Tel: 021 3390 3552 , 021 3390 1804
آخرین مقاله ها در سایت

پمپ های خلاء

پمپ های خلاء

پمپ های خلاء – کمپرسورهای کمکی – تشدید کننده های فشار

COMPRESSED AIR MANUAL BOOK

راهنمای هوای فشرده

2-2-1  پمپ هاي خلاء ( Vacuum pumps )

خلاء به معني فشار پايين تر نسبت به فشار آتمسفر است . يک پمپ خلاء ، کمپرسوري است که در اين دامنه فشار کار مي کند از جمله ويژگي خاص پمپ خلاء اين است که آنها با نسبت فشار خيلي بالا کار مي کنند ، با اين وجود ، عليرغم اين موضوع ، کمپرسورهاي متراکم کننده چند مرحله اي مي توانند براي محدوده فشارهاي 1 بار تا 1/ . بار مورد استفاده قرار گيرند .

2-2-2 کمپرسورهاي کمکي ( Booster compressors ) در پمپ های خلاء

کمپرسور کمکي ، کمپرسوري است که هواي فشرده شده از قبل را تا فشار بالاتري متراکم مي سازد . اين کمپرسور براي جبران فشارهايي که در طول خطوط لوله هاي طويل افت کرده است مورد استفاده قرار مي گيرد و يا در مواردي که به      فشار هاي بالاتري در فرايند نياز است ، استفاده مي شود .

تراکم ممکن است که يک يا چند مرحله اي باشد و کمپرسور نيز    مي تواند از نوع ديناميکي يا جابجايي باشد ، اما در اين مواقع کمپرسورهاي پيستوني رايج ترين هستند . توان مورد نياز براي کمپرسور کمکي با افزايش نسبت فشار ، افزايش مي يابد ،درحاليکه جرم در حال حرکت افت مي نمايد . منحني مقتضيات توان که تابعي از فشار ورودي مي باشد از نظر شکل کلي با منحني پمپ خلاء مشابه است .

2-2-3 تشديد کننده هاي فشار ( Pressure intensifiers ) در پمپ های خلاء

تشديد کننده هاي فشار ، فشار را در سيال افزايش مي دهند به عنوان مثال براي تست هاي آزمايشگاهي بر روي شير ، لوله ها و شيلنگ ها . فشاري حدود 7 بار را مي توان با يک مرحله تا 200 بار يا حتي تا فشار 1700 بار در تجهيزات چند مرحله اي افزايش داد . تشديد کننده فشار فقط براي جريان هاي خيلي کم موجود مي باشند .

وقتي که محفظه پر فشار از هوا پر مي شود ، پيستون کم فشار بالا برده مي شود . وقتي که سيال مولد فشار وارد محفظه مي شود پيستون به طرف پايين رانده مي شود ، و تحت فشار بالايي سيال را به بيرون مي راند . تشديد کننده فشار مي تواند در يک فرايند تناوبي تا دامنه سطح فشار از پيش تنظيم شده اي کار کند . تمامي گازهاي خنثي مي توانند به اين طريق فشرده شوند . هوا را نيز مي توان در يک تشديد کننده فشار متراکم ساخت ، اما بايد کاملاً عاري از روغنباشد تا از احتراق خود به خود آن ممانعت شود .

2-3   تصفيه سازي هواي فشرده در پمپ های خلاء

 ( Treatment of compressed air )

2-3-1  خشک کردن هواي فشرده در پمپ های خلاء ( Drying compressed air )

همه هواي اتمسفر حاوي بخار آب است ، اين ميزان بخار آب در دماي بالا ، بيشتر و در دماي پايين کم تر است . وقتي که هوا متراکم مي شود غلظت آب افزايش مي يابد. به عنوان مثال ، کمپرسوري که داراي فشار کاري 7 بار و ظرفيت  l/s200  است که در  ˚C 20 و رطوبت نسبي     % 80 هوا را وارد مي کند، طي مدت هشت ساعت فشرده سازي هوا در حدود 80  ليتر آب توليد مي نمايد .

واژهٌ نقطه شبنم فشار ( PDP ) به اين منظور استفاده مي شود که ميزان آب موجود در هواي متراکم شده را توضيح دهد . اين دمائي است که در آن بخار آب در فشار کاري جاري به آب تبديل مي شود . دماي نقطه شبنم فشار پايين نشان دهنده مقادير کم بخار آب در هواي فشرده است.

اين مهم را بخاطر داشته باشيد که هنگام مقايسه خشک کن هاي مختلف نمي توان نقطه شبنم اتمسفري را با نقطه شبنم فشار مقايسه کرد . به عنوان مثال ، دماي نقطه شبنم فشار در ˚C  2+ با فشار 7 بار معادل است با دماي نقطه شبنم در   ˚C 23  با فشار اتمسفر . براي خارج کردن رطوبت از هوا ( زير دماي نقطه شبنم ) نمي توان  از فيلتر استفاده کرد . زيرا ، تبريد بيشتر به اين معني است که ته نشين شدن آب به صورت ميعان ادامه يابد .

شما مي توانيد نوع اصلي ابزار خشک کننده را بر اساس نقطه شبنم فشار انتخاب کنيد . از نقطه نظر هزينه ، دماي نقطه شبنم پايين تر ، دستيابي به هواي بيشتر و هزينه هاي تهيه هواي خشک . به طور کلي ، چهار روش براي خارج کردن رطوبت از هواي فشرده وجود دارد : تبريد ، تراکم بيش از حد ، جذب نافذ و جذب سطحي . بر اساس اين روش ها براي انواع مختلف سيستم هاي هواي فشرده تجهيزات مورد نياز در دسترس مي باشد .

2-4-1-1 پس خنک کاري ( Aftercooler ) در پمپ های خلاء

دستگاه پس خنک کاري يک مبدل حرارتي است که هواي فشرده گرم را خنک ميکند تا آب موجود در آن را ته نشين سازد ، در غير اين صورت آب در سيستم لوله کشي تقطير مي نمايد . دستگاه مي تواند آب خنک يا هوا خنک  و مجهز به جداکننده آب با تخليه اتوماتيک باشد ، که بايد در کنار کمپرسور نصب شود .

