سیستم تولید هوای فشرده در معادن

در این مطلب به بررسی سیستم تولید هوای فشرده شامل انواع کمپرسورها، جداسازها و خشک‌کن‌ها و همچنین بررسی میزان تولید هوای فشرده در یک بازه زمانی خاص و میزان زمان کارکرد هر یک از تجهیزات می‌پردازد. در بررسی سیستم‌های انتقال هوای فشرده، نقشه پنوماتیک کل کارخانه تهیه و بررسی گردید و مشکلات این سیستم جهت جلوگیری از هدر رفتن انرژی شناسایی شد.

در بخش مصرف کننده‌ها نیز که شامل تجهیزات و ابزارآلات داخلی سالن‌ها می‌باشد، نشتی‌های موجود و راه کارهای مناسب ارائه گردیده است و در نهایت نیز با نصب کنتور هوای فشرده می‌توان میزان مصرف هر یک از سالن‌ها را مشخص نمود. انتظار می‌رود تا پس از اجرای دستورالعمل های ارائه شده، کاهش مصرف هوای فشرده تا حدود 10% دور از دسترس نباشد.

 

هوای فشرده یکی از مهمترین نیروهای است که جهت انجام کار در دنیای مدرن امروزی است و کاربرد ان در اکثر صنایع امروزی به وضوح شاهد هستیم و در دنیای صنعتی نوین یکی از ابزارهای اصلی و مهم جهت انجام کارها در کارخانجات می‌باشد و شناخت این نیرو و استفاده بهینه از آن می‌تواند امروزه نقش مهمی در انتخاب شیوه‌های نوین کار و افزایش بهره‌وری و تولید داشته باشد.

لذا اهمیت زیادی دارد که صنعتگران و دست اندر کاران صنایع آشنایی کاملی با انواع کمپرسورها داشته باشند و برای هر صنعت به نسبت نوع نیاز موقعیت جغرافیایی و مکانی کارخانه میزان مصرف و فاکتورهای دیگر کمپرسور مناسب انتخاب نمایند تا دچار مشکلات تعویض کمپرسور و مسائل تعمیرات درگیر نشوند.

در صورت شناخت ساختمان و نحوه کار کمپرسورها بهتر می‌توان با انها کار کرد تا از بروز نقایص احتمالی جلوگیری شود. امروزه ماشین آلات مختلفی در صنعت وجود دارند که با اسامی مختلف نامیده می‌شوند و این کمپرسورها انواع مختلفی دارند که چند نمونه آن را نام می‌بریم.

پمپ‌های خلاء (وکیوم) هواکش‌ها (فنها) دمنده‌ها (بلوئرها) و نهایتا کمپرسورها انواع خاصی از خانواده کمپرسور می‌باشند و آنچه که اساسا موجب این نامگذاری‌ها گردید فشار خروجی انها می‌باشند.

 

کاربردهای هوای فشرده

استفاده از هوای فشرده در انتقال مواد مایع توسط خلاء و پمپ‌های مخصوص استفاده هوای فشرده در دستگاه‌های تهویه مطبوع جهت تهیه هوای سرد استفاده از هوای فشرده در انجام کارهای اتوماسیون کارخانجات توسط شیرها و سیلندرهای پنوماتیکی استفاده از هوای فشرده در انتقال مواد توسط کانوایر استفاده از هوای فشرده در عملیات مهندسی راه و ساختمان توسط دریل‌های پنوماتیکی جهت تخریب صخره‌ها.

خواص سیستم پنوماتیک عامل انجام کار در سیستم پنوماتیک هوا است هوای فشرده را می‌توان توسط لوله کشی به نقاط مختلف کارخانه هدایت کرد عوامل سرعت و نیرو در پنوماتیک قابل تنظیم و کنترل هستند تعمیرات و نگهداری و نصب و راه‌اندازی سیستم‌ها و ماشین‌های پنوماتیک خطر انفجار و آتش‌سوزی و خطر جانی وجود ندارد.

 

برای اولین بار هوای فشرده عاری از روغن تولید شد

بخش هوای عاری از روغن (Oil-Free Division) شرکت اطلس کوپکو اعلام کرد که سری «Z» کمپرسورهای اسکروی بدون روغن (Oil Free Screw) این شرکت، به‌عنوان اولین کمپرسورهای هوای فشرده در جهان که بر اساس مشخصات مندرج استاندارد 1-ISO-8573 کلاس صفر توسط موسسه TUV مورد تایید قرار گرفته‌اند شناخته می‌شوند.

این استاندارد اخیرا مورد تجدیدنظر قرار گرفته و تاکنون هیچ شرکتی موفق به دریافت گواهینامه کلاس صفر برای محصولات تولیدی خود نشده است. جهت دریافت این گواهینامه شرکت اطلس کوپکو از نوع خاصی از واحدهای تولید هوای فشرده که احتیاج به روغن ندارد استفاده نموده است. مزیت قابل توجه دیگر این واحدهای تولید فشار صرفه‌جویی در مصرف انرژی تا حد بسیار بالا می‌باشد.

 

با استفاده از این محصولات، خطر هرگونه آلودگی روغن در فرآیند تولید مواد غذایی و نوشیدنی، تولید و بسته‌بندی مواد دارویی، تولید تجهیزات الکترونیکی، رنگ‌آمیزی اتومبیل، پاشش پودری، مصارف پزشکی و دندان‌پزشکی و تولید منسوجات به‌طور موثری از بین خواهد رفت.

