انواع کمپرسورهای پیستونی

كمپرسورهای با پیستون یك طرفه

واژه یك طرفه (Single Acting) به این معنی است كه در فرآیند تـراكم، تنها از یك طرف پیستون برای تراكم گاز استفاده می شود. پیستون های یك طرفه را می توان به صورت تنه ای و یا مجهز به شافت هادی ساخت.

كمپرسورهای با پیستون دو طرفه

برخلاف كمپرسورهای یك طرفه، در این طرح از هر دو سمت پیستون برای تراكم گاز اسـتفاده می شود. برای این منظور لازم است قسمتی كه شافت پیستون از سیلندر خارج می شود آب بندی گردد. استفاده از شافت هادی در این طرح اجباری است تا شافت پیستون فقط دارای حركت عمودی بوده و آب بند كردن آن در محل خروج از سیلندر امكان پذیر باشد. سوپاپها را می توان در قسمت های جانبی، بالا و یا پائین سیلندر نصب نمود. باید دقت شود كه راهگاه های جریان گاز مكش و دهش طوری طراحی شوند كه گـاز بتوانـد بـه قسمت های فوقانی و تحتانی پیستون رسیده (در مرحله مكش) و یا از آن خارج شود (در مرحله دهش).

بدیهی است كه با دو طرفه كردن پیستون، حجم جارو شده توسط پیستون افزایش می یابد، چرا كه وقتی یك سمت پیستون در حال مكش می باشد، سمت دیگر در وضعیت تراكم قرار می گیرد و به همین خاطر در هر كورس پیستون، حجم جارو شده تقریبا دو برابر می شود. البته بدیهی است به خاطر حضور شافت پیستون در قسمت زیرین آن میزان گاز حبس شده در قسمت زیرین در مقایسه با قسمت فوقانی اندكی كمتر می باشد.

كمپرسورهای پیستونی روغنكاری شونده

این كمپرسورها می توانند از نوع تنه ای و یا مجهز به شافت هادی باشند. در كمپرسورهای تنه ای یك طرفه، روانكاری سیلندر بطور مستقیم صورت می گیرد. روغن بكار برده شده برای روانكاری سیلندر توسط رینگ های روغنی (Scraper Ring) از روی سیلندر جدا شده و به كارتل برگشت داده می شود. روغن را می توان از طریق كانالی كه در شاتون، بوش گژن پین و پیستون تعبیه شده است به سیلندر رسانید. روغن كاری سیلندر ممكن است توسط بخار روغن ناشی از گرم شدن روغن در كارتل صورت گیرد. روش دیگر روغنكاری می تواند بصورت پاششی (Splash) باشد. در اثر حركت میل لنگ در داخل روغـن درون كارتل، روغن به اطراف و از جمله سیلندر رسانیده می شود. بدیهی است كه در این روش فقط از یك نوع روغن برای روانكاری تمامی قسمت های مورد نظر در كمپرسور استفاده می شود. در كمپرسورهائی كه دارای شافت هادی می باشند می توان از تمامی ویژگی های فوق استفاده نموده و در كنار آن امكان روغنكاری سیلندر با روغنی متفاوت با روغن بكار برده شده در كارتل نیز وجود دارد. روغنكاری سیلندر میتواند بـروش اجبـاری(Forced) و یا تزریقی (Injection) صورت پذیرد. روغن بكار برده شده برای روان كاری سیلندر همراه با گاز متراكم شده از كمپرسور خارج شده و غیر قابل بازیابی می باشد. البته در مواردی كه حساسیت گاز بـه روغن بكاربرده شده مهم بوده و یا مقدار آن نبایستی از حدی تجاوز نماید می توان از سیستم جداسازی روغن از گاز (Oil Seprator) برای بازیابی بخش اعظمی از روغن مخلوط با گاز متراكم شده استفاده كرد. با این روش می توان غلظت روغن در گاز خروجی را تاحـد ٣-٥ ppm كاهش داد. حسن مهم این نوع روغنكاری در این است كـه می توان برای روغنكاری قطعات متحرك درون كارتل از یك نوع روغن مناسب آن استفاده نمود و در كنار آن بر حسب شـرایط مورد نیاز در سیلندر نظیر سازگاری با گاز مورد تراكم، پایداری در مقابل درجـه حرارت، پایداری در مقابل فرسایش و… می توان روغن مناسب برای روانكاری سیلندر انتخاب نمود. امروزه به كمك روغنهای مصنوعی (Synthetic Oils) با خواص روغن كاری عالی و قابلیت ریز كردن آن جهت روغنكاری به روش ذره ای (Micro Lube) این امكان را ایجاد كرده است كـه بتوان میزان روغن باقی مانده در گاز متراكم شده را به حداقل ممكن كاهش داد. این ویژگی ها باعث كاهش آلودگی گاز، كاهش احتمال آتش گرفتن روغن و كاهش هزینه های بهره برداری از كمپرسور می گردد.

