روانکاری کمپرسور هوا

پنج سال قبل و در مطلب روغن‌کاری کمپرسور به معرفی اجمالی سیستم روانکاری کمپرسور باد صنعتی پرداختیم. در ادامه و با افزودن بخش معرفی روغن‌های کمپرسور اویل فری و اویل اینجکت برخی از ویژگی‌های این روغن‌ها و نحوه‌ی ساخت و بکارگیری آنها را نیز بر مطلب مذکور افزودیم که با کلیک بر روی لینک بالا به توضیحات روغن‌های ساخت کمپانی اطلس کوپکو نیز هدایت خواهید شد. اما روغن کمپرسور و سیستم و فرآیند روانکاری کمپرسور پیچیدگی‌های بیشتری دارد.

همواره به هنگام بکارگیری کمپرسورها و بدون توجه به نوع آن، کمپرسور هوای فشرده اسکرو، پیستونی، محوری، سانتریفیوژ یا …، تعدادی از قطعات فلزی بر روی یکدیگر حرکت لغزشی دارد. فیلمی از روغن در میان سطوح این قطعات جریان دارد تا از سائیدگی و تخریب آنها جلوگیری شود. برای افزایش طول عمر و همچنین عملیات مناسب کمپرسور، انتخاب روغن مناسب از اهمیت بسزایی برخوردار است. اگر سطوح قطعات متحرک در تماس با یکدیگر بوده و نسبت به یکدیگر حرکت داشته باشند، تداوم کار و تضمین عملکرد دستگاه مدیون استفاده از روغن و روانکاری است.

اهمیت روغن کمپرسور در کمپرسور باد صنعتی

روغن کمپرسور در فرآیند راه‌اندازی و عملیات کمپرسور نقش مهمی دارد. این روغن از ساییدگی و فرسایش قطعات متحرک جلوگیری میکند. دمای گاز را میکاهد و از آب‌بندی قطعات اطمینان حاصل میکند. بارها و در معرفی کمپرسورهای اویل فری که در درون سیلندر تراکم، میان المنت‌ها و پوسته، روغنی جریان ندارد گفته ایم که غیبت فیلم روغن امکان هدررفت هوای فشرده به صورت جریان برگشتی را ایجاد میکند که از بهره‌وری کمپرسور میکاهد (رجوع شود به معرفی کمپرسورهای اویل فری، برای مثال کمپرسور اسکرو برقی اطلس کوپکو مدل ZT 37). حضور روغن در کمپرسور از میزان انرژی مورد نیاز برای دستیابی به فشار و ظرفیت مدنظر کم میکند. نویز یا سروصدای کمپرسور را کاسته و عمر مفید آن را افزایش میدهد. همچنین روغن کمپرسور از هزینه‌های نگهداری و تعمیرات آن خواهد کاست. از جدیدترین ابتکارها در نگهداری از کمپرسورها هم میتوان آنالیز روغن را نام برد. کارشناسان روغن کمپرسور را به آزمایشگاه میفرستند تا علاوه بر اطلاع از کیفیت و وضعیت آن و تصمیم‌گیری درباره‌ی تعویض آن، ذرات موجود در آن را نیز شناسایی کنند و از وضعیت قطعات داخل کمپرسور نیز آگاهی کسب کنند. همچنین وجود رطوبت در روغن احتمالا نشانه‌ای از خرابی واشر و اورینگ و سایر سیلینگ‌ها (قطعات آب بندی) است.

وظایف روغن کمپرسور

پیشتر گفته ایم که روغن کمپرسور علاوه بر روانکاری در پاکسازی فضای داخل سیلندر تراکم و میان روتورها و خنکسازی نقش دارد. لیستی از وظایف روغن کمپرسور را در جدول زیر ملاحظه میکنید:

برای انجام وظایف فوق، روغن کمپرسور می بایست ویژگی‌های خاصی داشته باشد.

کیفیت روغن مطلوب

روغن کمپرسور روغنی مخصوص است که یا باید ویژه‌ی این دستگاه ساخته شده باشد و یا ترکیبی مورد تایید کارشناسان متخصص هوای فشرده برای کمپرسور مورد نظر باشد. این روغن می بایست در محدوده دمایی فعالیت کمپرسور دارای گرانروی، ویسکوزیته، مناسب باشد. دمای مذکور گاه کاهش می یابد و از این رو روغن می بایست در محیط نسبتا سرد نیز به اندازه کافی روان باشد تا راه‌اندازی و ادامه حرکت قطعات به آسانی صورت پذیرد.

رابطه‌ی روغن و دما و تغییرات ویسکوزیته‌ی آن به عنوان تابعی از دمای محیط در پارامتری با نام اندیس گرانروری (Viscosity Index) معین میشود.

