کمپرسور

کمپرسور دستگاهی است که با کاهش حجم یک گاز، فشار آن را افزایش می‌دهد. این افزایش فشار باعث افزایش دما نیز می‌شود. هوای فشرده یا گاز فشرده تولید شده توسط کمپرسور، یک منبع انرژی مهم در بسیاری از صنایع است و کاربردهای بسیار متنوعی از جمله راه‌اندازی ابزارهای پنوماتیک، فرآیندهای صنعتی، سیستم‌های تبرید و تهویه مطبوع، انتقال مواد و حتی تنفس غواصان دارد.

انواع کمپرسور

•کمپرسورها بر اساس مکانیزم عملکرد به دو دسته اصلی تقسیم می‌شوند:

•کمپرسورهای جابجایی مثبت (Positive Displacement Compressors): این کمپرسورها با به دام انداختن حجم مشخصی از هوا یا گاز و سپس کاهش حجم آن، فشار را افزایش می‌دهند.

•کمپرسورهای رفت و برگشتی (Reciprocating/Piston Compressors): در این نوع، یک یا چند پیستون در داخل سیلندر حرکت رفت و برگشتی دارند و با کاهش حجم فضای سیلندر، هوا را فشرده می‌کنند. این کمپرسورها برای فشارهای بالا و دبی‌های متوسط مناسب هستند و در انواع تک مرحله‌ای و چند مرحله‌ای موجودند.

•کمپرسورهای روتاری (Rotary Compressors):

•کمپرسورهای اسکرو (Screw Compressors): شامل دو روتور مارپیچی (نر و ماده) هستند که در هم درگیر شده و با چرخش خود، حجم هوا را به تدریج کاهش داده و آن را فشرده می‌کنند. این کمپرسورها برای دبی‌های بالا و کارکرد پیوسته در صنایع بسیار رایج هستند.

•کمپرسورهای پره‌ای (Vane Compressors): دارای یک روتور با پره‌های کشویی هستند که داخل یک محفظه دوار می‌چرخند و با تغییر حجم بین پره‌ها، گاز را فشرده می‌کنند.

•کمپرسورهای اسکرول (Scroll Compressors): شامل دو مارپیچ (یکی ثابت و دیگری متحرک) هستند که با حرکت نسبی خود، پاکت‌های گازی را تشکیل داده و با جابجایی آن‌ها به سمت مرکز، گاز را فشرده می‌کنند. این نوع برای کاربردهای تبرید و تهویه مطبوع کم‌صدا و کارآمد هستند.

•کمپرسورهای دینامیک (Dynamic Compressors): این کمپرسورها با استفاده از شتاب دادن به گاز و سپس کاهش سرعت آن، انرژی جنبشی را به انرژی پتانسیل (فشار) تبدیل می‌کنند.

•کمپرسورهای سانتریفیوژ (Centrifugal Compressors): با استفاده از یک پروانه (Impeller) چرخنده با سرعت بالا، به گاز شتاب می‌دهند و سپس با عبور از یک دیفیوزر، سرعت گاز را کاهش داده و فشار آن را افزایش می‌دهند. برای دبی‌های بسیار بالا و فشارهای متوسط تا بالا در صنایع نفت و گاز، پتروشیمی و نیروگاه‌ها کاربرد دارند.

•کمپرسورهای محوری (Axial Compressors): شامل چندین ردیف پره ثابت و متحرک هستند که گاز به صورت موازی با محور کمپرسور از آن‌ها عبور می‌کند و به تدریج فشار آن افزایش می‌یابد. این کمپرسورها برای دبی‌های بسیار بالا و فشارهای متوسط مورد استفاده قرار می‌گیرند، به خصوص در موتورهای جت و توربین‌های گازی.

قطعات اصلی و جنس آن‌ها

•اجزای اصلی یک کمپرسور بسته به نوع آن متفاوت است، اما برخی قطعات رایج عبارتند از:

•سیلندر و پیستون (در کمپرسورهای رفت و برگشتی):

•سیلندر: معمولاً از چدن خاکستری یا آلیاژی برای مقاومت در برابر سایش و حرارت ساخته می‌شود.

•پیستون: از آلیاژ آلومینیوم یا چدن برای وزن سبک و مقاومت در برابر سایش.

•رینگ پیستون: از چدن یا فولاد آلیاژی برای آب‌بندی بهتر.

•روتور (در کمپرسورهای روتاری و دینامیک):

•اسکرو (مارپیچ): از فولاد آلیاژی با پوشش‌های مقاوم به سایش (مانند تفلون یا کروم) ساخته می‌شوند.

•پروانه (در سانتریفیوژ): از آلیاژهای آلومینیوم، فولاد ضد زنگ یا آلیاژهای تیتانیوم برای مقاومت در برابر سرعت بالا، خوردگی و خستگی.

•پره‌ها (در محوری و پره‌ای): از آلیاژهای فولاد ضد زنگ، تیتانیوم یا نیکل پایه برای تحمل دما و تنش‌های بالا.

•بدنه/کیسینگ (Casing): محفظه اصلی کمپرسور که اجزای داخلی را در بر می‌گیرد. معمولاً از چدن یا فولاد ریخته‌گری ساخته می‌شود تا فشار داخلی را تحمل کند.

•شیرآلات (Valves): (در کمپرسورهای رفت و برگشتی) شیرهای ورودی و خروجی که جریان گاز را کنترل می‌کنند. از فولاد آلیاژی یا فولاد ضد زنگ ساخته می‌شوند.

•سیستم روغن‌کاری (Lubrication System): شامل پمپ روغن، فیلتر و خنک‌کننده روغن. اجزا از فولاد یا چدن و لوله‌ها از مس یا فولاد هستند.