كمپرسورهای پیستونی فاقد روغن

در این قسمت نخست لازم است كه اصطلاح فاقد روغن (Dry or oil Free) در كمپرسورها مورد بحث قرار گیرد. منظور از كمپرسورهای خشك و یا فاقد روغن، عدم بكارگیری از هر نوع روغن در كمپرسور نمی باشد. چرا كه به هر حال قسمت های متعددی از كمپرسور نظیر یاطاقان ها، شاتون، بوش ها، دنده ها و… تحت هر شرایطی باید روغن كاری شده و لذا منظور از كمپرسورهای فاقد روغن (یا خشك) عدم بكارگیری روغن بطور مطلق در كمپرسور نمی باشد؛ بلكه هدف عدم حضور روغن در محفظه تراكم بوده تا گاز مورد تراكم با روغن مخلوط نشود. چرا كه در بسیاری از موارد حضور روغن در گاز مورد تراكم چندان مطلوب نبوده و در موارد خاصی می تواند بسیار خطرناك باشد (نظیر واحدهای تولید اكسیژن كه حضور روغن به میزان كم می تواند موجب بروز انفجار در واحد گردد).

امروزه كمپرسورهای پیستونی فاقد روغن را می توان به دو روش طراحی و تولید نمود:

الف: استفاده از رینگهائی با خاصیت خود روانكاری و مقاومت سایشی خوب. برای این منظور تركیباتی نظیر گرافیت، تفلن آغشته شده به گرافیت، كربن با الیاف شیـشه و… استفاده می شود. این رینگ ها در مقایسه با رینگ های فلزی كه در كمپرسورهای روغنكاری شونده بكار برده می شوند دارای عمر مفید كمتری می باشند. در صورت ضرورت می توان كمپرسورهائی را كه مجهز بـه شافت هادی هستند و سیلندر آن روغنكاری می شود را به كمپرسورهای فاقد روغن تبدیل كرد.

امروزه به لحاظ مشكلات عدیده ای كه كمپرسورهای فاقد روغن دارنـد كـه عمده ترین آن ها فرسایش زودرس رینگ ها، گرانی، پائین بودن راندمان، بالا بودن هزینه های تعمیر و نگهداری و… می باشد، اگر خلوص بالای گاز متراكم شده چندان ضروری نباشد، بسیاری از شركت های سازنده كمپرسور و خریداران آن ترجیح می دهند كه سطح سیلندر را با مقادیر جزئی روغن روانكاری نمایند. این امر به شدت بر روی عمر مفید رینگ ها تأثیر گذاشته و موجب كاهش فرسایش آن می گردد.

در اینجا بررسی به شافت پیستون نیز ضروری می باشد. شافت پیستون در قسمت های زیرین كه با شافت هادی در تماس است آغشته به روغن شده و برای جلوگیری از نشت روغن به محفظه تراكم از طرح های مختلفی برای تمیز كردن سطح شافت از روغن استفاده می شود.  با وجود تمامی اقداماتی كه برای بهبود رفتار این قطعه و تمیز كردن سطح شافت پیستون بكار برده شده است، بازهم ممكن است مقداری روغن به محفظه تراكم برسد. در چنین وضعیتی، هر چند كه كمپرسور فاقد روغن می باشد ولی از نظر شیمیائی نمی توان گاز مورد تراكم را مطلقا فاقد روغن دانست. حال اگر لازم باشد كه گاز مورد تراكم مطلقا فاقد روغن باشد (نظیر هوای مورد استفاده در صنایع غذائی، داروئی و یا هسته ای) این شرایط نمی تواند مورد قبول واقع گردد و باید روش مناسب تری برای جلوگیری از ورود روغن به محفظـه تراكم مورد استفاده قرار گیرد. از سوی دیگر اگر روغن مورد استفاده با گاز مورد تراكم واكنش شیمیائی انجام دهد، وجود لایـه روغن بر روی شافت پیستون نه تنها باعث آلوده شدن گاز می گردد، بلكه محصول واکنش شیمیائی می تواند موجب فرسایش آب بند كننده شافت گردیده و در یك دوره زمـانی طـولانی باعث فاسد شدن روغن گردد. برای حل این مشكل، سازندگان كمپرسور با بكارگیری از یك قطعه رابط و افزایش طول شافت پیستون طوری عمل می كنند كـه قسمت آغشته شده به روغن شافت در قسمت انتهائی كورس پیستون (در حركت رو به بالا) نتواند وارد محفظه تراكم گردیده تا از این طریق بتوان مانع از اختلاط روغن با گاز مورد تراكم شد. بـه ایـن ترتیب كمپرسور را می توان از نظر شیمیائی نیز فاقد روغن دانست. امروزه تقریبا تمامی كمپرسورهای فاقد روغن را مجهز به شافت هادی و قطعه رابط می سازند.

