را بدلیل استفاده در صنایع تهویه مطبوع شرح می دهیم.
انواع کمپرسور دورانی:

1. Lobe
2. Vane
3. رینگ مایع
4. اسکرال
5. اسکرو

کمپرسور های اسکرو:

کمپرسورهای اسکرو روتاری از دو پیچ حلزونی با چرخش مثبت چرخشی استفاده می کنند تا گاز را به فضای کوچکتر منتقل کنند. اینها معمولاً برای کار مداوم در کاربردهای تجاری و صنعتی مورد استفاده قرار می گیرند و ممکن است ثابت یا قابل حمل باشند. کاربرد آنها می تواند از 3 اسب بخار (2.2 کیلووات) تا بیش از 1200 اسب بخار (890 کیلووات) و از فشار کم تا فشار متوسط 1200 psi یا 8.3 MPa باشد.
طبقه بندی کمپرسورهای اسکرو دوار بر اساس مراحل ، روشهای خنک کننده و انواع درایوها در سایر موارد متفاوت است. کمپرسورهای اسکرو روتاری به صورت تجاری در نوع Oil Flooded ، Water Flooded و Dry تولید می شوند. کارایی کمپرسورهای دوار به خشک کن هوا بستگی دارد ، و انتخاب خشک کن هوا همیشه 1.5 برابر تحویل حجمی کمپرسور است. طرح هایی با یک پیچ یا سه پیچ به جای دو وجود دارد. کمپرسورهای اسکرو دارای اجزای متحرک کمتری ، ظرفیت بیشتر ، لرزش و افزایش بیش از حد هستند ، می توانند با سرعت متغیر کار کنند و به طور معمول بازده بالاتری دارند. اندازه های کوچک یا سرعت پایین روتور به دلیل نشت ذاتی بین حفره های فشرده سازی عملی نیستند. آنها برای جلوگیری از اتلاف زیاد نشت به تحمل ماشینکاری خوب بستگی دارند و در صورت عدم عملکرد نادرست یا سرویس نامناسب ، مستعد آسیب هستند.

کمپرسورهای اسکرال:

کمپرسور اسکرال که به پمپ اسکرال و پمپ خلا اسکرال نیز معروف است ، برای پمپاژ یا فشرده سازی مایعات مانند مایعات و گازها از دو پره مارپیچ مانند خرد شده استفاده می کند. هندسه پره ممکن است منحنی های غیرارادی ، مارپیچی ، یا منحنی ترکیبی باشد. عملکرد آنها راحت تر ، بی سر و صدا و با اطمینان بیشتر از انواع دیگر کمپرسورها در محدوده حجم کمتر است.
غالباً ، یکی از طومارها ثابت است ، در حالی که دیگری بدون چرخش به دور از مرکز می چرخد ، در نتیجه جیب های مایع را بین طومارها به دام می اندازد و یا پمپاژ می کند. به دلیل حداقل میزان ترخیص بین اسکرول ثابت و پیمایش مدار ، این کمپرسورها دارای بازده حجمی بسیار بالایی هستند. این کمپرسورها در تهویه مطبوع و برودت بسیار مورد استفاده قرار می گیرند زیرا سبک تر ، کوچکتر و قطعات متحرک کمتری نسبت به کمپرسورهای رفت و برگشتی دارند و همچنین از قابلیت اطمینان بیشتری نیز برخوردار هستند. گرچه گران ترند ، بنابراین ممکن است در برنامه هایی که هزینه مهمترین یا یکی از مهمترین عواملی است که باید هنگام طراحی سیستم برودتی یا تهویه مطبوع از خنک کننده های گلبرگ یا کمپرسورهای دوار و رفت و برگشتی استفاده شود.
در اوایل دهه 1990 از این نوع کمپرسورها به عنوان سوپرشارژر در موتورهای فولکس واگن G60 و G40 استفاده می شد.
کمپرسورهای اسکرال در مقایسه با کمپرسورهای پیستونی رفت و برگشتی و رول از قابلیت اطمینان بیشتری برخوردار هستند زیرا اجزای کمتری دارند و ساختار ساده تری دارند ، از آنجا که فاقد حجم ترخیص و دریچه هستند ، از کارآیی بالاتری برخوردار هستند ، ازدیاد لرزش کمتری دارند و لرزش چندانی ندارند. اما ، هنگامی که با کمپرسورهای اسکرو و گریز از مرکز مقایسه می شود ، کمپرسورهای اسکرال دارای بازده پایین تر و ظرفیت های کمتری هستند.

