معرفی کمپرسور و انواع آن

کمپرسور

کمپرسور را می توان از جمله دستگاه های مکانیکی بسیار مشهور دانست که امروزه، در صنایع کوچک و بزرگ ، بسیار کاربرد دارد. در واقع می توان گفت که کار کمپرسور، ایجاد نیروی مکش لازم برای مکیدن گاز مبرد از اواپرتور، و پس از آن، متراکم نمودن گاز و بعد، فرستادن گاز به کندانسور است. در کمپرسور، گاز به مایع تبدیل می شود. مکندگی کمپرسور، باعث می شود که گاز از سمت راست فشار قوی منتقل شود و حجم گازی که می بایست متراکم گردد، بستگی بسیاری به میزان حرکت پیستون کمپرسور دارد.

انواع متفاوت کمپرسور

کمپرسورها را می توان در انواع مختلفی طبقه بندی نمود. دسته بندی های بسیاری برای کمپرسورها وجود دارد که کمپرسور را بر مبنای ویژگی های مختلف آن، می توان طبقه بندی نمود. در یکی از معمول ترین این طبقه بندی ها، کمپرسورها ، بر پایه ویژگی های مختلف، قابل طبقه بندی هستند. به طور کلی می توان کمپرسورها را به صورت زیر طبقه بندی کرد:

• کمپرسور دینامیکی

کمپرسورهای دینامیکی از جمله کمپرسورهایی هستند که انتقال انرژی به سیال را به طور پیاپی انجام می دهند. کمپرسورهای دینامیکی را می تواند در فشار پایین و دبی بالاتر ، استفاده نمود. کمپرسورهای دینامیکی نیز ، خود در دو طرح موجود هستند: کمپرسورهای دینامیکی محوری و کمپرسورهای دینامیکی شعاعی.

کمپرسورهای دینامیکی با طرح شعاعی، معمولاً با نام کمپرسورهای توربینی یا کمپرسورهای توربین شعاعی، شناخته می شوند و طرح های شعاعی کمپرسورها، به عنوان کمپرسورهای گریز از مرکز نیز  معروف شده است.

همانطور که می دانیم کمپرسورهای جابه جایی، با جریان ثابت کار می کند در حالی که کمپرسورهای دینامیکی، معمولا  با فشار ثابت، به کار خود ادامه می دهد. عملکرد کمپرسور دینامیکی، بسیار تحت تاثیر شرایط خارجی قرار می گیرد و هرگونه تغییر جزئی در فشار ورودی، باعث می شود که در ظرفیت کمپرسور، تغییرات بسیاری ایجاد گردد.

اکنون به معرفی عملکرد انواع کمپرسورهای دینامیکی می پردازیم.

• کمپرسور جریان شعاعی (کمپرسورهای Centrifugal)

ویژگی بسیار مهم این نوع کمپرسورها، که به نام کمپرسورهای گریز از مرکز نیز شناخته می شوند، جریان شعاعی موجود در آن است. در این نوع کمپرسورها، هوا با استفاده از پرده های شعاعی وارد مرکز پروانه دواری شده و توسط نیروهای گریز از مرکز، به سمت محیط پروانه دوار رفته و به بخش بیرونی کمپرسور، پرتاب می گردد.

نکته حائز اهمیت در مورد کمپرسورهای جریان شعاعی یا سانتریفیوژال، این است که پیش از این که هوا به مرکز پروانه دوار بعدی انتقال داده شود، می بایست از یک پخش کننده و یا یک محفظه حلزونی شکل ، انتقال داده شود و در این محفظه، می بایست تبدیل انرژی جنبشی به فشار استاتیک، انجام گیرد.

نسبت فشار کلی کمپرسور نیز کاملا مشخص است. پس از هر پروانه دوار، می توان مشاهده کرد سرعت هوا، به طور خیره کننده ای در حال افزایش است. دمای هوا در قسمت ورودی هر کدام از مراحل، نقش بسیار برجسته ای در مقتضیات توان کمپرسور دارد و به همین دلیل است که نیاز است بین هر مرحله، خنک کاری به درستی انجام گیرد.

