کمپرسور اسکرو یا حلزونی با طرح های مشابه کمپرسورهای امروزی نخستین بار در سال ١٩٣۴ توسط  Lysholm مهندس ارشد شرکت(SRM) Sevenska Rotor Maskiner اختراع شد. با این که اولین کمپرسور اسکرو یا حلزونی درسال ١٨٧٨ درآلمان ساخته شد، لذا این می توان افزود: کمپرسور اسکرو یا حلزونی را می توان جزء کمپرسورهای جدید در صنایع دانست. Lysholm سعی بر این داشت تا کمپرسوری ازخانواده دورانی، با سرعت بالاتر از کمپرسورهای تناوبی که بتوان مستقیما آن را با توربینهای گازی راه اندازی نمود و فاقدمشکلات پدیده موجدارشدن (Surging) که در کمپرسورهای گریزازمرکزبه وقوع می پیوندد باشد، طراحی و تولید کند.

اولین کمپرسور ساخته شده توسط وی ازنوع خشک  (OilFree) که دارای دنده زمان بندی کننده (Timming Gear) بوده تا موجب همزمانی چرخش روتورها شود. آرایش روتورها به صورت٣+۳ طراحی شد (روتور نری با سه برجستگی و روتور مادگی با سه فضای مقعر) و دارای زاویه پیچش تندی (Steep) بوده که اجازه می دهد تا کمپرسور با نسبت تراکم داخلی (Built- in Compression Ratio) بالاتر و فشار خروجی بیشتری کارکند. فشار دهش درطرحهای اولیه این کمپرسورهاحدود ۲۰-۳۰  psigبود.

متأسفانه طرح فوق باعث ایجاد فضای گیرانداختن  TrappedPocketدر کمپرسور شده و این امرموجب بالا رفتن فشار گاز قبل از خروج گاز از کمپرسور شده که نهایتا افزایش سروصدای کمپرسور و کاهش راندمان را بدنبال داشت.

دردهه ١٩۴٠ Hans Nilson مهندس ارشد شرکت SRM تغییراتی را در کمپرسورهای اولیه بوجود آورد . در طرح وی روتور نری (Male Rotor) با چهار گوشواره وروتور مادگی (FemaleRotor) با شش محفظه مقعر(آرایش ۶+۴) ساخته شد. این تغییرات موجب حذف فضای گیر افتادن و افزایش زاویه پیچش حلزونی شده که در نهایت باعث افزایش تثبیت تراکم و راندمان کمپرسور می شد.

پیشرفت در طراحی و ساخت ماشینهای تراش حلزونی به شرکت Howden که یک شرکت اسکاتلندی بود اجازه داد تا تولید نسل جدید کمپرسورهای اسکروی را که روغن کاری می شدند (OilFlooded) را توسعه و گسترش دهند.

استفاده از شیر لغزشی (Slid Valve) در سالهای اولیه دهه ١٩۵٠ موجب شد تا شرکت SRM بتواند درکنار تغییر ابعاد کمپرسور ظرفیت آنها را نیزکنترل نماید. کنترل ظرفیت که یکی از عوامل محدود کننده در طراحی کمپرسور بود اجازه داد تا بتوان نسبت تراکم را دریک دمنده وسیعی از تغییرات دبی، تحت کنترل درآورد. امروزه استفاده از شیر لغزنده درکنترل ظرفیت کمپرسورهای حلزونی ازنوع روغن کاری شونده کاربرد وسیعی دارد. روغن کاری کمپرسور علاوه بر افزایش راندمان کمپرسور به میزان ٨ تا ١٠ درصد در مقایسه با کمپرسورهای خشک، موجب افزایش نسبت تراکم مجاز شده و نیاز به دنده های زمان بندی کننده را در بهره برداری از کمپرسورهای حلزونی منتفی ساخته است. لایه روغن موجود بین روتورها اجازه می دهد تا روتور مادگی توسط روتور محرک (روتور نری) بچرخش درآید. این امر نخستین بار توسط شرکت اطلس کوپکو درسال ١٩۵٧ به مرحله اجراء درآمد. استفاده از شیر لغزنده همراه با روغن کاری به روش تزریقی نخستین بار در سیستم تبرید در سال ١٩۶٠ بکار گرفته شد. تغییر در ساختار روتورها وتغییر شکل آن بصورت غیر متقارن Asymmetric سال ١٩۶٩ توسط شرکت Sullair صورت پذیرفت. تغییر شکل روتورها باعث کاهش میزان نشتی در طول مسیر تراکم شده که در نهایت افزایش راندمان را به دنبال داشت. بهبود کارایی در سرعت کم اجازه می دهد تا این کمپرسور ها را بتوان بطور مستقیم توسط الکتروموتورها مورد بهره برداری قرار داد.

