انصاف نیوز: کمپرسور چیست و چگونه کار میکند؟ محصول این دستگاه مهندسی شده چیست؟ کمپرسور ماشینی است که گاز یا هوا را به درون مکیده و از طرف دیگر با فشار بیشتر و دبی مشخصی بیرون میدهد. با فشار آشناییم و معمولا با واحد بار سنجیده میشود، مثلا فشار مبنا در سطح دریا برابر با یک بار یا اصطلاحا یک اتمسفر است. دبی نیز به حجمی از هوا که در مدت زمان مشخصی از دستگاه خارج میشود گویند؛ برای مثال کمپرسوری که هوای محیط با فشار یک بار را به داخل میکشد و سپس با فشار ۸ بار و دبی ۱۰ متر مکعب بر دقیقه از خروجی بیرون میدهد.
کمپرسورها انواع مختلفی دارند و با گازهای مختلفی نیز کار میکنند. از جملهی برخی از مشهورترین گازهایی که با کمپرسور فشرده میشود میتوان به گاز خامی که از چاه استخراج میشود اشاره کرد. گاز خامی که از اعماق زمین استخراج شده فشار پایینی دارد و نه برای انتقال با لوله و نه برای ارسال به واحدهای پتروشیمی مناسب نیست؛ پس با کمک کمپرسور گاز فرآیندی این گاز متراکم شده و به مقاصد مذکور ارسال میشود. مشهورترین گازها هوای اطراف ماست و کمپرسورهای هوا از معروفترین و پرکاربردترین کمپرسورهاست.
کمپرسور بدون روغن
انواع مختلفی از کمپرسور به شکل بدون روغن کار میکند. برای مثال در کمپرسور پیستونی بدون روغن یا کمپرسور دیافراگم روغنی در داخل محفظهی فشردهسازی وجود نداشته و در نتیجه هوای فشرده خروجی آنها هم تمیز است. اما این کمپرسورها مشخصات هوای مورد نیاز صنعت، فشار و دبی کافی، را ارضا نمیکند. پس باید راهی یافت تا کمپرسور اسکرو بدون روغن کار کند.
مکانیسم کمپرسور روتاری اسکرو
کمپرسور اسکرو از ۲ روتور نر و مادهی در همتنیده بهره میبرد. هوای ورودی در میان این دو روتور گیر میفتد و با آنها میچرخد و هرچه جلوتر میرود جا تنگتر شده و فشار آن افزایش می یابد. در نهایت هوای فشرده از شیر خروجی کمپرسور تخلیه شده و وارد لولهکشی هوای فشردهی کارخانه یا معدن میشود.
روغن در داخل محفظهی کمپرسور اسکرو روغنی، اصطلاحا کمپرسور اویل اینجکت، سه نقش مهم دارد: روانکاری، پاکسازی و خنککنندگی. سه کارکرد گفته شده بر افزایش بهرهوری کمپرسور تاثیرگذار هستند و در کمپرسور اویل فری باید چارهای اندیشید تا افت بهرهوری مذکور جبران شود. راهکار را شرکتهای سازنده کمپرسور هوای صنعتی در دو تغییر دیده اند:
- کاهش کلیرانس روتورها با دیواره محفظه تراکم
کلیرانس یا فاصله روتورها با دیوارهی سیلندر هر چه بیشتر باشد شاهد فرار هوای فشرده بیشتری به صورت جریان برگشتی خواهیم بود. این مسئله در کمپرسور هوای فشرده اسکرو اویل اینجکت نیز رخ میدهد اما به دلیل تزریق روغن و همچنین بهرهوری کافی قابل صرفه نظر کردن است. این قضیه در مورد کمپرسور هوای فشرده اسکرو اویل فری صادق نیست و ضروری است از هر طریق ممکن از کاهش بهرهوری کمپرسورهای باد صنعتی جلوگیری شود.
