دو اصل در فشرده سازی هوا وجود دارد. اصل جا‌به‌جایی (displacement compression) یکی از آنهاست. انواع زیادی از کمپرسورها به عنوان کمپرسور جابجایی دسته‌بندی میشوند. یکی از مشهورترین و محبوب ترین‌های این دسته‌بندی کمپرسور دوقلوی اسکرو است.
کمپرسور دوقلوی اسکرو چیست؟
اصل کمپرسور جابجایی دورانی در دهه ی ۱۹۳۰ میلادی شکل گرفت. زمانی که نیاز به کمپرسورهای دورانی برای شرایطی که سرعت جریان بالا است یا جریان پایدار تحت شرایط فشارهای مختلف ، احساس شد. اجزای اصلی تشکل دهنده ی اسکرو دوقلو را روتور (چرخدنده ) های نر و ماده می نامند، این دو چرخدنده در جهت خلاف هم میچرخند و حجمی که از بین این دو عبور میکند کاهش پیدا میکند.
هر جز چرخ دنده یک نسبت فشار مشخص و ثابت دارد که به طول آن، چرخش چرخ دنده و شکل محل تخلیه، بستگی دارد. برای دستیابی به حداکثر راندمان، نسبت فشار باید با فشار کار مورد نیاز تطبیق داشته باشد. کمپرسور اسکرو معمولا نیازی به شیر مجهز ندارد و دارای نیرویی مکانیکی که باعث عدم توازن شود، نمی باشد. این به این معنی است که این دستگاه میتواند در سرعت بالا کار کند، همچنین میتواند جریان بالا را با ابعاد خارجی کوچک ترکیب کند. نیروی اعمالی محوری، بستگی به اختلاف فشار بین ورودی و خروجی دارد، و باید به یاتاقانها غلبه کند.
کمپرسور اسکرو بدون روغن/ Oil-free
اولین کمپرسور اسکرو دو قلو دارای مقطع دورانی متقارن بود و نمی توانست از هر مایع خنک کننده‌ای برای استیج هواساز خود استفاده کنند. این کمپرسور ها را کمپرسور اسکرو بدون روغن، اویل فری یا خشک می نامیدند. کمپرسورهای اسکرو بدون روغن، با سرعت بالا و مدرن دارای سطح مقطع دورانی نامتقارن هستند*. در نتیجه، به علت کاهش نشت داخلی، کارایی انرژی آنان به میزان قابل توجهی بهبود پیدا کرده است. چرخ دنده های خارجی اغلب برای هماهنگ کردن موقعیت روتور ضد دورانی استفاده میشوند. از آنجایی که روتورها نه با یکدیگر و نه با سیلندر تماسی ندارند، نیازی به روانکاری واحد هواساز نمی باشد. بنابراین، فشرده کردن هوا کاملا بدون روغن است. روتورها و محفظه‌ها به با دقت بالایی ساخته میشوند تا نشتی ناشی از فشار به ورودی به حداقل برسد. نسبت فشار ساخته شده را میتوان با محدود کردن اختلاف فشار بین ورودی و تخلیه، محدود کرد. به همین دلیل است که کمپرسورهای اسکرو بدون روغن معمولا با چندین مرحله سرد میشوند تا به بتوانیم به بالاترین فشار دسترسی پیدا کنیم.
چگونه کمپرسورهای اسکرو مایع-پاششی** کار میکنند؟
در این کمپرسورها، مایع به درون واحد هواساز و معمولا داخل یاتاقان کمپرسور، تزریق میشود. کاربرد این مایع سرد کردن و روانسازی اجزای متحرک کمپرسور می باشد، تا هوای فشرده درون دستگاه سرد شود و بازگشت نشت به داخل کاهش یابد. امروزه روغن یکی از معمول ترین مایع هاست که در اینجا استفاده میشود. زیرا روغن دارای خاصیت بالای روانسازی و آب بندی است. البته مایعات دیگری مانند آب و پلیمر نیز استفاده میشوند ولی معمول نیستند. کمپرسورهای اسکرو مایع پاششی دارای اجزایی هستند که در فشار نسبتا بالا ساخته شده اند و برای استفاده در مرحله ی فشرده سازی که معمولا فشار بالای ۱۴ بار ( حتی بالای ۱۷ بار) می باشد، مناسب هستند و می توان به این صورت هزینه ی انرژی مصرفی را کاهش داد.
