انواع کمپرسور هوای فشرده

یکی از انواع رایج کمپرسور های جابجایی مثبت، کمپرسور های روتاری اسکرو اند. این کمرپسور ها از ساده ترین انواع کمپرسورهای هوایی هستند که می توان از آن ها براحتی نگهداری کرد؛ زیرا مجهز به سیستم خنک کننده داخلی هستند و نیاز به تعمیر و نگهداری زیادی ندارند. آن ها معمولاً ماشین های بزرگ و با اندازه صنعتی هستند که می توانند با روغن چرب شوند یا بدون روغن کار کنند. کمپرسور های هوای فشرده روتاری اسکرو، با استفاده از دو روتور داخلی که در جهت مخالف می چرخند، انرژی تولید می کنند. هوا بین دو روتور مخالف گیر کرده و فشار داخل محفظه را افزایش می دهد. به دلیل سیستم خنک کننده داخلی، این کمپرسور های هوا برای استفاده مداوم طراحی شده اند و قدرت آن ها از ۵ اسب بخار تا ۳۵۰ اسب بخار است.

1- یک ولوِ بازشو گاز را به داخل محفظه کمپرسور می کشد. دو روتور اسکرو در محفظه قرار دارند. هنگامی که دستگاه روشن است، آن ها با سرعت زیاد می چرخند. 2- هنگامی که پروانه ها می چرخند، هوا را در حفره های بین روتور ها به دام می اندازند و جدا می کنند و در نتیجه هوا را از محفظه پایین می برند. 3- اندازه محفظه کاهش می یابد و از ولو بازشو دور می شود. با کاهش حجم، فشار افزایش می یابد. 4- فشار ایجاد می شود و بنابراین هوا متراکم می شود. 5- فشار هوا باعث باز شدن دریچه تخلیه کمپرسور می شود و این باعث می شود هوای تحت فشار وارد مخزن نگهدارنده دیگر شود. 6- هوا فشرده شده و می توان آن را به تجهیزات پایین دست مانند درایر ها و سپراتور های روغن یا آب برای خشک شدن و حذف آلودگی منتقل کرد.

یکی دیگر از انواع محبوب کمپرسور های جابجایی مثبت(positive displacement)، کمپرسور رفت و برگشتی است. این کمپرسور ها معمولاً در محل های کار کوچک تر مانند گاراژ ها و پروژه های خانگی استفاده می شوند. برخلاف کمپرسور روتاری اسکرو ، کمپرسور رفت و برگشتی برای استفاده مداوم طراحی نشده است. کمپرسور هوای فشرده رفت و برگشتی دارای قطعات متحرک بیشتری نسبت به کمپرسور روتاری اسکرو می باشد و این قطعات برای حرکت روان تر روغن کاری می شوند. این نوع از کمپرسورهای هوا از طریق پیستون در داخل سیلندر کار می کنند که هوا را فشرده و جابجا می کند تا فشار ایجاد کند. کمپرسور های هوای رفت و برگشتی می توانند در تغییرات تک یا چند مرحله ای وجود داشته باشند که بر دامنه فشار آن ها می تواند تأثیر بگذارد. هنگامی که به قدرت بیشتری نیاز دارید، کمپرسور چند مرحله ای راهی است که باید در پیش بگیرید. در حالی که کمپرسور های تک مرحله ای، کار را برای پروژه های کوچک تر مانند نجاری و فلز کاری انجام می دهند، کمپرسور های چند مرحله ای نیروی مورد نیاز برای ساخت و ساز های عظیم مانند مونتاژ و نگهداری خودرو را تأمین می کنند. کمپرسورهای رفت و برگشتی چند مرحله ای می توانند حداکثر تا ۳۰ اسب بخار قدرت داشته باشند.

این نوع کمپرسور از موتور الکتریکی، موتور های دیزل و یا گاز استفاده می کند. - با روشن شدن برق، موتور الکتریکی شروع به چرخش می کند و میل لنگ متصل به آن را می چرخاند. پیستون شروع به حرکت در داخل سیلندر می کند. - با حرکت پیستون به سمت پایین (به سمت BDC) ، هوا از اتمسفر(هوای آزاد) وارد محفظه استوانه می شود. - پیستون پس از رسیدن به BDC شروع به حرکت به سمت بالا (یعنی به سمت TDC) می کند، فشرده سازی هوا شروع شده و فشار در آن شروع به افزایش می کند. - هنگامی که فشار داخل سیلندر از فشار دریچه تخلیه بیشتر می شود، شیر تخلیه باز می شود و هوای فشرده به مخزن ذخیره هوا منتقل می شود و از آنجا برای کار استفاده می شود.

