گازهایی که دارای فشار بسیاری زیادی هستند، کاربردهای متعددی در صنایع مختلف دارند و به همین دلیل امروزه تجهیزات مختلفی برای تأمین این گازها تولید می‌شوند که رایج‌ترین آنها کمپرسورها هستند. کمپرسورها می‌توانند انواع مختلفی داشته باشند و بر اساس فاکتورهایی همچون فشار، سرعت، ظرفیت، نوع موتور، روش کار، تعداد مراحل کار، نحوه روغن کاری و… دسته‌بندی شوند. در ادامه با تهویه آسمان همراه باشید تا به بررسی بیشتر کمپرسور پرداخته و با زبانی ساده آن را به صورت کامل برای شما شرح دهیم.
فهرست مطالب
کمپرسور چیست؟
کمپرسور دستگاهی است که برای فشرده کردن هوا یا سایر گازها به فشارهای بالاتر از فشار جو استفاده میشود. هوای گرفته شده از جو را فشرده میکند و فشار آن را افزایش میدهد. کمپرسورها در بسیاری از صنایع مختلف مانند خودروسازی، شیمیایی و پتروشیمی، نساجی، تهویه مطبوع، مواد غذایی، انرژی، بهداشت و درمان و شیشه کاربرد دارند.
کارهایی که کمپرسورها انجام می‌دهند شامل سه مرحلۀ، ایجاد نیروی مکش لازم برای مکیدن گاز مبرد از اواپراتور، متراکم کردن گاز، و درنهایت فرستادن آن به کندانسور است. نام این مراحل به ترتیب عبارتند از مکش، تراکم و تخلیه.
اندازه کمپرسورها میتواند از یک جعبه دستمال کوچک که مناسب که باد زدن تایرها است، گرفته تا ماشین‌های غول پیکر رفت و برگشتی یا توربو کمپرسور موجود در خدمات خط لوله، باشد.
انواع کمپرسور
انواع کمپرسورها از نظر روش مورد استفاده به دو دسته تقسیم می‌شوند: کمپرسورهای جابجایی مثبت و کمپرسورهای توربو.
کمپرسورهای جابجایی مثبت
کمپرسور جابجایی مثبت (Displacement Compressor) مدلی از کمپرسورها است که نحوه کارکرد آن اینگونه است که حجم معینی از سیال به صورت گاز و یا هوا در آن محصور شده و در ادامه با کاهش دادن محدوده محصور شده، فشار افزایش پیدا میکند. کمپرسورهای جابجایی مثبت بر اساس اصل افزایش فشار از طریق فشرده سازی هوا در حجم معین ساخته می‌شوند.
کمپرسورهای توربو
توربو کمپرسور (Turbo Compressor) از دو قسمت اصلی تشکیل شده است که شامل کمپرسور و توربین گاز است. این تجهیزات می‌توانند گازهایی با بالاترین فشار ممکن تولید کرده و استفاده‌های متعددی داشته باشند. توربین گاز و کمپرسور بر روی یک شفت سوار می‌شوند و یا به وسیله گیربکس به همدیگر متصل می‌شوند.
انواع کمپرسورها براساس اصل کار
- کمپرسور پیستونی
- کمپرسور اسکرو
- کمپرسور اسکرال
- کمپرسور گریز از مرکز
- کمپرسور جریان محوری
- کمپرسور جابجایی مثبت روتاری
کمپرسور پیستونی
کمپرسورهای پیستونی (به انگلیسی Piston compressor) یا رفت و برگشتی نوعی از کمپرسورهای جابه جایی مثبت هستند که در آنها هوا در سیلندر از طریق حرکت رفت و برگشتی پیستون فشرده میشود. حرکت پیستون به کمک یک میل لنگ و به وسیله حرکت دوار موتور صورت می‌گیرد.
این دسته از کمپرسورها از جمله قدیمی‌ترین کمپرسورها هستند که در حال حاضر از جایگاه ویژه‌ای در میان کمپرسورهای با ابعاد کوچک و متوسط برخوردار می‌باشد. این نوع کمپرسور عملکردی همانند تلمبه دوچرخه دارد. کمپرسورهای پیستونی از نظر میزان استفاده در صنایع، نسبت به دیگر کمپرسورها برتری دارد. هوای فشرده در کمپرسورهای پیستونی در نتیجه فشرده شدن هوا یا گاز توسط پیستون با حرکت رو به عقب خود به دست می‌آید. فرآیند فشرده‌سازی بین پیستون و سیلندر، دریچه‌های ورودی و تخلیه انجام میشود.
معمولاً کمپرسورهای پیستونی در دو شکل ایستاده و یا خوابیده طراحی می‌گردند که نوع ایستاده فضای کمتری را اشغال می‌نماید.