% 90-80 آب تقطير ته نشين شده در جدا کننده آب دستگاه پس خنک کاري ، جمع آوري مي شود . درجه حرارت متداول هواي فشرده شده بعد از پس خنک کن ، تقريباً  ˚C 10  بالاتر از دماي مبرد است ، اما با توجه به نوع دستگاه خنک کاري مي تواند تغير کند . يک دستگاه پس خنک کاري حقيقتاً در تمام دستگاه هاي ثابت مورد استفاده قرار ميگيرد . در بيشتر موارد ، دستگاه پس خنک کن در کمپرسور هاي مدرن تعبيه مي شود .

2-4-1-2 خشک کن تبريدي ( Refrigerant dryer )  در پمپ های خلاء

خشک کردن تبريدي به اين معني است که هواي فشرده شده ، خنک مي شود و بدين طريق مقدار آب زيادي تقطير شده و مي تواند جدا شود . بعد از خنک کاري هوا و تقطير آب ، هواي متراکم به اندازه دماي محيط گرما داده شده ، به طوريکه عمل تقطير در بيرون سيستم لوله صورت نگيرد . خنک کردن هواي فشرده از طريق سيستم خنک کاري بسته اي صورت مي گيرد . با خنک کردن هواي متراکم شده در حال ورود ، توسط هواي خنک شده در مبدل حرارتي ، مصرف انرژي خشک کن تبريدي کاهش مي يابد . خشک کن هاي تبريدي با دماي نقاط شبنم بين ˚C 2+ تا ˚C10+ مورد استفاده قرار ميگيرند و توسط نقطه انجماد آب تقطير شده به طرف دماي پايين تر محدود مي شوند.

2-4-1-3  تراکم بيش از حد ( Over-compression ) در پمپ های خلاء

تراکم بيش از حد شايد ساده ترين روش خشک کردن هواي فشرده باشد .

ابتدا هوا با فشار بالاتري نسبت به فشار کاري مورد نظر متراکم مي شود که به اين معني است که تراکم بخار آب افزايش مي يابد . بعد از آن هوا خنک مي شود و بدين ترتيب آب جدا مي شود . سرانجام اجازه داده مي شود که فشار هوا تا حد فشار کاري معمولي پايين آورده شود و بدين طريق نقطه شبنم پايين تري ايجاد مي شود . با اين وجود اين روش فقط براي مقادير جريان هواي خيلي کوچک مناسب است .

2-4-1-4 خشک کردن جذبي نافذ ( Absorption drying ) در پمپ های خلاء

خشک کردن جذبي نافذ ، فرايندي شيميايي است که در اين فرايند مواد جاذب ، بخار آب را به خود مي گيرند . مواد جذب کننده مي توانند جامد يا مايع باشند . غالباً از کلريد سديم و اسيد سولفوريک استفاده مي شود ، که به اين معني است که احتمال فرسودگي و خوردگي دستگاه بايد مورد توجه قرار گرفته شود .

اين روش غير معمول است و در اين روش مصرف مواد جاذب بسيار بالا است . نقطه شبنم هم فقط تا حد معيني پايين آورده مي شود.

2-4-1-5 خشک کردن جذبي سطحي ( Adsorption drying ) در پمپ های خلاء

دو نوع خشک کن جذبي سطحي وجود دارد ، بازيافت سرد و بازيافت گرم . خشک کن هاي بازيافت سرد براي جريان هاي هوا بامقادير پايين تر مناسب ترين هستند . فرايند بازيافت به کمک هواي فشرده صورت ميگيرد و تقريباً به %20 – 15 ظرفيت اسمي خشک کن در فشار کاري 7 بار ، دماي نقطه شبنم ˚C  20+ نياز دارد.

دماي نقطه شبنم پايين تر به نشت جريان هواي بيشتري نياز دارد . بازيافت کننده هاي گرم ماده جاذب رطوبت را توسط گرماي الکتريکي يا گرماي کمپرسور احياء مي کنند ، اين بازيافت کننده نسبت به بازيافت کننده سر کم هزينه تر است . با استفاده از اين بازيافت کننده مي توان نقطه شبنم هاي خيلي پايين ( ˚C30- يا پايين تر ) را به دست آورد .

هميشه قبل از خشک کردن جذبي سطحي بايد جداسازي و تخليه آب تقطيرشده را بطور تضمين شده اي برنامه ريزي کرد . اگر هواي فشرده با استفاده از کمپرسورهاي روغن کاري شونده توليد شده باشد ، بايد حتماً يک فيلتر جدا کننده روغن پيش از تجهيزات خشک کن قرار داده شود . در بيشتر موارد از يک فيلتر ذره اي بعد از خشک کن جذبي استفاده مي شود .

در کمپرسورهاي مارپيچي روغنکاري نشونده ( Oil-free screw compressor ) از خشک کنن هاي جذبي سطحي استفاده مي شود که براي بازيافت ماده جاذب رطوبت آن از گرماي کمپرسور استفاده مي کنند . بطور کلي اين نوع خشک کن ها با يک استوانه گردان که حاوي ماده جاذب رطوبت است ، نصب مي شوند که يک قسمت آن ( يک چهارم ) توسط جريان ناچيزي از هواي فشرده گرم ( ˚C  200- 130 ) بازيافت  مي گردد . هواي استفاده شده در بازيافت دوباره سرد مي شود ، آب تقطير شده ، تخليه و هوا از طريق پمپ افشانکي به جريان اصلي هوا فرستاده مي شود . بقيه سطح استوانه خشک کن ( سه چهارم ) براي خشک کردن هواي فشرده پس خنک کن کمپرسور مورد استفاده قرار مي گيرد .

 در اين سيستم هيچ هواي فشرده اي تلف نمي شود . توان مورد نياز براي چنين خشک کني به اندازه راه اندازي استوانه   است ، به عنوان مثال يک خشک کن با ظرفيت  l/s  1000 فقط به 120 وات توان نياز دارد . بعلاوه هيچ هواي فشرده اي تلف نمي شود و همچنين به فيلتر هاي ذره اي و فيلتر روغن هم نيازي نيست .

2-4-2 صافي ها ( Filters ) در پمپ های خلاء

ذرات موجودي را که در جريان هوا از صافي عبور مي کنند مي توان به چندين روش جدا کرد .اگر ذرات بزرگ تر از روزنه هاي صافي باشند ، بطور مکانيکي جدا مي شوند.

