منبع آلودگی هوای فشرده | آلودگی با کمپرسور هوا

در این مقاله قرار است مروری بر عملکرد کمپرسور اسکرو اویل اینجکت و آلودگی با کمپرسور هوا داشته باشیم.
اصطلاحات مختلفی برای توصیف کمپرسور اویل اینجکت (Oil Injected / Oil Lubricated / Contact Cooled) استفاده می شود.
با این حال همه این نام ها یک چیز مشترک دارند.
این کمپرسورهای هوای فشرده از روغن برای سیلینگ، خنک کردن و روانکاری استفاده می کنند.
در واقع، کمپرسور اویل اینجکت تقریباً ۷۵ درصد از کمپرسورهای اسکرو صنعتی فروخته شده در سطح جهان را تشکیل می دهد.

از آنجایی که کمپرسور اسکرو روتاری رایج ترین آنها است، این نوع کمپرسور هوای فشرده برای توصیف عملکرد اولیه کمپرسور اویل اینجکت استفاده شده است.

اجزا و عملکرد کمپرسور اویل اینجکت هوای فشرده

در بررسی آلودگی با کمپرسور هوا ، بررسی اجزا و عملکرد کمپرسورهای هوای فشرده بسیار مهم است. عملیات زیر را می توان برای عملکرد کمپرسورهای اویل اینجکت در نظر گرفت:

1. راندن یا Drive

یک موتور، معمولا الکتریکی (گاهی اوقات دیزل در کمپرسورهای پرتابل)، برای به راندن مرحله کمپرس استفاده می شود.

2. فشرده سازی

در بررسی آلودگی با کمپرسور هوا و شناخت اجزا کمپرسور های هوای فشرده، بررسی این مرحله بسیار اهمیت دارد.
مرحله فشرده سازی معمولاً به عنوان “ایر اند (air end)” شناخته می شود.
از دو روتور مشبک (اسکرو مارپیچ)، یکی نر و یکی ماده تشکیل شده است.
یک روتور معمولاً مستقیماً توسط موتور هدایت می شود (سرعت آن توسط چرخ دنده کنترل می شود).
در حالی که دیگری به طور معمول آزادانه در حال چرخش است (روغن لوبریکنت رانده می شود).

با چرخش اسکرو ها، هوای محیط به انتهای هوا کشیده می شود، در جیب های بین دو پیچ محبوس می شود و فشرده می شود.
تا زمانی که روتورها می چرخند، هوا در یک انتها به داخل کشیده می شود و با فشار از طرف دیگر تخلیه می شود.
یک شیر بدون بازگشت از تخلیه هوا از طریق کمپرسور در زمانی که موتور محرک خاموش است جلوگیری می کند.

۳٫ آب بندی یا Sealing

در حین کار، روغن برای آب بندی به مرحله فشرده سازی تزریق می شود.
دو روتور در ایر اند به دلیل وجود روغن با یکدیگر تماس ندارند.
این روغن یک مهر و موم بسیار کارآمد را فراهم می کند که امکان فشرده سازی هوای محیط را هم فراهم می سازد.

4. خنک کردن یا Cooling (خنک کردن هوای فشرده در حین فشرده سازی / روتورها / محفظه انتهایی هوا)

هنگامی که هوای محیط فشرده می شود، گرما تولید می شود.
(که معمولاً به عنوان گرمای فشرده سازی نامیده می شود).
روغن موجود در کمپرسور اویل اینجکت مستقیماً هوای فشرده، روتورها و محفظه انتهایی هوا را خنک می کند. با این کار تا ۸۰ درصد گرمای مرحله تراکم را می توان توسط روغن حذف کرد.
این امر دمای تخلیه انتهایی هوا را پایین نگه می دارد و راندمان را افزایش می دهد.
پس در بررسی آلودگی با کمپرسور هوا این نکته بسیار مهم است.
دمای معمولی هوا بین ۸۰ درجه سانتیگراد و ۱۲۰ درجه سانتیگراد است.
بنابراین برای بیشتر فشارهای کاری صنعتی، استفاده از خنک کننده مستقیم با روغن امکان فشرده سازی را تنها با یک ایر اند (تک مرحله ای) می دهد.

۵٫ روغن کاری یا Lubrication

از آنجایی که کمپرسورهای هوا از قطعات متحرک زیادی (برینگ ها و چرخ دنده ها) تشکیل شده اند، از روغن هم برای روانکاری این قطعات استفاده می شود.

