کمپرسور پیستونی

کمپرسور پیستونی چیست و چگونه کار می‌کند؟

کمپرسورهای پیستونی (Piston Compressors) یا همان کمپرسورهای رفت و برگشتی، از جمله قدیمی‌ترین و رایج‌ترین مدل‌های کمپرسور هوا هستند. در این نوع کمپرسورها، با حرکت پیستون داخل سیلندر، هوا به داخل کشیده شده، سپس فشرده شده و در نهایت با فشار بالا به مخزن یا خطوط انتقال هوا هدایت می‌شود.

عملکرد این کمپرسورها را می‌توان در سه مرحله خلاصه کرد:

مکش (Suction): پیستون به سمت پایین حرکت می‌کند، فشار داخل سیلندر کاهش می‌یابد و هوا از طریق سوپاپ ورودی وارد می‌شود.

فشرده‌سازی (Compression): با بازگشت پیستون به سمت بالا، دریچه‌ها بسته می‌شوند و هوا تحت فشار قرار می‌گیرد.

تخلیه (Discharge): زمانی که فشار به سطح معینی رسید، شیر خروجی باز شده و هوای فشرده شده به بیرون منتقل می‌شود.

کمپرسور پیستونی که به طور گسترده به عنوان کمپرسور رفت و برگشتی نیز شناخته می شود، عمدتا برای حرکت هوا یا گاز در فشار بالا به منظور ذخیره و استفاده برای اهداف مختلف استفاده می شود. 

عناصر اصلی کمپرسور شامل یک یا چند سیلندر و پیستون است که درون آن حرکت می کنند. عملکرد آنها مانند موتورهای خودرو است که هوا از طریق یک محفظه به داخل هدایت می شود، سپس با سوخت مخلوط شده و بخار با فشار بالا از محفظه دیگری خارج می شود. تصویر زیر یک ساختار شماتیک از کمپرسورهای پیستونی و اجزای اصلی آنها است.

اجزای تشکیل‌دهنده کمپرسور پیستونی

کیفیت و کارایی کمپرسورهای پیستونی به اجزای سازنده آن بستگی دارد. در ادامه به معرفی مهم‌ترین بخش‌های این کمپرسورها می‌پردازیم:

• موتور: وظیفه تبدیل انرژی الکتریکی یا سوخت فسیلی به انرژی مکانیکی را بر عهده دارد.
• سیلندر و پیستون: مرکز اصلی عملیات فشرده‌سازی.
• رینگ‌های پیستون: برای آب‌بندی و جلوگیری از نشت هوا.
• سوپاپ‌ها: کنترل ورود و خروج هوا.
• مخزن هوا: برای ذخیره هوای فشرده شده.
• فیلترها: پاکسازی هوای ورودی از گرد و غبار.
• سیستم روغن‌کاری: جهت کاهش اصطکاک و استهلاک قطعات متحرک.
• سیستم خنک‌کننده (افترکولر/اینترکولر): کنترل دمای دستگاه و جلوگیری از داغ شدن بیش از حد.

مکانیسم کمپرسورهای پیستونی

یک کمپرسور هوا پیستونی دارای پیستونی است که به سمت پایین حرکت می کند. در نتیجه با ایجاد خلاء، فشار را در سیلندر کاهش می دهد. این اختلاف فشار باعث می‌شود که دریچه ‌های محفظه مکش باز شوند و گاز یا هوا وارد کمپرسور شود. 

وقتی سیلندر بالا می‌ رود، فشار را افزایش می‌ دهد و در نتیجه گاز یا هوا را از طریق یک محفظه تخلیه به بیرون از سیلندر هدایت می شود که معمولا با اختلاف فشار به طور خودکار عمل می‌کند. بسته به طراحی سیستم، سیلندرها ممکن است یک یا چند دریچه مکش و تخلیه داشته باشند.

