کمپرسور رفت و برگشتی Reciprocating Compressor

در کمپرسور رفت و برگشتی Reciprocating Compressor ، یک عضو که دارای حرکت رفت و برگشتی می‌باشد در داخل سیلندر به سمت عقب و جلو رفت و آمد می‌کند، بنابراین انتقال انرژی به سیال و عمل تراکم گاز‌ها با کاهش اجباری حجم انجام می‌گیرد.
در این کمپرسور رفت و برگشتی Reciprocating Compressor​​​​​​​ فشار تولیدی تابع نیاز سیستم است و می‌تواند متغیر و قابل تنظیم باشد. جریان بصورت ناپیوسته و تناوبی برقرار می‌باشد به همین خاطر تحت عنوان کمپرسورهای تناوبی نیز شناخته می‌شوند. بطور کلی کمپرسور رفت و برگشتیReciprocating Compressor  برای فشار بالا و دبی کم مناسب هستند.
بزرگترین مزیت این کمپرسورها در مقایسه با سایر انواع مورد استفاده در صنایع، بالا بودن راندمان کلی آن و قابلیت دستیابی به فشارهای بالا می‌باشد. در این کمپرسورها، دبی تا ۲۰۰۰ متر مکعب در ساعت و فشار خروجی تا ۶۰۰۰ بار قابل دستیابی می‌باشد. کمپرسور رفت و برگشتیReciprocating Compressor دارای هزینه اولیه و نگهداری و تعمیرات بالایی نسبت به سایر کمپرسورها می‌باشند.





​​​​​​​










در کمپرسور رفت و برگشتی Reciprocating Compressor، یک مرحله رفت و برگشت را، Revolution یا (دوره) گویند.

انواع کمپرسور رفت و برگشتی Reciprocating Compressor

• کمپرسور رفت و برگشتی Reciprocating Compressor پیستونی (Piston Compressor)
• کمپرسور رفت و برگشتی Reciprocating Compressor پلانجری (Plunger Compressor)
• کمپرسور رفت و برگشتی Reciprocating Compressor دیافراگمی (Diaphragm Compressor)

در کمپرسورهای پیستونی انتقال انرژی به سیال توسط حرکت رفت و آمد پیستون در داخل سیلندر که با کاهش حجم و فشرده شدن گاز ورودی همراه است صورت می‌گیرد. با حرکت پیستون به سمت عقب گاز به داخل سیلندر وارد شده و فضای سیلندر را پر می‌کند سپس با حرکت رو به جلو پیستون و اعمال فشار توسط آن به سبب کاهش حجم، گاز متراکم می‌گردد. ورود گاز به سیلندر و خروج از آن بوسیله سوپاپ‌های اتوماتیک مکش و دهش که به نوعی شیر یکطرفه می‌باشند صورت می‌گیرد که این سوپاپ‌ها براساس اختلاف فشار ما بین خطوط لوله و درون سیلندر باز و بسته می‌شوند. بنابراین طی یک جریان سیکلی (تناوبی)، فشار گاز توام با کاهش حجم افزایش می‌یابد.
















