a
موضوع تحقیق: کمپرسورهای تناوبی
استاد مربوطه:
گردآورندگان:
پاییز92
کمپرسورهای تناوبی (Reciprocating) که رفت و برگشتی نیز نامیده می شوند، یکی از قدیمی ترین انواع کمپرسورها می باشند. اولین نمونه های این کمپرسورها با سیلندر چوبی (مثلاً از جنس بامبو Bamboo) ساخته شده و پیستون آن به وسیله نیروی انسانی (دستی) عقب و جلو برده می شد. آب بندی پیستون توسط پر پرندگان صورت می گرفت تا از این طریق در مرحله مکش هوا وارد کمپرسور شده و در مرحله تراکم از آن خارج شود. از این کمپرسور غالباً برای ذوب فلزات استفاده می گردید. براساس شواهد تاریخی یونانیان در 100 سال قبل از میلاد مسیح توانستند کمپرسورهای فلزی بسازند که در آن از آلیاژهای برنزی استفاده شده بود. بهرحال در ساختار این کمپرسورها تا قرن هیجدهم میلادی پیشرفت چندانی صورت نگرفت تا اینکه یک مهندس انگلیسی به نام” J.Wilkison” کمپرسوری را طراحی کرد که شبیه کمپرسورهای امروزی بوده و سیلندر آن از چدن ریخته گری ساخته و ماشین کاری شده بود.
مقدمه
کمپرسورهای تناوبی عموماً برای دبی کم و فشار زیاد مورد استفاده قرار می گیرند. دبی گاز در این نوع کمپرسورها از مقادیر کم تا m3/hrمی رسد و با آن می توان به فشارهای زیاد (تاbar) دست یافت. در نسبت های تراکم بالاتر از در هر مرحله این کمپرسورها در مقایسه با سایر انواع کمپرسورها از راندمان بالاتری برخوردار می باشند. کمپرسورهای تناوبی اساساً جزء ماشین های با ظرفیت ثابت می باشند ولی در شرایط خاصی می توان ظرفیت آن را برحسب شرایط مورد نظر تغییر داد.
کمپرسورهای تناوبی عموماً برای دبی کم و فشار زیاد مورد استفاده قرار می گیرند. دبی گاز در این نوع کمپرسورها از مقادیر کم تا ۲۰۰۰ m3/hrمی رسد و با آن می توان به فشارهای زیاد (تاbar ۶۰۰) دست یافت. در نسبت های تراکم بالاتر از ۵/۱ در هر مرحله این کمپرسورها در مقایسه با سایر انواع کمپرسورها از راندمان بالاتری برخوردار می باشند. کمپرسورهای تناوبی اساساً جزء ماشین های با ظرفیت ثابت می باشند ولی در شرایط خاصی می توان ظرفیت آن را برحسب شرایط مورد نظر تغییر داد.
کمپرسورهای تناوبی
در کمپرسورهای پیستونی با حرکت پیستون به سمت عقب گاز به درون سیلندر وارد شده و فضای درون سیلندر را پر می کند. در حرکت رو به جلو، با اعمال نیرو از سوی پیستون گاز حبس شده در سیلندر متراکم می گردد. جهت سهولت در ورود و خروج گاز در سیلندر و ایجاد شرایط لازم برای تراکم آن در حرکت روبه جلوی پیستون، این کمپرسورها مجهز به سوپاپ های مکش و دهش می باشند. جهت شناخت مقدماتی عملکرد کمپرسورهای پیستونی می توان تلمبه های باد دستی را مورد بررسی قرار داد، چرا که این تلمبه ها ضمن سادگی در رفتار دارای تمامی مشخصه های یک کمپرسور پیستونی می باشند.
تلمبه ها شامل پیستون، سیلندر و سوپاپ های مکش و دهش بوده و نیروی محرکه لازم برای تراکم هوا توسط نیروی انسانی تامین می گردد. سوپاپ دهش این کمپرسورها همان والو (Valve) لاستیک دو چرخه بوده که مانع از نشت هوا از لاستیک ( قسمت دهش) به دورن تلمبه در هنگام حرکت رو به عقب پیستون ( مرحله مکش) می گردد. سوپاپ مکش این تلمبه ها بر روی پیستون آن نصب گردیده است. این قطعه به صورت فنجانی شکل (Cup _ Shaped) بوده که از جنس چرم و یا مواد مشابه آن ساخته شده است.
