کمپرسور باد
کمپرسور باد یکی از دستگاه های مکانیکی می باشد که امروزه در صنایع کوچک و بزرگ از آن به صورت گسترده استفاده می شود. در واقع کار کمپرسور، ایجاد نیروی مکش لازم برای مکیدن گازهای مبرد از اواپراتور، متراکم کردن گاز و بعد از آن فرستادن آن به کندانسور می باشد، که در آن گاز به مایع تبدیل خواهد شد. مکندگی کمپرسور، گاز را از سمت راست فشار قوی انتقال می دهد و حجم گازی که باید متراکم گردد، بستگی به میزان جابجایی پیستون کمپرسور خواهد داشت.
انواع مختلف کمپرسور باد
کمپرسورها دارای انواع مختلفی می باشند. دسته بندی های گوناگون، کمپرسورها را بر پایه ویژگی های مختلف آنها طبقه بندی کرده اند. در یکی از متداولترین این طبقه بندی ها، کمپرسورها را بر پایه ویژگی های گوناگون آنها به صورت زیر دسته بندی شده اند.
- کمپرسورهای دینامیکی
- کمپرسورهای جابجایی مثبت
- کمپرسورهای روتاری پره ای
- کمپرسورهای اسکرال
- تشدید کننده فشار
- کمپرسور کمکی
کمپرسور دینامیکی
- در این نوع از کمپرسورها انتقال انرژی به سیال به طور مداوم انجام می گیرد. از کمپرسورهای دینامیکی در فشار پایین و همچنین دبی های بالاتر استفاده خواهد شد. در واقع کمپرسورهای دینامیکی در دو مدل به صورت محوری و نیز شعاعی وجود دارند.
به طرح های شعاعی غالبا کمپرسورهای توربینی یا کمپرسورهای توربینی شعاعی گفته می شود و طرح های شعاعی غالبا کمپرسورهای گریز از مرکز نامگذاری می شوند بر خلاف کمپرسورهای جابجایی که بر اساس جریان ثابت کار می کنند، کمپرسورهای دینامیکی دارای فشار ثابتی هستند. عملکرد کمپرسور دینامیکی تحت تاثیر شرایط بیرونی قرار می گیرد، از جمله، ایجاد تغییر جزیی در فشار ورودی باعث تغییر زیادی در ظرفیت خواهد شد.
کمپرسورهای جریان شعاعی (Centrifugal)
از ویژگی های کمپرسور گریز از مرکز، جریان شعاعی آن می باشد. هوا با استفاده از پره های شعاعی وارد مرکز پروانه دواری خواهد شد و توسط نیروهای گریز از مرکز به سوی محیط پروانه دوار به بیرون پرتاب شده و قبل از اینکه هوا به مرکز پروانه دوار بعدی فرستاده شود، از یک پخش کننده و همچنین یک محفظه حلزونی عبور خواهد کرد، که در این محفظه انرژی جنبشی به فشار استاتیک تبدیل خواهد شد.
همچنین بعد از هر پروانه دوار سرعت هوا بطور چشمگیری بالا می رود. دمای هوا در قسمت ورودی هر کدام از مراحل تاثیر مهمی در تقاضای توان کمپرسور خواهد داشت و به همین دلیل است که خنک کاری بین مراحل انجام می گیرد.
آببندهای مختلفی در این کمپرسورها مورد استفاده قرار می گیرد، پیشرفته ترین آنها در کمپرسورهای پرسرعت که تامین کننده فشارهای بالا است، بکار می رود. متداول ترین انواع آب بندهای چهارگانه از قبیل آببندهای لابیرینتی، آببندهای حلقوی (آببندهای گرافیتی که بهصورت خشک کار می کنند، اما آببندهای مایع نیز استفاده می شود) آببندهای مکانیکی، آببندهای هیدرواستاتیکی هستند.
کمپرسورهای سانتریفیوژ در موتورهای درون سوز به عنوان سوپر شارژ و توربو شارژ مورد استفاده قرار می گیرد. کمپرسور باد سانتریفیوژ در موتورهای توربین گاز کوچک و همچنین به عنوان مرحله نهایی تراکم توربین های گاز متوسط قابل استفاده است.
