ما هو ضاغط الهواء اللولبي المحقون بالزيت، وكيف يعمل؟

المبدأ التشغيلي الأساسي لـ مُ compriméur d'air à vis injecté d'huile

ديناميكية الدوار اللولبي المزدوج وختم الضغط بفيلم الزيت المتزامن

تعتمد ضواغط الهواء اللولبية المحقونة بالزيت في تشغيلها على دوارات لولبية مصممة بدقة. وعندما يدور الدوار الذكري، الذي يُدار عادةً بواسطة محرك كهربائي، فإن أخاديدَه تتشابك مع أخاديد الدوار الأنثوي أثناء دورانهما في اتجاهين متعاكسين. ويؤدي هذا الحركة المنسّقة إلى تشكيل جيوب هوائية تتحرك على طول طول الضاغط من منفذ السحب إلى منفذ التفريغ. ومع تقدّم هذه الجيوب عبر النظام، ينخفض الفراغ بين الدورتين بنسبة تقارب خمسة أضعاف، وهو ما يؤدي فعليًّا إلى ضغط الهواء. ويؤدي الزيت المحقون ثلاث وظائف مهمة في آنٍ واحد: فهو يشكّل غشاءً رقيقًا يمنع التسرب من الفجوات الصغيرة جدًّا، ويضمن تزييت الأجزاء المتحركة بشكل جيد، ويستوعب الحرارة الناتجة عن عملية الضغط. وبفضل هذه التصميم الذكي، يمكن لهذه الآلات أن تعمل دون انقطاع عند سرعات تتجاوز ٣٠٠٠ دورة في الدقيقة، مع الحفاظ على كفاءة تبلغ نحو ٩٠٪ في معظم التطبيقات الصناعية.

لماذا يسود استخدام الحقن بالزيت في تطبيقات ضواغط الهواء اللولبية الصناعية

يتمسك مصنّعو قطاعات البناء والسيارات بتصاميم الضواغط المغمورة بالزيت لأنها تُعد من الناحية الاقتصادية أكثر معقوليةً بشكل عام. ففي الواقع، يمتص الزيت المحقون حوالي ٧٠٪ من الحرارة الناتجة أثناء التشغيل، ما يعني أن الشركات لَن تضطر إلى تركيب أنظمة تبريد ضخمة. ويسمح ذلك باستخدام وحدات ضواغط أصغر حجمًا، مع القدرة على تلبية معدلات تدفق الهواء بين ٥٠ و٢٥٠ قدمًا مكعبة في الدقيقة، وبضغوط تتراوح بين ١٠٠ و١٥٠ رطلًا لكل بوصة مربعة. ومن المزايا الكبيرة الأخرى أن طبقة الزيت الرقيقة تساعد في خفض مستويات الضوضاء بنسبة تصل إلى ٨–١٢ ديسيبل، ما يجعل هذه الآلات مناسبة حتى في الأماكن التي تفرض فيها اللوائح المحلية قيودًا صارمةً على الضوضاء. علاوةً على ذلك، فإن متطلبات الصيانة أقل نسبيًّا نظرًا لغياب التروس المتزامنة، كما أن أسعار الشراء الأولية تكون أقل بنسبة ٣٠–٤٠٪ مقارنةً بأسعار نظيراتها من الضواغط الخالية من الزيت. وللأغراض اليومية العادية المطلوبة في القطاعات الصناعية، حيث لا تشترط الحاجة إلى درجة كمال مطلقة، تظل الضواغط المحقونة بالزيت الخيار المفضل لمئات المرافق المنتشرة في مختلف القطاعات.

الوظائف الأربعة الحرجة للزيت في ضاغط الهواء اللولبي

وبالإضافة إلى التزييت، يؤدي الزيت ثلاث وظائف حيوية أخرى في الضواغط اللولبية:

• التزييت والختم: القضاء على التسرب العكسي لتعظيم الكفاءة الحجمية
  يشكل الزيت ختمًا ديناميكيًّا بين الدوارات، مما يقلل من تسرب الهواء ("التسرب العكسي") بنسبة تصل إلى ١٥٪ ويحافظ على الكفاءة الحجمية عند مستوى يفوق ٩٠٪.

