پمپ باد ماشین آلات راهسازی و معدنی

یک پمپ باد کاترپیلار (CATERPILLAR) هوا کوچک تنفس فشار قوی برای پر کردن سیلندرهای غواصی

پمپ باد کاترپیلار(CATERPILLAR) یک وسیله مکانیکی است که باکاهش حجم آن،فشار یک گاز راافزایش میدهد.کمپرسور هوانوع خاصی از پمپ باد کاترپیلار (CATERPILLAR) گازاست.پمپ باد کاترپیلار شبیه پمپ هاهستند:هردو فشاررا روی مایعات افزایش میدهند وهردو میتوانندمایع را ازطریق یک لوله انتقال دهند.ازآن جاکه گاز هاقابل تراکم هستند،کمپرسور هم چنین باعث کاهش حجم گازمیشود.مایعات نسبتاًغیرقابل فشرده هستند.در حالیکه بعضی ممکن است فشرده شوند،عمده ترین عملکرد پمپ فشار وانتقال مایعات است.

انتقال مثبت

یک کمپرسور جابه جایی مثبت،سیستمی است که هوا راباجابه جایی پیوندمکانیکی که باعث کاهش حجم میشود،هوا رافشرده میکندواز آن جاکه کاهش حجم ناشی ازپیستون درترمودینامیک جابه جایی مثبت پیستون محسوب میشود.به بیان دیگر،یک کمپرسور جابه جایی مثبت آن است که باکشیدن یک حجم گسسته ازگاز ازورودی خودکار میکند وسپس مجبورمیشودکه آن گازرا ازطریق خروجی کمپرسور خارج کند.افزایش فشارگاز حداقل تاحدی بدلیل کمپرسور پمپاژآن باسرعت جریان جرم است که درفشار وچگالی کم ترورودی نمیتواند ازپریز عبورکند.

پمپ باد با کمپرسور برگشتی

یک کمپرسور برگشتی شش سیلندرموتورمحرک که میتواند بادو،چهار یاشش سیلندر کارکند.کمپرسور های برگشتی ازپیستون هایی استفاده میکنندکه توسط میل لنگ چرخانده میشوند.آن هامیتوانندبه صورت ثابت یاقابل حمل باشند،میتوانند تک یاچندمرحله ای باشند وتوسط موتور های الکتریکی یاموتور های احتراق داخلی هدایت میشوند.كمپرسور های برگشتی كوچک از۵ تا۳۰ اسب بخارمعمولاًدر كاربرد های خودرو دیده میشوند ومعمولاًبرای كارهای متناوب هستند.کمپرسور های بزرگ تربازگشتی بیش از۱۰۰۰اسب بخار(۷۵۰ کیلو وات)معمولاًدر کاربرد های بزرگ صنعتی ونفتی یافت میشوند. فشارهای تخلیه میتواند ازفشار کم تافشاربسیاربالا(> 18000 psi یا۱۸۰ MPa)باشد.دربرخی ازبرنامه ها،مانند کمپرسور هوا،گفته میشودکمپرسور های دومرحله ای چندمرحله ای،کارآمد ترین کمپرسور های موجودهستندو معمولاًبزرگ تر وپر هزینه تراز واحد های دوارقابل مقایسه هستند.نوع دیگری ازکمپرسور های برگشت پذیر،که معمولاًدرسیستمهای تهویه مطبوع کابین اتومبیل مشغول بکارهستند،صفحه تراش یاکمپرسور صفحه wobble است که ازپیستونهای جابه جاشده توسط صفحه پرتوی سوارشده برروی شافت استفاده میکند.پمپ باد کاترپیلار (CATERPILLAR) خانگی،کارگاه خانگی و پمپ باد کاترپیلار محل کارکوچک ترمعمولاً کمپرسورهای ۱ ½اسب بخار ویاکم تررابا مخزن گیرنده متصل بکارمیگیرند.یک کمپرسورخطی یک پمپ باد کاترپیلار متقابل است که پیستون روتوریک موتورخطی است.

