روانکاری کمپرسورهای دورانی؛ اصول، چالشها و انتخاب روغن مناسب
کمپرسورهای دورانی یکی از پرکاربردترین انواع کمپرسورها در صنایع مختلف هستند و به دلیل عملکرد پیوسته، راندمان بالا، صدای کم و نیاز کمتر به تعمیرات، در بسیاری از واحدهای صنعتی جایگزین کمپرسورهای پیستونی شدهاند. این کمپرسورها در صنایع نفت، گاز، پتروشیمی، فولاد، سیمان، صنایع غذایی، دارویی، نساجی و خطوط تولید به طور گسترده مورد استفاده قرار میگیرند. با وجود طراحی سادهتر نسبت به برخی کمپرسورها، عملکرد مطمئن آنها وابستگی زیادی به کیفیت سیستم روانکاری دارد. روغن مناسب نه تنها اصطکاک را کاهش میدهد، بلکه در بسیاری از کمپرسورهای دورانی نقش خنککننده، آببند و محافظ قطعات داخلی را نیز ایفا میکند.
کمپرسور دورانی چگونه کار میکند؟
کمپرسورهای دورانی از دسته کمپرسورهای جابهجایی مثبت هستند که فرآیند تراکم را با حرکت مداوم قطعات دوار انجام میدهند. در این تجهیزات، گاز بین روتورها، پرهها یا سایر اجزای چرخان محبوس شده و با کاهش حجم، فشار آن افزایش پیدا میکند. به دلیل نبود حرکت رفت و برگشتی، جریان خروجی یکنواختتر بوده و لرزش و استهلاک مکانیکی نیز کمتر است.
انواع رایج کمپرسورهای دورانی عبارتاند از:
کمپرسور اسکرو (Rotary Screw)
کمپرسور پرهای (Rotary Vane)
کمپرسور اسکرال (Scroll)
کمپرسور کلاو (Claw)
هر یک از این کمپرسورها طراحی متفاوتی دارند، اما اصول روانکاری در همه آنها بر پایه ایجاد یک فیلم روغن پایدار بین قطعات متحرک است.
اهمیت روانکاری در کمپرسورهای دورانی
در بسیاری از کمپرسورهای دورانی، روغن تنها یک روانکار نیست، بلکه بخشی از فرآیند عملکرد کمپرسور محسوب میشود. بهویژه در کمپرسورهای اسکرو روغنی، روغن مستقیماً وارد محفظه تراکم شده و چند وظیفه را به طور همزمان انجام میدهد.
وظایف اصلی روغن عبارتاند از:
کاهش اصطکاک بین قطعات دوار
جلوگیری از سایش روتورها و یاتاقانها
انتقال حرارت و خنک کردن مجموعه تراکم
آببندی فاصله بین روتورها
کاهش نشتی داخلی
جلوگیری از زنگزدگی و خوردگی
شستوشوی ذرات ریز و آلودگیها
کاهش صدای عملکرد کمپرسور
در صورت کاهش کیفیت روغن، تمامی این وظایف به مرور مختل شده و راندمان کمپرسور کاهش پیدا میکند.
* کمپرسور پره ای (Vane)
کمپرسورهای دورانی پره ای از یک سری پره فلزی تشکیل شده که این پره ها در شکاف های اطراف روتور قرار دارند و آزادانه در این شکاف ها می لغزند. هنگامی که روتور می چرخد، نیروی گریز از مرکز سبب می شود که پره ها به سمت بیرون شکاف حرکت کنند و سپس در اثر فشرده شدن به دیواره ها به داخل شکاف فرو روند، هوا یا گاز متراکم شده بین دو پره متوالی، روتور و دیواره محبوس می شود. هنگامی که یک پره به سمت انتهایی بخش ورودی حرکت می کند حجم محفظه بین این پره و پره قبلی افزایش می یابد و یک خلا نسبی ایجاد می کند که گاز را به داخل می کشد. چرخش به سمت بخش خروجی ادامه پیدا می کند و در این بین حجم گاز محبوس کاهش می یابد و فشرده می شود و در نهایت در قسمت خروجی تخلیه می گردد. مزیت این کمپرسورها نسبت به کمپرسور پیستونی این است که ابعاد آن ها کوچک تر و جریان پیوسته و ارتعاش کمتری دارند.