کمپرسور اسکرو
این کمپرسورها که مکانیزم عملکرد آنها دورانی یا روتاری است، به کمک دو شفت پیچی شکل که در درون محفظه‌ای قرار دارند، هوا را فشرده می‌کنند. یکی از مزایای این نوع کمپرسور، کاهش نسبی لرزش آن در مقایسه با کمپرسور نوع پیستونی است. حرکت فشرده سازی کمپرسور اسکرو (Screw compressor) در بلوک پیچی شکل می‌گیرد که از اتصال دو روتور قرار گرفته در یک بدنه تشکیل شده است. هوا از درگاه مکش به محفظه تراکم منتقل میشود. فضاهای دندانی روتورها با هوا پر شده است. روتورهایی که در جهت معکوس می‌چرخند، دهانه مکش هوای مکیده شده را می‌بندند و یک ناحیه فشرده سازی بین بدنه و فضاهای دندان روتور ایجاد می‌کنند. با چرخش معکوس روتورها، هوا در جهت شکاف‌های دندان در حجم کم کم حرکت میکند. هوای فشرده از خروجی بلوک پیچ خارج میشود.
کمپرسور اسکرال
کمپرسور اسکرال (Scroll compressor) نوعی از کمپرسورهای دورانی است که در دسته کمپرسورهای جابجایی مثبت طبقه‌بندی شده و معمولاً در سیستم‌های تبرید و تهویه مطبوع همچون چیلرها، هواسازها و اسپلیت‌ها استفاده می‌شوند. کمپرسورهای اسکرال دارای فناوری‌های پیشرفته‌ای هستند و از دو مارپیچ ثابت و متحرک تشکیل شده‌اند و عملکرد آنها به این شکل است که مارپیچ در حال گردش باعث فشرده شدن گاز و بالارفتن دما و فشار آن میشود.
کمپرسورهای هوای اسکرول یا اسکرال از مارپیچ‌های ثابت و مداری استفاده می‌کنند که حجم فضای بین آنها را کاهش میدهد، زیرا مارپیچ‌های مداری مسیر مارپیچ‌های ثابت را دنبال می‌کنند. ورود گاز در لبه بیرونی طومارها و تخلیه گاز فشرده در نزدیکی مرکز انجام میشود. از آنجایی که کتیبه‌ها با هم تماس ندارند، به روغن روان کننده نیازی نیست، که باعث میشود این نوع کمپرسور ذاتاً بدون روغن باشد. با این حال، از آنجایی که مانند سایر طرح‌ها از هیچ روغنی برای حذف گرمای فشرده سازی استفاده نمی‌شود، ظرفیت کمپرسورهای اسکرال تا حدودی محدود است. آنها اغلب در کمپرسورهای هوای ارزان قیمت و کمپرسورهای تهویه مطبوع خانگی استفاده می‌شوند.
کمپرسور گریز از مرکز
کمپرسور گریز از مرکز یا سانتریفیوژ (Centrifugal Compressor)، یک دستگاه مکانیکی است که سیال را با کمک شتاب شعاعی پروانه که توسط محفظه کمپرسور احاطه شده است، فشرده میکند. در کمپرسور سانتریفیوژ، هوا یا گاز به صورت محوری وارد پروانه میشود و به صورت شعاعی تخلیه میشود. به همین دلیل به آن کمپرسور شعاعی نیز گفته میشود.
بر اساس اصل کار کمپرسورهای گریز از مرکز، هوا به صورت مرکزی وارد محفظه حلقوی میشود و در نتیجه حرکت چرخشی در داخل مرکز دایره‌ای، هوا تحت نیروی گریز از مرکز شتاب می‌گیرد. اما زمانی که به سمت بیرونی می‌رسد، سرعت آن کاهش یافته و فشار آن افزایش می‌یابد.
در کمپرسور سانتریفیوژ، سرعت سیال با تبدیل انرژی جنبشی هوا/گاز به سرعت توسط پروانه افزایش می‌یابد. دیفیوزر بعداً سرعت هوا یا گاز را به فشار تبدیل میکند. کمپرسورهای گریز از مرکز شعاعی دارای نسبت فشار بالا در دبی کم هستند که این مزیت اصلی نسبت به کمپرسورهای محوری است.
کمپرسور سانتریفیوژ در صنایع نسبت به کمپرسورهای رفت و برگشتی دارای کاربرد کمتری هستند و همچنین راندمان پایین‌تری نیز دارند اما منبع انرژی ارزانی را طلب می‌کنند و به همین خاطر از نظر توان مصرفی معیار انتخاب قرار می‌گیرند. این کمپرسورها دارای ابعاد کوچک و وزن کم هستند و جای کمتری را اشغال می‌کنند.
