کمپرسور هوای فشرده از تجهیزات مهم صنعتی است که با افزایش فشار هوا، آن را برای استفاده در ابزارها، ماشین آلات و خطوط تولید ذخیره می کند. این دستگاه با تبدیل انرژی الکتریکی و مکانیکی به فشار هوا، هوایی فشرده و قابل استفاده تولید می کند که در صنایع مختلف از خودروسازی و داروسازی گرفته تا پتروشیمی و نساجی، نقش حیاتی دارد. شناخت عملکرد و کاربردهای متنوع انواع تجهیزات هوای فشرده، نخستین گام در انتخاب صحیح این تجهیز برای هر نوع فرآیند صنعتی است.

تاریخچه

هوای فشرده که به عنوان ابزار چهارم نیز شناخته می شود، بدون اغراق یکی از نیروهای محرکه زندگی امروزیاست. کمپرسور هوا امروزه از جزاء اصلی طیف وسیعی از صنایع است و خدمات بسیاری از جمله ساخت و ساز، تولید صنعتی، خودرو، داروسازی، مواد غذایی و آشامیدنی،کشاورزی، پزشکی و غیره در سراسر جهان به آن وابسته اند. مردم در سراسر جهان برای موفقیت عملیات تجاری خود و کمک به انجام وظایف به روش های غیرمنتظره به هوای فشرده متکی هستند. اما آیا تا به حال فکرکرده اید که چگونه چنین ماشین مهمی به جایگاه امروزی رسیده است؟

می توان گفت که اولین کمپرسور هوا همان ریه انسان است. انسان های بدوی از نفس خود برای دمیدن هوا استفاده می کردند. ولی چون ریه های انسان فقط می توانند فشاری معادل 0.02 تا 0.08 بار تولید کنند، لذا هنگامی که بشر شروع به ذوب کردن فلزاتی مانند طلا، مس و قلع، در دماهای بالاتر کرد، نیاز به هوا با فشارهای بالاتر احساس شد. از اینجا بود که تکامل کمپرسور هوا آغاز شد و متالوژیست های مصری و سومری شروع به استفاده از لوله های دمنده کردند و به دنبال آن اختراع کمپرسورهای مکانیکی انجام شد. دمنده های دستی و سپس دمنده های پایی موثرتر در 1500 سال قبل از میلاد مورد استفاده قرار گرفتند. دمنده ها، یک کیسه انعطاف پذیر هستند که حجم آن ها با فشرده سازی یا انبساط، قابل تغییر است. بدین ترتیب هوای فشرده ایده آل برای دستیابی به آتش با دمای بالاتر در دسترس انسان قرار گرفت

سالها بعد و در سال 1762 پیشرفت محسوس دیگری بدست آمد زمانی که جان اسمیتون، اولین مهندس حرفه ای، یک چرخ آب را طراحی کرد و دمنده های سیلندری به آرامی جای دمنده های دستی را گرفتند. بعدها در سال 1776، مخترع انگلیسی به نام جان ویلکینسون ماشین دمنده کارآمدتری را معرفی کرد که می توانست مقادیر زیادی هوای فشرده تولید کند که تبدیل به یک نمونه اولیه برای کمپرسورهای مکانیکی امروزی گردید

در طول سال ها این نمونه اولیه بهبود و تکامل یافت و در سال 1829 اولین کمپرسور هوای مرکب، دستگاهی که هوای فشرده را در سیلندرهای متوالی تولید می کرد، ثبت اختراع شد. اولین استفاده از هوای فشرده در حفاری بود. در این میان، انقلاب صنعتی دوم در حال وقوع بود و با پیشرفت در صنایعی نظیر تولید فولاد، مواد شیمیایی و برق، کارخانه ها و شهرها توسعه یافتند و با کمک هوای فشرده، کالاهای مصرفی و صنعتی با سرعت بیشتر و در مقادیر انبوه تولید شدند