این گواهینامه با استفاده از دقیق‌ترین، حساس‌ترین و سختگیرترین روش آزمایش ممکن که شرایط واقعی محیط‌های صنعتی را شبیه‌‌سازی می‌نماید، انجام شده است. در این آزمایش، در هر شرایطی از تست هیچ‌گونه اثری از روغن مشاهده نگردید و هوای فشرده تولید شده به‌عنوان هوای کلاس صفر به لحاظ مقدار روغن مورد تایید قرار گرفت.

شرکت اطلس کوپکو به وسیله پایه‌ریزی یک استاندارد جدید در زمینه خلوص هوای فشرده، پیشگامی در زمینه صنعت هوای فشرده را در دنیا مجددا ثابت نمود. آقای لوک هندریکس، رییس کل بخش هوای عاری از روغن شرکت اطلس کوپکو گفت:

«ما بسیار مفتخریم که به مشتریان خود راه‌حلی را برای هوای فشرده ارائه نموده که خطر آلوده بودن به روغن را از میان برمی‌دارد. نتایج این آزمایش نشان داد که کمپرسورهای اسکروی بدون روغن شرکت اطلس کوپکو نه تنها بهترین انتخاب به لحاظ هزینه‌های نگهداری و تعمیرات می‌باشند، بلکه هنگامی که مساله مدیریت خطر و ریسک به میان می‌آید نیز بهترین انتخاب به شمار می‌روند.»        

                                                        

کمک هوای عاری از روغن به مدیریت خطر و ریسک

آلودگی به‌وسیله حتی مقادیر بسیار اندک روغن می‌تواند باعث خرابی محصول، ازدیاد محصولات مردود شده و کیفیت پایین و هزینه‌های بالای مربوط به تمیزکاری، تعمیرات و نگهداری تجهیزات و همچنین پایین آوردن زمان کارکرد تجهیزات می‌گردد.

صنایعی که خطر ورود روغن به محصولاتشان وجود دارد از قبیل صنایع غذایی و نوشیدنی‌ها، تولید و بسته‌بندی مواد دارویی، تولیدات الکترونیکی، رنگ‌آمیزی اتومبیل، پاشش پودری، مصارف پزشکی و دندانپزشکی، نساجی، نفت، گاز و پتروشیمی و برخی دیگر در معرض از دست دادن کیفیت محصولات، آلودگی محیط زیست و تبعات ناشی بر روی معروفیت محصولاتشان می‌باشند.

 

در صنایع جهت انتقال روغن داغ به علت نیاز به دبی زیاد در فشار‌های کمتر از ده‌بار و کارکرد مداوم سیستم‌ عموما از پمپ‌های سانتریفوژ استفاده می‌کنند.

مشکل عمده پمپ‌ها، سیستم‌ آب‌بندی (SDAFT & EALING) بوده که بروز مشکل در این قسمت باعث نشتی و هدر رفتن روغن و آلودگی محیط می‌شود. وجود یک سیستم پمپاژ مطمئن با سرویس‌های بلندمدت جهت کاهش توقف‌های سیستم انتقال روغن بسیار حائز اهمیت است.

 

رایج‌ترین روش نشت‌بندی استفاده از مکانیکال سیل یا آب‌بند مکانیکی (MECHANICAL SEAL) است. به علت بالا‌بودن دمای پمپاژ C 200-200- 450 محدودیت شدیدی در استفاده از متریال‌ها خصوصا پلیمر‌ها وجود دارد و آب‌بند‌‌های مخصوص شرایط فوق مانند مکانیکال سیل‌های (METAL BELLOWS) بسیار گران‌قیمت هستند.

یکی از روش‌های اقتصادی کاهش دما در اطراف سیل استفاده از سیل‌های دمای پایین است که‌قیمت‌های مناسب‌تر و طول عمر بیشتری دارند.

این روش‌ها بسیار متنوع بوده و بسته به شرایط محیطی از ‌جریان مایع خنک‌کننده در‌‌ ‌اطراف سیل (FLASHING). جریان هوای خنک‌کننده، ایجاد فاصله بین سیل و پمپ (پروفیل دما) و… استفاده می‌گردد. در پمپ‌های روغن داغ شرکت آروین تجهیز سپاهان دوسری مکانیکال سیل (BACK TO BACK) داخل (CARTIRIDGE) نصب شده‌اند و توسط جریان سیال فلاشینگ خنک نگه داشته می‌شوند. این سیستم طول عمر بالایی دارد و هزینه تعمیرات در بلندمدت را کاهش می‌دهد.

شرکت تحقیقاتی، تولیدی آروین تجهیز سپاهان (سهامی خاص) ابتدای سال ۸۲ ‌توسط یک تیم دانشگاهی به شماره ۲۰۱۲۲‌ در اصفهان به ثبت رسید. سوابق کاری اعضای این شرکت به اسپاهان پمپ و الکترو‌صنعت با بیش از ۵۰ ‌سال تجربه در تولید پمپ‌های تخصصی در اصفهان برمی‌گردد.

بلوورها و کمپرسورهای واقع در ساختمان تامین هوای فشرده کارخانه تغلیظ که وظیفه تامین هوای فشرده را بر عهده دارند مهمترین منابع تولید الودگی صوتی محوطه اطراف این ساختمان می‌باشند که آلودگی صوتی تولیدی توسط سه لوله ونت خروج هوا (BLOW OFF) و پنجره‌های ورود هوا به ساختمان و بروز پدیده جت نویز در محیط انتشار می‌یابد و سبب بروز آلودگی صوتی شدید در ساختمان‌های اداری و کارگاه‌های تعمیرات محوطه اطراف می‌گردد.