کمپرسورهای جریان محوری مانند سایر انواع کمپرسورها دارای مزایا و معایبی هستند، در این نوشتار سعی شده است که به این موارد پرداخته شود.

مزایای کمپرسورهای جریان محوری

کمپرسورهای جریان محوری جدیدا مصرف صنعتی زیادی پیدا کرده اند و برای حجم های خیلی بالا حتی تا ۸۶۰۰۰۰ فوت مکعب در دقیقه مناسب ترین کمپرسور می باشند. این دسته از کمپرسورها در مقایسه با کمپرسورهای سانتریفوژ برای فشردگی یک حجم معین گاز قطر چرخان (Rotor)، نصف قطر پروانه کمپرسور سانتریفوژ خواهد بود. اگر کمپرسور جریان محوری خوب طراحی و ساخته شود، سرعت گاز می تواند به ft/s 400 در خروجی برسد. هزینه اولیه ساختن یک کمپرسور جریان محوری با هزینه اولیه ساختن یک کمپرسور سانتریفوژ برای انجام کار معین برابر می باشد، ولی هزینه نیروی محرکه کمپرسور جریان محوری کمتر از هزینه نیروی محرکه کمپرسور سانتریفوژ است. یعنی اینکه برای یک کار معین، کمپرسور جریان محوری توربین یا موتور برقی کوچکتری نیاز دارد که این خود باعث کم شدن هزینه های بعدی می شود.

معایب کمپرسور جریان محوری

اگر چه کمپرسورهای جریان محوری برای جریانهای بالاتری نسبت به کمپرسورهای سانتریفوژ استفاده می شوند اما ارتفاع فرستادن گاز در این کمپرسورها خیلی پایین می باشد و تقریبا کمتر از نصف کمپرسورهای سانتریفوژ است که به این معنی می باشد، فشار خروجی در این نوع کمپرسورها خیلی کمتر از کمپرسورهای سانتریفوژ است. مثلا برای رسیدن به فشار psig 65 به دوازده مرحله فشرده کردن گاز نیاز است که این خود باعث افزایش حجم اشغال شده توسط کمپرسور و سایر هزینه ها می شود. با توجه به موارد ذکر شده نتیجه می شود این کمپرسورها راندمان کمتری نسبت به کمپرسورهای سانتریفوژ دارند.

کمپرسورهای دیافراگمی (Diaphragm compressors) جز کمپرسورهای جابجایی مثبت هستند. دیافراگم بطور مکانیکی یا هیدرولیکی به کار انداخته می‌شود. کمپرسورهای دیافراگمی مکانیکی با جریان اندک و فشار پایین یا به عنوان پمپ‌های خلاء مورد استفاده قرار می‌گیرند. کمپرسورهای دیافراگمی هیدرولیکی برای فشار بالا مورد استفاده قرار می‌گیرند. بعلاوه می توان گفت: عملکرد کمپرسورهای دیافراگمی مانند نوعی کمپرسور رفت و برگشتی (reciprocating compressor) است که در آن تراکم گاز با استفاده از یک ممبران انعطاف‌پذیر انجام می‌گیرد.

حرکت به جلو و عقب ممبران توسط یک میله و یک مکانیزم میل لنگ و یا به وسیله یک سیستم هیدرولیکی انجام می‌شود. تنها ممبران و محفظه کمپرسور در تماس با گاز پمپ شده قرار می‌گیرند. به همین دلیل این ساختار برای پمپاژ گازهای سمی و مواد منفجره بسیار مناسب است. ممبران باید به اندازه کافی قابل اعتماد باشد تا تغییر شکل مورد نیاز را تحمل کند. همچنین ممبران باید دارای خواص شیمیایی مناسب و مقاومت دمایی کافی باشد.

