کمپرسور اسکرو چیست و چگونه کار می‌کند؟ آشنایی با اصول عملکرد و انواع آن
در بسیاری از واحدهای صنعتی، تأمین هوای فشرده به‌صورت مداوم و با فشار پایدار اهمیت زیادی دارد. کمپرسور اسکرو یکی از تجهیزات پرکاربرد برای این منظور است که با استفاده از دو روتور مارپیچی، هوا را به‌صورت پیوسته فشرده می‌کند. این ویژگی باعث شده است که کمپرسورهای اسکرو در کارخانه‌ها و خطوط تولیدی که به مصرف مداوم هوای فشرده نیاز دارند، جایگاه ویژه‌ای داشته باشند.
اما کمپرسور اسکرو چیست، چه مراحلی را برای فشرده‌سازی هوا طی می‌کند و چه تفاوتی میان مدل‌های روغنی و بدون روغن وجود دارد؟ در این مقاله از بهسان، با اصول عملکرد کمپرسور اسکرو، مراحل تولید هوای فشرده و روش‌های کنترل ظرفیت آن آشنا می‌شوید.
کمپرسور اسکرو چیست؟
کمپرسور اسکرو (Screw Compressor) نوعی کمپرسور هوا از خانواده کمپرسورهای دوار و جابه‌جایی مثبت است. این دستگاه با کمک دو روتور مارپیچی که درون محفظه‌ای مخصوص قرار گرفته‌اند، هوای محیط را دریافت و فشرده می‌کند.
در این سیستم، هوا پس از ورود به محفظه میان روتورها و بدنه دستگاه به دام می‌افتد. با چرخش روتورها، حجم فضای اشغال‌شده توسط هوا کاهش پیدا می‌کند و در نتیجه فشار آن افزایش می‌یابد.
بخش اصلی انجام این فرایند، ایرند (Air End) یا هواساز نام دارد. ایرند محل قرارگیری روتورهاست و عملیات اصلی فشرده‌سازی در آن انجام می‌شود.
برخلاف کمپرسورهای دارای پیستون که از حرکت رفت‌وبرگشتی برای فشرده‌سازی استفاده می‌کنند، کمپرسور اسکرو با حرکت دورانی روتورها کار می‌کند. به همین دلیل می‌تواند هوای فشرده را به‌صورت پیوسته و یکنواخت تولید کند.
کمپرسور اسکرو چگونه کار می‌کند؟
برای درک بهتر طرز کار کمپرسور اسکرو، باید مسیر ورود هوا تا خروج آن به شکل هوای فشرده را بررسی کنیم. این فرایند در چند مرحله انجام می‌شود.
۱. مکش هوا از محیط
با روشن شدن کمپرسور و شروع به کار موتور، هوا از محیط اطراف وارد دستگاه می‌شود. در ابتدا هوا از فیلتر ورودی عبور می‌کند تا گردوغبار و ذرات معلق آن تا حد امکان حذف شوند.
سپس شیر ورودی، جریان هوا را به سمت ایرند هدایت می‌کند. کیفیت هوای ورودی و تمیزی فیلتر در عملکرد مناسب دستگاه و کاهش ورود آلودگی به بخش‌های داخلی اهمیت زیادی دارد.
۲. به دام افتادن هوا بین روتورها
پس از ورود هوا به ایرند، جریان هوا در فضای میان دو روتور مارپیچی و بدنه محفظه قرار می‌گیرد. این روتورها معمولاً با عنوان روتور نر و روتور ماده شناخته می‌شوند.
با چرخش روتورها، هوا در فضاهای ایجادشده میان آن‌ها محبوس می‌شود و به سمت بخش خروجی حرکت می‌کند.
۳. فشرده‌سازی هوا
در ادامه چرخش روتورها، حجم فضای محبوس‌شده به‌تدریج کاهش پیدا می‌کند. کاهش حجم هوا باعث افزایش فشار آن می‌شود.
این فرایند به‌صورت پیوسته انجام می‌شود؛ به همین دلیل کمپرسور اسکرو می‌تواند جریان نسبتاً یکنواختی از هوای فشرده را در اختیار مصرف‌کننده قرار دهد.