هدف از انجام این پروژه بررسی وضعیت آلودگی صوتی و ارائه بهترین راهکار کنترلی توسط نرم افزار تخصصی SOUND PLAN قبل از اجرای هر گونه برنامه کنترلی می باشد. در ابتدا به منظور تعیین سهم لوله ای ونت خروجی و دریچه‌های ورود هوا در ایجاد آلودگی صوتی محوطه اطراف اندازه گیری شدت صدای هر یک از منابع توسط پروب SOUND PLAN و سپس محاسبه توان صوتی هر یک از منابع صورت پذیرفت.

پس از آن نقشه ای با مقیاس صحیح از محل تهیه که درآن اطلاعات مربوط به مختصات موانع شامل سه بعدی، ضریب انعکاس صدا توسط دیوارها، ضریب جذب صدا و توسط زمین و مختصات منابع شامل نوع منبع و وابستگی به ساختمان لحاظ گردید. اطلاعات نقشه تهیه شده به همراه تراز توان صدای تولیدی منابع صدا وارد نرم افزار SOUND PLAN گردید.

درمحیط نرم افزار ۴ مدل تعریف گردید که یکی از شرایط موجود، مدل دوم با در نظر گرفتن کاهش صدای ونتها به میزان ۲۰ دسیبل، مدل سوم کاهش صدای پنجره ها به میزان ۲۹ دسیبل و مدل چهارم کاهش صدای همه منابع بصورت همزمان به میزان حالت‌های قبل تعریف گردید.

پس از اجرای نرم افزار مدلساز نتایج حاصل از محاسبه مدل بیانگر این نکته است که تنها کنترل صدای خروجی‌های هوا و پنجره‌ها به طور همزمان باعث کاهش تراز صدا به میزان بسیار خوبی در نواحی اطراف می‌گردد و کاهش صدای پنجره‌های ورودی و یا لوله‌های خروج هوا هر یک به تنهایی تاثیر چندانی در کاهش آلودگی صوتی نخواهند داشت.

 

سوپر شارژرها چگونه کار می‌کنند؟

از زمان اختراع موتور احتراق داخلی، مهندسان خودرو، عاشقان سرعت و طراحان خودروهای مسابقه در حال جست و جوی راه‌هایی برای افزایش قدرت آن بوده‌اند. یک راه برای افزودن قدرت ساختن یک موتور بزرگ تر است. اما موتورهای بزرگ‌تر که سنگین تر و ساخت و نگهداری آنها گران تر است همیشه بهتر نیستند.

 

فوررد رنجر با یک سوپر شارژر زیر کاپوت

یک راه دیگر برای افزودن قدرت کارآمدتر کردن موتورهای به اندازه‌ی معمولی است. می‌توان این کار را با دمیدن هوای بیشتر به درون اتاقک احتراق انجام داد. با هوای بیشتر همچنین می‌توان سوخت بیشتری اضافه کرد. سوخت بیشتر به انفجار بزرگ‌تر و افزایش توان می‌انجامد. به کار گرفتن یک سوپر شارژر یک راه به درد بخور برای به دست آوردن هوای دمیده شده‌ی پر فشار است. در این مقاله ما توضیح خواهیم داد که سوپر شارژرها چه هستند، چگونه کار می‌کنند و چگونه با توربو شارژرها مقایسه می‌شوند.

 

تفاوت سوپرشارژر و توربوشارژر

سوپر شارژر به هر وسیله‌ای گفته می‌شود که فشار هوای مکیده شده را به بیش از فشار جو می‌رساند. توربو شارژرها هم این کار را انجام می‌دهند. در واقع کلمه‌ی توربو شارژر کوتاه شده‌ی کلمه‌ی توربو سوپر شارژر، اسم رسمی خود است.

 

یک سوپر شارژر دو پیچی

تفاوت بین این دو سیستم، منبع انرژی آنها است. توربو شارژر‌ها توان خود را از توربینی می‌گیرند که به وسیله‌ی جریان جرمی اگزوز به حرکت در می‌آید. ولی سوپرشارژرها به وسیله ی تسمه یا زنجیر به صورت مکانیکی از طریق میل لنگ نیرو می‌گیرند.

 

اصول سوپرشارژر ها

یک موتور معمولی ۴ زمانه یک زمان را صرف فرآیند مکش می‌کند. این فرآیند ۳ مرحله دارد:

• پیستون به سمت پایین حرکت می‌کند.
• حرکت پیستون به سمت پایین خلاء ایجاد می‌کند.
• هوا در فشار جو به درون اتاق احتراق مکیده می‌شود.

همین که هوا به درون موتور کشیده می‌شود، می‌بایست با سوخت ترکیب شود تا ترکیب هوا و سوخت را تشکیل دهد. بسته‌ای از انرژی پتانسیل که می‌تواند به وسیله‌ی یک فرآیند شیمیایی به نام احتراق به انرژی جنبشی مفید تبدیل شود. شمع، واکنش شیمیایی را با مشتعل کردن سوخت آغاز می‌کند. وقتی که سوخت بسوزد، مقدار زیادی انرژی آزاد می‌شود. نیروی این انفجار که بالای سرسیلندر متمرکز می‌شود. پیستون را به پایین می راند و یک حرکت رفت و برگشتی ایجاد می‌کند که آن هم آخر کار به چرخ ها منتقل می‌شود.

