ایرند کمپرسور اسکرو بالاترین دقت مهندسی را در میان قطعات صنعتی دارد. ایرند کمپرسور روغنی در دماهای پایینتری کار میکند و در صورت هرگونه خرابی، خواه ناشی از فرسودگی بلبرینگ یا ناترازی محوری، به خوبی قابل تعمیر و بازسازی است. اما ایرند کمپرسور اویل فری که در دماهای به مراتب بالاتری کار میکند به مراتب نیز پیچیدهتر است، در صورت کوچکترین خرابی امکان تعمیر آن در ایران وجود نداشته و ارسال آن به اطلس کوپکو گرانتر از تهیه ایرند نو تمام خواهد شد. ایرند اویل فری برای مدلهای سری ZR و ZT اطلس کوپکو، مثلا مدلهای ZR ۱۶۰، ZT ۱۳۲ یا مدلهای قدیمی ZR ۳ و ZR ۶ و همچنین مدلهای دیزلی PTS916 یا PTS800 مشابه است و قیمتی حدود ۶۰ هزاردلار، برای نمونه بلژیک و حدود ۴۰ هزاردلار برای نمونه چینی خواهد داشت. میتوان ایرند کمپرسور اویل فری را از انبار یدک کارخانجات قدیمی در ایران تهیه کرد. برای مثال ایرند نو کمپرسور ZR ۴ امروز ۵ میلیارد تومان و ایرند کمپرسور ZR ۱۶۰ نیز ۷ میلیارد تومان آب خواهد خورد. توجه لازم است که کمپرسور اویل فری همواره دارای دو ایرند، یکی فشار قوی و یکی فشار ضعیف است. این مسئله هم ناشی از حرارت بالای کار این ماشینآلات است تا میان دو مرحلهی فشردهسازی کولر قرار دهند.
سیلندر کمپرسور اسکرو؛ پوستهی بیرونی ایرند
سیلندر محفظهی تراکم کمپرسور اسکرو بسته به فشاری که تحمل خواهد کرد از جنسهای مختلفی ساخته میشود؛ عموما آلیاژهای مختلف فولاد و در بیشتر موارد چدن. استاندارد طراحی این سیلندرها API619 است که بنا بر آن استفاده از پوسته چدنی برای فشارهای بیش از ۲۷ بار یا ۴۰۰ psig، دماهای بیش از ۲۶۰ درجه سانتیگراد یا ۵۰۰ درجه فارنهایت و گازهای سمی و اشتعالپذیر مجاز نیست.
سیلندر محفظه تراکم کمپرسور اویل فری مجهز به ژاکتی است که در آن آب یا روغن خنک کننده جاری بوده و با انتقال حرارت وظیفهی خنکسازی استیج فشرده سازی را بر عهده دارد. برای تحمل بارهای محوری و شعاعی از یاطاقانهای متناظر کروی، بلبرینگ کمپرسور، و استوانهای در کمپرسور اسکرو استفاده میشود.
روتور کمپرسور اسکرو؛ درون ایرند
🌀 تاریخچه: کمپرسور اسکرو بدون روغن اختراعی جدید نیست. اولین کمپرسور اسکرو اویل فری یا بدون روغن در سال ۱۹۵۲ در شرکت GHH که بعدتر توسط اینگرسولرند خریداری شد ساخته شد.
نقش استراتژیک روغن در کمپرسور روغنی
روغن در کمپرسورهای اسکرو اویل اینجکت، نقشی فراتر از یک روانکننده ساده ایفا میکند. روغن به عنوان یک واسطه حرارتی عمل میکند و حرارت تولید شده در فرآیند تراکم را جذب و دفع میکند. علاوه بر این، روغن به عنوان یک مهر و موم طبیعی بین روتورها و پوسته عمل کرده و نشت هوا را به حداقل میرساند. این ویژگیها باعث میشود که کمپرسورهای اویل اینجکت گزینهای ایدهآل برای کاربردهایی باشند که به فشارهای بالا و عملکرد مداوم نیاز دارند. انتخاب روغن با گرانروی مناسب و مقاوم در برابر اکسیداسیون، نه تنها عمر کمپرسور را افزایش میدهد بلکه هزینههای نگهداری را نیز کاهش میدهد.
🌀 پوسته ایرند کمپرسور نقش مهمی در مدیریت سروصدا و پالسهای فشار دارد. کوچکترین تغییرات در هندسه و پروفایل داخلی روی بازدهی، نشتی هوا، سروصدای کمپرسور و حجم هوادهی آن موثر است.