کمپرسور جریان محوری
یک کمپرسور محوری یا آکسیال (Axial compressor) دارای عبور جریان محوری هوا یا گاز در امتداد شفت کمپرسور است که در این مسیر ردیف پروانه‌های چرخشی و ثابت جریان وجود دارند. به این ترتیب، سرعت هوا به تدریج در همان زمان با برخورد به پره‌های ثابت افزایش یافته و انرژی جنبشی به فشار تبدیل میشود .
کمپرسور از چندین ردیف آبشاری تشکیل شده که برخی از این ردیف‌ها روتور نام دارد که به شفت مرکزی متصل شده و با سرعت بالا گردش میکند. سایر ردیف‌ها استاتور نام دارند که در جای خود ثابت هستند و گردش نمی‌کنند. وظیفه استاتور افزایش فشار و بازگرداندن جریان از حالت مارپیچ به موازات محور است.
با توجه به عملکرد پر قدرت و راندمان بالای کمپرسورهای محوری، این کمپرسورها جزئی جدا نشدنی در طراحی توربین‌های بزرگ گازی مانند موتورهای جت و موتورهای پرسرعت هستند. آنها همچنین در کاربردهای صنعتی مانند کارخانه‌های جداسازی هوا با حجم زیاد، هوای کوره‌های انفجار، هوای ترکیبی کاتالیزوری سیال و هیدروژن زدایی پروپان مورد استفاده قرار می‌گیرند.
کمپرسور روتاری
کمپرسور روتاری (Rotary compressor) نوعی کمپرسور جابجایی مثبت است که توسط چرخش 360 درجه‌ای تیغه‌ها، عمل مکش و تراکم مبرد را انجام میدهد. زمانی که گاز از دریچه ورودی وارد کمپرسور میشود بر اثر چرخش تیغه‌ها و برخورد با هوا، آن را با فشار به طرف لوله دهش هدایت میکند. در این کمپرسور، هوا توسط پمپ‌های مرکزی خارجی به حجم‌های متوالی کوچک تبدیل شده و با کاهش حجم، از افزایش فشار اطمینان حاصل میشود. قسمت چرخان موتور سیال را از ورودی خود می‌کشد، سیال را به صورت دایره‌ای دور آن می چرخاند و آن را به قسمت پرفشار در خروجی منتقل میکند.
کمپرسورها در چه صنایعی کاربرد دارند؟
کمپرسورها در بسیاری از بخش‌ها، از مشاغل کوچک گرفته تا کارخانه‌های صنعتی بزرگ، ضروری هستند. کمپرسور یکی از اصلی‌ترین اجزای سیستم هوای فشرده است و برای کاربردهای مختلف، در شکل و اندازه گوناگون ساخته میشود. نمونه‌های زیر از جمله صنایعی هستند که کمپرسور در آنها کاربرد دارند:
- صنایع پتروشیمی
- لوازم تعمیرگاهی
- انتقال خط لوله گاز طبیعی
- تجهیزات برودتی و حرارتی
- نیروگاه تولید برق
- موتور جت
- موتور خودرو
- ابزارهای پنوماتیکی
- کابین هواپیما و زیر دریایی
- ماشین الات سنگین
- صنعت ساخت و تولید
جمع‌بندی
کمپرسورها ابزارهای مکانیکی هستند که برای افزایش فشار در انواع مایعات یا گازهای قابل تراکم استفاده می‌شوند که رایج‌ترین آنها هوا است. کمپرسورها در سرتاسر صنعت مورد استفاده قرار می‌گیرند. تنوع زیادی در انتخاب کمپرسورها وجود دارد که هر کدام مزایا و معایب مربوط به خود را دارند. به همین دلیل باید با توجه به نیاز خود و کاربردی که از آنها انتظار دارید، اقدام به انتخاب نمایید.
پرسش و پاسخ
کمپرسور برای چه مواردی استفاده می شود؟
کمپرسور وسیلهای است که برای فشرده کردن هوا یا سایر گازها به فشارهای بالاتر از فشار جو استفاده میشود. هوای گرفته شده از جو را فشرده میکند و فشار آن را افزایش میدهد.
تفاوت بین کمپرسور و کندانسور چیست؟
کمپرسور مبرد را در حالت گازی فشرده میکند، در حالی که کندانسور گاز مبرد را دوباره به مایع تبدیل میکند.
تفاوت بین کمپرسور و اواپراتور چیست؟
کمپرسور مبرد را تحت فشار قرار میدهد. سپس کویل اواپراتور به آن اجازه میدهد تا از حالت مایع به گاز تبخیر شود و هوای گرم داخل خانه شما را جذب کند. کویل اواپراتور نه تنها به جذب گرما کمک میکند، بلکه میتواند رطوبت را از هوای ورودی بیرون بکشد و به رطوبت کمتر اتاق، کمک کند.
