کمپرسور به ماشینی اطلاق می شود که از آن برای افزایش فشار سیالات تراکم پذیر (گازها و بخارات) استفاده می شود. کمپرسور در رفاه زندگی بشری و گسترش صنایع از آنچنان اهمیتی برخوردار بوده بنحوی که امروزه اصطلاحا آن را اسب بارکش صنایع می نامند. با گسترش صنایع که از نیمه دوم قرن19 شروع گردید و با رشدی شتابان قرن بیستم را پشت سر گذاشت، بایدانتظار داشت که این ماشین پر ارزش نقش مهمتری را در قرنی که بتازگی شروع شده در رفاه بشر و توسعه صنایع بعهده داشته باشد. در اهمیت کمپرسورها همین بس که دامنه بکارگیریاز آن در شاخه های مختلف صنایع، پزشکی، لوازم خانگی و غیره بسرعت در حال توسعه بوده،بطوری که امروزه حضور آن در جای جای جوامع بشری بشدت بچشم می خورد که عمده ترین آنهاعبارتند از وسائل خانگی (یخچال، فریزر، کولر گازی،جاروبرقی)، تجهیزات پزشکی (دریلهای دندانپزشکی، هوای مورد استفاده در بیمارستانها) صنایع هواپیمائی (تأمین هوای فشردهبرای موتور توربین) و صنایع (تامین هوای فشرده برای سیستم های پنوماتیکی، میعان گازها،ذخیره سازی گاز و…). شرایط بهره برداری از کمپرسو رها در صنایع از چنان دامنه وسیعیبرخوردار است که امروزه انواع مختلف کمپرسورها در ظرفیت های مختلف و از فشار مکش بسیارکم (خلاء) تا فشار دهش بسیار زیاد (بیش از ٦٠٠٠ بار) بکارگرفته می شود.
اصلی ترین تجهیزات کمپرسور عبارتند از:

مخزن
(Air Receiver)
مخازن هوای فشرده، برای ذخیره هوای خروجی کمپرسور باد مورد استفاده قرار می گیرد و با توجه به میزان قشار مورد نیاز ، دارای فشار کاری متفاوتی می باشد که معمولاً بین بین ۸ بار تا ۱۳ بار متغیر است.
میکرو فیلتر
(Micro Filter)
میکروفیلترها، تجهیزاتی هستند، جهت جذب ذرات غبار و روغن و ناخالصی های موجود در هوای فشرده. انواع میکرو فیلترها عبارتند از: پری فیلتر، میکرو فیلتر اولیه ، میکرو فیلتر ثانویه و میکرو فیلتر سیلیکونی
درایر جذبی
(Adsorbtion Dryer)
شامل دو برج فولادی همراه با مواد جاذب و شیرهای تخلیه برقی می باشد. این مواد جاذب، بخار آبی را که در مسیر هوای فشرده قرار دارد تا میزان بسیار زیادی جذب می کند. نقطه شبنم = حدود -۴۰ C
درایر تبریدی – خشک کن
(Refrigeration Air Dryer )
عملکردی شبیه به یخچال دارد ، به طوری که هوا را سرد کرده و ذرات بخار آب موجود در هوا در اثر این سرما به آب تبدیل می‌گردد و از راه شیرهای تخلیه، خارج می‌شود. نقطه شبنم این کمپرسورها = حدود +۲ C
تله آبگیر و روغن گیر
میکرو تراپ (Micro Trap)
تله آبگیر بعد از کمپرسور نصب می‌گردد و ذرات آب و روغنی را که در هوای خروجی از کمپرسور وجود دارد را جذب کرده و از ورود این ذرات به مخزن جلوگیری می کند. عنواین دیگر با کاربری خاص: واتر تراب یا water trap
کمپرسورها را برحسب نیاز در اندازه های مختلفی می سازند و با توجه به نحوة کارکرد به سه نوع پیستونی ، دوار و گریز از مرکز تقسیم می شوند . کار کمپرسورها ، ایجاد نیروی مکش لازم برای مکیدن گاز مبرّد از اواپراتور ، متراکم کردن گاز ، و سپس فرستادن آن به کندانسور است ، که در آن گاز به مایع تبدیل می شود . مکندگی کمپرسور ، گاز را از سمت راست فشار ضعیف به سمت فشار قوی منتقل می کند ، و حجم گازی که باید متراکم شود بستگی به میزان جابه جایی پیستون کمپرسور دارد .
کمپرسورها را برحسب نیاز در اندازه های مختلفی می سازند و با توجه به نحوة کارکرد به سه نوع پیستونی ، دوار و گریز از مرکز تقسیم می شوند . کار کمپرسورها ، ایجاد نیروی مکش لازم برای مکیدن گاز مبرّد از اواپراتور ، متراکم کردن گاز ، و سپس فرستادن آن به کندانسور است ، که در آن گاز به مایع تبدیل می شود . مکندگی کمپرسور ، گاز را از سمت راست فشار ضعیف به سمت فشار قوی منتقل می کند ، و حجم گازی که باید متراکم شود بستگی به میزان جابه جایی پیستون کمپرسور دارد .
وظیفة کمپرسور در سیستم تبرید تراکمی این است که با ایجاد اختلاف فشار لازم ، جریان مبرّد را از یک قسمت سیستم به قسمت دیگر برقرار کند . در اثر وجود همین اختلاف فشار بین سمت فشار قوی و سمت فشار ضعیف است که مایع مبرّد از میان شیر انبساط به اواپراتور رانده می شود . برای اینکه بخار کم فشار ، اواپراتور را ترک کند و راهی واحد تقطیر شود باید فشاری بیشتر از فشار موجود در قسمت مکش واحد تقطیر داشته باشد .
کمپرسورهایی که در تهویه مطبوع به کار می روند برحسب ساختمان و طرزکار به انواع زیر تقسیم می شوند :
۱- تک سیلندر
۲- چند سیلندر

