کمپرسور هوای پیچی با روغن‌زنی شده چیست و چگونه کار می‌کند؟

اصل اصلی کارکرد کمپرسور هوا بر پایه مارپیچ با تزریق روغن

دینامیک روتورهای دوگانهٔ پیچی و فشرده‌سازی هم‌زمان با فیلم روغن

کمپرسورهای هوای پیچی با تزریق روغن، برای عملکرد خود به روتورهای هلیکال طراحی‌شده با دقت متکی هستند. وقتی روتور مرد (شافت محرک) معمولاً توسط یک موتور الکتریکی به چرخش درمی‌آید، شیارهای آن با شیارهای روتور زن (شافت متحرک) در جهت‌های مخالف همگام می‌چرخند. این حرکت هماهنگ، حفره‌های هوایی را ایجاد می‌کند که از ورودی تا خروجی در طول کمپرسور جابه‌جا می‌شوند. هنگامی که این حفره‌ها در سیستم پیش‌رو می‌شوند، فاصله بین روتورها تقریباً پنج برابر کاهش می‌یابد که این امر دقیقاً عامل فشرده‌سازی هوای ورودی است. روغن تزریق‌شده سه نقش مهم همزمان ایفا می‌کند: ایجاد لایه‌ای نازک که از نشتی از شکاف‌های ریز جلوگیری می‌کند، روان‌کاری مناسب قطعات متحرک، و دفع گرمای تولیدشده در فرآیند فشرده‌سازی. به دلیل این طراحی هوشمندانه، این ماشین‌ها قادرند بدون وقفه و با سرعتی بالاتر از ۳۰۰۰ دور در دقیقه کار کنند و در بیشتر کاربردهای صنعتی بازدهی حدود ۹۰ درصدی را حفظ نمایند.

چرا تزریق روغن در کاربردهای صنعتی کمپرسورهای پیچی غالب است

سازندگان در صنایع ساخت‌وساز و خودروسازی به طراحی‌های روغن‌خورده پایبند هستند، زیرا این طراحی‌ها از نظر اقتصادی کلی معقول‌تر هستند. روغن تزریق‌شده در واقع حدود ۷۰ درصد از گرمای تولیدشده در حین کار را جذب می‌کند؛ بنابراین شرکت‌ها مجبور نیستند سیستم‌های خنک‌کننده بسیار بزرگی نصب کنند. این امر امکان استفاده از واحد‌های فشرده‌ساز کوچک‌تر را فراهم می‌سازد که همچنان قادر به تأمین دبی جریان هوا در محدوده ۵۰ تا ۲۵۰ فوت مکعب در دقیقه (CFM) در فشارهایی بین ۱۰۰ تا ۱۵۰ پوند بر اینچ مربع (PSI) هستند. امتیاز بزرگ دیگر این است که لایه روغن سطحی سطح صدای تولیدشده را تقریباً ۸ تا ۱۲ دسی‌بل کاهش می‌دهد و این امر باعث می‌شود این ماشین‌آلات حتی در مکان‌هایی که مقررات سخت‌گیرانه‌ای درباره سطح صدا وجود دارد، قابل استفاده باشند. علاوه بر این، نیاز به نگهداری کمتری وجود دارد، زیرا این سیستم‌ها فاقد چرخ‌دنده‌های زمان‌بندی هستند و قیمت اولیه خرید آن‌ها ۳۰ تا ۴۰ درصد پایین‌تر از قیمت مدل‌های بدون روغن است. برای بیشتر نیازهای روزانه صنعتی به هوای فشرده که در آن کیفیت مطلق الزامی نیست، فشرده‌سازهای روغن‌تزریقی همچنان انتخاب اولیه بی‌شمار واحد تولیدی در بخش‌های مختلف باقی مانده‌اند.

چهار عملکرد حیاتی روغن در کمپرسور هوای پیچی

فراتر از روان‌کاری، روغن سه نقش دیگر حیاتی نیز در کمپرسورهای پیچی ایفا می‌کند:

• روان‌کاری و آب‌بندی: حذف نشتی هوای فشرده برای بیشینه‌سازی بازده حجمی
  روغن لایه‌ای پویا بین روتورها ایجاد می‌کند که نشتی هوای فشرده («بلو-بای») را تا ۱۵٪ کاهش داده و بازده حجمی را بالاتر از ۹۰٪ حفظ می‌نماید.

