ما هي معايير تصنيف ضواغط الهواء؟

ضغط الغاز عمليةٌ تستهلك طاقةً خارجيةً لتحويله إلى طاقة ضغط كامنة، والضاغط هو مصدر هذا الضغط. لذا، فإن الأداء الأساسي لوحدة ضغط الهواء في ضاغط الهواء اللولبي لا ينفصل عن هذه الجوانب الأربعة: الضغط، والتدفق، والطاقة، والطاقة النوعية.

الأداء الأساسي لوحدة ضغط الهواء في ضاغط الهواء اللولبي - الضغط

يُعدّ الحصول على طاقة الوضع للضغط في الهواء المضغوط الأداء الأساسي لضاغط الهواء، ولا يُستثنى من ذلك ضاغط الهواء اللولبي. يعمل طرف ضغط الهواء في ضاغط الهواء اللولبي على زيادة ضغط الهواء عن طريق استهلاك طاقة خارجية. كلما زاد الضغط، زادت الطاقة المستهلكة، وبالتالي زادت متطلبات طرف ضغط الهواء. عادةً ما نقسم ضواغط الهواء إلى أربع فئات وفقًا لضغط الخرج:
الضغط المنخفض: 0.2~1.0 ميجا باسكال، الضغط المتوسط: 1.0~10 ميجا باسكال، الضغط العالي: 10~100 ميجا باسكال، الضغط العالي جدًا: أعلى من 100 ميجا باسكال
تتميز ضواغط الهواء اللولبية عادةً بضغط خرج يتراوح بين 0.2 و4.0 ميجا باسكال، مما يعني أن أداءها وجدواها واقتصاديتها تكون أفضل ضمن هذا النطاق. ويتحدد ذلك ببنية وطريقة عمل وحدة ضغط الهواء، كما أنه يمثل قطاع الضغط الأكثر طلباً في السوق.
يُقاس ضغط الهواء المضغوط الذي يوفره ضاغط الهواء بشكل أساسي بنسبة الضغط، وهي نسبة ضغط الخرج (Pd) إلى ضغط السحب (Ps). كلما زادت هذه النسبة، زاد ضغط الخرج. ε = Pd/Ps (المعادلة 6)
بالنسبة للمحرك الرئيسي لضاغط الهواء اللولبي، هناك نسبة ضغط داخلية ونسبة ضغط خارجية.
نسبة الضغط الداخلي: نسبة الضغط في حجم ما بين أسنان المحرك الرئيسي إلى ضغط السحب، والذي يتم تحديده من خلال موضع وشكل منافذ السحب والعادم؛
نسبة الضغط الخارجي: هي نسبة الضغط في أنبوب العادم إلى ضغط السحب. وهي تمثل ضغط السحب والعادم المطلوبين لظروف التشغيل أو تدفق العملية.
عندما تكون نسبة الضغط الداخلي ≠ نسبة الضغط الخارجي، فإن المحرك الرئيسي سيستهلك طاقة أكبر؛ وعندما تكون نسبة الضغط الداخلي = نسبة الضغط الخارجي، يكون المحرك الرئيسي في أفضل حالة.

بالنسبة للمحرك الرئيسي لضاغط الهواء اللولبي، عندما يكون المحرك الرئيسي ودرجة الحرارة المحيطة وضغط السحب وسرعة المحرك الرئيسي وعوامل أخرى متساوية، كلما زاد ضغط الإخراج، زاد استهلاك الطاقة.
الأداء الأساسي لوحدة تدفق الهواء في ضاغط الهواء اللولبي