روانکاری این کمپرسورها مشابه کمپرسورهای رفت و برگشتی است چرا که در هر دو روغن در معرض دمای خروجی بالا قرار می گیرد. در حالتی که کمپرسورهای دورانی توسط روش پاششی روغن کاری و خنک می گردند مقداری از روغن به طور پیوسته به محفظه کمپرسور پاشیده می شود. این مقدار روغن مانع از این می شود که دمای گاز خروجی از 100 درجه تا 110 درجه تجاوز کند همچنین فضای بین پیستون و دیواره کمپرسور را آب بندی نموده و از ساییدگی جلوگیری میکند.
* کمپرسور اسکرو (Screw)
در کمپرسورهای اسکرو (پیچشی) روغنی، روغن مستقیماً به محفظه تراکم تزریق میشود و علاوه بر روانکاری یاتاقانها و چرخدندهها، وظایف مهمی مانند آببندی فضای بین روتورهای نر و ماده، جذب گرمای ناشی از تراکم و کاهش صدای عملکرد را نیز بر عهده دارد. به همین دلیل کیفیت روغن تأثیر مستقیمی بر راندمان حجمی کمپرسور، دمای تخلیه و میزان مصرف انرژی دارد. کاهش کیفیت روغن میتواند باعث افزایش نشتی داخلی و افت ظرفیت کمپرسور شود.
روغن مورد استفاده در کمپرسورهای اسکرو باید از پایداری حرارتی و اکسیداسیونی بالایی برخوردار باشد، زیرا به طور مداوم در معرض دماهای بالا، برش مکانیکی شدید و تماس با هوای فشرده یا گاز فرآیندی قرار دارد. همچنین روغن باید خاصیت ضدکف، آزادسازی سریع هوا و جداسازی مناسب آب داشته باشد تا عملکرد سپراتور روغن، فیلترها و سیستم خنککاری دچار اختلال نشود. تشکیل وارنیش و رسوبات اکسیداسیونی نیز یکی از مهمترین عوامل کاهش راندمان و افزایش هزینههای تعمیرات در کمپرسورهای اسکرو است.
انتخاب ویسکوزیته روغن در کمپرسورهای اسکرو باید بر اساس طراحی دستگاه، فشار کاری، سرعت دوران و دمای محیط انجام شود. در بسیاری از کمپرسورهای صنعتی از روغنهای 32، 46 یا 68 استفاده میشود. در شرایط کاری سنگین، دمای بالا یا کارکرد مداوم، روغنهای سنتتیک بر پایه PAO یا استر معمولاً عمر سرویس بیشتری داشته و مقاومت بهتری در برابر اکسیداسیون، تبخیر و تشکیل رسوبات از خود نشان میدهند.
تفاوت کمپرسورهای دورانی روغنی و بدون روغن
تمام کمپرسورهای دورانی (روتاری) به یک شکل روانکاری نمیشوند. در کمپرسورهای روغنی، روغن مستقیماً وارد محفظه تراکم شده و علاوه بر روانکاری، عملیات خنککاری و آببندی را نیز انجام میدهد. اما در کمپرسورهای بدون روغن، هیچ روغنی با گاز فشرده تماس ندارد و سیستم روانکاری تنها یاتاقانها، چرخدندهها و بخشهای انتقال نیرو را تغذیه میکند. به همین دلیل نوع روغن و الزامات عملکرد آن در این دو گروه متفاوت است.
ویژگیهای کلی روغن مناسب کمپرسور دورانی پرهای و اسکرو
روغن مناسب کمپرسورهای دورانی باید ویژگیهای زیر را داشته باشد:
مقاومت بالا در برابر اکسیداسیون
پایداری حرارتی مناسب
شاخص گرانروی بالا
خاصیت ضدسایش مؤثر
مقاومت در برابر تشکیل رسوبات
کفزایی بسیار کم
قابلیت آزادسازی سریع هوا
خاصیت جداسازی آب
سازگاری با آببندها و الاستومرها
پایداری در کارکردهای طولانیمدت
وجود این ویژگیها باعث میشود روغن بتواند حتی در شرایط کاری سخت نیز عملکرد خود را حفظ کند.