در حالت مکش، در اثر حرکت رو به عقب پیستون، هوای جلوی پیستون منبسط شده و درون سیلندر خلاء ایجاد می شود. با توجه به اینکه هوای سمت بیرونی پیستون تحت فشار آتمسفر قرار دارد، همین امر باعث جداشدن قطعه چرمی از کناره سیلندر گردیده و هوا می تواند از این طریق وارد سیلندر شده و آن را پرنماید.
در حرکت رو به جلوی پیستون، با کاهش حجم گاز، فشار گاز درون سیلندر افزایش یافته و نیروی حاصل از آن بر روی قطعه چرمی اثر نموده و باعث چسبیدن آن به کناره پیستون گردیده و موجب آب بندی پیستون شده و مانع از نشت گاز از کناره پیستون به خارج می شود.
با تراکم گاز در سیلندر و افزایش فشار هوای حبس شده در آن، لحظه ای فرا می رسد که فشار درون سیلندر، از فشار درون تیوپ لاستیک بیشتر شده و باعث باز شدن سوپاپ لاستیک گردیده و هوای متراکم شده از درون سیلندر به داخل لاستیک فرستاده می شود. بدیهی است هرچه فشار درون لاستیک بیشتر باشد، سوپاپ آن دیرتر باز شده و انرژی بیشتری برای تراکم گاز و ارسال آن به داخل لاستیک مورد نیاز می باشد. به عبارت دیگر اگر مقاومتی در جلوی تلمبه نباشد و مستقیماً به آتمسفر متصل باشد، برای تخلیه گاز از درون تلمبه به انرژی ناچیزی نیاز خواهد بود.
در این کمپرسور ها دو روتور با پروفیل های متفاوت داخل یک اتاقک با جهت های متفاوت می چرخند .روتور اصلی ٨۵% تا ۹۰% انرژی دریافتی را به انرژی گرمایی و فشار تبدیل می کند. با چرخش مداوم روتورها هوای محبوس شده با کاهش حجم افزایش فشار می یابد . در تمام مراحل روغن وارد فضای بین پره ها می شود ( در نوع روانکاری با روغن ). این روغن وظیفه روان کاری و خنک کردن روتور ها را عهده دار است .
کمپرسورهای اسکرو
هوا به داخل قسمت روتورها کشیده می شود وفضای بین پره ها را پر می کند این قسمت مانند مرحله مکش در کمپرسور های پیستونی می باشد
مرحله اول
هنگامی که هوا وارد قسمت فشرده سازی شد با چرخش روتورها حجم آن کم می شود و بنا بر این فشار افزایش می یابد. این کم شدن حجم تا قسمت تخلیه هوا ادامه می یابد تا فشار به مقدار دلخواه برسد
مرحله چهارم
هوای فشرده به بیرون کمپرسور جریان می یابد
مرحله دوم و سوم
منظور از روغن کاری شدن، تماس روغن با گاز در محفظه تراکم می باشد. بر این اساس کمپرسورها را می توان به دو دسته خشک یا فاقد روغن (Dry or Oil Free) و روغن کاری شونده (Lubricated) تقسیم کرد.
در کمپرسورهای خشک، محفظه تراکم از قسمت انتقال قدرت کاملاً جدا بوده و لذا عملاً گاز مورد تراکم هیچگونه تماسی با ماده روان کننده ندارد.
در کمپرسورهای از نوع پیستونی روان کاری شونده، اختلاط روغن با گاز مورد تراکم ناخواسته و از طریق نشت روغن از کارتل به بالای پیستون ها و از کناره رینگ ها صورت می گیرد.
دسته بندی کمپرسورها از نظر نحوه روغن کاری شدن
در کمپرسورهای از نوع دورانی روانکاری شونده اختلاط روغن با گاز مورد تراکم به طور عمدی صورت می گیرد. در این دسته از کمپرسورها روغن تحت فشار گاز خروجی از کمپرسور به محفظه تراکم فرستاده شده و ضمن اختلاط با گاز مورد تراکم عملیات روانکاری، خنک کاری و کاهش نشتی گاز از لقی موجود در بین قطعات را به عهده دارد. روغن مخلوط شده با گاز مورد تراکم در تله جدا کننده روغن (Oil Separator) از آن جدا شده و بعد از خنک کاری، به محفظه تراکم برگشت داده می شود. امروزه با وجود مشکلات و مسائل متعددی که در زمینه بهره برداری از کمپرسورهای خشک، وجود دارد در بسیاری از موارد شرایط بهره برداری و مشخصه های فیزیکی و شیمیایی گاز مورد تراکم ایجاب می کند که عمل تراکم گاز در محفظه تراکم، در غیاب روغن صورت پذیرد.
