المنت کمپرسور اسکرو با اسامی مختلفی شناخته میشود، المنت اصطلاحی است که کمپانی اطلس کوپکو جا انداخته است. ایرند (airend) عنوانی عمومی تر است؛ همچنین محفظه‌ی تراکم، استیج فشرده‌سازی، مرحله فشرده سازی و امثالهم اصطلاحاتی است که عموما به المنت کمپرسور اسکرو اشاره دارد. باید توجه داشت که یک استیج یا مرحله فشرده‌سازی جوانب دیگری نیز دارد اما مهمترین بخش هر مرحله‌ی تراکم هوا در کمپرسور اسکرو در محفظه‌ی تراکم رخ میدهد. محفظه‌ی تراکم متشکل از پوسته یا سیلندر بوده و روتورهای نر و ماده در درون آن در یکدیگر تنیده اند. روتورهای نر و ماده نامتقارن هستند و تعداد برجستگی (lobe) متفاوتی دارند.
طراحی محفظه‌ی تراکم انواع مختلفی دارد که بسیار شبیه یکدیگرند. کمپانی‌ها و طراحان مختلف از ریزه‌کاری‌هایی برای افزایش بهره‌وری و بهبود عملکرد کمپرسور استفاده میکنند، اما در بررسی باید به خاطر داشته باشیم دو دسته‌بندی وجود دارد که با یکدیگر تفاوت اساسی دارند: روغن پاششی (Oil Inject/Oil Flooded) و بدون روغن (Oil-free یا هوای خشک).
کمپرسور روغن پاششی و کمپرسور اویل فری
در کمپرسور اسکرو روغن پاششی همانطور که پیشتر بررسی شده است، روغن به درون محفظه‌ی تراکم ورود میکند و بر روی قطعات متحرک و جریان هوای گذری پاشیده میشود. چنین پاششی مزایای متعددی دارد: روانکاری قطعات، خنک کنندگی و پاکسازی ذرات به جا مانده از قبل. همچنین فیلم روغن فضای میان روتور و پوسته را پر میکند و در نتیجه فضای کمتری برای جریان برگشتی وجود دارد؛ کاهش فضای برگشتی از هدررفت هوای فشرده کاسته و بهره‌وری را افزایش میدهد.
در کمپرسور اسکرو اویل فری همانطور که پیشتر بررسی شده است، غیاب روغن با پارامترهای طراحی پر شده است. این پارامترها عبارتند از روکش مخصوص روتور و فاصله‌ی کم روتور و پوسته، بسیار کم. طراحی و تعمیر محفظه تراکم کمپرسور اسکرو اویل فری دشوارتر و پیچیده‌تر است. این دو مسئله اهمیت نگهداری آن را برجسته‌تر مینماید، زیرا جبران آسیب به مراتب گرانتر از کمپرسور اسکرو روغن پاششی است.
سیلندر کمپرسور اسکرو
سیلندر محفظه‌ی تراکم کمپرسور اسکرو بسته به فشاری که تحمل خواهد کرد از جنس‌های مختلفی ساخته میشود؛ عموما آلیاژهای مختلف فولاد و در بیشتر موارد چدن. استاندارد طراحی این سیلندرها API619 است که بنا بر آن استفاده از پوسته چدنی برای فشارهای بیش از ۲۷ بار یا ۴۰۰ psig، دماهای بیش از ۲۶۰ درجه سانتیگراد یا ۵۰۰ درجه فارنهایت و گازهای سمی و اشتعال‌پذیر مجاز نیست.
سیلندر محفظه تراکم کمپرسور اویل فری مجهز به ژاکتی است که در آن آب یا روغن خنک کننده جاری بوده و با انتقال حرارت وظیفه‌ی خنک‌سازی استیج فشرده سازی را بر عهده دارد. برای تحمل بارهای محوری و شعاعی از یاطاقان‌های متناظر کروی (بلبرینگ) و استوانه‌ای در کمپرسور اسکرو استفاده میشود.
روتور کمپرسور اسکرو
جریان هوای ورودی پس از ورود به سیلندر و محفظه‌ی تراکم و به واسطه‌ی ساختار و ماشین‌کاری مخصوص روتورهای در‌هم‌تنیده‌ی کمپرسور اسکرو، همزمان با فشردگی و افزایش فشار به جلو و در راستای محوری هدایت میشود. جفت دنده‌های کمپرسور اسکرو که یکی بر سر شافت سمت موتور، خواه الکتروموتور و خواه موتور دیزلی، نصب شده و دیگری بر سر شافت سمت کمپرسور، تعداد دندانه‌هایی متفاوت دارند. در نتیجه‌ی این تفاوت، هر دور موتور چندین دور روتورها را میچرخاند.