۴. تزریق روغن در کمپرسورهای اسکرو روغنی
در کمپرسورهای اسکرو روغنی، روغن به محفظه فشرده‌سازی تزریق می‌شود. این روغن در طول فرایند سه وظیفه اصلی دارد:
- خنک‌کاری: گرمای ایجادشده هنگام فشرده‌سازی هوا را جذب می‌کند.
- آب‌بندی: به کاهش نشتی هوا از فاصله میان روتورها و بدنه کمک می‌کند.
- روانکاری: اصطکاک و استهلاک بخش‌های متحرک را کاهش می‌دهد.
روغن پس از انجام وظایف خود همراه هوای فشرده از ایرند خارج می‌شود و در مرحله بعد باید از جریان هوا جدا شود.
۵. جداسازی روغن از هوای فشرده
در کمپرسورهای روغنی، مخلوط هوا و روغن وارد مخزن جداکننده می‌شود. سپس سپراتور یا المنت جداکننده روغن، بخش عمده روغن موجود در جریان هوا را جدا می‌کند.
روغن جداشده پس از عبور از مسیر خنک‌کاری و فیلتر روغن، دوباره به مدار روغن‌کاری و ایرند بازمی‌گردد.
این چرخه باعث می‌شود روغن تا حد زیادی در مدار داخلی دستگاه گردش داشته باشد و هوای خروجی نیز برای مراحل بعدی آماده شود.
۶. خروج هوای فشرده
پس از جداسازی روغن، هوای فشرده از شیر حداقل فشار عبور می‌کند. سپس در بسیاری از کمپرسورها وارد خنک‌کننده نهایی یا آفترکولر (Aftercooler) می‌شود تا دمای آن کاهش پیدا کند.
هوای خروجی می‌تواند به مخزن ذخیره یا شبکه توزیع هوای فشرده منتقل شود. در صورتی که هوای خشک‌تری مورد نیاز باشد، از دستگاه درایر برای کاهش رطوبت آن استفاده می‌شود.
برای آشنایی دقیق‌تر با اجزای مختلف این دستگاه، مقاله [قطعات کمپرسور اسکرو را بشناسید] را مطالعه کنید.
انواع کمپرسور اسکرو از نظر سیستم روغن‌کاری
یکی از دسته‌بندی‌های مهم کمپرسورهای اسکرو، تقسیم آن‌ها بر اساس نحوه استفاده از روغن در فرایند فشرده‌سازی است. بر این اساس، دو نوع اصلی وجود دارد:
کمپرسور اسکرو روغنی
در کمپرسور اسکرو روغنی، روغن مستقیماً به محفظه فشرده‌سازی تزریق می‌شود. همان‌طور که توضیح داده شد، روغن وظیفه خنک‌کاری، آب‌بندی و روانکاری را بر عهده دارد.
این نوع کمپرسور در بسیاری از کاربردهای صنعتی عمومی مورد استفاده قرار می‌گیرد و برای تأمین هوای فشرده در خطوط تولید، کارگاه‌ها و واحدهای صنعتی گزینه‌ای رایج است.
کمپرسور اسکرو بدون روغن یا اویل‌فری
در کمپرسور اسکرو بدون روغن (Oil-Free)، روغن وارد محفظه فشرده‌سازی نمی‌شود و هوا در زمان فشرده‌شدن با روغن تماس مستقیم ندارد.
این ویژگی برای صنایعی اهمیت دارد که کیفیت و خلوص هوای فشرده در آن‌ها حساس است؛ از جمله صنایع غذایی، دارویی و برخی فرایندهای تولیدی خاص.
البته بدون روغن بودن محفظه فشرده‌سازی به معنای نبود هرگونه روانکار در تمام بخش‌های دستگاه نیست؛ برخی اجزای مکانیکی ممکن است مدار روانکاری جداگانه داشته باشند.
برای بررسی دقیق‌تر تفاوت این دو مدل، مقاله [تفاوت کمپرسورهای روغنی و بدون روغن] را بخوانید.
