همه چیز در مورد الکتروموتور و موتور دیزلی کمپرسور اسکرو

در صنعت کمپرسور هوا، دو منبع برای تامین نیروی واحد کمپرسور به چشم میخورد: الکتروموتور و موتور دیزلی. وظیفه‌ی اصلی این منابع تامین انرژی مکانیکی لازم برای چرخش المنت کمپرسور است. الکتروموتور با برق کار میکند، در حالیکه موتور دیزلی از ساز و کار احتراق سوخت بهره میبرد. این دو منبع نیرو چگونه به کمپرسور هوا متصل میشوند و چه نکات فنی موثری در اتصال آنها نهفته است؟ با کمی عمیقتر این رابطه را نگاه کنیم.

کمپرسور اسکرو

در کمپرسور اسکرو مهمترین بخش سیستم همان المنت یا ایرند هواست. جایی که دو روتور در هم تنیده‌ی نر و ماده با چرخش دقیق و هماهنگ هوا را به درون مکیده، در طول مسیر فشرده ساخته و از سمت دیگر با فشار بالاتر تحویل میدهند. هوای فشرده‌ی خروجی اصطلاحا FAD یا Free Air Delivery نامیده میشود: تحویل هوای آزاد.

اما این حرکت روتاری نیازمند گشتاور زیاد و سرعت چرخش بالایی است و اینجاست که موتورهای برقی و دیزلی وارد بازی میشوند. در کمپرسورهای برقی که ثابت و درجا کار میکنند و عموما در کارخانجات و کارگاه‌های صنعتی، که به الکتریسیته‌ی پایدار صنعتی دسترسی دارند، نصب شده اند، همیشه از الکتروموتور استفاده میشود. الکتروموتور از نوع القایی یا آسنکرون سه فاز است و این انتخاب از آن روست که این مدل دوام، سادگی و هزینه‌ی نگهداری پایینتر را همزمان دارد. این موتورها با برق ۳۸۰ ولت کار میکنند و بسته به ظرفیت کمپرسور، توان آنها از چند کیلووات تا چند صد کیلووات متغیر است.

اتصال الکتروموتور و کمپرسور

الکتروموتور به دو صورت مستقیم و یا از طریق کوپلینگ با شافت به المنت متصل میشود. در مدلهای جدیدتر اتصال مستقیم محبوب‌تر بوده و راندمان بالاتری ارائه میدهد؛ همچنین نیازی به تسمه و پولی نیست. در این حالت محور موتور دقیقا همراستا با محور المنت است و نیرو بدون هیچ افت مکانیکی منتقل میشود. برای تضمین هم‌محوری کامل از پایه‌های مخصوص و سیستم‌های تراز دقیق استفاده شده است. کوچکترین انحراف از زاویه میتواند لرزش، سایش بلبرینگ‌ها و متعاقبا افت راندمان را به همراه داشته باشد.

در مدل‌های قدیمی‌تر یا برخی مدلهای جدید خاص، از سیستم انتقال نیرو با تسمه بهره برده میشود. در این حالت شافت الکتروموتور به پولی وصل شده و نیروی روتاری با کمک تسمه به پولی بزرگتری که روی المنت قرار دارد منتقل میشود. این روش مزایایی همچون سادگی تعمیرات و امکان تنظیم نسبت دور موتور و سرعت کمپرسور دارد، ولی معایب آن معمولا میچربد و خریداران کمپرسورهای کوپل مستقیم را ترجیح میدهند. تلفات مکانیکی، نیاز به تنظیم دوره‌ای کشش تسمه، احتمال لغزش زیر بار زیاد از جمله‌ی این اشکال هاست. با این حال هنوز هم برخی مدلهای کوچکتر یا اقتصادی به سراغ این ساز و کار میروند و در برندهای کمتر معتبر که دسترسی ضعیف‌تری به تکنولوژی دارند بیشتر دیده میشود.

