هل يحتاج ضاغط الهواء اللولبي الدوار إلى خزان؟

مقدمة عن ضواغط الهواء اللولبية الدوارة

تُعدّ ضواغط الهواء الترددية (المكبسية) النوع التقليدي، حيث تجمع الهواء المضغوط في خزان استقبال. وقد استُخدمت هذه الضواغط لسنوات عديدة، ولا تزال خيارًا ميسور التكلفة نسبيًا.

ضواغط الهواء اللولبية الدوارة نوع جديد ومُحسّن من ضواغط الهواء. بالمقارنة مع الأنواع الترددية التقليدية، قد تكون تكلفتها أعلى. ومع ذلك، يستخدم مديرو أساطيل شاحنات ومركبات الخدمة حول العالم ضواغط الهواء اللولبية الدوارة لما تتمتع به من مزايا عديدة، بما في ذلك موثوقيتها العالية وإنتاجها الثابت خلال دورات التشغيل الطويلة.

لكي تعمل ضواغط الهواء اللولبية الدوارة، يجب أن يُحجز الهواء بين دوارين شبكيين، ويجب تقليل حجمه بمرور الهواء بينهما. يُنتج هذا التخفيض في الحجم هواءً مضغوطًا، وهو مفيد للعديد من المهام، بما في ذلك نفخ الإطارات وتشغيل أدوات الهواء.

ضمن فئة ضواغط الهواء اللولبية الدوارة، تميل الوحدات الخالية من الزيت إلى أن تكون أغلى ثمناً، وأصعب صيانة، وأكثر ضجيجاً من الوحدات التي تعمل بالزيت، وفي معظم الحالات يمكن تحقيق نقاء هواء مماثل باستخدام أنظمة حقن الزيت المقترنة بمجففات وفلاتر. كما تدوم ضواغط الهواء اللولبية الدوارة ما يقارب 80,000 إلى 100,000 ساعة قبل الحاجة إلى إعادة بناء. وهي توفر حوالي 4-5 قدم مكعب في الدقيقة لكل حصان، وتشهد الطرازات التي تعمل بالزيت تسرباً للزيت يصل إلى حوالي 3 جزء في المليون أثناء التشغيل عند مستوى ضجيج يتراوح بين 65 و75 ديسيبل ودرجات حرارة داخلية تتراوح بين 140 و160 درجة فهرنهايت.

أنواع ضواغط الهواء الحلزونية

يوجد نوعان أساسيان من ضواغط الهواء اللولبية الدوارة: ضواغط تعمل بالزيت وضواغط خالية من الزيت. تُعدّ الضواغط اللولبية التي تعمل بالزيت الأكثر شيوعًا في الصناعة، وهي فعّالة في معظم التطبيقات. يوجد عدد من الفئات الفرعية ضمن هذه الفئات الرئيسية. أما الضواغط الخالية من الزيت، فتعتمد على طبقات طلاء وأختام خاصة لمنع تسرب الهواء بدلًا من طبقة الزيت، ويستخدم العديد منها عملية ضغط ثنائية المراحل مع مُبرّد وسيط بين المرحلتين لمنع ارتفاع درجة الحرارة والقضاء تمامًا على انتقال الزيت.

مثبتة على قاعدة مقابل مثبتة على دبابة

ضواغط الهواء اللولبية الدوارة المزودة بخزان مُثبّت على هيكلها، تخزن الهواء المضغوط في خزان مُدمج لاستقبال الهواء. تُعدّ حلاً متكاملاً إذا كانت مُزوّدة بمجفف هواء مُدمج. ضواغط الهواء اللولبية الدوارة المُثبّتة على القاعدة هي أجهزة مُستقلة بدون أنظمة تجفيف أو خزانات مُدمجة، مما يُتيح مرونة أكبر في تصميم أنظمة الضواغط. يُمكن تصميم خطط تجفيف الهواء وتخزينه بما يتناسب مع احتياجات المشروع.

السرعة الثابتة مقابل السرعة المتغيرة

تتوفر ضواغط الهواء اللولبية بنوعين: ذات سرعة ثابتة أو متغيرة. وتتيح تقنية محرك السرعة المتغيرة لضواغط الهواء اللولبية الدوارة تعديل سرعة المحرك استجابةً لتقلبات الطلب على الهواء، مما يحسن كفاءة الطاقة بشكل ملحوظ مقارنةً بالنماذج ذات السرعة الثابتة التي تعمل بكامل طاقتها بغض النظر عن متطلبات الحمل. 

