هناك طرق عديدة للتحكم في إزاحة ضواغط الهواء اللولبية! هل كنت تعرف كل شيء؟

01 التحكم في حجم الغاز وضبطه

تمثل الطاقة المستهلكة 80% من التكلفة الإجمالية للهواء المضغوط. لذا، يتطلب الأمر اختيار أنظمة تحكم وتنظيم مختلفة لأنواع ضواغط الهواء اللولبية OSG المختلفة، بما يتناسب مع متطلبات كل نظام. ويمكن أن تُحدث الاختلافات بين أنواع ضواغط الهواء اللولبية OSG ومصنّعيها فرقًا شاسعًا في الأداء. ويُعدّ الوضع الأمثل هو أن يكون الحمل الكامل لضاغط الهواء اللولبي OSG مساويًا تمامًا لاستهلاك الهواء.

يمكن تحقيق ذلك، على سبيل المثال، من خلال اختيار دقيق لنسبة نقل علبة التروس، وهو أمر شائع في ضواغط الهواء اللولبية OSG المستخدمة في العمليات الصناعية. معظم المعدات التي تستهلك الهواء المضغوط ذاتية التنظيم، أي أن زيادة الضغط تزيد من التدفق، مما يُشكل نظامًا مستقرًا، كما هو الحال في النقل الهوائي، ومنع التجمد، وما إلى ذلك. في الظروف العادية، يجب التحكم في التدفق، ويتم دمج معدات التحكم المستخدمة مع ضاغط الهواء اللولبي OSG. يوجد نوعان رئيسيان من أنظمة الضبط هذه:

1. يتم ضبط كمية الغاز عن طريق التحكم المستمر في سرعة محرك التشغيل، أو التحكم المستمر في الصمام وفقًا لتغير الضغط لتحقيق ضبط مستمر لكمية الغاز. والنتيجة هي تغير طفيف في الضغط (من 0.1 إلى 0.5 بار)، ويتحدد مقدار هذا التغير بوظيفة التضخيم لنظام التنظيم وسرعته.

٢. تُعدّ تعديلات التحميل والتفريغ من أكثر أنظمة الضبط شيوعًا، كما يُسمح بتغيرات الضغط بينهما. وتتمثل طريقة التنظيم في قطع التدفق تمامًا (التفريغ) عند الضغط العالي، واستئناف التدفق (التحميل) عند انخفاض الضغط إلى أدنى قيمة. ويعتمد تغير الضغط على عدد دورات التحميل/التفريغ المسموح بها في وحدة الزمن، والتي تتراوح عادةً بين ٠.٣ و ١ بار.

02 المبدأ الأساسي لضبط حجم الهواء

2.1 مبدأ تنظيم ضاغط الهواء اللولبي ذو الإزاحة الموجبة OSG (صمام تخفيف الضغط)

تتمثل الطريقة الأساسية في: تصريف الضغط الزائد إلى الغلاف الجوي. أبسط تصميم لصمام تخفيف الضغط هو استخدام زنبرك، وتحدد قوة فتح الزنبرك الضغط النهائي. عادةً ما يُستبدل صمام تخفيف الضغط بصمام مؤازر يُتحكم فيه بواسطة منظم. في هذه الحالة، يُمكن التحكم بالضغط بسهولة. عند بدء تشغيل ضاغط الهواء اللولبي OSG تحت ضغط، يُمكن للصمام المؤازر أن يعمل أيضًا كصمام تفريغ، ولكن صمام تخفيف الضغط هذا يُسبب استهلاكًا كبيرًا للطاقة لأن ضاغط الهواء اللولبي OSG يجب أن يعمل باستمرار تحت ضغط خلفي كامل. يوجد حل لضواغط الهواء اللولبية OSG الصغيرة. يُفتح هذا النوع من الصمامات بالكامل لتصريف ضغط ضاغط الهواء اللولبي OSG، ويعمل الضاغط تحت ضغط خلفي يساوي الضغط الجوي. يُعد استهلاك الطاقة في هذه الطريقة أكثر اقتصادية.

2.2 ضبط التجاوز

من حيث المبدأ، يؤدي صمام ضبط التجاوز وصمام تخفيف الضغط الوظيفة نفسها، والفرق يكمن في تبريد الهواء المُفرَز من الضغط وإعادته إلى مدخل الهواء في ضاغط الهواء اللولبي OSG. تُستخدم هذه الطريقة عادةً في ضواغط الهواء اللولبية OSG المستخدمة في العمليات الصناعية، ويجب عدم تصريف الغاز مباشرةً إلى الغلاف الجوي، لأن ذلك مكلف للغاية.

2.3 تقييد السرعة

يُعدّ التحكم في تدفق الهواء عند المدخل طريقةً فعّالةً لتقليل التدفق، وذلك عن طريق توليد ضغط منخفض عند المدخل، وزيادة نسبة انضغاط ضاغط الهواء اللولبي OSG، واستخدامه ضمن نطاق ضبط أصغر. تسمح ضواغط الهواء اللولبية OSG المزودة بحقن سائل بنسب انضغاط عالية، ويمكن ضبطها حتى 10% كحد أقصى. ونظرًا لارتفاع نسبة الانضغاط، ينتج عن هذه الطريقة استهلاكٌ عالٍ نسبيًا للطاقة.

