برای مثال در کاربردهایی مثل تعمیر هواپیما، ابتدا چندین کمپرسور روتاری اسکرو به کار گرفته میشود. ولی اگر کار بزرگتر شد، افزودن کمپرسور سانتریفیوژ یا گریز از مرکز امکان مدیریت بهتر نیاز هوای فشرده را فراهم خواهد آورد. در چنین وضعیتی سوال آن است که آیا ترکیب کمپرسور سانتریفیوژ و کمپرسور اسکرو در شبکهی هوای فشرده ممکن است و با هم کنار خواهند آمد؟
در توضیح ویژگیهای کمپرسورهای مختلف، چه سایت ما در پستهای آشنایی با کمپرسور اسکرو و معرفی کمپرسور سانتریفیوژ و چه مطالب آموزشی فنی دیگر منابع، ویژگیها و مزایای کمپرسورها به گونهای شرح داده میشود که گویی دو موجود کاملا متفاوت از سیارههایی غریبه اند. ولی در دنیای واقعی این کمپرسورها توان همزیستی و کار با یکدیگر را دارند.
دو نوع کمپرسور روتاری اسکرو و توربوکمپرسور سانتریفیوژ بسیاری از مواقع در ترکیب با یکدیگر دیده میشوند و سیستم هوای فشردهی خوبی شکل میدهند. البته آگاهی از نکات این ترکیب ضرورت دارد تا تنظیمات به درستی انجام شده و مشکلی ایجاد نشود.
اصول پایه ی کمپرسورها
۱. کمپرسور گریز از مرکز یا سانتریفیوژ در مقیاسهای بزرگ بسیار به صرفه است و مکانیسم عملکردی آن ذاتا بدون روغن و اویل فری است. کمپرسور سانتریفیوژ برای حجم هوای فشردهی زیاد بدون روغن گزینهی مناسبی است.
۲. کمپرسور روتاری اسکرو در اکثر مصارف روغنی و اویل اینجکت است و به روغن کمپرسور برای عملکرد بهینه نیاز دارد، اما مدلهای اویل فری و بدون روغن نیز ساخته و عرضه شده است و در سایزهای مختلف کارآمدی خوبی دارد.
۳. در کارخانجات بزرگ که هوای فشردهی مصرفی آنها عاری از روغن است ترکیب این دو سیستم کمپرسوری دیده میشود.
نقش هرکدام در سیستم چند کمپرسوری
این دو کمپرسور میتوانند مکمل خوبی برای یکدیگر باشند، در ادامه برخی از اصطلاحات به انگلیسی خواهد آمد و ذیل آن توضیح داده میشود که منظور چیست:
- کمپرسور Base Load: کمپرسور لود پایه مسئولیت تامین حداقل نیاز هوای فشرده را بر عهده دارد. این کمپرسور خروجی پایدار و نوسان اندکی دارد. هر دو مدل کمپرسور سانتریفیوژ و کمپرسور اسکرو ویژگیهای مناسب این نقش را دارند. خروجی کمپرسور لود پایه با تغییر تقاضا نوسان نمیکند، یا به طور کامل و ۱۰۰ درصد کار میکند یا خاموش است.
- کمپرسور Trim: واژهی لاتین trim در اصطلاح به معنای تراشیدن و شکل دادن است. کمپرسور Trim نیز همین وظیفه را بر عهده دارد. مصارف هوای فشرده متغیر است و گاه بالاتر از حد پایه میرود. کمپرسوری در اینجا وظیفهی تراشیدن منحنی نیاز و شکلدهی فشار و ظرفیت مورد نیاز را بر عهده میگیرد. در مواقعی که مصرف بالاتر از حد پایه باشد، کمپرسورهای اسکرو اویل فری با درایو سرعت متغیر یا VSD نیاز هوای فشرده را پوشش خواهد داد.
- کمپرسور بک آپ یا پشتیبان: در خط تولید و مدار هوای فشرده همواره امکان خروج یکی از کمپرسورها از کار وجود دارد. کمپرسور پشتیبانی مشهورترین اصطلاحی است که اهالی صنعت میشناسند و به کمپرسوری اشاره دارد که در چنین موقعیتی به میان آمده و جلوی قطع عملیات سیستم را میگیرد. کمپرسور پشتیبان بایستی همظرفیت و همفشار کمپرسور لود پایه باشد.
هزینهی خرید کمپرسور پشتیبان با هزینهی یک روز خرابی سیستم یر به یر میشود. در ایالات متحده، دفتر انرژی محاسبه کرده است که هزینه خرید کمپرسور صنعتی تنها ۱۲ درصد از کل هزینه مالکیت آن بوده و هزینههای برق، نگهداری و خرابی باقی ۸۸ درصد را شکل میدهد.