در کمپرسورهای شعاعی، نیاز است که از آب بندهای مختلفی بهره گرفته شود و پیشرفته ترین این آب بندها در کمپرسورهای پر سرعت، که وظیفه تامین فشارهای بالا را برعهده دارند، مورد استفاده قرار می گیرند. آب بندهای بسیاری در بازار وجود دارند و از جمله معمول ترین آب بندهای چهارگانه، می توان به آب بندهای لابیرینتی، آب بندهای حلقوی و آب بندهای مکانیکی و همین طور آب بندهای هیدرواستاتیکی اشاره نمود. کمپرسورهای سانتریفیوژ، در موتورهای درون سوز و در نقش سوپر شارژ و توربوشارژ، به کار برده می شوند. کمپرسورهای سانتریفیوژ را می توان در موتورهای توربین گاز کوچک نیز به کار برد و البته این نوع کمپرسورها به عنوان مرحله نهایی تراکم در توربین های گاز متوسط نیز قابل استفاده هستند.

1-2 کمپرسور جریان محوری (Axial)

کمپرسورهای Axial یا محوری، جریان محوری ثابتی دارند و هوا یا گاز ، از بین ردیف های مختلف و از میان پره های ثابت و پره های متحرک، حرکت می کنند و در امتداد محور گردان کمپرسور، به خوبی جابه جا می شوند. بدین ترتیب می توان مشاهده نمود که سرعت هوا به تدریج، افزایش می یابد البته این افزایش سرعت هوا به این دلیل است که پره های ثابت، انرژی جنبشی را به فشار تبدیل می کند و باعث افزایش سرعت هوا می شود. در کمپرسورهای جریان محوری یا Axial، می توان پایین ترین میزان حجم را چیزی در حدود S/15 در نظر گرفت. به طور معمول، یک استوانه تنظیم کننده ای در کمپرسور، می بایست تعبیه شود تا به خوبی نیروی فشار محوری را متعادل نماید. کمپرسورهای گریز از مرکز، سایز بسیار کوچکتری نسبت به کمپرسورهای دیگر دارد و معمولا سرعتی در حدود 25 درصد بالاتر از سایر کمپرسورها دارد. این گونه کمپرسورها برای میزان جریان حجمی بسیار بالا در فشار تقریبا متوسط، به کار برده می شوند.

در شکل ذیل می توان به صورت شماتیک، یک کمپرسور محوری را مشاهده نمود:

2- کمپرسور جابه جایی مثبت

در این گونه کمپرسورها، انتقال انرژی به سیال، به صورت کاملا متناوب و یا به صورت دوره ای ، قابل انجام است. می توان مشاهده کرد که قدرت تراکم در کمپرسورهای جابه جایی مثبت، به مراتب بیشتر از کمپرسورهای دینامیکی دیگر است. البته، دبی این گونه کمپرسورها نیز کمتر از سایر انواع کمپرسورها می باشد. نیروی محرکه کمپرسورها، بستگی زیادی به قدرت آن ها دارد و این نیروی محرکه هم می تواند از نوع الکتروموتور و هم از نوع دیزلی باشد. خصوصیت کمپرسورهای جابه جایی مثبت، به این صورت است که حجم معینی از گاز یا هوا را کاملا در انحصار خود در آورد و پس از آن، با کاهش دادن منطقه حجم محصور شده، می تواند فشار را تاحد معینی افزایش دهد.

کمپرسورهای جابه جایی مثبت نیز انواع مختلفی دارند که در ذیل، انواع مختلف کمپرسورهای جابه جایی مثبت را معرفی می نماییم.