این نقطه اولین سختی تولید کمپرسور اویل فری است. سازندگان کمپرسور اسکرو در ایران معمولا از واحد کمپرسور وارداتی استفاده میکنند و در حقیقت تکنولوژی ساخت کمپرسور را نداشته و آن را مونتاژ میکنند. اما آنهایی هم که تراشکاری پیشرفته به کار گرفته و روتور اسکرو ایجاد میکنند، در دستیابی به کلیرانس پایینتر شکست خورده اند. در کمپرسور اویل اینجکت فاصلهی میان روتور نر و ماده بسیار اندک است، ولی هنوز این مقدار به دیوانهکنندهای ناچیز نیست. این فاصله یا اصطلاحا کلیرارنس در حدود ۵۰ تا ۱۵۰ میکرون، یعنی ۰/۰۵ تا ۰/۱۵ میلیمتر است و هرچه کمتر باشد کمپرسور بهتری با بهرهوری و راندمان بالاتر ساخته ایم.
در کمپرسور اسکرو روغنی، روغن فیلم نازکی را بر روی روتورها تشکیل میدهد که گویی به صورت اتوماتیک فاصله را کم کرده است. فاصلهی کمتر یعنی آب بندی بهتر، غایب بزرگ کمپرسور اویل فری است که بایستی با تراشکاری و ماشینکاری پیشرفته تر جبران شود. در کمپرسورهای اسکروی بدون روغن فاصلههای دقیقتری در حد ۲۰ تا ۴۰ میکرون یعنی ۰/۰۲ تا ۰/۰۴ میلیمتر تراشکاری و مهندسی میشود. کران پایین محدودهی کلیرانس روتور برای کمپرسور اسکرو روغنی در ایران همچنان دور از دسترس است، چه برسد به محدودهی مناسب کمپرسور بدون روغن … این مسئله زمانی سختتر خواهد شد که بدانیم برندهای معتبری چون اطلس کوپکو و کمپرسور کایزر کلیرانسی به مراتب کمتر از این محدوده را نیز پیاده میکنند. دقت این فاصله از آن رو اهمیت بسزایی دارد که حتی ذرهای برخورد روتورها با یکدیگر منشا خرابکاری و نابودی کمپرسور، دستگاهی چند میلیارد تومانی، است.
دومین راهکار جبران ضعفهای ناشی از غیبت روغن که سازندگان کمپرسور هوا در پیش گرفته اند از اولی هم پیچیده تر است.
- روکش روتور
در کمپرسور اویل فری عموما از روکشهای تفلون یا مولیبدنوم دی سولفید برای روتورها استفاده می شود. تفلون ترکیبی پلیمری با نام علمی پلی تترا فلوئورو اتیلن یا PTFE است که نخستین بار توسط شرکت دوپونت و با نام تجاری تفلون به بازار عرضه شد. کاربری این دو روکش متفاوت نیز بسته به دمای کار کمپرسور هواست. مولیبدنوم دی سولفید درجه حرارت ذوب بسیار بالاتری داشته و برای کار در دمای بالاتر مناسب است. حال تصور کنید که نیازمند تکنولوژی روکشی هستیم که روکش یکنواخت از موادی حساس، بر روی روتورهای به شدت ظریف و دقیق پیاده سازد.
شرکتهای سازندهی معتبری چون اطلس کوپکو و کمپرسور کایزر انواع دیگری از روکشها را با روشهایی دقیق بر روی روتورهای اسکرو می نشانند. این روشها عبارتند از:
اسپری حرارتی که برای روکشهای سرامیکی و کامپوزیتی کاربرد دارد. اسپری حرارتی خود به دو شکل اسپری سرعت بالای سوخت اکسیژنه و اسپری پلاسما انجام میشود و چسبندگی و مقاومت سایشی بالا از مزایای آن است.
اسپری یا کوتینگ پلیمری که برای پلیمرهای مختلفی چون تفلون و دیگر پلیمرهای اصلاحشده با فرمول خاص در اختیار شرکتهای بزرگی چون اطلس کوپکو و اینگرسولرند یا کوبلکوی ژاپن استفاده میشود. مزایای این روش یکنواختی بالا و دقت در ضخامت است.
برای پلیمرها از آبکاری نیکل و فسفر نیز استفاده میشود و سطح یکدست و چسبندگی بهتر برای لایههای بعدی دارد.
