اصول کمپرسور رفت و برگشتی

طراحی پایه

سیلندرهای تراکمی از جمله اجزای حیاتی هستند که به عنوان یک محفظه یا عمل می‌کنند که در آن گاز در داخل کمپرسور رفت و برگشتی تحت فشار قرار می‌گیرد. یک پیستون در یک عمل رفت و برگشتی برای فشرده‌سازی گاز حرکت می‌کند. طراحی ممکن است تک یا دوگانه باشند. در طراحی دو گانه، فشرده‌سازی در هر دو طرف پیستون در حین حرکت پیشروی و عقب نشینی رخ می‌دهد. برخی از سیلندرهای دوگانه در کاربردهای فشار بالا دارای یک میله پیستون در دو طرف پیستون هستند تا سطح مساوی و بارهای متعادل را فراهم کنند. آرایش سیلندرهای پشت سر هم با قرار دادن سیلندرها به صورت جفت، متصل به یک میل لنگ مشترک، در به حداقل رساندن بارهای دینامیکی کمک می‌کند تا حرکات پیستون ها با یکدیگر مخالف باشند.

فشار گاز آب‌بندی می‌شود و سایش قطعات گران قیمت به ترتیب با استفاده از رینگ‌های پیستون یکبار مصرف و باندهای رایدر به حداقل می‌رسد. این فلزات از فلزات نسبتاً نرم نسبت به متالورژی پیستون و سیلندر تشکیل شده یا از موادی مانند پلی تترا فلوئورواتیلن (PTFE) ایجاد می‌شوند.

اکثر این تجهیزات شامل سیستم‌های روان‌کاری از نوع بلوک (block-type lubrication systems) هستند. سیستم‌های روان‌کاری بلوک، که به عنوان روان‌کننده‌های تک نقطه‌ای نیز شناخته می‌شوند، روشی ساده برای تحویل مقادیر کنترل‌شده روان‌کننده به نقاط خاص در ماشین‌آلات هستند. این سیستم‌ها تضمین می‌کنند که روغن دقیقاً به نقاط بحرانی مانند دیواره سیلندر و بسته‌بندی تحویل می‌شود و هدف آن حفظ روانکاری بدون اجازه انتقال بیش از حد روغن به گاز فرآیند است. با این حال، زمانی که تحمل فرآیند برای انتقال روغن صفر باشد، از طرح‌های بدون روغن استفاده می‌شود. طرح‌های بدون روغن راه‌حل‌های عملی را در سناریوهایی ارائه می‌دهند که روغن‌کاری نامطلوب است یا خطراتی را به همراه دارد.

سیلندرها برای کاربردهای بزرگتر به گذرگاه‌های خنک‌کننده  یا سیستم‌های خنک‌کننده مایع در گردش مجهز شده‌اند، در حالی که برخی از کمپرسورهای خانگی و فروشگاهی کوچکتر معمولاً با هوا خنک می‌شوند. سیلندرهای کاربردی بزرگ به طور کلی دارای آسترهای قابل تعویضی هستند که با فشار در سوراخ نصب می‌شوند و ممکن است دارای یک پین ضد چرخش باشند.

گاز فرآیند به داخل سیلندر کشیده و فشرده می‌شود، سپس محفظه شده و توسط سوپاپ‌های مکانیکی آزاد می‌شود که معمولاً با فشارهای دیفرانسیل به طور خودکار عمل می‌کنند. بسته به طراحی سیستم، سیلندرها ممکن است یک یا چند دریچه مکش و تخلیه داشته باشند. تخلیه‌کننده‌ها و پاکت های تخلیه، شیرهای خاصی هستند که درصد بار کامل حمل شده توسط کمپرسور را در سرعت چرخشی معینی از محرک آن کنترل می‌کنند. تخلیه‌کننده‌ها عملکرد دریچه‌های مکش را دستکاری می کنند تا به گاز اجازه بازیافت شدن بدهد. سوپاپ‌های پاکتی فضای سر سیلندر (حجم خلاصی) را تغییر می‌دهند. آن‌ها ممکن است حجم ثابت یا متغیر داشته باشند.