کمپرسور رفت و برگشتی از عمل رفت و برگشت پیستون درون سیلندر برای فشرده سازی گاز تبریدی استفاده می کند. به این صورت که موقعی که پیستون به سمت پایین حرکت می کند، واکیومی درون سیلندر ایجاد می شود. به خاطر فشار در بالای سوپاپ ورودی بیشتر نسبت به فشار پایین آن است سوپاپ ورودی مجبور می باشد که باز شود و گاز تبریدی در سیلندر مکیده می شود. بعد از اینکه پیستون به پایین می رسد موقعیت آن شروع به حرکت به سمت بالا می کند. سوپاپ ورودی بسته می شود گاز تبریدی درون سیلندر به تله می افتد. موقعی که پیستون به سمت بالا در کمپرسور حرکت می کند و فشرده سازی گاز تبریدی ادامه می یابد فشار آن افزایش می یابد. در نقطه معین از فشار توسط نیروهای تبرید نشان داده شده است که سوپاپ خروجی است که باز می شود و هوای تبریدی فشرده شده به خارج از سیلندر جریان می یابد. یک بار پیستون به بالاترین موقعیت می رسد دوباره شروع کرده و به سمت پایین حرکت می کند و سیکل دوباره در کمپرسور تکرار می شود.

کمپرسورها بر اساس فرآیند تراکم و رفتاری که از خود نشان می دهند به دو دسته زیر تقسیم بندی می شوند:

• کمپرسورهای گریزازمرکز Centrifugal
• کمپرسورهای جابجائی مثبت PositiveDisplacement

در کمپرسورهای گریز ازمرکز (جریان پیوسته) ابتدا انرژی جنبشی گاز مورد تراکم افزایش داده شده و سپس بخش اعظمی از انرژی جنبشی آن در یک مجرای گشاد شونده بنام حلزونی (Voulte) به انرژی پتانسیل (فشار) تبدیل می شود.

در کمپرسورهای جابجائی مثبت همواره مقدار معینی از گاز بین دو قطعه به تله انداخته شده و با کاهش حجم محفظه، فشار گاز افزایش می یابد. این کمپرسورها خود به دو دسته تناوبی(Reciprocating) و دورانی(Rotary)  تقسیم می شوند. البته هریک از دسته های فوق تنوع زیادی درشکل و ساختار مکانیکی داشته ولی از لحاظ رفتاری دارای ویژگیهای نسبتا یکسانی هستند.

کمپرسورهای فریونی کاسه نمدی جز کمپرسورهای پیستونی تراکم یک مرحله ای و از انواع کمپرسورهای خرد و کوچک هستند. در این دسته از کمپرسورها دو سیلندر یا چهار سیلندر بصورت عمودی یا V شکل با قطر ۴۰ تا ۷۰ میلی متر ساخته می شوند . عمل خنک سازی سیلندرها با هوا بوده و میل لنگ کمپرسور با دو تکیه گاه و سرعت آن ۲۴ دور در ثانیه است . انتقال نیرو از الکتروموتور به کمپرسور بوسیله تسمه با کوپلینگ می باشد . دو طرف میل لنگ بوسیله کاسه نمد سیفونی با فنری آب بندی شده و سطح اصطحکاک گرافیت ـ فولادی و برتری یا فولاد است . روغن کاری پاشش فشاری است .

کمپرسورهای با قدرت برودتی متوسط جز کمپرسورهای پیستونی تراکم یک مرحله ای هستند، قطعات کمپرسورهای با قدرت برودتی متوسط معمولاً استاندارد شده و با کورس پیستون ۷۰ میلی متر و قطر سیلندر ۸۱ ( مستقیم الجریان ) تا ۱۰۲ ( غیرمستقیم الجریان ) میلی متر ساخته می شوند و تعداد سیلندرها ۲ تا ۸ می باشد . کمپرسورهای مستقیم الجریان هم با فریون ۱۲ و ۲۲ و هم با آمونیاک کار می کند ولی مبرد در کمپرسورهای غیر مستقیم الجریان و فریون ۱۲ و ۱۴۲ است و خنک شدن سیلندر با هوا انجام می گیرد.

