1. Hava Kompresörü Konsepti
Hava kompresörü, hava besleme sisteminin ana bileşenidir. Bir ana taşıyıcıdan (genellikle bir elektrik motorundan) gelen mekanik enerjiyi gaz basıncı enerjisine dönüştüren ve basınçlı hava için pnömatik bir jeneratör görevi gören bir cihazdır.
Bir tür güç makinesi olarak kompresör, gaz hacmini azaltır ve basıncı arttırır, mekanik güç olarak veya başka amaçlar için kullanılabilecek belirli miktarda kinetik enerji üretir.
Basınçlı hava sisteminin şematik diyagramı aşağıda gösterilmiştir:
二, Hava Kompresörlerinin Sınıflandırılması
1. Tanıma Göre Sınıflandırma:
1)Hacimsel hava kompresörü: Gaz hacmini azaltır ve gaz basıncını artırır.
Mekanik enerjiyi potansiyel enerjiye dönüştürür.
Pistonlu Kompresör: Çalışma hacmi periyodik olarak değişirken mekansal konum değişmeden kalır.
Döner Kompresör: Çalışma hacmi periyodik olarak değişir ve mekansal konum değişir.
2)Dinamik Kompresör
Gaz moleküllerinin hareket hızını arttırır, gaz moleküllerinin kinetik enerjisini gaz basınç enerjisine dönüştürür, böylece sıkıştırılmış gazın basıncını yükseltir.
Kinetik Enerji → Potansiyel Enerji
Santrifüj kompresör: Bir çeşit hızlı kompresördür. Bu cihazda gazı hızlandıran bir veya daha fazla dönen pervane (bıçaklar genellikle yanlardadır) bulunmaktadır. Ana akış radyaldir.
2. Tahliye Basıncına Göre Sınıflandırma
1) Üfleyici: 0,01 ~ 0,1 MPa
2) Düşük Basınç: 0,2 ~ 1,0 MPa
3) Orta Basınç: 1 ~ 10 MPa
4) Yüksek Basınç: 10 ~ 100 MPa
5)Ultra Yüksek Basınç: > 100 MPa
3. Yer Değiştirmeye Göre Sınıflandırma
Minyatür: ＜ 1 m³/dak
Küçük: 1 ~ 10 m³/dak
Orta: 10 ~ 100 m³/dak
Büyük: ＞ 100 m³/dak
4. Soğutma Yöntemine Göre Sınıflandırma
1)Hava soğutmalı: Soğutma ortamı olarak havayı kullanır ve hava sirkülasyonunu kendi soğutma fanıyla tamamlar.
2)Su soğutmalı: Özel bir soğutma kulesi veya özel bir soğutma suyu sirkülasyon sistemi ile donatılmış, soğutma ortamı olarak su kullanır.
5. Yağlama Yöntemine Göre Sınıflandırma
1)Yağla yağlanmış
A. Yağ enjeksiyonlu kompresör
B. Mikro yağ kompresörü
2) Yağsız yağlanmış
A. Suyla yağlanan
B. Kuru vida
C. Yağsız piston
D. Merkezkaç
3. Hava Kompresörlerinin Çalışma Prensibi
1. Pistonlu Hava Kompresörü
Piston silindirin üst ölü noktasından alt ölü merkezine doğru hareket ettiğinde silindir içindeki hacim artar ve basınç düşer.
Silindir içindeki basınç, dış atmosfer basıncının altına düştüğünde, dış hava, basınç farkı altında emme valfini yay gerilimine karşı iterek silindirin içine girer (egzoz valfi kapalı kalır).
Piston alt ölü noktaya ulaştığında silindir hava ile doldurulur ve basıncı dış atmosfer basıncına eşit olur. Basınç dengesi nedeniyle valf yayı emme valfini kapatarak emme strokunu tamamlar.
Piston alt ölü noktadan üst ölü noktaya doğru hareket ettikçe hem emme hem de egzoz valfleri kapatılır ve silindir içindeki hava sıkıştırılır.
Pistonun yukarı doğru hareketi ile silindir hacmi sürekli olarak azalır ve basınçlı havanın basıncı giderek artar. Bu sıkıştırma strokudur.
