کمپرسور اسکرو موجود عجیبی است. برخلاف انسانهای مریض که ناله میکنند یا موتور ماشین که غر میزند، کمپرسور اسکرو خیلی مودب است، تا لحظهی آخر کار میکند و وقتی میمیرد که دیگر خیلی دیر شده است. اگر واقعا قصد نابودیش را دارید، باید از همین ویژگی اخلاقی او استفاده کنید: بی زبانی و ساکت بودن.
کمپرسور اسکرو چیست؟
در میان انواع کمپرسور باد صنعتی، کمپرسور هوای فشرده اسکرو پرکاربردترین و شناختهشدهترین نوع کمپرسور هوای صنعتی معدنی است و این مقام بیجهت کسب نشده است. کمپرسور اسکرو در مقایسه با دیگر کمپرسور پرکاربرد روتاری، کمپرسور اسکرول، تنوع مدلهای بسیار بیشتری دارد، دمای هوای فشرده خروجی پایینتر و المنت یا استیج هوای فشرده مقاومتری دارد. اما تمایزی که یکی از این دو کمپرسور روتاری را بسیار فراگیرتر کرده است اینها نیست، کمپرسور اسکرو ظرفیت هوادهی یا دبی هوای فشرده خروجی بسیار بیشتری دارد. این برتری نسبت به کمپرسور پیستونی نیز محسوس است. مصارف عمومی صنعت و معدن مصارفی هستند که نیاز به فشار بسیار بالا (۵۰ تا ۱۰۰ بار) ندارند، از سوی دیگر در این کاربردها هوادهی هوای فشرده مداوم بسیار کلیدی است؛ هر دوی این نکات عامل برتری کمپرسور اسکرو بر شناختهشدهترین کمپرسور رفت و برگشتی، کمپرسور پیستونی، در مصارف صنعتی و حفاری است. همچنین کمپرسور پیستونی به دلایل متعدد در طراحی، بازدهی و بهرهوری ضعیفتری نسبت به کمپرسور اسکرو دارد. اینها همگی دلایلی هستند بر اهمیت شناخت بهتر کمپرسور هوای فشرده اسکرو.
کمپرسور هوای فشرده اسکرو، مزایا و محدودیتها
کمپرسور هوای فشرده اسکرو یا کمپرسور اسکرو پیچی از زیرمجموعههای کمپرسورهای جابجایی مثبت یا جریان تناوبی و پرکاربردترین نوع دورانی می باشد. در مطلب پیش رو به معرفی و بررسی این کمپرسورها خواهیم پرداخت.
در سال ۱۹۳۰ نیاز به ساخت کمپرسوری با ظرفیت و فشار متوسط و قادر به کار پیوسته در حالتهای مختلف احساس شد. این کمپرسورها فصل مشترک کمپرسور رفت و برگشتی و سانتریفیوژ بوده و بهترین عملکرد را نسبت به سایر کمپرسورها در این فصل مشترک دارند و بیشتر در سیستمهای تبرید مورد استفاده قرار میگیرند. مزایای این دسته از کمپرسورها عبارتند از:
- تعمیرات ساده
- هزینه تعمیراتی پایین
- طول عمر بالا
- دارای قطعات کم
- دارای نسبت فشار برای هر مرحله در حدود ۱۴ (Pressure ratio per stage)
و در عملکرد نیز در مقایسه با دیگر کمپرسورهای باد صنعتی دیگر دارای مزایای زیر می باشند:
- توانایی هندل کردن گازهایی با ذرات پودری و جامد و یا قطرات سیال می باشد.
- برای تزریق سیال جهت خنککاری و شستشو مناسب می باشد.
- Surge در آن بی معناست
- تغییر در جرم مولکولی، ترکیب گاز و تا حدودی Pressure ratio در ظرفیت اثری ندارد.