إن دمج خزانات الاستقبال يمكّن هذه الضواغط من إيقاف التشغيل مؤقتًا بين دورات الطلب بدلاً من التشغيل المستمر، مما يزيد من تحسين استهلاك الطاقة ويقلل من تآكل المكونات.

يُوفر الضاغط ذو السرعة الثابتة طاقة 100% طوال الوقت، وهو مثالي للشركات التي تتطلب تدفق هواء ثابتًا. إلا أنه غير فعال عند الأحمال المنخفضة، وبسبب هذا التشغيل المستمر بكامل الطاقة، تتطلب ضواغط السرعة الثابتة عمومًا خزانات أكبر من ضواغط السرعة المتغيرة لنفس التطبيق. واستجابةً للطلب الفعلي على الهواء، يستخدم ضاغط الهواء المزود بمحرك سرعة متغيرة (VSD) وحدة تحكم في المحرك لضبط سرعة المحرك ومخرجات الهواء ديناميكيًا بناءً على حمل التطبيق، مما يُحسّن كفاءة الطاقة ويُقلل من ارتفاعات الطاقة المفاجئة. يُمكن للشركات التي لديها طلب متغير على الهواء خلال فترات العمل أو المواسم خفض استهلاكها للطاقة وتكاليف التشغيل من خلال استخدام ضاغط لولبي دوار مزود بمحرك سرعة متغيرة.

كيفية اختيار خزان لضاغط الهواء اللولبي الدوار

مقاس

يجب أن يتناسب حجم خزان الهواء مع قدرة محرك الضاغط. فزيادة حجم الخزان عن اللازم تزيد من تكاليف المعدات ووزنها دون تحسين الأداء، كما تزيد من متطلبات المساحة ووقت الضغط الأولي، بينما يؤدي صغر حجم الخزان إلى اختناقات تمنع إمداد الأدوات الهوائية بكمية كافية من الهواء خلال فترات ذروة الطلب. وكقاعدة عامة، يُنصح بأن يتراوح حجم خزان الهواء بين 10% و20% من حجم عادم الضاغط. عادةً ما يُستخدم خزان هواء أكبر مع الوحدات الثابتة، بينما يُستخدم خزان أصغر مع الوحدات المحمولة. في أنظمة الضواغط المتعددة، يُحدد الحجم بناءً على أكبر ضاغط.

ضغط العمل

يعكس الضغط داخل الخزان ضغط خرج الضاغط. بمعنى آخر، إذا كان ضغط التشغيل الأقصى لضاغطك اللولبي 100 رطل لكل بوصة مربعة، فيجب الحفاظ على ضغط خزان التخزين عند هذا المستوى على الأقل. وهذا يعني أنك بحاجة إلى خزان أكبر أو خزان ذي سعة كافية لاستيعاب هذه القيمة.

على سبيل المثال، يمكن توصيل خزانين سعة 50 جالونًا بحل تخزين سعة 100 جالون لضاغط لولبي بقوة 200 رطل لكل بوصة مربعة.

ومع ذلك، إذا كان نظامك يتحمل نطاق ضغط مقبول أوسع، مثل 120-150 رطل لكل بوصة مربعة، فقد يكون خزان أصغر كافيًا لتلبية احتياجاتك، حيث يكون لدى الضاغط مساحة أكبر للدوران قبل أن يحتاج إلى إعادة التعبئة.

تجدر الإشارة أيضًا إلى أن حجم الخزان، بالإضافة إلى كيفية ضبط إعدادات الضغط، يحدد عدد مرات تبديل الضاغط بين وضع التشغيل تحت الحمل ووضع التشغيل بدون حمل. يؤدي التبديل المتكرر بين هاتين الحالتين إلى زيادة الضغط الميكانيكي على المكونات الداخلية، لذا فإن اختيار حجم الخزان المناسب ونطاق الضغط المناسب لا يقتصر على سعة التخزين فحسب، بل يؤثر أيضًا على التآكل طويل الأمد للجهاز.

ما مقدار الهواء الذي سيحتاج الضاغط إلى توفيره؟

تستخدم الضواغط أدوات ومعدات مختلفة حسب طريقة استخدامها. فالمعدات الأكبر حجمًا، مثل المثاقب الهوائية ومفاتيح الربط الهوائية وآلات الصنفرة، تتطلب كمية هواء أكبر من مسدسات المسامير أو أدوات رش الطلاء. احسب إجمالي احتياجك من الهواء بجمع متطلبات تدفق الهواء (CFM) لكل أداة تعمل في وقت واحد - راجع لوحة المواصفات لكل أداة.

