کمپرسورهای تکمرحلهای و دومرحلهای هر دو از قدیم در صنعت بوده و خریدار داشته اند. خیلی از فعالان صنعت فقط میدانند که کمپرسور دومرحلهای گرانتر است، در صورتی که تفاوتهای ساختاری و عملکردی بیشتر از اینهاست و انتخاب درست از آگاهی بیشتر نشئت میگیرد.
۱) بهرهوری انرژی در کمپرسور دومرحلهای بالاتر است.
در کمپرسورهای دومرحلهای فرآیند فشردهسازی هوا به دو مرحله تقسیم میشود و استیج نخست با نسبت تراکم حدود ۱ به ۲/۸ انجام میشود. هوا قبل از ورود به استیج و المنت دوم از اینترکولر یا واحد خنک کنندهی میانی گذر میکند تا گرمای فشردهسازی دفع شود. مرحلهی دوم نیز مشابه با مرحلهی نخست نسبت تراکم مشخصی در همان حدود خواهد داشت. در کمپرسورهای دومرحلهای یکی از مراحل اصطلاحا فشار ضعیف و یکی فشار قوی یا به ترتیب Low Pressure (LP) و High Pressure (HP) نام میگیرد.
خنک کاری میان مرحلهای کل انرژی لازم برای فشردهسازی را کاهش میدهد. این کاهش به موجب خنکسازی هوای داغ پیش از ورود به مرحلهی دوم کمپرسور است که راندمان عملیات را ارتقا میدهد. در تئوری به دنبال دستیابی به فرآیندی ایزوترمال یا همدما هستیم. به موجب محاسبات ترمودینامیکی کمپرسور که همدما کار کند کمترین کار و در نتیجه کمترین انرژی مصرفی را خواهد داشت.
فشردهسازی همدما به معنای فشردهسازی هوا در دمای ثابت است. در عمل چنین فرآیندی به معنای سطح انتقال حرارت بینهایت یا سرعت بسیار پایین عملیات است تا دفع گرما همزمان با فشردهسازی محقق شود. در نتیجه عملیاتی دور از دسترسی و ایدهآل باقی میماند. مدل دیگری که داریم مدل آدیاباتیک یا فرآیند بیدررو است که بدون تبادل گرما با محیط رخ داده، دما شدیدا بالا میرود و کار مصرفی در آن بیشینه خواهد بود. در صنعت به دنبال پرهیز از آدیاباتیک هستیم و مدلی مرزی است.
در صنعت به دنبال چه نوع فرآیند ترمودینامیکی هستیم؟
تمام کمپرسورهای واقعی به شکل پلی تروپیک کار میکنند. در فرآیند پلی تروپیک مقداری دفع گرما داریم و دما تا حدی نه چندان زیاد بالا میرود. این فرآیند کاملا عملیاتی و قابل طرحی است و از آدیاباتیک مصرف انرژی کمتری دارد. برای دستیابی به فرآیند پلی تروپیک و فاصله گرفتن از فرآیند آدیاباتیک از اینترکولر یا میانسردکن، روغنکاری، تزریق روغن یا آب و چندمرحلهای کردن فرآیند بهره میبریم. تمامی اینها تلاشی برای نزدیکتر شدن به فرآیندی همدماست. داستان بهرهوری انرژی کمپرسور داستان کمینه کردن کار فشردهسازی با مدیریت گرماست.
در صنعت مثالهای مختلفی برای این مسئله داریم. کمپرسور اسکرو روغنی یا اویل اینجکت با تزریق روغن سعی در جذب گرمای داخل المنت دارد. فرمول عمومی فرآیند پلی تروپیک 
است و هرچه n به یک نزدیکتر باشد، فرآیند به ایزوترمال نزدیکتر است. مسیر فرآیند کمپرسور اسکرو روغنی با n در حدود ۱/۱ و ۱/۲ به فرآیند پلی تروپیک نزدیکتر است و این عدد برای کمپرسورهای پیستونی که خنک کاری ندارند برابر با ۱/۳۵ تا ۱/۴ است که به فرآیند آدیاباتیک و انرژیبر نزدیکتر است. کمپرسورهای دومرحلهای که از اینترکولر بهره میبرند عملا از کمپرسور تکمرحلهای همدماتر بوده و دمای پایینتر و مصرف انرژی کمتری دارد.
۲. دوام و اطمینان عملکردی کمپرسورهای دومرحلهای بهتر است.
کمپرسورهای دومرحلهای فشار کاری را روی قطعات تقسیم میکنند که این مسئله توام با کاهش حرارت باعث استهلاک کمتر و عمر طولانیتر قطعات خواهد بود. برای مثال در کمپرسور دومرحلهای برند کایشان که سازنده معتبر چینی است تعداد بلبرینگهای خروجی نسبت به کمپرسور مشابه تکمرحلهای بیشتر است و تعداد بلبرینگ بیشتر به معنای توزیع فشار بر قطعات متعدد است. در این کمپرسورها در مدلهای تکمرحلهای ۲ بلبرینگ تمام بار را تحمل میکنند، در حالیکه در مدلهای دومرحلهای در المنت اول چهار بلبرینگ و در المنت دوم ۳ بلبرینگ و جمعا ۷ بلبرینگ تمام بار را تحمل میکنند. این مسئله به دوام عملیاتی و طول عمر کمپرسور کمک کرده و نیاز به سرویس دورهای را کاهش میدهد.
