کمپرسور دستگاهی است که هوا یا گاز را دریافت کرده و با فشار و سرعت بالاتری تخلیه میکند. چنین دستگاهی برای مثال اگر با گاز کار کند برای افزایش فشار و انتقال آن کاربرد دارد و اگر با هوا کار کند به دو شکل در صنایع، معادن و ساخت و ساز به کار گرفته میشود: ۱. هوای انرژی که همانا ذخیرهی انرژی به شکل فشار هواست و ۲. هوای فعال که طی آن هوای پرفشار به طور مستقیم بر روی محصول نهایی پاشیده میشود، مثلا برای رنگآمیزی خودرو یا تخلیه براده حفاری چاه.
میدان گازی پارس جنوبی بزرگترین میدان گازی جهان است و در نیمهی دوم عمر خود با افت فشار مخزن از ۳۵۰ اتمسفر به ۲۴۰ اتمسفر روبروست. در صورت افت فشار بیشتر دیگر امکان انتقال گاز طبیعی با فشار طبیعی به تاسیسات خشکی نخواهد بود.
همانطور که گفته شد هوا به دو شکل خازن انرژی و مستقیم در صنعت کاربرد دارد. در صورتی که محل مورد نظر به الکتریسیته دائمی و صنعتی دسترسی داشته باشد از کمپرسور برقی استفاده میکند. کمپرسور برقی با الکتروموتور کار میکند.
محبوبترین کمپرسور هوا: کمپرسور اسکرو
کمپرسورها بر چند دستهاند و تفاوت آنها به مکانیسم فشردهسازی بازمیگردد. هرکدام از این مکانیسمها خروجی خاص خود را دارد. برای مثال مکانیسم فشردهسازی دینامیکی که در کمپرسورهای محوری و گریز از مرکز به کار میرود خروجی سریعتر ولی کمفشارتری دارد و مکانیسم جابجایی مثبت که در کمپرسورهای پیستونی و اسکرو کاربرد دارد خروجی پرفشارتر و کُندتری دارد. در این عبارات مقصود از سرعت خروجی کمپرسور شارش حجمی است. شارش حجمی یا دبی مقدار حجم گذری در دقیقه است.
تا میانهی قرن ۲۰ میلادی کمپرسور پیستونی محبوبترین و پرکاربردترین کمپرسور هوا محسوب میشد. این کمپرسور حتی برای نیازهایی که به برق صنعتی دسترسی نداشتند هم راه چارهای در جیب داشت: کمپرسور پرتابل دیزلی.
کمپرسور دیزلی پیستونی
این ماشینآلات که نمونههای اولیه کمپرسور سیار محسوب میشود برای جادهسازی حضوری پررنگ داشتند. موتور دیزلی مستقیم و از طریق میللنگ مشترک به واحد کمپرسور پیستونی وصل شده و آن را به حرکت درمیآورد. اگرچه این کمپرسورهای سیار چندمنظوره بودند و چکشهای تخریب تا متههای بادی را در سایتهای کارگاهی تغذیه میکردند اما محدودیتهایی جدی داشتند: کمپرسور پیستونی سیار سنگین و پر سروصدا بود و داغ میکرد. و مهمتر از همه، کمپرسور پیستونی برای استفادهی مقطعی ساخته شده و نیازمند استراحت است.
کمپرسور پیستونی در تامین هوای مداوم و با حجم بالا که برای کاربردهای صنعتی بزرگ لازم است ناتوان بود و معرفی اولین کمپرسور سیار اسکرو در سال ۱۹۵۸ راهکاری مطمئن و کارآمد ارائه داد.
برق تولیدی در نیروگاه با ژنراتورهای ۳ فاز تولید شده و ۳ فاز است. مزیت اصلی برق ۳ فاز در مقایسه با برق تک فاز توان ثابت دائمی آن برای بار الکتریکی است. حتی توان لحظهای برق ۳ فاز هم ثابت است و با زمان تغییر نمیکند.
