ایرند کمپرسور اسکرو و طراحی آن

بازده خوب در کمپرسور اسکرو هم تابع نوع پروفیل‌های روتور کمپرسور و هم تابع فاصله لقی (Clearance) بین روتورها و روتورها با هوزینگ (Housing) کمپرسور می‌باشد. روتورهای کمپرسورها معمولاً با ماشین‌های خاصی تراشیده می‌شوند. دقت ماشینکاری آنها امروزه تا 5 میکرون هم می‌رسد. البته باید توجه کرد که بسته به کاربرد این کمپرسورها شرایط طراحی متفاوت می‌شود. مثلاً برای کاربردهای متحرک شاید بازده به اندازه هزینه و ابعاد اهمیت نداشته باشد. کمپرسورهای اسکرو در سال‌های اخیر توسعه زیادی داشته‌اند. قطر قابل ساخت سازندگان مختلف بازه 75 تا 620 میلی متر را تحت پوشش قرار می‌دهد که می‌تواند جریان گاز 0.6 تا 600 مترمکعب بر دقیقه را با نسبت فشار 3.5 در مدل‌های بدون روغن، تا 15 در مدل‌های روغنی در یک مرحله کمپرسور ایجاد نماید. بازده حجمی در مدل‌های روغنی از مرز 90 درصد هم متجاورز است و توان مخصوص آنها نیز تا مقدار بسیار پایینی کاهش پیدا کرده است.

در زمینه فرآیند طراحی شرکت سوئدی SRM همواره پیشتاز بوده است. شرکت‌های دیگری نظیر نظیر Compair، Atlas Copco و Ingersol-Rand نیز همواره از شرکت‌های مطرح در این زمینه بوده‌اند. شرکت‌های ژاپنی‌ها نظیر Hitachi و Kobe نیز در این زمینه بسیار شناخته شده هستند.در سال‌های اخیر خاورمیانه و هند و چین نیز توانسته‌اند در این زمینه وارد شوند.

هوایار به عنوان یکی از قدیمی‌ترین و خوشنام‌ترین سازندگان کمپرسور اسکرو در ایران شناخته می‌شود. علی رغم محبوبیت روز افزون کمپرسورهای اسکرو در صنعت اما دانش فنی آنها همچنان محدود می‌باشد و کتاب‌های محدودی در این زمینه به چاپ رسیده است. اما در مقابل تعداد زیادی از ثبت اختراعات در این زمینه وجود دارد که البته اطلاعات زیادی از روش طراحی آنها قابل دستیابی نیست.

اکنون به سبب بهبود تکنولوژی ساخت، لقی (Clearance) ها تا حد زیادی کاهش یافته است. تنها راه افزایش کارایی کمپرسور معرفی پروفیل‌های جدیدی است که می‌تواند در حالی که ظرفیت عبور جریان را افزایش می‌دهد نشتی مسیر را حداقل می‌کند و اصطکاک را به حداقل ممکن می‌رساند. اینکه فکر کنیم طراحی پروفیل‌های ایرند کمپرسور اسکرو دیگر به انتهای خود رسیده است یک تصور اشتباه می‌باشد. در حقیقت هنوز فضای زیادی برای بهبود طراحی وجود دارد به طوری که بتوان روتورهای سبک‌تری با مقاومت بیشتر، خروجی بیشتر و تنش‌های تماسی کمتر ایجاد کرد. استقاده از تکنیک‌های بهینه سازی چند هدفه می‌تواند با کاهش اتلافات جریانی باعث بازده بیشتر کمپرسور گردد.

ایرند کمپرسور اسکرو یکی از کمپرسورهای معمول در متراکم کردن گازهای مختلف می‌باشند. این کمپرسور از یک جفت روتور در در هم درگیر شده با شیارهای مارپیچی که یک پوسته آنها را در بر گرفته است تشکیل شده است. دو روتور و پوسته کمپرسور با یک لقی (Clearance) کوچک از یکدیگر جداشده‌اند فضای گیر افتاده بین محل درگیری دو روتور با یکدیگر در اثر چرخش کاهش می‌یابد و به این ترتیب گاز به دام افتاده همانند آنچه در شکل 1 دیده می‌شود، در این فضا متراکم خواهد شد.

در این قسمت یک روش عمومی تشکیل هندسه روتور کمپرسور اسکرو به صورت ساده شرح داده می‌شود فضای بین هر دو لوب از روتورهای کمپرسور اسکرو و پوسته کمپرسور یک فضای تراکم مجزا تشکیل می‌دهد. حجم این فضا با چرخش روتور و جابجایی خط برخورد بین روتورها تغییر می‌کند.

روشی که غالباً برای ایجاد روتور کمپرسورهای اسکرو مورد استفاده قرار می‌گیرد تولید منحنی پروفیل اصلی روی یکی از روتورهای اسکرو و سپس تولید پروفیل ثانویه روی روتور دیگر می‌باشد. هر نوع منحنی می‌تواند به عنوان منحنی اصلی مورد استفاده قرار بگیرد، اما معمولاً دایره بیشتر استفاده می‌شود. همه دایره‌هایی که مرکز آن روی دایره گام باشد یک دایره مشابه روی روتور دیگر ایجاد می‌کند. منحنی که به این صورت تولید می‌شود تروکوئید نام دارد. به طور مشابه نقاط روی روتور مقابل یک هایپوسایکلوید را تشکیل خواهند داد. پروفیل‌های دایروی متقارن محوری تنها از دایره‌ها شکل گرفته است. پروفیل نامتقارن محوری اولیه ایجاد شده توسط لیشولم هم از یک دایره برای تشکیل سیکلوید در سمت پرفشار روتور استفاده می‌کند. ولی روش SRM یک دایره غیرهممرکز برای سمت کم فشار را مورد استفاده قرار می‌دهد.