مزایای کمپرسور اسکرو و کمپرسور سانتریفیوژ
هر مدل کمپرسوری که توسعه داده شده مزیت و البته ضعفهای خاص خود را دارد. کمپرسورهای سانتریفیوژ در تولید جریان قوی هوای فشرده خوب عمل میکنند. کمپرسور سانتریفیوژ نیاز به هزینه اولیهی بالایی دارد و از این رو در کارخانههای بزرگ با نیاز بالا استفاده شده و بالای ۳۰۰ اسب بخار هستند. از طرف دیگر کمپرسورهای اسکرو محدودهی عملیاتی بسیار گستردهتری داشته و محبوب صنایع متنوعی هستند. کمپرسور اسکرو امکان مدیریت مصرف از ۶۰ تا ۱۰۰ درصد ظرفیت را داشته و محدودهی خوبی برای بازی با ظرفیت در اختیار اپراتور قرار میدهد.
چه زمانی از کمپرسور اسکرو و چه زمانی از سانتریفیوژ استفاده کنیم؟
در کارخانجاتی که چندین کمپرسور روتاری داشته و قصد توسعه دارد، اضافه کردن یک کمپرسور سانتریفیوژ اقدام بهینه ای است. در این صورت کمپرسورهای روتاری انعطاف پذیری (همان وظیفهی کمپرسور trim) و پشتیبانی را بر عهده خواهند داشت.
در سیستمهایی که از کمپرسور سانتریفیوژ و دیگر توربوکمپرسورها بهره میبرند ولی با افت و خیز مصرف مواجهند، اضافه کردن کمپرسور اسکرو بهرهوری را ارتقا خواهد داد. زمانی که جریان مورد نیاز هوای فشرده کمتر از ۷۰ درصد ظرفیت باشد و زیاد نوسان کند، کمپرسور سانترفیوژ دیگر انتخاب ایدهآلی نیست و باید روتاری اسکرو اضافه کنیم. به عنوان مثال خط مونتاژ خودرو از کمپرسور سانترفیوژ برای بیشتر مصارف هوای فشردهی خود بهره میبرد، اما اضافه کردن چند کمپرسور روتاری اسکرو نوسانات بین شیفتها را به شکل خوبی مدیریت خواهد کرد.
از دیگر مزایای سیستم چندکمپرسوری میتوان به استفادهی نوبتی اشاره کرد که باعث خواهد شد هزینهی سرویسهای دورهای نیز کاهش یابد و تعداد دفعات نیاز به سرویس نصف خواهد شد.
اگر همیشه تقاضای هوای فشردهی شما ثبات داشته و بیش از ۸۰ درصد ظرفیت باشد، بکارگیری یک کمپرسور ثابت توجیهپذیر است، در غیر این صورت و در صورتی که تقاضای متغیری داشته باشید، مالکیت دو کمپرسور کوچکتر و همکاری آنها مصرف انرژی را نیز خواهد کاست.
در غیاب کمپرسور بک آپ و در صورت خرابی کمپرسور اصلی، لازم است کمپرسور دیزلی پرتابل یا هرگونه کمپرسور دیگری کرایه کنید که گرانتر خواهد بود و در کیس کمپرسور پرتابل مناسب فضای کارخانجات هم نیست.
تقسیم بار کاری میان چند دستگاه، فشار وارده به هرکدام را کاسته و عمر مفید آنها را افزایش میدهد. حتی اگر عمر مفید دستگاه برای شما مهم نباشد، دستگاه سالمتر مساوی با فروش گرانتر و راحتتر آن به صورت کمپرسور دست دوم و کارکرده است.
تجهیزات پشتیبان
مخازن ذخیره نقش خیلی مهمی در سیستم هوای فشرده دارند. مخازن یا تانکهای هوای فشرده کمک میکنند تا تامین هوا با مصرف واقعی سیستم هماهنگ شود. توجه داشته باشید که در زمان اوج مصرف، شما از مخزن هوای فشرده دریافت میکند و مستقیما به سراغ کمپرسور هوا نخواهید رفت. در این صورت حتی سیستمهایی که بر کمپرسورهای سانترفیوژ اتکا کرده اند هم توان مدیریت بهتری برای نوسانات کوتاهمدت خواهند داشت.
هزینهی زمان خرابی یا اصطلاحا داون تایم در صنعت وحشتناک زیاد است. طبق مطالعهی ۲۰۲۴ زیمنس، تولیدکنندگان بزرگ حهانی در سال ۱/۴ تریلیون دلار به خاطر خرابیهای پیشبینینشده ضرر میکنند و این ضرر در صنعت خودروسازی تا ۲/۳ میلیون دلار در ساعت تخمین زده میشود. درست است که ما از صنعت جهانی جدا شده ایم، ولی خیلی هم دور نیستیم.
کنترل پلهای
مدیران و اپراتورها از سیستمهای کنترلی پیچیده، که گرانقیمت بوده و مدیریت دشواری دارد، فراری هستند. در ابتدای کار با کمپرسورها، اپراتورها همهی کمپرسورها را بر روی فشار یکسانی تنظیم میکنند که این اقدام بهینه نبوده و باعث میشود همهی کمپرسورها با جزئی از لود خود کار کنند. همچنین ممکن است محدودهی فشار هر کمپرسور را جداگانه تنظیم کنند تا به فشار مطلوب دست یابند.
