کمپرسور هوای فشرده اسکرو – بدون روغن (هوای خشک)

روغن در داخل محفظه تراکم کمپرسور روغنی سه نقش مهم دارد: روان کاری، پاک سازی و خنک کنندگی. سه مکانیسم گفته شده بر افزایش بهره‌وری کمپرسور تاثیرگذار هستند و در کمپرسور اویل فری باید چاره‌ای اندیشید تا افت بهره‌وری مذکور جبران شود. راهکار را شرکت‌های سازنده کمپرسور باد صنعتی در دو تغییر دیده اند:

• کاهش کلیرانس روتورها با دیواره محفظه تراکم

کلیرانس یا فاصله روتورها با دیواره‌ی سیلندر هر چه بیشتر باشد شاهد فرار هوای فشرده بیشتری به صورت جریان برگشتی خواهیم بود. این مسئله در کمپرسور هوای فشرده اسکرو اویل اینجکت نیز رخ میدهد اما به دلیل تزریق روغن و همچنین بهره‌وری کافی قابل صرفه نظر کردن است. این قضیه در مورد کمپرسور هوای فشرده اسکرو اویل فری صادق نیست و ضروری است از هر طریق ممکن از کاهش بهره‌وری کمپرسورهای باد صنعتی جلوگیری شود.

اما همانطور که در جدول بالا مشاهده میکنید و از ارقام بر‌می‌آید، کاهش کلیرانس در کمپرسور اسکرو راه چاره برای پر کردن جای خالی روغن نیست. کمپرسور اسکرو اویل فری پدیده‌ای در مهندسی است که بر تمامی نقاط اعصاب مغز شما فشار خواهد آورد. نگاهی به لیست بلند بالای وظایف روغن در کمپرسور اسکرو بیندازید:

هرکدام از این مسائل راه چاره‌ای دارد. برای مثال در کمپرسور اسکرو روغنی انتقال حرکت از روتور محرک به روتور متحرک یعنی از روتور نر به روتور ماده با کمک روغن کمپرسور و به سهولت رخ میدهد. در غیاب روغن سازندگان کمپرسور هوا از دنده‌های هماهنگ‌کننده که در خارج از المنت کمپرسور سوار میشود برای تنظیم حرکت این دو روتور بهره میبرند.

دنده‌های فوق راه حلی برای یکی از مشکلاتی است که نبود روغن کمپرسور ایجاد میکند. اما راهکار باقی مشکلات و مسائل پیش آمده لزوما به این سادگی نیست. گاهی راهکار یکی از مسائل، مشکلی دیگر را بدتر میکند.

غیاب روغن یعنی غیاب فیلم روغنی که بهره‌وری کمپرسور اسکرو را به شدت ارتقا میدهد. فیلم روغن وظیفه‌ی کاهش کلیرانس و فواصل کوچک داخل محفظه را دارد و این کاهش منجر به همان بهبود بهره‌وری است. پس کلیرانس را به طور فیزیکی کمتر کنیم!

خیر! این راه حل نیست! کمپرسور اویل فری، از آنجایی که روغن ندارد، در خنک‌کاری هم مشکل دارد. کمپرسور اسکرو اویل فری در محدوده‌های دمایی بالای ۲۵۰ درجه کار میکند و در چنین حرارتی انبساط حرارتی مثل نقل و نبات رخ میدهد. رخداد انبساط حرارتی برای کلیرانس کم به معنای فاجعه است. روتورهای نر و ماده در یکدیگر گیر خواهند کرد. پس همانطور که در جدول مشاهده میکنید و برخلاف باور عامه‌ی کارشناسان کمپرسور، کلیرانس در کمپرسور اویل فری بیشتر است. در کمپرسور اسکرو اویل فری حتی کلیرانس بزرگتر از کمپرسور روغنی است. اما روکش‌های روتور از ضروریات است.