کوتینگ یا پوششدهی روتور کمپرسور اویل فری
در غیاب روغن لایهی روانکننده و محافظی در برابر خوردگی نداریم. روکش روتور کمپرسور این خلا را پر کرده و ۳ ویژگی مهم خواهد داشت:
- این روکشها اصطلاحا خودروانکار هستند تا از اصطکاک و سایش جلوگیری شود.
- روکش روتور اسکرو برای محافظت در مقابل رطوبت و گایزهای اسیدی موجود در هوای فشرده بهینه شده و در برابر خوردگی مقاوم است.
- این روکشها ضرورتا در دماهای بالاتر از ۲۰۰ و حتی ۲۷۰ درجه پایداری خود را حفظ میکنند.
معمای دقت: روتور کمپرسور چطور تا این حد دقیق ساخته میشود؟
این کمپرسورها تحمل لقی بالاتر از چند ۱۰ میکرومتر را ندارند. لقی به فاصلهی بسیار کوچک میان دو قطعه مکانیکی گویند. لقی پایین کمپرسورها محصول سمفونی هماهنگی از طراحی پیشرفته، ماشینکاری مدرن و بالانسکاری دقیق است.
سفر دقت نه در کارگاه که در کامپیوتر آغاز میشود.
شکلدهی روتور کمپرسور
الف) ماشینکاری و فرزکاری
این روش چندین مرحله دارد که عبارتند از یک Roughing دو Flank Milling و سه Finishing. رافینگ یا خشنتراشی در ابتدا مواد اضافی را برداشته و شکلی نزدیک به طرح نهایی را ایجاد میکند. در این مرحله اغلب از ماشینکاری غلتکی یا دستگاههای ماشینکاری تخصصیتر استفاده میشود. ماشینکاری این مرحله با دقتی در حد ۴ تا ۵ میلیمتر پیش میرود.
در مرحلهی دوم فرزکاری جانبی انجام میشود. در این تکنیک دقت بسیار بالا میرود و طی آن بدنهی جانبی ابزاری مخروطی یا استوانهای برای ماشینکاری سطوح جانبی و پیچیدهی روتور استفاده میشود. تحقیق و توسعه کارخانجات بزرگ و پژوهشگران بر این مرحله بسیار تمرکز دارند. در اینجاست که الگوریتمهای پیشرفته برای یافتن بهترین مسیر ورود ابزار راهکار ارائه میدهند. سنگزنی برای دستیابی به کیفیت سطحی نهایی بخشی از این مرحله است.
ب) ماشینکاری تخلیه الکتریکی یا EDM
یکی از روشهای تولید پره در کمپرسور گریز از مرکز یا سانتریفیوژ استفاده از فناوری EDM است. الکترودی با قطبیت معکوس مواد را از دیسکی یکتا برش میدهد تا پره و حفرهها نمایان شود. مشابه با ماشینکاری CNC در این روش نیز ابتدا با خشنتراشی شروع شده و سپس مرحلهی پرداخت با ابزاری دقیقتر برای دستیابی به هندسهی نهایی و دقت بالا انجام میشود. مهمترین مزیت EDM توانایی ماشینکاری مواد بسیار سخت و ایجاد زوایایی است که ابزارهای برش سنتی به دشواری از پس آن برمیآیند.
ج) ریختهگری دقیق
برای برخی از طرحها ریختهگری دقیق نقطهی شروعی خیلی خوب و با شکلی نزدیک به قطعهی نهایی در اختیار قرار میدهد. قالبی سفالی از جنس سفال پلیمری تهیه شده و در کوره با دمای بالا پخته میشود. فلز مذاب به درون قالب تزریق شده و قطعه تدریجا سرد میشود. روتور حاصل از ریختهگری دقیق همچنان به عملیات تکمیلی بسیاری نیاز دارد. همچنان خشنتراشی، پرداخت قطر خارجی با دستگاه تراش و سنگزنی اصلاحی لازم است. ایجاد هندسهی پیچیده با این روش ریختهگری از مزایای آن است.