کمپرسور اسکرو
کمپرسور اسکرو در مقایسه با کمپرسور پیستونی قطعات متحرک کمتری داشته و اتفاقا و برخلاف کمپرسور پیستونی رای کار پیوسته مناسب است. واحد کمپرسور این ماشینآلات متشکل از دو روتور نر و ماده است. روتورها مارپیچهایی بر روی شافتی فولادین هستیند که در هم تنیدهاند و هوای گیر افتاده در میان آنها هرچه جلوتر میرود فشردهتر میشود.
تامین نیروی کمپرسور
نیروی محرکهی کمپرسور اسکرو به دو شکل تامین میشود، نخست با بکارگیری الکتروموتور که بهترین سازندگان آن زیمنس، ABB و WEG هستند. کمپرسور اسکرو برقی برای تمامی نیازها ایدهآل است، به شرطی که از پس تامین برق آن برآیید.
دومین روش تامین نیروی مورد نیاز با کمک موتور دیزلی است. این موتورها فرقی با موتورهای نصب شده بر روی دیگر ماشینآلات سنگین از جمله کامیونها و اتوبوسها ندارد. رقابت بر سر ساخت بهترین موتور دیزلی جدیتر و بازار پر از برندهای خوب و معتبر است: کاترپیلار، جان دیر، دویتس، کوبوتا، کومنز همگی موتورهای باکیفیتی میسازند و برای مثال کاترپیلار و کومنز بازار موتورهای جانسخت و پرقدرت و کوبوتا بازار موتورهای کوچک را از آن خود کرده اند.
اگرچه هر دو نوع کمپرسور اسکرو، چه برقی و چه دیزلی، از فناوری فشردهسازی یکسانی بهره میبرد، اما تفاوتهایی هم دارند. تفاوت اصلی در آن است که کمپرسور برقی برای کار ایستا و ثابت بهینه شده است. این کمپرسورها که در انگلیسی با نام Stationary به معنای ایستا شناخته میشود تجهیزاتی است که برای کار دائمی در یک جا تعبیه شده و راندمان و طول عمر آن بهترین است. کمپرسور دیزلی دستگاهی خودکفاست. این نیروگاههای سیار برای کار در شرایط سخت کاراگاهی مقاومسازی میشوند.
در ابتدای متن به کمپرسورهای گاز و افت فشار میدان گازی پارس جنوبی اشاره شد. چند سال پیش قطر پروژهی افزایش فشار خود را آغاز کرده است و با پایان این پروژه نه تنها فشار سمت قطری افزایش می یابد، بلکه اختلاف فشار ایجاد شده گاز ایرانی را سمت قطر خواهد راند.
مقیاس پروژهای که برای کمپرسورهای عظیم گازی میدان پارس جنوبی تعریف شده در ذهن نمیگنجد. سرمایهگذاری کل پروژه ۱۷ میلیارد دلار بوده و بر ۷ هاب فراساحلی تقسیم میشود. هر هاب خود ۶ سکو و هر سکو ۴ توربوکمپرسور عظیم و قدرتمند خواهد داشت. در مجموعه ۵۶ کمپرسور برای افزایش فشار پارس جنوبی لازم است که هر یک توانی برابر با ۳۰ تا ۴۰ مگاوات دارد.
ایرند کمپرسور
اصول پایهی طراحی ایرند کمپرسور اسکرو در هر دو مدل دیزلی و برقی یکسان است، اما طراحی اختصاصی ایرند هرکدام از این مدل کمپرسورها متفاوت است. نیازهای طراحی کمپرسور دیزلی ناشی از نیاز به تحرک و استفاده از سوخت دیزلی است.