Sıkıştırılmış gazın basıncı, valf yayı gerginliğinin ve boşaltma borusundaki basıncın birleşik kuvvetini aştığında, egzoz valfi açılır ve piston üst ölü noktaya ulaşana kadar boşaltma borusundan basınçlı hava boşaltılır.
Bu noktada silindirdeki basınçlı havanın çoğu boşaltılır, basınç keskin bir şekilde düşer ve egzoz valfi yay gerilimi altında kapanır. Bu boşaltma strokudur.
Daha sonra piston tekrar aşağıya doğru hareket ederek temiz havayı çeker ve bir sonraki çevrimi başlatır.
Pistonlu hava kompresörü tekrarlanan emme, sıkıştırma ve boşaltma döngülerinde çalışır.
Not: Düşük basınç pazarındaki pistonlu hava kompresörlerinin yerini artık kademeli olarak vidalı hava kompresörleri almaktadır, bu nedenle yalnızca temel düzeyde bilgi sahibi olunması gerekmektedir.
Vidalı hava kompresörleri iki tipe ayrılır:
çift vidalı hava kompresörleri ve tek vidalı hava kompresörleri.
1) Çift Vidalı Hava Kompresörünün Çalışma Prensibi ve Tanıtımı
Çift vidalı hava kompresörü, silindirin içinde dönen bir çift paralel, birbirine geçen erkek ve dişi rotordan (veya vidadan) oluşur.
Bu, rotor oluklarının arasındaki boşluklarda periyodik hacim değişiklikleri yaratır, böylece hava sürekli olarak emme tarafından basma tarafına eksenel olarak aktarılır.
Bu sayede vidalı hava kompresörünün emme, sıkıştırma ve boşaltma işlemleri tamamlanmış olur.
Hava girişi ve çıkışı kompresörün karşıt uçlarında bulunur.
Dişi rotorun olukları ve erkek rotorun dişleri ana motor tarafından dönecek şekilde tahrik edilir.
2) Tek Vidalı Hava Kompresörünün Çalışma Prensibi ve Tanıtımı
Tek vidalı hava kompresörü, yalnızca bir vidalı rotora sahip olmasıyla karakterize edilir.
Ancak pratikte üç adet dönen şaftı vardır: bir vidalı rotor ve vidalı rotora dik iki yıldız çark (planet dişliler). Vidalı hava kompresörü ailesinin bir üyesi olan tek vidalı hava kompresörü, çift vidalı hava kompresörünün avantajlarına benzer avantajlar sunar. Ancak çözülmesi zor olan bazı zor teknik problemler nedeniyle endüstride yaygın olarak benimsenmemiştir.
A. Birçok hareketli parça:
Tek vidalı hava kompresöründe üç adet dönen şaft bulunur.
Ayrıca, vidalı rotorun ve yıldız çarkların (planet dişliler) sertliği büyük ölçüde farklılık gösterir ve çalışma sırasında eşit olmayan deformasyona neden olur. Bu, doğru kavramayı sağlamayı zorlaştırarak hacimsel verimliliğin düşmesine neden olur. Piyasada bulunan tek vidalı kompresörlerde yıldız çarklar, aşınma direnci zayıf olan metalik olmayan malzemelerden yapılır. Yüksek hızlı çalışma sırasında, ağır aşınma iç sızıntıyı artırır ve bir süre kullanımdan sonra akış hızında önemli bir düşüşe neden olur. Tipik olarak, sonra 3.000 ila 4.000 çalışma saatinden sonra akış hızı ortalama %5 ila %10 oranında azalır. Bu nedenle, tek vidalı hava kompresörü endüstriyel uygulamalarda çok düşük ekonomik verimliliğe sahiptir. Ayrıca, eşit olmayan deformasyon ve zayıf kavrama doğruluğu tüm ünitenin mekanik stabilitesini azaltarak yüksek arıza oranlarına ve yüksek bakım oranlarına yol açarak uygulama kapsamını daha da sınırlandırır.