پمپ باد یا کمپرسور پیستون مایع یونی

یک کمپرسور پیستونی مایع یونی،کمپرسور یونی ویاپمپ پیستون مایع یونی یک کمپرسور هیدروژن است که بجای پیستون فلزی همان طورکه دریک کمپرسور دیافراگم پیستون فلزی وجوددارد،براساس پیستون مایع یونی ساخته شده است.

پمپ باد کاترپیلار (CATERPILLAR) دوار پیچ

پمپ باد (CATERPILLAR) پیچ دوار ازدوپیچ مارپیچ باچرخش مثبت چرخشی استفاده میکنندکه گازرا به فضای کوچک ترمجبورمیکنند.این هامعمولاًبرای کارمداوم درکاربرد های تجاری وصنعتی مورداستفاده قرارمیگیرندو ممکن است ثابت یاقابل حمل باشد.کاربردآن هامیتوانداز۳اسب بخار(۲٫۲ کیلو وات)تابیش از۱۲۰۰اسب بخار(۸۹۰ کیلو وات)وازفشار کم تافشار متوسط بالا(> 1200 psi یا ۸٫۳ مگاپاسکال)باشد.طبقه بندی کمپرسور های پیچ دوار براساس مراحل،روشهای خنک کننده وانواع درایو دربین دیگران متفاوت است.پمپ باد (CATERPILLAR) پیچ دوار به صورت تجاری درنوع Oil Flooded ، Water Flood و Dry تولیدمیشوند.بهره وری کمپرسور های دواربه خشک کن هوابستگی دارد،انتخاب خشک کن هواهمیشه ۱٫۵برابرتحویل حجمی کمپرسور است.

پمپ پره چرخشی

پمپ باد (CATERPILLAR) پره ای چرخشی ازیک روتورتشکیل شده است که تعدادی تیغه درشکافهای شعاعی درروتور واردشده است.روتور دریک محفظه بزرگ ترکه به صورت مدوراست ویاشکل پیچیده تری دارد،جبران میشود.باچرخش روتور،تیغه هادرداخل وخارج ازشکاف هانگهداشته میشوند وبادیواره خارجی محفظه تماس میگیرند.بنابراین،یکسری ازحجم افزایش وکاهش باتیغه های چرخان ایجادمیشود.کمپرسور های Rotary Vane هستندکه کمپرسور های پیستونی یکی ازقدیمیترین فناوریهای کمپرسور است.

قطعات ماشین الات سنگین

بااتصالات درگاه مناسب،دستگاه هاممکن است یک کمپرسور یا پمپ خلاء باشند.آن هامیتوانند بصورت ثابت ویاقابل حمل باشند،میتوانندتک یاچند مرحله باشند وتوسط موتور های برقی ویاموتورهای احتراق داخلی هدایت میشوند.ماشین های پره ای خشک درفشار های نسبتاًکم (بعنوان مثال،۲باریا۲۰۰ کیلو پاسکال یا ۲۹ psi)برای جابه جایی موادفله مورداستفاده قرارمیگیرند درحالیکه ماشین های تزریق روغنی ازراندمان حجمی لازم برای دستیابی به فشارها تاحدود۱۳ bar(1.300 kPa؛۱۹۰psi)برخوردارهستند.دریک مرحله واحدیک کمپرسور پرنده روتاری به خوبی درایو موتور الکتریکی مناسب است ونسبت به کمپرسور پیستون معادل بطورقابل توجهی ساکت است.
کمپرسور های چرخشی پره میتوانندراندمان مکانیکی حدود۹۰٪داشته باشند.کمپرسور های پره ای چرخشی ازیک روتورتشکیل شده است که تعدادی تیغه درشکافهای شعاعی درروتورواردشده است.روتور دریک محفظه بزرگ ترکه به صورت مدوراست ویاشکل پیچیده تری دارد،جبران میشود.باچرخش روتور،تیغه هادرداخل وخارج ازشکاف هانگهداشته میشوند وبادیواره خارجی محفظه تماس میگیرند.بنابراین، یکسری ازحجم افزایش وکاهش باتیغه های چرخان ایجادمیشود.کمپرسور های Rotary Vane هستندکه کمپرسور های پیستونی یکی ازقدیمیترین فناوریهای پمپ باد (CATERPILLAR) است.