آرایش سیلندرها

امروزه برای ساخت كمپرسورهای پیستونی از طرح های مختلفی استفاده می شـود. برای انتخاب آرایش و طراحی مناسب كمپرسور عوامل متعددی باید مورد توجه قرار گیرد. نوع گاز مورد متراكم، شرایط بهره برداری، تعداد مراحل مورد نیاز برای تراكم گاز تا فشار مورد نظر، هزینه های تولید، روش راه اندازی و شرایط نصب كمپرسور مهمترین عواملی هستند كه در انتخاب آرایش مناسب سیلندرها تاثیر می گذارند. كمپرسورهای یك مرحله ای با یك سیلندر را می توان بصورت عمودی و یا افقی ساخت. نمونه هائی از انواع طرح های كمپرسورهای پیستونی درشكل زیر نشان داده شده است. برای اینكه كمپرسور بصورت چند مرحله ساخته شود، لازم است كه سیلندرها دارای قطرهای مختلفی بوده و یا اینكه اگر قطر داخلی سیلندرها یكی باشند، تعداد سیلندرهای هر مرحله باید از تعداد سیلندرهای مرحله بعدی بیشتر باشد تا عمل تراكم گاز در فضای كوچكتری صورت پذیرد. با توجه به ضرورت خنك كردن گاز در بین دو مرحله، بعضی از طرح ها بر اساس سهولت نصب خنك كن داخلی انتخاب می شوند.

آرایش عمودی از این نظر می تواند مطلوب باشد كه تمامی نیروی وزن پیستون و سایر قطعـات متصل به آن به میل لنگ تحمیل شده حال آنكه در آرایش افقی، وزن پیستون برروی درگیری رینگ ها با سیلندر تأثیر گذاشته و باعث تشدید میزان سایش رینگ ها می شود. با این وجود آرایش افقی به لحاظ سهولت در امر تعمیرات در بسیاری از موارد بر آرایش عمودی و طرح های مشابه به آن ترجیح داده می شود.

گاهی اوقات از یك كمپرسور برای تراكم چند گاز مختلف استفاده می شود و یا اینكـه تعـدادی از سیلندرها بعنوان موتور احتراق داخلی مورد استفاده قرار گرفته و از این طریق انرژی لازم بـرای تراكم گاز تأمین می شود.

با پله ای كردن پیستون می توان با تعداد كمتری سیلندر، تعداد مراحل تراكم را در كمپرسور افزایش داد. به علت بالا رفتن جرم قطعات متحرك، این طرح دارای محدودیت هائی می باشد. تعمیرات این
كمپرسورها در مقایسه با طرحهای دیگر مشكل تر بوده و فقط در شرایط خاصی مورد استفاده
قرار می گیرد.

کمپرسورهای پیستونی تک مرحله ای و چند مرحله ای

بسته به موقعیت هوا در اطراف پیستون، کمپرسورهای پیستونی به تک مرحله‌ای و چند مرحله ای تقسیم بندی می‌شوند.

در کمپرسورهای تک مرحله ای هوا در یک مرحله متراکم می شود، یعنی هوای محیط به درون سیلندر کشیده می شود، سپس با بالا رفتن پیستون درون سیلندر هوا فشرده می شود و به درون مخزن انتقال می یابد. این کمپرسور ها در مدل های تک سیلندر (ظرفیت های کمتر از ۵۰ لیتر در دقیقه) و دو سیلندر (ظرفیت های بیشتر از ۵۰ لیتر در دقیقه) ساخته شده و معمولا برای تولید فشار تا حداکثر ۸ بار مناسب هستند و دبی هوای آنها تا ۷۵۰ لیتر در دقیقه می باشد.

کمپرسور های دو مرحله ای دارای دو سیلندر هستند؛ یکی از آنها سیلندر کم فشار (سیلندر با قطر بزرگتر) و دیگری سیلندر پرفشار (سیلندر با قطرکمتر) می باشد. پستون در سیلندر کم فشار هوا را تا نصف فشار نهایی متراکم می کند، هوا پس از عبور از افتر کولر وارد سیلندر پر فشار می شود و در آنجا توسط پیستون متراکم شده و به فشار نهایی می رسد. کمپرسور های دو مرحله برای تولید حجم های و فشار های بالا (فشار تا حداکثر 10 بار مناسب و دبی هوای تا 1200 لیتر در دقیقه) مناسب هستند.

برای ظرفیت ها و فشارهای بالاتر می توان از کمپرسورهای پیستونی فشار قوی استفاده نمود. این کمپرسورها قادرند تا فشار در حدود 400 بار و ظرفیت 100 تا 3000 لیتر بر دقیقه امکان تولید داشته باشند.

یكی از ویژگی های منحصر به فرد كمپرسورهای پیستونی استفاده از یك كمپرسور برای تراكم چند گاز مختلف می باشد كه در سایر انواع كمپرسورها امكان پذیر نمی باشد. در یك كمپرسور با چند پیستون از هـر سیلندر می توان برای تراكم یك گاز استفاده كرد. به عنوان مثال از یك سیلندر میتوان برای تراكم گـاز پروپان وراه اندازی سیستم تبرید استفاده نموده وبقیه سیلندرها به تراكم گاز اصلی سیستم اختصاص داده شود.