روتور کمپرسور اسکرو معمولا از فولاد و آلیاژهای آن تراشیده یا ریختهگری میشود. همچنین در کمپرسورهای اویل فری از روکش‌های مخصوصی برای جبران ضعف‌های ناشی از غیبت روغن استفاده میشود که عموما بر دو نوع است: پلی تترا فلوئورو اتیلن یا تفلون و مولیبدنوم دی سولفید. تفلون برای درجات حرارت معمول و پایین و روکش نوع دوم برای درجات حرارت بالاتر و کمپرسورهای فعال در فشار و دمای بالا استفاده میشود.
ساخت روتور کمپرسور اسکرو
روتورهای کمپرسور اسکرو با دو روش آهنگری و ریختهگری شکل داده میشود. هرچند ریختهگری نیز روشی پذیرفته و استاندارد تحت استانداردهای ASME و ASTM است، اما کیفیت روتورهای آهنگری و تراشکاری شده بالاتر است. روتورهای محصول ریختهگری معمولا ضعف‌هایی چون تخلخل یا عمر مفید کوتاهتر دارند. آهنگری استحکام و عمر مفید قطعه را بالاتر میبرد.
در برخی از مدل‌های روتور کمپرسور اویل فری، روتورها توخالی ساخته میشود تا امکان جریان سیال خنک کننده در درون آن فراهم شود. همچنین ضخامت روکش‌های تفلون و دی سولفید مولیبدنوم به عوامل متعددی بستگی دارد.
همانطور که پیشتر گفته شد سرعت دورانی روتورهای کمپرسور اسکرو تا چندین برابر دور موتور خواهد بود. در چنان سرعت دورانی اطمینان از بالانس مکانیکی و کنترل لرزش ضروری است. بازبینی دوره‌ای روتورها از نظر دینامیکی توصیه میشود. این مسئله در کمپرسورهای اسکرو اویل فری از اهمیت بیشتری برخوردار است، زیرا المنت یا محفظه‌ی تراکم این کمپرسورها طراحی پیچیده‌تر و تعمیرات دشوارتری دارد.
یاطاقان کمپرسور اسکرو
در اغلب کمپرسورهای اویل فری بزرگ، یاطاقان‌های شعاعی از نوع غلافی (sleeve) و یا tilting pad به کار گرفته میشود. در این مدل‌ها، لایه‌ای از بابیت (آلیاژ قلع) بر روی پوسته‌ی فولادی ریختهگری میشود. بر اساس دستورالعمل استاندارد API619 که پیشتر بدان اشاره شد، یاطاقان‌ها باید طوری طراحی و ساخته شود که برای تعویض آنها نیازی به خارج کردن روتورها نباشد.
یاطاقان‌هایی که بار محوری داخل المنت کمپرسور اسکرو را تحمل میکنند، عموما از نوع Tilting pad بوده و نباید متقارن باشند. در کمپرسورهای فشار معمولی از بلبرینگ و یا رولربرینگ استفاده میشود. مهمترین بار وارده بر روی قطعات مذکور فشار هوا و وزن روتورهاست. بار در قسمت خروجی هوای فشرده بیشتر است، زیرا همانطور که گفته شد بار وارده حاصل جمع وزن روتورها و فشار هوا بوده و در قسمت خروجی فشار هوا افزایش یافته است.
طراحی یاطاقان: هنر تحمل فشار
در کمپرسورهای اسکرو اویل فری، یاطاقان‌های Tilting Pad و Sleeve Bearing به گونه‌ای طراحی شده‌اند که بارهای محوری و شعاعی را به طور موثر تحمل کنند. این یاطاقان‌ها با استفاده از آلیاژ بابیت، که دارای مقاومت بالا در برابر سایش است، ساخته میشود. طراحی غیرمتقارن یاطاقان‌ها به ویژه در کمپرسورهای فشار بالا باعث میشود که نیروهای وارد بر قطعات به طور یکنواخت توزیع شود. این تکنولوژی نه تنها طول عمر دستگاه را افزایش میدهد، بلکه هزینه‌های تعمیر و نگهداری را نیز به طور چشمگیری کاهش می‌دهند.
