کمپرسورهای اسکرو (مارپیچی) از زیرمجموعه‌های کمپرسورهای جابجایی مثبت یا جریان تناوبی و پرکاربردترین نوع دورانی می باشد.

 

در سال ۱۹۳۰ نیاز به ساخت کمپرسوری با ظرفیت و فشار متوسط و قادر به کار پیوسته در حالت‌های مختلف احساس شد. این کمپرسورها فصل مشترک کمپرسور رفت و برگشتی و سانتریفیوژ بوده و بهترین عملکرد را نسبت به سایر کمپرسورها در این فصل مشترک دارند و بیشتر در سیستم‌های تبرید مورد استفاده قرار میگیرند. مزایای این دسته از کمپرسورها عبارتند از:

  • تعمیرات ساده
  • هزینه تعمیراتی پایین
  • طول عمر بالا
  • دارای قطعات کم
  • دارای نسبت فشار برای هر مرحله در حدود ۱۴ (Pressure ratio per stage)

و در عملکرد نیز در مقایسه با کمپرسورهای دیگر دارای مزایای زیر می باشند:

  • توانایی هندل کردن گازهایی با ذرات پودری و جامد و یا قطرات سیال می باشد.
  • برای تزریق سیال جهت خنک‌کاری و شستشو مناسب می باشد.
  • Surge در آن بی معناست.
  • تغییر در جرم مولکولی، ترکیب گاز و تا حدودی Pressure ratio در ظرفیت اثری ندارد.

طراحی فشار خروجی این کمپرسورها از چند میلی بار تا ۴۰ بار و در ظرفیت‌های تا ۱۲۰۰ مترمکعب بر دقیقه بوده و از این نظر بعد از کمپرسورهای گریز از مرکز قرار دارد. در دو نوع خشک و روغنی طراحی و ساخته می شوند. از این کمپرسورها در ظرفیت‌های پایین برای سیستم تهویه مطبوع خودروها استفاده می‌شود. از بزرگترین معایب آنها صدای زیاد است که معمولا برای قسمت خروجی از یک کاهنده‌ی صدا استفاده می شود و کمپرسور را دراتاقک‌های عایق صوتی قرار می دهند.
در سال ۱۹۶۰ کمپرسورهای با سرعت بسیار بالای بدون روغن (اویل فری) با پروفیل و شکل جدید روتور رونمایی شد. هرچند کمپرسورهای رفت و برگشتی از راندمان بالاتر و توان مصرفی پایین‌تری نسبت به این کمپرسورها برخوردار هستند ولی ابعاد کمپرسور اسکرو، برای دبی معینی از جریان گاز، کوچکتر بوده و به علت فقدان نیروهای بالانس نشده به فونداسیون سبک و فضای کمتری برای نصب نیاز دارند، از این رو هزینه نصب آنها کمتر می باشد. این دستگاه‌ها قادر هستند گازهای چسبناک (Sticky) و قابل پلیمریزاسیون را متراکم نمایند؛ اینگونه سیالات به دلیل وجود ذرات نرم باعث کاهش لقی روتورها و نشتی و افزایش راندمان حجمی کمپرسور می گردند. دراین تجهیزات بیشتر معایب سایر کمپرسورها مرتفع گردیده و کارآمدتر، سبک‌تر، ساده‌تر، دارای سرعتی نسبتا بالاتر و قابل اطمینان‌تر هستند؛ همچنین لرزش و نوسان جریان (Pulsation) کمتری نسبت به کمپرسورهای رفت و برگشتی دارند. به علت بالا بودن راندمان (حدود ۷۵تا۸۵ درصد) در بیشتر موارد بر کمپرسورهای گریز از مرکز ارجحیت داشته و عملکرد آنها وابستگی چندانی به جرم مولکولی گاز ندارد. این کمپرسورها از نظر اقتصادی نیز در محدوده توان مصرفی ۲۰۰-۱۵۰۰ اسب بخار از کمپرسورهای گریز از مرکز ارزانتر می باشند.

کمپرسورهای اسکرو با توجه به حذف معایب کمپرسورهای رفت و برگشتی، دارای راندمان بالا هستند. در نوع روغنی این دستگاه‌ها امکان دستیابی به نسبت فشار ۸ وجود دارد که این میزان معمولا در کمپرسورهای رفت و برگشتی بسیار مشکل و دست‌نیافتنی می باشد. طول روتور این کمپرسورها حدود ۷۵ تا ۶۳۰ میلی‌متر بوده و میزان دبی بین ۰/۶ تا ۶۰۰ مترمکعب بر دقیقه می باشد. نسبت فشار خروجی به فشار ورودی (rp) در نوع خشک تا حدود ۴ و در نوع روغنی تا ۲۵ و نیز اختلاف بین فشار ورودی و خروجی بین ۱۵ تا ۵۰ بار می تواند باشد. سیستم آب‌بندی روتورها در دو طرف آنها قرار گرفته است و در مجموع چهار دسته سیستم آب‌بند در هر مرحله وجود دارد.
معمولا از سه نوع آب‌بند در این تجهیزات استفاده می شود: لایبرنت (متناسب با سیال)، حلقه‌های فشارشکن و آب‌بند مکانیکی (که طبق استاندارد AP1619 طراحی می گردد). برای سیال نیتروژن یا سایر گازهای خنثی نوع لایبرنت و حلقه‌های فشارشکن توصیه می شود. محدوده دما و فشار برای این نوع آب‌بندی ۱۷۵ درجه سانتیگراد و ۱۰ بار می باشد. برای فشارهای بالای ۴۵ بار و دمای بالای ۱۷۵درجه سانتیگراد از آب‌بند مکانیکی یا سیال محافظ روغن استفاده می شود.

 

پی‌نوشت: Surge
همانطور که در نمودار عملکرد کمپرسور سانتریفیوژ زیر مشاهده می کنید در نقطه‌ای که از آن با عنوان نقطه‌ی عملیاتی Surge یاد می شود با افزایش Head (کار با واحد فوت پوند بر پوند گاز یا نیوتن متر بر کیلوگرم گاز) به کمینه (مینیمم) دبی مجاز می رسیم و پس از آن نیاز به ریکاوری هست. این وضعیت عموما با سیستم کنترل surge مدیریت می شود.

نمایی از منحنی عملکرد یک کمپرسور سانتریفیوژ آمده است.
نمودار عملکردی کمپرسور سانتریفیوژ