ما نوع قابلية النقل التي تحتاجها؟

بناءً على الغرض من استخدام الهواء المضغوط، قد يحتاج نظامك إلى أن يكون سهل الحمل. في هذه الحالة، يُفضّل اختيار خزان استقبال هواء مزود بعجلات ومقابض لسهولة نقله.

مواد بناء خزان التخزين

يعتمد وزن ومتانة حلول التخزين على مواد البناء المستخدمة. تُعدّ خزانات الفولاذ الأكثر شيوعًا، وهي متينة جدًا، ولكنها قد تكون ثقيلة جدًا. أما خزانات الألومنيوم، فهي أخف وزنًا ولكنها أقل متانة من خزانات الفولاذ.

أقصى ضغط مسموح به

يجب أن يتحمل الخزان ضغطًا مساويًا أو أعلى من أقصى قدرة لضاغط الهواء، وأن يفي بالمعايير المحلية المعمول بها (ASME في أمريكا الشمالية، وPED في الاتحاد الأوروبي). يُطبع أقصى ضغط تشغيل مسموح به على لوحة بيانات الخزان - لا تتجاوزه أبدًا.

درجة الحرارة المحيطة والمناخ حيث سيتم استخدام الضاغط:

يعد اختيار الخزان الذي سيعمل بشكل مناسب في البيئات الباردة أو الساخنة للغاية في نطاقات درجات الحرارة المنخفضة والعالية أمرًا مهمًا للغاية.

العوامل الأساسية التي يجب مراعاتها عند استخدام خزان ضاغط لولبي دوار

• يجب تثبيت الخزان بإحكام في مكانه، حيث أن بعض الطرازات قد تكون أكثر عرضة للتحرك أو الاهتزاز أثناء التشغيل إذا لم يتم تثبيتها بشكل صحيح.
• احرص دائمًا على تهوية الخزان جيدًا، لأن تدفق الهواء حول الوحدة يساعد الوحدات عالية الأداء على الحفاظ على ظروف تشغيل مستقرة.
• لا تقم بتوصيل الضاغط مباشرة بمأخذ غير مؤرض.

نصائح صيانة خزان ضاغط الهواء اللولبي الدوار

بمجرد تثبيت خزان الهواء الخاص بضاغط المسمار الدوار بشكل صحيح، من الضروري مواكبة الصيانة الروتينية حتى تتأكد من أنه يعمل بشكل مثالي.

حافظ على خزانتك في حالة جيدة من خلال القيام بهذه الأشياء:

التنظيف المنتظم ضروري للحفاظ على أداء الضاغط. قد يؤدي قلة التنظيف إلى تراكم الرواسب داخل الوحدة، مما يؤدي إلى إتلاف الصمامات والأسطوانات والأجزاء المتحركة المهمة.

• حافظ على المناطق المحيطة بالسطح الخارجي للخزان خالية من الأوساخ والحطام.
• قم بفحص خزان الضاغط بشكل دوري بحثًا عن أي انبعاجات أو تسريبات أو صدأ أو علامات تلف أخرى، وتأكد من أن صمام التصريف والوصلات والدرزات لا تظهر أي تآكل غير عادي.
• قم بفحص جميع صمامات وتجهيزات ضاغط الهواء بحثًا عن أي تلف واستبدالها حسب الضرورة.
• تأكد من أن جميع التوصيلات الكهربائية لوحدة الضاغط آمنة وخالية من التآكل أو الأوساخ.
• تأكد من نظافة ضاغط الهواء اللولبي وجفافه قبل استخدامه. في حال وجود رطوبة في الخزان عند تشغيله لأول مرة، اتركه يسخن قبل مواصلة استخدامه. هذا يُقلل من احتمالية تكثف الماء داخل الوحدة، مما قد يؤدي في النهاية إلى مشاكل داخلية مثل تلف المياه أو تآكل المكونات الداخلية.

تذكر أنه عندما يبرد الهواء المضغوط الساخن داخل الخزان، يتكثف بخار الماء ورذاذ الزيت ويستقر في الأسفل، لذلك يجب فتح صمام التصريف بانتظام لإطلاق هذه الرطوبة المتراكمة والرواسب قبل أن تتسبب في التآكل أو التلوث في مكان آخر.