۱- پمپ خلاء Vacuum Pumps

می توان گفت: در واقع پمپ های خلاء نوعی کمپرسور بوده که  فشار دهش آن اندکی از فشار جو بیشتر و فشار قسمت مکش آن از فشار جو کمتر می باشد. پمپهای خلاء در طرح های مختلفی ساخته شده که دارای قابلیتهای زیر می باشند.

گریزازمرکز                         حداکثر خلاء قابل دسترس                        ۶mmHg

اژکتورهای بخاری                    حداکثر خلاء قابل دسترس                      ٠,٠۵mmHg

تناوبی                              حداکثر خلاءقابل دسترس                         ٠,٣mmHg

دورانی                              حداکثر خلاء قابل دسترس                        ٠,٠٠٠٠۵mmHg

دربین طرحهای فوق پمپهای خلاء از نوع دورانی از مصونیت بیشتری برخوردار می باشند.

۲- دمنده ها Blowers

دمنده ها نوع خاصی از کمپرسورها هستند که فشار نسبتا کم و دبی نسبتا زیاد دارند. حداکثر فشارقابل دسترس توسط آنها (١,۵-٢ بار ) می باشد. دمنده های بافشار کم و دبی زیاد از نوع گریز ازمرکز ساخته می شوند.حال آنکه برای فشارهای بالا (نزدیک به ٢ بار) و دبی کمتر نوع دورانی(Rotary) متداول تر می باشند. ساخت دمنده های از نوع تناوبی (رفت و برگشتی) عملا منتفی است.

۳- هواکشها Fans

این دسته از کمپرسورها عموما برای دبی زیاد و فشار کم (تا ٠,١ بار ) ساخته شده و عموما ازخانواده گریزازمرکز به حساب می آیند.

کمپرسورهای فریونی هرمتیک جز کمپرسورهای پیستونی تراکم یک مرحله ای و از انواع کمپرسورهای خرد و کوچک می باشند. قدرت برودتی کمپرسورهای فریونی هرمتیک تا۵/ ۳ کیلو وات ( ۳۰۰۰ کیلو کالری در ساعت ) بوده و در یخچال های مغازه ای تهویه مطبوع اتومبیل ها مورد استفاده قرار می گیرند . مبرد این نوع کمپرسور فریون ۱۲ یا ۲۲ یا ۱۴۲ است . کمپرسور با الکتروموتور در یک پوسته بسته کیپ قرار دارند و تفاوت آنها با کمپرسورهای بدون کاسه نمد در این است که کمپرسورهای فریونی هرمتیک در بدنه فاقد دریچه می باشند .

 وقتی که محفظه تراکم در تماس با مجرای خروجی قرار می‌گیرد، هوای فشرده از قسمت تراکم رهایی می‌یابد. وقتی که حجم اتاقک فشار با چرخش‌های پیوسته کاهش می‌یابد، عمل تراکم صورت می گیرد. بدین ترتیب، تراکم در تقابل با فشار کاملاً مخالف صورت می‌گیرد و به همین دلیل بازدهی کمپرسور کم می شود و سر و صدای زیادی تولید می کند. یک کمپرسور دمنده، به این علت که بدون تراکم سازی درونی کار می‌کند، کمپرسور جابجایی مثبت نمی باشد. دور روتر هم شکل، متقارن معمولی، که برخلاف جهت یکدیگر در محفظه دارای انتهای مسطح می‌چرخند، در محفظه استوانه‌ای کار می‌کنند. روتورها توسط چرخ دنده همزمان کننده‌ای به طور هم‌زمان با یکدیگر می‌چرخند. بازدهی پایین باعث می‌شود که آنها فقط در کاربردهای کم فشار و فشرده سازی تک مرحله‌ای مورد استفاده قرار گیرند، حتی اگر دو یا سه مرحله‌ای آن در دسترس باشد. کمپرسور دمنده معمولاً به عنوان پمپ‌های خلاء و عوامل نیوماتیکی به کار گرفته می‌شوند.