کمپرسور چیست؟ بررسی نحوه کارکرد آن
گازهایی که تحت فشار زیاد قرار دارند در بسیاری از صنایع به کار می‌روند و به همین دلیل تجهیزات متنوعی برای تأمین این گازها طراحی شده است که کمپرسورها از مهم‌ترین آنها هستند. کمپرسورها با توجه به عواملی همچون فشار، سرعت، ظرفیت، نوع موتور و روش‌های مختلف روغن‌کاری به انواع گوناگونی تقسیم می‌شوند.
این دستگاه‌ها برای تأمین هوای فشرده شده مورد نیاز برای راه‌اندازی ابزارآلات بادی و برخی تجهیزات برقی ضروری هستند و به همین دلیل ممکن است این سؤال برای بسیاری از افراد پیش بیاید که کمپرسور چیست و عملکرد آن چگونه است؟ در ادامه با ما همراه باشید تا به این سول بیشتر بپردازیم.
کمپرسور چیست؟
کمپرسور دستگاهی است که برای کاهش حجم هوا یا فشرده‌سازی آن به کار می‌رود که این وسیله با استفاده از انرژی مکانیکی، هوا یا گاز موجود در آن را با سرعت بالا به داخل خود کشیده و سپس آن را فشرده می‌کند.
پس از فشرده شدن هوا در مخزن دما افزایش می‌یابد و برای استفاده از هوای فشرده‌شده باید دما به تعادل برسد که این فرایند معمولاً توسط سیستم‌های خنک‌کننده داخل کمپرسور انجام می‌شود تا دمای هوای فشرده شده کاهش یابد و به شرایط قابل استفاده تبدیل شود.
نحوه کارکرد کمپرسور
کمپرسور با کاهش حجم گاز فرآیند فشرده‌سازی آن را انجام می‌دهد که در کمپرسورهای جابجایی مثبت مانند کمپرسورهای پیستونی، پیستون درون سیلندر حرکت کرده و با کوچک کردن حجم محفظه گاز یا هوا را فشرده می‌کند و این امر موجب افزایش فشار گاز می‌شود.
در کمپرسورهای دینامیکی مانند مدل‌های گریز از مرکز گاز با استفاده از نیروی گریز از مرکز توسط پره‌های روتور به سرعت چرخیده و فشرده می‌شود. در هر دو نوع کمپرسور گاز فشرده شده پس از این فرآیند به بیرون هدایت می‌شود تا در کاربردهای مختلف به کار گرفته شود. این فرآیند می‌تواند به صورت پیوسته یا در قالب دوره‌های متناوب صورت گیرد بسته به نیاز سیستم.
انواع کمپرسورها
کمپرسورهای دینامیکی
کمپرسورهای جابجایی دینامیکی از انواع معروف کمپرسورها هستند که دارای تیغه‌های چرخان با سرعت بالا می‌باشند. در این کمپرسورها هوا ابتدا از بین پره‌های پروانه عبور کرده و سرعت آن افزایش می‌یابد سپس از طریق دیفیوزر انرژی جنبشی هوا به فشار تبدیل می‌شود و گاز یا هوا از کمپرسور خارج می‌شود.
این نوع کمپرسورها معمولاً در کاربردهایی مانند توربوشارژرها با جریان گاز شعاعی یا محوری استفاده و طراحی شده‌اند. همچنین با توجه به اصول ترمودینامیک عملکرد این کمپرسورها محدود به شرایط خاص و بهینه است. انواع کمپرسورهای دینامیکی عبارتند از:
- کمپرسورهای گریز از مرکز
کمپرسور گریز از مرکز یکی از پرکاربردترین انواع کمپرسورهای دینامیکی است که فرآیند فشرده‌سازی را با استفاده از نیروی اینرسی از طریق پروانه چرخان انجام می‌دهد. در این کمپرسور هوا ابتدا به مرکز پروانه کشیده شده و سپس با نیروی گریز از مرکز به سمت حاشیه آن شتاب می‌گیرد و در دیفیوزر سرعت هوا کاهش یافته و فشار افزایش می‌یابد.
این کمپرسورها معمولاً از چندین مرحله برای فشرده‌سازی استفاده می‌کنند و در مقایسه با مدل‌های دیگر بازدهی بالاتری در شرایط بار کامل دارند که با این حال عملکرد آنها تحت تأثیر عواملی مانند تغییرات شرایط ورودی، رطوبت، فشار کم و دما قرار می‌گیرد به‌ویژه نیروی گریز از مرکز تأثیر چشمگیری دارد.
- کمپرسورهای جریان محوری
کمپرسورهای محوری از مجموعه‌ای از ایرفویل‌ها یا پره‌های مشابه پنکه تشکیل شده‌اند که با چرخش مداوم فشار سیال را افزایش داده و آن را فشرده می‌کنند. این پره‌ها به صورت ترکیبی از ثابت و متحرک تنظیم شده‌اند به طوری که ایرفویل‌های ثابت (استاتور) نقش هدایت جریان سیال را دارند.