کمپرسورهایی که در تهویه مطبوع به کار می روند برحسب روش تراکم به انواع زیر تقسیم می شوند :
۱ – پیستونی

۲- دوار

۳- گریز از مرکز

کمپرسورهای پیستونی:

طراحی سیلندر در کمپرسورهای پیستونی از نظر تعداد و نحوة آرایش سیلندرها و دوطرفه یا یک طرفه بودن آنها (پیستون دوسره یا یک سره) متفاوت است . کمپرسورهای پیستونی را با یک سیلندر تا 16 سیلندر می سازند و نحوة آرایش سیلندر در آنها برحسب نیاز به صورتهای جناغی ، جفت جناغی و شعاعی یا ستاره ای است.
کمپرسورهای دوار :

از آنجا که در کمپرسورهای دوّار نوع بسته یا هرمتیک ، کیفیت گرداندن کمپرسور به دلیل یکجا بدن موتور و کمپرسور بهتر است ، امروزه آنها را ، به ویژه در ظرفیتهای کمتر از یک تُن ، به تعداد زیاد تولید می کنند . کمپرسور بسته ، کمپرسوری است که در آن موتور و کمپرسور هر دو درون یک محفظة‌تحت فشار جا گرفته اند ، و محور موتور و میل لنگ کمپرسور یکپارچه است . موتور به طور دائم با مبرّد تماس دارد .
عملکرد کمپرسور دوّار مشابه با کمپرسور پیستونی است ؛ به این ترتیب که با متراکم ساختن گاز مبرّد اختلاف فشار لازم برای به گردش درآوردن مبرّد در سیستم را فراهم می کند . البته نحوة تراکم گاز در کمپرسور دوّار ، اندکی متفاوت است . در این کمپرسور عمل تراکم در اثر حرکت دورانی روتور نسبت به اتاقک تراکم یا سیلندر انجام می گیرد .
کمپرسورهای دوّار از نظر ساختمان به دو نوع تیغه ثابت و تیغه گردان تقسیم می شوند . قطعات متحرک کمپرسور دوّار تیغه ثابت عبارت اند از : رینگ ، بادامک و تیغة کشویی و…
کمپرسورهای گریز از مرکز:

کمپرسورهای گریز از مرکز ذاتاً ماشینهای پُر دور هستند و بهترین گردانندة‌ آنها توربین بخار است . از آنجا که آنها را برای دورهای همسنگ دور بالای توربین طراحی می کنند ، می توان آنها را مستقیماً کوپله کرد . جایی که بخار پُرفشار باشد ، توبین به منزلة شیرفشار شکن عمل می کن و بخار کم فشار خروجی از توربین می تواند برای گرمایش یا مقاصد دیگر به کار رود . ولی در بسیاری از کاربردها ، خصوصاً در ظرفیتهای پایین ، کمپرسورها را موتورهای برقی می گردانند که به جعبه دنده های افزاینده مجهزند . کمپرسورهای گریز از مرکز از مبرّدهای کم فشار استفاده می کنند و معمولاً اواپراتور و کندانسور آنها هر دو با فشار کمتر از جوّ کار می کنند .
عمل تراکم گاز در کمپرسور گریز از مرکز با نیروی گریز از مرکز انجام می گیرد . از این رو این کمپرسورها برای تراکم مقادیر زیاد گاز مبرّد و اختلاف فشارهای کم ایدئال هستند . همچنین سیستمهای تبرید کم دما و به خصوص آنهایی که از هیدروکربنهای نفتی یا هالوژنه به عنوان مبرّد استفاده می کنند ، سازگاری بیشتری با این کمپرسورهای دارند .
در تأسیسات کمپرسور گریز از مرکز ، اگر توربین بخار در دسترس باشد از نظر اقتصادی ترجیح دارد ، زیرا تجهیزات و نیروی کار لازم برای چنین تأسیساتی در مقایسه با آنچه برای کمپرسور گردنده با توربین گازی مشابه لازم است ، نسبتاً کوچکتر و کمتر است . دلیل آن عمدتاً جمع و جوری و سبکی دستگاهها نسبت به قدرت مصرفی است . به علاوه کمپرسور گریز از مرکز فقط بخش کوچکی از فضای لازم برای تجهیزات تبرید را اشغال می کند . واحدهای تبرید نوع گریز از مرکز در ظرفیتهای 100 تا 2500 تُن و برای کار موتور برقی ، توربین بخار و یا موتور درونسوز تولید می شوند .
انواع کمپرسور
کمپرسور محوری :
این نوع از کمپرسور هوا را از میان پره های خود عبور داده و به سمت عقب میراند این کمپرسور دارای یک و یا دو و یا چند طبقه پره میباشد که زاویه های پره ها در طبقه اول زیاد است و به تدریج هر قدر که به سمت محفظه احتراق پیش میرویم زاویه پره ها کم می‌شود و از سرعت سیال کم شده و به فشار و دمایش افزوده می‌شود در جداره این کمپرسورها پره های ثابتی وجود دارد که جهت هوای ورودی را از هز طیقه به طبقه بعدی تنظیم میکند . در این نوع از کمپرسورها خطر سکته کمپرسور بسیار کم است . ردیف های ثابت کمپرسور انرژی جنبشی را که توسط پره های متحرک به سیال عامل داده می‌شود به ازدیاد فشار تبدیل کرده و همچنین جهت سیال را به زاویه ای مناسب برای ورود به ردیف بعدی پره های متحرک تصحیح مینماید هر طبقه کمپرسور شامل یک ردیف پره چرخنده و به دنبال آن یک ردیف پره ثابت میباشد . ولی قبل از ورود سیال به طبقه اول کمپرسور یک ردیف پره ثابت به نام ( پره راهنمای ورودی ) قرار میدهند که جهت سیال را برای ورود به طبقه اول کمپرسور تصحیح مینماید .
کمپرسور شعاعی ( گریز از مرکز):
از این نوع کمپرسور بیشتر در موتورهای قدیمی استفاده میشده است. این نوع از کمپرسور دارای پره های بسته میباشد و هوا را از میان پره های خود عبور نمیدهد بلکه هوا را در جهت شعاع خود به سمت بیرون میراند و هوا پس از برخورد به پخش کننده (دیفیوژر) از سرعتش کاسته شده و به دما و فشارش افزوده می‌شود . این نوع از کمپرسور شامل دو نوع یک طرفه و دو طرفه میباشد است Allison j-33 درمیان موتورها مجهز به کمپرسور گریز از مرکزکه در آمریکا ساخته شد موتور در زیر کمپرسور نوع شعاعی را مشاهده میکنید.
کمپرسور ها از انواع توربو ماشین های توانگیر می باشند و طرز کار کلی آن‌ها مانند پمپ است.