اين روش معمولاً براي ذراتي به کار برده مي شود که بزرگتر از m 1 هستند . هر چقدر که صافي فشرده تر ، داراي فيبرهاي باريک تر و روزنه هايش کوچک تر باشد ، بازدهي صافي افزايش  مي يابد . ذراتي که بين μm  1/ . و μm  1  هستند مي توانند بوسيله فيبرهاي صافي که جريان هوا از ميان آنها حرکت مي کند ، جدا شوند ، درحاليکه ذراتي به واسطه لختي شان به حرکت ادامه مي دهند . سپس با فيبرهاي صافي بر خورد مي کنند و به سطح آن مي چسبند . بازدهي صافي در اين خصوص با افزايش سرعت جريان و به کار گيري صافي هاي فشرده تر افزايش مي يابد .ذرات خيلي کوچک (µm   1/ .< ) ‌که در جريان هوا بطور تصادفي حرکت ميکنند تحت تأثير برخورد با مولکول هاي هواي قرار ميگيرند . آنها در جريان هوا معلق مي مانند و در تمام مدت جهت شان تغيير مي کند ، به همين علت است که به آساني به فيبرهاي صافي برخورد مي کنند و به آنها مي چسبند . در اين خصوص با کاهش سرعت جريان هوا و به کار گيري صافي هاي فشرده تري که از فيبرهاي نازک تر تشکيل شده اند ، بازدهي صافي افزايش مي يابد .

 

ظرفيت جدا کنندگي يک صافي ناشي از ظرفيت عناصر فرعي آن مي باشد که در بالا  به آنها اشاره شد . در واقع از آنجائيکه هيچ صافي نمي تواند در مقابل اندازه هاي متفاوت ذرات کارائي کامل داشته باشد ، حتي اگر سرعت جريان در ظرفيت جدا کنندگي براي اندازه هاي مختلف ذره فاکتور قطعي نباشد ، بنابراين هر صافي در يک جايگاه معيني قرار دارد . به اين علت جداسازي ذراتي که بين   µm 1/ . و   µm 4/ . هستند خيلي دشوار است.

کارائي جدا کنندگي صافي ها نسبت به اندازه ذرات بخصوصي تعيين مي شود . معمولاً کارائي جداکنندگي  %95-90   بيان مي شود که به اين معني است که  % 10- 5 تمام ذرات موجود در هوا از ميان صافي عبور ميکنند . بعلاوه ، صافي که براي ذراتي به اندازه  µm10 داراي کارائي جداسازي     %95 باشد ميتواند ذراتي که به اندازه  µm 100 –  30 هستند را جدا سازد . آب و روغن معلق در هوا نيز همانند ذرات ديگر رفتار مي کنند و همچنين مي توانند با استفاده از يک صافي جدا شوند .

 

قطراتي که بر روي فيبرهاي صافي تشکيل مي شوند به علت نيروهاي جاذبه اي به طرف پايين صافي فرو مي روند . صافي فقط مي تواند روغن هائي را که به شکل هوا ريز هستند ، جدا کند . اگر بخواهيم روغن هايي را که به شکل بخار هستند جدا   کنيم ، صافي بايد داراي ماده جاذب مناسبي باشد ، مثل کربن فعال .

 

تمام فرايندهاي جدا سازي منجر به افت فشار مي شوند که به معني افت انرژي در سيستم هواي فشرده است . فيلترهاي    ريز تر با ساختار هاي فشرده تر باعث افزايش افت فشار مي شوند و همچنين سريع تر مسدود مي شوند ، بنابر اين بايد پيوسته تعويض شوند زيراکه باعث افزايش هزينه مي شوند .

بدين ترتيب ، ابعاد صافي ها بايد بطوري در نظر گرفته شود که هم قادر باشند جريان هاي اسمي را از حود عبور داده و هم اينکه آستانه ظرفيت آنها آنقدر باشد که بتواند افت فشار را بنابر درجه انسداد تحمل کنند .

2-5 سيستم هاي کنترل و تنظيم ( Control and Regulation systems ) در پمپ های خلاء

2-5-1 (بررسي کلي تنظيم  ) Regulation, general در پمپ های خلاء

غالباً در سيستم هواي فشرده به فشار ثابتي نياز است ، که اين امرتوانائي نظارت بر جريان هواي فشرده را از مرکز کمپرسور ايجاب مي نمايد . براي اين منظور چندين روش وجود دارد ،براي مثال به نوع کمپرسور ، نوسانات فشار مجاز ، تغيرات در مصرف و اتلاف هاي قابل قبول ، بستگي دارد .

مصرف انرژي تقريباً %80  هزينه کل را در هواي فشرده شامل مي شود ، يعني شما بايد در  انتخاب سيستم نظارتي دستگاه دقت زيادي به خرج دهيد . که عمدتاً ناشي از اختلاف کارائي گسترده بين انواع کمپرسور و سازندگان کمپرسور ميباشد . اين ايده آل است وقتي که ظرفيت کامل کمپرسور به تواند دقيقاً با مصرف معادل انطباق داشته باشد به عنوان مثال ، با انتخاب دقيق نسبت انتقال جعبه دنده . تعدادي از مصرف کننده ها خود تنظيم هستند ،يعني افزايش فشار در سيستم ،افزايش جريان را به همراه مي آورد ، که سيستم هاي ثابتي را تشکيل مي دهند . مثال هايي از چنين سيستم ها شامل سيستم هاي انتقال بادي ، سيستم هاي ضد يخ ، سيستم هاي تبريد و غيره مي باشند . بنابراين بطور معمول ميزان جريان را بايد کنترل کرد و اين کار غالباً با استفاده از نصب تجهيزات در داخل کمپرسور ها صورت مي گيرد . چنين سيتسم هاي کنترلي به دو دسته تقسيم مي شوند :

1-  کنترل ظرفيت پيوسته ، شامل کنترل پيوسته موتور محرک و سوپاپ با توجه به تغيرات فشار است . که نتيجه معمولاً نوسانات جزئي فشار است ( 1 / . تا 5 / . بار ) ،  که به تقويت و سرعت سيستم کنترل بستگي دارد.