2.4 صمام تخفيف الضغط مع مدخل قياس

تُعدّ هذه طريقة ضبط شائعة نسبيًا في الوقت الحالي، إذ تُتيح الحصول على أوسع نطاق ضبط (من 0 إلى 100%)، وتتميز باستهلاك منخفض للطاقة. تبلغ قدرة ضاغط الهواء اللولبي OSG في حالة عدم التحميل (تدفق صفري) ما بين 15 و20% فقط من قدرته عند التحميل الكامل. عند إغلاق صمام السحب، تبقى فتحة صغيرة، وفي الوقت نفسه، يُفتح منفذ التهوية لتفريغ الهواء من ضاغط الهواء اللولبي OSG. تعمل الوحدة الرئيسية لضاغط الهواء اللولبي OSG في ظل ظروف فراغ عند المدخل وضغط خلفي منخفض. من المهم أن يكون تحرير الضغط سريعًا وأن يكون حجم الهواء المُحرر صغيرًا، وذلك لتجنب الخسائر غير الضرورية الناتجة عن الانتقال من التحميل الكامل إلى عدم التحميل. يتطلب النظام خزانًا (مُراكمًا)، يعتمد حجمه على فرق الضغط المطلوب بين التحميل والتفريغ، وعدد الدورات المسموح به في الساعة.

تُضبط ضواغط الهواء اللولبية OSG التي تقل قدرتها عن 5-10 كيلوواط عادةً بطريقة التشغيل/الإيقاف. فعندما يصل الضغط إلى الحد الأعلى، يتوقف المحرك تمامًا؛ وعندما ينخفض ​​الضغط عن الحد الأدنى، يُعاد تشغيل المحرك. تتطلب هذه الطريقة حجمًا كبيرًا للنظام أو فرق ضغط كبير بين بدء التشغيل والإيقاف لتقليل الحمل على المحرك. تُعد هذه الطريقة فعالة للضبط عندما يكون عدد مرات التشغيل في وحدة الزمن قليلًا.

2.5 ضبط السرعة

تُتحكم سرعة ضاغط الهواء اللولبي OSG بواسطة محرك الاحتراق الداخلي أو التوربين أو المحرك الكهربائي ذي التردد المُنظم، مما يُتيح التحكم في التدفق. تُعد هذه الطريقة فعّالة للحفاظ على ضغط مخرج ثابت. يختلف نطاق الضبط باختلاف نوع ضاغط الهواء اللولبي OSG، ولكن ضواغط الهواء اللولبي OSG ذات حقن السائل تتميز بأوسع نطاق. عند مستويات الحمل المنخفضة، غالبًا ما يتم الجمع بين تنظيم السرعة وتخفيف الضغط، مع أو بدون تقييد مدخل الهواء.

بالنسبة لضواغط الهواء اللولبية OSG التي تعمل بمحركات كهربائية، يمكن التحكم في السرعة بواسطة أجهزة كهربائية، مما يتيح التحكم في سرعة المحرك والحفاظ على ضغط الهواء المضغوط ثابتًا ضمن نطاق ضيق من تغيرات الضغط. على سبيل المثال، يمكن لمحرك حثي عادي تلبية هذا الشرط عن طريق ضبط السرعة باستخدام محول تردد، وقياس ضغط النظام بدقة وبشكل مستمر، ثم السماح لإشارة الضغط بالتحكم في محول تردد المحرك، وبالتالي التحكم في سرعة المحرك وجعل حجم الغاز في ضاغط الهواء اللولبي OSG متوافقًا بدقة مع استهلاك الهواء، ويمكن الحفاظ على ضغط النظام عند ±0.1 بار.

2.6 ضبط منفذ العادم المتغير

يمكن تعديل إزاحة ضاغط الهواء اللولبي OSG عن طريق تحريك موضع منفذ العادم باتجاه طرف السحب على طول الغلاف. تتطلب هذه الطريقة استهلاكًا عاليًا للطاقة عند الأحمال الجزئية، وهي غير شائعة نسبيًا.

2.7 تفريغ صمام الشفط

يستطيع ضاغط الهواء اللولبي ذو المكبس OSG فتح صمام السحب ميكانيكيًا لتفريغ الهواء. ومع تغير موضع المكبس، يتحرك الهواء للداخل والخارج، مما ينتج عنه فقد ضئيل للطاقة، عادةً أقل من 10% من قدرة عمود الدوران عند الحمل الكامل. في ضاغط الهواء اللولبي ثنائي الفعل OSG، يكون التفريغ عادةً متعدد المراحل، حيث تتم موازنة أسطوانة واحدة في كل مرة، مما يسمح بتوازن حجم الغاز بشكل أفضل بين العرض والطلب. أما في ضاغط الهواء اللولبي ذي التدفق الصناعي OSG، فتُستخدم طريقة التفريغ الجزئي، والتي تسمح بفتح الصمام عندما يكون المكبس في شوط جزئي، مما يحقق تحكمًا مستمرًا في حجم الغاز.