• التبريد: امتصاص نحو ٧٠٪ من حرارة الانضغاط — عناصر الإدارة الحرارية الأساسية
  يُحقن الزيت ليَلتقط الجزء الأكبر من الطاقة الحرارية الناتجة أثناء عملية الانضغاط، ما يمنع ارتفاع درجة حرارة الدوارات ويسهّل التشغيل المستقر ضمن نطاقات الضغط الصناعي القياسية.

• تخفيض الضوضاء: يقلل امتصاص الزيت للصوت بطبقة زيتية من الانبعاثات الصوتية بمقدار ٨–١٢ ديسيبل (أ)
  تؤدي الطبقة الزيتية بين الأسطح الدوارة دورًا فعّالًا كمادة ماصة للصوت، ما يخفض مستوى الضوضاء التشغيلية إلى ٧٠–٧٥ ديسيبل (أ) — وهي مستويات تقع ضمن الحدود المسموح بها وفق معايير إدارة السلامة والصحة المهنية (OSHA) للتعرّض المستمر في أماكن العمل.

تتيح هذه التكاملات متعددة الوظائف لضواغط المسمار ذات حقن الزيت، عند صيانتها بشكلٍ سليم، تحقيق أكثر من ٥٠٬٠٠٠ ساعة تشغيل.

المكونات الرئيسية وعملية فصل الزيت عن الغاز

وحدة الضغط (Air-end)، ووعاء الزيت (oil sump)، ومبرد الزيت (oil cooler): تحكم متكامل في الحرارة والتدفق

داخل وحدة الضغط توجد تلك الدوارات المزدوجة التي تقوم بالجزء الأكبر من عملية الضغط. وفي الوقت نفسه، يعمل وعاء الزيت كخزان لتخزين زيت التزييت ضمن هذا النظام المغلق. وعندما يمر الزيت من وعاء التخزين إلى وحدة الضغط، فإنه يساعد على إحكام الختم بشكلٍ مناسب ويظل باردًا أثناء التشغيل. وبعد مروره عبر مبرد الزيت، حيث يتم تصريف نحو ثلثي كمية الحرارة الناتجة تقريبًا، يعود الزيت إلى وحدة الضغط بدرجة لزوجة مناسبة تمامًا. وبفضل هذا التحكم الدقيق في درجة الحرارة، يمكن للزيت أن يحافظ على كفاءة الحجم المناسبة حتى عند تشغيل الجهاز لفترات طويلة دون ارتفاع درجة حرارته بشكلٍ مفرط.

فصل متعدد المراحل: تجميعي، وامتزازي، وترشيح ميكانيكي لتحقيق نسبة نقل زيت أقل من ٣ أجزاء في المليون (ppm)

يحدث فصل الزيت عن الغاز بعد الضغط عبر عدة خطوات متصلة. وتتمثل الخطوة الأولى في استخدام قوة الطرد المركزي داخل جهاز الفصل لإزالة حوالي ٩٥٪ من قطرات الزيت الأكبر حجمًا. أما ما يتبقى فيُعالَج بعد ذلك بواسطة مرشحات تجميع تُجمِّع تلك الجسيمات الدقيقة من الزيت لتكوين قطرات أكبر يمكن تصريفها فعليًّا. أما بالنسبة للجسيمات الأصغر حقًّا، فإننا نعتمد على وسائط الامتزاز، والتي تتكوّن عادةً من الفحم النشط المخلوط في مكانٍ ما ضمن النظام، وذلك لالتقاط تلك الهباءات التي يقل قطرها عن الميكرون. كما تعمل مرشحات ميكانيكية في الخلفية طوال الوقت لالتقاط أي جسيمات صلبة قد تأتي من اتجاه التدفق العكسي (من المدخل). وعندما يعمل النظام بكفاءة تامة، يحافظ هذا النظام ككل على نسبة الزيت المنقول مع الهواء عند أقل من ٣ أجزاء في المليون في معظم الأوقات، ما يعني هواءً أنظف في المرحلة التالية وحماية أفضل لأي معدات موجودة في اتجاه التدفق التالي (بعد هذه المرحلة).

