کمپرسور یا compressor چیست؟

کمپرسور در مدل های مختلفی برای فشرده سازی هوا و گاز ساخته می شود. هوای فشرده یکی از بخش های مهم در تأسیسات و صنایع غذایی، پزشکی، بهداشتی، اتوماسیون و غیره است. در این روش هوا با یک چرخه ی خاص، فیلتر و با فشار بالا در مخزن ذخیره می شود. هوای ذخیره شده در مخزن با لوله و شیلنگ به دستگاه های مختلف رسیده و انرژی آن آزاد می شود. از انرژی هوای فشرده در تأسیسات مختلفی مانند جک های پنوماتیک، ابزارها، ساخت محصول، نظافت و غیره استفاده خواهد شد.

کاربردهای کمپرسور

چرخه ی کاری در سیستم های هوای فشرده به صورت باز است. در این پروسه هوا از محیط پیرامون وارد کمپرسور شده و پس از افزایش فشار، ذخیره سازی و انجام کار، مجدد به محیط بر می گردد. گام های آماده سازی هوا به صورت سیکل باز می تواند شامل گرفتن ذرات معلق، حذف رطوبت، فشرده سازی، ذخیره، انتقال و آزاد سازی باشد. در پروسه های خاص مانند پزشکی و صنایع بهداشتی ممکن است مراحل پاکسازی و استریل سازی نیز به چرخه ی آماده سازی هوا اضافه شود.

در صنایع و ماشین آلات از کمپرسورها با چرخه ی بسته نیز استفاده می شود. به عنوان مثال کمپرسورهای مربوط به سیستم تهویه و تبرید دارای یک سیکل بسته با گاز هستند. در این سیستم فشار گاز افزایش داده شده و مجدد آزاد می شود. این پروسه در یک سیکل بسته بوده و تا زمان روشن بودن کمپرسور، تکرار خواهد شد. کمپرسورهای تهویه و تبرید در انواع کولرهای گازی، یخچال، سردخانه و غیره وجود دارند.

نیرومحرکه ی اولیه در کمپرسور می تواند موتورهای درون سوز، برق و غیره باشد. انرژی های مختلف ابتدا به صورت مکانیکی کمپرسور را تغذیه کرده و در نهایت به هوای فشرده تبدیل می شوند. برخی از کاربردهای کمپرسور عبارت اند از :

• فشرده سازی گاز در پالایشگاه های نفت و کارخانه های شیمیایی
• ذخیره سازی گاز در سیلندرهای فشار قوی
• تنظیم فشار کابین در هواپیما
• ذخیره سازی هوا برای فعالیت های زیر آب
• پر کردن لاستیک
• تأمین انرژی ابزارهای پنوماتیک
• انتقال گاز طبیعی با خط لوله

اجزای کمپرسور

کمپرسور یک تجهیز مکانیکی بوده که کاهش حجم هوا یا گاز باعث افزایش فشار آن خواهد شد. آزاد سازی هوا یا گاز فشرده در سیکل های باز و بسته صورت گرفته و یک هدف نهایی دارد. هر سیستم کمپرسور را می توان به سه بخش تقسیم کرد:

• واحد کمپرسور
• درایور
• سیستم کنترل

مهم ترین بخش واحد کمپرسور مربوط به فشرده سازی می شود. سیستم فشرده سازی در مدل های متنوعی ساخته شده و اغلب در یک محفظه ی فلزی محصور شده است. واحد کمپرسور با توجه به سیکل کاری باز یا بسته از اجزای دیگری مانند سیستم خنک کننده، روان کاری، لوله ها، اتصالات، مخزن، خروجی و غیره تشکیل می شود. با توجه به مکانیکی بودن کمپرسورها باید از سیستم های خنک سازی و روان کاری در آن ها استفاده شود. سیستم روان کاری، سطح تماس قطعات متحرک را با روغن می پوشاند. این امر موجب کاهش سائیدگی تجهیزات و تولید گرمای بیش از حد در کمپرسور خواهد شد. سیستم روان کاری کمپرسور مانند خودروها بوده و شامل روغن، پمپ و فیلتر می شود.

درایور بخش دوم کمپرسور است. کمپرسور به منظور فشرده سازی گاز یا هوا به نیرو محرکه نیاز دارد. نیرو محرکه به شکل های متنوعی مانند موتورهای درون سوز، الکتروموتورها و غیره تأمین می شود. انتخاب درایور به محل استفاده، قدرت و گشتاور مورد نیاز آن بستگی دارد. در صنعت اغلب از درایورهای الکتریکی استفاده می شود. درایور الکتریکی کمپرسورها معمولاً یک موتور جریان متناوب تک فاز یا سه فاز است.

سیستم کنترلی بخش سوم کمپرسور بوده و از اهمیت بالایی برخوردار است. بخش کنترلی به صورت رله تکنیک یا توسط بردهای کنترل کمپرسور اجرا می شود. از وظایف بخش کنترل می توان به راه اندازی، اندازه گیری مقادیر و حفاظت سیستم اشاره کرد.