• خنک‌کنندگی: جذب حدود ۷۰٪ از گرمای تولیدشده در فرآیند فشرده‌سازی — اصول اساسی مدیریت حرارتی
  روغن تزریق‌شده بخش عمده‌ای از انرژی حرارتی تولیدشده در طول فرآیند فشرده‌سازی را جذب می‌کند و از گرم‌شدن بیش از حد روتورها جلوگیری نموده و امکان عملکرد پایدار را در محدوده‌های فشار صنعتی استاندارد فراهم می‌سازد.

• کاهش سر و صدا: میرایی ناشی از لایه روغن، سطح انتشار صوتی را ۸ تا ۱۲ دسی‌بل(A) کاهش می‌دهد
  لایه روغن بین سطوح در حال چرخش به‌عنوان یک میراگر صوتی مؤثر عمل می‌کند و سطح سر و صدای عملیاتی را به ۷۰ تا ۷۵ دسی‌بل(A) کاهش می‌دهد — مقداری که به‌وضوح در محدوده استانداردهای OSHA برای قرارگیری پیوسته در محیط کار قرار دارد.

این ادغام چندکاره امکان می‌دهد که کمپرسورهای پیچی با روغن‌زنی مناسب، بیش از ۵۰٬۰۰۰ ساعت کارکرد داشته باشند.

اجزای کلیدی و فرآیند جداسازی روغن-گاز

بخش هوایی (Air-end)، مخزن روغن و خنک‌کننده روغن: کنترل یکپارچهٔ حرارتی و جریانی

در داخل بخش هوایی (air end) دو روتور همسان قرار دارند که بیشترین بار فشرده‌سازی را بر عهده دارند. در همین حال، مخزن روغن به‌عنوان ظرفی برای ذخیره‌سازی روغن روان‌کننده در این سیستم بسته عمل می‌کند. هنگامی که روغن از مخزن به بخش هوایی جریان می‌یابد، به حفظ درست بسته‌بودن سیستم کمک کرده و در طول کار، دمای آن پایین نگه داشته می‌شود. پس از عبور از خنک‌کننده روغن، که حدود دو سوم کل گرمای تولیدشده در آن آزاد می‌شود، روغن با ضخامت مناسبی به بخش هوایی بازمی‌گردد. این کنترل دقیق دما باعث می‌شود که روغن حتی در دوره‌های طولانی کارکرد دستگاه و بدون افزایش بیش از حد دما، بازده حجمی مناسبی را حفظ کند.

جداسازی چندمرحله‌ای: ادغام‌شدن (Coalescing)، جذب سطحی (Adsorption) و فیلتراسیون مکانیکی برای کمتر از ۳ ppm انتقال روغن

جداسازی نفت و گاز پس از فشرده‌سازی از طریق چند مرحلهٔ مرتبط و پیاپی انجام می‌شود. در اولین مرحله، از نیروی گریز از مرکز در داخل جداکننده استفاده می‌شود تا حدود ۹۵ درصد قطرات بزرگ‌تر نفت حذف شوند. آنچه باقی می‌ماند، در مرحلهٔ بعد توسط فیلترهای هم‌آویختگی (کوآلِسنس) پردازش می‌شود که ذرات ریز نفت را با یکدیگر ترکیب کرده و به قطرات بزرگ‌تری تبدیل می‌کنند تا بتوان آنها را به‌راحتی تخلیه نمود. برای ذرات بسیار ریز، از محیط‌های جذب سطحی—معمولاً شامل زغال فعال—استفاده می‌شود که این ائروسل‌های زیرمیکرونی را جذب می‌کند. همچنین در طول کل این مسیر، فیلتراسیون مکانیکی به‌صورت پشت‌پرده عمل می‌کند تا هرگونه ذرهٔ معلق واردشده از سمت بالادست را به دام بیندازد. هنگامی که کل این سیستم به‌درستی کار می‌کند، میزان انتقال نفت (oil carryover) را در اکثر موارد زیر ۳ قسمت در میلیون نگه می‌دارد؛ این امر به معنای هوای پاک‌تری است که به سمت جلو ارسال می‌شود و محافظت بهتری برای تجهیزات قرارگرفته در سمت پایین‌دست فراهم می‌کند.