پمپ باد (CATERPILLAR) پیستونی نورد

پیستون رولینگ دریک کمپرسور سبک پیستونی نوردبخشی ازیک پارتیشن بین پره وروتور رابازی میکند.پیستون نوردگاز رادرمقابل یک پره ثابت قرارمیدهد.برای افزایش ظرفیت وکاهش لرزش ونویز،۲عدد ازاین کمپرسور هارا میتوان درهمان شافت نصب کرد.طرحی بدون فنربعنوان یک کمپرسور نوسان شناخته میشود.درتبرید وتهویه مطبوع،این نوع کمپرسوربعنوان یک کمپرسور دوار نیزشناخته میشودکه کمپرسور های پیچ دوارنیز بعنوان کمپرسور های اسکروشناخته میشوند.کمپرسور هارا حرکت دهید.

یک کمپرسور پیمایش ،که بعنوان پمپ پیمایش وپمپ خلاء پیمایش نیزشناخته میشود،ازدو ون مارپیچ مانند مارپیچ برای پمپ کردن ویافشرده سازی مایعات مانندمایعات وگازهااستفاده میکند.هندسه پره ممکن است منحنیهای ترکیبی،مارپیچی ویاترکیبی باشد.آن هاراحتتر،بی سر وصدا وقابل اعتمادتر ازسایر کمپرسور هادرمحدوده حجم پایینترعمل میکنند.غالباًیکی از پیمایش هاثابت است،درحالیکه دیگری بدون چرخش درمدارخارج میشود وبه این ترتیب تله هاراپمپ میکند وپمپاژ میکند یافشرده سازی مایعات رابین پیمایش میکند.بدلیل حداقل میزان ترخیص کالا ازگمرک بین پیمایش ثابت وپیمایش مداری،این کمپرسور هاازراندمان حجمی بسیاربالایی برخوردارهستند.این کمپرسور هابدلیل این که سبکتر،کوچک ترهستند وقطعات متحرک کم تری نسبت به کمپرسور های معکوس دارند،بسیارمورد استفاده درتهویه هوا وتبریدهستند.اگرچه آن هاگرانتر هستند،بنابراین ممکن است ازکولر های پلیته ویا کمپرسور های دوار ومتقابل دربرنامه هایی استفاده شودکه هزینه مهم ترین یایکی ازمهم ترین عواملی است که هنگام طراحی سیستم تبرید یاتهویه هوا درنظرگرفته شده است.این نوع کمپرسور دراوایل دهه ۱۹۹۰ بعنوان سوپرشارژر برروی موتور های (Volkswagen G60) و (G40) مورداستفاده قرارگرفت.

پمپ باد (CATERPILLAR) دیافراگم

یک کمپرسور دیافراگمی که بعنوان کمپرسور غشایی نیزشناخته میشود،نوعی کمپرسور متقابل معمولی است.فشرده سازی گازبجای یک عنصرورودی باحرکت یک غشای انعطاف پذیر اتفاق می افتد.حرکت عقب وجلو غشاء توسط میله ومکانیسم میل لنگ هدایت میشود.فقط ممبران وجعبه کمپرسور باگاز فشرده شده درتماس هستند.درجه انعطاف پذیری وموادتشکیل دهنده دیافراگم برماندگاری تجهیزات تأثیر میگذارد.بطورکلی دیافراگمهای فلزی سفت وسخت ممکن است فقط چندسانتیمتر مکعب حجم راجابه جاکنند زیرااین فلز نمیتواندبدون ترک خوردگی درجات زیادی ازخم شدن راتحمل کند،اماسختی یک دیافراگم فلزی به آن امکان پمپاژ درفشارهای بالارامیدهد.دیافراگم های لاستیکی یاسیلیکونی قادربه تحمل نوازش های پمپاژ عمیق باخمشی بسیارزیادهستند،امامقاومت کم آن هااستفاده آن هارابرای کاربرد های کم فشارمحدودمیکند وبدلیل رخ دادن پارچه های پلاستیکی،آن هاراجایگزین میکنند.پمپ باد (CATERPILLAR) دیافراگم برای هیدروژن وگازطبیعی فشرده شده(CNG)وهم چنین درتعدادی کاربرددیگراستفاده میشود.