۳. کمپرسور دومرحلهای نیاز به کمپرسور بزرگتر را حذف میکند.
کمپرسور دومرحلهای در قدرت مشابه کمپرسور تکمرحلهای ۱۵ تا ۲۰ درصد هوادهی بیشتر دارد که امکان خرید کمپرسور با الکتروموتور ضعیفتر را برای نیاز به هوادهی یکسان فراهم میاورد. به عنوان مثال به جای دستگاه ۳۰۰ اسب بخار تکمرحلهای میتوان کمپرسور ۲۵۰ اسب دومرحلهای تهیه کرد که همان هوادهی مشابه را دارد و هزینهی خرید و مصرف انرژی هر دو کاهش خواهد یافت.
۴. هزینه عملیاتی پایینتر در سیستم هوای فشرده
هزینههای عملیاتی چیست؟ برق، سرویس و نگهداری و تعویض قطعات که تمامی اینها در کمپرسور دومرحلهای تغییر مثبت خواهد داشت. مصرف برق و انرژی کم میشود، سرویس و نگهداری کمتری نیاز داریم و تعویض قطعات نیز با فاصله بلندمدتتری ضروری می یابد. هزینه عملیاتی کل کمپرسور دومرحلهای معمولا از مشابه تکمرحلهای کمتر است و این تفاوت در کار کارخانجات پرمصرفی که نیازمند تولید پیوسته هستند تفاوت بسیار محسوسی ایجاد خواهد کرد.
۵. عبارت تکراری هزینهی بلندمدت یا هزینهی کل مالکیت بهتر (TCO)
گرچه کمپرسور دومرحلهای قیمت اولیهی گرانتری دارد ولی با احتساب جزئیات بلندمدتی چون برق، نگهداری، تعمیرات کمپرسور و عمر طولانیتر هزینهی کل مالکیت آن برای اکثر کاربردهای صنعتی بهتر از کمپرسور تکمرحلهایست. در نتیجه میتوان پرسید چه زمانی کمپرسور دومرحلهای انتخاب بهتری است؟
موارد برتری کمپرسور اسکرو دومرحلهای
✔️ کمپرسور لود اصلی که بیشتر مواقع کاملا زیر بار است و با تمام توان کار میکند.
✔️ کاربردهای صنعتی که تقاضای مصرفی بالایی دارند و از جملهی آنها میتوان به تولیدیها، خودروسازی، هوافضا، غذا و نوشیدنی و شیشهسازی اشاره کرد.
✔️ هرگاه مصرف انرژی و اطمینان عملیاتی دغدغههای اصلی باشد.
مثال؟ کمپرسورهای اطلس کوپکو که در مدلهای GA تکمرحلهای و در مدلهای GR دومرحلهای هستند. نمونهای از این دو را میتوان در پُستهای معرفی کمپرسور GA 200 و کمپرسور GR 200 ملاحظه کرد.
کمپرسور اسکرو برقی GA 200 اطلس کوپکو یک کمپرسور روغنی با توان ۲۰۰ کیلووات است که برای مصارف صنعتی طراحی شده است. این کمپرسور در مدلهای مختلف با فشار کاری ۷.۵ تا ۱۳ بار و ظرفیت هوادهی ۲۶.۱ تا ۳۶.۱ مترمکعب بر دقیقه عرضه میشود. مدلهای فول فیچر آن دارای خشککن (درایر) هستند و برای کاربردهایی که حضور روغن در هوای خروجی اهمیت ندارد، مناسباند. این کمپرسورها در دو نوع هواخنک و آبخنک تولید میشوند و ابعاد و مشخصات آنها بسته به مدل متفاوت است.
کمپرسور اسکرو برقی GR 200 از شرکت اطلس کوپکو است که از موتور الکتریکی با توان ۲۰۰ کیلووات بهره میبرد. این کمپرسور میتواند در فشار عملیاتی ۲۰ بار و دبی هوای فشرده ۲۱/۶۰ مترمکعب بر دقیقه هوای فشرده تولید کند. کمپرسورهای G اطلس کوپکو از دهه ۹۰ میلادی وارد بازار شدهاند و شامل مدلهای GA (تکمرحلهای) و GR (دومرحلهای) هستند. مدل GR 200 در دو نسخه ۱۳ بار و ۲۰ بار عرضه میشود و با موتور ۲۰۰ کیلووات و صدای ۷۵ تا ۷۶ دسیبل عمل میکند.
