کمپرسورهای دینامیک – Dynamic compressors

کمپرسورهای دینامیکی در دو طرح اصلی جریان محوری (Axial Flow) و جریان شعاعی (Radial Flow) ساخته می‌شوند. در کمپرسورهای جریان محوری، هوا یا گاز عمدتاً در راستای محور کمپرسور حرکت می‌کند و این طراحی بیشتر در کمپرسورهای محوری (Axial Compressors) و کاربردهایی با دبی بسیار بالا مورد استفاده قرار می‌گیرد. در مقابل، در کمپرسورهای جریان شعاعی، سیال پس از ورود به پروانه در جهت شعاعی حرکت کرده و تحت تأثیر نیروی گریز از مرکز به سمت محیط پروانه هدایت می‌شود. به همین دلیل، این نوع کمپرسورها معمولاً با عنوان کمپرسورهای گریز از مرکز (Centrifugal Compressors) نیز شناخته می‌شوند.

برخلاف کمپرسورهای جابجایی مثبت که با محبوس‌کردن حجم مشخصی از سیال و کاهش حجم آن، فرایند تراکم را انجام می‌دهند، کمپرسورهای دینامیکی به‌صورت پیوسته به سیال انرژی منتقل می‌کنند. عملکرد این کمپرسورها به شرایط کاری سیستم، به‌ویژه فشار ورودی، فشار خروجی و دبی موردنیاز، وابستگی زیادی دارد. بنابراین، تغییر در فشار ورودی یا فشار موردنیاز سیستم می‌تواند باعث تغییر قابل‌توجه در دبی و نقطه عملکرد کمپرسور شود. به همین دلیل، هنگام انتخاب کمپرسور دینامیک باید شرایط عملیاتی و منحنی عملکرد دستگاه به‌دقت بررسی شود.

کمپرسورهای گریز از مرکزی – Centrifugal compressors

از مهم‌ترین ویژگی‌های کمپرسور گریز از مرکز، نحوه حرکت شعاعی گاز در بخش پروانه است. گاز از طریق ورودی پروانه وارد مرکز چرخ پروانه (Impeller) می‌شود و با چرخش سریع پروانه، انرژی جنبشی آن افزایش پیدا می‌کند. سپس گاز تحت تأثیر نیروی گریز از مرکز به سمت محیط پروانه حرکت می‌کند. پس از خروج از پروانه، گاز معمولاً از یک پخش‌کننده (Diffuser) و در برخی طراحی‌ها از محفظه حلزونی (Volute) عبور می‌کند. در این بخش، بخشی از انرژی جنبشی جریان به فشار استاتیک تبدیل می‌شود و شرایط برای ورود گاز به مرحله بعدی یا خروج از کمپرسور فراهم می‌گردد.

مراحل تراکم و خنک‌کاری بین‌مرحله‌ای

در کمپرسورهای چندمرحله‌ای، نسبت فشار ایجادشده در هر مرحله در تعیین نسبت فشار کلی کمپرسور نقش دارد. پس از عبور گاز از هر پروانه، سرعت آن می‌تواند به میزان قابل‌توجهی افزایش پیدا کند و به همین دلیل کنترل دمای گاز در مراحل مختلف اهمیت زیادی دارد.

دمای هوای ورودی به هر مرحله تأثیر مستقیمی بر چگالی گاز، توان موردنیاز و عملکرد کمپرسور دارد؛ به همین دلیل در برخی کمپرسورهای چندمرحله‌ای از خنک‌کاری بین‌مرحله‌ای (Intercooling) استفاده می‌شود. این فرایند باعث کاهش دمای گاز پیش از ورود به مرحله بعد شده و می‌تواند به بهبود شرایط تراکم و کاهش توان موردنیاز کمک کند.

پروانه کمپرسور گریز از مرکز

کمپرسورهای گریز از مرکز می‌توانند به‌صورت تک‌مرحله‌ای یا چندمرحله‌ای طراحی شوند و بسته به مدل و کاربرد، به فشارهای قابل‌توجهی دست پیدا کنند. پروانه کمپرسور نیز می‌تواند دارای طراحی باز یا بسته باشد و جنس آن با توجه به سرعت دوران، فشار، دما و نوع گاز انتخاب می‌شود.

آلیاژهای آلومینیوم و فولادهای آلیاژی از جمله موادی هستند که در ساخت پروانه‌های کمپرسورهای گریز از مرکز مورد استفاده قرار می‌گیرند. سرعت دوران این کمپرسورها نیز معمولاً بالا است و بسته به طراحی و کاربرد می‌تواند در محدوده چندین هزار تا ده‌ها هزار دور بر دقیقه قرار داشته باشد.

یاتاقان‌های کمپرسور گریز از مرکز

سرعت بالای محور و پروانه در کمپرسورهای گریز از مرکز باعث می‌شود انتخاب سیستم یاتاقان اهمیت زیادی داشته باشد. در برخی طراحی‌ها، به‌جای یاتاقان‌های ساچمه‌ای (Ball Bearings) از یاتاقان‌های تخت یا لغزشی (Plain/J​ournal Bearings) استفاده می‌شود.

