Είδη αεροσυμπιεστών και εφαρμογές

Άρθρο του κ. Παντελεήμονα Τζουγανάκη*

Από την αρχαιότητα, σε εφαρμογές όπως είναι η μεταλλουργία, ήταν αναγκαία η χρήση συμπιεσμένου αέρα για τη διατήρηση των πολύ υψηλών θερμοκρασιών που απαιτούνταν για την τήξη των μετάλλων. Επειδή η φυσική αναπνοή δεν ήταν επαρκής, κατασκευάστηκαν και υιοθετήθηκαν λύσεις όπως οι φυσητήρες (bellows) στους οποίους η συμπίεση του αέρα γινόταν χειροκίνητα.

Η χρήση των φυσητήρων διατηρήθηκε μέχρι τη βιομηχανική επανάσταση όπου πλέον ήταν αναγκαία ακόμα μεγαλύτερη συμπίεση του αέρα για την παραγωγή του χυτοσίδηρου στις υψικαμίνους. Η μηχανή η οποία κατασκευάστηκε για τον παραπάνω σκοπό (John Wilkinson blasting device) και αποτελεί πρόγονο των σημερινών αεροσυμπιεστών, ήταν ικανή να επιτύχει με καλό βαθμό απόδοσης μεγαλύτερη παροχή αέρα σε μεγαλύτερη πίεση, και έτσι να επιτευχθούν μεγαλύτερες θερμοκρασίες εντός του κλιβάνου.

Σήμερα υπάρχει συνεχής εξέλιξη στο πεδίο των αεροσυμπιεστών από τους ερευνητές και τη βιομηχανία. Οι αεροσυμπιεστές που χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία διαφέρουν ως προς τον τρόπο κατασκευής τους, αλλά και ως προς τη μέθοδο με την οποία συμπιέζουν τον ατμοσφαιρικό αέρα. Είναι πολύ σημαντικό, επομένως, κατά την επιλογή του αεροσυμπιεστή που θα χρησιμοποιηθεί να ληφθούν υπόψη οι απαιτήσεις της εφαρμογής με γνώμονα το βαθμό απόδοσης, την αξιοπιστία, αλλά και το κόστος αγοράς και συντήρησης.

Είδη αεροσυμπιεστών

Λόγω των ποικίλων εφαρμογών στις οποίες απαιτείται χρήση αεροσυμπιεστών, αλλά και των διαφορετικών απαιτήσεων και συνθηκών που υπάρχουν στις εκάστοτε εφαρμογές, έχουν σχεδιαστεί διάφορα είδη αεροσυμπιεστών. Οι πιο συνηθισμένοι αεροσυμπιεστές που υπάρχουν στη βιομηχανία είναι οι εμβολοφόροι, οι κοχλιοφόροι, οι σπειροειδείς και οι φυγοκεντρικοί, τους οποίους εξετάζουμε παρακάτω.

Εμβολοφόροι αεροσυμπιεστές

Οι εμβολοφόροι αεροσυμπιεστές (reciprocating compressors) συμπιέζουν τον αέρα χρησιμοποιώντας ένα έμβολο το οποίο κινείται με τη βοήθεια ενός στροφαλοφόρου άξονα που περιστρέφεται από μια μηχανή εσωτερικής καύσεως ή μια ηλεκτρική μηχανή. Το αέριο εισέρχεται στο κύλινδρο του αεροσυμπιεστή από τη βαλβίδα αναρρόφησης. Στην συνέχεια το αέριο στον κύλινδρο συμπιέζεται, καθώς το έμβολο κινείται προς το άνω νεκρό σημείο της διαδρομής του. Όταν η πίεση του αερίου στον κύλινδρο γίνει μεγαλύτερη από την πίεση στον χώρο κατάθλιψης, τότε ανοίγει η βαλβίδα κατάθλιψης και το αέριο εξέρχεται.