نقش ویسکوزیته در عملکرد کمپرسور دورانی (روتاری)
ویسکوزیته یکی از مهمترین معیارهای انتخاب روغن است. روغن باید آنقدر روان باشد که به سرعت در مدار گردش کند و همزمان آنقدر غلیظ باشد که بتواند فیلم روغنی مناسبی روی قطعات ایجاد کند.
در بسیاری از کمپرسورهای دورانی، روغنهای ISO VG 32، ISO VG 46 یا ISO VG 68 استفاده میشوند، اما انتخاب نهایی باید بر اساس توصیه سازنده، دمای محیط، فشار کاری و سرعت دوران انجام شود.
کنترل دمای کمپرسور دورانی (روتاری)
در کمپرسورهای دورانی بخش قابل توجهی از گرمای تولید شده توسط روغن جذب میشود. اگر روغن توانایی انتقال حرارت کافی نداشته باشد، دمای روتورها، یاتاقانها و آببندها افزایش یافته و احتمال اکسیداسیون روغن، کاهش عمر قطعات و توقف اضطراری دستگاه بیشتر خواهد شد.
نقش خاصیت ضدکف و آزادسازی هوا
گردش سریع روغن در مدار باعث ورود هوا به آن میشود. روغنی که خاصیت آزادسازی هوای مناسبی نداشته باشد، حبابهای هوا را در خود نگه میدارد و این موضوع موجب افت فشار روغن، کاهش ضخامت فیلم روانکار و افزایش احتمال آسیب به یاتاقانها خواهد شد. همچنین افزودنیهای ضدکف از تشکیل کف پایدار جلوگیری کرده و عملکرد سیستم روانکاری را بهبود میبخشند.
روغن معدنی یا سنتتیک برای کمپرسور دورانی مناسبتر است؟
روغنهای معدنی برای بسیاری از کاربردهای عمومی انتخاب مناسبی هستند و هزینه اولیه کمتری دارند. با این حال، در شرایطی مانند دمای بالا، کارکرد ۲۴ ساعته، فشار زیاد یا فواصل طولانی تعویض روغن، روغنهای سنتتیک عملکرد بهتری ارائه میدهند. این روغنها مقاومت بیشتری در برابر اکسیداسیون، تبخیر، تشکیل رسوبات و افت ویسکوزیته داشته و معمولاً عمر سرویس طولانیتری دارند.
آنالیز روغن؛ راهکاری برای جلوگیری از خرابی
آنالیز دورهای روغن یکی از مؤثرترین روشهای پایش سلامت کمپرسور است. بررسی پارامترهایی مانند ویسکوزیته، عدد اسیدی، مقدار آب، ذرات فلزی، میزان آلودگی و وضعیت افزودنیها میتواند مشکلات را پیش از ایجاد خرابیهای جدی شناسایی کند و زمان مناسب تعویض روغن را مشخص سازد.
علائم کاهش کیفیت روغن کمپرسور پرهای و اسکرو
برخی از نشانههایی که میتوانند بیانگر افت کیفیت روغن باشند عبارتاند از:
افزایش دمای کمپرسور
افزایش صدای کارکرد
افزایش لرزش
تغییر رنگ یا بوی روغن
تشکیل لجن و رسوبات
افت فشار روغن
افزایش مصرف انرژی
کاهش راندمان کمپرسور
افزایش مصرف روغن
جمعبندی
روانکاری صحیح یکی از مهمترین عوامل در افزایش راندمان و طول عمر کمپرسورهای دورانی است. انتخاب روغنی با ویسکوزیته مناسب، پایداری حرارتی بالا، مقاومت در برابر اکسیداسیون، خاصیت ضدسایش، قابلیت آزادسازی هوا و جداسازی آب، علاوه بر کاهش استهلاک قطعات، موجب کاهش مصرف انرژی و افزایش قابلیت اطمینان تجهیزات میشود. استفاده از روغن مناسب، تعویض بهموقع فیلترها و انجام آنالیز دورهای روغن، سه عامل کلیدی برای حفظ عملکرد پایدار و اقتصادی کمپرسورهای دورانی در صنایع مختلف هستند.