• روکش روتور

در کمپرسور اویل فری عموما از روکش‌های تفلون یا مولیبدنوم دی سولفید برای روتورها استفاده می شود. تفلون ترکیبی پلیمری با نام علمی پلی تترا فلوئورو اتیلن یا PTFE است که نخستین بار توسط شرکت دوپونت و با نام تجاری تفلون به بازار عرضه شد. کاربری این دو روکش متفاوت نیز بسته به دمای کار کمپرسور هواست. مولیبدنوم دی سولفید درجه حرارت ذوب بسیار بالاتری داشته و برای کار در دمای بالاتر مناسب است.

در کمپرسور اسکرو هوای خشک یا اویل فری گاز به تنهایی و بدون روغن وارد محفظه کمپرسور شده و به هیچ عنوان آغشته به روغن نخواهد شد. چرخ‌دنده‌های تنظیم کننده (Timing Gear) که عمل همزمانی حرکت (Synchronization)، عدم سایش و برخورد روتورها با یکدیگر و انتقال دور از روتور محرک (نرینه) به روتور متحرک (مادینه) را باعث می شود.

به دلیل عدم نشت روغن به محفظه فشار، یاتاقان‌ها و سیستم آب‌بندی در خارج از محفظه‌ی فشار طراحی و نصب شده اند. کمپرسورهای اسکروی بدون روغن حداکثر در ظرفیت ۱/۵ مترمکعب در دقیقه ساخته می شوند.

• تعدد مراحل و الکتروموتور قوی‌تر

به موجب مشکلات خنک‌کاری که در غیاب روغن رخ میدهد. سازندگان کمپرسور اسکرو اویل فری از تعدد مراحل و بکارگیری کولر میانی یا اینترکولر کمپرسور استفاده میکنند. با این اقدام به جای افزایش فشار و دبی در یک مرحله‌، این اتفاق در چندین مرحله رخ داده و دما در بین این مراحل کاهش می یابد. همچنین افت بهره‌وری و کاهش دبی هوای فشرده‌ی خروجی با زحمت بیشتر کمپرسور و بکارگیری الکتروموتور قوی‌تر برای دستیابی به همان دبی مشابه انجام میشود.

معایب کمپرسور هوای فشرده اسکرو اویل فری

در کمپرسور باد صنعتی فوق به دلیل فقدان روغن و عدم خنک کاری دمای سیال قابل تراکم در حین عملیات فشار بالا رفته و بالطبع با توجه به نوع گاز نسبت فشار تقریبا حدود ۳:۱ خواهد شد که این افزایش دمای گاز، احتمال پیچیدگی پوسته و همچنین تماس روتورها با یکدیگر و پوسته را می تواند در پی داشته باشد. لذا مقادیر لقی بین قطعات بایستی به نحو متناسب پیش بینی شود. این کمپرسورها معمولا توانایی تولید فشار بالا را نداشته و برای تامین فشار زیاد (بالاتر از ۱۰ بار و ۶۰ مترمکعب) از نوع چندمرحله ای آن استفاده می شود. از دیگر معایب این تجهیزات راندمان کمتر آنها نسبت به نوع روغنی بوده و به آب‌بندی مناسبی به منظور جلوگیری از نشتی در آنها مورد نیاز است. هزینه‌ی تهیه‌ی یک کمپرسور بدون روغن (به دلیل عملکرد در سرعت بالا) تقریبا دو برابر هم اندازه‌ی خود از نوع روغنی خواهد بود ولی نیازی به جداکننده‌ی روغن از گاز پروسس ندارند. ورودی سیال باید به گونه‌ای در نظر گرفته شود که احتمال وارد شدن ذرات و گرد و خاک به داخل دستگاه به حداقل برسد. بنابراین وجود یک سیستم ذرات‌گیری از سیال ورودی بسیار الزامی می باشد. از محدودیت‌ این کمپرسورها، فشار خروجی کمتر نسبت به اویل اینجکت (روغنی)‌ است.

مزایای کمپرسور هوای فشرده اسکرو اویل فری

به خاطر عدم وجود روغن در سیال خروجی، این دستگاه‌ها جذابیت بیشتری برای صنایع دارد و می توان با استفاده از پکیج‌های چندمرحله‌ای (Multi-stage) تولید فشار را در این نوع کمپرسورها افزایش داد.

