هنگامی که به توان زیادی احتیاج داشته باشید، کمپرسورهای دینامیکی گزینه‌ای ایده‌آل هستند. این کمپرسورها در هر دو شکل محوری و دورانی طراحی می شوند و متداول است که با عنوان توربوکمپرسورها از آنها یاد شود. در این میان آن دسته از کمپرسورهای این خانواده که طراحی دورانی (رادیال) دارند، کمپرسورهای سانتریفیوژ نامیده می شوند. کمپرسورهای دینامیکی در فشاری ثابت کار می کنند که این برخلاف، برای مثال، کمپرسورهای جابجایی مثبت است که با جریانی ثابت کار می کنند. عملکرد کمپرسورهای دینامیکی نیز همچون سایر مدل‌های تحت تاثیر عوامل خارجی است: مثلا تغییری در دمای ورودی به تغییر در ظرفیت خواهد انجامید.

کمپرسورهای سانتریفیوژ چه هستند؟

شمای کلی کمپرسور سانتریفیوژ

شاخصه‌ی اصلی کمپرسورهای سانتریفیوژ جریان خروجی دورانی آنهاست. هوا به مرکز یک پروانه‌ی چرخانِ دارای تیغه‌های دورانی وارد شده و به وسیله‌ی نیروهای گریز از مرکز به سوی محیط اطراف پروانه فشرده می شود. حرکت دورانی هوا منجر به افزایش فشار و خلق یک انرژی جنبشی می شود. پیش از آنکه هوا به مرکز پروانه‌ی مرحله‌ی بعدی کمپرسور هدایت شود از درون یک پخش‌کننده (دیفیوزر) و یک حلزونی میگذرد تا انرژی جنبشی آن به فشار تبدیل شود.

حلزونی :‌ Volute
طراحی حلزونی یا Volute در تجهیزات توربو

هر مرحله سهمی از افزایش فشار نهایی واحد کمپرسور را بر عهده دارد. در ماشین‌آلات صنعتی نسبت فشار یک مرحله‌ی کمپرسور سانتریفیوژ عموما بیش از ۳ نمیباشد و نسبت‌های فشار خروجی به ورودی بزرگتر بهره‌وری مرحله را خواهد کاست. برای برخی مصارف کمپرسورهای تک مرحله‌ای سانتریفیوژ کاربری دارند که می توان به واحدهای مدیریت فاضلاب در میان آنها اشاره داشت. کاربری‌هایی نیز هستند که به چند مرحله فشرده‌سازی نیازمندند؛ در این حالت خنک‌سازی برای کاهش توان موردنیاز ضرورت دارد. مراحل متعددی را می توان به صورت سری بر روی یک شفت با سرعت پایین سوار کرد. این طراحی عموما در صنایع فرآیندی یا نفت و گاز کاربرد دارد.

با وجود آنکه نسبت فشار در هر مرحله فشرده سازی کوچک می باشد، لیکن با بهره‌گیری از تعداد کافی استیج و یا بهره‌گیری از چند کمپرسور به صورت سری می توان به فشار خروجی مطلوب دست یافت. در مصارف فشرده‌سازی هوا، جعبه ‌دنده‌ی سرعت بالایی نیز در دل مراحل کمپرسور گنجانده می شود تا پروانه‌ها را بر روی چرخ دنده‌های جناحی سرعت بالا بچرخاند. پروانه‌ها طراحی‌های بسته و یا باز دارند.

طراحی‌های باز بیشتر برای مصارف هوای سرعت بالا کاربرد دارد. پروانه‌های کمپرسورهای سانتریفیوژ معمولا از آلیاژ ویژه‌ای از فولاد ضدزنگ و یا آلومینیوم ساخته می شوند. سرعت چرخش شافت این پروانه‌ها در قیاس با شافت سایر مدل‌های کمپرسور بسیار بالاتر می باشد. سرعت‌های ۱۵ تا ۱۰۰ هزار دور بر دقیقه در مدل‌های مختلف این کمپرسورها متداول است (مقایسه کنید با دور موتور کمپرسورهای اسکرو که پرسروصداترین‌های آنها کمی بیش از ۲ هزار دور بر دقیقه می چرخند). این بدین معناست که شافت یا چرخ‌دنده‌های جناحی در کمپرسورهای سرعت بالا به جای بلبرینگ بر روی لایه‌ای از روغن سوار می شود. برای دستیابی به یک کمپرسور کاملا عاری از روغن (اویل فری) میتوان یاتاقان‌های فیلم هوا و یا مگنتیک بهره برد. دو پروانه بر دو انتهای شافت سوار می شوند تا بار محوری ناشی از اختلاف فشار را خنثی کنند. استفاده از ۲ یا ۳ مرحله‌ی فشرده‌سازی مجهز به خنک‌کنندگی داخلی رای مصارف استاندارد هوای فشرده مرسوم است.

oil film bearings
یاتاقان فیلم روغن

از موتورهای الکتریکی فوق سریع برای حرکت دادن مستقیم پروانه‌ها، در طراحی‌های مدرن‌تر کمپرسورهای سانتریفیوژ، استفاده می شود. این تکنولوژی کمپرسوری یکپارچه بدون جعبه دنده و سیستم‌ روغن‌کاری موردنیازش ارائه می دهد که هدف آن نیل به کمپرسور هوایی کاملا عاری از روغن می باشد. هر کمپرسور سانتریفیوژ برای کاهش نشت در نقاطی که شافت از هوزینگ کمپرسور گذر می کند می بایست به شکل مناسب عایق بندی شود. اقسام گوناگونی از کاسه نمد برای این منظور استفاده می شوند که پیشرفته‌ترین‌هایشان را می توان در کمپرسورهای سرعت بالای مصارف فشار قوی مشاهده کرد. معمول‌ترین این کاسه‌نمد‌ها، کاسه نمد‌های مارپیچ، حلقوی، درز کنترل شده، (عموما کاسه نمدهای گرافیتی) و مکانیکی است.

در مطلب بعدی به معرفی مختصر کمپرسورهای محوری خواهیم پرداخت.