کمپرسور اسکرو، مشابه با تمام ماشین‌هایی که میشناسیم و از قطعات متحرکی برخوردارند، نیازمند روغن‌کاری است.

روغن نقشهای متعددی در ماشین‌آلات بر عهده دارد. روغن کمپرسور با ایجاد فیلمی نازک از روغن بر روی قطعات کمپرسور نه تنها روانکاری میکند، بلکه فاصله میان قطعات را کاسته و اجازه‌ی فرار هوا را نمیدهد. از طرف دیگر ذرات و براده‌های خطرناک را از روی سطوح پاک میکند و با خاصیت حرارتی خود در خنک‌کاری هم کمک میکند. روغن کمپرسور مناسب مهندسی میشود و ویژگی‌های زیر در آن بهینه میگردد:

• گرانروی مناسب: روغن باید در دمای پایین روان بوده و در دمای بالا خواص خود را حفظ کند.
• پایداری حرارتی: مقاومت در برابر اکسیداسیون و تجزیه حرارتی
• خاصیت ضدزنگ و ضدخوردگی: محافظت از قطعات فلزی در برابر عوامل مخرب
• سازگاری با درزگیرها: عدم تأثیر منفی بر قطعات لاستیکی و سیل رینگهای کربنی
• مقاومت در برابر تشکیل رسوب: جلوگیری از تجمع ذرات در قطعات حساس

کمپرسور اویل فری، کمپرسور بدون روغن

انواع مختلفی از کمپرسور به شکل بدون روغن کار میکند. برای مثال کمپرسور پیستونی بدون روغن یا کمپرسور دیافراگم که روغنی در داخل سیلندر فشرده‌سازی نداشته و در نتیجه هوای فشرده خروجی آنها هم پاکیزه است. اما این کمپرسورها مشخصات هوای مورد نیاز صنعت، فشار و دبی، را ارضا نمیکند. پس باید راهی یافت تا کمپرسور اسکرو بدون روغن کار کند.

مکانیسم کمپرسور روتاری اسکرو

کمپرسور اسکرو از ۲ روتور نر و ماده‌ی در هم‌تنیده بهره میبرد. هوای ورودی در میان این دو روتور گیر افتاده و با آنها میچرخد و هرچه جلوتر میرود جا تنگتر شده و فشار آن افزایش می یابد. در نهایت هوای فشرده از دریچه‌ی خروجی کمپرسور تخلیه شده و وارد لوله‌کشی هوای فشرده‌ی کارخانه یا معدن میشود.

روغن داخل سیلندر کمپرسور روغنی سه نقش مهم دارد: روان‌کاری، پاک‌سازی و خنک‌کنندگی. همچنین روغن کمپرسور درزگیری کرده و هدررفت هوای فشرده به صورت جریان برگشتی را کم میکند. کارکردهای گفته شده بر افزایش بهره‌وری کمپرسور تاثیرگذار هستند و در کمپرسور اویل فری باید چاره‌ای اندیشید تا افت بهره‌وری مذکور جبران شود. راهکار را شرکت‌های سازنده کمپرسور هوای صنعتی در دو تغییر دیده‌اند:

• کاهش کلیرانس روتورها با دیواره محفظه‌ی تراکم

کلیرانس یا فاصله روتورها با دیواره‌ی سیلندر هر چه بیشتر باشد شاهد فرار هوای فشرده بیشتری به صورت جریان برگشتی خواهیم بود. این مسئله در کمپرسور اویل اینجکت نیز رخ میدهد اما به دلیل تزریق روغن و همچنین بهره‌وری کافی قابل صرف نظر کردن است. صرف نظر در کمپرسور اویل فری میسر نبوده و از هر طریق ممکن باید از کاهش بهره‌وری کمپرسور جلوگیری شود.

این مسئله اولین سختی تولید کمپرسور اویل فری است. سازندگان کمپرسور اسکرو در ایران معمولا از واحد کمپرسور وارداتی استفاده میکنند و در حقیقت تکنولوژی ساخت کمپرسور را نداشته و آن را مونتاژ میکنند. اما آنهایی هم که تراشکاری پیشرفته به کار گرفته و روتور اسکرو خلق میکنند، در دستیابی به کلیرانس پایینتر شکست خورده‌اند. در کمپرسور اویل اینجکت فاصله‌ی میان روتور نر و ماده بسیار اندک است، ولی هنوز این مقدار به طور دیوانه‌کننده‌ای ناچیز نیست. این فاصله یا اصطلاحا کلیرانس در حدود ۵۰ تا ۱۵۰ میکرون، یعنی ۰/۰۵ تا ۰/۱۵ میلیمتر است و هرچه کمتر باشد کمپرسور بهتری با بهره‌وری و راندمان بالاتر ساخته ایم.