یاتاقان‌های ساچمه‌ای نیز در برخی کمپرسورهای گریز از مرکز، به‌ویژه در طراحی‌های کوچک‌تر یا تک‌مرحله‌ای، کاربرد دارند. در کمپرسورهای چندمرحله‌ای، نحوه آرایش پروانه‌ها و طراحی محور می‌تواند به کنترل بارهای محوری ناشی از اختلاف فشار کمک کند و در برخی ساختارها از آرایش متقابل پروانه‌ها برای کاهش بار محوری استفاده می‌شود.

همچنین ظرفیت حجمی کمپرسور گریز از مرکز به نقطه عملکرد، شرایط ورودی و طراحی آخرین مرحله وابسته است؛ بنابراین نمی‌توان یک مقدار ثابت را به‌عنوان حداقل دبی برای تمام مدل‌ها در نظر گرفت و این مقدار باید بر اساس منحنی عملکرد و مشخصات سازنده بررسی شود.

آب‌بندی کمپرسور گریز از مرکز

هر کمپرسور گریز از مرکز باید به سیستم آب‌بندی مناسبی مجهز باشد تا نشتی گاز در محل عبور محور از پوسته کمپرسور به حداقل برسد. نوع آب‌بند با توجه به فشار، سرعت دوران، نوع گاز و شرایط عملیاتی انتخاب می‌شود.

از انواع متداول آب‌بندی می‌توان به آب‌بندهای لابیرینتی (Labyrinth Seals)، آب‌بندهای حلقوی یا کربنی، آب‌بندهای مکانیکی (Mechanical Seals) و در برخی کاربردهای تخصصی، آب‌بندهای گازی یا سیستم‌های آب‌بندی هیدرواستاتیکی اشاره کرد. انتخاب صحیح سیستم آب‌بندی علاوه بر کاهش نشتی، در حفظ راندمان، ایمنی و قابلیت اطمینان کمپرسور نیز اهمیت دارد.

کمپرسورهای محوری – Axial Compressor

یک کمپرسور محوری (Axial Compressor) دارای جریان محوری است؛ به این معنا که هوا یا گاز در امتداد محور چرخان کمپرسور و از میان ردیف‌هایی از پره‌های متحرک و ثابت عبور می‌کند.

پره‌های متحرک انرژی را به جریان منتقل کرده و سرعت هوا را افزایش می‌دهند. سپس پره‌های ثابت یا استاتورها (Stators) بخشی از انرژی جنبشی جریان را به فشار استاتیک تبدیل می‌کنند. تکرار این فرایند در مراحل مختلف باعث افزایش تدریجی فشار گاز در طول کمپرسور می‌شود.

در کمپرسورهای محوری معمولاً از سازوکارهای متعادل‌کننده مانند پیستون متعادل‌کننده (Balance Piston) برای کاهش نیروی محوری استفاده می‌شود.

این کمپرسورها به دلیل ساختار چندمرحله‌ای و توانایی عبور حجم بالایی از هوا یا گاز، برای کاربردهایی با دبی حجمی بالا و فشار نسبتاً متوسط تا بالا مناسب هستند و در تجهیزاتی مانند توربین‌های گازی و برخی واحدهای صنعتی و فرایندی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

مقدار دبی، فشار و نسبت فشار در کمپرسورهای محوری به تعداد مراحل، سرعت دوران، طراحی پره‌ها، شرایط ورودی و مشخصات هر دستگاه بستگی دارد. بنابراین، نمی‌توان مقادیر ثابتی مانند ۱۵ یا ۶۵ لیتر بر ثانیه، فشار ۱۴ بار یا نسبت فشار ۶ را برای تمام کمپرسورهای محوری به‌عنوان یک مقدار عمومی در نظر گرفت.

این مشخصات باید بر اساس کاتالوگ سازنده، شرایط کاری و منحنی عملکرد کمپرسور بررسی شوند تا دستگاه متناسب با دبی و فشار موردنیاز انتخاب شود.

در ویدیو زیر میتوانید نحوه عملکرد کمپرسور محوری را مشاهد کنید.

کمپرسورهای پیستونی بدون روغن (Oil-Free Piston Compressors) به‌گونه‌ای طراحی می‌شوند که فرایند تراکم بدون ورود روغن به محفظه تراکم انجام شود. در این نوع کمپرسور پیستونی معمولاً از رینگ‌های پیستون ساخته‌شده از پلی‌اتیلن یا کربن استفاده می‌شود تا اصطکاک کاهش یافته و نیاز به روان‌کاری روغنی در بخش تراکم از بین برود. در برخی مدل‌ها نیز سطح پیستون و سیلندر با طراحی یا پوشش مخصوص ساخته می‌شود تا عملکرد مناسب در شرایط بدون روغن حفظ شود.