ولی این روشهای ساده معمولا خروجی مناسبی ندارد. به ویژه اگر کمپرسورهای سانتریفیوژ وظیفه لود پایه و کمپرسورهای سرعت ثابت اسکرو وظیفهی نظمدهی نوسانات را با لود/آنلود مکرر بر عهده داشته باشند، کمپرسورها وارد فضای رقابتی با یکدیگر میشود. اگر فشار سیستم افت کند کمپرسور اسکرو سریعا جت هوایی به لاین ارسال میکند که نتیجهی آن کاهش خروجی کمپرسور سانتریفیوژ تا نقطهی blow-off خواهد بود.
اگر بیش از سه کمپرسور هوا دارید، مناسب آن است که از کنترل پلهای یا cascade و تقسیم بار یا load sharing استفاده کنید. اگر همه را روی یک فشار تنظیم کنید و همزمان روشن باشند، حتی زمانی که هرکدام فقط ۳۰ درصد لود دارند، باز هم بین ۶۰ تا ۸۰ درصد برق خود را مصرف میکنند. جایگزین آن میتواند تنظیم فشار پله پله باشد: کمپرسور اول وقتی فشار به حد مشخصی رسید کار کند و دومی وقتی فشار به حد معین دیگری نزول کرد وارد شود و الی آخر.
دو راه حل برای کنترل کمپرسورهای ترکیبی
نصب سنسور فشار مشترک: نصب سنسور فشار بعد از مخزن باعث هماهنگی بهتر و کنترل تمامی کمپرسورها بر اساس همان فشار خواهد بود.
زمان بندی: زمانبندی کمپرسورهای روتاری اسکرو برای کار به هنگامی که تقاضا کاهش می یابد از راههای توصیه شدهی دیگر است. میتوان کمپرسور اسکرو را برای هنگام کاهش تقاضا، مثلا شیفت شب، تنظیم کرد تا کمپرسورهای کوچکتر وظیفهی تامین مصرف پایین را پوشش دهند.
درایو سرعت متغیر یا VSD
استفاده از درایو سرعت متغیر یا فرکانس متغیر بر روی کمپرسورهای اسکرو باعث صرفهجویی جدی در مصرف انرژی خواهد بود. مزایای این درایوها ولی محدود به مدیریت مصرف انرژی نیست: شروع نرمتر، کنترل بهتر روی سیستم و کاهش مصرف انرژی به هنگام سیکلهای سریع از جملهی دیگر مزایای بکارگیری درایو فرکانس متغیر است که عمر مفید دستگاه را نیز افزایش میدهد.
ولی VSD برای همه مناسب نیست. اگر تقاضا بین ۵۰ تا ۸۰ درصد ظرفیت نوسان داشته باشد، کمپرسور VSD به عنوان کمپرسور اصلی هم لود پایه و هم فشار و ظرفیت متغیر را پوشش خواهد داد؛ ولی اگر همواره ظرفیتی بالای ۸۰ درصد نیاز داشته باشید بهتر است از کمپرسور سرعت ثابت برای لود پایه و از کمپرسور VSD برای trim یا شکلدهی مصارف نوسانی بهره ببرید.
اگر کمپرسور اسکرویی که در سیستم هوای فشرده به کار گرفته اید VSD باشد، سیستم فشار ثابت را مشابه با کمپرسور سانترفیوژ مدیریت کرده و دردسر باندهای فشار کمپرسور سرعت ثابت را نخواهد داشت.
در نهایت ترکیب کمپرسورهای روتاری اسکرو و سانترفیوژ مزایای مختلفی خواهد داشت. بهبود بهرهوری انرژی تا کیفیت بهتر کارکرد سیستم هوای فشرده خروجیهای مطلوبی است که در پی این ترکیب به دنبال آن هستیم، ولی این مزایا خودبخودی رخ نخواهد داد. نیاز است که متخصص هوای فشرده چینش صحیح سیستم را مدیریت کند.
سیستمهای هوای فشردهای که از چینش چندکمپرسوری بهره میبرند اطمینان بالاتر، کاهش هزینههای نگهداری و سرویس، صرفهجویی انرژی و عمر طولانیتر و سلامت ماشین آلات را به همراه دارند.
نکات کلیدی متن:
✔️ کمپرسور سانتریفیوژ و اسکرو توان همکاری با یکدیگر را در سیستم هوای فشرده دارند،به شرطی که اصول این ترکیب رعایت شود.
✔️ این ترکیب مناسب سیستمهای بزرگتر و بدون روغن است.
✔️ در پیکربندی چند کمپرسوری، نقشهای مختلفی چون تامین لود پایه، شکلدهی بالا و پایین نیاز هوای فشرده و پشتیبانی وجود دارد که به ضرورت زمان هر دو مدل کمپرسور توان انجام وظیفه دارند.
✔️ کمپرسور سانتریفیوژ برای هوادهی حجم بالا و روتاری اسکرو برای انعطاف پذیری مناسبند.
✔️ ذخیرهی هوای فشرده، کنترلهای مناسب و درایوهای سرعت متغیر VSD بسیار موثرند و توصیه میشود.