فشار، ظرفیت هوادهی و طراحی کمپرسور هوای فشرده اسکرو
طراحی فشار خروجی این کمپرسورها از چند میلی بار تا ۴۰ بار و در ظرفیت هوادهی هوای فشرده خروجی تا ۱۲۰۰ مترمکعب بر دقیقه بوده و از این نظر بعد از کمپرسورهای گریز از مرکز قرار دارد. در دو نوع خشک و روغنی طراحی و ساخته می شوند. از این کمپرسورها در ظرفیتهای پایین برای سیستم تهویه مطبوع خودروها استفاده میشود. از بزرگترین معایب آنها صدای زیاد است که معمولا برای قسمت خروجی از یک کاهندهی صدا استفاده می شود و کمپرسور را دراتاقکهای عایق صوتی قرار می دهند.
در سال ۱۹۶۰ کمپرسورهای با سرعت بسیار بالای بدون روغن، کمپرسور اویل فری، با پروفیل و شکل جدید روتور رونمایی شد. هرچند کمپرسورهای رفت و برگشتی از راندمان بالاتر و توان مصرفی پایینتری نسبت به این کمپرسورها برخوردار هستند ولی ابعاد کمپرسور اسکرو، برای دبی معینی از جریان گاز، کوچکتر بوده و به علت فقدان نیروهای بالانس نشده به فونداسیون سبک و فضای کمتری برای نصب نیاز دارند، از این رو هزینه نصب آنها کمتر می باشد. این دستگاهها قادر هستند گازهای چسبناک (Sticky) و قابل پلیمریزاسیون را متراکم نمایند؛ اینگونه سیالات به دلیل وجود ذرات نرم باعث کاهش لقی روتورها و نشتی و افزایش راندمان حجمی کمپرسور می گردند. دراین تجهیزات بیشتر معایب سایر کمپرسورها مرتفع گردیده و کارآمدتر، سبکتر، سادهتر، دارای سرعتی نسبتا بالاتر و قابل اطمینانتر هستند؛ همچنین لرزش و نوسان جریان (Pulsation) کمتری نسبت به کمپرسورهای رفت و برگشتی دارند. به علت بالا بودن راندمان (حدود ۷۵تا۸۵ درصد) در بیشتر موارد بر کمپرسورهای گریز از مرکز ارجحیت داشته و عملکرد آنها وابستگی چندانی به جرم مولکولی گاز ندارد. این کمپرسورها از نظر اقتصادی نیز در محدوده توان مصرفی ۲۰۰-۱۵۰۰ اسب بخار از کمپرسورهای گریز از مرکز ارزانتر می باشند.
کمپرسور اسکرو روغنی
کمپرسور هوای فشرده اسکرو با توجه به حذف معایب کمپرسورهای رفت و برگشتی، دارای راندمان بالا هستند. در نوع روغنی این دستگاهها امکان دستیابی به نسبت فشار ۸ وجود دارد که این میزان معمولا در کمپرسورهای رفت و برگشتی بسیار مشکل و دستنیافتنی می باشد. طول روتور این کمپرسورها حدود ۷۵ تا ۶۳۰ میلیمتر بوده و میزان دبی بین ۰/۶ تا ۶۰۰ مترمکعب بر دقیقه می باشد. نسبت فشار خروجی به فشار ورودی (rp) در نوع خشک تا حدود ۴ و در نوع روغنی تا ۲۵ و نیز اختلاف بین فشار ورودی و خروجی بین ۱۵ تا ۵۰ بار می تواند باشد. سیستم آببندی روتورها در دو طرف آنها قرار گرفته است و در مجموع چهار دسته سیستم آببند در هر مرحله وجود دارد.
آب بندی کمپرسور هوای فشرده اسکرو
معمولا از سه نوع آببند در این تجهیزات استفاده می شود: لایبرنت (متناسب با سیال)، حلقههای فشارشکن و آببند مکانیکی (که طبق استاندارد AP1619 طراحی می گردد). برای سیال نیتروژن یا سایر گازهای خنثی نوع لایبرنت و حلقههای فشارشکن توصیه می شود. محدوده دما و فشار برای این نوع آببندی ۱۷۵ درجه سانتیگراد و ۱۰ بار می باشد. برای فشارهای بالای ۴۵ بار و دمای بالای ۱۷۵درجه سانتیگراد از آببند مکانیکی یا سیال محافظ روغن استفاده می شود.