در کمپرسورهای پیستونی بدون روغن بزرگ‌تر، ممکن است از یاتاقان‌های متحرک، واشرهای آب‌بندی و آب‌بندهای مخصوص در بخش‌های مکانیکی استفاده شود. همچنین، طراحی داخلی این کمپرسورها به‌گونه‌ای است که از انتقال روغن از محفظه روغن‌کاری به محفظه تراکم جلوگیری شود. این ساختار باعث می‌شود هوای فشرده تولیدشده در بخش تراکم، تماس مستقیم با روغن نداشته باشد.

در مدل‌های کوچک‌تر، ممکن است برای روان‌کاری یاتاقان‌ها و سایر اجزای مکانیکی از محفظه روغن‌کاری استفاده شود، درحالی‌که محفظه تراکم از روغن جدا باقی می‌ماند. به همین دلیل، کمپرسور پیستونی بدون روغن برای کاربردهایی که کیفیت هوای فشرده و کاهش آلودگی روغنی اهمیت دارد، گزینه مناسبی محسوب می‌شود.

کمپرسورهای دیافراگمی – Diaphragm compressors

کمپرسورهای دیافراگمی (Diaphragm Compressors) یکی دیگر از انواع کمپرسورهای جابجایی مثبت هستند که در آن‌ها فرایند تراکم با حرکت یک دیافراگم انعطاف‌پذیر انجام می‌شود. این دیافراگم می‌تواند به‌صورت مکانیکی یا هیدرولیکی به حرکت درآمده و با تغییر حجم محفظه، موجب فشرده‌شدن هوا یا گاز شود.

کمپرسورهای دیافراگمی مکانیکی معمولاً برای دبی‌های پایین و فشارهای کاری محدود مورد استفاده قرار می‌گیرند و در برخی کاربردها نیز به‌عنوان پمپ خلأ به کار می‌روند. در مقابل، کمپرسورهای دیافراگمی هیدرولیکی برای کاربردهایی که به فشارهای بالاتر نیاز دارند، گزینه مناسب‌تری هستند.

یکی از ویژگی‌های مهم کمپرسور دیافراگمی، جداسازی گاز از بخش‌های مکانیکی و روان‌کاری کمپرسور است. به همین دلیل، این نوع کمپرسور در برخی کاربردهای حساس که جلوگیری از آلودگی گاز اهمیت دارد، مورد استفاده قرار می‌گیرد.

همچنین بخوانید :آشنایی با کیت تعمیراتی اطلس کوپکو

کمپرسورهای مارپیچی – Screw compressors

اصول اولیه کمپرسور اسکرو یا کمپرسور جابجایی مثبت چرخشی با دو روتور مارپیچی از دهه ۱۹۳۰ توسعه پیدا کرد. هدف از توسعه این فناوری، دستیابی به کمپرسوری با ظرفیت بالا، جریان هوای پیوسته و عملکرد پایدار در شرایط کاری مختلف بود.

امروزه کمپرسورهای اسکرو یکی از انواع پرکاربرد کمپرسورهای جابجایی مثبت در سیستم‌های تولید هوای فشرده هستند.

اجزای اصلی بخش هواساز کمپرسور اسکرو شامل روتور نر و روتور ماده است. این روتورها درون محفظه هواساز در جهت مخالف یکدیگر می‌چرخند و هوا را در فضای بین روتورها و پوسته محبوس می‌کنند.

با ادامه چرخش روتورها، حجم فضای محبوس کاهش یافته و در نتیجه فشار هوا افزایش پیدا می‌کند. سپس هوای فشرده‌شده از مسیر خروجی هواساز خارج می‌شود.

یکی از مشخصات مهم هواساز اسکرو، نسبت فشار داخلی آن است که به عواملی مانند طول روتورها، هندسه دندانه‌ها، فاصله بین آن‌ها و طراحی مجرای خروجی بستگی دارد.

برای دستیابی به عملکرد مناسب، نسبت فشار داخلی کمپرسور باید با فشار کاری موردنیاز سیستم هماهنگ باشد. عدم تطابق این دو می‌تواند باعث افزایش تلفات انرژی و کاهش راندمان کمپرسور شود.

در بررسی اینکه کمپرسور چیست و چگونه کار می‌کند، کمپرسور اسکرو به دلیل نداشتن شیرهای مکش و تخلیه در مسیر تراکم و همچنین نبود حرکت رفت‌وبرگشتی، ساختاری متفاوت با کمپرسورهای پیستونی دارد.

این ویژگی باعث می‌شود کمپرسور اسکرو بتواند با سرعت دوران بالا کار کند و در ابعاد نسبتاً فشرده، دبی هوای قابل‌توجهی تولید کند.

در زمان کار کمپرسور اسکرو، به دلیل اختلاف فشار میان ورودی و خروجی، نیروی محوری به روتورها وارد می‌شود. این نیرو باید توسط یاتاقان‌های مناسب تحمل و کنترل شود تا عملکرد پایدار و عمر مفید هواساز حفظ شود.