در نگارش این متن از کتاب کمپرسورها – شناخت و کاربرد نوشته‌ی مهندس داریوش نسایی و مهندس محمدرضا شیخ عالیوند بهره برده شده است که میتوانید از طریق لینک زیر نسخه الکترونیک آن را تهیه فرمایید

لینک کتاب بر روی فیدیبو

روغن کمپرسور اسکرو اویل فری اطلس کوپکو

اطلس کوپکو برای کمپرسورهای هوای خشک خود که در صنایع خاص و حساس به روغن استفاده میشوند روغن‌های خاص خود را معرفی و توصیه می کنند. این روغن‌ها همانطور که بر روی وبسایت معرفی شده اند بر دو نوعند:

روغن کمپرسور اویل فری اطلس کوپکو

روغن کمپرسور اسکرو اطلس کوپکو – صنایع غذایی

جواب سوال تیتر این پست به کوتاهی «خیر» است.

اما همیشه این سوال‌ها جواب‌های طولانی‌تری هم دارند. بله تعداد افرادی کمتر از انگشتان یک دست، در ایران، ادعای تعمیر استیج یا المنت کمپرسور اویل فری را دارند. ما با دو نفر از این عزیزان آشنا شده و تا به حال موفق نشده ایم اعتبار ادعای آنها را با موفقیت تایید کنیم.

حتی در اطلس کوپکو سوئد و بلژیک هم دسترسی به اتاق مخصوص تعمیر این المنت‌ها برای مدیران ارشد شعب دیگر با دشواری روبرو بوده و عموما مقدور نیست.

تکنولوژی مورد نیاز برای سرویس روتورها و سیلندر این کمپرسورها و همچنین رعایت کلیرانس عجیب و غریب روتورها با پوسته در ایران موجود نیست.

پاکستانی‌ها دسترسی دارند.

پس لطفا مواظب کمپرسور اویل فری خود باشید.

همانطور که در معرفی کمپرسور اسکرو اویل اینجکت نیز گفته شد، روغن مصرفی برای روانکاری، پاکسازی و خنکسازی کمپرسور روغن پاششی یا اویل اینجکت روغنی با اهمیت‌تر و حساستر است. این روغن در داخل المنت جریان خواهد داشت و وظایف جدی‌تری نیز بر عهده دارد. اما روغن کمپرسور اویل فری، سری Z اطلس کوپکو، سری L اینگرسولرند و CSG کمپرسور کایزر، خارج از المنت بوده و میتوان از روغن‌های خوب داخلی که برای موتورهای خودرو استفاده میشود، روغن ۲۰۵۰، نیز بهره برد. البته تمامی این مسائل به موجب شرایط خاص بازار ایران و عدم دسترسی به روغن‌های توصیه‌ شده کمپانی سازنده کمپرسور اسکرو است.

اویل فری یا اویل لس؟

آیا این دو اصطلاح به هنگام خرید کمپرسور معنای یکسانی دارد؟‌ در استفاده‌های معمولی شاید بتوان چنین گفت، اما در ادبیات فنی و صنعتی تفاوتهایی میان دو اصطلاح اویل فری و اویل لس وجود دارد و کارشناسان و فروشندگان آنها را رعایت میکنند.

کمپرسورهای کوچک برای کارگاه

در مدلهای پیستونی کوچکی که برای کارهای جزئی کارگاهی همچون میخکوب بادی، تمیزکاری با باد و دیگر مصارف محدود کاربرد دارد، دو عبارت اویل لس و اویل فری به جای یکدیگر استفاده شده و معنای یکسانی دارند. این اصطلاحات در اینجا به حذف روغن از واحد کمپرسور اشاره دارد. قطعات از روکش‌های تفلونی بهره برده و نیازمند تعویض روغن نیست. این کمپرسورها طراحی ساده‌تر داشته و زودتر از مشابه روغنی خراب میشود. در بازار ابزار خانگی و کارگاهی کوچک این دو اصطلاح عملا به یک معناست.