معمولا برای متراکم کردن هوا که یک گاز تراکم پذیر است از کمپرسورها استفاده می کنند اما از کمپرسورها در متراکم سازی گازهای طبیعی، اکسیژن، نیتروژن، و دیگر گازهای صنعتی نیز استفاده می‌شود. (این در حالی است که گاهی کمپرسور هوا را از دیگر انواع کمپرسور مجزا می دانند)

کمپرسورها به دو دسته اصلی تقسیم می‌شوند که عبارتند از:

1. کمپرسور های جابه جایی مثبت (Positive Displacment Compressor) شامل:

کمپرسور های دورانی (Rotary Compressor)
کمپرسور های رفت و برگشتی (Resiprocatig Compressor)
2. کمپرسور های دینامیکی (Dynamic Compressor) شامل:

کمپرسور های سانتریفوژ (Centrifugal Compressor)
کمپرسور های محوری (Axial Compressor)

کاربرد کمپرسور رفت و برگشتی ویرایش

بیشترین کاربردهای کمپرسورهای رفت و برگشتی در صنایع نفت و گاز است که در آن سیال وارد شده و فشارش در خروجی بالا می رود. در صنعت گاز نیز از کمپرسورهای رفت و برگشتی در خطوط انتقال گاز بین کشورها استفاده می کنند. این کمپرسورها همچنین در صنایع شیمیایی، تهویه ساختمان، تونل ها، معادن و کوره ها، سیستم های تبرید، تأمین فشار مخازن تحت فشار، تزریق گاز به میدان های نفتی، تأمین هوای فشرده جهت احتراق در ماشینهای احتراق داخلی و دیگ بخار و… کاربرد فراوانی دارند.
کمپرسور پیستونی

کمپرسور اسکرو ویرایش

در کمپرسور اسکرو دو روتور مارپیچ که به طور متناوب گردش می کنند سیال را به محفظه می راند و فشار آن را افزایش می دهد. با گردش روتورها سیال به درون محفظه کشیده شده و در ادامه کار روتور، سیال را به انتها می راند، آن را به دام انداخته و بدین ترتیب فشارش را بالا می برد. سیال فشرده شده از انتها خارج می‌شود. این کمپرسورها تمایل به حرکت آرام دارند و لرزش چندانی نداشته از این رو نیازی به فنر ندارند، با این حال برای جلوگیری از لرزش های احتمالی در فرکانس های بالا یک لرزه گیر روی آن‌ها تعبیه می‌شود. لازم به ذکر است روتورها نباید خشک کار کنند و شیارهای روتور باید همواره روغنکاری شوند تا دچار خوردگی و ساییدگی نشوند.
کمپرسور اسکرو

روتور کمپرسور اسکرو

کمپرسور اسکرو بدون روغن ویرایش

در این کمپرسورها هوا در طی فرایند بدون وجود سیل های (Seal) روغن فشرده می‌شود. هوا معمولا فشار ماکزیمم پایین تری دارد از این رو هوا را در کمپرسورهای اسکرو بدون روغن چند طبقه، توسط چندین اسکرو فشرده می کنند تا فشار بیشتری در خروجی داشته باشد. حجم هوای خروجی در این حالت به 2000 فوت مکعب بر دقیقه می رسد.(در دمای 60 درجه سلسیوس و فشار اتمسفر). این کمپسورها در جایی که وجود روغن در سیستم مجاز نیست. مانند تحقیقات پزشکی و تولید نیمه رساناها کاربر دارند.