موتور کمپرسور پرتابل

در کمپرسورهای پرتابل الکتروموتور گزینه‌ی چندان مناسبی نبوده و در محل کار این قبیل دستگاه‌ها، معادن، پروژه‌های عمرانی و نقاط دور افتاده، دسترسی به برق سه فاز میسر نیست. در اینجا نقش اصلی بر عهده‌ی موتور دیزل است. موتور دیزل احتراقی کار کرده و گشتاور بالایی در دور پایین تولید میکند که برای چرخش روتورهای اسکرو بسیار مناسب است. موتورهای دیزل مورد استفاده در این کمپرسورها از برندهای معتبری همچون کامینز، جان دیر، دویتس و پرکینز انتخاب میشود. اتصال موتور دیزل به المنت کمپرسور از طریق کوپلینگ منعطف برقرار میشود. این کوپلینگها بخشی از ارتعاشات و شوک‌های مقطعی را جذب کرده و از آسیب به بلبرینگ‌ها و دنده‌های المنت کمپرسور میکاهد. در برخی از مدلها از گیربوکس میان موتور و المنت کمپرسور استفاده میشود تا نسبت دور و گشتاور تنظیم شود. در این دستگاه‌ها، برای مثال، اگر کمپرسور برای راندمان بهینه نیازمند ۳۰۰۰ دور بر دقیقه سرعت باشد و موتور دیزل در ۲۲۰۰ دور بر دقیقه کار کند، گیربکس نسبت تبدیل لازم را خلق میکند. در مقابل در مدل‌هایی که موتور و المنت هم‌سرعت باشند گیربکس حذف شده و راندمان افزایش می یابد. همچنین در این مدلها وزن کل دستگاه کاهش می یابد.

ظرفیت کمپرسور و توان موتور

در هر دو نوع موتور، هماهنگی میان توان موتور و ظرفیت کمپرسور بسیار مهم است. اگر موتور ضعیف‌تر از حد لازم باشد، فشار کاری مورد نیاز را نمیتواند حفظ نماید و دائم در حالت زیر بار کار میکند که در نتیجه‌ی آن بیش از حد داغ شده، سریعتر مستهلک میشود و حتی میسوزد. از طرف دیگر، موتور بزرگتر و قوی‌تر از حد نیاز هم مصرف انرژی را افزایش داده و توجیه اقتصادی ندارد. انتخاب توان موتور بر اساس ظرفیت هوادهی هوای فشرده و فشار خروجی کاری کمپرسور انجام میشود. به عنوان قاعده‌ای سرانگشتی، هر ۷ تا ۸ کیلووات توان موتور میتواند حدود ۱ متر مکعب بر دقیقه دبی هوا در فشار عملیاتی ۷ تا ۸ بار تولید کند. عواملی چون طراحی و راندمان کمپرسور این نسبت را تغییر خواهد داد. 

استارت 

از دیگر نکاتی مهم در اتصال موتور به کمپرسور هوا، انتقال گشتاور در هنگام استارت است. در کمپرسور اسکرو المنت در لحظه‌ی شروع به کار بار مکانیکی سنگینی دارد و اگر موتور به مستقیم و کنترل نشده راه اندازی شود، جریان راه اندازی بالا میتواند به مدار برق یا حتی خود موتور آسیب بزند. برای همین نکته است که در کمپرسورهای برقی از سیستم‌های راه اندازی نرم یا سافت استارتر استفاده میکنند. درایوهای فرکانس متغیر یا اینورتر که در مدلهای کمپرسور اطلس کوپکو VSD استفاده شده است علاوه بر امکان تنظیم دور موتور و هوادهی، کنترل جریان استارت را نیز میسر میسازد. این ویژگی مصرف برق را کاسته و طول عمر مفید دستگاه را بسیار افزایش خواهد داد.

در مدلهای دیزلی مسئله‌ی راه اندازی مسئله‌ی متفاوت است. موتورهای دیزلی به صورت تدریجی چرخیده و گشتاور خود را از احتراق داخلی تامین میکنند. سیستم کنترل کمپرسور دیزلی به گونه ایست که پیش از پایداری دور موتور، شیر ورودی هوا به المنت کمپرسور باز نشود تا از بار ناگهانی جلوگیری به عمل آید. به این روش استارت بدون بار یا آنلود استارت میگویند. بعد از چند ثانیه که موتور به حالت پایدار رسید شیر ورودی باز شده و عملیات فشرده‌سازی گاز که در اینجا هواست آغاز میشود.