کارایی این کمپرسورها بستگی به تعداد طبقات آنها دارد یا به عبارت دیگر هر چه تعداد روتورها و استاتورها بیشتر باشد فشار خروجی نیز افزایش می‌یابد. این کمپرسورها به دلیل مصرف انرژی بالا برای فشرده‌سازی سیال در حجم‌های زیاد طراحی شده‌اند و در کاربردهایی مانند موتورهای جت، توربین‌های گازی و موتورهای کشتی‌های سریع به دلیل راندمان بالا بسیار مفید هستند.
کمپرسورها جابجایی مثبت
کمپرسورهای جابجایی مثبت به گونه‌ای عمل می‌کنند که حجم معینی از سیال وارد محفظه شده و با کاهش حجم آن فشار سیال افزایش می‌یابد که این فرآیند به طور متناوب انجام می‌شود و فشار به تدریج افزایش پیدا می‌کند. این نوع کمپرسورها به طور خاص برای فشرده‌سازی گاز یا هوا در حجم‌های معین طراحی شده‌اند و اصل کار این کمپرسورها بر مبنای فشرده‌سازی هوا و افزایش فشار در یک فضای محدود است.
- کمپرسورهای روتاری یا دوار
کمپرسور روتاری که از دسته کمپرسورهای جابجایی مثبت است با استفاده از چرخش تیغه‌های خود عمل مکش و فشرده‌سازی هوا یا گاز را انجام می‌دهد. در این دستگاه گاز از ورودی وارد شده و با چرخش تیغه‌ها فشار آن افزایش می‌یابد و به سمت خروجی هدایت می‌شود.
این کمپرسورها دارای دو محفظه هستند که در یکی هوا مکش شده و در دیگری توسط حرکت پیستون و سیلندر فشرده می‌شود. از کمپرسور روتاری در کاربردهایی چون یخچال‌ها، فریزرها، سیستم‌های تهویه مطبوع و سایر دستگاه‌های سرمایشی استفاده می‌شود.
- کمپرسورهای پیستونی
کمپرسور پیستونی که از رایج‌ترین انواع کمپرسورها به شمار می‌رود دارای پیستون‌هایی است که با حرکت رفت و برگشتی توسط میلنگ به حرکت در می‌آیند. این کمپرسورها معمولاً توسط موتورهای الکتریکی یا موتورهای احتراق داخلی به کار می‌افتند و بسته به توان خود در صنایع مختلف کاربرد دارند.
به دلیل اهمیت این کمپرسورها در نیازهای صنعتی به ویژه در مناطقی با آب و هوای گرمسیری مانند ایران تولید داخلی آنها به اقتصاد کشور کمک زیادی می‌کند. این کمپرسورها در دسته‌بندی جابه‌جایی مثبت قرار دارند.
کاربردهای مختلف کمپرسور
در صنایع نفت و گاز
کمپرسورها در صنایع نفت و گاز برای انتقال گازهای طبیعی، فشرده‌سازی گازهای مایع و ایجاد فشار در خطوط لوله استفاده می‌شوند. همچنین در استخراج نفت و گاز از منابع زیرزمینی و در پالایشگاه‌ها به کار می‌روند.
در صنایع خودرو و هواپیما
در صنعت خودروسازی، کمپرسورها برای سیستم‌های تهویه مطبوع و سیستم‌های توربوشارژر خودروها کاربرد دارند. در هواپیماها نیز برای تأمین هوای فشرده در کابین و سیستم‌های مختلف از کمپرسور استفاده می‌شود.
در صنایع تولیدی و ساخت‌وساز
کمپرسورها در این صنایع برای تأمین نیروی هوا در ابزارهای بادی، ماشين‌آلات و تجهیزات ساخت‌وساز نظیر دریل‌ها و چکش‌های بادی استفاده می‌شوند. همچنین در فرایندهای تولیدی به منظور فشرده‌سازی مواد یا انتقال آنها به کار می‌روند.
در پزشکی و بیمارستان‌ها
در بیمارستان‌ها، کمپرسورها برای تأمین هوای فشرده برای دستگاه‌های تنفسی، بیهوشی و ابزارهای پزشکی دیگر استفاده می‌شوند. این دستگاه‌ها به بهبود عملکرد تجهیزات پزشکی و تامین شرایط سالم برای بیماران کمک می‌کنند.
در صنایع غذایی و دارویی
کمپرسورها در صنایع غذایی و دارویی برای فشرده‌سازی گازها و انتقال سیالات، بسته‌بندی مواد و همچنین برای استفاده در فرآیندهای تولید دارو و نگهداری مواد غذایی در شرایط خاص به کار می‌روند.
در تأسیسات تهویه مطبوع
کمپرسورهای تهویه مطبوع در سیستم‌های سرمایشی و گرمایشی برای فشرده‌سازی گاز مبرد و انتقال آن به بخش‌های مختلف سیستم استفاده می‌شوند. این کمپرسورها در کولرها، سیستم‌های تهویه و پمپ‌های حرارتی نقش حیاتی دارند.