لازم به توضیح است جهت هماهنگ کردن دو محور این نوع کمپرسور از دو چرخ دنده استفاده می‌شود. هچنین این نوع کمپرسور دارای دبی های بسیار بالا (30297 متر مکعب در ساعت در فشار 3 بار و یا 120000 متر مکعب در فشار اتمسفر) می باشد. همچنین به علت دقت بسیار بالا در ماشینکاری و استفاده چرخ دنده و… قیمت این نوع کمپرسور چندین برابر انواع Oil-injected می باشد. حداکثر فشار این نوع کمپرسور در یک مرحله با توجه به سازنده از 3 تا 4 بار است.

کمپرسور پیستونی ویرایش
اجزای ابتدایی کمپرسور رفت و برگشتی، با پایین رفتن پیستون، هوا یا گاز به داخل پیستون کشیده شده و با برگشت پیستون به حالت اولیه ، متراکم می‌گردد. شبیه موتورهای احتراق داخلی، میله میل لنگ باعث می‌شود حرکت چرخشی میل لنگ به حرکت خطی پیستون تبدیل گردد و برخلاف موتورهای احتراق داخلی در این کمپرسورها گاز جرقه نمیزند بلکه در طی این عمل فشار گاز زیاد شده، دریچه تخلیه را باز کرده و با شدت خارج می‌شود.
طراحی پیستون ها ممکن است تکی یا دوتایی باشد. (در طراحی دوتایی، تخلیه و فشرده سازی در هر دو سر پیستون روی می دهد.) برخی از سیلندر های دوتایی که در فشار بالا کار می کنند در هر دو سمت، میله جدا برای پیستون دارند تا تعادل بار ایجاد گردد. سیلندر ها پشت سر هم به یک میل لنگ متصل اند و در جهت مخالف یکدیگر حرکت می کنند. در بسیاری از تجهیزات ترکیبی و سایشی روانکارها کاربرد دارند. جهت جلوگیری از سایش قطعات از رینگ های پیستون یک بار مصرف استفاده می‌شود. وظیفه پکینگ رینگ های موجود در سیلندر حاوی گاز پرفشار، پاک کردن روغن از روی میله سیلندر جهت جلوگیری از ورود روغن به سیلندر می باشد. پکینگ رینگ ها برای نگه داری گاز درون سیلندر طراحی شده اند ولی در فشار های بالا امکان نشت گاز از پکینگ وجود دارد. سیلندر ها در کمپرسورهای بزرگتر با ترموسیفون یا سیرکولاسیون سیال خنک می‌شوند در حالیکه کمپرسورهای کوچک تر خانگی اغلب با هوا خنک می گردند.

کمپرسور سانتریفوژ
کمپرسورهای سانتریفوژ با گردش پروانه کمپرسور، سیال را به درون محفظه کشیده و در اثر حرکت چرخشی پروانه نیروی گریز از مرکز شدیدی را در سیال (در یک محفظه مدور) ایجاد می کند. به این ترتیب سیال در برخورد با محفظه تحت فشار قرار می گیرد. کمپرسورهای سانتریفوژ با افزایش دور پروانه انرژی جنبشی گاز را زیاد کرده و این میزان انرژی، فشار را در خروجی دیفیوزر بالا می برد.

در کمپرسورهای سانتریفوژ جهت جریان عمود بر محور گردنده می باشد این مدل از کمپرسورها برای فشرده سازی حجم زیادی از گاز در یک فشار پایین به کار می روند زیرا نیروی فشاری ایجاد شده توسط پروانه ها کوچک است. به همین دلیل چیلرهایی که از کمپرسور سانتریفوژ استفاده می کنند بیش از یک پروانه در آن‌ها تعبیه می‌شود. این کمپرسورها به دلیل طراحی ساده و قطعات متحرک محدود و نگه داری آسان و کم هزینه، مطلوب می باشند.