2-  سيستم کنترل  بار دهي / بي بار سازي رايج ترين سيستم کنترل است و به اين امر بستگي دارد که تغيرات موجود فشار بين دو سوپاپ را قبول کنيم . اين امر زماني اتفاق مي افتد که جريان را در بالاترين فشار متوقف کنيم (بي بار سازي)  و وقتيکه فشار به پايين ترين حد خودش رسيد جريان را ادامه دهيم (بار دهي) . تغيرات فشار به تعداد مجاز چرخه هاي بار دهي / بي بار سازي در هر واحد زماني بستگي دارد ، اما معمولاً بين 3 / . تا 1 بار  است .

2-5-2 قواعد کلي در تنظيم کمپرسور هاي جابجايي (Regulation principles for displacement compressors) در پمپ های خلاء

2-5-2-1 فشار شکن ( Pressure relief ) در پمپ های خلاء

روش اصلي براي تنظيم يک کمپرسور ، استفاده از يک شير فشار شکن است ، اين شير فشار مازاد را از کمپرسور به محيط آزاد مي کند . ساده ترين طرح اين شير مي تواند فنري باشد ، که در آن نيروي کشش فنر فشار نهايي را تعيين مي کند .

در بسياري از اوقات به جاي آن از شير برقي استفاده مي شود ، اين شير توسط يک رگلاتور کنترل مي شود . سپس فشار مي تواند به راحتي کنترل شود و هنگامي که فشار کمپرسور پايين تر از حد معمول مي آيد ، اين شير مي تواند به عنوان شير برگشت فشار عمل کند . فشار شکن ها به انرژي زيادي نياز دارند ، به اين علت که کمپرسور بايد بطور پيوسته در مقابل فشار کاملاً متضاد کار کند .

جايگزين ديگري که در کمپرسور هاي کوچک تر مورد استفاده قرار مي گيرد ، باز کردن کامل شير است که فشار کمپرسور را خارج
مي کند بطوريکه کمپرسور در برابر فشار اتمسفر کار مي کند . مصرف انرژي بطور چشمگيري با استفاده از اين متد رضايت
بخش تر است.

2-5-2-2 مسير جنبي  ( Bypass ) در پمپ های خلاء

عملکرد مسير جنبي  در اصل مشابه عملکرد فشار شکن است . تنها تفاوت اين است که مقدار هواي تخليه شده در فشار شکن ،‌ دوباره سرد مي شود به مجراي ورودي کمپرسور بر گردانده مي شود. اين روش غالباً در کمپرسور هاي مرحله اي استفاده مي شود که در اين کمپرسور ها گازهاي مورد نظر يا گرانقيمت هستند و يا اينکه براي اتمسفر مضر مي باشند و بنابراين نمي توان آن
را به اتمسفر فرستاد .

2-5-2-3 تنظيم مجراي ورودي ( Throttling the intake ) در پمپ های خلاء

تنظيم مجراي ورودي ، روش ساده اي براي کاهش جريان است که با افزايش نسبت فشار در کمپرسور به طريق ايجاد کاهش فشار در ورودي انجام مي پذيرد . اين روش به هر حال داراي دامنه تنظيم محدودي است .

کمپرسور هاي تزريق مايع( Liquid injected )  که داراي نسبت فشار مجاز زيادي هستند را مي توان تا زير %10 حداکثر ظرفيت کاهش داد . اين روش با توجه به  نسبت فشار بالا ، به انرژي زيادي نياز دارد .

2-5-2-4 فشار شکن به همراه تنظيم مجراي ورودي ( Pressure relief with throttled intake ) در پمپ های خلاء

رايج ترين روشي است که مورد استفاده قرار ميگيرد ، اين روش ادغام حداکثر دامنه تنظيم ( % 100- 0 ) و مصرف پايين انرژي ،  فقط % 20- 15 از تمام توان بار کمپرسور را به هنگام فشار تخليه شده ( جريان صفر ) در خود دارد . همزمان با باز شدن شير تخليه و خارج شدن هوا از کمپرسور ، شير ورودي بسته مي شود اما روزنه کوچکي باقي مي ماند .

سپس دستگاه کمپرسور با ايجاد خلاء در مجراي ورودي و فشار متضاد پاييني به  کار مي افتد . مهم است که فشار شکن به سرعت وارد عمل شود و اينکه ميزان حجم هواي خارج شده کم باشد تا از اتلاف هاي  غير ضروري هوا در طول انتقال از مرحله بارگيري به بي بار سازي ممانعت شود. سيستم به يک مخزن ذخيره هوا نياز دارد ، که اندازه آن به وسيله اختلاف قابل قبول بين فشار بارگيري و بي بار سازي کمپرسور و تعداد مجاز توالي بي بار سازي کمپرسور در هر ساعت تعيين مي شود .

پمپ های خلاء ” پمپ های خلاء ” پمپ های خلاء ” پمپ های خلاء ” پمپ های خلاء ” پمپ های خلاء ” پمپ های خلاء ” پمپ های خلاء ” پمپ های خلاء ” پمپ های خلاء ” پمپ های خلاء ” پمپ های خلاء “

2-5-2-5 روشن کردن / خاموش کردن ( start / stop ) در پمپ های خلاء

کمپرسور هاي کمتر از   kW 10 – 5  غالباً بدين طريق کنترل ميشوند که وقتيکه فشار به حد بالايي مي رسد موتور کاملاً خاموش مي شود و وقتيکه فشار از حد معمول پايين تر مي رود ، دوباره روشن مي شود .

اين روش در سيستم هايي کاربرد دارد که حجم ذخيره هواي بسيار زيادي دارند و يا اختلاف فشار زيادي بين زمان روشن بودن و خاموش بودن موتور وجود دارد تا از بار وارده بر روي موتور اجتناب شود . اين روش مؤثري براي تنظيم سيستم است و بايد شرايط به گونه اي باشد که تعداد روشن و خاموش شدن موتور در هر واحد زماني پايين نگه داشته شود .

2-5-2-6   تنظيم سرعت ( Speed regulation ) در پمپ های خلاء

يک موتور احتراقي ، توربين و يا موتور الکتريکي کنترل شونده از طريق فرکانس سرعت کمپرسور و به موجب آن ميزان جريان را

کنترل مي نمايد . اين روش مؤثري است که مي توان فشار خروجي  يکنواختي داشت و مصرف انرژي را کاهش داد .