پوششدهی خلا که اصطکاک حداقلی، ضخامت بسیار نازک و دقت بالا دارد و فقط برای کمپرسورهای رده بالا استفاده میشود.
و اسپری الکترواستاتیک
در کمپرسور اسکرو هوای خشک یا اویل فری گاز به تنهایی و بدون روغن وارد محفظه کمپرسور شده و به هیچ عنوان آغشته به روغن نخواهد شد. چرخدندههای تنظیم کننده (Timing Gear) که عمل همزمانی حرکت (Synchronization)، عدم سایش و برخورد روتورها با یکدیگر و انتقال دور از روتور محرک (نرینه) به روتور متحرک (مادینه) را باعث می شود. به دلیل عدم نشت روغن به محفظه فشار، یاتاقانها و سیستم آببندی در خارج از محفظهی فشار طراحی و نصب شده اند.
معایب کمپرسور هوای فشرده اسکرو اویل فری
در کمپرسور باد صنعتی فوق به دلیل فقدان روغن و عدم خنک کاری دمای سیال قابل تراکم در حین عملیات فشار بالا رفته و بالطبع با توجه به نوع گاز نسبت فشار تقریبا حدود ۳:۱ خواهد شد که این افزایش دمای گاز، احتمال پیچیدگی پوسته و همچنین تماس روتورها با یکدیگر و پوسته را می تواند در پی داشته باشد. لذا مقادیر لقی بین قطعات بایستی به نحو متناسب پیش بینی شود. این کمپرسورها معمولا توانایی تولید فشار بالا را نداشته و برای تامین فشار زیاد (بالاتر از ۱۰ بار و ۶۰ مترمکعب) از نوع چندمرحله ای آن استفاده می شود. از دیگر معایب این تجهیزات راندمان کمتر آنها نسبت به نوع روغنی بوده و به آببندی مناسبی به منظور جلوگیری از نشتی در آنها مورد نیاز است. هزینهی تهیهی یک کمپرسور بدون روغن (به دلیل عملکرد در سرعت بالا) تقریبا دو برابر هم اندازهی خود از نوع روغنی خواهد بود ولی نیازی به جداکنندهی روغن از گاز پروسس ندارند. ورودی سیال باید به گونهای در نظر گرفته شود که احتمال وارد شدن ذرات و گرد و خاک به داخل دستگاه به حداقل برسد. بنابراین وجود یک سیستم ذراتگیری از سیال ورودی بسیار الزامی می باشد. از محدودیت این کمپرسورها، فشار خروجی کمتر نسبت به اویل اینجکت (روغنی) است.
مزایای کمپرسور هوای فشرده اسکرو اویل فری
به خاطر عدم وجود روغن در سیال خروجی، این دستگاهها جذابیت بیشتری برای صنایع دارد و می توان با استفاده از پکیجهای چندمرحلهای (Multi-stage) تولید فشار را در این نوع کمپرسورها افزایش داد. از جمله صنایعی که بسیار به این کمپرسورهای بدون روغن یا اویل فری نیازمندند بایستی به شرکتهای نساجی، غذایی و دارویی اشاره کرد.
کارخانجات نساجی از کمپرسور اسکرو با مکانیسم اویل فری توام با فیلتراسیون پیشرفته بهره میبرند تا جریان هوای فشردهی پایدار و تمیز برقرار باشد. همچنین کمپرسورهای هوای فشردهی برقی در فرآیندهای دیگر تولیدیها و نیز برای کارهای جانبی همچون نظافت تجهیزات، کنترل سیستمهای اتوماتیک و بستهبندی محصولات کاربرد دارد. گفته شد کمپرسور برقی و این بدان معناست که واحدهای تولیدی نساجی نیازمند جریان پایدار برق صنعتی است.
۴ افسانه در مورد کمپرسور اویل فری و بدون روغن
افسانهی یک: کمپرسور هوا تنها منبع آلودگی به روغن است.