در کمپرسور سیار تمرکز طراحی ایرند کمپرسور بر سهولت نگهداری و سازگاری با شرایط کارگاهی است. در نمونهای از پتنتهای ثبت شده برای ایرند کمپرسور پرتابل طراحی به گونهای پیش برده شده تا محفظهی بلبرینگ از بدنه اصلی جدا باشد. این نوآوریها ذیل طراحی ماژولار طبقهبندی میشود که کار ساخت و مخصوصا تعمیرات در محل را سادهتر و مقرون به صرفه میکند. از جمله دلایل محبوبیت کمپرسورهای پرتابل اینگرسولرند هم میتوان به همین طراحی ماژولار اجزا اشاره کرد. طراحی کمپرسور پرتابل مسیرهای روانکاری خاصی دارد تا بلبرینگها بلافاصله پس از راهاندازی روغنکاری شوند. اولویت و ترتیب روغنکاری از جمله ریزهکاریهای طراحی است. این ترتیب برای کمپرسورهایی که در کارگاه کار کرده و مرتب خاموش و روشن میشوند مناسب است.
در کمپرسور پرتابل سمت موتور فیلتر سوخت، فیلتر روغن موتور، رادیاتور، قطعات استارت و جرقه و عایق صوتی دارد. همچنین سمت کمپرسور نیز ایرند، فیلتر هوای کمپرسور، فیلتر روغن و سپراتور روغن و هوا قرار میگیرد. همانطور که در تصویر بالا دیده میشود، ایرند میتواند در مدلهای اسکرو برقی و اسکرو دیزلی یکسان هم باشد.
کمپرسور اسکرو برقی
تفاوتهای پیکربندی این کمپرسورها فراتر از منبع تامین نیروست و در سیستمهای پشتیبان دیده میشود. در طراحی کمپرسور برقی و ایستا تمرکز بر راندمان و هوای پاک است. این کمپرسورها سیستمهای کنترلی پیشرفته PLC و درایو سرعت متغیر دارند تا مصرف انرژی هم بهینه شود. در برخی مدلها شیر مارپیچی خروجی کمپرسور را مطابق میزان مصرف هوا تطبیق میدهد. همچنین این کمپرسور که بیشتر در کارخانجات کاربرد دارد به سیستمهای فیلتراسیون و خشککننده پیشرفته متصل میشود تا تولید هوای فشرده پاکیزه و خشک را برای فرآیندهای حساستر تولیدی تامین کند.
کمپرسور ایستا و ثابت سنگین، پایدار و کمصداست. این کمپرسورها بر روی اسکید یا مخزن سوار شده و روی فنداسیونی بتونی قرار میگیرند.
کمپرسور اسکرو دیزلی
استقامت کارگاهی و راهاندازی سرعتی برای اپراتور کمپرسور پرتابل اهمیت دارد. این کمپرسورها برای خودکفایی طراحی میشوند و مخزن سوخت مخصوص، سیستم استارت قدرتمند با باتری و قطعکن و تجهیزات سنگین یدککشی دارند. کمپرسورهای جدیدتر، بخصوص مدلهای کمپرسور دوسان، امکان ارائه فشار دوگانه دارند که به اپراتور اجازه میدهد با یک سوئیچ بین سطوح مختلف فشار جابجا شده و برای ابزارآلات بادی مختلف هوا بفرستد. صفحه کنترلر کمپرسور دیزلی مقاومسازی میشود.
در این کمپرسورها، برخلاف کمپرسور برقی، سیستم کنترل پنوماتیک استفاده میشود. در اثر کاهش مصرف هوا فشار سیستم افزایش یافته و شیر کنترل مخصوصی به تدریج دریچه ورودی را میبندد و همزمان دور موتور را کاهش میدهد. این فرآیند خروجی کمپرسور را مستقیما به دور موتور مرتبط میکند تا مصرف سوخت در سایت کارگاهی بهینه شود.
اگر مصرف هوای فشردهی شما متمرکز در یک نقطه است، به منبع مطمئنی از برق صنعتی دسترسی دارید و فضای کافی و فنداسیون مناسب برای نصب دائمی کمپرسور دارید، کمپرسور اسکرو برقی همیشه انتخاب شماست. و اگر کار شما از محلی به محلی دیگر جابجا میشود، در این جابجاییها به برق پایداری دسترسی ندارید یا نیازمند دستگاهی محکم برای فضای باز هستید، کمپرسور اسکرو دیزلی بهتر است.
