برای ساخت کمپرسور اسکرو از صفر ضروری است که ابتدا آن را درک کنیم. چرا این دستگاه اینطور خاص بوده و در میان کمپرسورهای هوا اینطور یکه تازی میکند؟ کمپرسور اسکرو وایبی حرفه‌ای دارد که بر اساس درگیری دو روتور مارپیچی در دل المنت کمپرسور کار فشرده‌سازی هوا را راه می اندازد. این کمپرسور نسبت به کمپرسور پیستونی لرزش و سر و صدای خاصی نداشته و نیازی به سرویس، نگهداری و تعمیرات بسیار کمتری دارد. ساخت کمپرسور اسکرو از صفر پروژه‌ی صنعتی محسوب شده و در این مسیر شناخت آن حیاتی است.
کمپرسور اسکرو
بهترین راه، ورود مستقیم به اصلی‌ترین قسمت این کمپرسور است. المنت یا ایرند کمپرسور که تشکیل شده است از محفظه‌ی تراکم که با اسامی هوزینگ، سیلندر یا پوسته شناخته میشود، روتورهای اسکرو و مهمتر از اجزای تشکیل دهنده تلورانس یا فاصله‌ی جزئی و دقیق میان روتورها و همچنین روتورها با دیواره‌ی سیلندر که نقشی کلیدی در عملکرد کمپرسور اسکرو دارد.
روتور کمپرسور
روتورها دو قطعه مارپیچی هستند. در داخل کمپرسور اسکرو دو روتور نر و ماده داریم که دندانه‌ها یا lobeهای آنها در یکدیگر قفل شده و با چرخش هماهنگ هوا را از ورودی مکیده و به سمت خروجی می فشارند. ساخت روتورها کار کارگاهی کوچک نیست؛ تلورانس این روتورها در حد چند صدم میلی‌متر است و کوچکترین خطا میتواند عامل برخورد آنها در هنگام کار شود. برخورد آنها خط قرمز هر کمپرسور اسکروست و منجر به خرابی دستگاه میشود. حتی در صورت عدم برخورد هم ممکن است هوا گیر کرده و فشاری تولید نشود.
شرکتهای سازنده‌ی کمپرسور اسکرو از دستگاه‌های CNC یا کنترل عدد کامپیوتری پنج محور فوق دقیق برای تراش قطعات و شکلدهی آن استفاده میکنند. همچنین راه دیگر خرید این قطعات از سازندگان تخصصی آن است. پس برای ساخت کمپرسور اسکرو در خانه، بایستی به سراغ فروشندگان چینی روتور اسکرو رفت. البته این روتورها با دقت بالا طراحی شده و به طور یکپارچه با سیلندر فروخته میشود.
هوزینگ، سیلندر یا همان بدنه‌ای که روتورها در داخل آن میچرخد از جنس چدن ساخته میشود. مهمترین ویژگی چدنی که برای این منظور به کار گرفته میشود انبساط حرارتی کنترل شده‌ی آن است، چون همانطور که گفتیم، آخرین چیزی که در محفظه‌ی تراکم کمپرسور اسکرو میخواهیم، گیر کردن قطعات به یکدیگر است و به هنگام کار این دستگاه حرارت بسیار بالا رفته، امکان انبساط زیاد است. کمترین انبساطی برای پر کردن تلورانس اندکی که صحبت آن رفت کافی است.
کمپرسور اسکرو در حال زیر بار بسیار داغ میکند. این افزایش حرارت به ویژه در مدلهای اویل اینجکت، که از نظر طراحی ساده‌تر است، رخ میدهد. پس برای ساخته هوزینگ باید به سراغ ریخته‌گری دقیق رفت یا از بلوک چدن ماشین‌کاری شده استفاده کرد. داخل هوزینگ جایگاه بلبرینگ‌ها، فضای عبور و مرور روغن، ورودی و خروجی هوا و محل قرارگیری روتورها باید به دقت طراحی شود.
سیستم روغنکاری
کمپرسور اسکرو در دو مدل اویل اینجکت یا روغنی و اویل فری یا بدون روغن کار میکنند. ساخت کمپرسور اویل فری ظرافت عجیب و غریب دارد و برای طراحی آن تلورانس یا فاصله‌های میان روتورها و روتورها با بدنه بی‌نهایت دقیق و اندک است و از توان فعلی ما خارج است. در حال حاضر حتی تعمیر المنتهای اویل فری در داخل کشور انجام نمیشود و در کارخانجات شرکتهای بزرگی چون اطلس کوپکو نیز با آزمایشگاه آن همچون اسرار مگو برخورد میشود.