6. احیای روغن یا Oil reclamation

پس از فشرده سازی، هوای فشرده اکنون مملو از روغن است.
این روغن خود می تواند از عوامل مهم برای آلودگی با کمپرسور هوا باشد.
پس این امر باید در بررسی آلودگی با کمپرسور هوا بسیار مهم توجه قرار گیرد.
یک فیلتر جداسازی هوا/روغن تعبیه شده در یک سیستم روانکاری لوپ بسته برای بازیابی روغن از هوای فشرده قبل از خروج از کمپرسور استفاده می شود.
روغن برای رها شدن از آلودگی پارتیکلی فیلتر شده و قبل از گردش مجدد خنک می شود.
اینجا همان جایی است که یک بار دیگر برای آب بندی، خنک سازی و روانکاری استفاده می شود.

مروری بر عملکرد کمپرسور اسکرو اویل اینجکت در بررسی آلودگی با کمپرسور هوا

1. حمل روغن (آئروسل)

فیلتر مورد استفاده در سپراتور هوا/روغن با سطوح بالای روغن مایع و آئروسل های روغن سروکار دارد.
با توجه به نحوه عملکرد فیلترهای مکانیکی، سپراتور هوا / روغن قادر به بازیابی ۱۰۰% روغن نیست.
در نتیجه مقدار کمی آئروسل روغن در هوای فشرده باقی می ماند و از کمپرسور خارج می شود.
این خود به عنوان “حمل روغن” شناخته می شود.
برای بررسی دقیق آلودگی با کمپرسور هوا ، مشخصات مربوط به کمپرسورهای اویل اینجکت معمولاً رقمی برای انتقال روغن ارائه می دهد.
مقادیر معمول حمل روغن برای انواع کمپرسورهای صنعتی رایج در جدول زیر نشان داده شده است:

یادداشت مهم:

دقت کنید که بخارات روغن (هیدروکربن ها و VOC) از هوای محیط می تواند توسط روغن لوبریکنت در طول فشرده سازی جذب شود.

۲٫ حمل روغن (بخارات روغن)

همانطور که روغن لوبریکنت در حین کار گرم می شود، میزان تبخیر آن هم افزایش می یابد.
(البته این میزان بین لوبریکنت های مختلف متفاوت است).
بنابراین بخارات روغن توسط یک کمپرسور هوای اویل اینجکت به هوای فشرده وارد می شود.
از آنجایی که روغن در فاز بخار است، توسط سپراتور هوا/روغن کاهش نمی یابد.

۳٫ خنک شدن هوا پس از فشرده سازی (افترکولر)

در بررسی آلودگی با کمپرسور هوا این مرحله هم اهمیت بالایی دارد.
هوای خروجی از مرحله تراکم کمپرسور هوای اویل اینجکت، اگرچه توسط روغن لوبریکنت خنک می شود، هنوز برای استفاده بسیار داغ است.
بنابراین نیاز به خنک شدن بیشتر دارد.
این خنک سازی توسط افترکولر انجام می شود.
بسیاری از کمپرسورهای صنعتی یک افترکولر یکپارچه را در داخل بسته کمپرسور تعبیه می کنند.
در حالی که برخی از تولیدکنندگان ممکن است آنها را به عنوان اقلام اضافی و خارجی عرضه کنند.

افترکولرها را می توان به دو نوع خنک کننده با هوا و خنک کننده با آب تقسیم کرد که معمول ترین آنها خنک کننده با هوا است.

۴٫ افترکولر خنک شونده با هوا

این بخش اساساً طول زیادی از لوله‌های سیم پیچی برای تشکیل یک بسته خنک‌کننده را تشکیل می دهد که از موادی با خواص انتقال حرارت بالا تولید می‌شود.
پس در بررسی آلودگی با کمپرسور هوا ، بررسی این بخش هم اهمیت بالایی دارد.
بسیاری از این لوله ها «پره‌های خنک‌کننده» اضافی را برای انتقال حرارت اضافی به لوله‌ها متصل می‌کنند.
یک فن خنک کننده بزرگ هوای محیط را روی بسته خنک کننده می دمد.
در نتیجه گرمای هوای فشرده به هوای در حال حرکت محیط منتقل می شود.
یک افترکولر معمولی خنک‌شونده با هوا، هوای تخلیه را از کمپرسور تقریباً ۱۰ تا ۱۵ درجه سانتی‌گراد بالاتر از دمای هوای محیط فراهم می‌کند.
(البته با فرض اینکه اتاق کمپرسور به خوبی تهویه می‌شود و افتر کولر تمیز نگه داشته می‌شود).