در کاربرد صنعتی و مهندسی

اینجاست که بحث متفاوت خواهد بود. در کاربردهای جدی‌تر، طبیعتا واژگان هم دقیقتر استفاده میشود. کمپرسور صنعتی اویل فری هوای فشرده‌ی فاقد هرگونه آلودگی روغنی تولید میکند. این کمپرسورها استانداردهای مشخص کیفیت هوا همچون ایزو کلاس صفر را پاس کرده اند و در صنایع حساسی چون دارو، غذایی و الکترونیک کاربرد دارند. کمپرسور اویل فری طراحی اختصاصی و ویژه با بکارگیری روکشهای خاص، چرخ‌دنده‌های تایمینگ، تزریق آب و غیره دارد.

کمپرسور اول لس کمپرسوری است که در محفظه‌ی فشرده‌سازی آن از روغن استفاده نمیشود، اما لزوما این کمپرسورها خلوص کامل هوا را مطابق با استانداردهای صنعتی رعایت نمیکنند.

هوادهی بدون روغن، از کمپرسور اسکرو تا کمپرسور سانتریفیوژ

هوای فشرده‌ی بدون روغن ضامن کیفیت محصول و ایمنی عملیات صنعتی است. کمپرسور بدون روغن بایستی با تجهیزات جانبی مناسب فیلتراسیون همراه باشد تا ریسک ورود رطوبت و آلاینده‌ها به هوای فشرده‌ی خروجی به حداقل رسیده و از آلودگی و آسیب به محصولات نهایی جلوگیری به عمل آید.

البته که کمپرسورهای پیستونی یا دیافراگمی هم مدلهای بدون روغن دارند، اما وقتی از کمپرسور صنعتی اویل فری صحبت میکنیم، منظور ما یکی از ۳ تکنولوژی زیر است:

• کمپرسور اسکرو بدون روغن
• کمپرسور اسکرول بدون روغن
• کمپرسور سانترفیوژ بدون روغن

برای تبیین تفاوت این کمپرسورها و تطابق آن با نیاز مصرف کننده به سراغ یکی از تولیدکنندگان مشهور کمپرسورهای هوا، یعنی سول ایر میرویم. این مثال در مورد سایر برندها نیز صدق خواهد کرد و قصد ما تنها مقایسه ۳ تکنولوژی فوق است.

سول‌ایر در مدلهای کمپرسور اسکرو که هوای خشک و بدون روغن تولید میکنند مختصات زیر را ارائه میدهد:

• هوادهی از ۱۱۷ تا ۲۸۲۹ CFM یعنی از ۳/۳ تا ۸۰/۱ مترمکعب بر دقیقه
• فشار کاری از ۱۰۰ تا ۱۵۰ PSI یعنی از ۷ تا ۱۰/۴ بار
• توان الکتروموتور از ۳۰ تا ۶۰۰ اسب بخار یعنی ۲۲ تا ۴۵۰ کیلووات

اما همین برند برای مدلهای کمپرسور اسکرول بدون روغن گستره‌ی محدودتری از مختصات فنی را پوشش میدهد که به شرح زیر است:

• هوادهی ۶ تا ۱۲۹ CFM یعنی از ۰/۱۶ تا ۳/۷ مترمکعب بر دقیقه
• فشار کاری از ۱۲۰ تا ۱۴۵ PSI یعنی ۸/۳ تا ۱۰ بار
• و در نهایت توان الکتروموتور از ۲ تا ۴۴ اسب بخار یعنی ۱/۵ تا ۳۳ کیلووات

حقیقت آن است که کمپرسور اسکرول در مقایسه با کمپرسور اسکرو محدودیت‌هایی دارد که به ساخت مدلهای مشابه نمیارزد. هر تکنولوژی‌ ساخت کمپرسور کاربرد خود را دارد، اما گاهی برخی از این مدلها بازی را به مدلی برتر می بازند. رقابت کمپرسورهای اسکرول و اسکرو از آن جمله است و کمپرسور اسکرو کم و بیش از اکثر رنج‌های عملیاتی برتری نهایی را دارد که مشتمل بر کیفیت طراحی، کیفیت هوای فشرده تولیدی، کنترل و صرفه‌ی اقتصادی است. همچنین سول ایر در مدلهای کمپرسور سانتریفیوژ بدون روغن مختصات زیر را ارائه میدهد:

• هوادهی از ۵۵۰ تا ۱۱۸۰۰۰ CFM یعنی ۱۵/۶ تا ۳۳۴۱/۵ مترمکعب بر دقیقه

تفاوت را احساس کردید؟  هوادهی توربوکمپرسورهایی چون کمپرسور سانتریفیوژ به شکل جنون‌امیزی بر کمپرسور اسکرو برتری دارد. پس شما تکلیفتان مشخص است. اگر هوای پاک در حجمی عظیم لازم دارید، خنده‌دار است که کلمه‌ی کمپرسور اسکرو را بر زبان بیاورید.

• فشار کاری از ۱ تا ۵۰ بار – کمپرسورهای سانترفیوژ برای دستیابی به فشارهای کاری بالا و حتی فشار کاری نرمال ۷ یا ۸ بار نیازمند تعداد بلوک و مرحله‌ی فشرده‌سازی متعدد هستند.
• توان الکتروموتور از ۱۷۵ تا ۳۰۰۰۰ اسب بخار یعنی از ۱۳۰ تا ۲۲۳۷۱ کیلووات

این مقادیر در مدلهای مشابه از کمپرسورهای اطلس کوپکو، اینگرسولرند، کایزر و کمپ‌ایر نیز یکسان است. همچنین برندهای ثانویه چون کوبلکو و کایشان هم از محدودیت‌های طراحی فنی یکسانی تبعیت میکنند.

مدلهای کمپرسور اسکرو اویل فری از برندهای مشهور، نام ببرید.

کمی پیشتر کمپرسورهای سول ایر را برشمردیم، این برند در مدلهای کمپرسور اسکرو بدون روغن سری DS را با طراحی دومرحله‌ای و ویژگی‌های مدرن ارائه میدهد، همچنین کمپرسور اسکرو بدون روغن سری DSP نیز همراه با روتورهای فولاد ضدزنگ، سیستم حذف مه‌روغن و کنترل‌های پیشرفته است. سول‌ایر کمپرسور سری SRL را در مدلهای اسکرول و کمپرسور ظرفیت بالای سانتریفیوژ مدلهای F و T را ارائه میدهد. کمپرسورهای اسکرول و سنتریفیوژ به ذات بدون روغن کار میکنند.

همانطور که گفته شد مهمترین و دقیقترین پارامتر طراحی کمپرسور اسکرو اویل فری روکش روتورهای آن است که دقتی بسیار عالی نیازمند است و شرکتهای مختلفی از جمله سول ایر، اطلس کوپکو و کایزر از روشهای زیر برای پوشش‌دهی روتورها استفاده میکنند:

• اسپری حرارتی که برای روکشهای سرامیکی و کامپوزیتی کاربرد دارد. اسپری حرارتی خود به دو شکل اسپری سرعت بالای سوخت اکسیژنه و اسپری پلاسما انجام میشود و چسبندگی و مقاومت سایشی بالا از مزایای آن است.
• اسپری یا کوتینگ پلیمری که برای پلیمرهای مختلفی چون تفلون و دیگر پلیمرهای اصلاح‌شده با فرمول خاص در اختیار شرکتهای بزرگی چون اطلس کوپکو و اینگرسولرند یا کوبلکوی ژاپن استفاده میشود. مزایای این روش یکنواختی بالا و دقت در ضخامت است.
• برای پلیمرها از آبکاری نیکل و فسفر نیز استفاده میشود و سطح یکدست و چسبندگی بهتر برای لایه‌های بعدی دارد.
• پوشش‌دهی خلا که اصطکاک حداقلی، ضخامت بسیار نازک و دقت بالا دارد و فقط برای کمپرسورهای رده بالا استفاده میشود.
• و اسپری الکترواستاتیک

استاندارد هوای فشرده بدون روغن

اطلس کوپکو از جمله سخت‌گیرترین برندهای سازنده‌ی کمپرسور هوای بدون روغن است. این کمپانی استانداردهای متعددی را پاس میکند که از آن جمله میتوان به ایزو ۹۰۰۱، ایزو ۱۴۰۰۱، ایزو ۸۵۷۳-۱ کلاس صفر اشاره کرد. همچنین گواهینامه‌های OHSAS 18001 و ایزو ۲۲۰۰۰ برای ماشین‌آلات بدون روغنی که آنتورپ و ذیل عنوان سری Z اطلس کوپکو تولید میشود رعایت میشوند.