انواع کمپرسور

کمپرسورها در شکل های بسیار متنوعی ساخته می شوند. کاربری آن ها با یکدیگر متفاوت بوده و باید بر اساس نوع چرخه، حجم کار و غیره انتخاب شوند. در یک دسته بندی رایج و کلی می توان کمپرسور ها را به دو گروه تقسیم کرد:

• کمپرسورهای دینامیک یا rotodynamic compressors: این گروه دارای یک چرخه ی کاری ثابت و بدون توقف است. این مدل از کمپرسورها به شکل توربو کمپرسور بوده و در مدل های شعاعی و محوری ساخته می شوند. کمپرسورهای دینامیک دارای فشار ثابت بوده و برای تولید هوای فشرده در حجم های بالا طراحی شده اند.
• کمپرسورهای جابجایی مثبت یا positive displacement compressors: این گروه دارای سیکل کاری متناوب یا مرحله-مرحله هستند. این کمپرسورها به صورت متناوب انرژی را به گاز یا هوا منتقل می کنند. کمپرسورهای جابجایی مثبت اغلب به شکل دوار یا رفت و برگشت ساخته می شوند. از کمپرسورهای جابجایی مثبت می توان به انواع پیستونی، دیافراگمی، مارپیچ، دندانه ای و غیره اشاره کرد.

در تصویر زیر انواع و طبقه بندی کمپرسورها را مشاهده می کنید.

کمپرسور هوا

هوای فشرده در ساخت و تولید محصولات بسیار کاربردی است. به عنوان مثال جک های پنوماتیک را در نظر بگیرید. این جک ها بدون آلودگی بوده و با سرعت و قدرت مناسب در اتوماسیون خطوط و ماشین آلات استفاده می شوند. نیروی جک های پنوماتیک توسط هوای فشرده تأمین می شود. هوای فشرده پس از ورود به جک و انجام کار اغلب در محیط رها می شود.

استفاده از هوای فشرده در ابزارها نیز به همین شکل است. از ابزارهای بادی می توان به آچارها، دستگاه های سنباده، پرچ ها و غیره اشاره کرد.

به منظور تأمین هوای فشرده و انتقال آن به ابزارها و دستگاه های مختلف از کمپرسور استفاده می شود. کمپرسور هوا یکی از مدل های کمپرسور گاز بوده و در مدل های مختلفی ساخته می شود. استفاده از این تجهیزات در تأسیسات مختلف بسیار رواج پیدا کرده است. این تجهیزات به سرویس و نگهداری کمی نیاز داشته و می توانند ابزارهای سنگین و سریع را تغذیه کنند. کمپرسور هوا از نظر مکانیسم، حجم ذخیره سازی هوا، سیستم کنترلی و غیره به گروه های مختلفی تقسیم می شود.
در انیمیشن زیر نحوه ی عملکرد یک کمپرسور هوا را مشاهده می کنید. مرحله ی اول دریافت هوا از محیط و محصور کردن آن در کمپرسور است. هوای داخل سیستم در مرحله ی بعدی وارد مخزن شده و فشار آن افزایش پیدا می کند. کمپرسور برای انجام این کار نیاز به نیرو محرکه ی خارجی دارد. در اغلب تأسیسات نیرو محرکه توسط موتورهای الکتریکی تأمین می شود.

کمپرسورهای هوا از نظر ساختار با یکدیگر تفاوت دارند. این تجهیز باید با توجه به محل نصب، حجم و فشار هوای مورد نیاز انتخاب شود. در این بخش تعدادی از کمپرسورهای معروف در زمینه ی تولید هوای فشرده بررسی شده است. این کمپرسورها در دو گروه دینامیک و جابجایی مثبت قرار دارند.

کمپرسورهای جا به جایی مثبت

کمپرسورهای جابجایی مثبت دارای گام های مختلفی برای فشرده سازی هوا هستند. هوا در این مدل با جابجایی مثبت وارد محفظه شده و حجم آن در چند گام مختلف کاهش داده می شود. در انیمیشن زیر نحوه ی عملکرد یک کمپرسور جابجایی مثبت را مشاهده می کنید:

کمپرسورهای جابجایی مثبت در مدل های متنوعی ساخته می شوند. سه نوع اصلی کمپرسور هوا از مدل جابجایی مثبت عبارت اند از:

• پیچی
• پره ای
• رفت و برگشت یا پیستونی

کمپرسور مارپیچ یا پیچی

کمپرسور مارپیچی یا اسکرو از مدل های دوار است. در این کمپرسور دو مارپیچ وجود دارد که در جهت مخالف یکدیگر می چرخند. با چرخش این پیچ ها در ورودی کمپرسور خلاء ایجاد می شود. خلاء باعث مکش هوا به داخل کمپرسور و به دام افتادن آن بین پیچ ها خواهد شد. چرخش پیچ ها باعث انتقال هوا به بخش خروجی و ذخیره شدن آن ها در مخزن می گردد. کمپرسور پیچی یکی از مدل های ساده و متداول برای فشرده سازی هوا در صنایع است. در تصویر نحوه ی عملکرد کمپرسور اسکرو به همراه اجزای داخلی آن را مشاهده می کنید:

کمپرسور پره ای

این کمپرسور به شکل دوار بوده و از پره برای تولید هوای فشرده استفاده می کند. پره های کمپرسور قابل تنظیم بوده و به صورت خارج از مرکز روی روتور نصب شده اند. چرخش روتور باعث کشیده شدن هوا به داخل پره ها و فشرده شدن آن در چند مرحله می شود. در تصویر زیر نحوه ی عملکرد کمپرسور پره ای را مشاهده می کنید:

کمپرسورهای رفت و برگشت یا پیستونی

اساس کار کمپرسور پیستونی مانند موتورهای درون سوز است. این کمپرسور از یک یا چند سیلندر تشکیل شده و حرکت خطی دارد. برای تبدیل حرکت دورانی درایور مانند الکتروموتور به حرکت خطی پیستون از میل لنگ استفاده می شود. کمپرسور پیستونی در مدل های تک و چند مرحله ای ساخته می شود.

در تصویر زیر یک کمپرسور پیستونی تک مرحله ای را مشاهده می کنید. این تجهیز دارای یک سیلندر و یک پیستون است. با پائین رفتن پیستون هوا وارد سیلندر شده و در آن محبوس می شود. بالا آمدن پیستون باعث فشرده شدن هوا و هدایت آن به سمت مخزن خواهد شد. کمپرسور های تک مرحله ای در مقایسه با انواع دیگر مقرون به صرفه بوده ولی برای کار مداوم طراحی نشده اند.

کمپرسور چند مرحله ای دارای سیلندرهای بیشتری است. به عنوان مثال در تصویر اجزای تشکیل دهنده ی یک کمپرسور دو مرحله‌ای را مشاهده می کنید. این تجهیز دارای دو سیلندر با ابعاد متفاوت است. مدل چند مرحله ای گران تر بوده و دارای بازه ی کاری طولانی مدت است. در برخی از این کمپرسورها سیستم خنک سازی مجزا با مایع یا آب وجود دارد.

کمپرسورهای دینامیک

در کمپرسورهای دینامیک از پره یا تیغه به منظور تولید جریان هوا استفاده می شود. این کمپرسورها توانایی تولید هوا با فشار پائین و دبی بالا را داشته و در صنایع بزرگ نصب می شوند. کمپرسورهای دینامیک در دو مدل اصلی محوری و گریز از مرکز وجود دارند.

کمپرسور محوری

کمپرسور محوری ساختاری شبیه به موتور جت دارد. در این مدل از پره های مختلفی استفاده شده که پشت سر هم و روی یک محور قرار دارند. چرخش توربین باعث کشیده شدن هوا در سیستم و افزایش فشار آن می شود.

کمپرسور گریز از مرکز

کمپرسور گریز از مرکز با عنوان های مختلفی مانند شعاعی یا سانتریفیوژ نیز شناخته می شود. کمپرسور شعاعی مانند پمپ های سانتریفیوژ بوده و از یک یا چند پروانه استفاده می کند. چرخش پروانه یا پره ها باعث کشیده شدن هوا به مرکز سیستم می شود. پره ها دارای سرعت بالایی بوده و با استفاده از نیروی گریز از مرکز باعث هدایت هوا به سمت دیواره ها خواهند شد. دیواره ی کمپرسور به شکل حلزونی بوده و یک راه خروجی دارد. کمپرسورهای گریز از مرکز اغلب در سیستم های تهویه و با موتورهای الکتریکی پر سرعت استفاده می شوند.

انتخاب کمپرسور مناسب

کمپرسورها بر اساس میزان کار، فشار هوا، حجم هوا، سیستم ذخیره سازی و غیره انتخاب می شوند. در این بخش تنها به ذکر نکات عمومی برای انتخاب کمپرسور بسنده شده است. هدف از این مطالب پرداختن به روش های کنترل کمپرسور با برد کنترلی است. جهت انتخاب کمپرسور به صورت تخصصی باید از مراکز فروش یا مشاور های حرفه ای کمک بگیرید. برخی از آیتم های مهم در خصوص انتخاب کمپرسور عبارت اند از:

• کیفیت هوا در کمپرسور: در اغلب کمپرسورها از روغن جهت روان کاری بخش های داخلی استفاده می شود. در این مدل ها امکان آلوده شدن هوا با روغن یا بخار روغن وجود دارد. به کارگیری کمپرسورهای روغنی در صنایع بهداشتی، پزشکی و غذایی مجاز نبوده و باید از مدل های بدون روغن استفاده گردد.
• مصرف بهینه انرژی: توجه به راندمان و میزان مصرف انرژی کمپرسور باعث کاهش هزینه های مربوط به مصرف برق خواهد شد.
• کمپرسور با سرعت متغیر: استفاده از تکنولوژی درایو در کمپرسورها باعث کاهش مصرف انرژی خواهد شد. هنگام انتخاب کمپرسور به قابلیت کارکرد با سرعت پائین توجه کنید.

مطالب مربوط به انواع کنترلرهای کمپرسور به همراه نکات مهم در خصوص نصب و سیم بندی آن در بخش های بعدی شرح داده شده است.