در اوایل قرن بیستم، اولین کمپرسور قابل حمل اختراع شد. با کمک هوای فشرده قابل حمل و استفاده از ابزارهای پنوماتیکی، انقلاب صنعتی در ساخت جاده ها، پل سازی و راه آهن رخ داد و فرصت های اقتصادی جدیدی در اختیار جهان قرار گرفت. در سال 1933، اولین کمپرسور هوای قابل حمل دو مرحله ای هوا خنک تولید شدند و بعدها یک استاد سوئدی به نام آلف لیشولم اولین کمپرسور هوای پیچی را طراحی کرد که در کشور سوئد در سال 1935 ثبت اختراع گردید. از این زمان توسعه کمپرسورها با سرعت ادامه داشته و امروزه به لطف عزم و خلاقیت بشری، یک منبع پاک از انرژی با کاربردهای فراوان در دسترس همگان قرار گرفته است

اصول کارکرد کمپرسور

سوالی که اغلب مطرح می شود این است که هوای فشرده چگونه می تواند انرژی لازم برای کارکرد یک دستگاه را فراهم کند؟ هنگامی که هوا فشرده می شود، تحت فشار بیشتر از فشار معمولی اتمسفر قرار می گیرد و در این شرایط، سعی می کند به حالت عادی خود بازگردد. از آنجایی که برای فشرده سازی هوا به انرژی نیاز است، با انبساط هوا و بازگشت به فشار اتمسفر، انرژی آزاد می شود. کمپرسور هوا برای فشرده کردن هوا به فشارهای بالاتر و مهار این منبع انرژی بالقوه طراحی شده است. بر خلاف سایر منابع انرژی، برای استفاده از انرژی هوای فشرده نیاز به هیچ گونه تبدیلی از انرژی از یک شکل به شکل دیگر در نقطه استفاده وجود ندارد. بنابراین هوای فشرده یا دستگاه های پنوماتیکی با نسبت توان به وزن یا توان به حجم بالا مشخص می شوند، نه به سرعت الکتریسیته یا به کندی هیدرولیک. هوای فشرده در زمینه های وسیعی کاربرد دارد که آن را ایده‌آل می‌سازد.

در یک کمپرسور، فشرده سازی هوا در چند مرحله انجام می شود که شامل مکش، فیلتراسیون، تراکم و ذخیره سازی است. برای ایجاد هوای فشرده، به هوا نیاز است که از طریق دریچه ورودی هوا به داخل کمپرسور کشیده می شود. بنابراین اولین بخش از فرآیند فشرده‌سازی، مکش هوا می باشد. قبل از دریچه ورودی هوا، فیلتری وجود دارد که با کاهش آلودگی های وارد شده به کمپرسور، از آن محافظت می کند. هوا سپس فشرده شده و پس از فشرده شدن برای مصارف بعدی باید در یک یا چند مخزن نگهداری شود. نحوه فشرده شدن هوا به نوع کمپرسور مورد استفاده بستگی دارد که در بخش های بعدی توضیح داده خواهد شد.

هوای فشرده انرژی انواع مختلفی از دستگاه ها را تامین می کند. می توان از آن برای فشار دادن یک پیستون مانند جک و یا چکش استفاده کرد. هوای فشرده می تواند از یک توربین هوای بسیار کوچک عبور کند تا شفت آن را بچرخاند مانند آنچه که در مته های دندانپزشکی انجام می شود یا می توان آن را با عبور دادن از یک نازل منبسط کرد تا یک جت هوا با سرعت بالا تولید شود، مانند آنچه که در یک رنگ پاش انجام می شود. هوای فشرده گشتاور و قدرت چرخش را برای ابزارهای پنوماتیکی مانند مته ها، آچارها، تفنگ پرچ و پیچ گوشتی ها فراهم می کند. چنین ابزارهایی عموماً توسط نوعی موتور هوای دوار مانند پره یا توربین هوا تغذیه می شوند.