يتكون التدفق عادةً من التدفق الكتلي والتدفق الحجمي. في مواصفات ومعايير صناعة أنظمة ضغط الهواء، نستخدم عادةً التدفق الحجمي كطريقة لقياس التدفق، والذي يُسمى أيضًا حجم العادم أو التدفق الاسمي في بلدي: عند ضغط العادم المطلوب، يتم تحويل حجم الغاز الخارج من ضاغط الهواء في وحدة الزمن إلى حالة السحب، أي قيمة ضغط السحب عند أنبوب السحب في المرحلة الأولى، ودرجة حرارة السحب ورطوبته. وحدة القياس هي متر مكعب/دقيقة. ينقسم التدفق الحجمي إلى التدفق الحجمي الفعلي والتدفق الحجمي القياسي.
عادةً ما تستخدم العينات والاختيارات ولوحات بيانات الآلات معدل التدفق الحجمي القياسي. ونظرًا لاختلاف الصناعة والمنطقة والاستخدام، فإن معدل التدفق الحجمي القياسي في سوق الهواء المضغوط له تعريفان وفقًا للاختلاف في الحالة القياسية (درجة الحرارة والضغط والمكونات):
الحالة القياسية هي الضغط P=101.325 كيلو باسكال؛ ودرجة الحرارة القياسية T=0 درجة مئوية؛ والرطوبة النسبية 0%. كثيراً ما تُستخدم هذه الحالة في الغازات الصناعية، والصناعات الكيميائية، أو وثائق المناقصات، ويُشار إليها باسم "المربع القياسي"، وعادةً ما يكون رمزها "VN" ووحدتها متر مكعب/دقيقة.
الحالة القياسية هي ضغط P = 101.325 كيلو باسكال؛ درجة حرارة قياسية T = 20 درجة مئوية؛ رطوبة نسبية 0%. تُستخدم هذه الحالة عادةً في معايير صناعة الهواء المضغوط وتُسمى "ظروف التشغيل القياسية". يُرمز لها عادةً بالحرف "V" ووحدتها متر مكعب/دقيقة.
عادةً، يكون معدل التدفق الحجمي القياسي المستخدم في صناعة ضواغط الهواء لدينا هو المعدل الثاني. ويمكن حساب تحويل معدل التدفق الحجمي بين الحالتين باستخدام الصيغة التالية:
V(m3/min)=1.0732VN(Nm3/min) الصيغة (7)
بالنسبة للمحرك الرئيسي لضاغط الهواء اللولبي، وفي ظل نفس الظروف الأخرى، كلما زادت المسافة بين مركز الدوار، زاد معدل تدفق الحجم؛ وكلما زادت سرعة المحرك الرئيسي، زاد معدل تدفق الحجم.
معدل تدفق الحجم = حجم ضغط المحرك الرئيسي × سرعة رأس المحرك (الصيغة 8)
qv=CΨqv0Z1n=CΨCn1nλD3 الصيغة (9)
حيث Z1——عدد أسنان الدوار الذكري؛ n——سرعة الدوار الذكري؛ λ——نسبة أبعاد الدوار؛ D——القطر الخارجي للدوار الذكري.
لذلك، ولأجل الاقتصاد، نقوم عادةً بتقليل أنواع المحركات الرئيسية ويمكننا ضبط حجم عادم ضاغط الهواء عن طريق تحديد سرعة المحرك الرئيسي لتلبية طلب السوق.
مع ذلك، لا يمكن أن تكون سرعة المحرك الرئيسي لضاغط اللولب عالية بلا حدود، إذ تتراوح عادةً بين 800 و10000 دورة في الدقيقة. لذا، يقوم مصنّعو المحركات الرئيسية للضاغط اللولبي بتطوير محركات ذات نطاقات تدفق حجمي مختلفة لتلبية متطلبات التدفق اللازمة لتشغيل الضاغط.
يمكن تقسيم ضواغط الهواء عادةً إلى أنواع مختلفة حسب معدل تدفق حجم الهواء المضغوط:
ضاغط صغير<1m3>10～<100 m3min; large compressor ≥100 min
يُعد ضاغط الهواء ذو ​​البرغي الرئيسي مناسبًا للآلة الواحدة بسعة 1 إلى 100 متر مكعب/دقيقة، وهو الأكثر موثوقية واقتصادية، كما أنه النموذج الرئيسي في سوق ضواغط الهواء.
كلما زاد الضغط، زاد استهلاك الطاقة للمحرك الرئيسي؛ وكلما زاد معدل التدفق، زاد استهلاك الطاقة للمحرك الرئيسي
كلما انخفضت قيمة القدرة النوعية للمحرك الرئيسي لضاغط الهواء اللولبي، انخفض استهلاكه للطاقة وتحسن أداؤه. في حالة التدفق الثابت، كلما ارتفع ضغط الخرج، زادت قدرة عمود المحرك الرئيسي، وبالتالي زادت قيمته النوعية.
لكل محرك رئيسي في ضاغط الهواء اللولبي قيمة طاقة نوعية مثلى، ترتبط بسرعة المحرك. فعندما تكون سرعة المحرك منخفضة جدًا، يزداد التسريب، ويقل حجم الغاز، وترتفع قيمة الطاقة النوعية. وعندما تكون سرعة المحرك عالية جدًا، يزداد الاحتكاك، وتزداد قدرة العمود، وترتفع قيمة الطاقة النوعية. ولكن لا بد من وجود سرعة مثلى تُحقق أدنى قيمة للطاقة النوعية. لذا، ليس من الصحيح بالضرورة القول بأن المحرك الأكبر حجمًا هو الأكثر توفيرًا للطاقة.
عند تصميم ضواغط الهواء اللولبية وضواغط الهواء ذات التردد المتغير، مع ضمان الجودة، يجب مراعاة الجوانب الاقتصادية والتوحيد القياسي والتصميم المعياري للمحرك الرئيسي. لذا، سنستخدم منحنى القدرة النوعية للمحرك الرئيسي لتصميم وتطوير ضواغط الهواء اللولبية ذات الضغوط والتدفقات المختلفة.