میل لنگ این کمپرسور دارای وزنه های تعادلی است تا نیروهای دینامیکی ایجاد شده توسط حرکت پیستون های سنگین را متعادل کند. گازهای مکش نیز عموما از صافی‌ ها و جداکننده ‌های مکنده عبور می‌کنند تا ذرات، رطوبت و سیال فرآیند فاز مایع را که می‌تواند باعث آسیب شدید به دریچه ‌های کمپرسور و سایر اجزای حیاتی شود و حتی یکپارچگی سیلندر را به خطر بیندازد، از بین می ‌برد.

 به طور معمول، کمپرسورهای پیستونی دستگاه ‌هایی با سرعت نسبتا کم هستند و چه دارای کنترل‌کننده درایو سرعت متغیر یا فاقد آن باشند، توسط یک موتور الکتریکی مستقیم یا تسمه هدایت می‌شوند.

اغلب موتور به گونه ای ساخته می شود که با کمپرسور پیستونی یکپارچه باشد. شفت موتور و میل لنگ کمپرسور یک تکه هستند و نیاز به کوپلینگ را از بین می برند. کاهنده سرعت نوع گیربکس در آن نیز در تاسیسات مختلف استفاده می شود.

مزایا کمپرسور پیستونی

قیمت مناسب: یکی از ارزان‌ترین گزینه‌ها در میان انواع کمپرسورها.
ساختار ساده: تعمیر و نگهداری آسان و دسترسی آسان به قطعات یدکی.
تنوع در ظرفیت: از مدل‌های کوچک خانگی تا صنعتی با ظرفیت بالا.
مناسب برای فشارهای بالا: توانایی فشرده‌سازی تا بیش از ۳۰ بار.
دوام بالا: در صورت نگهداری مناسب، سال‌ها بدون افت کیفیت کار می‌کند.

معایب کمپرسور پیستونی:

صدای زیاد: نیاز به محیط عایق‌بندی‌شده یا استفاده در فضاهای صنعتی.
لرزش بالا: مخصوصاً در مدل‌های بزرگ‌تر.
نیاز به روغن‌کاری مداوم: در مدل‌های روغنی.
حساسیت به مایعات: ورود رطوبت یا مایع ممکن است باعث خرابی شود.
راندمان پایین‌تر نسبت به کمپرسورهای مدرن‌تر مانند اسکرو.

کاربرد کمپرسورهای پیستونی

کمپرسور هوای پیستونی اگرچه کمتر متداول است، اما توسط توربین های بخار یا سایر منابع نیرو مانند گاز طبیعی یا موتورهای دیزل هدایت می شوند. طراحی کلی سیستم و نوع درایور انتخاب شده بر روانکاری این سیستم های جانبی تاثیر می گذارد. این نوع کمپرسورهای رفت و برگشتی در صنایع مختلف، برای مصارف مختلف مورد استفاده قرار می گیرند. کاربردهای اصلی کمپرسورهای پیستونی به شرح زیر است:

• فرآوری و تحویل گاز طبیعی
• کارخانه های شیمیایی
• پالایشگاه های نفت
• تکنولوژی تبرید.

این کمپرسورها تقریبا در هر محیط کاری از جمله غواصی، جراحی های دندانپزشکی، کارگاه های خودروسازی و کشاورزی یافت می شوند. ابزارهای پنوماتیک (با نیروی هوا) مانند مته ها و آسیاب های زاویه ای، در صنعت مهم هستند. زیرا به طور کلی سبک تر و ایمن تر از ابزارهای دارای موتور الکتریکی هستند که اهمیت کمپرسورهای پیستونی را بیشتر برجسته می کند.

بهره وری کمپرسورهای پیستونی

کمپرسور پیستونی برای اکثر کاربردها، کم ‌مصرف‌ترین نوع از کمپرسورها است. این در حالی است که آنها نسبت به سایر انواع کمپرسورها نیاز به نگهداری بیشتری دارند. اجزای اولیه کمپرسورهای پیستونی معمولی شامل یک سیلندر، دو محفظه برای مکش و تخلیه، یک پیستون، روزنه و نی است. به بیان ساده، پیستون به صورت رفت و برگشتی حرکت می کند تا گاز را فشرده کند. این ممکن است شامل طراحی تک یا دوگانه باشد.