انواع کمپرسور

انواع کمپرسور بر اساس طراحی و نحوه عملکرد در دو گروه عمده دسته بندی می شوند:

• کمپرسور داینامیک
• کمپرسور جابجایی مثبت

در کمپرسور داینامیک افزایش سرعت سیال، سبب افزایش فشار آن می شود. در مرحله اول انرژی جنبشی سیال افزایش می یابد. سپس، این انرژی جنبشی با حرکت سیال در مجرایی با سطح مقطع افزایش یافته یا همان دیفیوزر، به فشار تبدیل میشود. با تکرار این عمل در چند مرحله، می توان به نسبت فشار مناسبی دست یافت. کمپرسورهای داینامیک در دو نوع جریان محوری و جریان شعاعی یا گریز از مرکز طراحی و ساخته می شوند و دارای کاربردهای زیادی در صنایع نفت، گاز و پتروشیمی، نیروگاه ها، هوایی و هوانوردی و همچنین صنایع برودتی و حرارتی می باشند.

در کمپرسور جابجایی مثبت، افزایش فشار سیال به روش کاهش حجم انجام می شود. بدین ترتیب که سیال از مجرای ورودی به درون یک محفظه مکیده شده، سپس محبوس و متراکم می گردد و در انتها سیال فشرده شده، از مجرای خروجی به خارج منتقل می شود. این نوع کمپرسور نیز از نظر ساختار در دو نوع دوار و رفت و برگشتی طراحی و ساخته می شود و دارای کاربردهای متنوعی در صنایع خودرو سازی، الکتریک و الکترونیک، شیمیایی، پزشکی و غیره بوده و علاوه بر آن در تامین هوای مورد نیاز برای خودروهای سنگین، شناورها، کشنده های ریلی و تجهیزات صنعتی مانند ابزارهای پنوماتیکی نیز مورد استفاده قرار می گیرد.

هریک از دو دسته مذکور، خود شامل چند نوع کمپرسور می باشند که شرح کامل تری از انواع کمپرسور و نحوه کارکرد آنها و همچنین سایر تجهیزاتی که در فرآیند تولید هوای فشرده بکار برده می شوند، در مقالات جداگانه ای ارایه خواهد شد.

۵ کاربرد حیاتی هوای فشرده در صنایع مختلف

1. صنعت خودروسازی در خطوط تولید خودروسازی، از مونتاژ تا رنگ کاری بدنه، عملکرد پایدار کمپرسور هوای فشرده نقش تعیین کننده ای دارد. اگر فشار هوا ناپایدار باشد یا تأمین آن دچار وقفه شود، هم سرعت تولید کاهش می یابد و هم کیفیت نهایی خودرو تحت تأثیر قرار می گیرد.

2. صنایع غذایی و دارویی در این حوزه، هوای فشرده باید عاری از رطوبت، روغن و ذرات باشد؛ زیرا مستقیماً با بسته بندی، جابه جایی مواد و عملیات تمیزکاری در تماس است. کاهش کیفیت هوای فشرده می تواند باعث آلودگی محصولات شود.

3. پتروشیمی و پالایشگاه ها هوای فشرده در صنعت پتروشیمی و پالایشگاه ها نقش حیاتی در کنترل ولوها، ابزار دقیق و سیستم های ایمنی ایفا می کند. در فرآیندهای حساس پتروشیمی، ثبات فشار و خلوص هوا اهمیت بالایی دارد.

4. رنگ پاشی و پوشش های صنعتی در فرآیندهای رنگ کاری، هوای فشرده تمیز و خشک برای ایجاد پوشش یکنواخت و باکیفیت استفاده می شود و هرگونه رطوبت یا آلودگی در هوا می تواند باعث نقص در سطح پوشش و کاهش دوام آن شود.

5. تولیدات فلزی و ماشین کاری ابزارهای پنوماتیک، دستگاه های سی ان سی (CNC) و سیستم های انتقال در کارگاه های تولید فلزات همگی وابسته به هوای فشرده هستند. افت فشار هوا یا وجود ناخالصی در آن می تواند دقت و طول عمر ابزارها را تحت تأثیر قرار دهد.

اجزای اصلی یک سیستم تولید هوای فشرده

در این بخش به بررسی اجزای اصلی یک سیستم تولید هوای فشرده می پردازیم.

