کمپرسور اسکرو  چیست ؟

کمپرسورهای اسکرو یا مارپیچی یا حلزونی screw compressors رایجترین و بهترین نوع کمپرسور می باشند .

ساختار کمپرسور اسکرو در دهه 1930 توسعه یافت، زمانی که یک کمپرسور چرخشی با ظرفیت بالا و جریان پایدار در شرایط مختلف مورد نیاز بود.

قطعات اصلی واحد هواساز ( ایرند )‌ این کمپرسور  عبارتند از روتورهای نر و ماده  که در جهت مخالف یکدیگر چرخش می کنند در حالی که حجم بین آنها و بدنه کاهش می یابد .

کمپرسور اسکرو نوعی از کمپرسورهای گاز است، مانند کمپرسور هوا، که از مکانیسم مثبت جابجایی چرخشی استفاده می کند.

آنها معمولا برای جایگزینی کمپرسورهای پیستونی مورد استفاده قرار می گیرند که در آن حجم زیادی از هوا با فشار بالا مورد نیاز است یا برای عملیات صنعتی بزرگ و یا استفاده از ابزارهای با قدرت بالا مانند چکش و آچار بادی .

فرآیند فشرده سازی یک کمپرسور اسکرو یک حرکت پیوسته است، به همین دلیل پالس یا از دست دادن هوا در آن بسیار کم است .

عملکرد :

کمپرسورهای روتاری اسکرو  از دو مارپیچ یا حلزونی استفاده می کنند که به آنها روتور می گویند و  توسط چرخش این روتورها  گاز فشرده می شود .

در کمپرسورهای بدون روغن یا اصطلاحا oil free روتورها توسط یک چرخ دنده timing که بسیار دقیق متصل شده است می چرخند . ولی در کمپرسور اسکرو oil fluided روغن بین روتورها وجود دارد و گردش یکی از روتورها باعث حرکت روتور دوم شده و در همین حین فشرده سازی صورت می گیرد . گاز یا هوا از طریق دریچه مکش وارد شده و بین روتورها گیر می افتد . فاصله بسیار کم بین روتورها باعث فشرده شدن هوا شده و در نهایت هوای فشرده از انتها خارج می شود . اثر بخشی این مکانیزم بسیار به تطابق دقیق بین روتورها و بدنه واحد هواساز بستگی دارد . با این حال، برخی از نشت ها اجتناب ناپذیر است و باید از سرعت های چرخشی بالا برای به حداقل رساندن نسبت جریان به نشت جریان استفاده کرد.

در مقایسه با کمپرسورهای Roots، کمپرسورهای اسکرو با دو روتور ساخته می شوند. یکی از این روتورها که اصطلاحا روتور نر گفته می شود دارای لبه های محدب و دیگری که روتور ماده گفته می شود دارای لبه های مقعر می باشد . معمولا روتور نر دارای لبه های کمتر از روتور ماده است، به طوری که سریعتر چرخش می کند . در اصل، کمپرسورهای اسکرو با روتورهای متقارن ساخته شده بودند، اما نسخه های مدرن از روتورهای نامتقارن استفاده می کنند، با طراحی دقیق روتور که موضوع یک اختراع است.

اندازه :

اندازه یک کمپرسور اسکرو معمولا به توان بر حسب اسب بخار (HP)، هوادهی بر حسب استاندارد فوت مکعب در دقیقه (SCFM) و فشار کاری بر حسب پوند در هر اینچ مربع (PSI) می باشد.

هر چقدر توان افزایش یابد صرفه اقتصادی کمپرسورهای اسکرو بیشتر خواهد شد .

کمپرسور روتاری اسکرو معمولا در محدوده 5 تا 500 HP موجود است و می تواند جریان هوا بیش از 2500 SCFM را تولید کند. حداکثر فشار کاری یک کمپرسور اسکرو تک واحده معمولا ۱۳ Bar می باشد . کمپرسورهای روتاری اسکرو معمولا  لرزش کمی دارند بنابراین نیازی به نصب فونداسیون خاص و ویژه ای ندارند. زیرا در این کمپرسورها از لرزه گیرهای مخصوصی استفاده می شود که حتی در سرعتهای بسیار بالا لرزش دستگاه را به حداقل می رسانند .

موارد استفاده :

کمپرسورهای روتاری اسکرو معمولا برای تهیه هوای فشرده برای عملیات صنعتی بزرگ استفاده می شوند. آنها در صنایعی که به طور دائم نیاز به هوا دارند مانند بسته بندی مواد غذایی و سیستم های تولید اتوماتیک استفاده می شوند.

در برخی از کمپرسورهای اسکرو به جای الکترو موتور از موتورهای دیزلی استفاده شده است . این دستگاه ها برای کار در مناطقی که به برق دسترسی نیست بسیار مناسب هستند که به آنها کمپرسور پرتابل گفته می شود . در عملیات ساختمانی و معادن برای تهیه هوای فشرده جهت چشکها , پمپها , رنگ پاشها از این نوع دستگاه ها استفاده می کنند .

کمپرسورهای اسکرو حتی در صنایع پزشکی نیز کاربرد دارند . در بیمارستانهای مدرن دیگر برای تهیه اکسیژن کپسول استفاده نمی شود . یک کمپرسور هوای فشرده را وارد دستگاه مولد اکسیژن نموده و خروجی آن با خلوص ۹۵٪ در داخل لوله های اکسیژن موجود در بیمارستان پمپ می شود.