دامنه تنظيم در کمپرسورهاي متفاوت متغير است ، اما اين دامنه در کمپرسور هاي تزريق مايع به حداکثر مي رسد . غالباً تنظيم سرعت و فشار شکن به همراه يا بدون ساسات مجراي ورودي درمقادير پائين بارگيري با يکديگر ترکيب مي شوند.

2-5-2-7 مجراي تخليه متغيير ( Variable discharge port ) در پمپ های خلاء

ظرفيت کمپرسورهاي مارپيچي را مي توان با حرکت دادن موقعيت مجراي تخليه در راستاي طول مارپيچ به طرف مجراي ورودي در محفظه ، تنظيم کرد . با اين وجود ، در اين روش توان و بارهاي جانبي زيادي مصرف مي شود و نسبتاً غير عادي مي باشد .

2-5-2-8  بي بارسازي شير مکش ( Suction valve unloading ) در پمپ های خلاء

فشار موجود در کمپرسور هاي پيستوني را مي توان به وسيله نيروي مکانيکي و با فشار دادن شير هاي مجراي ورودي به موقعيت باز تخليه کرد . سپس هوا با توجه به موقعيت پيستون به بيرون و داخل فرستاده مي شود و اتلاف انرژي در اين روش خيلي ناچيز است ، غالباً اين انرژي پايين تر از %10 توان محور گردان بار دار است . در کمپرسورهاي دو طرفه بطور کلي بي بار سازي در چند مرحله صورت ميگيرد ،‌ به طوري که در اين کمپرسور هر سيلندر بطور همزمان بين ظرفيت و نياز به نحو مطلوبي متعادل مي شود . در کمپرسور هاي فرايندي روش عجيبي به کار گرفته مي شود ، بدين ترتيب که شير تخليه طي قسمتي از حرکت پيستون باز مي شود و بدين طريق جريان هوا بطور پيوسته کنترل مي شود .

2-5-2-9 ضريب مجاز حجم (Clearance volume ) در پمپ های خلاء

با تغيير دادن ضريب مجاز حجم در کمپرسور پيستوني ميزان تغذيه هوا در سيلندر کم شده و بدين طريق ظرفيت نيز کاهش مي يابد . ضريب مجاز حجم از طريق اتصالات بيروني تغير مي نمايد .

2-5-2-10 بار دهي ـ بي بار سازي ـ خاموش ( Load – unload – stop ) در پمپ های خلاء

اين روش رايج ترين روش تنظيم در کمپرسور هايي با توان بيشتر از kw  5 است که دامنه تنظيم زياد و اتلاف هاي کم را ترکيب مي نمايد . در عمل اين روش ترکيبي از روشن / خاموش کردن و سيستم هاي مختلف تخليه است .

توضيحات بيشتر در قسمت 2-5-4-2

2-5-3 قواعد تنظيم در کمپرسور هاي ديناميکي ( Regulation principles for dynamic compressors )

2-5-3-1 تنظيم مجراي ورودي ( Throttling the intake ) در پمپ های خلاء

مجراي ورودي را مي توان در کمپرسور هاي ديناميکي کنترل کرد تا بطور پيوسته ظرفيت کمپرسور کاهش يابد . وقتيکه نسبت فشار به حد پايين پمپ برسد ، معلوم مي شود که جريان به حداقل رسيده است و در اين موقع ماشين نامتعادل مي گردد .

چگونگي طراحي ماشين ، دامنه تنظيم را تعيين مي کند ، به عنوان
مثال ، تعداد مرحله ها و طرح پره ، اما تا اندازه زيادي عوامل بيروني نيز تأثير گذار هستند . از جمله فشار متقابل ، دماي مکش و دماي مبرد  . حداقل جريان غالباً بين %  60  و %  85  حداکثر جريان متغير است .

2-5-3-2  پره هاي راهنماي مجراي ورودي  ( Inlet guide vanes ) در پمپ های خلاء

پره ها به صورت تيغه هاي شعاعي در مجراي ورودي قرار گرفته ، باعث چرخش گازهاي در حال ورود مي شوند و بطور همزمان جريان ورودي را نيز تنظيم مي کنند . اين ساختار به عنوان تنظيم کننده عمل مي کند ، اما ، با دامنه کنترل بيشتر و ميزان مصرف انرژي بهينه .

ميزان کنترل تا % 60 – 50 جريان مبنا ، مقدار معمولي است . از آنجائيکه مي توان پره ها را در جهت متضاد چرخاند ، اين امکان نيز وجود دارد که ظرفيت و فشار کمپرسور را تا حد معيني افزايش داد . با اين وجود اين عمل تا حدودي به کارائي کمپرسور آسيب مي رساند .

2-5-3-3  پره هاي راهنماي مجراي خروجي  ( Outlet guide vanes ( diffuser ) ) در پمپ های خلاء

براي بهبود بيشتر دامنه تنظيم ، شما مي توانيد جريان را در ديفيوزر مرحله کمپرسور نيز کنترل کنيد . بطور معمول تنظيم تا حد % 30 با حفظ فشار در کمپرسور امري عملي مي باشد . معمولاً به علت پيچيدگي و هزينه هاي زياد ، به کارگيري اين روش در کمپرسورهاي تک مرحله اي با محدوديت روبرو مي باشد .

2-5-3-4  فشار شکن ( Pressure relief ) در پمپ های خلاء

روش اصلي براي کنترل يک کمپرسور ديناميکي استفاده از شير فشار شکن بود که هواي فشرده اضافي را در آتمسفر رها  کند . اين روش در اصل در کمپرسورهاي جابجايي به عنوان تخليه فشار کاربرد دارد .

2-5-3-5 باردهي ـ بي بار سازي ـ خاموش ( Load – unload – stop ) در پمپ های خلاء

اگر چه هواي ورودي کمپرسور را حد پمپ ، تعين مي کند ، اما اين را مي توان به دو روش مرتفع نمود :

1-   ميزان سازي ( Modulating ) : جريان مازاد از کمپرسور به آتمسفر ( يا ورودي ) رها مي شود . با اين وجود مصرف انرژي تغييري نمي کند .

