کمپرسور رفت و برگشتی یا پیستونی یکی از قدیمی ترین انواع کمپرسورهای صنعتی است. در گذشته از این کمپرسورها در ساخت یخچال ها و وسایل تهویه هوا استفاده می شد. امروزه نیز کمپرسور های پیستونی کاربردهای فراوانی دارند. از ساخت انواع وسایل سرما ساز گرفته تا استفاده های صنعتی دیگر. در این مقاله قصد داریم به بررسی نحوه عملکرد این مدل از کمپرسورها بپردازیم. سپس مزایا و معایب آن را نام ببریم و بیشتر با آن آشنا شویم؛ با ما همراه باشید.
آشنایی با کمپرسور های رفت و برگشتی
کمپرسور های پیستونی را باید مادر تمام کمپرسورهای امروزی دانست. این کمپرسور ها از لحاظ عملکرد بسیار شبیه به محفظۀ احتراق خودروها عمل می کنند؛ با این تفاوت که در لحظه فشرده سازی سیال دیگر خبری از جرقه و انفجار نبوده و گاز فشرده شده، باید از سمت شیر خروجی به بیرون هدایت شود. برای بررسی کمپرسور های رفت و برگشتی می توان آن ها را به صورت بخش های جداگانه بررسی کرد. عمل فشرده سازی در یک کمپرسور پیستونی به کمک رفت و برگشت پیستون ها در داخل سیلندر انجام می شود.
تعداد این پیستون ها ظرفیت کمپرسور را تعیین کرده و آن را بالا می برد. حرکت رفت و برگشتی پیستون ها به صورت خطی است. ولی نیروی محرکه‌ای که این حرکت خطی را به وجود می آید، یک میل لنگ است که حرکت دورانی دارد. میل لنگ به کمک موتور دستگاه به حرکت در آمده و به صورت پیاپی حرکتی دورانی شکل را طی می کند. از طرفی هر پیستون به کمک شاتون ها به میل لنگ متصل می شوند. به این صورت حرکت دورانی میل لنگ به حرکت خطی و رفت و برگشتی پیستون ها تبدیل شده و عملیات مکش، فشرده سازی و تخلیه در کمپرسور های پیستونی انجام می شود.
نحوه عملکرد کمپرسور پیستونی
عملکرد یک کمپرسور رفت و برگشتی را می توان در سه مرحله دسته بندی کرد. این مراحل را در ادامه می بینید :
- عملیات مکش : با شروع حرکت میل لنگ، پیستون ها در داخل سیلندر شروع به حرکت کرده و به سمت پایین کشیده می شوند. همزمان با شروع این حرکت، شیر ورودی دستگاه باز می شود. این اتفاق در داخل محفظه سیلندر ایجاد خلأ کرده و سبب مکش گاز از شیر ورودی دستگاه می گردد.
- عملیات فشرده سازی : پس از اینکه حرکت پیستون کامل شد و به پایین ترین حد ممکن رسید، حرکت به سمت بالا را شروع می کند. در این حالت شیر ورود و خروج سیلندر بسته بوده و با حرکت پیستون دما و فشار گاز افزایش می یابد.
- عملیات تخلیه : وقتی دما و فشار گاز به میزان تعیین شده برسد، شیر خروجی سیلندر باز شده، گاز با فشار بالا به بیرون تخلیه می شود. زمانی که پیستون به انتهای مسیر سیلندر برسد سیکل حرکت تکمیل شده و مجدداً به نقطۀ آغازین باز خواهد گشت.
کمپرسور های پیستونی به صورت رفت و برگشتی و منقطع کار می کنند. همین عامل سبب ایجاد لرزش های بالا و سروصداهای زیادی می شود.
دسته بندی انواع کمپرسور رفت و برگشتی
کمپرسور های پیستونی را می توان با توجه به عملکرد و یا ظرفیت تولید دسته بندی کرد. در درجه اول این تقسیم بندی به صورت تک مرحله‌ای و یا دو مرحله‌ای بودن انجام می گیرد. اگر وضعیت گاز مبرد به گونه‌ای باشد که تنها در یک طرف پیستون عملیات فشرده سازی صورت بگیرد، به آن کمپرسور تک مرحله ای گفته می شود. اگر طراحی کمپرسور به گونه‌ای باشد که از هر دو طرف پیستون بتوان برای عملیات فشرده سازی مبرد استفاده کرد، به آن کمپرسور دو مرحله ای می‌گویند.