تولید اکسیژن، صنایع غذایی و دارویی، تراکم بسیاری از گازهای مورد استفاده در صنایع پتروشیمی و … نمونه هایی از صنایعی بوده که نسبت به حضور روغن در گاز مورد تراکم حساس می باشند. هر چند که کمپرسورهای گریز از مرکز، ذاتاً فاقد روغن (Oil Free) می باشند ولی در کمپرسورهای رفت و برگشتی و دورانی با اعمال تدابیر لازم می توان مانع از حضور روغن در محفظه تراکم شد. کمپرسورهای خشک هر چند که از نظر حداکثر دمای قابل تحمل در محفظه تراکم، در مقایسه با کمپرسورهای روانکاری شونده دارای مزیت هایی می باشند (دمای مجاز در آن در حدود ۳۰ تا ٧۰ درجه سانتیگراد از دمای مجاز در کمپرسورهای روانکاری شونده بیشتر است) و به همین خاطر نسبت تراکم بالاتری را در هر مرحله از این کمپرسورها می توان پیش بینی کرد ولی به لحاظ قیمت بالاتر، هزینه های تعمیر و نگهداری بیشتر، پایین بودن راندمان، قابلیت اعتماد کمتر و … امروزه به جز در موارد اجباری حتی الامکان سعی می شود از کمپرسورهای خشک استفاده نشود. ویژگی های نامطلوب کمپرسورهای خشک باعث شده تا امروزه نگرش جدیدی در این زمینه مطرح شود و آن عبارتست از تزریق روغن به مقدار بسیار کم (در حد چند ppm) با سازگاری لازم گاز مورد تراکم در حضور روغن، حتی به مقدار ناچیز، موجب بهبود نسبی در عملکرد کمپرسورهای خشک می گردد
در این دسته از کمپرسورها، که عموماً برای سیستم های تبرید با ظرفیت کم (حداکثر ۲۰ تن تبرید) مورد استفاده قرار می گیرند، الکتروموتور و کلیه قطعات مربوط به کمپرسور، در درون یک محفظه کاملاً آب بند شده قرار داده می شود. اساساً این کمپرسورها به صورت یکبار مصرف، طراحی شده و تعمیر آن از نظر فنی و اقتصادی توصیه نمی شود.
متاسفانه گاهی اوقات این توصیه در ایران نادیده گرفته شده و بعضی از تعمیرکاران اقدام به تعمیر آن می کنند، کار چندان اصولی نمی باشد. البته تفاوت شرایط اقتصادی و اجرت تعمیرات درایران با کشورهای صنعتی عامل اصلی این نگرش می باشد.
دسته بندی کمپرسورها از نظر آب بندی محور
کمپرسورهای نیمه بسته( Semi- hermetic)
در این نوع کمپرسورها محور کمپرسور از کارتر و یا محفظه تراکم خارج گردیده و به طور مستقیم و یا غیرمستقیم (به کمک پولی) راه اندازی می شوند. اساساًً این کمپرسورها برای تمامی موارد (از ظرفیت کم تا بسیار زیاد) مناسب بوده و تنها نقطه ضعف آن در مقایسه با دو طرح قبلی احتمال نشت گاز مورد تراکم از محل خروج شافت بوده که آن هم با انتخاب سیستم آب بندی مناسب قابل حل می باشد
کمپرسورهای باز Open
برخلاف اسم آن، در واقع پمپ های خلا نوعی کمپرسور بوده که فشار قسمت مکش آن از فشار جو کمتر و فشار دهش آن اندکی از فشار جو بیشتر می باشد. پمپ های خلا در طرح های مختلفی ساخته شده که دارای قابلیت های ذیل می باشند:
پمپ خلا Vacumm Pumps
گریز از مرکز حداکثر خلا قابل دسترس 6mmHg
تناوبی حداکثر خلا قابل دسترس 0.5mmHg
انژکتورهای بخاری حداکثر خلا قابل دسترس mmHg 0.05
دورانی حداکثر خلا قابل دسترس mmHg 0.00005
در بین طرح های فوق پمپ های خلا از نوع دورانی از مقبولیت بیشتری برخوردار می باشند.
هواکش ها ( fans)
این نوع کمپرسورها عموماً برای دبی زیاد و فشار کم ( تا ۱∕۰بار) ساخته شده و عموماً از خانواده گریز از مرکز می باشند.