انواع کمپرسورها در صنعت

کمپرسورها، فشار هوا يا هر ماده‏ي گازي شکل ديگر را در طول يک يا چند مرحله افزايش داده و انرژي را به گاز يا هوا منتقل مي‏کنند. در نتيجه‏ي کاهش حجم گاز فشرده شده، دما و چگالي آن افزايش مي‏يابد.
کمپرسورها به دو دسته‏ي کلي کمپرسورهاي جابجايي و کمپرسورهاي ديناميکي تقسيم مي‌شوند. در کمپرسورهاي جابجايي، گاز به داخل محفظه کشيده شده و پس از تراکم به بوسيله ي يک پيستون رفت و برگشتي، از محفظه خارج مي‏شود. کمپرسورهاي ديناميکي نيز بر اين اساس کار مي‏کنند که پره‏هاي توربين ابتدا به گاز سرعت داده و سپس به طور ناگهاني سرعت آن را کاهش داده و به فشار تبديل مي‌كنند. در شکل 1 تقسيم‏بندي انواع کمپرسورها نشان داده شده است.
کمپرسورهاي دوراني معمولاً براي تراکم هوا در فشارهاي پايين و حجم زياد کاربرد دارند، در حالي که کمپرسورهاي رفت و برگشتي بيشتر به منظور تراکم گاز در فشارهاي بالا و حجم‏هاي کم استفاده مي‏شود. در مقايسه با کمپرسورهاي پيستوني، در کمپرسورهاي دوراني و مارپيچي، روغن علاوه بر روانکاري، وظيفه‏ي آب‏بندي و انتقال گرما را نيز به عهده دارد.

شکل 1: تقسيم بندي كمپرسورها

- کمپرسورهاي جابجايي
1-1- کمپرسورهاي رفت و برگشتي پيستوني
انواع مختلفي از اين نوع کمپرسورها در طول ساليان گذشته ساخته شده‏ است. در تمامي اين کمپرسورها، با حرکت يک يا چند پيستون درون يک يا چند سيلندر، هوا متراکم مي‏شود. پيستون توسط يک ميله (شاتون) به ميل‏ لنگ متصل شده است. ميل‏لنگ معمولاً با استفاده از يک موتور الکتريکي يا يک موتور احتراق داخلي چرخانده‏ مي‏شود. هنگامي که پيستون بالا مي‏رود. هواي درون محفظه‏ي سيلندر متراکم شده و از دريچه‏ي خروجي از سيلندر خارج شده و به داخل سيستم حرکت مي‏کند، به هنگام پايين آمدن پيستون نيز، دريچه‏ي ورود هوا باز شده و هوا به داخل محفظه کشيده مي‏شود.
شباهت بسياري ميان کمپرسورهاي رفت و برگشتي و موتورهاي احتراق داخلي وجود دارد. هم کمپرسورهاي رفت و برگشتي و هم موتورهاي احتراق داخلي داراي سيلندر، پيستون و ميله‌هاي اتصال مي‌باشند. اما کمپرسورهاي رفت و برگشتي داراي دو تفاوت مهم با موتورهاي احتراق داخلي هستند. اول اينکه سوپاپ هاي کمپرسور به صورت خود عملگر بوده در حالي‌که سوپاپ‌هاي موتورهاي احتراق داخلي با استفاده از نيروي منتقل شده از طرف موتور عمل مي‌کنند، تفاوت ديگر اين است که در کمپرسورهاي رفت و برگشتي با کارتر‌هاي تحت فشار، ميله‌ي اتصال مستقيماً به پيستون وصل نبوده و به ميله‌ي کراس هد وصل شده و ميله‌ي کراس هد به پيستون وصل مي‌گردد. وجود اين سيستم در ساختمان کمپرسورها مزاياي زيادي دارد. از جمله اين که در اين حالت مي‌توان سيلندر را توسط يک روانکار خاص، روانکاري کرده و يا حتي آن را روانکاري نکرد.

شکل 2: كمپرسور رفت و برگشتي با عملكرد دوگانه وداراي ميله‎ي كراس‎هد

شکل 3: كمپرسور رفت وبرگشتي بدون ميله‎ي كراس‎هد

-2- کمپرسورهاي دوراني و کمپرسورهاي دوراني پره‏اي
کمپرسورهاي دوراني پره‏اي، يک نوع کمپرسور جابجايي مثبت مي‏باشند. اين کمپرسورها داراي يک روتور با پره‏هاي فلزي هستند که طول اين پره‏ها مي‏تواند تغيير کند. اين روتور به صورت خارج از مرکز در يک سيلندر قرار گرفته است، با دوران روتور، درون سيلندر، هواي محبوس در بين پره‏ها متراکم مي‏گردد. تنها قعطات متحرک در اين کمپرسورها، روتور و پره‌ها مي‌باشند. در اين کمپرسورها به هيچ نوع سوپاپي نياز نمي‌باشد اگر چه روتور اين کمپرسورها کاملاً متقارن است، اما عملکرد پره‌ها و نيروي وارد شده بر پره‌ها به علت فشار موجود در بين آنها سبب ايجاد مقداري ارتعاش مي‌گردد. تعداد پره‌هاي اين کمپرسورها مي‌تواند متفاوت باشد. به عنوان مثال پمپ خلاء داراي يک يا دو پره و بوسترهاي فشار داراي 24 پره مي‌باشند. علاوه بر ايجاد سايش در نوک پره‌ها وجود اختلاف فشار در طرفين پره‌ها نيز سبب ايجاد سايش در ديواره‌هاي پره‌ها مي‌گردد. به منظور کاهش بارهاي وارده بر پره‌ها، تعداد آنها را افزايش مي‌دهند.