۵٫ افتر کولر خنک کننده با آب

در یک افترکولر خنک کننده با آب، بسته خنک کننده با چندین لوله مستقیم جایگزین می شود که در یک ظرف ضد آب یکپارچه شده اند.
آب سرد از یک سیستم خنک کننده لوپ بسته مجزا به طور مداوم در اطراف لوله هایی که هوای فشرده را جریان می دهد، گردش می کند.

گرمای هوای فشرده به آب خنک کننده منتقل می شود (آن را گرم می کند).
سپس آب گرم به چیلر برگردانده می شود تا یک بار دیگر خنک شود.
افتر کولرهای خنک کننده با آب، اغلب زمانی استفاده می‌شوند که دمای هوای محیط بیش از حد بالا باشد که افترکولر خنک‌کننده با هوا کارآمد نباشد.

معرفی مایع و آئروسل در بررسی آلودگی با کمپرسور هوا

همانطور که افتر کولر هوای فشرده را خنک می کند، توانایی هوا را برای نگهداری آب و بخارات روغن کاهش می دهد.
این پروسه خنک کردن، بخارات را به آب مایع و روغن مایع تبدیل می کند که با سرعت بالا در هوا حمل می شود.
در بررسی آلودگی با کمپرسور هوا ، سطوح داخلی ناهموار لوله ها، خمیدگی ها، زانوها، اتصالات و… همگی جریان را مختل می کنند.
این اختلال باعث ورقه ای (Shear) یا اتمیزه شدن مایعات متراکم شده و باعث تولید قطرات ریز یا پارتیکل های معلق آب و روغن می شود.

کاهش مایعات در سیستم داخلی و تست های آلودگی با کمپرسور هوا

بسیاری از کمپرسورهای هوا با یک سپراتور آب یکپارچه در خروجی افتر کولر برای کاهش مایعات ساخته شده اند.
برخی از طراحی های کمپرسور به سپراتور آب خارجی متکی هستند.
یا از مخزن هوای مرطوب برای کاهش مایعات استفاده می کنند.

نکات مهم در بررسی سیستم کمپرسور هوای اویل اینجکت و آلودگی با کمپرسور هوا

سپراتور های آب فقط مایعات را کاهش می دهند.
این سپراتورها برای کاهش آئروسل یا بخارات موثر نیستند و ۱۰۰٪ مایع موجود را حذف نمی کنند.

بررسی آلودگی با کمپرسور هوا | کمپرسور اسکرو اویل فری

تصور واضح این است که اصطلاح “کمپرسور اویل فری” کمپرسوری بدون روغن را توصیف می کند.
متأسفانه، این مورد برای اکثر کمپرسورهای اویل فری صادق نیست.
کمپرسور هوای اویل فری اصطلاحی است که برای توصیف کمپرسوری که در مرحله تراکم خود از روغن استفاده نمی کند، استفاده می شود.

اجزا و عملکرد کمپرسور اویل اینجکت هوای فشرده

در بررسی آلودگی با کمپرسور هوا ، به بررسی کمپرسورهای اویل فری رسیدیم.
عملیات زیر را می توان برای عملکرد کمپرسورهای اویل فری در نظر گرفت:

1. راندن یا Drive

کمپرسورهای روتاری اسکرو اویل فری معمولاً چند مرحله ای هستند که توسط یک موتور تک درایو هدایت می شوند.
این موتور یک چرخ دنده را به حرکت در می آورد که به نوبه خود نیرو را در هر ایر اند توزیع می کند.
برخی از کمپرسورهای اویل فری اسکرو اکنون در دسترس هستند که هر مرحله تراکم توسط یک موتور جداگانه هدایت می شود.

2. فشرده سازی

در بررسی آلودگی با کمپرسور هوا ، بر خلاف کمپرسور هوای اویل اینجکت که از روغن برای آب بندی شکاف های بین روتورها و ایجاد فشرده سازی استفاده می کند، کمپرسور اویل فری به روشی جایگزین، فشرده سازی را انجام می دهند.