دامنه کاربرد کمپرسور اسکرو
این تجهیزات اساسا برای تولید هوا در صنایع لوازم خانگی، غذایی، دارویی، صنایع شیمیایی و پتروشیمی و سیستمهای تهویه غیرصنعتی طراحی و ساخته شده اند و اغلب در سرویس سیالات مبرد، هوا و گازهای سوختی در صنایع کاربرد فراوان دارند. این کمپرسورها قادر به کار با سیالاتی مانند بخار خشک، گازها و مخلوطهای چندفازی هستند.
ساختار کمپرسور اسکرو
این کمپرسور باد صنعتی از خانواده جابجایی مثبت و دارای ساختاری ساده است، داخل بدنهی این کمپرسور دو روتور با شیارهای مارپیچی ماشینکاری شده و با فضای بسیار محدود قرار دارد که فضای مذکور در طول روتور با بدنه کاهش یافته و باعث تراکم گاز می شود.
معمولا جنس پوستهي آنها از چدن خاکستری است و مجرای ورودی و خروجی گاز در قسمت بالا و پایین پوسته در مقابل هم قرار دارد. در این واحدها با استفاده از دوران دو روتور نر و ماده عمل تراکم سیال انجام می پذیرد. هر دو روتور در کنار یکدیگر و در داخل یک پوسته قرار گرفته اند و جهت گردش آنها مخالف یکدیگر است. حرکت دورانی به وسیله یک محرک اصلی مثل الکتروموتور به روتور نر و سپس به روتور ماده انتقال می یابد.
پارامترهای زیر در میزان فشار و ظرفیت این کمپرسورها موثرند:
۱- طول روتور (فشار)
۲- قطر روتور (ظرفیت)
۳- زاویه پیچش لوبها (فشار و ظرفیت)
۴- دور کمپرسور (ظرفیت)
افزایش دور در کمپرسورهای باد صنعتی مدل جابجایی مثبت فقط باعث افزایش ظرفیت شده و میزان تغییر فشار تابع افت فشار سیستم پایین می باشد. تعداد لوبهای (گوشه ها یا دنده ها) روتور نر کمتر از روتور ماده می باشد؛ برخی از ترکیبهای نر و ماده کمپرسور هوای فشرده اسکرو در شکل زیر آمده است:
آیا کمپرسور معدنی از نوع کمپرسور اسکرو است؟
رابطهی طول و دراز معادن با کمپرسورسازان درک مشترکی خلق کرده است که نیازهای مشتریان معدنی در محصولات شرکتهای بزرگی چون اطلس کوپکو، اینگرسولرند و کایزر پاسخ میگیرد. هوای فشرده تقریبا در تمام مراحل از استخراج تا بازیابی مواد معدنی نقشی حائز اهمیت دارد.
مزایای هوای فشرده در معدن
مزایای مختلفی را میتوان برای حضور هوای فشرده و کمپرسور در معدن برشمرد و از آن جمله است: قابلیت اطمینان و اتکا به این دستگاه. هوای فشرده توانی پایدار و کمنوسان برای تجهیزات مختلف معدنی فراهم میکند. این تجهیزات میتواند ماشین آلات حفاری چون دریل پنوماتیک، تجهیزات انفجار و ابزارآلات دستی بادی باشد. در بسیاری از ادبیات هوای فشرده یار چهارم انسان، در کنار آب و برق و گاز، برای فتح زمین است. یاران انسان ابزارآلاتی هستند که کاربردهای متنوعی داشته و زمان از کار افتادگی را به عقب میرانند.
دومین مزیت هوای فشرده که به ویژه در معدن بسیار حائز اهمیت است، ایمنی آن است. هوای فشرده اشتعال ناپذیر و کمخطر است و این مزیت در مقایسه با برق یا گاز طبیعی مزیت بزرگی است. در معادن عمیق و شرایط اضطراری، سیستمهای هوای فشرده امکان تهویهی مناسب را نیز ایجاد کرده است. سومین خوبی هوای فشرده کارآمدی است. کارآمدی با ابزار و ماشینآلاتی که بر پایهی آن نیرو و تکنولوژی شکل گرفته ارتباط مستقیم دارد. این بدین معناست که الکتریسیته کارآمد است، چون ما بر پایهی توان و نیروی الکتریسته زندگی خود را بنا کردیم، ابزار متعدد ساختیم و به آن وابسته شدیم. کارآمدی هوای فشرده و کمپرسور هوا نیز در همین ارتباط ریشه دارد. در طول صد سال گذشته و به موازات پیشرفت فناوری هوای فشرده، تجهیزات مدرن صنعتی بر پایهی آن شکل گرفته که سطح قابل قبولی از بهرهوری و دوام را ارائه میدهد.