کمپرسورهای محوری میتوانندراندمان بالایی داشته باشند.حدود۹۰٪ پلی اتیوپی درشرایط طراحی آن هااست.بااینحال،آن هانسبتاًگران هستند،به تعدادزیادی ازاجزا،تحملهای تنگ ومواد باکیفیت بالااحتیاج دارند.از کمپرسور های محوری درموتورهای توربین گازی متوسط تابزرگ،ایستگاه های پمپاژ گازطبیعی وبرخی ازکارخانه های شیمیایی استفاده میشود.

هرمتیک مهر و موم شده ، باز یا نیمه هرمتیک قطعات ماشین الات سنگین

یک کمپرسور کوچک مهر وموم شده دریک یخچال یافریزر مصرف کننده معمولاًدارای یک پوسته بیرونی استیل گرداست که بطوردائم جوش داده میشود وگازهای عملیاتی درون سیستم رامهرمیکند.مسیری برای نشت گاز هاوجودندارد،مانند:اطراف مهر وموم های شافت موتور است.دراین مدل،قسمت بالای پلاستیک بخشی ازسیستم ضدیخ زدگی خودکاراست که ازگرماموتور برای تبخیرآب استفاده مینماید.
کمپرسورهای مورداستفاده درسیستم های برودتی اغلب توصیف میشوندکه هرمتیک،باز یانیمه هرمتیک هستند،برای توصیف چگونگی قرارگیری کمپرسور وموتور دررابطه باگاز یابخار درحال فشرده سازی است.نام این صنعت برای هرمتیک کمپرسور مهر وموم شده هرمتیک است،درحالی که معمولاًیک کمپرسور نیمه قیمتی به آن گفته میشودکه یک کمپرسور نیمه هرمتیک است.در کمپرسور های هرمتیک ونیمه هرماتیک،کمپرسور وموتور که کمپرسور راهدایت میکندیک پارچه شده اند ودرداخل پاکت گاز تحت فشار سیستم کارمیکنند.این موتور بگونه ای طراحی شده است که گازمبرد فشرده میشود ودرآن خنک میشود.
تفاوت بین هرمتیک ونیمه هرمتیک دراین است که هرمتیک ازیک پوشش فلزی جوش داده شده بایک قطعه استفاده میکندکه نمیتواندبرای ترمیم بازشود.اگر هرمتیک نتواندبه سادگی بایک واحدکاملاًجدید جایگزین شود.یک نیمه قارچی ازیک پوسته فلزی بزرگ باپوششهای واشرشده باپیچ استفاده میکندکه میتواندبرای تعویض قطعات موتور و کمپرسور بازشود.مهم ترین مزیت هرمتیک ونیمه هرمتیک این است که مسیری برای نشت گاز ازسیستم وجودندارد.کمپرسور های بازبرای حفظ فشارداخلی به مهروموم های شافت تکیه میکنند واین مهر وموم هابرای حفظ خصوصیات آببندی خودبه روان کننده ای مانندروغن احتیاج دارند.
یک سیستم تحت فشار بازمانند تهویه مطبوع اتومبیل میتواندحساسیت بیش تری نسبت به نشت گازهای عامل آن داشته باشد.سیستمهای بازبه سیستم روان کننده درسیستم متکی هستند تابرروی اجزای پمپ ومهر ومومهاپاشیده شوند.اگربه اندازه کافی مکرر کارنشود،روان کننده روی مهر هابه آرامی تبخیرمیشود،وسپس مهر وموم هاشروع به نشت میکنند تاسیستم دیگرعملکردی نداشته باشدوباید دوباره شارژشود.برای مقایسه،یک سیستم هرمتیک یانیمه هرمتیک میتواندسال هابدون استفاده بنشیندومعمولاً درهرزمان وبدون نیازبه تعمیر ونگهداری ویاتجربه هرگونه افت فشارسیستم،میتواندمجدداًراه اندازی شود.
ضرر کمپرسور های هرمتیک این است که موتورمحرک رانمیتوان تعمیر یانگهداری کرد ودرصورت خرابی موتور،کل کمپرسور رابایدتعویض کرد.یک نقطه ضعف دیگراین است که سیم پیچهای سوخته میتوانندکل سیستمها راآلوده کنند،درنتیجه سیستم بطورکامل نیازبه پمپ شدن دارد وگاز جایگزین میشود،این امرهم چنین میتوانددر کمپرسور های نیمه هرمی که موتوردر مبرد کارمیکند،اتفاق بیفتد.بطورمعمول،از کمپرسور های هرمتیک درکالاهای مصرفی مجهزبه کارخانه های کم هزینه که درآن هزینه تعمیر ونیروی کار درمقایسه باارزش دستگاه زیاداست،استفاده میشود وفقط خریدیک دستگاه یاکمپرسور جدید اقتصادیتر خواهدبود.از کمپرسورهای نیمه حرکتی درسیستمهای برودتی وتهویه مطبوع متوسط تابزرگ استفاده میشود،جاییکه برای تعمیر کمپرسور ارزانتراز خرید ونصب لوازم جدیدارزانتراست.یک کمپرسور هرمتیک نسبت به یک کمپرسور نیمه هرمتیک سادهتر وارزان تراست.
مزیت کمپرسور های بازاین است که میتوان آن ها راتوسط منابع انرژی غیرالکتریکی مانندموتور احتراق داخلی یاتوربین هدایت کرد.بااینحال،کمپرسور های بازکه سیستم های تبرید راهدایت میکنند،عموماًدر طول عمر سیستم کاملاًعاری ازتعمیر ونگهداری نیستند،زیرابرخی نشت گاز باگذشت زمان رخ میدهد.