روتور المنت ها به صورت جفت با تلورانس های بسیار تنگ ساخته می شوند تا فاصله بین آنها کاهش یابد.
در حین کار کمپرسور اویل فری، روتورها با سرعت بسیار بالاتری نسبت به کمپرسور اویل اینجکت معادل می چرخند.
پوشش‌های تخصصی اغلب روی روتورها اعمال می‌شوند تا بخشی از محافظت در برابر آب و گرما را که معمولاً توسط روغن تأمین می‌شود، ایجاد کنند.

روتورها بسیار نزدیک به یکدیگر عمل می کنند.
اما از آنجایی که در مرحله تراکم روغن برای جلوگیری از تماس روتورها وجود ندارد، فاصله بین هر روتور با چرخ دنده های اضافی حفظ می شود.

۳٫ خنک کردن یا Cooling

از آنجایی که هیچ روغنی در محفظه تراکم وجود ندارد که خنک کردن مستقیم باشد، کولینگ غیر مستقیم استفاده می شود.
محفظه‌های ایر اند مراحل فشرده سازی کمپرسور اویل فری ، معمولاً حاوی ژل‌هایی هستند که در آن‌ها می‌توان آب خنک‌کننده (در ماشین‌های خنک‌کننده با آب) یا روغن (در ماشین‌های خنک‌کننده با هوا) را به گردش درآورد.
این فرآیند به اندازه خنک کردن مستقیم کارآمد نیست؛
زیرا فقط بدنه را خنک می کند و نه هوای فشرده یا روتورها را.

در بررسی سیستم کمپرسور اویل فری و آلودگی با کمپرسور هوا ، به دلیل عدم خنک سازی مستقیم در کمپرسور، هوای فشرده و روتورها به دمای بسیار بالاتری می رسند.
بنابراین، کمپرسورهای اویل فری، فشار تخلیه نهایی خود را به صورت مرحله‌ای به دست می‌آورند.
(بر خلاف ماشین‌های اویل اینجکت که معمولاً فقط از یک مرحله استفاده می‌کنند).
بین مراحل، اینها هوای فشرده را با اینتر کولر خنک می کنند.
این امر دمای معمولی ایر اند را بین ۱۸۰ تا ۲۰۰ درجه سانتیگراد نگه می دارد.

به عنوان مثال، یک کمپرسور معمولی اویل فری روتاری اسکرو با ۲ مرحله فشرده سازی، یک اینترکولر و خنک کننده را در نظر بگیرید.
مرحله ۱: معمولاً هوا را تا فشاری در حدود ۳٫۵ بار گرم فشرده می کند.
مرحله ۲: سپس هوا را تا فشار تخلیه ۷ بار گرم فشرده می کند.

۴٫ روغن کاری یا Lubrication

در یک کمپرسور روتاری اسکرو اویل فری، نه تنها مهم است که روتورهای جداگانه در هر ایر اند با چرخ دنده ها هماهنگ شوند، تنها با یک موتور محرک، دنده های اضافی هم برای حرکت هر یک از ایر اندها مورد نیاز است.
نکته مهم در بررسی آلودگی با کمپرسور هوا تمام چرخ دنده ها و یاتاقان ها نیاز به روغن کاری دارند.

بنابراین، اگرچه از نام آن دلالت دارد که کمپرسور اویل فری «بدون روغن» است، اما برای اکثر کمپرسورهای اویل فری فروخته شده، اینطور نیست.
روغن در مراحل فشرده سازی استفاده نمی شود.
با این حال، روغن برای لوبریکنت و خنک کردن سایر اجزا مورد نیاز است.
در بررسی آلودگی با کمپرسور هوا ، این روغن در اطراف کمپرسور پمپ می شود و یک سیستم لوپ بسته را تشکیل می دهد که یاتاقان ها و چرخ دنده ها را روغن کاری می کند، فیلتر می شود، خنک می شود و دوباره به گردش در می آید.

5. احیای روغن (سپراتور هوا / روغن) و جمع بندی

در بررسی آلودگی با کمپرسور هوا از آنجایی که هیچ روغنی در مرحله تراکم استفاده نمی شود، نیازی به سپراتور هوا/روغن در کمپرسور اویل فری وجود ندارد.