کمپرسور ZR 900 اطلس کوپکو چه درسی در مورد ساخت ماشین‌آلات بزرگ‌مقیاس برای ما دارد؟

کمپرسورهای چندصدکیلوواتی زیاد هستند، اما اگر دوست داشته باشید ماشینی حدودا یک مگاواتی بسازید، کار پیچیده خواهد شد. کمپرسور ZR 900 VSD از اطلس کوپکو دستگاهی اسکرو، آب‌خنک و بدون روغن است که مطابق مشخصات قابلیت کار با فرکانس‌های ۵۰ و ۶۰ هرتز را داشته و ۱۵ مترمکعب بر دقیقه هوای فشرده با فشار کاری ۷ بار تولید میکند. وزن پکیج کمپرسور ۱۲/۵ تُن است.

چطور بهینه بزرگتر بسازیم؟

کمپرسور کوچکی را دو برابر کنید، آیا نتیجه کمپرسور با دو برابر قدرت خواهد بود؟ زمانی که ماشینی از نظر هندسی بزرگتر میشود، کمیت‌های مختلف با نرخ‌های متفاوتی رشد میکنند. مساحت با مربع طول افزایش پیدا میکند، حجم و جرم با مکعب طول افزایش پیدا میکنند، اما مسیرهای حرکت جریان، کیفیت انتقال حرارت، بارهای وارده بر شافت،‌ ارتعاشات، سختی سازه و موتور مورد نیاز هیچکدام با نسبتی خطی یا نمایی ساده تغییر نخواهد کرد.

مهندسان صرفا ماشین کوچکتر را بزرگ نمیکنند؛ آنها در نقطه‌ی خاصی متوجه میشوند که دیگر منطق طراحی اولیه پاسخگو نیست.

💨 ساخت ماشین بزرگتر ابتدا با طرح پایه‌ای کم‌نقص و بهینه شروع میشود. موفقیت ZR 900 به پشتوانه‌ی پلتفرم تکنولوژی Z اطلس کوپکوست.

💨 اطلس کوپکو در ساخت ZR 900 ماموریت اصلی خود را فراموش نکرده است. ماموریت اصلی تولید هوای فشرده‌ی ۱۰۰ درصد بدون روغن با گواهی کلاس استاندارد ایزو ۱۸۷۳-۱ است. فناوری اصلی پشتوانه‌ی این طراحی Z-Seal نام داشته و داخل ایرند کمپرسور تولید هوای بدون آلودگی را تضمین میکند.

معماری کمپرسور اسکرو

اطلس کوپکو کمپرسورهای دیگری هم در فاصله‌ی ZR 200 تا ZR 900 دارد که از جمله‌ی آنها باید به ZR 400، ZR 500 و ZR 700 اشاره کرد. این شرکت برای افزایش ظرفیت در ساخت این ماشین‌آلات هر بار چرخ را از اول اختراع نکرده است.

مدلهای مذکور بر روی پلتفرم بزرگ و VSD مشابهی قرار میگیرند و ظرفیت و محدوده عملکردی متفاوتی دارند. اطلس کوپکو معماری کمپرسور را مقیاس‌پذیر کرده است.

با حفظ مفاهیم بنیادی و تغییرات مهندسی پیرامون آن، کمپرسور ZR 900 از تجربه‌ی طراحی، دانش تولید،‌ منطق کنترلی، روش‌های سرویس و قطعات مشترک بهره برده است. مشکل همیشگی در طراحی کمپرسور اسکرو اویل فری پابرجاست:

💨 هوا هنگام عبور از ایرند کمپرسور اویل فری به سرعت داغ میشود.

مشکل گرما

💨 ZR 900 سیستم خنک‌کاری مقاوم با بکارگیری لوله‌های استیل ضدزنگ و طراحی بسیار کارآمدی از افزونه‌های آلومینیومی ستاره‌شکل دارد که انتقال حرارت را ماکسیمم‌ میکند.