روغن کمپرسور هرچه در مقابل حرارت و اکسیژن هوا رفتار مناسبتری داشته و دچار تجزیه حرارتی و یا اکسیداسیون نشود، کیفیت بهتری برای استفاده نشان میدهد. ویژگی بعدی که در معرفی روغن‌های مهندسی شده‌ی کمپرسورهای اطلس کوپکو نیز بدان اشاره شد خواص ضدزنگ و خوردگی آن است. همچنین روغن می بایست افزودنی‌های فعال سطحی داشته باشد تا از رسوب ذرات در لابه‌لای قطعات کمپرسور جلوگیری شود. سازگاری روغن با قطعات لاستیکی و سیلینگ‌های کربنی نیز حائز اهمیت است.

سیستم روانکاری کمپرسور

در غالب اوقات شرکت‌های سازنده‌ی کمپرسور ویژگی‌های سیستم روانکاری کمپرسور و نحوه‌ی عملکرد آن را تعیین میکنند. از جمله نکاتی که به هنگام طراحی این سیستم می بایست مدنظر قرار گیرد عبارت است از:

۱. مخزن روغن باید طوری انتخاب شود که کمپرسور امکان مکش و دهش روغن در ابتدا و انتهای عملیات روانکاری را داشته باشد. حجم مخزن و زمان اقامت روغن در آن باید در حد مناسب باشد تا کف روغن از بین رفته و گازهای موجود تفکیک شود. چنین روغنی قابلیت کافی برای بازگشت به سیکل روانکاری را دارد.
۲. جریان روغن در کمپرسور به طرق مختلف برقرار میشود. در کمپرسورهایی که از پمپ روغن برخوردارند این فرآيند به بهترین نحو انجام میپذیرد، در کمپرسورهای دیگری که فاقد پمپ روغن است ضمانت جریان روغن، حداقل فشاری است که کمپرسور در حین فعالیت نگاه میدارد. برای مثال کمپرسور GA 22 VSD + اطلس کوپکو حداقل فشاری برابر با ۴ بار را همواره حفظ میکند تا فشار کافی بر روی روغن موجود در مخزن روغن برقرار مانده و جریان مناسب آن را میسر سازد.
۳. خنکسازی روغن اهمیت ویژه‌ای دارد. کمپرسورهای مختلف راهکار‌های مختلفی را برای این منظور پیش‌بینی کرده اند. برای مثال برخی مجهز به اویل کولر است. اویل کولر مبدلی حرارتی است که آب یا هوا نقش مبرّد روغن را در آن داراست. در برخی از دیگر کمپرسورها این تبادل حرارتی فیزیکی و در نتیجه‌ی تماس بدنه‌ی مخزن روغن با هوای محیط رخ میدهد. پیشتر هم گفته شده است که از تکنیک‌های انتقال حرارت برای افزایش سطح انتقال و در نهایت افزایش انتقال حرارت پوشش بدنه‌ی مخازن و سیلندرها با پره‌هاییست. این پره‌ها همانند موی بدن انسان عمل میکند و در مواقع لازم سطح کافی را برای افزایش انتقال حرارت فراهم می آورد.

سیستم‌های روانکاری بر چند نوع است:

۱. روانکاری پاششی ۲. روانکاری اجباری ۳. روانکاری مستغرق  ۴. روانکاری ثقلی

روانکاری پاششی

ساده‌ترین نوع روانکاری روانکاری پاششی است. در این مدل روانکاری زائده‌ای به شاتون متصل است که هر نوبت شاتون در روغن غوطه‌ور شود، این زائده‌ی قاشق مانند قسمت‌های موردنیاز نظیر یاطاقان‌های سیلندر را روانکاری میکند. این روش برای ساده‌ترین اقسام کمپرسور استفاده میشود و در آن از فیلتر روغن خبری نیست.

روانکاری اجباری

پس از ساده‌ترین روش روانکاری، به سراغ بهترین روش روانکاری میرویم. روانکاری اجباری همان روشی از روانکاری است که در آن از پمپ روغن بهره گرفته میشود. روانکاری با استفاده از پمپ روغن ضخامت بالایی از روغن را تحت فشار مناسب برای روانکاری قطعات مختلفی چون یاطاقان‌ها، بوش گژن پین، سیلندر و چرخ دنده‌ها فراهم می آورد. پمپ‌های روغن انواع مختلف انگشتی و دنده‌ای دارد. کمپرسورهایی که از سیستم روانکاری اجباری استفاده میکند شامل قطعات زیر میشود: پمپ روغن، صافی، فیلتر روغن، شیر تنظیم فشار روغن، فشارسنج، کلید حداقل فشار روغن، شیر کنترل دبی، اویل کولر، سیستم لوله‌کشی جریان روغن و شیشه روغن نما