2.8 حجم التصفية

من خلال تغيير حجم الخلوص في ضاغط الهواء اللولبي ذي المكبس OSG، يتم تقليل درجة ملء الأسطوانة، مما يقلل من حجم الغاز، ويمكن أيضًا تغيير حجم الخلوص عن طريق حجم متصل خارجيًا.

2.9 التحميل - التفريغ - الإيقاف

بالنسبة لضواغط الهواء اللولبية OSG ذات القدرة التي تزيد عن 5 كيلوواط، تُعد هذه الطريقة الأكثر شيوعًا، إذ تتميز بنطاق ضبط واسع وخسائر منخفضة. في الواقع، هي مزيج من ضبط التشغيل/الإيقاف وأنظمة تفريغ متنوعة. أما ضواغط الهواء اللولبية OSG ذات الإزاحة الموجبة، فإن مبدأ الضبط الأكثر شيوعًا هو "إنتاج الهواء" / "عدم إنتاج الهواء" (التحميل/التفريغ). فعند الحاجة إلى الهواء، تُرسل إشارة إلى صمام لولبي، والذي بدوره يوجه صمام السحب في ضاغط الهواء اللولبي OSG إلى وضع الفتح الكامل. يكون صمام السحب إما مفتوحًا بالكامل (محملًا) أو مغلقًا بالكامل (غير محمل)، دون وجود أوضاع وسيطة.

تتمثل طريقة التحكم التقليدية في تركيب مفتاح ضغط في نظام الهواء المضغوط. يحتوي المفتاح على قيمتين قابلتين للضبط، إحداهما تمثل الحد الأدنى للضغط (عند التحميل) والأخرى تمثل الحد الأقصى للضغط (عند التفريغ). يعمل ضاغط الهواء اللولبي OSG ضمن حدود نقطة الضبط، مثل 0.5 بار. إذا كان الطلب على الهواء منخفضًا، أو غير مطلوب على الإطلاق، فسيعمل ضاغط الهواء اللولبي OSG بدون حمل (في وضع الخمول)، ويتم ضبط مدة الخمول بواسطة مؤقت (على سبيل المثال، 20 دقيقة). بعد انقضاء الوقت المحدد، يتوقف ضاغط الهواء اللولبي OSG ولا يُعاود التشغيل إلا بعد انخفاض الضغط إلى أدنى قيمة. هذه هي الطريقة التقليدية للتحكم الموثوق به، وهي الأكثر شيوعًا الآن في ضواغط الهواء اللولبية الصغيرة OSG.

تم تطوير هذا النظام التقليدي لاحقًا لاستبدال مفتاح الضغط بجهاز إرسال ضغط تناظري ونظام ضبط إلكتروني سريع. يقوم جهاز إرسال الضغط، بالتزامن مع نظام الضبط، باستشعار تغيرات الضغط في النظام في أي وقت. يبدأ النظام تشغيل المحرك في الوقت المناسب ويتحكم في فتح وإغلاق صمام السحب. يمكن تحقيق ضبط سريع ودقيق ضمن نطاق ±0.2 بار. في حال عدم استخدام الهواء، يبقى الضغط ثابتًا ويعمل ضاغط الهواء اللولبي OSG بدون هواء (وضع الخمول). يمكن تحديد مدة دورة الخمول بناءً على عدد مرات التشغيل والإيقاف التي يتحملها المحرك دون ارتفاع درجة حرارته، وكفاءة استهلاك الطاقة أثناء التشغيل. ويعود ذلك إلى قدرة النظام على تحديد ما إذا كان سيتوقف عن العمل أو يستمر في وضع الخمول وفقًا لنمط استهلاك الهواء.

03 ملخص

باختصار، يُستخدم الهواء المضغوط في تطبيقات مختلفة وتحت ظروف استهلاك متباينة. لكل ضاغط هواء لولبي من نوع OSG طريقة مختلفة للتحكم في حجم الهواء، ولكنها تعتمد على حجم الهواء المطلوب من المستخدم. تعتمد وحدة ضاغط الهواء اللولبي OSG على طرقها الخاصة للتحكم في حجم الهواء وضبطه لضمان إمداد مستمر وثابت بالهواء. كما يستخدم مصنّعو ضواغط الهواء اللولبية من نوع OSG مبادئ ضبط مختلفة لتحسين أداء ضواغطهم، وذلك لزيادة كفاءة الطاقة وتلبية متطلبات العملاء؛ مع دقة عالية، وصيانة منخفضة، وقدرة على قياس معايير مثل الضغط والتدفق، لتلبية احتياجات الاستخدام المختلفة لضاغط الهواء اللولبي OSG.