دیگر دسته بندی هایی که برای کمپرسورهای رفت و برگشتی معمول است، دسته بندی بر اساس ساختار، ظرفیت و دمای عملکرد است.
بر اساس ساختار
- کمپرسورهای باز : در کمپرسورهای باز موتور و محفظه کمپرسور از یکدیگر جدا هستند. کمپرسور های یخچال برای مثال در این دسته قرار می گیرند.
- کمپرسورهای نیمه باز : پوسته این کمپرسورها کاملا بسته نیست و با پیچ مونتاژ شده و در صورت خرابی قابلیت تعمیر را دارند. کمپرسورهای با ظرفیت بالا معمولاً در این دسته قرار می گیرند.
- کمپرسورهای بسته : کمپرسورهای بسته قابلیت تعمیر ندارند. در این کمپرسورها موتور و محفظه در کنار هم هستند. معمولاً کمپرسورهای کوچک در این دسته قرار می گیرند.
بر اساس ظرفیت
- کمپرسورهای ریز : ظرفیت کمتر از 3.5 کیلووات
- کمپرسورهای کوچک : ظرفیت از 3.5 تا 23 کیلووات
- کمپرسورهای متوسط : ظرفیت از 23 تا 105 کیلووات
- کمپرسورهای بزرگ : ظرفیت بالاتر از 105 کیلووات
بر اساس دمای عملکرد
- دمای بالا : کمپرسورهایی که برای تهویه مورد استفاده قرار می گیرند.
- دمای متوسط : کمپرسورهای سردخانه ای تا حد دمای بالای صفر درجه سلسیوس
- دمای پایین : کمپرسورهای سردخانه ای مخصوص دماهای زیر صفر درجه سلسیوس
مزایای کمپرسور های پیستونی
- کاربرد فراوان : کمپرسورهای پیستونی از قدیمی ترین انواع کمپرسورها بوده و در صنایع متفاوتی کاربرد دارند.
- تنوع ظرفیت : از کمپرسورهای پیستونی به این خاطر که با ظرفیت های متفاوتی قابل تولید هستند، در دستگاه های مختلفی می توان استفاده کرد. از سردخانه های بزرگ گرفته تا یخچال های کوچک خانگی.
معایب کمپرسور های رفت و برگشتی
کمپرسورهای پیستونی چون نسبت به دیگر کمپرسورهای صنعتی قدیمی تر هستند، نقص های بیشتری هم دارند. نقایص زیر را می توان برای انواع کمپرسورهای پیستونی برشمرد:
- بازدهی پایین : بازدهی کمپرسورهای پیستونی به خاطر نشتی پیستون و سیلندر و همچنین منقطع بودن عملکرد نسبت به دیگر انواع کمپرسورها پایین‌تر است.
- اشغال فضای زیاد و وزن بالا : در طراحی کمپرسورهای پیستونی از قطعات زیادی استفاده می شوند که سبب بالا رفتن وزن دستگاه شده و فضای زیادی را نیز اشغال می کند.
- سروصدای بالا : به خاطر منقطع بودن عملکرد دستگاه، کمپرسورهای پیستونی سروصدا و لرزش بالایی دارند.
- حساسیت نسبت به ورود مایعات : اگر آب یا مایع دیگری به محفظه های سیلندر وارد شود، تولید سروصدای زیادی کرده و در ادامه به پیستون ها و بدنه سیلندر آسیب وارد می کند.
- هزینه های بالای نگهداری : ساختار پیچیده کمپرسورهای پیستونی سبب شده تا هزینه های نگهداری و تعمیر آنها به خصوص در صنایع بزرگ بالا رفته و استفاده از آن ها مقرون به صرفه نباشد.
جمع بندی
کمپرسورهای پیستونی که به کمپرسورهای رفت و برگشتی نیز معروف هستند، شبیه به محفظه احتراق خودرو عمل می کنند. کمپرسورهای پیستونی را در ظرفیت های متفاوتی می توان تولید کرد که این موضوع از مزیت های آن به شمار می رود. ولی به این خاطر که سروصدای زیادی تولید می کنند و بازدهی پایینی نسبت به دیگر کمپرسورها دارند، امروزه کمتر در صنایع مورد استفاده قرار می گیرند.