چهارمین و شاید معروفترین خصیصهی هوای فشرده انعطاف پذیری آن است. کمپرسورهای هوا مقاوم و برای مانورهای گوناگون آماده اند. این ماشین آلات در شرایط دشوار معادن به خوبی کار کرده و طیف وسیعی از کاربردها را پاسخگو هستند. حفاری، انفجار، فراوری مواد، پاکسازی محیط، حمل و نقل مواد معدنی و لیستی طولانی از کارهای معادن با هوای فشرده راه میفتد.
اداره ایمنی و بهداشت معادن در کشورهای مختلف، از جمله ایالات متحده، ایران و استرالیا، الزامات جدی برای تامین هوای تنفسی معدنکاران دارد. هوای فشرده کارفرمایان معدنی را در تهویه و نجات جان انسانها یاری میکند.
لولهکشی هوای فشرده کیلومترها در دل تونلهای معدنی پیش میرود و پناهگاههایی را برپا میدارد که در آتش سوزی، ریزش معدن و سایر مواقع اضطراری محلی امن برای معدنکاران فراهم آورد. همچنین کمپرسورها، پمپهای خلا و دمندهها گاز متان را که برای سلامت خطرناک است تخلیه کرده و از تجمع مرگبار آن جلوگیری میکند.
کاربردهای کمپرسور هوا در معادن
تغذیهی تجهیزات حفاری چون متههای روتاری، دریل، آچار و ارههای پنوماتیک، فرآیندهای تصفیه و ذوبی چون فلوتاسیون که برای جداسازی فلز از سنگ معدن به کار میرود، همگی از مصارف هوای فشرده در صنعت معدن است. هوای فشار قوی برای انفجار ایمن کاربرد دارد. در فرآوری فلزات معدنی نیز حبابهای تولیدی هوای فشرده با کمک دستگاه اسپارگر و در انتهای مخازن ته نشین شده و به جداسازی کروم، مس، سرب، آلومینیوم، روی، پلاتینیم و طلا کمک میکند.
در حمل و انتقال مواد معدنی نیز هوای فشرده نقش بازی میکند. در جابجایی زغالسنگ هوای فشرده با زغالسنگ ترکیب شده و جابجایی سیال حاصل راحتتر است. هوای فشار ضعیف برای پاکسازی و پاکیزهسازی تجهیزات حفاری و معدنی کاربرد دارد. در فرآیند لیچینگ یا استخراج مایع-جامد از هوای کمفشار برای پاکسازی فیلترها و آلودگیهای نشسته بر کربن فعال استفاده میشود.
دمندهها یا بلوئرهای کمفشار هم در تصفیهی پساب معدن و ریکاوری آب کاربرد دارد. معادن در نقاطی دوردست و معمولا بدون دسترسی کافی به آب قرار دارد. انواع کدام نوع از کمپرسور هوا در معادن کاربرد بیشتری دارد؟
کمپرسور روتاری اسکرو
در انفجار، پاکسازی، حفاری، راه اندازی ابزار بادی، حمل مواد، استخراج گاز، ذوب و تصفیه و سیستمهای تهویه از کمپرسور اسکرو بهره میبرند. کمپرسور اسکرو در مقایسه با کمپرسورهای دیگری همچون پیستونی قطعات متحرک کمتری داشته و در مقایسه با کمپرسورهای کمقطعهای چون توربوکمپرسورها فشار عملیاتی بالاتری ارائه میدهد. این نقطه، نقطهی بهینهی مصارف معدنی است.
دمنده یا بلوئرهای کمفشار
در فلوتاسیون، لیچینگ، حمل مواد و تصفیهی پساب از بلوئرها بهره گرفته میشود. مصارف کمپرسور در عملیات معدنی بر قاعدهای سرانگشتی متکی است.