آیا کمپرسور پرتابل مخزن هوای فشرده را با خود حمل میکند؟
بله. اکثر کمپرسورهای اسکرو پرتابل مخزن ذخیره هوای فشرده داشته و این ویژگی استانداردی در مدلهای مختلف است. سایز مخازن در این مدلها متفاوت است.
نقش مخزن در کمپرسور پرتابل فراتر از ذخیرهی هوا بوده و ناحیهای واسط برای خنککاری، میعان بخارات، تامین هوای فشردهی پیوسته و جلوگیری از نوسانات بیجاست.
آیا ایرند یکسان بر روی دو دستگاه دیزلی و برقی میتواند نصب شود؟
بله. برای نگاه دقیقتر به پُستی در مورد کمپرسور اویل فری قدیمی اطلس کوپکو مراجعه کردیم و چند پارت نامبر را آوردیم. پُست مذکور در مورد کمپرسور ZR 3 تا ZR 6 بود.
در انتهای این مطلب لیستی از پارت نامبر ایرندهای کمپرسور اطلس کوپکو آمده است. از آن جدول موارد مختلفی از پارت نامبرها برای ایرند کمپرسور اویل فری را مشاهده میکنیم که هم برای کمپرسور اویل فری برقی و هم بر روی کمپرسور اویل فری دیزلی و پرتابل نصب شده اند. برای مثال ۱۶۱۶۵۸۰۳۸۱، ۱۶۱۶۵۹۰۴۸۱ و ۱۶۱۶۵۸۵۱۸۱. این ایرندها منعطف طراحی شده و منحصر به یک دستگاه کمپرسور نیستند. ایرندی که به کمپرسور قدیمی ZR 3 میخورد، به کمپرسور مدرن ZR 160 هم میخورد و از قضا روی کمپرسور PNS 1250 که کمپرسور پرتابل و بدون روغن است هم سوار میشود. چطور ممکن است؟
بسیاری از کمپرسورهای دیزلی با موتورهای قدرتمند و در سرعتهای دورانی بالا کار میکنند. سرعت بهینهی روتور نر در کمپرسور اسکرو معمولا چیزی میان ۲ تا ۴ هزار دور بر دقیقه است. اما ایرند کمپرسور میتواند با سرعتهای مختلفی و با موتورهای مختلفی هماهنگ شده و بچرخد. برای مثال در میان پارت نامبرهای بالا، مورد ۱۶۱۶۵۸۰۳۸۱ بر روی کمپرسور اسکرو برقی ۷۵ کیلوواتی مدل ZR3 نصب میشود و در این کاربری پایینترین سرعت خود را تجربه میکند. پس این ایرند قابلیت کار با سرعتهای بالاتر هم دارد.
طراحی المنت کمپرسور و سرعت
ایرند یکسان توان کار در سرعتهای دورانی متفاوتی را متناسب با کمپرسوری که در آن نصب شده است دارد. عملکرد ایرند و سرعت دورانی روتورها با کمک سیستم محرکه و اتصالات مستقیم یا دندهای تنظیم میشود. به عنوان مثال اطلس کوپکو کمپرسور دیزلی PTS 800 و کمپرسور برقی PTE 900 را عرضه کرده است که هر دو از ایرند یکسانی بهره میبرند.
کمپرسورهای دیزلی از موتورهای قویتری استفاده میکنند. برای مثال کمپرسور اطلس کوپکو PTS 800 از موتور دیزلی کومنز ۲۰۵ کیلوواتی بهره میبرد و با همان ایرندی کار میکند که کمپرسور اسکرو برقی ZR 3 با موتور ۷۵ کیلوواتی از آن استفاده میکند. بکارگیری موتور قویتر لزوما به معنای هوادهی و فشار قویتر نیست.