در طراحی کمپرسور اویل فری علاوه بر دقت در تلورانس از روکشهای مخصوص تفلون، برای دماهای کاری پایینتر و مولیبدنوم دی سولفید، برای دماهای بالا استفاده میشود. بکارگیری این دقت و متریال همگی ناشی از غیبت روغن است. در صورت غیبت روغن در داخل المنت یا ایرند کمپرسور، بایستی نقش یا نقشهای آن را پارامترهای دیگری بر عهده بگیرند. نقشهای روغن کمپرسور عبارت است از پاکسازی، خنک‌کاری و روان کنندگی.
کمپرسور اویل اینجکت
پس فعلا بر همان کمپرسور ساده‌تر، یعنی کمپرسور اسکرو اویل اینجکت متمرکز شویم. این کمپرسورها در صنایع بسیار رایج‌تر و پرکاربردتر هم هستند، زیرا صنایع محدود و معدودی هستند که به حضور روغن و بخار روغن در هوای فشرده حساس باشد.
در این مدل کمپرسور اسکرو روغن چندین نقش مهم ایفا میکند. روتورها را خنک نگاه میدارد، فاصله‌ها را اصطلاحا سیل (seal) میکند تا هوا فرار نکند و به صورت جریان برگشتی هدر نرود، و در نهایت روتورهای در هم‌تنیده را روغنکاری کند. برجستگی‌های روتورهای نر و ماده بدون تماس کار میکنند، اما حضور فیلمی از روغن در میان آنها لازم است.
طراحی مسیرهای روغن داخل هوزینگ، انتخاب پمپ روغن مناسب، طراحی مسیر برگشت روغن انتخاب سپراتور روغن مناسب بخشهای دیگر طراحی این کمپرسور است. در نهایت هوای فشرده خروجی از کمپرسور بایستی از سپراتور و فیلتر عبور کند تا پاکسازی شده و وارد مسیر خروجی شود.
الکتروموتور، موتور دیزلی و سیستم محرکه
سیستم محرکه یا انتقال نیرو جزء مهم دیگر این سیستم است. برای اتصال الکتروموتور یا موتور دیزلی، که از تولیدکننده‌ی آن خریداری شده، از کوپلینگ لاستیکی یا سیستم پولی و تسمه استفاده میشود. کوپل مستقیم دقیقتر و پرطرفدار است و کارشناسان به دلیل راندمان بالا به خریداران کمپرسور توصیه میکنند، ولی حساس‌تر است. سیستم انتقال نیروی تسمه‌ای برای کمپرسورهای کوچک یا مدلهایی که قدرت موتور بسیار بالاست مناسب است. این سیستم انتقال نیرو استارت نرم‌تری داشته و ضربه‌ی موتور را جذب میکند.
انتخاب موتور و خریداری آن از تولیدکنندگان معتبر نیز شایسته‌ی دقت است. در جهان برای تهیه‌ی بهترین الکتروموتورها به سراغ زیمنس، ABB یا WEG میروند. برای تهیه‌ی موتور دیزلی هم کاترپیلار، دویتس، کومنز و موتورهای ژاپنی مناسب است. ولی در ایران و اگر در خانه مشغول ساخت کمپرسور اسکرو هستیم، احتمالا منبع تامین اکثر قطعات ما شرکتهای ناشناس چینی است.
در طراحی کمپرسور اسکرو باید محاسبه کنید به چه سرعت دورانی روتورها نیاز دارید. اغلب کمپرسورهای اسکرو بین ۳ تا ۶ هزار دور بر دقیقه سرعت روتور آنهاست. برخی از سازندگان از الکتروموتوری با rpm یا سرعت ۳ هزار دور بر دقیقه استفاده میکنند و با افزایش نسبت پولی سرعت را بالا میبرند. اما ساخت حرفه‌ای تر نیازمند بکارگیری گیربکس مخصوصی است تا نسبت دقیق گشتاور و دور تنظیم شود.
مونتاژ کمپرسور اسکرو
در فاز مونتاژ بیرینگ‌های مناسب را انتخاب میکنیم. در ساخت کمپرسور از بلبرینگ‌های معمولی نمیتوان استفاده کرد. رولربرینگ‌های مخروطی یا روبربرینگ‌های شعاعی محوری مخصوص کمپرسور اسکروست. روتورها در هنگام چرخش فقط بار شعاعی ندارند و بار محوری هم تحمل میکنند. فشار هوای داخل محفظه باعث اعمال فشار بیشتر بر یک طرف روتور خواهد بود و برای همین رولربرینگ‌های محوری، که اصطلاحا Thrust یا کف گرد نیز نامیده میشود، نقش دارد. انتخاب اشتباه بیرینگ‌ها کم و بیش به معنای مرگ کمپرسور اسکروست، آن هم به دلیلی ساده و کم هزینه.
ورودی هوای کمپرسور
ورودی یا اینلت هوای کمپرسور اسکرو برای کنترل جریان هوا طراحی میشود. در حالت آفلود یا بدون بار این ورودی بسته خواهد بود و کمپرسور بدون تولید فشار کار میکند تا مصرف برق کم باشد. شیر ورودی یا طراحی شده و یا از تامین کننده تهیه میشود. انتخاب شیر ورودی از میان شیرهای مکانیکی و پنوماتیکی ممکن است و مستقیما به سیستم کنترلی کمپرسور متصل خواهد بود.