ترمودینامیک فشرده سازی گاز

فشرده سازی مرحله ای

درمورد کمپرسور های گریز ازمرکز،طرحهای تجاری درحال حاضر ازنسبت فشرده سازی بیش از۳٫۵به ۱درهرمرحله برای یک گاز معمولی تجاوزنمیکنند.ازآن جاکه فشرده سازی دمارا بالامیبرد،گاز فشرده شده بین مراحل خنک میشود وموجب میشود فشرده سازی کم ترازچربی وایزوترمال کم ترباشد.کولر های بین مرحله ای معمولاًمنجر به تراکم جزئی میشوندکه درجداکننده های بخارمایع برداشته میشوند.در مورد کمپرسور های کوچک متقابل،کمپرسور ممکن است یک فن خنک کننده راهدایت کندکه هوای محیط رابداخل محل اتصال کمپرسور دویاچند مرحله هدایت کند.ازآن جاکه کمپرسور های پیچ دوارمیتواننداز روان کننده خنک کننده برای کاهش درجه حرارت ازفشاراستفاده کنند،اغلب ازنسبت فشرده سازی ۹به۱تجاوز میکنند.بعنوان مثال،دریک کمپرسور غواصی معمولی هوادرسه مرحله فشرده میشود.اگردر هر مرحله نسبت فشرده سازی ۷به ۱باشد،کمپرسور میتواند۳۴۳برابرفشار اتمسفر(۷ × ۷ ۷ ۷= ۳۴۳ اتمسفر)داشته باشد.

موتورهای درایو

گزینه های بسیاری برای موتوروجود داردکه کمپرسور راتحت فشار قرار میدهد:توربینهای گازی از کمپرسور های جریان محوری وگریز ازمرکز که بخشی ازموتور های جت هستند،نیرو میگیرند.توربینهای بخاریا توربین های آبی برای کمپرسور های بزرگ امکانپذیراست.موتور های برقی برای کمپرسور های استاتیک ارزان وبیصداهستند.موتور های کوچک مناسب برای منابع الکتریکی خانگی ازجریان متناوب تک فاز استفاده میکنند.ازموتور های بزرگ ترفقط میتوان درجایی استفاده کردکه یک جریان الکتریکی سه فازبرق متناوب دردسترس باشد.موتور های دیزلی یاموتور های بنزینی برای کمپرسور های قابل حمل و کمپرسور های پشتیبانی مناسب هستند.درخودرو ها وانواع دیگروسایل نقلیه،ازجمله هواپیماهای پیستونی،قایق،کامیون وغیره،بافشاردادن هوای ورودی میتوان توان موتور های دیزلی یابنزینی راافزایش داد تاسوخت درهر چرخه بیشترشود.این موتور هامیتوانند بااستفاده ازنیروی میل لنگ خود،کمپرسور معروف به سوپرشارژر،خود رابه کمپرسور هانیرودهند،یاازگاز اگزوز آن هابرای هدایت توربین متصل به کمپرسور استفاده نمایند.