2-   همزماني خودکار( Auto Dual )  : سيستم کنترل ، همزمان با باز شدن شير خروجي به آتمسفر ، عملاً شير ورودي را کاملاً مي بندد ( با کمپرسور جابجايي مقايسه کنيد ) . با اين وجود توان بي بار سازي ، باتوجه به طراحي پروانه و غيره ، بيش از %20 توان ظرفيت کامل مي باشد که نسبتاً بالا است.

2-5-3-6 تنظيم سرعت ( Speed regulation ) در پمپ های خلاء

تنظيم سرعت غالباً زماني صورت ميگيرد که فشار کمپرسور بايد کنترل شود و اجازه داده مي شود ، که فشار تغيير کند . با کنترل ثابت فشار ، تنظيم سرعت ،در مقايسه با ديگر سيستم ها مزيت چنداني ندارد.

2-5-4 کنترل و فرابيني ( Control and monitoring ) در پمپ های خلاء

2-5-4-1  اصول کلي ( General ) در پمپ های خلاء

در بخش هاي 2-5-2 و 2-5-3 درباره اصول تنظيم کمپرسورهاي مختلف صحبت کرديم . براي کنترل کمپرسور ها بر طبق اين اصول نياز به سيستم تنظيمي است که بتواند براي کمپرسور بخصوص و يا کل تأسيسات کمپرسور قابل استفاده باشد .

سيستم هاي کنترل بطور روز افزوني پيشرفت کرده و پيوسته توسعه مي يابند . سيستم هاي کنترل قابل برنامه ريزي (PLC   ) جايگزين سيستم هاي رله اي شده اند که اين سيستم هاي کنترل قابل برنامه ريزي نيز توسط سيستم هاي مبتني بر ميکرو کامپيوترها جايگزين شده اند . همواره تلاش بر اين است که کمپرسور به گونه اي طراحي شود که عملکرد و هزينه بهينه گردد .

در اين بخش به بررسي تعدادي از سيستم هاي کنترل و فرابيني در رايج ترين کمپرسورها مي پردازيم .

2-5-4-2  باردهي ـ بي بار سازي ـ خاموش ( Load – unload – stop ) در پمپ های خلاء

رايج ترين اصول کنترل در کمپرسور هاي جابجايي شامل توليد هوا / عدم توليد هوا   ( باردهي / بي بارسازي )
مي باشند ، مراجعه شود به 2-5-2-4 و 2-5-2-5 .

وقتي که کمپرسور به هوا نياز دارد ، فرماني به شير کنترل الکترو مغناطيسي ( شير سولنويدي) فرستاده مي شود ، که به نوبه خود پيامي به دريچه ورودي کمپرسور مي فرستد و اين دريچه بطور کامل باز مي شود . دريچه يا بطور کامل باز
مي شود ( باردهي ) يا به طور کامل بسته مي شود ( بي بارسازي ) ، هيچ وضعيت ميانه اي اين وجود ندارد .

کنترل سنتي ، که هم اکنون در کمپرسورهاي کوچکتر رايج است ، داراي يک کليد فشار است که در سيستم هواي فشرده نصب مي شود و داراي دو مقدار قابل تنظيم است ، يکي براي حداقل فشار     ( باردهي ) و يکي براي حداکثر فشار ( بي بار سازي ) ، سپس کمپرسور در محدوده اين مقادير فشار معين ، به عنوان مثال  5/ . بار کار مي کند.

 اگر نياز به هواي کمپرسور کم باشد و يا کمپرسور احتياجي به هوا نداشته باشد بنابراين کمپرسور بدون بار کار مي کند               ( هرزگردي ) .

طول دوره هرزگردي توسط تايمر محدود مي شود ( به عنوان مثال تنظيم زمان تا 20 دقيقه ) .

وقتي که زمان سپري مي شود ، کمپرسور متوقف مي گردد و تا وقتيکه فشار به حداقل ميزانش افت نکرده است دوباره روشن نمي شود . اين يک روش سنتي و قابل اطمينان است و نقطه ضعف اين روش اين است که کنترل به آهستگي صورت مي گيرد . يک کليد فشار جايگزين اين روش سنتي شده است ، اين کليد فشار داراي يک مبدل فشار آنالوگ و يک سيستم کنترل الکترونيکي سريع ميباشد .

 اين مبدل آنالوگ به همراه سيستم کنترل مي تواند سرعت تغيير فشار را در سيستم احساس کند . اين سيستم در زمان مناسب موتور را روشن ميکند و باز و بسته شدن دريچه را کنترل مي کند .

اين سيستم مي تواند در فشار بين 2/ .±  بار کنترل سريع و مطلوبي ارائه نمايد .

اگر هيچ هوايي استفاده نشود فشار ثابت مي ماند و کمپرسور  هرز کار خواهد کرد . طي مدت کارکرد هرز کمپرسور ، بدين طريق کنترل مي شود که سيستم تعيين ميکند موتور الکتريکي تا چه اندازه مي تواند بدون اينکه خيلي گرم شود در مقابل روشن و خاموش شدن مقاومت کند .در وجه اقتصادي نيز سيستم روشهاي مصرف هوا را تجزيه و تحليل مي نمايد که آيا الکترو موتور را خاموش نمايد به صورت هرز ادامه دهد .

2-5-4-3  کنترل سرعت ( Speed control ) در پمپ های خلاء

کمپرسور هايي که داراي منبع تواني هستند که سرعتشان بطور الکترونيکي کنترل مي شود ، اين امکان را دارند که هواي فشرده را درون دامنه فشار خيلي محدودي ثابت نگاه دارند .

يک مبدل فرکانس ، که سرعت را در موتور القايي کنترل مي کند ، مثالي از چنين راهي است . ظرفيت کمپرسور را مي توان دقيقاً با مقتضيات هوا مطابقت داد ، بدين طريق که بطور پيوسته و دقيق فشار سيستم را اندازه گيري کنيم و سپس اجازه دهيم که فرمان هاي فشار مبدل فرکانس موتور و بدين ترتيب سرعت موتور را کنترل کند . فشار داخل سيستم را مي توان بين 1/ .±  بار نگه داشت .