طراحی روتورهای اسکرو نیز در طول زمان توسعه یافته و امروزه مدل‌های مختلفی با هندسه و شکل‌های مارپیچی متفاوت برای دستیابی به راندمان بالاتر و شرایط کاری گوناگون مورد استفاده قرار می‌گیرند.

کمپرسورهای اسکرول بدون روغن کاری – Non-lubricated scroll compressors

نخستین کمپرسورهای اسکرو خشک دارای روتورهایی با شکل متقارن بودند و در محفظه تراکم آن‌ها از روغن یا مایع روان‌کار استفاده نمی‌شد. به همین دلیل، این کمپرسورها با عنوان کمپرسورهای اسکرو بدون روغن یا خشک شناخته شدند.

در اواخر دهه ۱۹۶۰، نسل جدیدی از کمپرسورهای اسکرو خشک با سرعت دوران بالا و روتورهای نامتقارن توسعه پیدا کرد. طراحی نامتقارن روتورها باعث کاهش نشتی داخلی و در نتیجه افزایش قابل‌توجه راندمان کمپرسور شد.

در کمپرسورهای اسکرو خشک، معمولاً از چرخ‌دنده‌های هماهنگ‌کننده برای تنظیم حرکت روتورها استفاده می‌شود. این چرخ‌دنده‌ها باعث می‌شوند روتورهای نر و ماده در جهت مخالف یکدیگر و با فاصله مشخص بچرخند.

از آنجا که روتورها با یکدیگر و همچنین با محفظه تراکم تماس مستقیم ندارند، نیازی به ورود روغن به محفظه تراکم وجود ندارد. در نتیجه، هوای فشرده تولیدشده از نظر آلودگی روغنی بسیار پاک است و این ویژگی باعث شده کمپرسورهای اسکرو خشک در کاربردهایی که کیفیت هوای فشرده اهمیت زیادی دارد، مورد استفاده قرار گیرند.

روتورهای کمپرسور و محفظه تراکم باید با دقت بسیار بالایی طراحی و ساخته شوند تا نشتی داخلی هوا به حداقل برسد. با افزایش اختلاف فشار بین ورودی و خروجی، دمای هوای فشرده نیز افزایش پیدا می‌کند و این موضوع می‌تواند نسبت فشار قابل‌دستیابی در هر مرحله را محدود کند.

به همین دلیل، کمپرسورهای اسکرو خشک برای دستیابی به نسبت فشارهای بالاتر معمولاً به‌صورت چندمرحله‌ای طراحی می‌شوند. در این ساختار، هوا پس از تراکم در یک مرحله، پیش از ورود به مرحله بعدی خنک می‌شود تا شرایط مناسب‌تری برای ادامه فرایند تراکم فراهم شود.

کمپرسورهای پیچ روتاری تزریق روغن – OIL-INJECTED ROTARY SCREW COMPRESSORS

در کمپرسورهای اسکرو روغنی، مایعی با هدف روان‌کاری و خنک‌کاری به محفظه تراکم و در بسیاری از طراحی‌ها به بخش یاتاقان‌ها تزریق می‌شود. این مایع علاوه بر روان‌کاری و خنک‌کاری کمپرسور، با پرکردن بخشی از فضای بین روتورها و پوسته به کاهش نشتی داخلی و بهبود فرایند تراکم نیز کمک می‌کند.

امروزه روغن به دلیل داشتن خواص مناسب روان‌کاری، رایج‌ترین مایع مورد استفاده در کمپرسورهای اسکرو تزریقی است؛ بااین‌حال، در برخی طراحی‌ها از مایعات دیگری مانند آب نیز استفاده می‌شود. کمپرسورهای اسکرو تزریقی می‌توانند برای دستیابی به نسبت فشارهای بالا طراحی شوند و در برخی مدل‌ها، یک مرحله تراکم می‌تواند فشاری در حدود ۱۳ بار ایجاد کند؛ البته مقدار دقیق فشار به طراحی کمپرسور و شرایط کاری آن بستگی دارد.

کمپرسور دندانه‌دار – Tooth compressor

واحد هواساز در کمپرسور دندانه‌ای (Tooth Compressor) از دو روتور تشکیل شده است که درون محفظه تراکم و در جهت مخالف یکدیگر می‌چرخند. این روتورها به‌وسیله چرخ‌دنده‌های هماهنگ‌کننده با یکدیگر هم‌زمان می‌شوند و با حرکت هماهنگ خود، حجم مشخصی از هوا را در فضای بین روتورها و محفظه تراکم محبوس می‌کنند.

فرایند تراکم مستقیماً به حرکت روتورها وابسته است و شامل سه مرحله مکش، تراکم و رانش می‌شود. در مرحله مکش، چرخش روتورها باعث بازشدن مسیر ورودی و ورود هوا به محفظه تراکم می‌شود. با ادامه چرخش روتورها، مسیر ورودی بسته شده و حجم هوای محبوس‌شده به‌تدریج کاهش پیدا می‌کند. این کاهش حجم باعث افزایش فشار هوا در محفظه تراکم می‌شود.