کمپرسورهای جریان محوری (Axial)
یک کمپرسور محوری دارای جریان محوری می باشد، هوا یا گاز از میان ردیف هایی از پره های ثابت و همچنین متحرک در امتداد محور گردان کمپرسور باد عبور خواهند کرد، بدین ترتیب سرعت هوا بتدریج همزمان با اینکه پره های ثابت انرژی جنبشی را به فشار تبدیل کرده است، بالا می رود.
کمترین میزان حجمی در چنین کمپرسورهایی حدود S/15 می باشد. معمولا یک استوانه متعادل کننده ای در کمپرسور باد طراحی می شود تا نیروی فشار محوری را متعادل نماید. کمپرسورهای گریز از مرکز کوچکتر می باشند و بهطور معمول سرعت آن ها 25% بالاتر بوده و این کمپرسورها برای میزان جریان حجمی بالا در فشار نسبتا متوسط بکار می روند.
کمپرسور جابجایی مثبت
در این کمپرسور باد انتقال انرژی به سیال به حالت متناوب و یا دوره ای انجام میگیرد. قدرت تراکم کمپرسورهای جابجایی مثبت نسبت به نوع دینامیک بیشتر خواهد بود. البته دبی این کمپرسورها به مراتب کمتر از نوع دینامیک خواهد بود. نیروی محرکه کمپرسورها بسته به قدرت آنها می تواند از نوع الکتروموتور یا دیزلی انتخاب شود. خصوصیت این نوع از کمپرسورها بدین صورت خواهد بود که حجم معینی از گاز یا هوا را محصور کرده و سپس با کم کردن منطقه حجم محصور شده، فشار را بالا می برد.
انواع کمپرسورهای دینامیکی
انواع کمپرسورهای جابجایی مثبت
- کمپرسورهای رفت و برگشتی (Reciprocating)
کمپرسور سیلندر پیستونی قدیمی ترین و همچنین متداولترین انواع کمپرسورها می باشد. این کمپرسور باد در شکل های دو طرفه یا یک طرفه طراحی می شوند، که قطعات آنها روغن کاری شونده و یا روغن کاری نشونده خواهند بود و در اشکال متفاوتی دارای تنوع تعداد سیلندر می باشند و در شکل بندی V و L یافت می شوند.
کمپرسورهای رفت و برگشتی به صورت ثابت یا قابل حمل و نقل و تک مرحله ای یا چند مرحله ای طراحی و ساخته می شوند و میتوانند توسط موتورالکتریکی یا موتور احتراق داخلی کار کنند. کمپرسورهای رفت و برگشتی کوچک از 5 تا 30 اسب بخار معمولا در حالت متناوب کار می کنند.
کمپرسورهای رفت و برگشتی بزرگتر با بیش از 1000 اسب بخار به صورت معمول در کاربردهای بزرگ صنعتی و همچنین نفت مورد استفاده قرار می گیرند. فشارتخلیه می تواند از فشار پایین تا فشار بسیار بالا انتخاب شود.
کمپرسورهای خانگی و همچنین تجاری اغلب از نوع رفت و برگشتی با 5.1 اسب بخار یا کمتر متصل به یک مخزن گیرنده (receiver tank) می باشند.
کمپرسورهای دوار (Rotary)
کمپرسورهای روتاری اسکرو که به دو مارپیچ دوار جابجایی مثبت درگیر در هم نیاز دارند و گاز را با فشار زیاد به یک فضای کوچک خواهند فرستاد. این کمپرسورها معمولا برای کارکرد پیوسته در کاربردهای تجاری و همچنین صنعتی مورد استفاده قرار می دهند و می توانند ثابت و یا قابل حمل نیز باشند. کاربرد کمپرسورهای روتاری اسکرو از 3 تا بیش از 1200 اسب بخار و نیز از فشار کم تا فشار متوسط رو به بالا خواهد بود.
کمپرسورهای دوار تجاری به صورت غرق شده در روغن، غرق شده در آب و نوع خشک قابل طراحی و تولید هستند.