کمپرسورهای هوای پیچی با سرعت ثابت در مقابل کمپرسورهای هوای پیچی با سرعت متغیر (VSD): پیامدهای مدیریت روغن و بازدهی

کمپرسورهای پیچی سرعت ثابت استاندارد، موتور خود را در هر شرایطی با دور یکسان (RPM) به کار می‌اندازند، صرف‌نظر از میزان تقاضا، و در صورت نیاز، خروجی را از طریق شیرهای ورودی تنظیم می‌کنند. سادگی این روش برای کاربردهای پایه مناسب است، اما در زمان‌هایی که فقط بار جزئی مورد نیاز است، هزینه‌های اضافی به دنبال دارد. انرژی هدر می‌رود، زیرا موتور حتی زمانی که کار کمی برای انجام دارد، همچنان در حال چرخش است. در اینجا است که مدل‌های مجهز به درایو سرعت متغیر (VSD) درخشش می‌یابند. این دستگاه‌ها قادرند سرعت موتور را به‌طور واقعی بر اساس میزان هوای مورد نیاز در هر لحظه تغییر دهند، که این امر مصرف انرژی را در مراکزی که طی روز تقاضای متغیری دارند، حدود ۳۰ تا ۵۰ درصد کاهش می‌دهد. تأثیر این موضوع بر سیستم‌های روغنی نیز بسیار قابل توجه است. واحدهای سرعت ثابت در شرایط حرارتی تقریباً پایداری کار می‌کنند؛ بنابراین روغن خنک می‌ماند و فیلترها بیشتر اوقات به‌صورت قابل پیش‌بینی عمل می‌کنند. اما کمپرسورهای VSD در حین افزایش و کاهش سرعت، با نوسانات دمایی گوناگون و نرخ‌های جریان روغن متغیری روبه‌رو می‌شوند. این امر به معنای آن است که سازندگان نیازمند راه‌حل‌های خنک‌کننده‌ی بهتر و سیستم‌های فیلتراسیون بسیار دقیق‌تری هستند تا ویسکوزیته‌ی روغن را در تمام سرعت‌های مختلف در سطح مناسبی حفظ کنند. در غیر این صورت، مشکلاتی از قبیل کمبود روان‌کاری، نقص در یکپارچگی آب‌بندی‌ها و انتقال بیش از حد روغن به جریان هوای فشرده در طول تغییرات مکرر سرعت، پیش می‌آید.

سوالات متداول

سه نقش اصلی روغن در کمپرسور هوای پیچی چیست؟

روغن در کمپرسور هوای پیچی به‌عنوان روان‌کنندهٔ قطعات متحرک عمل می‌کند، آب‌بندی ایجاد می‌کند تا از نشت هوای فشرده جلوگیری شود و گرمای تولیدشده در حین فشرده‌سازی را جذب می‌کند.

چرا کمپرسورهای پیچی با تزریق روغن در کاربردهای صنعتی ترجیح داده می‌شوند؟

این کمپرسورها به دلیل مقرون‌به‌صرفه‌بودن، جذب کارآمد گرما توسط روغن، کاهش سطح صدا، نیاز کمتر به نگهداری و هزینهٔ اولیهٔ پایین‌تر نسبت به مدل‌های بدون روغن ترجیح داده می‌شوند.

کمپرسور مجهز به درایو سرعت متغیر چگونه انرژی را صرفه‌جویی می‌کند؟

کمپرسورهای VSD با تنظیم سرعت موتور بر اساس تقاضا، مصرف انرژی را تا ۳۰ تا ۵۰ درصد کاهش می‌دهند؛ زیرا در دوره‌های کم‌تقاضا از کارکرد غیرضروری موتور جلوگیری می‌کنند.