کمپرسور سانتریفوژ
پروانه سانتریفوژ
کار کرد کمپرسور سانتریفوژ
هندسه تیغه ها، جریانات سه بعدی ناپایدار، ویسکوزیته سیال، اثرات تراکم پذیری و… از جزئیات پیچیده کار است. هر تیغه روی کمپرسور ایجاد فشار می نماید و نزدیکی تیغه ها به یکدیگر سیال را لا به لای خود می کشد و با گردش سیال روی آن کار انجام می دهند. طراحان کمپرسور در تونل باد آزمایشات و محاسبات پیچیده ای را برای تعیین عملکرد سانتریفوژها انجام می دهند. این عملکرد شامل نسبت فشار (CPR)در سراسر کمپرسور، سرعت دورانی لازم برای افزایش فشار و راندمان کمپرسور ایده‌آل می باشد.
کاربرد کمپرسور سانتریفوژ ویرایش
امروزه کاربرد این کمپرسورها بیشتر در هواپیماهای نظامی و مسافربری که با موتورهای توربین گازی کار می کنند (که به آنها موتور جت می گویند)می باشد. چندین نوع موتور جت وجود دارد ولی همه آن‌ها یک بخش مشترک دارند و آن کمپرسور است. کمپرسور فشار هوای ورودی را قیل از وارد شدن به محفظه احتراق بالا می برد. عملکرد کمپرسور اثر به سزایی روی سرعت و قدرت موتور دارد. در ابتدا موتورهای جت با کمپرسورهای سانتریفوژ کار می کردند ولی امروزه در توربو جت های کوچک و موتور های توربو شفت از آن‌ها استفاده می‌شود.
کمپرسور محوری
در کمپرسورهای محوری، هوا به موازات محور گردنده جریان دارد. کمپرسور از چندین ردیف آبشاری تشکیل شده که برخی از این ردیف ها روتور نام دارد که به شفت مرکزی متصل شده و با سرعت بالا گردش می کند. باقی ردیف ها استاتور است که در جای خود ثابت است و گردش نمی کند. وظیفه استاتور افزایش فشار و بازگرداندن جریان از حالت مارپیچ به موازات محور است.

گاز از درون کمپرسور عبور کرده سرعت آن متناوبا زیاد و کم شده. با هر افزایش سرعت انرژی جنبشی گاز زیاد شده و با هر کاهشی ، انرژی جنبشی آن تبدیل به افزایش فشار می‌شود. این کمپرسورها جریان پیوسته دارند و در حجم زیاد، گاز متراکم ایجاد می کنند و راندمان بالایی دارند.

کمپرسور محوری
کارکرد کمپرسور محوری
کمپرسوری که در آن سیال وارد شده و در جهت محوری گردش کند، کمپرسور جریان محوری است. همانند کمپرسورهای سانتریفوژ هر تیغه استاتور ایجاد فشار می کند. و این تیغه ها مدام جریان ناپایدار ایجاد می کنند. عمل فشرده سازی به طور کامل بر اساس انتشار سیال در مسیر جریان صورت می گیرد. استاتور انرژی جنبشی مطلق سیال را به افزایش فشار در سیال تبدیل می کند. ترم دیگر انرژی جنبشی در سیستم مربوط به گردش روتور است. روتور انرژی جنبشی نسبی سیال را کاهش داده و انرژی جنبشی مطلق آن را افزایش می دهد، یعنی اثر روتور روی سیال، افزایش سرعت مولکول های سیال است و در نتیجه سرعت نسبی میان سیال با روتور کم می‌شود. طراحی مسیر عبور سیال در روتور با قابلیت انتشار بالا می تواند عملکرد خوبی در افزایش فشار داشته باشد. اگر در یک مرحله %50 افزایش فشار در روتور داشته باشیم گفته می‌شود بازده دستگاه %50 می باشد.

کمپرسور محوری
کاربرد کمپرسور محوری
این دسته از کمپرسورها (محوری)در موتور هواپیماهای جت و توربین گازی و موتور کشتی های سرعت بالا و پست های برق، همچنین در صنایع برای ایرسپراتورهای بزرگ، انفجار کوره های بزرگ، کراکینگ هوا با سیال به عنوان کاتالیزور، گرفتن هیدروژن پروپان و … کاربرد دارند. کمپرسورهای محوری به عنوان سوپرشارژ در افزایش قدرت موتورهای رفت برگشتی در خودروها نیز کاربرد دارند.