 

یک موتور ساده به علاوه ی سوپر شارژر

اضافه کردن سوخت بیشتر به مخلوط سوخت و هوا انفجار قوی تری ایجاد می کند. اما ما نمی توانیم به سادگی سوخت بیشتری به داخل موتور پمپ کنیم، زیرا مقدار معینی از اکسیژن برای سوزاندن مقدار سوخت داده شده لازم است. ترکیب شیمیایی صحیح ـ ۱۴ بخش هوا با یک بخش سوخت ـ برای کارکرد بهینه یک موتور لازم است. کلام آخر این که برای وارد کردن سوخت بیشتر باید هوای بیشتری وارد کرد.

این کار یک سوپر شارژر است. سوپر شارژرها بدون ایجاد کردن خلاء با فشرده کردن هوا در فشاری بالاتر از فشار جو، مکش را افزایش می‌دهند. این کار هوای بیشتری را به درون موتور می‌فرستد و موتور را تقویت می‌کند. با توجه به هوای اضافه تر، سوخت بیشتری به مخلوط هوا و سوخت افزوده می‌شود و قدرت موتور افزایش می‌یابد.

سوپرشارژینگ به طور متوسط ۴۶ درصد به قدرت موتور و ۳۱ درصد به گشتاور اضافه می‌کند. در ارتفاع های بالا که عملکرد موتور به خاطر چگالی و فشار کم هوا افت می‌کند، سوپر شارژر هوا را با فشار بیشتر به موتور می دهد که موتور بتواند به صورت بهینه‌ای کار کند.

برخلاف توربو شارژرها که از گاز های اگزوز که از احتراق به دست آمده، برای به کار انداختن کمپرسور استفاده می‌کنند، سوپر شارژرها قدرت خود را مستقیما از میل لنگ می‌گیرند. بیشتر آنها با یک تسمه به حرکت در می آیند که ان تسمه به دور یک قرقره می‌پیچد که آن قرقره به یک چرخ دنده‌ی محرک متصل است. چرخ دنده‌ی محرک به نوبه‌ی خود چرخ دنده کمپرسور را می‌چرخاند. روتور کمپرسور در طرح‌های مختلفی عرضه می‌شود، اما وظیفه‌ی ان به درون کشیدن هواست، هوا را فشرده می‌کند و به منیفولد ورودی می‌فرستد.

سوپر شارژر مرکز گریز ProCharger D1SC برای فشرده کردن هوا یک سوپر شارژر باید خیلی سریع بچرخد ـ سریع تر خود موتور. بزرگ تر بودن چرخ دنده ی محرک نسبت به چرخ دنده‌ی کمپرسور باعث می شود که کمپرسور سریع تر بچرخد. سوپرشارژرها می‌توانند در سرعت‌های بلایی نظیر ۵۰۰۰۰ تا ۶۵۰۰۰ دور بر دقیقه کار کنند.

اگر کمپرسور ۵۰۰۰۰ دور بر دقیقه بچرخد. تقویتی برابر شش تا نه پوند بر اینچ مربع ایجاد می‌کند که به معنی شش تا نه psi بالاتر از فشار اتمسفر یک در یک ارتفاع خاص است. فشار جو در سطح دریا ۱۴.۷ psi است، بنابر این یک تقویت معمولی به وسیله‌ی یک سوپر شارژر حدود ۵۰ درصد به هوای ورودی بر موتور می‌افزاید.

اگر هوا فشرده شود داغ می‌شود، بدین معنا که چگالی خود را از دست می‌دهد و در زمان انفجار نمی‌تواند خیلی منبسط شود. این یعنی این که وقتی به وسیله‌ی شمع آتش زده می‌شود نمی‌تواند قدرت زیادی ایجاد کند. برای این که یک سوپر شارژر در ماکسیمم بازده کار کند، هوای فشرده که از بخش خروجی تخلیه می‌شود.

می‌بایست قبل از ورود به منیفولد ورودی خنک شود. یک اینتر کولر این وظیفه را به عهده دارد. اینتر کولرها به دو صورت عرضه می‌شوند: اینتر کولرهای هوا به هوا و اینتر کولرهای هوا به آب. هر دوی آنها مانند رادیاتورها کار می‌کنند. هوا یا آب به مجموعه‌ای از لوله‌ها فرستاده می‌شوند و وقتی که هوای داغ خارج شده با لوله‌ها برخورد می‌کند خنک می‌شود. کاهش دمای هوا چگالی آن را افزایش می‌دهد که باعث می‌شود. مخلوط متراکم تری از هوا و سوخت وارد اتاق احتراق شود.

در ادامه انواع مختلف سوپر شارژرها را بررسی می‌کنیم.

 

انواع سوپر شارژر

سه نوع سوپر شارژر وجود دارد: روتز (Roots)، دو پیچی (twin screw) و مرکز گریز. تفاوت اصلی آنها در چگونگی حرکت دادن هوا به سمت منیفولد مکش موتور است. سوپر شارژر های روتز و دو پیچی از انواع لب‌های گیر اندازنده (meshing lobe) استفاده می‌کنند و یک سوپر شارژر مرکز گریز از پروانه برای به درون کشیدن هوا استفاده می‌کند. گرچه تمام این سه نوع موجب تقویت هستند ولی بازدهی‌های متفاوتی دارند. بسته به این که شما بخواهید خودرو را کمی تقویت کنید یا در یک مسابقه رقابت کنید انواع مختلف سوپر شارژر در اندازه‌های مختلف وجود دارند.