قطعه فاصله یا distance piece (گاهی اوقات به آن خانه سگ یا doghouse می گویند) یک عضو ساختاری است که قاب کمپرسور را به سیلندر متصل می‌کند. از اختلاط سیالات بین سیلندر و قطعه فاصله باید اجتناب شود. قطعه فاصله یا داگ‌هاوس معمولاً بر اساس خطرناک‌ترین ماده موجود در سیستم، که اغلب گاز فشرده شده در سیلندر است، تخلیه می‌شود. رینگ‌های بسته‌بندی(Packing rings) به گونه‌ای طراحی شده‌اند که گاز درون سیلندر را در خود جای دهند اما با فشار زیاد ممکن است مقداری از گاز فشرده از پشت رینگ‌های بسته‌بندی نشت کند.

چرخ دنده، که در داخل قاب کمپرسور قرار دارد، شامل سر متقاطع و شاتون است که میله پیستون را به میل‌لنگ متصل و حرکت دورانی آن را به یک حرکت خطی رفت و برگشتی تبدیل می‌کند. میل‌لنگ دارای وزنه‌های تعادلی است تا نیروهای دینامیکی ایجاد شده توسط حرکت پیستون‌های سنگین را متعادل کند. در داخل چارچوب، کمپرسور توسط یاتاقان‌های ساده در چندین ژورنال پشتیبانی می‌شود (وظیفه ژورنال یاتاقان جلوگیری از به وجود آمدن ارتعاشات در رفت و در جهت شعاعی است که با این کار از اصطکاک مکانیکی جلوگیری می‌کند و با کم‌ترین نیرو به راحتی می ‌تواند شفت را بچرخاند). یک فلایویل یا flywheel نیز برای ذخیره اینرسی چرخشی و ایجاد مزیت مکانیکی برای چرخش دستی مجموعه ارائه شده است (فلایویل یکی از اجزای سیستم انتقال قدرت محسوب می‌شود). برخی از کمپرسورها چرخ‌دنده‌های فریم خود را با یک پمپ روغن یکپارچه روغن‌کاری می‌کنند، در حالی که برخی دیگر با سیستم‌های روانکاری گسترده‌تر و لغزشی ارائه می‌شوند. 

گازهای مکش عموماً از صافی‌ها و جداکننده‌های مکنده عبور می‌کنند تا ذرات، رطوبت و سیال فرآیند فاز مایع را حذف کنند که می‌تواند باعث آسیب شدید به دریچه‌های کمپرسور و سایر اجزای حیاتی شود و حتی یکپارچگی سیلندر را با پیامدهای فاجعه‌بار تهدید کند. همچنین ممکن است گاز از قبل گرم شود تا گاز فرآیند مایع را به فاز بخار منتقل کند. اینترکولرها فرصتی برای حذف گرما از گاز فرآیند بین مراحل تراکم فراهم می کنند. این مبدل‌های حرارتی ممکن است بخشی از سیستم(های) روغن و/یا سیلندر کمپرسور باشند، یا ممکن است به سیستم آب خنک‌کننده نیروگاه متصل باشند.

در سمت تخلیه، مخازن تحت فشار به عنوان میراکننده ضربان عمل می کنند و ظرفیت سیستم را برای یکسان کردن جریان و ضربان فشار مربوط به ضربات تراکم پیستون فراهم می‌کنند. به طور معمول، کمپرسورهای رفت و برگشتی دستگاه‌های نسبتاً کم سرعتی هستند و مستقیماً یا با تسمه توسط یک موتور الکتریکی، با یا بدون کنترل کننده درایو هدایت می‌شوند.

اغلب موتور به گونه‌ای ساخته می‌شود که یکپارچه با کمپرسور باشد. شفت موتور و میل‌لنگ کمپرسور یک تکه هستند و نیاز به کوپلینگ را از بین می‌برند.