مزايا الخزان المزود بضاغط لولبي

يوفر تخزين الطاقة

يمكن استخدام خزان الاستقبال كمخزن مؤقت للهواء المضغوط لحين تحديد كيفية استخدامه. يُمكن استخدام الهواء المضغوط المخزن في حالات الطوارئ، كما يُمكن استخدام خزان الاستقبال كخزان إمداد. يُعد خزان الاستقبال مكانًا لتخزين الطاقة الزائدة، وهو بمثابة احتياطي في حالة الطلب المفاجئ أو زيادة الطلب أو حدوث عطل في الضاغط. في بعض الطرازات، قد تُحدث هذه السعة الاحتياطية فرقًا كبيرًا بين استجابة سلسة للطلب غير المتوقع ونظام مُرهَق يعاني من نقص في الإمداد. يُعتبر خزان الاستقبال منقذًا في حال صيانته بشكل جيد.

يعمل كمثبت

عندما تكون متطلبات الهواء المضغوط غير مستقرة، يرتفع الضغط إلى الضاغط. وهذا يتطلب إيقافات مؤقتة متكررة، ويهدر الطاقة، ويعيق كفاءة الضاغط وإنتاجيته. كما أن عدم كفاية حجم خزان الاستقبال يؤدي إلى تذبذب ضواغط اللولب ذات السرعة الثابتة بين حالتي التحميل والتفريغ بشكل متكرر، مما يزيد من الإجهاد الميكانيكي على صمامات المدخل وعناصر التحكم.

يُسهّل وجود خزان استقبال عملية تثبيت النظام، حيث يمكن للطاقة المخزنة تلبية الطلب المفاجئ، كما يُمكن إراحة الضاغط أو استخدامه في دورات ثابتة لتحقيق نتائج فعّالة. ويُقلل تقليل وتيرة التشغيل بهذه الطريقة من الإجهاد الميكانيكي على المحرك والدوارات والمحامل، مما يُساهم في إطالة العمر التشغيلي الإجمالي للنظام.

يحسن كفاءة الطاقة

يؤدي تشغيل الضاغط وإيقافه بشكل متكرر إلى زيادة دورات التشغيل، مما يُهدر الطاقة. يمنع وجود خزان استقبال حدوث ذلك، وبالتالي يُحسّن كفاءة الطاقة، إذ يسمح بدورات تشغيل أطول وأكثر استقرارًا للضاغط بدلًا من دورات التشغيل القصيرة والمتكررة، مما يُقلل استهلاك الطاقة بنسبة تتراوح بين 10 و20%. يُمكن استخدام الطاقة المُهدرة في الحفاظ على دورات التشغيل المختلفة في عمليات مُجدية، مما يزيد من إنتاجية النظام.

يحسن أداء المجفف

قد يؤدي استخدام خزان استقبال قبل المجفف إلى تقليل أداء المجفف. يساعد خزان الاستقبال على تبريد الهواء المضغوط من خلال عمله كمبادل حراري. يفقد الهواء المبرد بعض رطوبته ويتكثف في خزان الاستقبال قبل وصوله إلى المجفف. تُصرف الرطوبة المكثفة عبر صمام في أسفل خزان الاستقبال، مما يُجفف الهواء قليلًا. وبالتالي، ينخفض عمل المجفف عند تخزين الهواء لأول مرة في خزان التخزين.

يقلل الحمل على المرشحات

يُعدّ إزالة الرطوبة من الهواء المضغوط في خزان التخزين مفيدًا أيضًا لمرشحات التجميع. إذ تُصرّف الرطوبة المتكثفة والمتجمعة على شكل ماء قبل وصولها إلى المرشحات، مما يجعل الهواء أكثر جفافًا وأسهل في التعامل معه. ومع مرور الهواء عبر المرشحات، تقلّ الرطوبة المتراكمة، ما يُحسّن من أدائها العام. وبالتالي، يُمكن لخزان التخزين أن يُخفّف بعضًا من الحمل على المرشحات.

خاتمة

لا يتطلب ضاغط الهواء اللولبي الدوار خزانًا للتشغيل. إضافة خزان يمكن أن تزيد من أدائه بشكل ملحوظ. يسمح وجود الخزان بتخزين هواء أفضل، مما يُحسّن من تقلبات تدفق الهواء، ويُقلل من دورات تشغيل وإيقاف الضاغط. هذا يُطيل عمره ويضمن إمدادًا مستمرًا بالهواء المضغوط. على الرغم من إمكانية تشغيله بدون خزان، إلا أن ربط خزان بضاغط الهواء اللولبي الدوار يُحسّن من أدائه في مختلف التطبيقات الصناعية والتجارية.