حتی برای تهیه گازهایی مانند نیتروژن و هیدورژن و آرگون نیز از کمپرسور اسکرو استفاده می شود .

کمپرسور اسکرو اویل فری  oil free : 

در این نوع کمپرسور هیچ روغنی برای فشرده سازی در داخل واحد هواساز وجود ندارد یعنی روتورها بدون روغن در هم می چرخند و هوا فقط بین دندانه های روتورها فشرده می شود  مطمینا با این روش فشار کمتری ساخته می شود برای همین منظور از دو استیج یا دو واحد هواساز که بصورت سری به هم متصل هستند استفاده می شود . واحد اول را low pressure  یا LP  و واحد دوم را High pressure یا HP می گویند . در قسمت LP هوا از طریق دریچه مکش یا آنلودر وارد بلوکه هواساز شده و تا فشار ۳یا ۴ بار فشرده می شود سپس به قسمت LP منتقل شده و در آنجا تا فشار ماکزیمم افزایش می یابد . کمپرسورهای اویل فری oil free می توانند فشار بیش از 150 psi  و حجم خروجی بیش از 2000 فوت مکعب در دقیقه (57 m3 / min) را تامین  کند.

کمپرسورهای اویل فری در صنایعی کاربرد دارد که وجود روغن در هوای فشرده بسیار مضر است مانند مصارف پزشکی یا دارو سازی و یا تولید قطعات نیمه هادی و صنایع غذایی . هر چند هوای خروجی از کمپرسور اویل فری oil free عاری از روغن است ولی ذرات مضر و مخرب دیگر کماکان در آن باقی است و حتما بایستی توسط فیلترهای بعد از کمپرسور تصفیه شوند .

کمپرسور اسکرو تزریق روغنی oil injected : 

به کمپرسورهایی که در داخل واحد هواساز و بین روتورها روغن وجود دارد اصطلاحا تزریق روغنی oil injected می گویند . در واقع روغن از پایین و هوا از بالا به واحد هواساز وارد شده و بین روتورها قرار می گیرند . فشاری که به روغن وارد شده به علت عدم تراکم پذیری روغن مضاعف شده و به هوا منتقل می شود در نتیجه هوا سریعتر فشرده می شود . این روغن و هوای فشرده از انتهای هواساز خارج شده , روغن توسط فیلتر سپراتور و مخزن از هوا جدا شده , تصفیه و سپس خنک می شود و دوباره در یک سیکل بسته وارد هواساز می شود . هوای فشرده شده نیز پس از خنک شدن توسط افتر کولر وارد خطوط مصرف می شوند. روغن باعث جذب ذرات غیر قطبی که توسط هوا وارد شده اند می شوند , این ذرات در هنگام فیلتر شدن باید از روغن و یا هوا جدا شوند .

کمپرسورهای روتاری اسکرو روغن تزریقی یا oil injected در جاهایی استفاده می شوند که سطح پایین آلودگی روغن را تحمل می کنند، مانند عملیات ابزار پنوماتیک، چکش و ابزار بادی و خدمات رسانی تایر.

طرح کلی کنترل کمپرسور اسکرو : 

در میان کمپرسورهای  اسکرو ، چندین برنامه کنترل وجود دارد که هر کدام دارای مزایا و معایب متفاوت هستند.

START/STOP : دستوری است برای روشن و خاموش کردن کمپرسور . این فرمان توسط رله هایی که به تابلوی قدرت کمپرسور متصل هستند انجام می شوند

LOAD/UNLOAD : در این دستور کمپرسور به طور مداوم کار می کند. ولی هنگامی که تقاضا برای هوای فشرده اضافه یا کم میشود، به جای قطع برق توسط یک دریچه کنترلی ورودی واحد هواساز باز یا بسته می شود . با باز شدن این دریچه مکش هوا به داخل ایرند آغاز شده و عمل فشرده سازی انجام می شود که آن حالت Load می گویند و پس از رسیدن به حد ماکزیمم دستور بسته شدن دریچه صادر و مکش قطع می شود , به این حالت Unload می گویند .

با دستور load/ unload دیگر نیازی به خاموش و روشن کردن دستگاه نیست در نتیجه تعداد استارتهای الکترو موتور کم می شود و هزینه های تعمیراتی به شدت کاهش می یابند .

مدولاسیون :‌

به جای شروع و توقف کمپرسور، دریچه آنلودر همانطور که در بالا توضیح داده شده، ظرفیت تقاضا را تعدیل می کند . در حالی که این یک فشار تخلیه مناسبی را در طیف وسیعی از تقاضا ایجاد می کند، مصرف کلی انرژی ممکن است بیشتر از یک بار لود و آنلود باشد، در نتیجه تقریبا 70 درصد از برق، زمانی که کمپرسور در حالت آنلود است استفاده می شود .

با توجه به اینکه مصرف برق در کمپرسور نسبت به ظرفیت خروجی هوای فشرده تنظیم می شود , مدولاسیون در مقایسه با درایوهای با سرعت متغیر (اینورتر ) ، به طور کلی روش ناکارآمدی است .

با این حال، برای کارهایی که به راحتی ممکن است  بهره برداری از کمپرسور متناوب باشد (مانند زمانی که یک کمپرسور توسط یک موتور دیزلی کار میکند و یا مخزن ذخیره هوا موجود نباشد )، مدولاسیون مناسب است.