بالانس و پرداخت نهایی
ماشینکاری دقیق هندسی پایان کار یک روتور نیست. هرگونه ناهمگنی کوچک در توزیع جرم در سرعتهای بالا ارتعاشات مخربی ایجاد میکند و سرعت بهینهی روتور کمپرسور اسکرو در محدوده ۲ تا ۴ هزار دور بر دقیقه است. مراحل پایانی و تکمیلی بیشتر بر دستیابی به تعادل دینامیکی متمرکز میشود. این مرحله تکمیلی ماشینکاری شیمیایی نام دارد.
ماشینکاری شیمیایی برای بالانس فوق دقیق
پس از ساخت روتور و اندازهگیری عدم تعادلهای آن قطعه را در حمام اسید قرار میدهند. حمام اسیدی توانایی برداشت مواد ناهمگن را دارد. روتور درون حمام به گونهای جهتدهی میشود که نواحی نیازمند برداشت مواد برای تصحیح بالانس در معرض بخش فعالتری از اسید که سرعت قلمزنی بالاتری دارد قرار گیرد. با این روش برداشتی بسیار دقیق و تکرارپذیر از مواد در مقیاس میکرون انجام میشود.
کدام ریزهکاریها ایرند کمپرسور اویل فری را خلق میکند؟
- پوششدهی پیشرفته
روتور کمپرسور اویل فری با روکشهای خاصی پوششدهی میشود. مواد مورد نظر عبارتند از PTFE یا تفلون، PEEK یا پلی اتر اتر کتون، اولتراکوت و مولیبدنوم دی سولفید. هرکدام از این روکشها مزیت و ضعف خود را دارد، اما همگی آنها در اصطکاک کم و مقاومت در برابر ساییدگی مشترک هستند و فاصلهی میان دو روتور را بسیار کم و کمتر از مدلهای روغنی میکند. کاهش فاصله یعنی کاهش نشتی داخلی هوای فشرده و افزایش بازدهی حجمی.
آوریل ۱۹۳۸ میلادی در ازمایشگاه جکسون ایالت نیوجرسی محل تولد تفلون است. روی جی پلانکت شیمیدان جوان شرکت دوپونت مشغول به طور اتفاقی پلیمری به نام تفلون را کشف کرد. حق امتیاز این پلیمر در سال ۱۹۴۱ به نام دوپونت خورد و در سال ۱۹۴۴ نام تفلون برای آن انتخاب شد. نخستین کاربرد تفلون کجا بود؟ در پروژهی منهتن برای ساخت بمب اتم.
- بهینهسازی آیرودینامیکی
پروفایل روتورهای اویل فری نامتقارن و فوقبازده و به طور ویژه بر حذف و کاهش مسیرهای نشت متمرکز هستند. بزرگترین نشتی کمپرسور به صورت جریان برگشتی رخ میدهد که با این تدابیر کاسته میشود.
- تراکم چندمرحلهای و کولر میانی
در کمپرسورهای اویل فری، برای کیلووات و هوادهی مشابه با کمپرسور روغنی، از دو استیج به جای یک استیج استفاده میشود. تقسیم کار و خنککاری بینمرحلهای مصرف انرژی را کاهش داده، فشردهسازی را به فرآیند ایدهال ایزوترمال نزدیک میکند و از آسیب ناشی از انبساط حرارتی جلوگیری میکند.
- بلبرینگهای مخروطی و مغناطیسی سرعت بالا و دقیق
بلبرینگ کمپرسور اویل فری سنگینتر و فوق دقیق است و بدون نیاز به روانکاری روغنی کار میکند. در کمپرسورهای پیشرفتهتر از بلبرینگهای مغناطیسی استفاده میشود. این بلبرینگها با بهرهگیری از میادین مغناطیسی شناور میماند و اصطکاک مکانیکی از آن حذف میشود. حذف تماس افت نیرو را نیز کاهش میدهد.
- آببندی و مهر و موم میکرونی با سیلهای لابیرنت و کربنی
سیلهای لابیرنت با مسیرهای زیگزاگی یا رینگ کربنی که بر روی شافت روتور نصب میشود جای آببندی روغنی را میگیرد. نشت هوای فشرده به بیرون و نشت هوای محیط به داخل بدون نیاز به هرگونه روانکاری روغنی حذف میشود.
جالب که طراحی ایرند اویل فری در دمای اتاق با دمای کاری فرق دارد و بسیار منبسط میشود تا به اندازهی مهندسی برسد. ایرند کمپرسور روغنی را میتوان به خوبی بازسازی و تعمیر کرد ولی ایرند کمپرسور بدون روغن را نمیتوان و بایستی نو خرید و تعویض کرد.