سیستم کنترلی کمپرسور
بسیاری از سازندگان از کنترلرهای آماده استفاده میکنند. طراحی سیستم کنترلی از صفر پروژه‌ی نرم افزاری و سخت افزاری کاملی است که اکثر سازندگان کمپرسور به جان نمیخرند. سیستم کنترلر PID یا PLC کمپرسور فشار خروجی، دمای روغن، دمای هوزینگ، وضعیت فیلترها و حالت لود و آفلود را مدیریت میکند. همچنین سنسورهای فشار، دما، شیر برقی، شیر سلنوئیدی و مانیتوری کوچک اجزای سیستم کنترلی خواهد بود.
سیستم خنک کننده
دمای فشرده سازی بالاست. برای خنک کنندگی مناسب از اویل کولر یا خنک کننده‌ی روغن و ایر کولر یا خنک کننده‌ی هوا استفاده میشود. در ساخت دستگاه کمپرسور اسکرو طراحی مسیر جریان روغن، انتخاب مبدل حرارتی با ظرفیت مناسب، انتخاب فن القایی یا جریان مستقیم و طراحی ورودی و خروجی جریان هوا برای خنک کنندگی یکنواخت از قسمتهای مختلف کار است. توجه داشته باشید که یکنواختی خنک کنندگی یک آپشن نیست بلکه ضرورت است. خنکتر بودن برخی نقاط نسبت به نقاط دیگر یعنی انبساط متفاوت و نتیجه‌ی آن چیزی جز به هم ریختگی فاصله‌های میان روتورها و در نهایت آسیب جدی نیست.
چارچوب و بدنه‌ی کمپرسور اسکرو
فریم اصلی کمپرسور اسکرو از بدنه‌ای مستحکم ساخته میشود. این فریم شامل شاسی اصلی، فریم موتور، فریم هوزینگ، سیستم ضد لرزش و مسیر عبور و مرور هوای خنک کننده است. شاسی‌های استفاده شده تقویت شده یا از جنس پروفیل فولاد است. برای تجهیز این سیستم به کاهنده‌ی صدا و عایق میتوان از کاورهای مناسب استفاده کرد. کاورهای گفته شده از ورق پانچ‌شده یا فوم آکوستیک ساخته میشود و داخل بدنه نصب میشود.
تست کمپرسور اسکرو
پس از مونتاژ کمپرسور اسکرو، گام اول تست برای نشتی هاست. تست نشتی از اتصالات روغن، مسیر هوا، روتورها و هوزینگ انجام میشود و سپس تست فشار اولیه انجام میشود تا فشار اسمی دستگاه بررسی شود. تست بعدی تست دما و راندمان خواهد بود. آیا دستگاه در دمایی استاندارد کار میکند؟
نسبت خروجی هوا به توان ورودی اندازه‌گیری میشود تا راندمان دستگاه سنجیده شود. اگر راندمان دستگاه نقصانی داشته باشد این به معنای مشکل در نقاط مختلف است که متهمان احتمالی عبارتند از فاصله‌های روتورها، نشتی داخلی، عدم تنظیم مناسب مسیر روغن، سرعت ناکافی یا نامناسب روتورها و کیفیت پایین شیر ورودی.
خط تولید کمپرسور اسکرو
تبریک، شما در آستانه‌ی شکلدهی خط تولید کمپرسور اسکرو هستید.
دانش مهندسی شما برای ساخت کمپرسور اسکرو کافیست، ولی ساخت کمپرسور اسکرو در کارگاه‌های کوچک ناممکن است. برای یادگیری بهتر باید دست به کار شد. اکنون از روتور تا کنترلر و از سیستم خنک کننده تا انتقال نیرو و موتور را میشناسیم، حال بایستی به تحلیل و تعمیر بپردازید تا شناخت حقیقی و عملی یافته و سپس وارد طراحی و ساخت شوید.
در طراحی کمپرسور اسکرو علم کافی از مواد، ترمودینامیک، سیالات و اتوماسیون صنعتی لازم است و طراحی‌های نرم افزاری همچون CAD و CNC ترکیبی ایده آل میسازد. کمپرسور اسکرو دستگاهی است که محبوب کارفرمایان، اپراتورها و پروژه‌های صنعتی و معدنی است و این محبوبیت بی دلیل نیست. نسبت به رقبای خود مهندسی‌ساز‌تر است. برندهای بزرگی همچون اطلس کوپکو و اینگرسولرند یا برندهایی چون کمپرسور کایزر آلمانی هم همگی همین مسیر را قدم به قدم طی کرده اند و با سعی و خطا و عملگرایی به جایگاه فعلی رسیده اند.