با ادامه چرخش روتورها، فضای حاوی هوای متراکم‌شده به سمت خروجی حرکت می‌کند. زمانی که هندسه روتورها مسیر خروجی را باز می‌کند، مرحله رانش آغاز شده و هوای فشرده‌شده از محفظه تراکم خارج می‌شود. به این ترتیب، حرکت پیوسته و هماهنگ دو روتور، چرخه مکش، تراکم و رانش را به‌صورت متوالی تکرار می‌کند و جریان پیوسته‌ای از هوای فشرده ایجاد می‌شود.

مکش و رانش هوا در این نوع کمپرسور به‌صورت شعاعی انجام می‌شود. این ساختار علاوه بر کمک به بهبود شرایط ورود هوا به محفظه تراکم، می‌تواند امکان استفاده از طراحی ساده‌تر یاتاقان‌ها را فراهم کند.

در کمپرسورهای دندانه‌ای بدون روغن، نسبت فشار قابل‌دستیابی در هر مرحله محدود است؛ بنابراین برای دستیابی به فشارهای بالاتر، ممکن است از چند مرحله تراکم استفاده شود. مقدار نسبت فشار هر مرحله به هندسه روتورها، سرعت دوران، شرایط ورودی و طراحی محفظه تراکم بستگی دارد و باید بر اساس مشخصات فنی سازنده تعیین شود.

حلزونی (Scroll) – Scroll Compressor

کمپرسور اسکرال (Scroll Compressor) یکی از انواع کمپرسورهای جابجایی مثبت و از گروه کمپرسورهای مارپیچی بدون روغن است. در این نوع کمپرسور، هوا با محبوس‌شدن در فضاهای ایجادشده بین دو حلزونی و کاهش تدریجی حجم این فضاها، فشرده می‌شود.

واحد هواساز کمپرسور اسکرال از یک حلزونی ثابت و یک حلزونی متحرک تشکیل شده است. دو حلزونی با اختلاف فاز ۱۸۰ درجه نسبت به یکدیگر قرار می‌گیرند و مجموعه‌ای از محفظه‌های بسته با حجم متغیر ایجاد می‌کنند. حلزونی متحرک به‌وسیله یک میل‌لنگ با کورس کوتاه حرکت داده می‌شود و به‌صورت مداری در اطراف مرکز حلزونی ثابت حرکت می‌کند.

با حرکت مداری حلزونی متحرک، هوا از ورودی بخش بالایی کمپرسور وارد محفظه‌های ایجادشده بین دو حلزونی می‌شود. سپس این محفظه‌ها به‌تدریج به سمت مرکز حرکت کرده و حجم آن‌ها کاهش می‌یابد؛ در نتیجه، هوای محبوس‌شده به‌صورت پیوسته متراکم می‌شود. با رسیدن محفظه متراکم‌شده به مرکز، هوای فشرده از طریق دریچه خروجی و سوپاپ یک‌طرفه از کمپرسور خارج می‌شود.

هندسه دو حلزونی و حرکت مداری حلزونی متحرک باعث می‌شود فرایند مکش و تراکم به‌صورت پیوسته انجام شود. در نتیجه، جریان خروجی کمپرسور اسکرال نسبت به بسیاری از کمپرسورهای رفت‌وبرگشتی یکنواخت‌تر است و تغییرات ضربانی و ارتعاشات مکانیکی کمتری ایجاد می‌کند.

به دلیل نبود حرکت رفت‌وبرگشتی مستقیم و همچنین یکنواخت‌بودن فرایند تراکم، کمپرسور اسکرال می‌تواند با صدای کم، ارتعاش پایین و جریان هوای نسبتاً پایدار کار کند. به همین دلیل، این نوع کمپرسور در کاربردهایی که کیفیت هوای فشرده، صدای کم و عملکرد پایدار اهمیت دارد، مورد استفاده قرار می‌گیرد.

پره‌ای – Vane compressor

کمپرسور پره‌ای (Vane Compressor) یکی از انواع کمپرسورهای جابجایی مثبت دورانی است که در بسیاری از طراحی‌ها به‌صورت روغن‌کاری‌شونده ساخته می‌شود. در این کمپرسور، یک روتور دارای پره‌های متحرک شعاعی به‌صورت خارج از مرکز درون محفظه استاتور قرار دارد. با چرخش روتور، پره‌ها تحت تأثیر نیروی گریز از مرکز به سمت دیواره داخلی استاتور حرکت کرده و فضای بین دو پره، روتور و استاتور را به محفظه‌های تراکم مجزا تقسیم می‌کنند.