Σε μερικούς εμβολοφόρους αεροσυμπιεστές η κίνηση του εμβόλου γίνεται γραμμικά πάνω σε ένα δρομέα (linear compressor), για την ελαχιστοποίηση των τριβών και των απωλειών ισχύος.

Οι γραμμικοί αεροσυμπιεστές είναι ιδιαίτερα διαδεδομένοι σε κρυογενικές εφαρμογές όπου η λίπανση μεταξύ του εμβόλου και του θαλάμου συμπίεσης δεν είναι εφικτή εξαιτίας των πολύ χαμηλών θερμοκρασιών που επικρατούν.

Οι εμβολοφόροι αεροσυμπιεστές χαρακτηρίζονται από την απλότητα της κατασκευής τους και από το χαμηλό κόστος συντήρησης. Συνήθως χρησιμοποιούνται σε εγκαταστάσεις μικρής και μεσαίας ψυκτικής ισχύος, σε κλιματιστικές μονάδες και σε ψυκτικές εγκαταστάσεις πλοίων.

Κοχλιοφόροι αεροσυμπιεστές

Οι κοχλιοφόροι αεροσυμπιεστές (rotary screw compressors) χρησιμοποιούν δύο ελικοειδείς κοχλίες σε στενή συναρμογή για τη συμπίεση του αερίου. Το αέριο εισέρχεται στην πλευρά αναρρόφησης και κινείται μέσω των σπειρωμάτων καθώς περιστρέφονται οι κοχλίες. Οι κοχλίες ωθούν το αέριο κατά μήκος του αεροσυμπιεστή και το αέριο εξέρχεται στο τέλος τους σε μεγαλύτερη πίεση.

Η διαδικασία συμπίεσης στους ελικοειδής αεροσυμπιεστές είναι μια συνεχής κίνηση σάρωσης· επομένως υπάρχει πολύ μικρός παλμός, σε αντίθεση με τους εμβολοφόρους αεροσυμπιεστές. Αυτό επιτρέπει στους ελικοειδείς αεροσυμπιεστές να είναι πιο αθόρυβοι και να παράγουν λιγότερους κραδασμούς, κι επομένως να έχουν μεγαλύτερη αξιοπιστία από τους εμβολοφόρους συμπιεστές, ακόμη και σε μεγάλα μεγέθη.

Εξαιτίας όμως του υψηλού κόστους αγοράς και της πολυπλοκότητας της συντήρησής τους, οι ελικοειδείς αεροσυμπιεστές χρησιμοποιούνται συνήθως σε εγκαταστάσεις στις οποίες απαιτείται μεγάλη ισχύς, όπως σε μεγάλες ψυκτικές και κλιματιστικές εγκαταστάσεις.

Σπειροειδείς αεροσυμπιεστές

Οι σπειροειδείς αεροσυμπιεστές (scroll compressors) είναι ακόμα μία κατηγορία συμπιεστών που χρησιμοποιείται σε βιομηχανικές εφαρμογές. Ο χώρος αναρροφήσεως και καταθλίψεως του αερίου δημιουργείται μεταξύ μιας κινητής και μιας σταθερής σπείρας που είναι τοποθετημένες η μια μέσα στην άλλη. Η αναρρόφηση του αερίου γίνεται από την περιφέρεια, στο χώρο που δημιουργείται ανάμεσα στις δύο σπείρες.

Μετά το κλείσιμο της θυρίδας αναρρόφησης η κινούμενη σπείρα αρχίζει και κινείται και ξεκινάει η συμπίεση του αερίου. Καθώς ο χώρος μεταξύ των δύο σπειρών μικραίνει, η συμπίεση γίνεται όλο και μεγαλύτερη μέχρι την κατάθλιψη του αερίου από το κέντρο των σπειρών. Για την ολοκλήρωση της κατάθλιψης του αερίου απαιτούνται συνήθως δύο ή τρεις περιστροφές της κινούμενης σπείρας.