 

2-5-5 کنترل و فرابيني ( Control and monitoring ) در پمپ های خلاء

همه کمپرسورها داراي تجهيزات کنترل کننده اي هستند که کمپرسور را محافظت مي کنند و از ايجاد وقفه در جريان عمليات ممانعت مي کنند . مبدل به اين منظور استفاده مي شود که شرايط کنوني دستگاه را حس کند . اطلاعات بدست آمده از مبدل ها توسط سيستم فرابيني پردازش مي شوند . مبدلي که براي سنجش فشار يا درجه حرارت مورد استفاده قرار ميگيرد غالباً شامل يک حسگر و يک مبدل اندازه گيري است . حسگر ، کميتي را که بايد اندازه گيري شود ، حس مي کند . مبدل اندازه گيري فرمان خروجي حسگر را به يک فرمان الکتريکي مناسبي تبديل مي کند که اين فرمان مي تواند توسط سيستم کنترل پردازش شود .

 

 

2-5-5-1  اندازه گيري دما ( Temperature measurement ) در پمپ های خلاء

يک دما سنج مقاومتي بطور معمول براي اندازه گيري دما مورد استفاده قرار مي گيرد . اين دما سنج داراي يک مقاومت فلزي مي باشد که به عنوان مبدل عمل مي کند و مقاومتش با درجه حرارت افزايش مي يابد. تغيير در مقاومت اندازه گيري مي شود و به يک فرمان mA 20 – 4 تبديل مي شود . Pt 100 رايج ترين دما سنج مقاومتي است . مقاومت اسمي در صفر درجه سانتيگراد برابر است با  Ω 100 .

ترميستور يک نيمه رسانا است که مقاومتش با دما تغيير مي کند . اين مي توان به عنوان يک کنترل کننده دما استفاده شود به عنوان مثال در يک موتور الکتريکي . PTC  ، ضريب دماي مثبت ، رايج ترين مدل است .

مقاومت PTC با افزايش درجه حرارت تا نقطه مبدأ تغيير جزئي دارد ، در اين نقطه مقاومت با يک جهش افزايش مي يابد . PTC به يک کنترل گر متصل است ، اين کنترل گر جهش مقاومت را حس مي کند و فرماني مي فرستد ، به عنوان مثال فرمان خاموش کردن موتور .

 

2-5-5-2 اندازه گيري فشار ( Pressure measurement ) در پمپ های خلاء

براي اندازه گيري فشار از يک حسگر فشار استفاده مي شود ، اين حسگر به عنوان مثال مي تواند يک ديافراگم باشد ، فرمان هاي مکانيکي حاصله از ديافراگم سپس به فرمان الکتريکي تبديل مي شود ،             4 -20 mA يا 0 – 5 V  .

تبديل از فرمان مکانيکي به فرمان الکتريکي مي تواند در سيستم هاي اندازه گيري مختلفي روي دهد . در يک سيستم خازني  فشار به يک ديافراگم منتقل مي شود . موقعيت ديافراگم اندازه گيري توسط يک صفحه خازني در يک مبدل اندازه گيري به ولتاژ مستقيم يا جريان مستقيم تبديل مي شود ، که با فشار متناسب مي باشد .

سيستم اندازه گيري مقاومتي از يک فشارسنج متصل به پل تشکيل شده است که به ديافراگم متصل است . وقتي که ديافراگم در معرض فشار قرار مي گيرد ولتاژ پاييني ( mV ) دريافت مي شود . سپس اين به مقدار متناسبي تقويت مي شود . سيستم پيزوالکتريک بر اساس کريستال هاي بخصوصي ( به عنوان مثال کوارتز ) قرار دارد که در سطح کريستال بارهاي الکتريکي بوجود مي آورد . بارهاي الکتريکي با  نيروي وارده بر سطح ( فشار ) متناسب هستند .

2-5-5-3 فرا بيني ( Monitoring ) در پمپ های خلاء

تجهيزات فرا بيني بر اساس نوع کمپرسور تطبيق داده مي شوند که با توجه به دامنه شمول تجهيز ، داراي تنوع زيادي مي باشند ، يک کمپرسور پيستوني کوچک فقط داراي کليد قطع جريان اضافه بار براي موتور است ، در حاليکه يک کمپرسور بزرگ مارپيچي مي تواند داراي چندين کليد قطع جريان / مبدل باشد که درجه حرارت ، فشار اضافه را کنترل مي کند .

در دستگاهاي کوچک تر و ابتدائي تر وقتي که کليد قطع جريان زنگ خطري را به صدا در مي آورد تجهيزات کنترل کمپرسور را خاموش مي کنند . در بعضي موارد يک چراغ هشدار خطر نيز نشان دهنده زنگ خطر است . در حاليکه کمپرسور هاي مارپيچ بزرگ پيشرفته تر مي توانند کليد هاي قطع جريان / مبدل ها را براي بار اضافه ، دما ، فشار و غيره را دارا باشند . بدين طريق که مي توان درجه حرارت ، فشار ، وضعيت و شرايط ديگر را بطور مستقيم از روي اين صفحه کنترلقراعت نمود . اگر ميزان يک مبدل به حد اعلام خطر برسد تجهيزات کنترل شروع به هشدار دادن مي کند ، سپس مي توان قبل از خاموش شدن کمپرسور اندازه گيري هاي لازم را انجام داد . اگر کمپرسور توسط اعلام خطر متوقف شود ، نمي توان دوباره آن را روشن کرد مگر اينکه نقص و عيب دستگاه برطرف شود .

غالباً در کمپرسورهايي که داراي حافظه هستند اشکال زدايي راحت تر انجام مي گيرد ، در اين حافظه ها داده هايي درباره درجه حرارت ، فشار و وضعيت عملکرد ثبت مي شود . وقتي ظرفيت حافظه پوشش دهنده براي مثال حدود 24 ساعت باشد . با استفاده از اين حافظه مي توان وضعيت کمپرسور را در طول روز گذشته بدست آورد و سپس با استفاده از رفع نقص منطقي سريعاً علل ايجاد وقفه و خرابي دستگاه را رديابي کرد .