با ادامه چرخش روتور، چرخه تراکم از مکش هوا آغاز می‌شود؛ به‌گونه‌ای که در بخشی از مسیر، به دلیل افزایش فاصله میان روتور و استاتور، حجم محفظه بین پره‌ها افزایش یافته و هوا از طریق مجرای ورودی به داخل آن کشیده می‌شود. با حرکت بیشتر روتور، این محفظه از مسیر ورودی جدا شده و هوای مکش‌شده بین پره‌ها محبوس می‌شود. سپس، به دلیل خارج از مرکز بودن روتور، فاصله میان روتور و استاتور در ادامه مسیر کاهش می‌یابد و حجم محفظه به‌تدریج کوچک‌تر می‌شود؛ در نتیجه، هوا بدون خروج از محفظه متراکم شده و فشار آن افزایش پیدا می‌کند. در ادامه، هنگامی که محفظه متراکم‌شده به مجرای خروجی می‌رسد، مسیر دهش باز شده و هوای فشرده از کمپرسور خارج می‌شود.

این چرخه با چرخش مداوم روتور به‌طور پیوسته تکرار می‌شود؛ بنابراین در هر دور، برخی محفظه‌ها در مرحله مکش، برخی در مرحله تراکم و برخی در مرحله تخلیه قرار دارند. به این ترتیب، تغییر تدریجی حجم محفظه‌ها از افزایش حجم در ورودی تا کاهش حجم در مسیر خروجی، ارتباط مستقیم میان حرکت روتور، مکش، تراکم و تخلیه هوا را در کمپرسور پره‌ای ایجاد می‌کند.

کمپرسور حلقه روغنی – Liquid-ring compressor

کمپرسور حلقه مایع (Liquid-Ring Compressor) یکی از انواع کمپرسورهای جابجایی مثبت است که از یک روتور پره‌دار و مقداری مایع برای انجام فرایند تراکم استفاده می‌کند. روتور دارای پره‌های ثابت است و به‌صورت خارج از مرکز درون محفظه کمپرسور قرار می‌گیرد. با چرخش روتور، مایع موجود در محفظه تحت تأثیر نیروی گریز از مرکز به سمت دیواره‌ها حرکت کرده و حلقه‌ای از مایع در اطراف روتور تشکیل می‌دهد.

از آنجا که روتور در محفظه‌ای با هندسه مناسب و به‌صورت خارج از مرکز قرار گرفته است، فاصله میان روتور و حلقه مایع در طول چرخش تغییر می‌کند. در نتیجه، فضای بین پره‌ها به‌صورت متناوب افزایش و کاهش می‌یابد. در بخشی که حجم این فضا افزایش پیدا می‌کند، هوا یا گاز از طریق مجرای ورودی به داخل کشیده می‌شود و سپس با ادامه چرخش روتور، در فضای بین پره‌ها و حلقه مایع محبوس می‌ماند. با کاهش تدریجی حجم این فضا، گاز متراکم شده و فشار آن افزایش می‌یابد. در ادامه، هنگامی که محفظه به مجرای خروجی می‌رسد، گاز فشرده‌شده از کمپرسور تخلیه می‌شود و این چرخه با چرخش مداوم روتور تکرار می‌گردد.

در بسیاری از طراحی‌ها، کمپرسور دارای دو محفظه تراکم متقارن در دو طرف روتور است. این آرایش می‌تواند به متعادل‌شدن نیروهای شعاعی واردشده به مجموعه و کاهش بار وارد بر یاتاقان‌ها کمک کند.

یکی از ویژگی‌های مهم کمپرسور حلقه مایع، خنک‌کاری مستقیم گاز در هنگام تراکم است. مایع در تماس مستقیم با گاز قرار دارد و گرمای ایجادشده در فرایند تراکم را جذب می‌کند؛ بنابراین افزایش دمای گاز فشرده‌شده می‌تواند نسبتاً محدود باشد. البته تماس مداوم مایع با قطعات دوار باعث ایجاد تلفات ناشی از اصطکاک و گرانروی می‌شود و این موضوع باید در طراحی و انتخاب کمپرسور مورد توجه قرار گیرد.

مایع مورد استفاده در بسیاری از کمپرسورهای حلقه مایع آب است و گاز خروجی نیز در حین فرایند می‌تواند به بخار مایع مورد استفاده در سیستم، معمولاً بخار آب، آغشته یا اشباع شود. در کاربردهای خاص، بسته به نوع گاز و شرایط فرایند، می‌توان از مایعات دیگری نیز استفاده کرد؛ برای مثال، انتخاب مایع مناسب می‌تواند به جذب برخی ا

کمپرسورهای فرایندی

کمپرسورهای فرایندی (Process Compressors) در صنایع نفت، گاز و پتروشیمی برای افزایش فشار گازهای فرایندی و انتقال آن‌ها در بخش‌های مختلف واحدهای صنعتی استفاده می‌شوند. این کمپرسورها در مراحل استخراج نفت و گاز، برای افزایش فشار گاز و انتقال آن به خطوط لوله یا استفاده در فرایندهای تزریق به چاه کاربرد دارند و در پالایشگاه‌ها و واحدهای فرایندی نیز برای فشرده‌سازی و انتقال گاز مورد استفاده قرار می‌گیرند.