برنامه های کاربردی

از کمپرسور های گازی درمصارف مختلفی استفاده میشودکه فشار های بالاتر یاحجم کم تری ازگازموردنیازاست:درانتقال خط لوله گازطبیعی تصفیه شده ازمحل تولیدبه مصرف كننده،كمپرسور توسط توربین گازی كه ازطریق گازناشی ازخط لوله تولیدمیشود،هدایت میشود.بنابراین،هیچ منبع انرژی خارجی لازم نیست.پالایشگاه های نفتی،کارخانجات فناوری گازطبیعی،نیروگاه های پتروشیمی وشیمیایی و کارخانه های بزرگ صنعتی مشابه به گازهای میانی ومحصول نهایی نیازبه فشرده سازی دارند.تجهیزات برودتی وتهویه مطبوع از کمپرسور هابرای جابه جایی گرمادرچرخه مبرد استفاده میکنندبه تبرید فشرده سازی بخارمراجعه کنید.سیستمهای توربین گازی هوااحتراق ورودی رافشرده میکنند.گازهای تصفیه شده یاتولیدشده باحجم کم برای پرکردن سیلندر های فشارقوی برای مصارف پزشکی،جوش کاری وسایرموارد نیازبه فشرده سازی دارند.فرآیند های صنعتی،ساختاری وساختمانی متنوع نیازبه هوای فشرده شده برای قدرت ابزارهای پنوماتیک دارد.درساخت وتولیدقالب بطریهای پلاستیکی(PET)و ظروف است.برخی هواپیماهابرای حفظ فشارکابین درارتفاع به کمپرسور هانیازدارند.برخی ازانواع موتورهای جت مانندتوربوجت ها وتوربوفن هاهوا موردنیاز برای احتراق سوخت رافشرده میکنند.توربینهای موتور جت قدرت کمپرسورهوای احتراق رادارند.درغواصی (SCUBA)،اکسیژن درمانی بیش ازحدوسایردستگاه های پشتیبانی اززندگی،کمپرسور هاگازتنفس رادرون ظروف باحجم کم مانندسیلندر های غواصی قرارمیدهند.درغواصی که درسطح تأمین میشود،یک کمپرسور هوااغلب هواکم فشار(۱۰تا۲۰ بار)رابرای تنفس تأمین میکند.زیر دریاییها از کمپرسور هابرای ذخیره هوابرای استفاده بعدی درجابه جایی آب از محفظه های شناور برای تنظیم عمق استفاده میکنند.توربو شارژر ها وسوپر شارژرها کمپرسور هایی هستندکه باافزایش جریان انبوه هوادرون سیلندر،عملکرد موتوراحتراق داخلی راافزایش میدهند،بنابراین موتور میتواند سوخت بیش تری راسوزاند وازاین رو قدرت بیشتری تولیدمیکند.وسایل نقلیه حمل ونقل جاده ای ریلی وسنگین ازهوای فشرده شده برای ترمزوسایل نقلیه راه آهن یاوسایل نقلیه جاده ای و سایر سیستمهای دیگر(درها،برف پاک کن شیشه ای،موتور،کنترل گیربکس وغیره)استفاده میکنند.ایستگاه های خدمات وتعمیرگاه های اتومبیل برای پرکردن لاستیکهای پنوماتیک وابزار های پنوماتیک قدرت ازهوای فشرده استفاده میکنند.پیستون های آتش نشانی وپمپهای حرارتی برای گرم کردن هوا یاسایرگازها وجوددارند وفشرده سازی گازتنهاوسیله ای برای این منظوراست.کمپرسور های لوب روتاری اغلب برای تهیه هوادرخطوط انتقال پنوماتیک برای پودر یاموادجامد استفاده میشوند.فشاررسیده میتوانداز ۰٫۵ تا ۲ بارگرم باشد.