2-1 کمپرسورهای رفت و برگشتی (Reciprocating compressors)

کمپرسورهای از نوع سیلندر پیستونی را می توان از جمله قدیمی ترین و معمول ترین کمپرسورها دانست. این نوع کمپرسورها در دو شکل وجود دارند ، به صورت دو طرفه و یا به صورت یک طرفه. قطعات کمپرسورهای رفت و برگشتی می توانند کاملا روغن کاری شوند و یا این که روغن کاری روی آن ها صورت نگیرد. به طور کلی کمپرسورهای از نوع رفت و برگشتی، از لحاظ تعداد سیلندر و همین طور شکل بندی V,L شکل به انواع مختلفی دسته بندی می شوند.

کمپرسورهای رفت و برگشتی، از نوع ثابت، قابل حمل و نقل تک مرحله ای ، و یا چند مرحله ای نیز می باشند و می توانند با استفاده از موتورالکتریکی یا موتور احتراق داخلی، کار کنند. معمولا کمپرسورهای رفت و برگشتی کوچک، می توانند با 5 تا 30 اسب بخار، و به صورت متناوب به کار خود ادامه دهند. کمپرسورهای رفت و برگشتی بزرگی نیز وجود دارد که با بیشتر از هزار اسب بخار کار می کنند و معمولا در کاربردهای بزرگ صنعتی و نفتی نیز مورد استفاده قرار می گیرند. فشار تخلیه را می توان به گونه ای در نظر گرفت که هم فشار بسیار پایین و هم فشار بسیار بالا را می تواند در بر گیرد.

کمپرسورهایی که در مصارف خانگی و یا تجاری به کار برده می شوند، می توانند از نوع رفت و برگشتی باشند و با 5.1 اسب بخار یا کمتر، به یک تانک گیرنده و یا receiver tank، متصل می گردند.

2-1-1 کمپرسورهای پیستونی تک مرحله ای

کمپرسورهای تک مرحله ای پیستونی، گونه ای از کمپرسورها هستند که در آن، مبرد تنها در یک طرف پیستون فشرده می شود.

2-1-2 کمپرسورهای دو مرحله ای

در این نوع کمپرسورها، پیستون پس از تراکم در قسمت اول به قسمت دوم پیستون فرستاده شده و مجددا در آن قسمت متراکم می گردند و به همین دلیل به آن، کمپرسور دو مرحله ای می گویند.

 2-1-3 کمپرسور دیافراگمی (Diaphragm compressors)

کمپرسورهای دیافراگمی، با نام کمپرسورهای ممبرانی نیز شناخته میشوند و می توان آن را نوع دیگری از کمپرسورهای رفت و برگشتی عادی دانست. کمپرسورهای دیافراگمی را هم می توان به صورت مکانیکی و هم به صورت هیدرولیکی به کار انداخت. کمپرسورهای دیافراگمی که به صورت مکانیکی کار می کنند، می توانند با جریان پایین و فشار بسیار اندک، و یا به جای پمپ های خلاء به کار برده شوند. کمپرسورهای دیافراگمی از نوع هیدرولیکی، بیشتر برای فشارهای بالاتر استفاده می شوند. کمپرسورهای دیافراگمی را می توان برای هیدروژن و یا سوخت های CNG و یا تعدادی کاربردهای دیگر، به کار برد.

2-2- کمپرسور دوار (Rotary compressors)

این نوع کمپرسورها، دستگاه هایی هستند که بسیاری از تولیدکنندگان صنعتی در سراسر جهان از آن استفاده می کنند. کمپرسورهای دوار صنعتی، چرخه 100 درصد کار دارند و می توانند بیست و چهار ساعته و در هفت روز هفته به طور مداوم و بدون استراحت کار کنند.

-12-2 کمپرسورهای دوار اسکرو (Rotary compressor)

کمپرسورهای دوار اسکرو یا کمپرسورهای روتاری، از دو مارپیچ جابه جایی مثبت استفاده می کنند که کاملا درگیر با هم بوده و گاز را با فشار هرچه بیشتر به یک فضای کوچک، انتقال می دهد.معمولا کمپرسورهای روتاری، برای کارکرد پیوسته و هم در کاربردهای تجاری و هم در کاربردهای صنعتی، به کار می شوند. کمپرسورهای دوار یا روتاری از دو نوع هستند: کمپرسورهای ثابت و یا کمپرسورهای قابل حمل. کمپرسورهای روتاری، معمولا به سه تا بیشتر از دوازده هزار اسب بخار، توان نیاز داشته و از فشار کم تا فشار متوسط رو به بالا را در بر می گیرد. کمپرسورهای دوار یا روتاری تجاری به گونه ای هستند که می بایست غوطه ور در روغن، آب و یا  از نوع خشک باشند.