از یک کمپرسور رفت و برگشتی Reciprocating Compressor پیستونی می‌توان برای انتقال چند نوع گاز استفاده کرد. به عنوان مثال از یک سیلندر برای کمپرس کردن یک نوع گاز و از سیلندرهای دیگر برای کمپرس گازهای دیگر استفاده کرد. خنک کاری سیلندر این کمپرسورها در حین کار بوسیله آب یا هوا صورت می‌گیرد. رایجترین روش پر نمودن جکت سیلندر توسط یک مایع مناسب می‌باشد. کمپرسورهای کوچک غالبا با هوا خنک می‌شوند.
عضو دارای حرکت رفت و برگشتی می‌تواند پیستون و یا پلانجر باشد که بر اساس آن کمپرسور را تحت عنوان کمپرسور پیستونی و یا کمپرسور پلانجری نام گذاری می‌کنند.
کمپرسور رفت و برگشتی Reciprocating Compressor بصورت یک مرحله‌ای (Single Stage) و چند مرحله‌ای (Multi Stage) وجود دارند. مرحله (Stage) در کمپرسور رفت و برگشتی Reciprocating Compressor عبارت است از تعداد دفعاتی که گاز در فضای بین پیستون و سیلندر تحت فرآیند تراكم قرار می‌گیرد و در بین مراحل خنک می‌شود.
کمپرسور رفت و برگشتی Reciprocating Compressor​​​​​​​ پیستونی، بصورت یک طرفه (Single Acting) و دو طرفه (Double Acting) وجود دارند. در کمپرسور‌های پیستونی یک طرفه، در هر رفت و برگشت پیستون، گاز فقط در یک طرف پیستون فشرده شده و خارج می‌گردد. در این نوع از کمپرسورها مسیر رفت را مسیر تراکم و مسیر برگشت را مسیر مکش نامند. در کمپرسورهای پیستونی دو طرفه، عمل مکش و تخلیه گاز در دو سمت پیستون انجام می‌گیرد. در این نوع، گاز در دو طرف پیستون فشرده میشود. در این کمپرسورها در یک لحظه دو مسیر خروجی وجود دارد به طوری که موقع جلو رفتن پیستون گاز در انتهای سیلندر متراکم شده و موقع برگشتن گاز پشت پیستون نزدیک میل لنگ فشرده میشود و سپس خارج می‌گردد بنابراین در یک رفت و برگشت پیستون (یعنی یک دوره) دو دفعه گاز خارج می‌شود. از کمپرسورهای دو طرفه برای بدست آوردن ظرفیت بالاتر استفاده می‌شود.














در کمپرسور پیستونی اگر پیستون مستقیما توسط شاتون به میل لنگ متصل شود به آن، نوع تنه‌ای مستقیم (Trunk) می‌گویند. در طرحی دیگر برای انتقال قدرت از شاتون به شافت پیستون از قطعه‌ای بنام شفت هادی (Cross Head) استفاده می‌شود. این قطعه تقریبا تمامی نیروهای افقی حاصل از حرکت شاتون را حذف می‌کند بنابراین پیستون هیچگونه نیرویی در راستای افقی ندارد و در نتیجه هیچ نیرویی توسط پیستون به رینگها و دیواره سیلندر در راستای افقی وارد نمی‌شود. بواسطه ی این طرح (استفاده از شفت هادی) می‌توان کمپرسورها را در آرایش‌های مختلف سیلندری ساخت.
کمپرسورهای رفت و برگشتی پیستونی را بر اساس آرایش سیلندرها بصورت، In Line، LType، VType،  W Type، و Opposed Type دسته بندی می‌کنند.
کمپرسورهای پیستونی تک مرحله‌ای با یک سیلندر را می‌توان بصورت افقی و یا عمودی ساخت.













از کمپرسورهای دیافراگمی برای گاز‌های سمی و دارای خورندگی زیاد و همچنین برای مقاصد خلوص صددرصد گاز (High Purify) استفاده می‌شود. این کمپرسورها ذاتا بدون نشت (Free Leaking) هستند. در آنها گاز با قطعات کمپرسور تماس پیدا نمی‌کند و فقط دیافراگم با گاز مورد تراکم در تماس می‌باشد.
 

اجزای اصلی ساختمان کمپرسور رفت و برگشتی Reciprocating Compressor

از قطعات اصلی یک کمپرسور رفت و برگشتی Reciprocating Compressor​​​​​​​ می‌توان به این موارد اشاره کرد: شیر ها، پیستون، حلقه پیستون، لایی فلزی، میل لنگ، محفظه لنگ، سیلندر، سوپاپ‌ها.
پر کاربرد ترین شیرهای کمپرسورهای رفت و برگشتی شامل سه نوع، شیر بشقابی (Plate Valve)، شیر شیاری (Channel Valve) و شیر سوپاپی (Poppet Valve) می‌باشند و همانند شیر یکطرفه عمل می‌کنند.
سوپاپ‌ها یا همان شیرها حساس ترین قطعه در کمپرسورها می‌باشند. هر سوپاپ مکش یا دهش در هر سیکل تراکم یکبار باز و یکبار بسته می‌شود بنابراین بطور مثال در یک کمپرسور یک مرحله‌ای یک طرفه که با سرعت دورانی 1000 دور در دقیقه کار می‌کند، در هر شیفت کاری هشت ساعته هر سوپاپ 960.000مرتبه باز و بسته می‌شود. به همین خاطر بیشترین نیاز را به تعمیرات و نگهداری دارند. سوپاپ‌ها در برابر ذرات جامد و یا قطرات مایع حساس می‌باشند که عاملی برای شکسته شدن صفحات و فنرهای سوپاپ به حساب می‌آیند. جنس سوپاپ‌ها از استنلس استیل بوده که در مقابل حرارت و خوردگی و زنگ زدگی مقاوم است. عملکرد صحیح سوپاپ‌ها بر روی راندمان حجمی تاثیر بسزایی دارد.