2-5-6 سيستم کنترل جامع ( Comprehensive control system ) در پمپ های خلاء

کمپرسور هايي که بخشي از سيستم چندين دستگاه مي باشند بايد داراي عملکردهاي هماهنگي نسبت به دستگا هاي ديگر باشند . فاکتور هاي زيادي درباره سيستم کنترل جامع وجود دارد . تقسيم زمان هاي عملي در ميان دستگا ها احتمال وقوع توقف هاي غير منتظره را کاهش مي دهد . همچنين برنامه ريزي سرويس دهي کمپرسورها ساده تر است . اگر در طول عملکرد مسئله اي روي دهد مي توان از دستگا هاي يدکي استفاده کرد .

2-5-6-1 انتخابگر راه اندازي مراحل ( Starting sequence selector ) در پمپ های خلاء

انتخابگرهايي که توالي روشن کردن دستگاهها را نشان مي دهند از جمله ساده ترين و رايج ترين شکل سيستم کنترل اصلي ميباشند . کار اين انتخابگر اين است که راه اندازي و زمان هاي عمل را بطور مساوي بين کمپرسور هاي مرتبط تقسيم ميکند . ترتيب راه اندازي دستگاههاي را مي توان بطور دستي يا بطور خودکار بر طبق برنامه زمانبندي کرد . اين انتخابگر از يک مبدل فشار روشن / خاموش به همراه يک مبدل در هر کمپرسور استفاده مي کند که راه حل ساده و عملي است .

نقطه ضعف اين سيستم اين است که مراحل زيادي بين مراحل باردهي و هرز گردي کمپرسورهاي متعدد وجود دارد که به نوبه خود باعث مي شود که فاصله زماني ( بين حداکثر و حداقل مراحل ) افزايش يابد . بنابراين ،اين نوع انتخابگر را نبايد براي کنترل بيش از 2 تا 3 دستگاه استفاده کرد.

يکي از انواع پيشرفته ترين انتخابگر راه انداز مراحل داراي نوع مشابهي از کنترل مرحله است ، اما داراي يک مبدل فشار آنالوگ که بطور مرکزي نصب مي شود .

 اين انتخابگر فشار کلي دستگاه را کنترل مي کند و مي تواند 2 الي 7 دستگاه را کنترل کند . اين نوع انتخابگر راه انداز مراحل که دستگاه ها را در توالي هاي ثابتي انتخاب  مي کند ، به ظرفيت کمپرسور توجهي ندارد . بنابراين بهتر است که کمپرسور هاي مرتبط تقريباً داراي يک اندازه باشند .

2-5-7  کنترل مرکزي ( Central control ) در پمپ های خلاء

ادغام کنترل مرکزي به همراه کمپرسورها معمولاً به معني سيستم هاي کنترل هوشمند مي باشند . نياز اصلي اين است که سيستم قادر باشد فشار را از قبل تعيين شده اي را در محدوده هاي معيني نگاه دارد و اينکه عملکرد دستگاه بايد تا جائيکه امکان دارد مقرون به صرفه باشد . براي رسيدن به اين منظور ، سيستم بايد قادر باشد مسائلي را که در سيستم روي خواهد داد پيش بيني کند و همزمان ميزان بار کمپرسور را حس کند .

 اين سيستم سرعت تغييرات بالا  و پايين شدن  فشار (مدت زمان در يک فشار ) را دريافت مي کند . اين سيستم با استفاده از اين مقادير مي تواند محاسباتي انجام دهد که پيش بيني هواي مورد نياز و همچنين زمان تخليه بار /  باردهي يا روشن / خاموش کردن دستگاه را ممکن سازد . اگر دستگاه به درستي اندازه گيري شده باشد ، فشار بين 2  / . ± بار خواهد بود.

در حاليکه انواع متعددي از کمپرسورها با ظرفيت هاي گوناگون در سيستم وجود داشته باشد ، براي صرفه جوئي اقتصاد عملياتي واقعاً مهم است که سيستم کنترل مرکزي يک يا ترکيبي از کمپرسورها را انتخاب کند .

در عمل کمپرسورها بايد بطور پيوسته زير بار کارکنند و بدين ترتيب هرزگردي کمپرسور به حداقل برسد تا بدين ترتيب از نظر اقتصادي مقرون به صرفه باشد .

مزيت ديگر سيستم کنترل جامع اين است که بطور کل اين امکان وجود دارد که دستگا هاي قديمي تر را به اين سيستم ها مرتبط ساخت و بدين طريق ، در يک روش نسبتاً ساده کل تأسيسات کمپرسور را به روزساني کرد . عملکردها اقتصادي تر مي شوند و قابليت دسترسي افزايش مي يابد .

2-5-8  فرابيني از راه دور( Remote monitoring ) در پمپ های خلاء

در برخي از دستگاههاي هواي فشرده لازم است که عملکردهاي کمپرسور را از راه دور کنترل کرد . در دستگاههاي کوچک تر بطور نسبتاً ساده اي مي توان يک زنگ خطر و يک نمايشگر نصب کرد . بطور معمول اين امکان نيز وجود دارد که دستگاهها را  از راه دور روشن و خاموش کرد .

در دستگاههاي بزرگتر کنترل مرکزي مي تواند بهتر باشد . اين سيستم کنترل مرکزي بايد شامل تجهيزاتي باشد که عمليات سيستم را بطور پيوسته نظاره کند ، همچنين اين امکان وجود دارد که از ماشين هاي بخصوصي نيز براي کنترل کردن جزئياتي از قبيل درجه حرارت روغن و فشار خنک کننده داخلي و غيره استفاده شود . سيستم کنترل همچنين بايد داراي حافظه باشد ، بطوريکه اين امکان را بوجود آورد که وقايع پيش آمده در 24 ساعت گذشته را ثبت کند . اين واقعه نگاري ها منحني هاي روند کار را ايجاد مي کنند ، از روي اين منحني ها مي توان فهميد که آيا هيچ يک از ارقام تمايلي به انحراف از منحني ها پيش فرض را نشان مي دهد يا خير . منحني ها مي توانند اساس ادامه عملکرد ها و يا توقف دستگاه را نشان دهند .

سيستم غالباً گزارشات وضعيت دستگاه کمپرسور را نشان مي دهد ، اين گزارشات در اشکال سطوح متفاوتي از بررسي کلي گرفته تا وضعيت جزئي ماشين هاي بخصوص هستند .

 

مطالب مرتبط