اطلس کوپکو هم مانند سول ایر مدلهای مختلفی را برای تولید هوای فشرده‌ی بدون روغن در ابعاد صنعتی تولید کرده است. کمپرسور پیستونی اطلس کوپکو در مدلهای کامپکت سری LFx هوای بدون روغن با مختصات زیر ارایه میدهد:

• هوادهی از ۱/۰۲  تا ۲/۵۳ لیتر بر ثانیه یعنی ۰/۰۶ تا ۰/۱۵ مترمکعب بر دقیقه
• در فشار کاری ۱۰ بار

کمپرسور پیستونی اویل فری و آلومینیومی LF توان هوادهی بالاتری در بازه‌ی ۳/۱ تا ۱۵/۵ لیتر بر ثانیه در همان فشار کاری ۱۰ بار دارد. در نهایت کمپرسورهای LZ اطلس کوپکو ۱۱ تا ۳۱ لیتر بر ثانیه هوادهی و بازه‌ی فشار کاری ۴ تا ۱۰ بار تولید میکند.

کمپرسورهای اویل فری اسکرول اطلس کوپکو با سری SF+ شناخته میشوند. این کمپرسور ۱/۹ تا ۴۰/۸ لیتر بر ثانیه هوادهی در فشارهای کاری نرمال ۸ تا ۱۰ بار دارد. هر کمپرسوری که هوادهی آن با واحد لیتر بر ثانیه گفته شود معمولا دبی خروجی کوچکی دارد. اطلس کوپکو از معدود کمپانی‌هایی است که کمپرسورهای آبی AQ را تولید میکند. این کمپرسورها با آب خنک شده و در مدلهای اسکرو اویل فری مختصات عملیاتی زیر را ارائه میدهد:

• ۲۱/۹ تا ۱۶۱ لیتر بر ثانیه برابر با ۳/۳ تا ۹/۱ مترمکعب بر دقیقه
• و ۷/۲۵ تا ۱۲/۷۵ بار فشار کاری

کمپرسور پیستونی HX و HN و کمپرسور پیستونی فشار قوی P دیگر مدلهای اویل فری و بدون روغن با استانداردهای صنعتی هستند.

اما کمپرسور اسکرو اویل فری اطلس کوپکو در کدام مشخصات طراحی میشود؟

۱. کمپرسورهای ZE و ZA اطلس کوپکو. این کمپرسورها فشار ضعیف هستند و بین ۲ تا ۱۸۰ مترمکعب بر دقیقه هوادهی دارد. فشار کاری آنها در محدوده‌ی ۰/۵ تا ۴ بار قرار میگیرد.

۲. کمپرسور ZR و ZT اطلس کوپکو که به عنوان مدلهای روتاری دندانی نیز شناخته میشوند و نسخه‌های ساده‌تر کمپرسور اسکرو هستند. این کمپرسورها ۲ تا ۹ مترمکعب بر دقیقه با فشار کاری ۴ تا ۱۰ بار تولید میکنند.

پیش از معرفی بهترین کمپرسور اسکرو اویل فری بازار از اطلس کوپکو به کمپرسورهای سانترفیوژ این برند هم اشاره کنیم. این کمپرسورها در مدلهای ZH و ZH+ تولید میشود. هوادهی ۷۶ تا ۵۷۸ متر مکعب بر دقیقه و فشار کاری ۲/۵ تا ۱۳ بار از ویژگی‌های آن است.

و در نهایت ابرقهرمانان بازار کمپرسور اویل فری، کمپرسورهای ZT و ZR اسکرو اویل فری که ۱ تا ۱۵۰ مترمکعب بر دقیقه هوای فشرده با فشارهای کاری ۳/۵ تا ۱۳ بار تولید میکنند.