روانکاری مستغرق

روغن‌کاری به روش مستغرق که اصطلاح در انگلیسی Oil Flooded گفته میشود روشی مناسب با کمپرسور محبوب ما، کمپرسور هوای فشرده اسکرو، است. پیشتر و در دو مطلب پاسخگویی به سوالات متداول و مجددا در نوع کمپرسور هوای مناسب برای شما به محدودیت‌های کمپرسور پیستونی در قیاس با کمپرسور اسکرو اشاره کرده ایم. در کمپرسور پیستونی انتخاب نسبت تراکم مناسب از کلیدی‌ترین پارامترهای طراحی کمپرسور است. چنین محدودیتی در کمپرسور هوای فشرده اسکرو وجود ندارد، یا در حد معقول و کمی اهمیت دارد. استفاده از روش تزریقی ضمن کاهش دمای گاز خروجی، این دما را از ارتباط با نسبت تراکم نیز رها ساخته است و تا حد زیادی نسبت تراکم واحد فشرده سازی و دمای خروجی آن مستقل از یکدیگر است (کمپرسورهای اسکروی روغنی هم Oil Inject و هم Oil Flooded خطاب میشوند که دو عنوان مختلف برای یک نوع روانکاری است، روانکاری تزریقی یا روغن پاششی مستغرق). همانطور که گفته شد نیروی لازم برای جریان روغن در این سیستم از فشار حداقلی کمپرسور در قسمت خروجی آن تامین میشود؛ در این کمپرسورها هیچگاه فشار حداقل از مقدار مشخصی، حدود ۴ بار، کمتر نمیشود.

روغن تحت فشار از مخزن روغن به سوی فیلتر روغن ارسال میشود. این روغن پس از ورود به محفظه‌ی تراکم و انجام وظیفه از سپراتور روغن گذر کرده و پس از گذر از فیلتر مجددا به مخزن روغن بازمیگردد تا سیکل دیگری از فرآیند روانکاری طی شود. این کمپرسورها مجهز به شیر برگشت یا بای پس نیز هستند. شیر بای پس وظیفه‌ی تنظیم درجه حرارت روغن را دارد؛ برای مثال اگر در کمپرسوری ۱۰ بار دمای جریان روغن در بازگشت به سوی سپراتور ۴۰ درجه باشد، شیر مسیر را بسته نگه میدارد تا دمای آن به حدود ۵۵ درجه رسیده و سپس وارد مسیر شود.

سیستم روانکاری مستغرق یا تزریقی از وجود روغن در کنار هوای فشرده اطمینان حاصل میکند تا کلیرانس میان روتورها و پوسته را کاهش دهد. این اتفاق در نهایت و با جلوگیری از هددرفت هوای فشرده بهره‌وری کمپرسور را افزایش میدهد. هدررفت مذکور ناشی از جریان برگشتی است. روانکاری تزریق راندمان را بهبود داده و امکان کوپل مستقیم الکتروموتور به کمپرسور را فراهم می آورد. در این مدل‌ها نیازی به جعبه دنده‌ی افزایش دهنده‌ی سرعت نیست.

جالب اینجاست که در این کمپرسورها نیازی به دنده‌های تنظیم زمانی یا  Timing Gear نیز برای انتقال گشتاور نداریم. گشتاور با کمک لایه‌ی روغن از روتور نر به روتور ماده منتقل میشود (روتور نر برجستگی‌های محدب و روتور ماده برجستگی‌های مقعر دارد).

در کمپرسور فشار معمولی، مثلا کمپرسور باد صنعتی با فشار عملیاتی برابر با ۷ بار، میزان دبی روغن مورد نیاز حدود ۱۰ لیتر در دقیقه به ازای هر مترمکعب بر دقیقه هوادهی است. این مقدار روغن قادر به تخلیه‌ی حدود ۱۱ کیلوکالری گرما در دقیقه از کمپرسور به ازای هر اسب بخار انرژی مصرفی در کمپرسور است.

بخشی از گرمای گرفته شده مجددا به سیکل تراکم انتقال داده میشود که این از ضعف‌های این سیستم است. در نتیجه‌ی این مسئله، کمپرسورهای تزریقی به مخازن روغن بزرگتری نیاز دارد تا مدت زمان اقامت روغن میان هر دو نوبت سیکل روانکاری افزایش یابد. همچنین این کمپرسور هوای فشرده اسکرو نسبت به مدل‌های کمپرسوراسکرو اویل فری یا هوای خشک خنک‌کاری جدی‌تری دارد و از آب یا هوای بیشتری استفاده میکند.

برای جلوگیری از طولانی شدن این مطلب، بررسی ویژگی‌های مورد نیاز در روغن کمپرسورها که عبارت از ویسکوزیته، ارتباط ویسکوزیته و دما،‌ نقطه‌ی ریزش، فشار بخار، نقطه احتراق، نقطه اشتعال، دمای احتراق خودبخودی و ضریب اکسیداسیون است را به مطلب بعدی انتقال میدهیم. همچنین در آن مطلب انواع روغن‌های معدنی و سنتزی را بررسی کرده و افزودنی‌های روغن کمپرسور را معرفی میکنیم.