آشنایی کامل با کمپرسورهای جابجایی مثبت و انواع آن‌ها

کمپرسورها یکی از مهم‌ترین تجهیزات صنعتی در فرآیندهای مرتبط با گازها و هوا هستند. این دستگاه‌ها بسته به نوع عملکرد و نحوه فشرده‌سازی گاز به دو دسته‌ی کلی جابجایی مثبت (Positive Displacement) و دینامیکی (Dynamic) تقسیم می‌شوند. در این مقاله، قصد داریم به بررسی کمپرسورهای جابجایی مثبت، نحوه عملکرد و انواع آن‌ها بپردازیم.

کمپرسور جابجایی مثبت چیست؟

 به کمپرسورهایی در هر سیکل کاری (چه به صورت دورانی و چه رفت و برگشتی)، حجم مشخصی از گاز را جابجا می‌کنند، کمپرسورهای جابجایی مثبت گفته می‌شود. اساس کار این کمپرسورها بر پایه کاهش حجم گاز و افزایش فشار آن است.

یکی از مشخصه‌های اصلی کمپرسورهای جابجایی مثبت، تناسب مستقیم بین تعداد کورس (سیکل) کمپرسور و میزان گاز خروجی است. به بیان ساده، اگر تعداد دور یا کورس کمپرسورهای جابجایی مثبت دو برابر شود، میزان جریان گاز خروجی نیز دو برابر خواهد شد. این ویژگی، برخلاف کمپرسورهای دینامیکی است که در آن‌ها افزایش دور، همیشه به‌صورت خطی منجر به افزایش دبی نمی‌شود.

نکته مهم دیگر آن است که در صورت مسدود بودن مسیر خروجی این کمپرسورها، فشار در آن‌ها می‌تواند به‌شدت افزایش یابد و تا حد ترکیدن بدنه یا سیستم لوله‌کشی بالا برود، مگر آنکه تمهیدات ایمنی لازم مانند شیر اطمینان تعبیه شده باشد.

انواع کمپرسورهای جابجایی مثبت

کمپرسورهای جابجایی مثبت از نظر مکانیزم عملکرد، به دو دسته کلی تقسیم می‌شوند:

الف) کمپرسورهای نوع روتاری (چرخشی)

در این نوع کمپرسورها، فرآیند فشرده‌سازی گاز از طریق حرکت دورانی قطعات داخلی صورت می‌گیرد. بر خلاف کمپرسورهای گریز از مرکز که گاز را با شتاب به سمت خروج هدایت می‌کنند، در کمپرسورهای روتاری، گاز با حرکت چرخشی و تدریجی به سمت خروجی که حجم کمتری دارد رانده می‌شود.

این کمپرسورها بسته به طراحی داخلی، به چهار زیرشاخه تقسیم می‌شوند:

1. کمپرسورهای نوع لوب (Lobe)

دارای دو یا چند لوب دوار هستند که هنگام چرخش، گاز را در فضاهای بین لوب‌ها به سمت خروجی هدایت می‌کنند.

2. کمپرسورهای نوع لوپ مارپیچی (Screw)

در این مدل از یک جفت مارپیچ نری و مادگی استفاده می‌شود که گاز را در حین چرخش مارپیچ‌ها فشرده می‌کنند.

3. کمپرسورهای تیغه لغزشی (Vane)

در این مدل، تیغه‌هایی درون یک روتور دوار قرار دارند که با چرخش روتور، گاز را فشرده کرده و به سمت خروجی می‌فرستند.

4. کمپرسورهای رینگ مایع (Liquid Ring)

در این نوع، یک حلقه مایع درون محفظه دوار باعث جابجایی و فشرده‌سازی گاز می‌شود.

ب) کمپرسورهای نوع رفت و برگشتی (Reciprocating)

این کمپرسورها بر اساس حرکت رفت و برگشتی پیستون یا دیافراگم و تغییر حجم حاصل از آن عمل می‌کنند. زمانی که پیستون یا دیافراگم به عقب حرکت می‌کند، حجم محفظه افزایش یافته و فشار کاهش می‌یابد، در نتیجه گاز از طریق شیر ورودی وارد می‌شود. در مرحله تراکم، با حرکت پیستون به سمت جلو، حجم کاهش یافته و گاز فشرده می‌شود تا از طریق شیر خروجی خارج شود.

کمپرسورهای رفت و برگشتی خود به دو نوع اصلی تقسیم می‌شوند:

1. کمپرسورهای رفت و برگشتی پیستونی (Piston)

در این نوع، پیستون با حرکت رفت و برگشتی درون سیلندر باعث تغییر حجم و فشرده‌سازی گاز می‌شود. شیرهای ورودی و خروجی که روی سیلندر قرار دارند، به‌صورت اتوماتیک و با توجه به اختلاف فشار باز و بسته می‌شوند تا گاز وارد یا خارج شود.

نیروی محرکه مورد نیاز معمولاً از یک الکتروموتور یا توربین بخار تأمین می‌شود و این حرکت چرخشی توسط میل‌لنگ به حرکت رفت و برگشتی تبدیل می‌گردد.

این نوع کمپرسورها برای تولید فشارهای بالا در صنایع مختلف کاربرد دارند.

2. کمپرسورهای دیافراگمی (Diaphragm)

عملکرد این کمپرسورها مشابه مدل پیستونی است، با این تفاوت که به‌جای پیستون، یک دیافراگم انعطاف‌پذیر با حرکت رفت و برگشتی باعث تغییر حجم می‌شود. این مدل، به‌دلیل تماس نداشتن مستقیم گاز با قطعات مکانیکی، برای گازهای خطرناک یا سمی بسیار مناسب است.

ورود و خروج گاز نیز توسط ولوهایی که به صورت اتوماتیک و با اختلاف فشار عمل می‌کنند، انجام می‌شود. این نوع کمپرسور در تجهیزاتی مانند پمپ بنزین خودروها نیز مشاهده می‌شود.

جمع‌بندی

کمپرسورهای جابجایی مثبت به‌دلیل عملکرد دقیق و قابلیت فشرده‌سازی گاز در فشارهای بالا، در صنایع مختلفی مانند پتروشیمی، پالایشگاه‌ها، خودروسازی، سیستم‌های تهویه و… کاربرد فراوانی دارند. تنوع در طراحی، دقت در عملکرد و کارایی بالا از ویژگی‌های بارز این نوع کمپرسورها به شمار می‌رود.

انتخاب بین مدل‌های مختلف این کمپرسورها باید بر اساس نیاز، نوع گاز، فشار مورد نظر و شرایط عملیاتی صورت گیرد.