 

سوپر شارژر اتون، یک سوپر شارژر روتز بهینه سازی شده

سوپر شارژر روتز قدیمی‌ترین طرح است. Philander و Francis روتز در سال ۱۸۶۰ طرح را به عنوان ماشینی که می‌تواند به خنک کاری مته‌های معدن کمک کند به ثبت رساندند. در سال ۱۹۰۰ Gottleib Daimler یک سوپر شارژر روتز را در موتور خودرو یی به کار گرفت.

 

سوپر شارژر روتز

با چرخش لب‌های گیر اندازنده، هوایی که میان لب‌ها گیر کرده است از سمت ورودی به سمت خروجی می‌روند. مقادیر بزرگی از هوا به منیفولد ورودی می‌روند و انباشته می‌شوند تا فشار مثبت ایجاد کنند. به همین جهت سوپرشارژرهای روتز در واقع چیزی بیشتر از دمنده‌های هوا نیستند، و واژه‌ی دمنده‌ی هوا همچنان اغلب برای تمام سوپرشارژرها به کار می‌رود.

 

یک هورد پیک آپ دهه ۱۹۴۰ با یک سوپر شارژر روتز

سوپرشارژرهای روتز معمولا بزرگ هستند و در بالای موتور قرار داده می‌شوند. سوپرشارژرهای روتز در ماشین‌های عضلانی و اتومبیل‌های مسابقه و شکاری قرار داده می شوند زیرا بیرون کاپوت قرار می‌گیرند. به هر حال آنها از نا کار آمد ترین سوپرشارژرها هستند: اول اینکه به وزن خودرو اضافه می کنند و دوم این که به جای آن که هوا را به صورت یک جریان نرم و پیوسته بفرستند در انفجار های گسسته می‌فرستند.

سوپرشارژرهای دو پیچی یک سوپر شارژر دو پیچی هوا را به وسیله یک جفت لب گیر اندازنده که شبیه مجموعه‌ای از چرخ دنده‌های حلزونی می‌باشند می‌کشد. هوای درون یک سوپرشارژر دو پیچی مانند یک سوپر شارژر روتز در فضای ایجاد شده به وسیله‌ی لب‌های گردنده محبوس می شود. اما در یک سوپرشارژر دو پیچی هوا درون پوشش موتور فشرده می‌شود و این به خاطر آن است که روتورها باریک شدگی مخروطی دارند؛ یعنی هرچه از سمت ورودی به سمت خروجی برویم فضاها برای هوا کوچک‌تر می‌شوند و هرچه فضاها کوچک شوند هوا در فضای کوچکتری فشرده می‌شود.

 

سوپر شارژر دو پیچی

آنچه گفته شد سوپرشارژرهای دو پیچی را کارآمدتر می‌سازد، اما آنها گران‌تر هستند چون روتورهای پیچ مانند نیازمند دقت بیشتری در فرآیند تولید هستند. برخی انواع سوپرشارژرهای دو پیچی مانند سوپرشارژرهای روتز بالای موتور می‌نشینند، آنها همچنین صدای زیادی هم تولید می‌کنند. هوای فشرده‌ای که خروجی سوپر شارژر را ترک می‌کند. یک صدای ناله یا سوت ایجاد می‌کند که باید به وسیله روش‌های فرو نشاندن صدا آرام شود.

 

سوپرشارژرهای مرکز گریز

یک سوپر شارژر مرکز گریز به یک پروانه در سرعت‌های بسیار بالا توان می‌دهد تا هوا را به درون پوشش کوچک کمپرسور بکشاند. یک پروانه می‌تواند تا سرعت‌های ۵۰۰۰۰ تا ۶۰۰۰۰ دور بر دقیقه برسد. همان طور که هوا به مرکز پروانه کشیده می‌شود، نیروی مرکز گریز آن را وادار می‌کند که به صورت شعاعی به بیرون پخش شود.

هوا پروانه را در سرعت بالایی ترک می‌کند اما فشار هوا در آن نقطه کم است. یک پخشگر (diffuser) ـ دسته‌ای از پره‌های ثابت که پروانه را احاطه کرده‌اند ـ هوای با سرعت بالا و فشار کم را به هوای با سرعت کم و فشار بالا تبدیل می‌کند. وقتی هوا به پره‌ها برخورد می‌کند، سرعت ملکول‌های آن کم و فشارش زیاد می‌شود.

 

سوپر شارژر مرکز گریز ProCharger D1SC

سوپرشارژرهای مرکز گریز کارآمدترین و رایج ترین سیستم‌های مکش تقویت شده هستند. سبک و کوچک هستند به علاوه به جلوی موتور متصل می‌شوند نه به بالای آن. همچنین وقتی که موتور دور می‌گیرد یک ناله‌ی واضح از آن به گوش می‌رسد، ویژگی که سرها را به سوی خیابان می‌چرخاند.

هر دوی مونت کارلو و مینی کوپر اس با سوپر شارژر هم عرضه می شوند.

