سیلندر کمپرسور اسکرو فقط یک فضای بسته‌ی سوراخ‌شده نیست، سازنده ایرند کمپرسور محیطی پایدار و دقیق را مهندسی میکند که روتورها بدون برخورد با دیواره‌ها کار کنند.

سیلندر کمپرسور سازه‌ای مهندسی است که در برابر تغییر شکل مقاومت کرده، گرما را به طور بهینه دفع میکند. داخل این محفظه آب‌بندی تقریبا کاملی برای روتورها فراهم آمده و تولیدکننده تنها یک حفره نساخته است، بلکه محیطی پایدار و دقیق را مهندسی کرده تا روتورها بدون هیچ‌گونه برخوردی با دیواره‌ها کار کنند. مهارت ماشین‌کاری و مهندسی انتقال حرارت در اینجا نیز بارز است.

ایرند کمپرسور اسکرو از دقیقترین قطعات مهندسی‌شده است. شرکت‌های سازنده کمپرسور از طرح‌های اختصاصی، ماشین‌کاری پیشرفته‌ی CNC و ریخته‌گری‌های مخصوص برای ساخت دقیق روتور این کمپرسورها بهره میبرند. طراحی و پروفایل روتور کمپرسور اسکرو بر بازدهی و عملکرد آن موثر است و ضروری است که در تانگوی دونفره‌ی روتورهای نر و ماده، هیچگاه، هیچگونه تماسی میان این دو قطعه‌ی مهندسی رخ ندهد. پیشتر و به تفصیل ایرند را بررسی کرده‌ایم. همچنین در مطالب جداگانه‌ای انواع روش‌های طراحی و ماشین‌کاری روتور کمپرسور اسکرو را برشمردیم.

کمپرسور اویل فری در غیاب روغن مشکلات متعددی در بهینه‌سازی داشته و در دماهای به مراتب بالاتری کار میکند. برای حل این مسائل طراحی روتور کمپرسور اویل‌فری پیچیده‌تر است. روتور سرد با لقی یا فاصله‌ی بیشتری طراحی میشود و به هنگامی که کمپرسور زیر بار میرود و به دمای عملیاتی خود میرسد قطعا منبسط شده و فاصله‌ی بهینه شکل خواهد گرفت. با انبساط حرارتی هر دو روتور و سیلندر این فاصله به حداقل کاهش یافته و پروفایل عملکرد کمپرسور و هدررفت هوای فشرده بهینه‌سازی میشود.

سیلندر کمپرسور اسکرو

🌀 سیلندر اسکرو در حقیقت محفظه‌ای برای جاگیری روتورهاست و با مفهوم سیلندر در کمپرسور پیستونی هم‌معنا نیست.

حال وقت آن است از بدنه‌ای صحبت کنیم که روتورها را در بر میگیرد. سیلندر یا محفظه‌ی تراکم قهرمان گمنام داستان ساخت و بکارگیری کمپرسور اسکرو است. روتورها پیچیده‌ترند اما چالش‌های سیلندر کمپرسور نیز به همان اندازه نیازمند سطحی عالی از دقت مهندسی مکانیک است. در ساخت سیلندر به دنبال دقتی بالا و کنترل آشوب ناشی از فشار و دماهای زیاد هستیم.

کلیرانس یا لقی، کلیدواژه‌ی پرتکرار در کمپرسور اسکرو

فاصله‌های بحرانی را با واحد میکرومتر یا میکرون میسنجند. حفره‌ی سیلندر کمپرسور باید با استانداردهای بسیار بالایی از گردی و راستی تولید شود. مطابق استاندارد میزان مجاز خارج از گردی برای حفره‌ی سیاندر تنها ۰/۰۰۱ اینچ برابر با ۰/۰۰۲۵ میلی‌متر است. توقع چنین سطحی از دقت را بیشتر در صنایع هوافضا داریم تا ساخت ماشین‌الات سنگین. دستیابی و حفظ این هندسه در جریان فرآیند تولید یکی از دشواری‌های اصلی کار است.

مراحل ساخت سیلندر کمپرسور

دنباله‌ای از مراحل دقیق و مهندسی برای دستیابی به ساختار پیکره‌ی سیلندر ضروری است. قطعه‌ی خام یا Blank ریخته گری شده، سوراخ‌کاری یا Boring دقیق و سنگ‌زنی داخلی دقیق یا Honing در پی آن می آید:

• قطعه‌ی خام یا بلنک: از چدن با کیفیت بالا برای ریخته‌گری استفاده میکنند. در این مرحله ریخته‌گری سیلندر شکل کلی و اولیه‌ی خود را میگیرد و استحکام ساختاری و میرایی ارتعاشات نائل میشود.
• ماشین‌کاری اولیه یا تراش‌کاری درشت: سطوح نصبی که نقشی محوری دارند بر روی قطعه ماشین‌کاری میشوند. سطوحی همچون درپوش‌های انتهایی پیچ شده و ضمانت عمود و تراز ماندن قطعه به دست می‌آید.
• سوراخ‌کاری دقیق یا بورینگ: با دو مرحله بورینگ اولیه و نهایی حفره‌ی سیلندر حاصل میشود. در این مرحله حفره‌ی مخصوص روتورها نیز شکل داده میشود.
• سنگ‌زنی داخلی و دقیق یا هونینگ: کلیدی‌ترین مرحله‌ی عملیات ساخت سیلندر کمپرسور اسکرو اینجاست. در این مرحله پرداخت با استفاده از سنگ‌های سایشی انجام میشود. سطح نهایی و آینه‌ای داخلی با ابعاد دقیق و نهایی به دست آمده و هرگونه نقص جزئی مرحله‌ی سوراخ‌کاری اصلاح میشود. گردی و راستی حفره در این مرحله تکمیل میشود.