خروجی موتور دیزلی علاوه بر چرخاندن کمپرسور، فنهای خنککننده و سیستمهای کنترلی را نیز در سایتهای دورافتاده به کار می اندازد. این کمپرسورها نیروگاهی خودکفا باید باشند. توان مهندسیشدهی کمپرسور برای بار کلی سیستم و نه فقط خود ایرند است.
دنده کمپرسور همواره برای افزایش سرعت از موتور به کمپرسور است؟
خیر. لزوما اینطور نیست. مثال کمپرسور XAS 97 اطلس کوپکو را در نظر داشته باشید. این کمپرسور با موتور دیزلی با سرعت ماکسیمم ۲۷۵۰ دور بر دقیقه کار میکند. اما این سرعت مستقیما به روتورهای کمپرسور اسکرو منتقل نمیشود.
سرعت بالای این موتور یا مستقیم به المنت کمپرسور منتقل شده و یا با کمک دندهها کاهش می یابد. در کمپرسور اسکرو سرعت روتور نر که روتور محرک است ممکن است کسری از دور موتور باشد. اما اگر سرعت دور روتور کمپرسور پایینتر از سرعت دور موتور است، چرا به سادگی از موتوری با دور پایینتر استفاده نکنیم؟ آیا موتورهای سریعتر گرانتر نیست؟
شما میتوانید از موتور دیزلی صنعتی با دور پایینتر، مثلا ۱۸۰۰ دور به جای ۲۷۵۰ دور استفاده کنید. اما اگر کل دستگاه شما به توان مشخصی نیاز دارد، دستیابی به آن توان برای موتوری آهستهتر بسیار دشوارتر خواهد بود.
موتور دیزلی که دور پایینتری دارد، برای تولید گشتاوری یکسان به پیستونهای بزرگتر و کورس طولانیتر نیاز دارد. برای کمپرسور دیزلی که حرکت کرده و یدک کشیده میشود، سایز و وزن از اهمیت بسزایی برخودار است. موتور دیزلی جمع و جور با سرعت بالا در محدوده ۲۷۵۰ تا ۳۶۰۰ دور بر دقیقه همان توان را در ابعادی کوچکتر و سبکتر تولید میکند.
پس نقش دنده کمپرسور چیست؟
جعبه دنده هم برای افزایش سرعت Overdrive و هم برای کاهش سرعت Underdrive طراحی شده و کاربرد دارد. نتیجه معطوف به نسبت دنده های دو طرف است. در کمپرسور دیزلی تقریبا همیشه دنده برای کاهش سرعت موتور طراحی میشود یا از تسمهی مستقیم بهره میبریم. ایرند کمپرسور اسکرو در سزرعت ۲ تا ۴ هزار دور بر دقیقه بهترین راندمان و بازدهی را دارد. اما موتور دیزلی پرسرعت خود تا ۳۶۰۰ دور بر دقیقه میزند و در بسیاری از موارد این سرعت یا به سرعت بهینهی روتور کمپرسور نزدیک است یا حتی از آن بالاتر میرود. بکارگیری کوپلینگ مستقیم یک به یک یا کاهش سرعت دو راه حل متداول در کمپرسور دیزلی است.
در کمپرسورهای برقی این ماجرا برعکس است. زمانی که نیروی سیستم را الکتروموتور تامین کرده و دستگاه ثابت و ایستاست، ممکن است از جعبه دنده برای افزایش اندک سرعت روتور نسبت به سرعت موتور استفاده شود. برای مثال موتور الکتریکی سرعت در حدود ۲۹۰۰ دور بر دقیقه برای برق ۵۰ هرتز یا ۳۵۵۰ دور بر دقیقه برای برق ۶۰ هرتز دارد. در این صورت اگر کمپرسور نیازمند سرعت دورانی ۳۶۰۰ تا ۴۰۰۰ دور بر دقیقه باشد طراحی دندهها به منظور این هدف خواهد بود.