B. Yıldız çarkların (planet dişliler) malzemesinin daha da geliştirilmesi gerekmektedir.
Tek vidalı bir kompresörün temel bileşenlerinden biri olan yıldız çarklar esas olarak conta görevi görür. Çelik yıldız çarklar kullanılırsa, çeliğin büyük termal genleşme katsayısı ve genleşme hacmi, yıldız çarklar ile vida arasında nispeten büyük bir boşluk gerektirir. Bu yalnızca yüksek sızıntı ve düşük verimlilikle sonuçlanmakla kalmaz, aynı zamanda kolayca tutukluk ve büyük arızalara da neden olabilir. Kompozit malzemeler benimsenirse yukarıdaki sorunlar önlenebilir. Ancak mevcut kompozit malzemeler düşük mukavemete ve zayıf aşınma direncine sahiptir. Çalışma sırasında kesme kuvveti ve mekanik sürtünme altında aşınırlar. hızlı bir şekilde iç sızıntının artmasına ve verimliliğin azalmasına neden olur. Sık onarımlar aynı zamanda bakım personelinin iş yükünü ve bakım maliyetlerini de artırır. Yüksek mukavemetli, düşük genleşmeli ve yüksek aşınma direncine sahip bir malzeme bulmak üreticiler için bir başka büyük sorun haline geldi. Ancak malzeme bilimindeki mevcut ilerleme göz önüne alındığında, kısa vadede temel bir çözüm pek mümkün görünmüyor.
C. Vida profilinin daha fazla optimizasyona ihtiyacı vardır. Yukarıdaki iki sorun ve öngörülebilir gelecekte etkili çözümlerin bulunmaması nedeniyle, tek vidalı hava kompresörlerinin tanıtımı sınırlıdır. Bu nedenle, araştırma kurumları ve büyük hava kompresörü üreticileri, tek vidalı profil araştırmalarına çok fazla yatırım yapmamıştır ve önemli bir ilerleme kaydedilmemiştir. Optimum vida profilini bulmak, büyük ölçekli tanıtımdan önce bir başka önemli görevdir. Ancak, zayıf pazar görünümü nedeniyle büyük üreticiler yeterince yatırım yapmadı, bu nedenle temel iyileştirme kısa vadede zordur.
Özetle, mevcut teknolojik gelişmeler açısından bakıldığında, çift vidalı hava kompresörleri yalnızca teknolojik olarak gelişmiş değil, aynı zamanda pratik uygulamalarda da tamamen olgunlaşmış durumda.
3. Santrifüj Kompresör
Santrifüj kompresörlerde kanatlı çark, kompresör mili üzerinde döner.
Pervaneye giren gaz, kanatlar tarafından dönecek şekilde tahrik edilir ve kinetik enerjide (hız) ve statik basınç yükünde (basınç) bir artış elde edilir. Gaz daha sonra pervaneyi terk eder ve difüzöre girer; burada gazın hızı basınca dönüştürülür ve basınç daha da artar. Sıkıştırılmış gaz, gerekli basınca ulaşılana kadar daha fazla sıkıştırma için bir sonraki aşamadaki pervaneye girmek üzere büküm ve dönüş kanalından geçer.
4. Vorteks tipi Hava Kompresörü
Vortex tipi hava kompresörü, çift fonksiyonlu denklem profillerine sahip iki kaydırmadan oluşur: birbiriyle iç içe geçen yörüngeli bir kaydırma ve sabit bir kaydırma. Emme, sıkıştırma ve boşaltma işlemi sırasında, sabit kaydırma çerçeveye monte edilirken, yörüngedeki kaydırma eksantrik bir mil tarafından tahrik edilir ve bir dönme önleyici mekanizma ile sınırlandırılır. Sabit salyangozun taban dairesinin merkezi etrafında küçük bir yarıçapa sahip bir yörünge hareketi gerçekleştirir. Gaz, sabit salyangozun çevresindeki hava filtresi aracılığıyla içeri çekilir. Eksantrik mil döndükçe, gaz, birbirine geçen yörüngeler ve sabit helezonlar tarafından oluşturulan hilal şeklindeki sıkıştırma odalarında kademeli olarak sıkıştırılır ve daha sonra sabit helezonun orta kısmındaki eksenel delikten sürekli olarak boşaltılır.
5. Kanatlı Hava Kompresörü
Sıkıştırma odasına eksantrik olarak bir rotor monte edilmiştir. Rotor üzerinde, rotor merkezine doğru eksenel olarak kayabilen 4 ila 6 kanat bulunmaktadır. Kanatların her zaman oda ile temas halinde kalmasını sağlamak için kanatların alt kısmına yaylar yerleştirilmiştir.