گازهای فرایندی می‌توانند ترکیبی از هیدروکربن‌ها و ترکیباتی مانند سولفید هیدروژن (H₂S) و دی‌اکسید کربن (CO₂) باشند. ترکیب گاز، فشار و دمای کاری و همچنین وجود ترکیبات خورنده یا آلاینده در آن، از عوامل مهم در انتخاب و طراحی کمپرسور فرایندی محسوب می‌شوند. به همین دلیل، کمپرسور باید متناسب با مشخصات گاز و شرایط عملیاتی واحد انتخاب شود.

از کمپرسورهای مورد استفاده در این صنایع می‌توان به کمپرسورهای اسکرو و کمپرسورهای رفت‌وبرگشتی اشاره کرد. کمپرسورهای اسکرو فرایندی معمولاً بر اساس الزامات استاندارد API 619 طراحی می‌شوند، درحالی‌که کمپرسورهای رفت‌وبرگشتی فرایندی تحت الزامات API 618 طراحی و ساخته می‌شوند. انتخاب میان این دو نوع به عواملی مانند دبی، فشار موردنیاز، ترکیب گاز، شرایط فرایندی و الزامات عملیاتی واحد بستگی دارد.

هایپر کمپرسور-کمپرسورهای فوق فشاربالا – Hypercompressor

هایپرکمپرسور چیست و چه کاربردی دارد؟

پس از جنگ جهانی دوم، با افزایش نیاز صنعت به تولید پلی‌اتیلن با چگالی پایین (LDPE)، نیاز به کمپرسورهایی با قابلیت ایجاد فشارهای بسیار بالا نیز افزایش یافت. در فرایند تولید LDPE، اتیلن برای پلیمریزاسیون به کمک کمپرسورهای رفت‌وبرگشتی ویژه تا فشارهای بسیار بالا، در برخی فرایندها حدود ۳۵۰۰ بار (۳۵۰ مگاپاسکال)، فشرده می‌شود. این کمپرسورها هایپرکمپرسور (Hypercompressor) نامیده می‌شوند.

هایپرکمپرسورها از نوع کمپرسورهای رفت‌وبرگشتی با طراحی ویژه هستند و برای ساخت قطعات آن‌ها از مواد مقاوم مانند فولادهای آلیاژی نیکل-کروم-مولیبدن و کاربید تنگستن تف‌جوشی‌شده استفاده می‌شود. به دلیل فشار بسیار بالا و قابل‌اشتعال بودن اتیلن، بهره‌برداری از این تجهیزات نیازمند رعایت دقیق الزامات ایمنی است.

در مقابل، تولید پلی‌اتیلن خطی با چگالی پایین (LLDPE) با فناوری‌های کم‌فشار انجام می‌شود و در برخی فرایندها فشار عملیاتی آن کمتر از ۲۰ بار (۲ مگاپاسکال) است. بنابراین، برخلاف LDPE که به تجهیزات فشاربالا و هایپرکمپرسور نیاز دارد، در تولید LLDPE معمولاً از تجهیزات تراکم با فشار بسیار پایین‌تر استفاده می‌شود.

کمپرسورهای کمکی – Booster compressor

کمپرسور کمکی (Booster Compressor) کمپرسوری است که هوای فشرده موجود را دریافت کرده و فشار آن را تا سطح بالاتری افزایش می‌دهد. این کمپرسورها معمولاً برای جبران افت فشار در خطوط لوله طولانی یا تأمین فشار بالاتر در فرایندهای صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

فرایند تراکم در کمپرسور کمکی می‌تواند به‌صورت تک‌مرحله‌ای یا چندمرحله‌ای انجام شود و این کمپرسورها بسته به شرایط کاری می‌توانند از نوع دینامیکی یا جابجایی مثبت باشند. بااین‌حال، کمپرسورهای پیستونی از رایج‌ترین گزینه‌ها در کاربردهای فشاربالا هستند.

با افزایش نسبت فشار، توان موردنیاز کمپرسور کمکی نیز افزایش می‌یابد. انتخاب نوع کمپرسور و تعداد مراحل تراکم به فشار ورودی، فشار خروجی، دبی موردنیاز و شرایط عملیاتی سیستم بستگی دارد.

کمپرسورهای Oil free

در این نوع کمپرسورها، فرایند خنک‌کاری می‌تواند با استفاده از آب یا هوا انجام شود. یکی از ویژگی‌های مهم کمپرسورهای آب‌تزریقی (Water-Injected) یا همان کمپرسور اویل فری (oil free)، نبود روغن در محفظه تراکم است؛ بنابراین روغن کمپرسور وارد فرایند فشرده‌سازی نمی‌شود و هوای فشرده تولیدشده آلودگی روغنی بسیار کمتری خواهد داشت. آب تزریق‌شده به دلیل ظرفیت بالای جذب گرما، گرمای ایجادشده در اثر فشرده‌شدن هوا را جذب کرده و دمای فرایند تراکم را کاهش می‌دهد.