کمپرسور گریز از مرکز یا سانتریفیوژ، کمپرسور رفت و برگشتی یا پیستونی و کمپرسور روتاری یا اسکرو همگی در این کاربرد توان حضور کم یا زیاد دارند. برای حجمهای مورد نیاز بالا، برای مثال هوادهی هوای فشرده بالای ۲۵۰۰ سی اف ام یا ۷۰ متر مکعب بر دقیقه از کمپرسور سانتریفیوژ که نوعی توربوکمپرسور است استفاده میشود. برای حجمهای خیلی کم، زیر ۲۰ سی اف ام یا نیم متر مکعب بر دقیقه از کمپرسور پیستونی استفاده میشود. همانطور که مشخص است، محدودهی گستردهای از کاربردهای متوسط را فقط کمپرسور اسکرو پوشش میدهد.
کمپرسور بزرگتر از حد نیاز هدررفت انرژی دارد و از عمر تجهیزات کاسته، هزینه نگهداری را بالا میبرد. کمپرسور اسکرو برای کار پیوسته و چرخهی ۱۰۰ درصدی کار طراحی شده اند. اگر کم به کار گرفته شده و کم زیر بار باشند عملکرد بهینه نخواهند داشت. در کمپرسور سانترفیوژ و توربوکمپرسورها نیز کمبود جریان گاز به بازگشت جریان و surge ختم خواهد شد. تعیین دقیق اندازه یا ظرفیت کمپرسور نیازمند بررسی و مشاوره با کاشناسان است و اهمیت جدی دارد.
در کمپرسور روتاری اسکرو از کنترل و تنظیم پرشر سوئیچ برای مدیریت لود و آنلود استفاده میشود. برای مثال فشار لود ۷/۵ و فشار آنلود ۸ قرار داده میشود تا این اختلاف فشار که بازهی فشار نامیده میشود مناسب تعیین شود و کمپرسور زیاد خاموش روشن نشود. هر بار روشن و خاموش مجدد یعنی کاهش عمر بلبرینگها و فشار جریان ورودی موتور را افزایش میدهد. صرفهجویی تنها از خرید کمپرسور سرعت متغیر حاصل نمیشود، این مدیریتها و تنظیمات دقیق هم مصرف انرژی را بهینه میسازد.
اما رئیس جان! چطور خرابش کنیم؟
مثل هر داستان خوب قطع رابطهای، این یکی هم با بهترین روش تخریب شروع میشود: بی تفاوتی. هیچ چیزی مثل یک بی تفاوتی آرام، عمیق و مداوم کمپرسور اسکرو را از درون نمی پوساند. دفترچهی راهنما؟ بگذارش داخل کشو. برنامهی سرویس؟ این اطوارهای بورژوازی به ما نیامده است. کمپرسور خوب کمپرسوری است که تا وقتی کار میکند کاری به کارش نداشته باشیم. مثل یک تیم فوتبال که تا وقتی گل میزند مربی دستی به ترکیب نمیزند. این جملات بذر نابودیست.
به سراغ روغن کمپرسور خواهیم رفت. روغن برای کمپرسور اسکرو، و البته تمام ماشین آلات، خونی در رگهای آن است. پس اگر قصد داری بدون سر و صدا نابودش کنی، اول با روغن بازی کن. نه آنقدر واضح آلوده کن که اطرافیان متوجه شوند و نه آنقدر سطح آن را کم کن که صدای هشدارهای سیستم بلند شود؛ فقط کمی دیر عوضش کن، و بعد کمی دیرتر. بعد بگذار رنگش شبیه قهوهای سوخته شود، روغن اکسیدشده پر از ذرات فلزی ریز است و ذره ذره روتورها را، مثل اسیدی مودب، خواهد خورد. هیچ انفجاری در کار نیست و شواهد فقط حاکی از کاهش راندمان و افزایش حرارت است. و البته یک روز صبح دستگاه دیگر روشن نخواهد شد.