یکی از سخت‌ترین مسائل ساخت ماشین‌آلات بزرگتر یا بسیار بزرگ نه تولید حجم هوای فشرده‌ی بیشتر،‌ بلکه مدیریت انرژی تولیدی در حین فرآیند فشرده‌سازی است. بیشتر این انرژی به صورت گرما تولید میشود.

کمپرسور بزرگی همچون ZR 900 مقدار بسیار زیادی انرژی الکتریکی را به کار گرفته و هوای فشرده میسازد که بخش قابل توجهی از آن به گرما تبدیل میشود. هرچه کمپرسور بزرگتر، اهمیت سیستم خنک‌کننده بالاتر. کمپرسور و فشرده‌سازی هوا شدیدا بازدهی پایینی دارد و تولید حرارت و هدررفت آن نیز زیاد است.

کمپرسور اسکرو اویل فری اطلس کوپکو با دو نام‌‌واژه‌ی zR و zT شناخته میشود. مدلهای ZR با آب خنک شده و مدلهای ZT با هوا خنک میشود. خنک‌کاری با هوا به مراتب ضعیف‌تر از خنک‌کاری با آب است:

مبدل حرارتی آب‌پایه امکان انتقال مقدار زیادی گرما بدون نیاز به جریان عظیم هوای فن را فراهم میکند. در این قسمت طراحی، بزرگتر ساختن کمپرسور مساوی با بزرگتر ساختن سیستم مدیریت حرارتی است. کمپرسور، کولرها، مدار آب، الکتروموتور، سیستم کنترلی و محیط نصب همگی در این مسئله‌ی مهندسی موثر هستند.

💨 ZR 900 اطلس کوپکو با قطعات سنگین و مقاوم ساخته شده است. دنده‌های این کمپرسور با رعایت استاندارد اگما ۰۱۳/دین کلاس ۵ برای عمری طولانی و تلفات انتقال نیروی پایین بهینه شده است. بلبرینگ‌های این کمپرسور زیر محدوده‌ی اصطکاک خود کار کرده و در بارهای متغیر پایداری خوبی حفظ میکند.

فنداسیون زیر کمپرسور ۱۲/۵ تُنی

اگر کمپرسور تا این اندازه بزرگتر و سنگین‌تر شده است،‌ضرورت زیرساخت و فنداسیون ساختمان زیر آن، منبع برق، سیستم آب خنک کننده، لوله‌کشی هوای فشرده و دسترسی برای تعمیر و نگهداری آن نیز به موازات بزرگتر و سنگین‌تر شده است. دیگر حتی ورود کمپرسور به کارخانه هم به سادگی ورود باقی کمپرسورها نیست. این تنها کمپرسور اویل فری نیست که بزرگتر شده است، تمامی سیستم‌های پشتیبانی آن نیز بزرگتر و پیچیده‌تر میشوند.

چرا کمپرسور سرعت متغیر VSD؟

همانطور که گفته شد کمپرسور ZR 900 صد و پنجاه متر مکعب بر دقیقه هوای فشرده‌ی بدون روغن تولید میکند. چنین حجمی از هوا نیاز پیوسته و همیشگی کارخانه نیست و چنین کمپرسوری نباید مدام با ظرفیت کامل و سرعت ماکسیمم کار کند.

برای مدیریت نیاز کارخانه به هوای فشرده بهتر است که در شرایط کاهش تقاضا کمپرسور با دور ثابت کار نکرده و هزینه‌ی انرژی مازاد تحمیل نشود. درایو سرعت متغیر امکان تنظیم تولید با میزان تقاضا را فراهم می‌آورد. اهمیت راندمان و توان ویژه‌ هم دیگر در کمپرسور به چنین عظمتی یک جزئیات کوچک و بی‌اهمیت نیست. حتی چند درصد بهبود عملکرد کمپرسوری که صدها کیلووات ساعت برق مصرف میکند در طول هزاران ساعت کار و عمر آن به مقدار قابل توجهی صرفه‌جویی انرژی و مالی ختم میشود.