شکل 4: كمپرسور دوراني پره‎اي

از فوايد اين کمپرسورها مي‏توان به موارد زير اشاره کرد:
• اين کمپرسورها داراي ابعاد کوچکي مي‏باشند.
• هزينه‏ي اوليه‏ي اين کمپرسورها کم است.
• فنداسيون ويژه‏اي براي اين کمپرسورها لازم نيست.
از معايب اين کمپرسورها مي‏توان به بازدهي کمتر اين کمپرسورها نسبت به انواع مارپيچي اشاره کرد.
1-3- کمپرسورهاي مارپيچي
برخلاف کمپرسورهاي رفت و برگشتي، کمپرسورهاي مارپيچي به منظور تأمين جريان پيوسته‏ي هواي متراکم طراحي شده‏ است. کمپرسورهاي مارپيچي داراي دو محور گردان بوده و از اصل جابجايي استفاده مي‏کنند. اين دو محور برخلاف جهت يکديگر دوران مي‏کنند. يکي از دو محور، متراکم‏کننده و ديگري چرخ دلاله (بدون بار) مي‏باشد. هر دوي اين محور‏ها در يک محفظه در حال دوران مي¬باشند. با دوران اين محور‏ها، حجم هواي محبوس در بين دو محور، رفته‏رفته کوچکتر شده و هوا متراکم مي‏شود. سپس هواي متراکم‏شده محفظه را ترک مي‏کند. محور متراکم‏کننده در اين کمپرسورها داراي مقطع مارپيچي محدب مي‏باشد، در حالي که محور بدون بار (چرخ دلاله) داراي سطح مقطع مارپيچي مقعر مي‏باشد. در کمپرسورهاي مارپيچي بدون روغن، دو محور به گونه‏اي با يکديگر درگير مي‏شوند که سطوح آنها با يکديگر تماس نمي‏يابد، درحالي که در کمپرسورهاي مارپيچي که از روغن استفاده مي‏کنند، سطوح محور‏ها با يکديگر تماس داشته و بنابراين نيازي به تعادل از طريق دنده وجود ندارد.
از مزاياي کمپرسورهاي مارپيچي، حجم کوچک، جريان پيوسته و ارتعاشات کم را مي‏توان نام برد.

شکل 5: كمپرسور مارپيچي

1-4- کمپرسورهاي دوراني پره مستقيم
اين کمپرسورها از دو روتور با محورهاي موازي تشکيل شده‌اند. اين محورها بر روي ياتاقان‌هايي سوار شده‌اند. در انتهاي اين محور‌ها از يک جفت دنده‌ي چرخ دنده‌ با ميل بادامک به منظور ايجاد هم زماني استفاده شده است. روتورها مي‌توانند داراي دو، سه يا چهار لُب باشند. محور دوار، با حرکت خود مقداري گاز را در محفظه‌ي خالي بين لُب و ديواره به دام مي‌اندازد و با دوران بيشتر اين محور گاز محبوس از خروجي خارج مي‌شود. در شكل 6 چگونگي كاركرد اين كمپرسورها نشان داده شده است.
اين کمپرسورها از دو روتور متقارن که به شکل 8مي‏باشند تشکيل شده‏اند. روتورها به وسيله‏ي چرخ‏دنده‏هاي خارجي چرخانده مي‏شوند وظيفه‏ي روغن، روانکاري دندانه‏هاي روتورها و ياتاقان‏ها مي‏باشد. فوايد اين کمپرسورها، تأمين هواي فشرده بدون روغن و در حجم زياد و ارتعاشات کم مي‏باشد.

شکل 6: چگونگي كاركرد كمپرسورهاي دوراني پره مستقيم

1-5- کمپرسورهاي ديناميکي
در اين ماشين‏ها، از پروانه‏هاي محوري و گريز از مرکز به منظور ايجاد سرعت در گاز استفاده مي‏شود. سپس سرعت ايجاد شده در گاز به فشار تبديل مي‏شود. کمپرسورهاي گريز از مرکز و محوري، ماشين‏هاي ديناميکي هستند که معمولاً در سرعت‏هاي بالا کار مي‏کنند.
1-6-کمپرسورهاي گريز از مرکز
کمپرسورهاي گريز از مرکز، کمپرسورهاي ديناميکي هستند که از پروانه‏هاي با سرعت بالا به منظور شتاب‏دهي به هوا استفاده مي‏کنند. اين کمپرسورها قادر به تأمين مقدار زيادي هواي فشرده مي‏باشند. از خصوصيات اين کمپرسورها مي‏توان به موارد زير اشاره کرد:
• اين نوع کمپرسورها در سرعت‏هاي بالايي کار مي‏کنند و داراي سر و صداي زيادي مي‏باشند.
• براي دست‏يافتن به فشار موردنظر مي‏توان از پروانه هاي چندگانه استفاده کرد.
• کمپرسور گريز از مرکز بدون روغن بوده و چرخ‏دنده‌هايي که بايد روغن‏کاري شوند توسط آب‏بندي‏هاي محور از هوا جداشده‏اند.

شکل 7: كمپرسورهاي گريز از مركز

1-7- کمپرسورهاي محوري
اين کمپرسورها داراي رديف‏هاي متناوبي از پره‏هاي ثابت و متحرک بوده و با حرکت پره‏هاي متحرک در هوا يا گاز، سرعت آن افزايش مي‏يابد، سپس با عبور هوا يا گاز از مسيرهاي انبساطي ميان پره‏هاي ثابت و متحرک سرعت آن کم شده و فشار افزايش مي‏يابد.

شکل 8: كمپرسورهاي محوري