الضواغط الهوائية اللولبية ذات السرعة الثابتة مقابل الضواغط ذات التحكم المتغير في السرعة (VSD): آثار ذلك على إدارة الزيت والكفاءة

تحافظ ضواغط المسمار ذات السرعة الثابتة القياسية على تشغيل محركها عند نفس عدد الدورات في الدقيقة (RPM) بغض النظر عن حجم الطلب، وتُكيّف الإنتاج عبر صمامات السحب عند الحاجة. وتكفي هذه البساطة للتطبيقات الأساسية، لكنها تترتب عليها تكاليف إضافية في الأوقات التي يتطلب فيها التشغيل حملاً جزئيًّا فقط. فتُهدر الطاقة لأن المحرك يبقى دائرًا حتى عندما لا يكون هناك الكثير من العمل الذي يؤديه. وهنا بالضبط تتفوق نماذج القيادة ذات المتغير السرعة (VSD). إذ يمكن لهذه الآلات تعديل سرعة المحرك فعليًّا استنادًا إلى كمية الهواء المطلوب ضخّها في اللحظة الراهنة، مما يقلل استهلاك الطاقة بنسبة تتراوح بين ٣٠ و٥٠ في المئة في المرافق التي تتغير فيها متطلبات الاستهلاك على مدار اليوم. كما أن لهذا التأثير انعكاساتٌ كبيرةٌ على أنظمة الزيت. فوحدات السرعة الثابتة تعمل في ظروف حرارية مستقرة نسبيًّا، لذا يظل الزيت باردًا وتؤدي الفلاتر وظيفتها بشكلٍ متوقعٍ في معظم الأوقات. أما ضواغط VSD فهي تواجه تقلبات حرارية شديدة ومعدلات تدفق زيت متغيرة باستمرار أثناء التسارع والتباطؤ. وهذا يعني أن المصممين يجب أن يوفروا حلول تبريدٍ أفضل وأنظمة ترشيحٍ دقيقة جدًّا للحفاظ على لزوجة الزيت عند المستوى الأمثل عبر مختلف السرعات. وإلا فإن مشكلاتٍ تظهر في مجالات التزييت وسلامة الحشوات و Carry-over الزيت الزائد إلى تيارات الهواء المضغوط أثناء تلك التغيرات المتكررة في السرعة.

الأسئلة الشائعة

ما هي الأدوار الرئيسية الثلاث للزيت في ضاغط الهواء المسمار؟

يعمل الزيت في ضاغط الهواء المسمار كزيت لتحريك الأجزاء، ويشكل ختمًا لمنع تسرب الهواء، ويمتص الحرارة الناتجة أثناء الضغط.

لماذا يتم تفضيل ضاغطات المسمار المحقن بالزيت في التطبيقات الصناعية؟

يتم تفضيلها بسبب كفاءتها من حيث التكلفة ، وامتصاص الحرارة بكفاءة من قبل الزيت ، وتقليل مستويات الضوضاء ، وانخفاض الصيانة ، وتكاليف البداية الرخيصة مقارنةً بالنماذج الخالية من الزيت.

كيف يوفّر ضاغط بدرجة التحرّك المتغيّرة الطاقة؟

ضاغطات VSD تعدل سرعات المحرك وفقًا للطلب ، مما يقلل من استهلاك الطاقة بنسبة 30 إلى 50٪ من خلال تجنب تشغيل المحرك غير الضروري خلال فترات انخفاض الطلب.