هرکدام از این سوپرشارژرها می‌توانند به عنوان یک ارتقای پس از فروش برای یک خودرو در نظر گرفته شوند. شرکت‌های متعددی مجموعه‌هایی از تمام قطعات ضروری برای نصب یک سوپر شارژر را به عنوان یک پروژه‌ی do-it-course عرضه می‌کنند. در دنیای خودروهای عجیب و غریب و fuel racer ها چنین سفارشی سازی یک جزء لازم از ورزش است. خودرو سازان متعددی نیز سوپر شارژر ها را در مدل‌های تولید خود در نظر می‌گیرند.

 

مزایای سوپرشارژرها

بزرگ‌ترین فایده‌ی سوپر شارژر افزایش توان موتور است. نصب کردن یک سوپر شارژر روی یک ماشین یا کامیون باعث می‌شود رفتار ان مانند یک خودرو با موتوری بزرگ‌تر شود.

اما چه اگر کسی بخواهد میان سوپر شارژر و توربو شارژر انتخاب کند؟ این سوال به سختی مورد بحث مهندسان و دوست داران خودرو است. اما به طور کلی سوپر شارژرها برتری مختصری نسبت به توربو شارژرها دارند.

سوپر شارژرها از پس افت (lag) رنج نمی‌برند ـ یعنی زمانی میان فشار دادن پدال و عکس العمل موتور. ولی توربو شارژرها از پس افت رنج می برند به خاطر این که زمان کوتاهی طول می‌کشد تا گازهای اگزوز به سرعت کافی برای چرخاندن پروانه یا توربین برسند.

سوپرشارژرها هیچ پس افتی ندارند به خاطر اینکه به طور مستقیم توسط میل لنگ گردانده می‌شوند. برخی سوپر شارژر ها در دورهای پایین بازدهی بیشتری دارند در حالی که برخی دیگر در دورهای بالا بازدهی بیشتری دارند. برای مثال سوپرشارژرهای روتز و دو پیچی در دورهای پایین توان بیشتری ایجاد می‌کنند. اما سوپر شارژرهای مرکز گریز هرچه دور پروانه بیشتر شود کارآمد تر می‌گردند، لذا در دورهای بالاتر توان بیشتری ایجاد می‌کنند.

نصب کردن یک توربو شارژر نیازمند اصلاحات و تغییرات زیادی در سیستم اگزوز است. اما سوپرشارژرها می‌توانند به بالا یا پهلوی موتور پیچ شوند، که این نصب آنها را ارزان تر و تعمیر و سرویس کاری را آسان تر می‌سازد.

در نهایت هیچ راه ویژه‌ای برای خاموش کردن سوپرشارژرها مورد نیاز نیست. زیرا آنها به وسیله‌ی روغن موتور روغن کاری نمی‌شوند. آنها به صورت معمولی خاموش می‌شوند. توربو شارژرها باید حدود ۳۰ ثانیه یا کمتر بی بار باشند تا خاموش شوند. در صورت روغن روان سازی برای خنک شدن فرصتی خواهد داشت. با این گفته یک گرم کردن مناسب برای سوپرشارژرها مهم به نظر می‌رسد، به گونه‌ای که در دماهای معمولی کار با بیشترین بازده کار می‌کنند.

سوپر شارژرها معمولا بر روی موتورهای احتراق داخلی هواپیماها افزوده می شوند. این کار منطقی است اگر در نظر داشته باشیم که هواپیما ها بیشتر زمان خود را در ارتفاع‌های زیاد می‌گذرانند که اکسیژن کمتری برای احتراق وجود دارد. با آمدن سوپر شارژرها، هواپیماها قادر بودند تا در ارتفاع‌های بالا تری پرواز کنند بدون این که از کارایی موتور کاسته شود.

 

یک سیستم ابتدابی برای یک هواپیما همراه یک سوپر شارژر مرکز گریز یا کمپرسور

سوپر شارژرهایی که در هواپیما ها به کار بسته می شوند درست مانند آن ها یی کار می کنند که در خودرو ها نصب شده‌اند. آنها توان خود را مستقیما از موتور می گیرند و یک کمپرسور را برای دمیدن هوای پر فشار به اتاقک احتراق به کار می‌اندازند.

توضیحات بالا ساز و کار ساده ای از یک هواپیمای سوپر شارژ شده را نشان می‌دهد. اول بار سوپر شارژرها در اواخر جنگ جهانی دوم در هواپیماها به کار برده شدند. یک مثال در خور توجه Supermarine Spitfire است، هواپیمایی که به وسیله نیروی هوایی سلطنتی به کار گرفته شد و یک موتور سوپر شارژ شده‌ی رولز رویس مرلین را در خود جای داده بود.

 

معایب سوپر شارژرها

بزرگ‌ترین نقطه‌ی ضعف سوپر شارژرها ویژگی است که ریشه در تعریف آنها دارد: از آنجایی که میل لنگ آن را می‌گرداند، به طور قطع قسمتی از توان موتور را می‌گیرد. یک سوپر شارژر می‌تواند تا حدود ۲۰% توان موتور را مصرف کند. در عین حال چون سوپر شارژر می‌تواند تا حدود ۴۶% بر توان موتور بیفزاید، بیشتر مردم فکر می‌کنند ارزشش را دارد.

سوپر شارژینگ بر تنش موتور می‌افزاید، که محتاج این است که موتور برای تحمل تقویت بیشتر و انفجارهای بزرگ تر قوی باشد. بیشتر تولید کنندگان این منظور را با انتخاب قطعات قوی تری تامین می‌کنند. طراحی یک موتور برای سوپر شارژینگ قیمت آن را افزایش می‌دهد. همچنین سوپر شارژرها هزینه‌ی نگهداری بیشتری دارند و بیشتر تولید کنندگان سوخت با کیفیت و عدد اوکتان بالا را برای چنین خودروهایی توصیه می‌کنند.