کمپرسورهای دیافراگمی (Diaphragm)
کمپرسورهای دیافراگمی یا ممبرانی نوعی دیگر از کمپرسورهای رفت و برگشتی معمولی هستند. دیافراگم بطور مکانیکی یا هیدرولیکی به کار انداخته خواهد شد. کمپرسور های دیافراگمی مکانیکی با جریان اندک و همچنین فشار پایین یا به عنوان پمپ های خلاء مورد استفاده می شوند. کمپرسورهای دیافراگمی هیدرولیکی برای فشار بالا بکار می روند. این نوع کمپرسور باد برای هیدروژن و CNG و دیگر کاربردها استفاده خواهند شد.
کمپرسورهای روتاری پره ای (Rotary Vane Compressor)
این نوع کمپرسورها از تعدادی پره که در شکاف های شعاعی روتور قرار می گیرند، تشکیل می شوند، روتور با یک فاصله در یک محفظه بزرگ تر دایره ای و یا با شکل پیچیده تر نصب خواهد شد. زمانی که روتور بچرخد، پره ها به داخل و خارج شکاف حرکت خواهند کرد و تماس خود را با دیواره محفظه نگه می دارند.
بنابراین مجموعه ای از حجم های رو به کاهش به وسیله پره های دوار ایجاد خواهد شد. کمپرسورهای روتاری پرهای به همراه کمپرسورهای پیستونی یکی از قدیمی ترین تکنولوژی های کمپرسور باد می باشند. با اتصال مناسب پورتها، کمپرسورهای پرهای نیز به عنوان یک کمپرسور یا پمپ خلاء میتوانند کار کنند. کمپرسورهای پره ای می توانند ثابت یا قابل حمل و همچنین یک مرحله ای و یا چند مرحله ای در نظر گرفته شوند و می توانند توسط موتور الکتریکی یا موتور احتراق داخلی نیز رانده شوند.
کمپرسور های اسکرو (Screw)
یک کمپرسور اسکرو به عنوان پمپ اسکرو پمپ خلاء اسکرو معروف شده است، که از دو پره مارپیچی لایه ای برای پمپ کردن و یا تراکم سیالاتی همانند مایعات و نیز گازها استفاده می شود. هندسه پره به حالت اینولت، مارپیچ ارشمیدس، و حتی منحنی ترکیبی میتواند باشد. کمپرسورهای اسکرال نسبت به بقیه کمپرسورها نرم تر، بی صداتر و همچنین مطمئن تر کار می کنند و اندازه کمتری نیز دارند.
تشدید کننده فشار (Pressure intensifiers)
تشدیدکننده فشار، فشار سیال را در سیال افزایش خواهد داد. تشدید کننده فشار فقط برای جریان های خیلی کم استفاده می شود. وقتی که محفظه پر فشار از هوا پر شود، پیستون کم فشار بالا می رود. وقتی که سیال مولد فشار وارد محفظه شود پیستون به طرف پایین فرستاده می شود و تحت فشار بالایی سیال را به بیرون هدایت می کند.
تشدید کننده فشار، در یک فرآیند تناوبی تا دامنه سطح فشار از پیش تنظیم شده ای می تواند کار کند تمامی گازهای خنثی می توانند به این طریق فشرده سازی شوند. هوا را نیز می توان در یک تشدید کننده فشار متراکم کرد، اما باید کاملا عاری از روغن شوند تا از احتراق خود به خود آن جلوگیری شود.
کمپرسور کمکی (Booster Compressor)
کمپرسوری می باشد که هوای فشرده شده از قبل را تا فشار بالا و شدت بیشتری متراکم می سازد. این کمپرسور باد برای جبران فشارهایی که در طول خطوط لوله های طویل افت کرده اند، استفاده می شود و یا در مواردی که به فشارهای بالاتری در فرآیند نیاز باشد، استفاده می شود.
این تراکم احتمال دارد که یک یا چند مرحله ای انجام پذیرد و همچنین کمپرسور باد از نوع دینامکی و یا جابجایی طراحی خواهد شد، اما در این مواقع کمپرسورهای پیستونی رایج ترین نوع خواهند بود. توان مورد نیاز برای کمپرسور کمکی با بالا بردن نسبت فشار، افزایش پیدا می کند. در حالیکه جرم در حال حرکت افت می کند. منحنی توان که تابعی از فشار ورودی می باشد از نظر شکل کلی آن با منحنی پمپ خلاء مشابه می باشد.