  

• سخت‌کاری: در کار مکرر تذکر داده میشود که کوچکترین ناترازی روتورها به سایش با یکدیگر و دیواره‌ی سیلندر انجامیده و تخریب جدی به همراه دارد. اگرچه این تذکر کاملا درست و به جاست، ولی سیلندر برای مقاومت در برابر سایش مکرر و لغزش مدام روتورها به خوبی سخت‌کاری میشود. سخت‌کاری پلاسما یا کوئنچ پلاسما از جمله مراحلی است که کیفیت کار سوراخ هونینگ شده را بالاتر میبرد. کوئنچ پلاسما عملیاتی حرارتی و دقیق است و سطح را تا عمق مشخصی سخت‌کاری میکند. پس از سخت‌کاری یک مرحله هونینگ دیگر برای دستیابی به سطحی فوق‌العاده صیقلی انجام میشود.

🌀 فاصله‌ی روتورها و پوسته کسری از میلی‌متر است و هوا به هنگام عبور از ایرند کمپرسور اسکرو به سرعت داغ میشود.

فراتر از حفره‌ی کمپرسور اسکرو؛ کمپرسور اویل فری

در کمپرسور اویل فری کیفیت عملکردی دستگاه به لقی بسیار کوچک میان روتورها و دیواره‌ی سیلندر وابسته است. این نوع کمپرسور کاملا عاری از روغن فشرده‌سازی کرده و غیبت روغن به معنای حذف لایه‌ای از سیال است که جلوی هدررفت و نشتی برگشتی را میگیرد. کوچکترین نگرانی شما از غیبت روغن کمپرسور، عدم آب‌بندی شکاف‌هاست.

ساخت سیلندر کمپرسور اسکرو روغنی به مراتب پیچیده‌تر است و این پیچیدگی نتیجه‌ی مستقیم شرایط عملیاتی بسیار سخت کاری آن است. برای رفع کمبودهای ناشی از این مسئله فاصله‌ها،‌ علیرغم بارهای سنگین حرارتی و فشاری، پایدار میماند.

🌀 در کمپرسور روغنی روغن مستقیما و کاملا وارد سیلندر شده و فقط برای روانکاری نیست. هندسه‌ی داخلی پوسته با پروفیل روتورها با دقت بسیار بالا ماشین‌کاری میشود.

• تغییر شکل یا دفرماسیون حرارتی: فشرده‌سازی گاز دمای فضای سیلندر را به شدت بالا میبرد. در گرمای بالای ۲۵۰ درجه سانتیگراد روتور و سیلندر هر دو منبسط میشود و برای جلوگیری از برخورد آنها باید چاره‌ای اندیشید.
• تحلیل اجزای محدود یا Finite Element Method: تحلیل المان یا اجزای محدود رایجترین روش حل مسئله‌ی عددی برای مهندسی است. تحلیل اجزای محدود در تحلیل سازه‌ها، انتقال حرارت، دینامیک شاره‌ها، انتقال جرم و پتانسیل الکترومغناطیسی کاربرد دارد. معادلات دیفرانسیل جزئی یا PDE با بکارگیری این روش و با محدودسازی متغیرها حل میشود.
  در روش المان محدود سیستم بزرگ مکررا به قسمت‌های کوچکتر و ساده‌تر تقسیم و حل میشود. برای نیل به این تقسیم‌بندی محیط مسئله شبکه‌بندی یا اصطلاحا مش زده میشود.

  

  معادلات ساده‌ای که هرکدام از اجزای مش را مدلسازی کرده است در قالب سیستی بزرگتر از معادلات کل مسئله را حل خواهد کرد
  

• با بکارگیری تحلیل اجزای محدود تغییر شکل کل مجموعه‌ی ایرند کمپرسور تحت تاثیر حرارت و فشار شبیه‌سازی میشود. در ادامه با کمک این روش همه‌ی اجزای محیط از جمله روتورها تا ژاکت خنک کننده‌ی آبی که درون سیلندر ریخته‌گری میشود بررسی و مسیر ساخت هدایت میشود.
• تغییر شکل مکانیکی: سیلندر بایستی پیچ شود و نحوه‌ی پیچ کردن آن ممکن است به حفره آسیب زده کج کرده یا تغییر شکلی ایجاد کند. در نتیجه‌ی این ریسک هندسه‌ی بی‌نقص و کامل حفره‌ی سیلندر در معرض خطر است و نیروی بستن پیچ‌ها بدنه‌ی سیلندر را فشرده کرده تاب میدهد. برای جلوگیری از این مسئله به سراغ راه حلی در ماشین‌کاری با عنوان سوراخکاری کانتربور و کانترسینک میروند. سوراخ‌های نشیمن و تکیه‌گاه‌ها به صورت کانتربور درآمده و با این تصمیم نیروی بستن پیچ از ناحیه‌ی سوراخ دور نگه داشته میشود تا فاصله و کلیرانس مجاز حفظ شود.
  

🌀 برخلاف کمپرسور پیستونی حرکت رفت و برگشتی وجود نداشته و در نتیجه ارتعاشات اسکرو به مراتب کمتر است.