علی رغم نقاط ضعف سوپر شارژرها، سوپر شارژینگ هنوز هم کم هزینه‌ترین راه برای افزایش توان موتور است. سوپر شارژرها می‌توانند بین ۵۰ تا ۱۰۰ توان موتور را افزایش دهند تا برای مسابقه، کشیدن بارهای سنگین یا فقط افزودن هیجان به رانندگی معمولی مناسب شود.

وقتی مردم درباره‌ی اتومبیل‌های مسابقه یا اتومبیل‌های ورزشی با سرعت بالا صحبت می‌کنند، موضوع توربوشارژرها ظاهر می‌شود، توربوشارژرها در موتورهای دیزل بزرگ هم وجود دارند،یک توربوشارژر به طور عمده قدرت موتور را بدون افزایش وزن آن زیاد می‌کند که مزیت بزرگی است و توربوشارژرها را مهم می‌کند.

در این مقاله یاد می‌گیریم که چطور توربوشارژر قدرت خروجی موتور را افزایش می‌دهد، همچنین یاد می‌گیریم پره‌های سرامیکی و یاطاقان‌های ساچمه‌ای چطور به توربوشارژر کمک می‌کنند تا وظیفه‌اش را بهتر انجام دهد.

توربوشارژرها یک نوع سیستم مکش هوا هستند که جریان هوای ورودی به موتور را فشرده می‌کنند، مزیت این سیستم این است که به موتور اجازه می‌دهد هوای بیشتری به سیلندر وارد کند و هوای بیشتر به معنی سوخت بیشتر است، بنابراین انرژی بیشتری از هر انفجار به دست می‌آید، یک موتور با توربو شارژر در کل قذرت بیشتری از یک موتور مشابه بدون تورربوشارژر دارد، یعنی توربوشارژر نسبت قدرت به وزن موتور را افزایش می‌دهد.

برای رسیدن به این تقویت فشار، توربوشارژر از جریان خروجی اگزوز برای چرخاندن یک توربین استفاده می‌کند که خود یک پمپ هوا را می‌چرخاند، توربین در توربوشارژر با سرعتی بالغ بر ١۵٠٫٠٠٠ دور در دقیقه می‌چرخد که ٣٠ برابر سریع تر از دور موتور است، چون تئربین به اگزوز چسبیده دما در آن خیلی بالاست.

 

اصول

راه قطعی برای بدست آوردن قدرت بیشتر از موتور افزایش مقدار هوا و سوختی است که می‌سوزد، یک راه برای انجام این کار اضافه کردن یا بزرگتر کردن سیلندرهاست، بعضی مواقع این تغییرات شدنی نیست، یک توربوشارژر ساده‌تر است.

توربوشارژرها با فشرده کردن هوا به موتور اجازه می‌دهند سوخت و هوای بیشتری بسوزاند، فشار نسبی ایجاد شده توسط توربوشارژر بین ۶تا ٨ پوند بر اینچ مربع است، از آن جایی که فشار جو در سطح دریا  ٧/١۴ پوند بر اینچ مربع است می‌توانید بفهمید که حدود ۵٠٪ هوای بیشتری وارد موتور می‌شود، بنابراین می‌توان انتظار داشت ۵٠٪ قدرت بیشتری بدست آید، اما توربوشارژر کاملا ایده آل نیست و بین ٣٠ تا ۴٠ درصد بهبود در قدرت موتور مشاهده می‌شود.

یکی از دلایل عدم کارایی این است که انرژی چرخاندن توربین از اگزوز گرفته می‌شود و وجود یک توربین در اگزوز مقاومت در برابر خروج دود را افزایش می‌دهد، و این یعنی در مرحله ی خروج دود، موتور باید دود را با فشار بیشتری خارج کند در نتیجه کمی از قدرت سیلندری که در مرحله‌ی انفجار قرار دارد کاسته می شود.

 

در ارتفاعات

توربوشارژرها در ارتفاعات که چگالی هوا کم است به موتور کمک می کنند،موتورهای معمولی در ارتفاعات با کاهش قدرت مواجه می شوند چون موتور جرم کمتری از هوا را دریافت می‌کند، یک موتور با توربوشارژر ممکن است با کاهش قدرت روبرو شود اما این کاهش قدرت خیلی کمتر است چون هوای رقیق تر راحت تر پمپ می‌شود

 خودروهای قدیمی با کاربراتور به صورت خودکار مقدار سوخت را افزایش می‌دهند تا مناسب افزایش هوای ورودی شود، خودروهای مدرن با انژکتور نیز این کار را انجام می‌دهند، سیستم انژکتور بر مبنای سنسورهای اکسیژن در اگزوز کار می‌کنند تا نعیین کنند که نسبت سوخت و هوا درست است یا نه بنابراین در این سیستم نیز اگر توربوشارژر اضافه شود مقدار سوخت ورودی خود به خود افزایش می‌یابد

اگر یک توربوشارژر با فشار بالا به یک خودروی انژکتوری اضافه شود ممکن است کنترل کننده‌ی انژکتور اجازه‌ی ورود سوخت زیاد را ندهد و یا پمپ بنزین و تزریق کننده‌ها توانایی رساندن این مقدار سوخت را نداشته باشند، در این حالت باید تغییرات دیگری اجرا شود تا بتوان از توربوشارژر استفاده کرد.