تنظیم موتور

همترازی شافت موتور و المنت از دیگر مسائل حائز اهمیت در تنظیم موتورهاست. در مدلهای کوپل مستقیم هرگونه کجی کوچک در زاویه هم میتواند به ارتعاش، صدای غیرعادی و سایش زودهنگام بلبرینگ‌ها ختم شود. به همین دلیل و در زمان مونتاژ از ابزارهای دقیقی چون Dial Gauge و Laser Alignment استفاده میکنند. در مدلهای تسمه‌ای حساسیت نسبت به این مسئله کمتر است و تسمه خودش مقداری انعطاف را برای سیستم فراهم میکند، پس کشش تسمه باید دقیق تنظیم شود تا لغزشی رخ ندهد.

در کمپرسورهای دیزلی و موتورهای آن موضوع خنک سازی موتور ضرورت است. موتور دیزل در دمای بالا کار میکند و خنک سازی موتور، هوای فشرده‌ی خروجی و روغن المنت از وظایف سیستم‌های خنک کننده‌ی نصب شده است. برای همین منظور سیستم‌های خنک کننده‌ی چندمرحله ای طراحی شده است شامل رادیاتور موتور، کولر روغن و افترکولر است. در مدلهای پیشرفته تر فنها به صورت هیدرولیکی یا الکترونیکی تنظیم میشود تا بسته به دمای دریافتی سنسورها سرعت تنظیم شود و مصرف سوخت مدیریت گردد. سیستم خنک سازی الکتروموتور ساده تر است و شامل فنی بر روی شافت موتور است که هنگام چرخش هوا را از درون بدنه عبور داده و دمای سیم پیچ‌ها را پایین نگاه میدارد.

نگهداری و تعمیرات

الکتروموتور نسبت به موتور دیزلی مراقبت ساده‌تر و کمتری نیاز دارد. اتصالهای الکتریکی، وضعیت عایق و بیرینگ‌ها بایستی به صورت دوره‌ای بررسی شود. از طرف دیگر موتور دیزلی نیازمند سرویس منظم است. تعویض روغن، فیلتر هوا، فیلتر سوخت، بررسی نازلها و کنترل سیستم خنک کاری از جمله‌ی این سرویسهاست. کمپرسورهای دیزلی برای محیط‌های کاری موقت یا فضای باز طراحی شده اند و مناسب کارخانه‌هایی که کمپرسورها سه شیفت و ۲۴ ساعته زیر بار هستند نیست.

سر و صدا و لرزش

الکتروموتور کمصدا و بدون لرزش است. در حالیکه موتور دیزلی به موجب احتراق داخلی و جرم متحرک زیاد صدای بالایی تولید میکند. اگر کمپرسور فعال دور موتوری بالای ۲۰۰۰ داشته باشد صدای آن تا آن سوی اتوبان شنیده خواهد شد. تمام مجموعه‌ی داخل کابین کمپرسور دیزلی بایستی داخل کابین عایق صدا با دیواره‌‌ی ضخیم نصب شود تا میزان نویز به حداقل برسد. برای این مسائل استانداردهای مشخصی تعبیه و تقنین شده است.

جمع بندی

در طراحی سیستم انتقال قدرت میان موتور و کمپرسور راندمان کل اهمیت ویژه دارد. در دستگاهی که سالی هزاران ساعت کار میکند اختلاف چند درصدی راندمان انتقال نیروی تسمه‌ای و مستقیم هم تفاوت بزرگی را رقم میزند. مصرف سوخت و انرژی نیز معطوف به این مسئله است. برندهای معتبری همچون اطلس کوپکو، کایزر و اینگرسول رند از درایو مستقیم یا کوپلینگ بسیار دقیق استفاده میکنند تا کمترین اتلاف انرژی حاصل شود.