دما دوست توست و دشمن کمپرسور اسکرو گرماست. پس بهترین جا برای پیادهسازی نقشهی ما، اتاقی است که تهویهی درست و درمانی نداشته باشد. فن خراب را «بعدا درست میکنیم» و فیلتر هوای گرفته را «فعلا هوا رد میشه». هرچه دما بالاتر، مرگ روغن سریعتر، فواصل و کلیرانس به هم ریختهتر، زندگی یاتاقانها کوتاهتر اما پرهیجانتر. از تماشا لذت ببر…
اگر اعتماد به نفس کافی داری که کمپرسور اسکرو را با عملیاتی حرفهای خراب کنی، با رطوبت بازی کن. آب، آب عزیز و دوست قدیمی ما، دشمن خونی کمپرسور است، اصلا با هم پدرکشتگی دارند. زنگزدگیهای داخلی نتیجهی هوای مرطوبی است که از درایر سرویس نشده گذر کرده است. آب که وارد سیستم شود با روغن قاطی شده و امولسیون درست میکند. اندکی بعد صدای کار در خواهد آمد، البته این صدا را فقط تعمیرکاران میشنوند و فاکتوری نجومی اعلام خواهند کرد.
بازی با فشار سرگرمکننده است. کمی فشار را دستکاری کن و از تنظیمات حوصلهسربر کارخانه به دور باش. بهتر است دستگاه روی مرز حداکثر کار کند، به شکلی پیوسته. گاهی کمپرسور التماس استراحت خواهد کرد و اینجا زمانی است که باید ازش بیشتر کار بکشیم. کارکرد پیوسته در فشار بالا فلز را خسته میکند. کمپرسور اسکرو کمپرسور پیستونی نیست که از کار کردن شانه خالی کند، نه، پیوسته کار میکند. ولی خستگی فلز به عمر کوتاهتر و نابودی دستگاه میانجامد.
اگر باکلاس هستید با الکتریستهی دستگاه بازی کنید. بی نظمی الکتریکی و برق ناپایدار، بدون حفاظت و بررسی فاز و بدون توجه به افت ولتاژ از جمله روشهای هوشمندانه است که تقریبا هیچوقت رد پایی به جا نمیگذارد. مگر شرکت برق برای خرابی لوازم خانگی ما در اثر نوسانات برق مسئولیت قبول میکند که ما برای خرابی کمپرسور مقصر باشیم؟ عایق سیمپیچهای الکتروموتور کمپرسور به مرور خواهد سوخت و روزی بوی خوش آن بلند میشود… عجیبه، دیروز که خوب بود.
امضای هنری قاتلی حرفهای در آخر کار خواهد آمد: استارت و استاپهای بی مورد و الکی. روشن کن، خاموش کن، دوباره روشن کن… آخه چیز داری.
کمپرسورها سیکل کاری مشخصی دارند و کمپرسور اسکرو عاشق ثبات است. اگر قصد نابودی کمپرسور اسکرو را داری ثبات را از او بگیر. هر استارت اضافی یعنی فشار مکانیکی، شوک الکتریکی و نزدیکی به مقصد.
البته خب برخی از قاتلها مثل شما حرفهای نیستند، اگر شما هم حوصلهی صبر نداشته و دنبال تخریبی دراماتیک هستید همواره راهحلهای کلاسیک داریم: بستن مسیر ورودی هوای کمپرسور، انداختن جسم خارجی در سیستم یا پرتاب دینامیت و فرار. اینها تابلو هستند.
هنر آن است که کمپرسور خود مقصر جلوه کند. هنر این است که وقتی کمپرسور اسکرو از کار افتاد همه بگویند: عمرش تمام شده بود. نه اینکه معلوم باشد سالها بدرفتاری چنین عاقبتی به ارمغان آورده است. خرابش کن، بعد بگو عجیبه ما که کاریش نکردیم.
کمپرسور اسکرو حقیقتا چون کارمندی وفادار اضافهکاری میکند، شکایتی هم ندارد و آخر سر با سکتهای ناگهانی خداحافظی میکند. به سروصداهای جدید و تغییرات دمایی گوش نده و آلارمهای سیستم کنترلی را به چشم پیشنهاد و نه هشدار نگاه کن. برای تخریب کمپرسور اسکرو لازم نیست شرور و بدطینت باشید. کافیست بیحوصله و عجول باشید.
منابع: از سایت جهان کمپرسور https://jahancompressor.com