 چگونه کار می‌کند؟

  توربوشارژر به خروجی اگزوز موتور متصل شده است، گازهای  خروجی از سیلندر توربین را می‌چرخانند که شبیه یک توربین گازی است،توربین توسط یک محور به کمپرسور که بین فیلتر هوا و لوله‌های ورودی هوا واقع شده متصل می‌شود، کمپرسور هوای ورودی به پیستون را فشرده می‌کند.

 گازهای خروجی از بین پره‌های توربین عبور می‌کنند و آن را می‌چرخانند، هر چه گازهای بیشتری خارج شود توربین سریع تر می‌شود.

 

درون یک توربوشارژر

 در طرف دیگر محوری که به توربین متصل است کمپرسور هوا را به سیلندرها پمپ می‌کند، کمپرسور یک پمپ از نوع گریز از مرکز است که هوا را از مرکز پره‌ها می‌کشد و به بیرون پمپ می‌کند.

  برای رسیدن به سرعت ١۵٠٫٠٠٠ دور در دقیقه محور توربین باید به دقت پشتیبانی شود، اکثر یاتاقان در این سرعت خراب می‌شوند بنابراین بیشتر توربوشارژرها از یاتاقان‌های مایع استفاده می‌کنند، این نوع یاطاقان محور را روی لایه‌ی نازکی از روغن که به طور پیوسته به دور محور پمپ می‌شود نگه می‌دارد، این نوع یاتاقان دو مزیت دارد، یک اینکه محور و سایر قسمت‌های توربوشارژر را خنک نگه می‌دارد، دوم اینکه محور بدون اصطکاک چندانی می‌چرخد.

 

تقویت فشار بیش از اندازه

 با هوای فشرده‌ای که توسط توربوشارژر به سیلندر پمپ می‌شود و فشرده شدن بیشتر توشط حرکت پیستون خطر ضربه زدن موتور وجود دارد چون وقتی شما هوا را فشرده می‌کنید دمای آن افزایش می‌یابد این دما ممکن است آنقدر افزایش یابد که سوخت قبل از جرقه زدن شمع‌ها و در زمان نا مناسب بسوزد که این باعث کوبش موتور می‌شود، خودروهای دارای توربوشارژر اغلب باید از سوختی با درجه اکتان بالاتر استفاده کنند تا موتور ضربه نزند،اگر فشار واقعا بالا باشد باید نسبت تراکم موتور کاهش یابد تا کوبش نداشته باشد.

 

چه تفاوتى بین سوپر شارژر و توربو شارژر وجود دارد؟

اجازه بدهید ابتدا از شباهت‌ها شروع کنیم. هر دوى توربو و سوپرشارژر سیستم‌های القاء اجبارى نامیده مى‌شوند و هستند. آنها جریان هوا را فشرده مى‌کنند و به داخل موتور مى‌فرستند. مزیت فشرده کردن هوا این است که موتور مقدار بیشترى هوا را وارد سیلندر مى‌کند. وارد شدن هواى بیشتر به معنای سوخت بیشتر در سیلندر است بنابراین شما قدرت بیشترى نیز در هر انفجار از هر سیلندر بدست مى‌آورید.

وجود توربو / سوپر شارژر در موتور باعث تولید نیروی بیشترى نسبت به حالتى که موتور بدون شارژر است مى‌شود. میزان تقویت توربو/سوپر شارژر به اندازه ۶تا ۸ پوند بر اینچ مربع (psi) است. مى‌دانیم که فشار نرمال اتمسفر در سطح آزاد دریا ۱۴.۷ psi است.

در نتیجه در مى‌یابیم که توربو/سوپر شارژر به اندازه ۵۰% هوای بیشتر به داخل موتور و سیلندر مى فرستند. بنابراین شما انتظار ۵۰% نیروى بیشتر نسبت به حالت عادى دارید. اما کاملا نیز به این مقدار نمى‌رسد بلکه بین ۳۰ تا۴۰ % بهبود مى‌یابد. تفاوت اساسی بین توربو/سوپر شارژر در محل تامین انرژى شان است.

همان انرژى که باعث فشرده شدن هوا مى‌شود. در سوپرشارژر تامین انرژى توسط یک تسمه که به طور مستقیم به موتور متصل است انجام مى‌شود. مانند پمپ آب و ژنراتورها در موتور خودرو که به همین صورت انرژى خود را بدست مى‌آورند. در توربو شارژر این انرژى توسط گازهای خروجی از اگزوز تامین مى‌شود. این گازها با سرعت و فشارى که دارند توربین را به حرکت در مى‌آورند و در نتیجه توربین هم کمپرسور را به حرکت در مىاورد که باعث فشرده کردن هوا مى‌شود.

توربو شارژر کارایى بالاتری نسبت به سوپر شارژرها دارد. زیرا از انرژى تلف شده و گازهای خروجی برای تامین انرژى خود استفاده مى‌کند. ولی توربو شارژر باعث مى‌شود که مقداری فشار برگشتى در سیستم اگزوز ایجاد شود که این فشار برگشتى مى‌تواند باعث کاهش کارایى توربو شارژر تا زمانى که موتور در دور بالا کار مى‌کند شود. نصب کردن سوپر شارژرها راحت تر است ولى تمام مى‌شود