Οι σπειροειδείς αεροσυμπιεστές χαρακτηρίζονται από καλό βαθμό απόδοσης, αθόρυβη λειτουργία και χαμηλό επίπεδο κραδασμών. Η υψηλή αξιοπιστία, σε συνδυασμό με το μικρό μέγεθος και βάρος που έχουν σε σχέση με άλλους τύπους αεροσυμπιεστών, τους καθιστά ιδανικούς για εφαρμογές όπως είναι ο κλιματισμός και η ψύξη με μικρές απαιτήσεις ισχύος.

Φυγοκεντρικοί αεροσυμπιεστές

Στους φυγοκεντρικούς αεροσυμπιεστές (centrifugal compressors) το αέριο εισέρχεται σε μια πτερωτή η οποία περιστρέφεται με μεγάλη ταχύτητα, με αποτέλεσμα το αέριο να ωθείται στην περιφέρεια της πτερωτής. Το αέριο στη συνέχεια εισέρχεται σε ένα διαχύτη ο οποίος μετατρέπει την κινητική ενέργεια του αερίου σε πίεση.

Σε αρκετές εφαρμογές γίνεται η χρήση πολλαπλών βαθμίδων για την επίτευξη μεγαλύτερης συμπίεσης. Οι φυγοκεντρικοί αεροσυμπιεστές χαρακτηρίζονται από υψηλό βαθμό απόδοσης, έχουν μεγάλη αξιοπιστία και χαρακτηρίζονται από χαμηλό κόστος συντήρησης, καθώς τα επιμέρους τμήματά τους δεν είναι εκτεθειμένα στη φθορά σε σχέση με άλλους τύπους αεροσυμπιεστών.

Όμως το υψηλό κόστος κατασκευής τους, σε συνδυασμό με το γεγονός ότι η πτερωτή πρέπει να περιστρέφεται σε μεγάλες ταχύτητες, καθιστά τους φυγοκεντρικούς αεροσυμπιεστές κατάλληλους σε εφαρμογές όπου απαιτείται μεγάλη ισχύς, όπως σε μεγάλες ψυκτικές εγκαταστάσεις, διυλιστήρια και στροβιλομηχανές.

Εφαρμογές

Οι αεροσυμπιεστές έχουν ευρεία χρήση σε πολλές εφαρμογές της καθημερινότητας και στη βιομηχανία. Συγκεκριμένα χρησιμοποιούνται:

  • Στον κλιματισμό και στις ψυκτικές μηχανές, για την επίτευξη των ψυκτικών κύκλων.
  • Στις στροβιλομηχανές και ως turbo σε μηχανές εσωτερικής καύσης, για βελτίωση του βαθμού απόδοσης.
  • Στα διυλιστήρια και στη μεταφορά του φυσικού αερίου στον καταναλωτή.
  • Στη διατήρηση της πίεσης του αέρα στην καμπίνα του αεροπλάνου όταν αυτό βρίσκεται σε υψόμετρο.
  • Σε διάφορες κατασκευαστικές εργασίες στις οποίες απαιτείται χρήση πνευματικών εργαλείων.
  • Στα υποβρύχια για τη μετατόπιση του νερού στις δεξαμενές έρματος, για τη ρύθμιση του βάθους πλεύσης.

 

*Ο κ. Παντελεήμων Τζουγανάκης είναι μηχανικός του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου (ΕΜΠ) και επιστημονικός συνεργάτης του Εργαστηρίου Στοιχείων και Δυναμικής (ΕΜΠ).

 

Ελέγξτε επίσης

Προστασία εργαζομένων Logout – Tagout από τη ΜASTER LOCK

H VECTOR BRANDS ως επίσημος αντιπρόσωπος του brand MASTER LOCK, της ηγέτιδας εταιρείας παγκοσμίως στα …

Τα Περιοδικά μας