برخی از سیلندرهای دوگانه در کاربردهایی با فشار بالا دارای یک میله در دو طرف پیستون هستند تا سطح مساوی و بارهای متعادل را فراهم کنند. فشار گاز آب بندی شده و سایش قطعات گران قیمت نیز با استفاده از رینگ های پیستون یکبار مصرف به حداقل می رسد. 

علاوه براین سیلندرها برای کاربردهای صنعتی بزرگتر دارای گذرگاه های خنک کننده یا سیستم های خنک کننده مایع در گردش هستند. در حالی که برخی از کمپرسورهای خانگی و فروشگاهی در مقیاس کوچک معمولا توسط هوا خنک می شوند، سیلندرهای کاربردی بزرگ معمولا با آسترهای قابل تعویض نصب می شوند.

کمپرسور هوای پیستونی تقریبا پرکاربردترین نوع در همه تنظیمات هستند. و صرف نظر از نوع آن، هر دو نسخه دارای دو مدل تک پیستون و چند پیستون روانکار و بدون روغن هستند و بسته به نوع آن می توانند فشرده سازی هوای طولانی مدت و موثری را متناسب با تقاضای مشتریان ارائه دهند..

انواع کمپرسور هوای پیستونی

کمپرسورهای پیستونی به اشکال مختلفی طراحی و تولید می‌شوند:

از نظر جهت حرکت پیستون:

یک‌طرفه (Single Acting): فشرده‌سازی تنها در یک جهت حرکت پیستون.
دوطرفه (Double Acting): فشرده‌سازی در هر دو جهت رفت و برگشت.

از نظر مراحل فشرده‌سازی:

تک مرحله‌ای (Single Stage): مناسب برای فشارهای پایین تا متوسط.
دو یا سه مرحله‌ای (Two/Three Stage): برای تولید هوای فشرده در فشارهای بالا.

از نظر کاربرد:

خانگی: برای استفاده در ابزارهای بادی، کارگاه‌های کوچک، باد زدن لاستیک‌ها.
صنعتی: کارخانه‌ها، خطوط مونتاژ، صنایع غذایی و بسته‌بندی.
برودتی: در چیلرها، یخچال‌ها و کولرهای گازی با ساختار خاص.

کمپرسور پیستونی تک مرحله ای

این معمولی ترین نوع کمپرسور موجود در بازار است. آنها معمولا صدای بلندی دارند اما نسبت به اندازه و وزن خود می توانند قدرتمند باشند. با توجه به قابل حمل بودن، می توان آنها را نزدیک به نقطه استفاده قرار داد. بنابراین اگر نیازهای شما محدود است، می توانید از نصب مقادیر زیادی لوله و سیم جلوگیری کنید. طراحی ساده آنها، تعمیر و نگهداری را آسان تر می کند. 

به عنوان یک قاعده، آنها سرعت فشرده سازی بالاتری نسبت به نوع دو مرحله ای دارند. بنابراین در محیط هایی که استفاده مداوم از کمپرسور مورد نیاز نیست، بهترین عملکرد را دارند.

کمپرسور پیستونی دو مرحله ای

یک دستگاه دو مرحله ای، از هر دو طرف پیستون برای فشرده سازی هوا استفاده می کند. نتیجه آن، فشرده سازی کارآمدتر نسبت به نوع تک مرحله ای است. چنین کمپرسورهایی احتمالا در محیط های صنعتی مورد استفاده قرار می گیرند. آنها همچنین یک روال تعمیر و نگهداری نسبتا ساده دارند. مشکلات بالقوه آنها عبارت است از هزینه بالا، نیاز به فضای زیاد و ارتعاشات قوی که به معنی نصب های ویژه ضروری است.