روش‌های کنترل ظرفیت در کمپرسور اسکرو
میزان مصرف هوای فشرده در کارخانه‌ها و واحدهای صنعتی همیشه ثابت نیست. به همین دلیل کمپرسور اسکرو باید بتواند ظرفیت تولید هوای خود را متناسب با میزان مصرف تنظیم کند.
روش‌های رایج کنترل ظرفیت عبارت‌اند از:
سیستم لود و آنلود (Load/Unload)
در این روش، کمپرسور با توجه به فشار شبکه هوای فشرده بین دو وضعیت زیر جابه‌جا می‌شود:
- لود (Load): هنگامی که فشار شبکه کاهش پیدا می‌کند، کمپرسور وارد حالت بارگذاری شده و هوای فشرده تولید می‌کند.
- آنلود (Unload): با رسیدن فشار به محدوده تعیین‌شده، دستگاه از حالت بارگذاری خارج می‌شود و تولید هوای فشرده کاهش می‌یابد یا متوقف می‌شود.
این روش یکی از سیستم‌های رایج کنترل ظرفیت در کمپرسورهای اسکرو است.
سیستم مدولاسیون (Modulation)
در سیستم مدولاسیون، میزان باز بودن شیر ورودی متناسب با نیاز مصرف‌کننده تنظیم می‌شود. به این ترتیب، مقدار هوای ورودی به ایرند تغییر می‌کند و ظرفیت تولید دستگاه با میزان مصرف هماهنگ می‌شود.
سیستم دور متغیر یا اینورتر (VSD)
در کمپرسورهای مجهز به اینورتر، سرعت چرخش موتور با توجه به میزان تقاضای هوای فشرده تغییر می‌کند.
هنگامی که مصرف هوا کاهش پیدا می‌کند، سرعت موتور نیز کاهش می‌یابد و در زمان افزایش مصرف، دور موتور متناسب با نیاز بالا می‌رود.
این روش در صورت انتخاب و تنظیم صحیح، می‌تواند از مصرف انرژی غیرضروری جلوگیری کند؛ به‌خصوص در واحدهایی که میزان مصرف هوای فشرده آن‌ها در طول روز تغییر می‌کند.
برای آشنایی بیشتر با این فناوری، مقاله [کاربرد اینورتر در کمپرسورهای هوا] را مطالعه کنید.
مزایای کمپرسور اسکرو
استفاده از کمپرسور اسکرو در بسیاری از واحدهای صنعتی به دلیل ویژگی‌های عملکردی آن رایج است. مهم‌ترین مزایای این دستگاه عبارت‌اند از:
- تولید هوای فشرده پیوسته: ساختار دورانی دستگاه امکان تأمین جریان نسبتاً یکنواخت هوا را فراهم می‌کند.
- مناسب برای کارکرد طولانی‌مدت: کمپرسورهای اسکرو برای فعالیت مداوم در بسیاری از کاربردهای صنعتی طراحی شده‌اند.
- لرزش و صدای کمتر: در مقایسه با بسیاری از کمپرسورهای پیستونی، عملکرد دورانی می‌تواند لرزش و صدای کمتری ایجاد کند.
- تنوع در ظرفیت و سیستم کنترل: این کمپرسورها در ظرفیت‌ها و مدل‌های مختلف، از جمله مدل‌های مجهز به اینورتر، عرضه می‌شوند.
محدودیت‌های کمپرسور اسکرو
با وجود مزایای متعدد، کمپرسور اسکرو محدودیت‌هایی نیز دارد که هنگام انتخاب دستگاه باید در نظر گرفته شوند:
- هزینه اولیه خرید آن در بسیاری از ظرفیت‌های کوچک، بیشتر از کمپرسورهای پیستونی است.
- مدل‌های روغنی به سرویس منظم روغن، فیلترها و سپراتور نیاز دارند.
- انتخاب ظرفیت نامناسب می‌تواند باعث افزایش مصرف انرژی و هزینه‌های بهره‌برداری شود.