💨 چرخه‌ی ترمودینامیکی بهینه: سری ZR اطلس کوپکو از فشرده‌سازی دومرحله‌ای استفاده میکند. تمامی این کمپرسورها دو مرحله‌ی LP یا فشار ضعیف و HP یا فشار قوی دارند تا امکان خنک‌سازی با نصب کولر میان آنها فراهم باشد. این کولر میانی را اینترکولر مینامند.

مهندسی صنعتی خوب یعنی حفظ چیزهایی که کار میکنند و طراحی مجدد چیزهایی که دیگر جواب نمیدهند.

در طراحی مجدد برای دستیابی به ماشینی بزرگتر، مزایای معماری کمپرسور کوچک را نباید از دست داد. البته که با افزایش سایز فیزیک هم تغییر میکند. همانطور که فیزیک در مقیاس مولکولی با فیزیک در مقیاس کهکشان‌ها متفاوت است،‌ پس فیزیک کمپرسور ۹۰۰ کیلوواتی با فیزیک کمپرسور ۲۲ کیلوواتی هم لاجرم متفاوت است؛ هرچند این تفاوت کوچکتر باشد،‌ باز هم در طراحی نمیتوان از آن چشم پوشید و خطر را به جان خرید.

دبی هوای فشرده‌ی بیشتر مترادف با افت فشار و رفتار متفاوت جریان است. توان بیشتر هم همانطور که گفته شده به معنای تولید گرمای بیشتر است. قطعات دوار بزرگتر چالش‌های مکانیکی و دینامیکی کاملا متفاوتی ایجاد میکند.

💨 کمپرسور بزرگتر نیازمند کنترل و پایه بهتر است. چرا؟ چون ماشین‌های بزرگتر اینرسی بیشتر داشته و در مقیاس بزرگتری کار میکنند. جلوگیری از Surge یا خفه کردن کمپرسور اهمیت ویژه دارد.

همانطور که گفته شد زیرساخت اطراف کمپرسور ۹۰۰ کیلووات اطلس کوپکو تقریبا به اندازه‌ی خود کمپرسور حائز اهمیت است و در ضمن، نیروهای بیشتر و بزرگتر، راه‌حل‌های سازه‌ای متفاوتی را چه در درون کمپرسور و چه در سیستم پشتیبان آن طلب خواهد کرد.

ساخت ماشین بزرگتر به معنای ضرب در ۲ نیست، برابر با تحول کنترل‌شده است.

این مسئله تقریبا در ساخت تمامی چیزها صادق است یک دستگاه میتواند، بدون نیاز به چندین برابر بزرگتر شدن، چندین برابر قدرتمندتر شود. معماری دستگاه به صورت انتخابی تغییر میکند.

نمیتوان پهپاد را صرفا بزرگتر ساخت و به هواپیمای مسافربری رسید. به همین تناظر، موتور الکتریکی کوچکتر را نمیتوان تا بینهایت بزرگتر کرد، پمپ آزمایشگاهی را با چند برابر کردن ابعاد کمی نمیتوان به پمپ پالایشگاهی تبدیل کرد. آیا میتوان سیستم خنک‌کاری خودروهای فرمول یک را با بزرگنمایی برای نیروگاه‌ها به کار برد؟ مسئله مسئله‌ی چانه‌زنی پیوسته با فیزیک است.

💨 کمپرسور ZR 900 VSD + اطلس کوپکو با دو موتور مغناطیس دائم مجهز به خنک‌کننده آبی و درجه حفاظت IP66 کار میکند. هرکدام از این الکتروموتورها با مبدل فرکانس نئوس NEOS و به طور مستقل از یکدیگر ایرندهای فشار ضعیف و فشار قوی کمپرسور را به حرکت درمیآورد.