تفاوت کمپرسور روغنی با پیستونی

تولید نویز

یکی از تفاوت های عمده بین کمپرسورهای روغنی و پیستونی، تولید نویز آنها است. واحدهای روغنی نسبت به واحدهای پیستونی صدای کمتری دارند. زیرا به خوبی روانکاری می شوند و اصطکاک کمتری بین قسمت های متحرک پمپ وجود دارد از این رو، بی صدا تر کار می کنند.

نگهداری

تفاوت دیگر کمپرسور روغنی با پیستونی شرایط نگهداری آنها است. کمپرسورهای روغنی نیاز به تعمیر و نگهداری بیشتری نسبت به پیستونی دارند. دقیقا مانند روغن ماشین، روغن موجود در آنها در نهایت خراب می شود و نیاز به تعویض و نگهداری مداوم دارند. اما واحدهای پیستونی دارای روغن کاری دائمی هستند. به همین دلیل به نگهداری کمتری نسبت به نوع روغنی نیاز دارند.

آلودگی هوا

یکی از مسائل مهمی که هنگام استفاده از کمپرسور روغنی به وجود می آید این است که هوای فشرده به روغن آلوده می شود. این می‌تواند برای تجهیزات یا ابزارهایی که به آن نیرو می‌دهید و پروژه‌هایی که روی آن‌ها کار می‌کنید بسیار مضر باشد. بنابراین اگر می‌خواهید هیچ خاصیت روغنی در سیستم خود نداشته باشید، انتخاب یک واحد پیستونی ایده‌آل است.

دوام

کمپرسور هوای روغنی مانند کمپرسور اسکرو دوام بیشتری نسبت به کمپرسور پیستونی دارد. زیرا اصطکاک کم، سایش و پارگی زیادی در دستگاه ایجاد نمی‌کند. از سوی دیگر، روانکاری دائمی با موادی مانند تفلون در واحدهای پیستونی منجر به فرسودگی دستگاه می شود و سر و صدای بیشتری ایجاد می کند تا اینکه در نهایت از بین می رود.

هزینه

کمپرسورهای روغنی معمولا گرانتر از دستگاه­های پیستونی هستند زیرا قطعات کار بیشتری در آنها وجود دارد. بنابراین برای کارهای کوچک یک واحد پیستونی مناسب است زیرا ارزان‌تر و نگهداری از آن آسان‌تر است.

تفاوت کمپرسور تیغه ای با پیستونی

مکانیسم کمپرسور های پیستونی

از پیستون برای فشرده سازی هوای درون سیلندرها استفاده می کنند. اما کمپرسورهای تیغه ای از پره های دوار که شامل یک روتور با شکاف ها و پره های طولی است استفاده می کنند که به داخل و خارج روتور می لغزند و محفظه های فشرده سازی را تشکیل می دهند. مکانیسم کمپرسور تیغه ای ساده‌تر، بادوام‌تر و کارآمدتر از پیستونی است.

هزینه کمپرسورهای پیستونی

مزیت اصلی  قیمت مقرون به صرفه آنها است. اما وقتی هزینه‌های عملیاتی، تعمیر و نگهداری و انرژی را در نظر بگیرید، کمپرسورهای تیغه ای ممکن است ارزان تر باشند. واحدهای پیستونی به مرور زمان دچار افت کیفیت می شوند. در حالی که نوع تیغه ای با گذشت زمان از نظر مصرف انرژی کارآمدتر می شود.

دوام کمپرسور تیغه ای

این مدل با دوام ساخته شده است. آنها بسیار طولانی تر از کمپرسورهای پیستونی عمر می کنند. سرعت های عملیاتی بالا، اصطکاک فوق العاده، مهندسی پیچیده و اجزای ساخته شده آن به این معنی است که ماشین­های پیستونی دوام کمتری نسبت به تیغه ای دارند.