کمپرسور های محوری هوای فشرده معمولاً در پروژه های ساختمانی استفاده نمی شوند، بلکه در موتور های پر سرعت کشتی ها یا هواپیماها یافت می شوند. آنها دارای راندمان بالایی هستند اما بسیار گران تر از سایر انواع کمپرسور های هوای فشرده هستند و می توانند تا هزاران اسب بخار قدرت داشته باشند. به همین دلیل آن ها عمدتا برای تحقیقات هوا فضا اختصاص داده شده اند.

جزئیات کار بسیار پیچیده هستند؛ زیرا هندسه تیغه و جریان های حاصل از آن بصورت سه بعدی و ناپایدار هستند و می توانند اثرات چسبناکی و تراکم پذیری مهمی داشته باشند. هر تیغه روی روتور یا استاتور تغییرات فشاری را شبیه به ایرفویل پروانه چرخان(spinning propeller) ایجاد می کند. اما برخلاف تیغه ملخ(propeller blade)، تیغه های کمپرسور محوری نزدیک به هم هستند که جریان اطراف هر تیغه را به طور جدی تغییر می دهد. تیغه های کمپرسور بطور مداوم از پره های بالا دست عبور می کنند که تغییرات ناپایدار جریان را ایجاد می کند. طراحان کمپرسور برای تعیین عملکرد یک کمپرسور محوری، باید به آزمایش تونل باد و مدل های محاسباتی پیچیده تکیه کنند. عملکرد با نسبت فشار در CPR کمپرسور، سرعت چرخش شفت لازم برای افزایش فشار و یک عامل کارایی مشخص می شود که نشان می دهد چقدر کار اضافی نسبت به یک کمپرسور ایده آل مورد نیاز است.

کمپرسورهای گریز از مرکز هوای ورودی را از طریق یک دیفیوزر کُند و خنک می کنند تا انرژی بالقوه را افزایش دهند. به دلیل فرآیند فشرده سازی چند فاز، کمپرسور های گریز از مرکز هوای فشرده قادر به تولید مقدار زیادی انرژی در یک دستگاه نسبتاً کوچک هستند. آن ها نسبت به روتاری اسکرو یا کمپرسور های رفت و برگشتی، نیاز به نگهداری کمتری دارند و برخی از انواع آن ها می توانند هوای فشرده عاری از روغن(oil-free air) تولید کنند. آن ها معمولاً برای ساخت و ساز های سخت تر مانند کارخانه های شیمیایی یا مراکز تولید فولاد استفاده می شوند؛ زیرا می توانند به قدرت حدود ۱۰۰۰ اسب بخار برسند.

هوا با پره های شعاعی به مرکز پروانه چرخشی کشیده می شود و با نیروی گریز از مرکز به سمت مرکز رانده می شود. این حرکت شعاعی هوا منجر به افزایش فشار و تولید انرژی جنبشی می شود. قبل از اینکه هوا به مرکز پروانه هدایت شود، انرژی جنبشی نیز با عبور از دیفیوزر و ولتاژ، دارای فشار بیشتری می شود. هر مرحله، بخشی از افزایش فشار کلی واحد کمپرسور را شامل می شود. بسته به فشار مورد نیاز برای کاربر، تعدادی از مراحل را می توان در یک سری ترتیب داد تا به فشار بیشتری برسیم. این نوع کاربرد چند مرحله ای اغلب در صنایع نفت و گاز استفاده می شود. به طور متناوب، در تصفیه خانه های فاضلاب، از فشار های کم و برنامه های تک مرحله ای برای دستیابی به نسبت فشار مطلوب استفاده می شود. در پیکر بندی های مدرن کمپرسورهای گریز از مرکز، از موتور های الکتریکی با سرعت بسیار بالا برای حرکت پروانه ها استفاده می شود. این باعث می شود که یک کمپرسور جمع و جور بدون گیربکس و سیستم روغنکاری کار کند؛ بنابراین بدون روغن است و برای کاربرد هایی که به ۱۰۰ درصد هوای بدون روغن نیاز دارند، مناسب است.