2-2-2کمپرسورهای روتاری پره ای( Rotary Vane Compressors)

این گونه کمپرسورها ، از تعدادی پره ساخته می شوند که در داخل شکاف های شعاعی روتور، واقع شده اند. در این گونه کمپرسورها، روتور، با فاصله مشخصی از یک محفظه بزرگ تر دایره ای یا با شکلی پیچیده تر، نصب می گردند. زمان چرخش روتور، پره ها به سمت داخل و خارج شکاف، در حال حرکت بوده و با دیواره محفظه، تماس دارند. کمپرسورهای روتاری پره ای، در کنار کمپرسورهای پیستونی، از جمله قدیمی ترین تکنولوژی های کمپرسور بوده و با اتصال مناسب پورته، کمپرسورهای پره ای قادر هستند به عنوان یک کمپرسور یا پمپ خلاء به کار خود ادامه می دهند. کمپرسورهای پره ای، از چند نوع تشکیل می شوند. کمپرسورهای پره ای ثابت، کمپرسورهای پره ای قابل حمل و یا یک مرحله ای و یا چند مرحله ای هستند و توسط موتورهای الکتریکی یا موتور احتراق داخلی، حرکت می کنند.

2-2-3 کمپرسورهای اسکرول (Scroll compressor)

کمپرسورهای اسکرول ، به عنوان کمپرسورهای فرفره ای و یا حلزونی نیز شناخته می شوند  و یکی از دسته های کمپسورهای جابه جایی مثبت است. کمپرسورهای اسکرول، فناوری  جدیدتر و پیچیده تری دارند و شیوه کار آن ها با هم متفاوت است. در کمپرسورهای اسکرول، حجم و نوع متفاوتی وجود دارد و از چندین حلزون استفاده می شود که به صورت گام به گام ، فرایند فشرده سازی گاز را به خوبی انجام می دهند.

2-2-4 کمپرسور روتاری لوب

این کمپرسور ها به گونه ای که می کنند که دو پروانه فلزی موجود را در داخل محفظه، به چرخش وا می دارد و چرخش این پروانه ها در شکل زیر با علامت فلش قرمز رنگ نشان داده شده است.

با چرخش پروانه های فلزی، هوای جو از بخش سمت چپ کمپرسور، مکیده شده و با فشار به سمت دیگر ( فلش زرد رنگ)  رفته و خارج می شود.

فلش های آبی رنگ موجود در شکل فوق، جهت جریان هوا را به خوبی نشان می دهد و در کمپرسورهای لوب، می توان به جای پروانه های دو پره ، از پروانه های دو پره ای و سه پره ای استفاده می شود.

۲-۲-۵ کمپرسور های رینگ مایع (liquid ring compressor)

این گونه کمبرسورها به صورت تخم مرغ شکل هستند و دارای ‍‍‍‍بره های فنجانی شکل می باشند. این گونه از کمبرسورهاُ‌ به طور معمول برای سیالات دو فازی مثل گاز همراه با مایع به کار برده می شود ولی قبل از راه اندازی آن می بایست ابتدا در داخل کمپرسور، مایع مناسبی ریخته شود و پس از آن راه اندازی کنیم. زمانی که کمپرسور ساکن است، مایع در قسمت ته بدنه باقی مانده و زمانی که در حالت چرخش قرار گرفت، در اثر نیروی سانتریفیوژ مایع، به سمت بیرون خارج شده و یک دیواره آب بندی شده ایجاد کرده و از فرار کردن گاز فشرده شده اجتناب به عمل می آید.