پایین‌بودن دمای هوا در هنگام تراکم باعث می‌شود فرایند فشرده‌سازی به شرایط تراکم هم‌دما نزدیک‌تر شود. در این شرایط، افزایش دمای گاز محدودتر شده و انرژی موردنیاز برای رسیدن به فشار مشخص می‌تواند کاهش پیدا کند. به همین دلیل، استفاده از آب در برخی کمپرسورهای بدون روغن علاوه بر خنک‌کاری، می‌تواند به بهبود شرایط تراکم و افزایش بازده فرایند کمک کند.

کمپرسور باد سایلنت – Silent air compressor

کمپرسورهای باد موجود در بازار را می‌توان از نظر میزان صدای تولیدشده به دو گروه معمولی و سایلنت یا کم‌صدا تقسیم کرد. کمپرسورهای باد معمولی به دلیل صدای بیشتر در زمان کار، بیشتر برای کارگاه‌ها، تعمیرگاه‌ها، محیط‌های صنعتی و فضاهایی استفاده می‌شوند که وجود صدای کمپرسور محدودیت زیادی ایجاد نمی‌کند. این مدل‌ها معمولاً زمانی انتخاب می‌شوند که ظرفیت هوادهی، فشار کاری و کاربری صنعتی اهمیت بیشتری از میزان صدای تولیدشده داشته باشد.

در مقابل، کمپرسورهای باد سایلنت با طراحی مناسب برای کاهش صدا و ارتعاش، صدای بسیار کمتری نسبت به مدل‌های معمولی ایجاد می‌کنند. به همین دلیل برای محیط‌هایی که آرامش و کنترل آلودگی صوتی اهمیت دارد، مانند مطب‌های دندان‌پزشکی، مراکز درمانی، آزمایشگاه‌ها، دفاتر و برخی فضاهای خانگی، کاربرد بیشتری دارند.

تفاوت اصلی این دو نوع کمپرسور در میزان صدای تولیدشده و شرایط مناسب استفاده از آن‌هاست. بنابراین انتخاب بین کمپرسور معمولی و سایلنت باید بر اساس محل نصب، میزان استفاده، فشار و دبی موردنیاز و همچنین حساسیت محیط به صدا انجام شود.

استانداردهای مرتبط با کمپرسورها

استانداردهای مختلفی برای طراحی، طبقه‌بندی، آزمون عملکرد و ارزیابی کمپرسورها وجود دارد. از مهم‌ترین آن‌ها می‌توان به ISO 1217 برای آزمون‌های پذیرش و ارزیابی عملکرد کمپرسورهای جابجایی مثبت، ISO 5389 برای آزمون عملکرد توربوکمپرسورها و ISO 8573 برای طبقه‌بندی کیفیت هوای فشرده اشاره کرد. همچنین در بخش تجهیزات و سیستم‌های مرتبط با هوای فشرده، استاندارد ISO 7183 برای مشخصات و آزمون عملکرد خشک‌کن‌های هوای فشرده مورد استفاده قرار می‌گیرد.

رعایت استانداردهای مرتبط می‌تواند به مقایسه دقیق‌تر عملکرد کمپرسورها، انتخاب تجهیزات متناسب با شرایط کاری و افزایش ایمنی و قابلیت اطمینان سیستم کمک کند. البته استاندارد موردنیاز باید بر اساس نوع کمپرسور، کاربرد، فشار و دبی کاری و الزامات پروژه انتخاب شود.

جمع‌بندی

کمپرسورها از تجهیزات اصلی در بسیاری از صنایع هستند و بر اساس روش تراکم، ساختار داخلی و شرایط کاری در انواع مختلفی تولید می‌شوند. کمپرسورهای پیستونی، اسکرو، پره‌ای، حلقه مایع، گریز از مرکز، محوری و انواع کمپرسورهای فرایندی و کمکی، هرکدام برای شرایط و کاربردهای مشخصی طراحی شده‌اند.

انتخاب کمپرسور مناسب باید بر اساس عواملی مانند فشار و دبی موردنیاز، نوع گاز، دمای کاری، کیفیت هوای موردنیاز، شرایط محیطی و نحوه استفاده از دستگاه انجام شود. بنابراین، شناخت نحوه عملکرد و تفاوت انواع کمپرسورها نقش مهمی در انتخاب صحیح، کاهش مصرف انرژی و افزایش طول‌عمر تجهیزات دارد.

منابع

• ویکی‌پدیا – کمپرسور
• اطلس کوپکو – Atlas Copco
• ISO 1217 – Displacement Compressors — Acceptance Tests
• ISO 5389 – Turbo-compressors — Performance Test Code
• ISO 7183 – Compressed-air Dryers — Specifications and Testing
• ISO 8573 – Compressed Air — Contaminants and Purity Classes
• Atlas Copco – Compressed Air Manual