مقایسه کمپرسورهای سرعت ثابت و کمپرسورهای سرعت متغیر (VSD)
اساسی ترین تفاوت بین این دو تکنولوژی را می تواند در اسم آنان پیدا کرد. کمپرسورهای سرعت ثابت در سرعتی ثابت کار میکنند و زمانی که از ۱۰۰٪ ظرفیت آنان استفاده میشود، دارای کارایی بالایی هستند. ناکارآمدی کمپرسورهای سرعت ثابت بسیار قابل توجه است و زمانی که واحد بارگیری نشده است یا تولید هوا متوفق شده است، به آسانی میتوان این ناکارایی را اندازه گرفت. قبل از این که موتور کاملا متوقف شود، همچنان کار میکند بدون اینکه هوایی تولید کند، در نتیجه در اینجا هدر رفت انرژی و پول را شاهد هستیم. ناکارآمدی و هدر رفت در دستگاه هایی که به صورت شیفتی کار میکنند یا تغییرات زیادی در جریان تقاضای روزانه ی انان وجود دارد، به راحتی قابل مشاهده است.
فنآوری با سرعت متغیر (VSD) با اصل متفاوتی کار میکنند، چرا که موتور با سرعت متناسب با میزان هوایی که مورد نیاز کارخانه است، کار میکند. به زبانی ساده تر، هرچه تقاضا برای هوا بالا میرود، سرعت موتور و در نتیجه جریان (CFM) بیشتر میشود. از طرفی دیگر، اگر نیاز کاهش پیدا کند، موتور به صورت خودکار آرام تر کار میکند تا فقط انرژی لازم برای ایجاد جریان را مصرف کند. کمپرسورهای هوای VSD خروجی را با تقاضا تطبیق میدهد و می توانند میزان جریان مصرف شده را اندازه بگیرند و سرعت را با توجه به آن تطبیق دهند. در روزهایی که تولید کمتر است و روز را به چند قسمت تقسیم میشود یا شیفت دوم و سوم داریم، تکنولوژی VSD خیلی مفید است و اتلاف برق را به حداقل میرساند و باعث صرفه جویی در هزینه ها میشود.
هوای بیشتر لازم دارید؟ سری به کمپرسورهای سانتریفیوژ یا توربوکمپرسورها بزنید.
با توجه به اینکه مصرف هوای فشرده هزینه ی بالایی دارد ( حدودا ۷۰٪ بیشتر از هزینه ی کل برق مصرفی بقیه دستگاه ها) استفاده از تکنولوژی VSD می تواند کمک کند که ۳۵ تا ۵۰ ٪ در این هزینه صرفه جویی شود. با توجه به اندازه ی کمپرسور این پس انداز می تواند بین صد تا صد هزار دلار در سال باشد. پس می توان نتیجه گرفت که این سرمایه گذاری، سرمایه گذاری ایده آلی است. امروزه استفاده از کمپرسورهای هوای VSD رواج بیشتری پیدا کرده است، زیرا به مشتری ها امکان پس انداز پول و خرج آن در جاهای دیگر کارخانه را میدهد.
منبع:
اطلس کوپکو آمریکا
* به علت طراحی پیچیده‌ی المنت کمپرسورهای بدون روغن/oil-free عموما امکان تعمیر واحد هواساز آنها وجود ندارد و از این رو نگهداری آنها پرهزینه خواهد بود؛ زیرا در صورتی که ایرادی متوجه این قسمت حساس کمپرسور شود می بایست المنت جدیدی از کمپانی تهیه شود.
** مایع پاششی یا عموما روغن پاششی – البته بهترین نوع روغن‌دهی به قطعات متحرک کمپرسورها روانکاری با روغن به شکل مستغرق یا Oil Flooded است. توجه اکید لازم است که روش مستغرق (روش مورد بحث در مطلب حاضر) با روش‌های تزریقی اشتباه گرفته نشود. این کلمات و عبارات گاه در ترجمه جابجا استفاده میشوند.