در کمپرسور اسکرو روغنی، روغن فیلم نازکی را بر روی روتورها تشکیل میدهد که به صورت اتوماتیک فاصله را کم کرده است و فاصله‌ی کمتر یعنی آب‌بندی بهتر. روغن غایب بزرگ کمپرسور اویل فری است که بایستی با تراشکاری و ماشین‌کاری پیشرفته تر جبران شود. در کمپرسورهای اسکروی بدون روغن فاصله‌های دقیقتری در حد ۲۰ تا ۴۰ میکرون یعنی ۰/۰۲ تا ۰/۰۴ میلی‌متر تراشکاری و مهندسی میشود. کران پایین محدوده‌ی کلیرانس روتور برای کمپرسور اسکرو روغنی در ایران همچنان دور از دسترس است، چه رسد به محدوده‌ی مناسب کمپرسور بدون روغن … این مسئله زمانی سخت‌تر خواهد شد که بدانیم برندهای معتبری چون اطلس کوپکو و کمپرسور کایزر کلیرانسی به مراتب کمتر از این محدوده را نیز پیاده میکنند. دقت این فاصله از آن رو اهمیت بسزایی دارد که حتی ذره‌ای برخورد روتورها با یکدیگر منشا خرابکاری و نابودی کمپرسور، دستگاهی چند ده میلیارد تومانی، است.

دومین راهکار جبران ضعفهای ناشی از غیبت روغن که سازندگان کمپرسور هوا در پیش گرفته اند از اولی هم پیچیده‌تر است.

• روکش روتور

در کمپرسور اویل فری عموما از روکش‌های تفلون یا مولیبدنوم دی سولفید برای روتورها استفاده می شود. تفلون ترکیبی پلیمری با نام علمی پلی تترا فلوئورو اتیلن یا PTFE است که نخستین بار توسط شرکت دوپونت و با نام تجاری تفلون به بازار عرضه شد. کاربری این دو روکش متفاوت نیز بسته به دمای کار کمپرسور هواست. مولیبدنوم دی سولفید درجه حرارت ذوب بسیار بالاتری داشته و برای کار در دمای بالاتر مناسب است. حال تصور کنید که نیازمند تکنولوژی روکشی هستیم که روکش یکنواخت از موادی حساس، بر روی روتورهای به شدت ظریف و دقیق پیاده سازد.

شرکتهای سازنده‌ی معتبری چون اطلس کوپکو و کمپرسور کایزر انواع دیگری از روکشها را با روشهایی دقیق بر روی روتورهای اسکرو می‌نشانند. این روشها عبارتند از:

• اسپری حرارتی که برای روکشهای سرامیکی و کامپوزیتی کاربرد دارد. اسپری حرارتی خود به دو شکل اسپری سرعت بالای سوخت اکسیژنه و اسپری پلاسما انجام میشود و چسبندگی و مقاومت سایشی بالا از مزایای آن است.
• اسپری یا کوتینگ پلیمری که برای پلیمرهای مختلفی چون تفلون و دیگر پلیمرهای اصلاح‌شده با فرمول خاص در اختیار شرکتهای بزرگی چون اطلس کوپکو و اینگرسولرند یا کوبلکوی ژاپن استفاده میشود. مزایای این روش یکنواختی بالا و دقت در ضخامت است.
• برای پلیمرها از آبکاری نیکل و فسفر نیز استفاده میشود و سطح یکدست و چسبندگی بهتر برای لایه‌های بعدی دارد.
• پوشش‌دهی خلا که اصطکاک حداقلی، ضخامت بسیار نازک و دقت بالا دارد و فقط برای کمپرسورهای رده بالا استفاده میشود.
• و اسپری الکترواستاتیک

ترکیبی از روشهای مختلف روکش در کارخانجات حرفه‌ای استفاده میشود و شرکت‌های معتبر به ایران آورده‌اند.

در کمپرسور اسکرو اویل فری گاز به تنهایی و بدون روغن وارد محفظه کمپرسور شده و به هیچ عنوان آغشته به روغن نخواهد شد. چرخ‌دنده‌های تنظیم‌کننده (Timing Gear) که همزمانی حرکت روتورها، عدم سایش و برخورد آنها با یکدیگر و انتقال دور از روتور محرک به روتور متحرک را فراهم میکنند، برای پرهیز از نشت روغن به سیلندر، یاتاقان‌ها و سیستم آب‌بندی در خارج از محفظه‌ی فشار نصب شده‌اند. 

معایب کمپرسور اسکرو اویل فری

به دلیل فقدان روغن و عدم خنک کاری دمای سیال قابل تراکم در حین عملیات فشار بالا رفته و بالطبع با توجه به نوع گاز نسبت فشار تقریبا حدود ۳:۱ خواهد شد که این افزایش دمای گاز، احتمال پیچ‌خوردگی پوسته و همچنین تماس روتورها با یکدیگر و پوسته را در پی دارد؛ لذا مقادیر لقی بین قطعات بایستی به نحو متناسب پیش‌بینی شود. این کمپرسورها معمولا توانایی تولید فشار بالا را نداشته و برای تامین فشار و دبی زیاد، بالاتر از ۱۰ بار و ۶۰ مترمکعب، از نوع چندمرحله ای آن استفاده می شود. از دیگر معایب این تجهیزات راندمان کمتر آنها نسبت به نوع روغنی بوده و به آب‌بندی مناسب برای جلوگیری از نشتی در آنها نیاز است. هزینه‌ی تهیه‌ی یک کمپرسور بدون روغن، به دلیل عملکرد در سرعت بالا، تقریبا دو برابر هم اندازه‌ی خود از نوع روغنی خواهد بود ولی نیازی به جداکننده‌ی روغن از گاز پروسس ندارند. ورودی سیال باید به گونه‌ای در نظر گرفته شود که احتمال وارد شدن ذرات و گرد و خاک به داخل دستگاه به حداقل برسد. بنابراین وجود یک سیستم فیلتر قوی الزامی است.