- برای برخی کاربردهای فشار بسیار بالا، کمپرسورهای پیستونی چندمرحله‌ای ممکن است انتخاب مناسب‌تری باشند.
بنابراین انتخاب کمپرسور باید بر اساس فشار مورد نیاز، حجم هوای مصرفی، ساعات کارکرد و شرایط محیطی انجام شود.
محصولات مرتبط با کمپرسور اسکرو بهسان
اگر برای خط تولید یا مجموعه صنعتی خود به هوای فشرده پایدار نیاز دارید، بررسی مشخصات فنی کمپرسور و تناسب آن با میزان مصرف اهمیت زیادی دارد.
برای مشاهده مدل‌ها و مشخصات محصولات، به صفحه کمپرسور اسکرو بهسان مراجعه کنید. همچنین می‌توانید برای انتخاب ظرفیت و مدل مناسب، از کارشناسان بهسان مشاوره بگیرید.
سوالات متداول درباره کمپرسور اسکرو
کمپرسور اسکرو چیست؟
کمپرسور اسکرو نوعی کمپرسور دوار و جابه‌جایی مثبت است که با استفاده از دو روتور مارپیچی، هوا را به دام می‌اندازد و با کاهش حجم آن، فشار هوا را افزایش می‌دهد.
کمپرسور اسکرو چگونه کار می‌کند؟
ابتدا هوا از فیلتر ورودی وارد دستگاه می‌شود. سپس در فضای میان دو روتور قرار می‌گیرد و با چرخش آن‌ها فشرده می‌شود. در مدل‌های روغنی، روغن نیز برای خنک‌کاری، آب‌بندی و روانکاری تزریق می‌شود. در نهایت هوای فشرده از مسیر جداسازی و خنک‌کاری عبور کرده و به شبکه مصرف منتقل می‌شود.
ایرند کمپرسور اسکرو چیست؟
ایرند یا هواساز، بخش اصلی کمپرسور اسکرو است که دو روتور مارپیچی درون آن قرار دارند. عملیات مکش و فشرده‌سازی هوا در این بخش انجام می‌شود.
روغن در کمپرسور اسکرو چه نقشی دارد؟
در کمپرسورهای اسکرو روغنی، روغن سه وظیفه اصلی دارد: خنک‌کاری هوای در حال فشرده‌شدن، آب‌بندی فاصله میان روتورها و روانکاری بخش‌های متحرک. پس از فشرده‌سازی نیز روغن از جریان هوا جدا و به مدار خود بازگردانده می‌شود.
تفاوت کمپرسور اسکرو روغنی و بدون روغن چیست؟
در مدل روغنی، روغن وارد محفظه فشرده‌سازی می‌شود؛ اما در مدل بدون روغن، هوا هنگام فشرده‌شدن با روغن تماس مستقیم ندارد. مدل اویل‌فری برای کاربردهایی که خلوص هوای فشرده اهمیت ویژه‌ای دارد، مناسب است.
کمپرسور اسکرو معمولاً چه فشاری تولید می‌کند؟
فشار کاری کمپرسور اسکرو به طراحی و مدل دستگاه بستگی دارد. بسیاری از مدل‌های صنعتی در محدوده فشارهای متداول مانند ۷ تا ۱۳ بار عرضه می‌شوند؛ با این حال، برای اطلاع از فشار دقیق باید مشخصات فنی هر مدل بررسی شود.
جمع‌بندی
کمپرسور اسکرو با استفاده از دو روتور مارپیچی، هوا را به‌صورت پیوسته فشرده می‌کند و به همین دلیل یکی از تجهیزات مهم تأمین هوای فشرده در صنایع مختلف است. آشنایی با نحوه عملکرد ایرند، نقش روغن، تفاوت مدل‌های روغنی و بدون روغن و روش‌های کنترل ظرفیت، به درک بهتر عملکرد این دستگاه کمک می‌کند.
برای انتخاب کمپرسور مناسب نیز باید میزان مصرف هوا، فشار کاری، شرایط محیطی و ساعات فعالیت دستگاه را در نظر گرفت تا سیستم هوای فشرده با نیاز واقعی مجموعه هماهنگ باشد.