کاربرد کمپرسورها:

• کمپرسورهای گاز در موارد مختلفی استفاده می شوند که فشار بیشتری یا حجم کمتری از گاز مورد نیاز باشد:
• در حمل و نقل خط لوله گاز طبیعی تصفیه شده از محل تولید به مصرف کننده ، کمپرسور توسط موتوری که از گاز خون گرفته شده از خط لوله تغذیه می شود ، هدایت می شود. بنابراین ، هیچ منبع برق خارجی لازم نیست.
• پالایشگاه های نفت ، کارخانه های فرآوری گاز طبیعی ، کارخانه های پتروشیمی و شیمیایی و کارخانه های بزرگ صنعتی مشابه برای گازهای متوسط و فرآورده های نهایی نیاز به فشرده سازی دارند.
• تجهیزات برودتی و تهویه مطبوع از کمپرسورهایی برای انتقال حرارت در چرخه های مبرد استفاده می کنند .سیستم های توربین گاز هوای احتراق ورودی را فشرده می کنند.
• گازهای خالص یا تولیدی با حجم کم ، برای پر کردن سیلندرهای فشار بالا برای مصارف پزشکی ، جوشکاری و سایر موارد ، نیاز به فشرده سازی دارند.
• فرآیندهای مختلف صنعتی ، تولیدی و ساختمانی برای تأمین انرژی ابزارهای پنوماتیک به هوای فشرده نیاز دارند.
• در ساخت و قالب گیری بطری و ظروف پلاستیکی PET.
• برخی هواپیماها برای حفظ فشار کابین در ارتفاع به کمپرسور نیاز دارند.
• برخی از انواع موتورهای جت - مانند توربو جت و توربوفن - هوای مورد نیاز برای احتراق سوخت را فشرده می کنند. توربین های موتور جت کمپرسور هوای احتراقی را تأمین می کنند.
• در غواصی SCUBA ، اکسیژن درمانی هایپرباریک و سایر دستگاه های پشتیبانی کننده زندگی ، کمپرسورها گاز تنفسی را درون ظروف با حجم کم مانند سیلندرهای غواصی قرار می دهند. در غواصی مجهز به سطح ، کمپرسور هوا غالباً هوا را با فشار کم (10 تا 20 بار) برای تنفس تأمین می کند.
• زیردریایی ها از کمپرسورهایی برای ذخیره هوا برای استفاده بعدی در جابجایی آب از اتاق های شنا برای استفاده در تنظیم عمق استفاده می کنند.
• توربوشارژرها و سوپرشارژرها کمپرسورهایی هستند که با افزایش جریان جرمی هوای داخل سیلندر ، عملکرد موتور احتراق داخلی را افزایش می دهند ، بنابراین موتور می تواند سوخت بیشتری بسوزاند و از این رو انرژی بیشتری تولید کند.
• ریل و وسایل نقلیه حمل و نقل جاده ای سنگین از هوای فشرده برای کارکردن ترمزهای وسیله نقلیه ریلی یا وسایل نقلیه جاده ای - و سیستم های مختلف دیگر (درها ، برف پاک کن های جلو اتومبیل ، موتور ، کنترل گیربکس و غیره) استفاده می کنند.
• ایستگاه های خدمات و تعمیرگاه های اتومبیل از هوای فشرده برای پر کردن لاستیک های بادی و ابزارهای پنوماتیک برقی استفاده می کنند.
• پیستون های آتش نشانی و پمپ های حرارتی برای گرم کردن هوا یا گازهای دیگر وجود دارد و فشرده سازی گاز فقط وسیله ای برای رسیدن به این هدف است.
• کمپرسورهای لوب دوار اغلب برای تأمین هوا در خطوط انتقال پنوماتیک برای پودر یا مواد جامد استفاده می شوند. فشار رسیده می تواند از 0.5 تا 2 بار گرم باشد.