•فیلتر هوا (Air Filter): برای جلوگیری از ورود ذرات معلق به کمپرسور. از مواد سلولزی یا الیاف مصنوعی ساخته می‌شود.

•خنک‌کننده (Cooler/Intercooler/Aftercooler): برای کاهش دمای گاز فشرده. از لوله و پره‌های آلومینیومی یا مسی تشکیل شده است.

•سیستم آب‌بندی (Sealing System): برای جلوگیری از نشت گاز یا روغن. شامل اورینگ‌ها، کاسه نمدها و در برخی موارد سیل‌های مکانیکی یا آب‌بندی گازی. جنس آن‌ها از لاستیک‌های مقاوم، تفلون، کربن یا فولاد ضد زنگ است.

اصول طراحی کمپرسور

•طراحی کمپرسورها بر پایه اصول مکانیک سیالات، ترمودینامیک و مکانیک جامدات است و فاکتورهای کلیدی زیر را شامل می‌شود:

•نسبت تراکم (Compression Ratio): نسبت فشار خروجی به فشار ورودی. تمام اجزا باید برای تحمل این نسبت فشار طراحی شوند.

•دبی (Flow Rate): حجم گاز فشرده شده در واحد زمان. ابعاد کمپرسور و سرعت چرخش اجزا بر اساس دبی مورد نیاز تعیین می‌شود.

•راندمان (Efficiency): هدف طراحی، به حداقل رساندن اتلاف انرژی (مانند اتلاف اصطکاکی، حرارتی و نشتی). طراحی بهینه پره‌ها، روتورها و مجراهای جریان نقش مهمی در راندمان دارد.

•کنترل دما: فشرده‌سازی گاز باعث افزایش دما می‌شود. طراحی سیستم‌های خنک‌کننده داخلی (مانند اینترکولر بین مراحل) و خارجی (افترکولر) برای کنترل دما و جلوگیری از آسیب به قطعات و افزایش چگالی گاز خروجی ضروری است.

•ارتعاش و نویز: طراحی باید به گونه‌ای باشد که ارتعاشات و نویز تولید شده به حداقل برسد، که شامل انتخاب مناسب بلبرینگ‌ها، بالانس کردن اجزای دوار و استفاده از عایق‌های صوتی است.

•انتخاب مواد: انتخاب مواد مقاوم در برابر فشار، دما، خوردگی، سایش و خستگی با توجه به نوع گاز فشرده شونده و شرایط عملیاتی بسیار مهم است.

•ایمنی و کنترل: شامل سیستم‌های کنترل فشار، دما، سطح روغن، فیلتراسیون و شیرهای اطمینان برای جلوگیری از حوادث و اطمینان از عملکرد ایمن.

ملاحظات تعمیرات و نگهداری

•نگهداری صحیح کمپرسور برای تضمین عملکرد پایدار، افزایش طول عمر و جلوگیری از خرابی‌های پرهزینه ضروری است:

•بازرسی‌های دوره‌ای:

•بررسی نشتی: بازرسی بصری و شنیداری برای یافتن هرگونه نشتی هوا، روغن یا آب در خطوط، اتصالات و بدنه کمپرسور.

•بررسی سطح روغن: اطمینان از اینکه سطح روغن در محدوده مجاز قرار دارد و روغن کثیف یا آلوده نیست.

•بررسی فیلترها: بازرسی فیلتر هوای ورودی، فیلتر روغن و فیلتر جداکننده روغن (در کمپرسورهای روغنی) برای اطمینان از تمیزی و کارکرد صحیح آن‌ها.

•بررسی دما و فشار: پایش منظم دما و فشار کارکرد برای شناسایی هرگونه نوسان غیرعادی که می‌تواند نشانه‌ای از مشکل باشد.

•تعویض روغن: روغن کمپرسور باید طبق توصیه‌های سازنده و بر اساس ساعات کارکرد یا فواصل زمانی مشخص تعویض شود. استفاده از روغن مناسب و با کیفیت بسیار مهم است.

•تعویض فیلترها: فیلترهای هوا، روغن و جداکننده روغن باید به طور منظم (طبق برنامه نگهداری) تعویض شوند تا از ورود آلودگی به سیستم و افت راندمان جلوگیری شود.

•تخلیه رطوبت (درایر/درین): رطوبت موجود در هوای فشرده باید به طور منظم از مخزن و درایرها تخلیه شود تا از خوردگی داخلی و آسیب به ابزارهای پنوماتیک جلوگیری شود.

•بررسی و سفت کردن اتصالات: لرزش می‌تواند باعث شل شدن پیچ و مهره‌ها و اتصالات شود، بنابراین بازرسی و سفت کردن منظم آن‌ها ضروری است.

•بررسی تسمه‌ها (در کمپرسورهای تسمه‌ای): کشش و وضعیت تسمه‌ها باید به طور دوره‌ای بررسی و تنظیم یا تعویض شوند.

•بررسی سیستم خنک‌کننده: اطمینان از تمیزی و عملکرد صحیح فن‌ها و رادیاتورها (در کمپرسورهای هوا خنک) یا پمپ و مبدل حرارتی (در کمپرسورهای آب خنک).

•سرویس و کالیبراسیون تجهیزات کنترل و ایمنی: شیرهای اطمینان، پرشر سوئیچ‌ها و سنسورها باید به طور منظم تست و کالیبره شوند.

•ثبت سوابق: نگهداری دقیق سوابق تعمیرات و نگهداری برای ردیابی عملکرد، پیش‌بینی مشکلات احتمالی و برنامه‌ریزی برای سرویس‌های آینده.