غالبا باور بر این است که هوای فشردهی کمپرسورهای بدون روغن کاملا بدون روغن خواهد بود، هر چه باشد در المنتهای آنها از روغن استفاده نمی شود. این باور حقیقت ندارد، زیرا آلودگی داخل سیستم هوای فشرده از چهار منبع متفاوت نشئت میگیرد؛ هوای اتمسفری ورودی به داخل کمپرسور پیشتر به بخار روغن موجود در محیط آلوده شده و کمپرسور هوای بدون روغن امکان جداسازی آن را ندارد.
افسانهی دو: کمپرسور اسکرو اویل فری هوای بدون آلودگی فرآهم میآورد.
با وجود اینکه کمپرسورهای بدون روغن میزان روغنی که باید از هوای فشرده جدا کنیم را کاهش می دهند، اما به هیچ روی قابلیت کاهش هیچکدام از دیگر آلایندههای معمول موجود در سیستم را ندارند. عمده آلودگی هوای فشرده آب و روغن (در فازهای گوناگون) است، لیکن نباید از میکروارگانیسمها و ذرات دیگر غافل شویم. برای حصول اطمینان از آنکه فرآیندها آسیبی از این آلایندهها نمی بینند، ضروری است که آنها را جدا نموده و یا مقدار آنها را تا سطوح قابل قبول بکاهیم.
افسانهی سه: کمپرسور بدون روغن نیازی به تجهیزات جداسازی ندارند.
معمولا در هنگام نصب کمپرسورهای بدون روغن از نصب تمامی و یا بخشی از فیلترهای پاییندست صرف نظر می کنند. تجهیزات تلخیص سیستمهای هوای فشرده عموما شامل بستهای دو فیلتری است که کارشناسان معتقدند یکی برای جداسازی ذرات و دیگری فیلتر روغن می باشد. اما این فیلترها فیلترهای ادغامی بوده و مهمترین اجزای تجهیزات تلخیص در سیستم هوای فشرده محسوب می شوند.
هر دوی این فیلترها جداسازی یکسانی انجام میدهند، هرچند در سطوح مختلف. فیلتر نخست فیلتری عمومی بوده و فیلتر کارآمدتر را از آلودگیهای حجیم محفوظ میدارد. این تاسیسات دوفیلتری از جریان مداوم هوای فشردهی باکیفیت اطمینان حاصل نموده و مزایای دیگری چون کاهش هزینههای عملیاتی و نیاز به تعمیرات را در مقایسه با بهرهگیری از تنها یک فیلتر کارآمد به همراه دارد.
درایرهای هوای فشرده، تنها برای جداسازی بخار آب طراحی می شوند و امکان جداسازی آب مایع و ایروسول را ندارند. این تجهیزات نیز برای عملکرد بهینه به فیلترهای ادغامی متکی هستند.
افسانهی چهار: کمپرسور اویل فری از روغن استفاده نمیکند.
کمپرسورهای بدون روغن به گونهای طراحی شده اند که در داخل محفظهی فشردهسازی از روغن استفاده نمی کنند فلذا روغن با هوایی که فشرده می شود تماسی نخواهد داشت. لیکن روغن عموما برای روانکاری قطعات متحرک و خنکسازی دستگاه استفاده می شود.
کمپرسورهای بدون روغن عموما از سیلهای بسیار پیچیده بهره می برند تا روغن روانکاری وارد هوای فشرده نشود؛ اما اگر این آببندها دچار اشکال شوند احتمال ورود روغن به سیستم هوای فشرده نیز هست. امکان ورود بخار روغن خروجی از محل اتصال میللنگ به داخل کمپرسور نیز باید مدنظر قرار گیرد.
روغنهایی که اطلس کوپکو برای کمپرسورهای اویل فری خود پیشنهاد می کند نیز عبارتند از: روغن کمپرسور اویل فری و روغن گرید غذایی. در میان روغنهای ایرانی موجود در بازار، برای کمپرسور اسکرو روغنی، روغن پارس کمپرسور ۱۰۵۳ و پارس بابک ۱۰۰ و برای کمپرسور اویل فری روغن موتور خودرو از نوع اتوماتیک یا ۲۰۵۰ توصیه می شود.