نقش استراتژیک روغن در کمپرسورهای اویل اینجکت
در کمپرسورهای اسکرو اویل اینجکت، روغن چیزی فراتر از یک روان‌کننده ساده است. روغن به عنوان یک واسطه حرارتی عمل میکند و حرارت تولید شده در فرآیند تراکم را جذب و دفع میکند. علاوه بر این، روغن به عنوان یک مهر و موم طبیعی بین روتورها و پوسته عمل کرده و نشت هوا را به حداقل می‌رساند. این ویژگی‌ها باعث میشود که کمپرسورهای اویل اینجکت گزینه‌ای ایده‌آل برای کاربردهایی باشند که به فشارهای بالا و عملکرد مداوم نیاز دارند. انتخاب روغن با گرانروی مناسب و مقاوم در برابر اکسیداسیون، نه تنها عمر کمپرسور را افزایش میدهد بلکه هزینه‌های نگهداری را نیز کاهش میدهد.
هنر مهندسی روتور: ظرافت در طراحی و دقت در اجرا
روتورهای کمپرسور اسکرو قلب تپنده این دستگاه‌ها هستند و طراحی آنها بر اساس اصول دقیق دینامیک سیالات انجام میشود. تفاوت در تعداد برجستگی‌ها (Lobes) بین روتور نر و ماده به گونه‌ای است که فشار هوا به طور یکنواخت افزایش یابد. علاوه بر این، پوشش‌های خاصی مانند تفلون و دی‌سولفید مولیبدنوم در کمپرسورهای اویل فری نه تنها از خوردگی جلوگیری میکنند، بلکه باعث کاهش اصطکاک می‌شوند. این تکنولوژی‌ها به کمپرسور اجازه می‌دهند که در دماها و فشارهای بالا با بهره‌وری فوق‌العاده کار کند. روتورهای ساخته شده با روش آهنگری و ماشین‌کاری دقیق، به دلیل ساختار مستحکم و عمر طولانی، انتخاب ایده‌آلی برای کاربردهای حساس و پر فشار هستند.
تاثیر دقت ماشین‌کاری بر عملکرد روتورها
کیفیت و دقت ماشین‌کاری روتورهای کمپرسور اسکرو تاثیر مستقیمی بر عملکرد و بازده دستگاه دارد. در کمپرسورهای اویل فری، فاصله بسیار کم بین روتورها و پوسته، نیازمند دقت بالایی در ماشین‌کاری است تا از هرگونه تماس فیزیکی و آسیب احتمالی جلوگیری شود. در کمپرسورهای روغنی هم، هرچند روغن بخشی از فاصله را پر میکند، اما دقت ساخت و کیفیت سطح روتورها نقش مهمی در کاهش اصطکاک و افزایش طول عمر دستگاه دارد. به همین دلیل، استفاده از تجهیزات دقیق CNC برای تولید این قطعات امری ضروری است. توجه داشته باشید که در طراحی کمپرسور اسکرو و سایر کمپرسورهای هوا همواره بازدهی کمپرسور از کلیدی‌ترین نکات حائز اهمیت است. همانطور که سرمد عزیز، از همراهان سایت، در کامنت‌های پُست هوادهی کمپرسور اسکرو متذکر شدند، بازدهی تفاوت میان ظرفیت جابجایی و ظرفیت هوادهی واقعی کمپرسور اسکروست.
در کمپرسورهای اسکرو، روتورها نقشی اساسی در فرآیند فشرده‌سازی ایفا میکنند. این روتورها معمولاً از یک جفت مارپیچ نر و ماده تشکیل شده‌اند که با چرخش هماهنگ، هوا را به دام انداخته و آن را به تدریج فشرده میکنند. طراحی دقیق این مارپیچ‌ها، که شامل زاویه پیچش، فاصله بین روتورها و دقت ماشین‌کاری است، مستقیماً بر راندمان کمپرسور تأثیر می‌گذارد. روتورهای باکیفیت از آلیاژهای مستحکم و مقاوم در برابر سایش ساخته می‌شوند تا در برابر فشارهای بالا و دمای زیاد عملکردی پایدار و طولانی‌مدت داشته باشند.
یکی از نکات مهم در نگهداری روتورهای کمپرسور اسکرو، اطمینان از روانکاری مناسب و بررسی منظم فاصله بین روتورها است. هرگونه اختلال در فاصله دقیق بین این مارپیچ‌ها می‌تواند منجر به کاهش راندمان، افزایش اصطکاک و استهلاک زودرس شود. همچنین استفاده از روغن‌های مخصوص کمپرسور اسکرو که ویژگی‌های خنک‌کنندگی و روانکاری بهینه دارند، برای حفظ عملکرد ایده‌آل دستگاه ضروری است. نظافت دوره‌ای و جلوگیری از ورود ذرات آلوده نیز از عواملی هستند که طول عمر و بهره‌وری روتورها را افزایش می‌دهند.