چرخه کار

کمپرسور پیستونی برای جلوگیری از گرمای بیش از حد، سایش قطعات، کربن شدن روغن و خرابی به زمان های خاموشی بین ۳۰ تا ۵۰ درصد نیاز دارد. از سوی دیگر، کمپرسورهای تیغه ای می‌توانند با ۱۰۰ درصد ظرفیت خود ۲۴ ساعته کار کنند، بدون اینکه دچار سایش یا آسیب زودرس شوند.

بهره وری انرژی

کمپرسور هوای تیغه ای هوای بیشتری را با انرژی کمتر تحویل می دهد. طراحی پیشرفته آن یک مهر و موم ضد هوای تقریبا عالی ایجاد می کند که راندمان حجمی را افزایش می دهد و مقدار انرژی مورد نیاز برای انتقال هوا را کاهش می دهد. از آنجایی که ماشین های پیستونی با سرعت بالاتر کار می کنند، اصطکاک بیشتر، گرمای بیشتر و انرژی هدر رفته بیشتری تولید می کنند.

نکات تخصصی در نگهداری کمپرسور پیستونی

جهت افزایش عمر مفید و عملکرد بهینه کمپرسور، رعایت نکات زیر بسیار اهمیت دارد:
بازرسی‌های دوره‌ای: حداقل هر دو هفته یک بار، عملکرد قطعات حیاتی مانند سوپاپ‌ها، موتور و سیستم خنک‌کننده بررسی شود.
تعویض روغن: طبق دفترچه راهنما، اما عموماً هر ۳۰۰ تا ۴۰۰ ساعت کار یا ۳ ماه یک‌بار.
پاک‌سازی و تعویض فیلتر هوا: جلوگیری از ورود گرد و غبار به داخل سیلندر.
بررسی نشتی‌ها: اطمینان از آب‌بندی کامل سیستم.
تخلیه مخزن از رطوبت: به صورت روزانه، جهت جلوگیری از زنگ‌زدگی داخلی.

نتیجه‌گیری

کمپرسورهای هوا پیستونی با طراحی متنوع و کاربردهای گسترده، از پرکاربردترین تجهیزات صنعتی هستند که در بخش‌های مختلفی از جمله صنایع پتروشیمی، پالایشگاه‌ها و کارگاه‌های کوچک استفاده می‌شوند. شرکت فرافن هوا با ارائه انواع کمپرسورهای باکیفیت، گزینه‌ای مطمئن برای رفع نیازهای شما در این زمینه است. انتخاب کمپرسور مناسب بسته به کاربرد و نیاز، می‌تواند هزینه‌های نگهداری را کاهش داده و بهره‌وری را افزایش دهد.

سؤالات متداول:

کمپرسور پیستونی بهتر است یا تیغه‌ای؟

هر کدام برای کاربرد خاصی طراحی شده‌اند. کمپرسورهای تیغه‌ای برای بهره‌وری بیشتر و کارکرد مداوم مناسب هستند، اما کمپرسورهای پیستونی گزینه‌ای مقرون‌به‌صرفه‌تر برای کارهای کوچک‌تر محسوب می‌شوند.

چگونه می‌توان از کمپرسور پیستونی به‌طور بهینه استفاده کرد؟

با تنظیم درست فشار، رعایت دوره‌های خاموشی، و انجام تعمیرات منظم، می‌توان کارایی کمپرسور را افزایش داد.

کمپرسورهای پیستونی روغنی بهتر هستند یا بدون روغن؟

بسته به نیاز، انتخاب متفاوت است. کمپرسورهای بدون روغن برای کارهایی که به هوای تمیز نیاز دارند مناسب‌ترند، اما کمپرسورهای روغنی دوام بیشتری دارند.

آیا کمپرسور پیستونی برای مصارف خانگی مناسب است؟

بله، به‌ویژه مدل‌های تک‌مرحله‌ای به دلیل قابل حمل بودن و نگهداری آسان برای مصارف خانگی و کارگاه‌های کوچک مناسب‌اند.