​​​​​​​




بالا بودن شدت کار و نوسانات شرایط بهره برداری بر روی زمان سرویس و تعمیرات سوپاپ‌ها موثر است اما توصیه میشود که در هر ۴۰۰۰ ساعت، سوپاپ‌ها یکبار مورد بازرسی و سرویس قرار گیرند. تحقیقات انجام شده بر روی علتهای متوقف شدن کمپرسورها نشان میدهد که حدود ۳۵ الى ۴۰ درصد توقف دستگاه مربوط به خرابی سوپاپهای آن می‌باشد. هنگامی که صفحه سوپاپ بلند می‌شود، قادر است که در یک کورس به دفعات به حفاظ و نشستگاه سوپاپ ضربه وارد کند، این پدیده را بال زدن سوپاپ (Valve Fluttering) می‌نامند که عامل مهمی در شکسته شدن صفحات سوپاپ می‌باشد.
خرابی سوپاپ‌ها باعث عوامل زیر می‌شود:

•       کاهش ظرفیت کمپرسور
•       شنیدن صدای غیر عادی در سر سیلندر
•       گرم کردن گاز خروجی و درپوش سوپاپ.
•       غیر عادی بودن فشار بین مرحله‌ای در کمپرسورهای چند مرحله‌ای
•        عمل کردن شیر اطمینان بین مرحله ای
•       نشتی گاز از فیلتر مکش

​​​​​​​پیستون برای کمپرسورهای با دور متوسط (حدود ۶۰۰ دور در دقیقه) از جنس چدن ساخته می‌شود و پیستون‌های با قطر کمتر از ۷ اینچ بصورت تو پر و برای قطر‌های بیشتر بعلت کم نمودن وزن پیستون بصورت تو خالی ساخته می‌شوند.
حلقه پیستون یک سطح آب بندی می‌باشد که مقدار نشت بین دو طرف پیستون را به حداقل می‌رساند و همچنین حرارت حاصله روی پیستون را به سیلندر منتقل کرده و این حرارت توسط سیستم خنک کننده گرفته می‌شود.
لایی‌های فلزی دارای ساختمان حلقه‌ای شکل هستند و از آنها برای جلوگیری از نشت گاز به بیرون و یا در کمپرسورهایی که تحت خلاء کار می‌کنند برای جلوگیری از نفوذ هوا به داخل استفاده می‌شود.
میل لنگ به منزلة قلب کمپرسور می‌باشد و گرانترین قطعه دستگاه است. زاویه لنگ در میل لنگ‌ها با توجه به تعداد سیلندرهای کمپرسور و ماشین محرک و نحوه قرار گرفتن سیلندرها نسبت به همه شکل‌ها و اندازه‌های مختلفی به خود می‌گیرد.
محفظه لنگ به شکل U می‌باشد. قسمت تحتانی آن جهت جمع شدن روغن و قسمت فوقانی آن برای قرار گرفتن یاتاقان‌های اصلی و میل لنگ مورد استفاده قرار می‌گیرد.
سیلندر کمپرسور رفت و برگشتی Reciprocating Compressor​​​​​​​ به طور جداگانه به بدنه اصلی مونتاژ می‌شود و از نظر عملکرد ممکن است بصورت یک طرفه یا دو طرفه طراحی شوند. جنس سیلندرها معمولا از چدن می‌باشد و در فشار‌های بالاتر از فولاد آهنگری هم ساخته می‌شوند. درجه حرارت کاری مجموعه دارای ارتباط مستقیم با خنک کاری و روغن کاری جکت سیلندر می‌باشد.