چه نوع کمپرسور بادی مناسب است؟
اگر کمپرسور باد را برای کارهای صنعتی و پنوماتیک مد نیاز دارید، یک کمپرسور باد روغنی می تواند گزینه ی مناسبی باشد. روغن در کمپرسور برای روانکاری، آب بندی و سرد کردن هوای فشرده استفاده خواهد شد.
و اما اگر در صنعت غذا یا پزشکی می باشید و خطر آلودگی ورود روغن و ترکیب آن با محصولات بسیار زیاد باشد. در نتیجه باید از کمپرسور بدون روغن استفاده نمایید. کمپرسورهای بدون روغن معمولا در مقایسه با کمپرسور های روغنی گرانتر می باشند، اما خطر آلودگی را کاهش خواهد داد.
هزینه کمپرسور باد به عنوان یک فاکتور تعیین کننده
هر چقدر کیفیت کمپرسور انتخابی بالاتر باشد قیمت آن نیز امکان دارد گران تر شود. ولی باید به این موضوع توجه داشته باشید که هزینه پرداختی ما فقط منحصر به هزینه خرید کمپرسور باد نخواهد بود، بلکه باید به هزینهی نگهداری و مصرف برق نیز توجه نمایید. هرچه کیفیت کمپرسور بالاتر باشد به واسطه ی آن هزینه نگهداری و مصرف برق آن کاهش پیدا می کند.
کمپرسورها کاربردهای مختلفی را در صنایع مختلف دارند، به عنوان مثال، کمپرسور باد هوای برقی 12 ولت قابل حمل، که معمولا در محفظه تجهیزات و یا صندوق عقب اتومبیل قابل حمل است، نمونه‌ای از نسخه ساده کمپرسور باد می باشد که در استفاده برای باد کردن لاستیک‌ها با فشار صحیح مورد استفاده قرار می گیرد.
برخی از کاربردهای متداول و همچنین صنایعی که از کمپرسورها بهره می گیرند، در ادامه بیان شده اند.
- کمپرسورهای موجود در کامیون ها و خودروها
- کاربردهای پزشکی و همچنین دندانپزشکی
- فشرده‌سازی گازهای آزمایشگاهی
- در جهت پردازش مواد غذایی و نیز آشامیدنی
- کاربرد در صنعت نفت و گاز
کمپرسورهای بکار رفته در کامیون و وسایل نقلیه
استفاده از کمپرسورهای هوا در وسایل نقلیه و همچنین کاربردهای وسایل نقلیه معمولی، کمپرسور هوای برقی بکار رفته در کامیون، کمپرسورهای دیزل بکار رفته در کامیون یا سایر کمپرسورهای هوا موجود در وسیله نقلیه می باشد.
برای مثال، سیستم‌های ترمز هوا در کامیون‌ها از هوای فشرده‌شده برای کار کردن مورد استفاده قرار می گیرد؛ به این ترتیب، برای شارژ مجدد سیستم ترمز به یک کمپرسور باد در جهت کارکرد درست سیستم نیاز خواهد داشت. وسایل نقلیه خدماتی امکان دارد، برای انجام توابع مورد نیاز به کمپرسورهای هوای سیار نیاز پیدا کنند.
همچنین میتوانند از کمپرسور باد متحرک استفاده نمایند و بتواند در صورت لزوم در مکان‌های مختلف کاری و یا کارگاه‌ها به طور سیار استقرار پیدا کنند. برای مثال، کامیون‌های آتش‌نشانی امکان دارد، دارای کمپرسورهای هوا با تنفس سیار باشند. این‌ها قابلیت استفاده از پرکننده مخزن هوا را برای تکمیل مخازن هوای قابل تنفس برای آتش‌نشانان و همچنین اولین نجات یافتگان فراهم کنند.