اجزای یک سیستم تولید هوای فشرده

• کمپرسور: هوا را از فشار اتمسفر به فشار لازم برای عملیات فرآیند می رساند.
• مخزن: مخزن دو کارکرد اصلی دارد، اول هوای فشرده را برای نیازهای ناگهانی یا غیرعادی بیش از ظرفیت کمپرسور ذخیره می کند و دوم، بخشی از رطوبت هوای موجود در مخزن را جدا می کند.
• خشک کن: وظیفه خشک کن حذف بخار اشباع شده از هوای فشرده می باشد.
• فیلتر: هوای فشرده را از آلاینده های ناشی از هوای محیط مانند ذرات، رطوبت و روغن پاک می کند.
• تخلیه خودکار: این تجهیز به طور خودکار میعانات را از سیستم تخلیه می کنند. در ضمن، از ماشین آلات و تجهیزات خط تولید محافظت نموده و از خوردگی اجزای سیستم هوای فشرده نیز جلوگیری می کنند.
• جداکننده روغن: این وسیله روغن روانساز را از آب و میعانات همراه آن جدا می کند. اکثر کمپرسورهای رایج برای کار از روان کننده روغن استفاده می کنند. لذا روغن با آب و میعانات دیگر مخلوط می شود و برای استفاده مجدد باید جدا شود.
• شبکه توزیع: هوای فشرده را از محل تولید به محل استفاده منتقل می کند. شبکه توزیع باید به درستی طراحی شود تا حداقل افت فشار، حداکثر دبی، حداقل نشتی و کاهش خطر خوردگی را با استفاده از متریال مناسب برای لوله ها، فراهم کند.

توضیح سایر اجزای سیستم های تولید هوای فشرده، در مقالات بعدی به صورت کاملتر مورد بررسی قرار خواهد گرفت.

۳ پارامتر کلیدی در انتخاب کمپرسور هوای فشرده

انتخاب صحیح کمپرسور هوای فشرده نیازمند شناخت دقیق نیازهای عملیاتی و شرایط کاری است. سه پارامتر اصلی که باید در انتخاب انواع کمپرسور فشرده در نظر گرفته شوند، عبارت اند از:

 1. دبی مورد نیاز lit/min) یا (CFM: دبی، میزان هوای فشرده مورد نیاز در هر دقیقه را نشان می دهد. این مقدار با توجه به تعداد ابزارها، اندازه سیستم و نوع عملیات تولید تغییر می کند. به عنوان مثال، یک کارگاه با ابزارهای سبک ممکن است به ۱۵ تا ۲۰ CFM نیاز داشته باشد، در حالی که یک کارخانه مونتاژ با چندین ایستگاه تولید هم زمان، به دبی بسیار بالاتری نیاز دارد.

 2. فشار کاری (Bar): بیشتر تجهیزات پنوماتیک صنعتی در فشار ۶ تا ۸ بار کار می کنند، اما برخی فرآیندها مانند تست نشتی یا انتقال در مسافت های طولانی به فشار بالاتری نیاز دارند. فشار کاری باید با مشخصات ابزارهای پنوماتیک هماهنگ باشد.

3. نوع کاربرد و شرایط محیطی: اگر کمپرسور هوا در محیط هایی با رطوبت بالا، گرد و غبار یا نوسانات شدید دمایی فعالیت دارد، انتخاب کمپرسور مناسب با تجهیزات جانبی مثل خشک کن هوا، فیلترهای رطوبت گیر و سیستم های خنک کاری ضروری است.

اهمیت کمپرسور هوای فشرده در بهره وری صنعتی

در بسیاری از صنایع، کمپرسور هوای فشرده نقش کلیدی در اجرای فرآیندهای تولید و کنترل دارد و فراتر از یک تجهیز کمکی عمل می کند. در این میان، کمپرسور اسکرو با قابلیت عملکرد مداوم و مصرف انرژی بهینه، گزینه‌ای رایج برای کاربردهای سنگین و پیوسته به شمار می رود. انتخاب دقیق کمپرسور، تأثیر مستقیمی بر کیفیت محصول، کاهش هزینه های جاری و افزایش دوام تجهیزات خواهد داشت. شناخت دقیق نیازها و کاربرد کمپرسور در صنعت به مدیران تولید کمک می کند تا بتوانند سیستمی کارآمد و پایدار طراحی کنند.