کاربردهای پزشکی و دندانپزشکی
کمپرسورها در زمینه‌های پزشکی و همچنین دندانپزشکی مورد استفاده قرار می گیرند.
کمپرسورهای هوا دندانپزشکی منبعی از هوای تمیز و همچنین هوای فشرده برای کمک به عملکرد ابزارهای دندانپزشکی تولید می کند. همچنین به تقویت قدرت ابزارهای دندانی همانند مته‌ها و مسواک‌ها کمک رسانی می کند. انتخاب کمپرسورهای هوای مناسب برای دندان، نیاز به ملاحظات مختلفی ازجمله اسب بخار و همچنین فشار مورد نیاز خواهد داشت.
استفاده از کمپرسور باد پزشکی شامل تولید منبع هوای تنفسی می باشد که مستقل از سایر گازهای ذخیره‌شده در سیلندرهای گازی خواهد بود. این نوع کاربرد کمپرسور باد ، میتواند به‌عنوان گزینه برای بیمارانی که احتمال دارد دچار مسمومیت اکسیژن شوند، مورد استفاده قرار میگیرد. کمپرسورهای هوائی تنفسی پزشکی امکان دارد، سیستم‌های قابل حمل یا ثابت در بیمارستان و یا مرکز پزشکی نیز باشند.
سایر کاربردهای کمپرسور باد پزشکی امکان دارد که شامل تأمین هوا برای تجهیزات تخصصی بیمار، همچون کاف‌های فشرده‌سازی نیز باشد، که در آن هوای فشرده‌شده برای تأمین فشار بر اندام بیمار نیاز خواهد بود تا از ایجاد مایعات در اندام‌ها ناشی از عملکرد ضعیف قلب جلوگیری نماید.
فشرده‌سازی گاز آزمایشگاهی و همچنین تخصصی
کمپرسورهای هوا آزمایشگاهی و همچنین کمپرسورهای هوا برای سایر کاربردهای صنعتی مخصوص در جهت پردازش و تولید منابع گازهای تخصصی همانند هیدروژن، اکسیژن، آرگون، هلیوم، نیتروژن و یا مخلوط‌های گازی ( کمپرسورهای آمونیاک) یا دی‌اکسید کربن استفاده خواهد شد.
همچنین این تجهیزات امکان دارد در صنایع غذایی و همچنین آشامیدنی استفاده شود. در کمپرسورهای هلیوم گاز، مخازن ذخیره‌سازی جهت استفاده در مصارف آزمایشگاهی همانند تشخیص نشتی، مجهز می‌کنند، با توجه به اینکه سایر کمپرسورهای گازی مانند کمپرسورهای اکسیژن احتمال دارد، نیاز به ذخیره مخازن اکسیژن برای استفاده در بیمارستان‌ها و همچنین مراکز پزشکی ایجاد کنند.
کاربرد کمپرسور باد در مواد غذایی و آشامیدنی
کمپرسورهای هوای مواد غذایی نقش مهمی در صنایع غذایی و همچنین آشامیدنی خواهند داشت. با پیدا کردن کاربرد در طول چرخه تولید، از این کمپرسورها می‌توان برای تسهیل عملیات پردازش همچون مرتب‌سازی، تهیه، توزیع، بسته‌بندی و نیز نگهداری استفاده نمود. علاوه بر این، هوای فشرده شده در جهت حفظ محیط بهداشتی امکان دارد، مورد استفاده قرار گیرد.
کاربرد کمپرسور باد در صنعت نفت و گاز
استفاده از کمپرسورها در صنعت نفت و گاز نیز خیلی رایج می باشد از کمپرسورهای گاز طبیعی برای تولید گاز طبیعی فشرده‌شده برای ذخیره‌سازی و همچنین حمل‌ونقل استفاده خواهد شد. برخی از این عملیات فشرده‌سازی بنزین نیاز به کمپرسورهای فشارقوی خواهند داشت، درحالیکه فشار تخلیه امکان دارد در هرجایی از 1000 تا 3000 psi و به بالا نیز ایجاد شود. همچنین فشار تخلیه بسته به کاربردهای آن، محدوده 10،000 تا 60000 psi نیز امکان دارد ایجاد شود.
