ما هي التحسينات في كفاءة الوحدة الرئيسية لضاغط الهواء اللولبي المزدوج ذو الزيت الصغير مقارنة بالضاغط اللولبي المزدوج التقليدي؟

تحديد التقنيات الأساسية

تبدأ المقارنة بين نظام الزيت الصغير والنظام التقليدي بفهم مبادئ التشغيل الأساسية الخاصة بهما. معيار ضاغط هواء لولبي مزدوج يعمل بطريقة راسخة لحقن كمية كبيرة من الزيت في غرفة الضغط. يؤدي هذا الزيت العديد من الوظائف المهمة: فهو يعمل كمبرد لامتصاص حرارة الضغط، ويغلق الفجوات بين الدوارات وبين الدوارات والمبيت لمنع التسرب الداخلي، كما يقوم بتشحيم المحامل والتروس. يخرج خليط الهواء والزيت الناتج من غرفة الضغط ويمر عبر عملية فصل متعددة المراحل لإزالة غالبية الزيت قبل تسليم الهواء المضغوط إلى النظام. وفي المقابل أ ضاغط هواء لولبي مزدوج ذو زيت صغير تم تصميمه حول فلسفة تقليل الزيت. لا يزال يستخدم الزيت، لكن الكمية المحقونة يتم التحكم فيها بدقة ويتم تقليلها بشكل كبير. يتطلب هذا النهج إجراء تغييرات في ملفات تعريف الدوار، وتقنية التحمل، واستراتيجيات التبريد لإدارة تأثيرات التشحيم والختم المنخفضة. الفكرة الأساسية هي توفير ما يكفي من الزيت لإجراء عمليات التشحيم والختم الأساسية، وبالتالي تقليل تكاليف الطاقة المرتبطة بمعالجة كمية كبيرة من الزيت.

دور الزيت في الضاغط اللولبي المزدوج التقليدي

في الضاغط اللولبي المزدوج التقليدي المملوء بالزيت أو المشحم، يعد الزيت جزءًا لا يتجزأ من عملية الضغط نفسها. يمكن أن يصل حجم الزيت المتداول إلى أضعاف حجم الهواء الحر الذي يتم توصيله. هذه الكمية الهائلة مطلوبة لأن الزيت هو الوسيلة الأساسية لإزالة الحرارة. أثناء ضغط الهواء، ترتفع درجة حرارته بشكل كبير، ويمتص الزيت، الذي يتم حقنه مباشرة في الدوارات، هذه الحرارة ويحملها بعيدًا إلى مبرد الزيت. وهذا يمنع الهواء المضغوط من الوصول إلى درجات حرارة عالية جدًا مما قد يؤدي إلى تلف المعدات النهائية أو الضاغط نفسه. علاوة على ذلك، تساعد لزوجة الزيت على إنشاء ختم هيدروليكي بين الدوارات الذكرية والأنثوية. يعد هذا الختم ضروريًا للحفاظ على الكفاءة الحجمية؛ وبدون ذلك، سينزلق الهواء من جانب الضغط العالي إلى جانب الضغط المنخفض داخل جيوب الدوار، مما يقلل من كمية الهواء المضغوط بشكل فعال في كل دورة. يشكل الزيت أيضًا طبقة رقيقة بين البراغي الدوارة، مما يمنع تلامس المعدن مع المعدن ويقلل من التآكل. وعلى الرغم من فعاليته، فإن هذا الاعتماد الكبير على النفط يؤدي إلى خسائر متأصلة في الطاقة تتعلق بضخ وفصل وتبريد هذا الحجم الكبير من السوائل.

التحول التشغيلي في نظام النفط الصغير

يمثل تصميم نظام الزيت الصغير تحولًا متعمدًا في كيفية استخدام الزيت. بدلاً من إغراق غرفة الضغط، تستخدم هذه الضواغط نظام حقن أكثر استهدافًا، وغالبًا ما تستخدم فوهات تعمل على تفتيت كمية صغيرة محسوبة من الزيت إلى الغرفة. الهدف ليس استخدام الزيت كمبرد أساسي ولكن ضمان التشحيم الكافي للدوارات والحد الأدنى من الختم للتحكم في التسرب الداخلي. للتعويض عن انخفاض قدرة التبريد للزيت، غالبًا ما تتميز تصميمات الزيوت الدقيقة بطرق تبريد أخرى. يمكن أن يشمل ذلك تبريد هواء أكثر كفاءة لحاوية الضاغط أو استخدام غلاف مبرد بالسائل حول عنصر الضغط. قد تحتوي الدوارات نفسها على طبقات طلاء متخصصة، مثل PTFE أو غيرها من المواد المتقدمة، لتقليل الاحتكاك والتآكل في بيئة منخفضة الزيت. غالبًا ما تكون المحامل من النوع العالي الجودة والمحكم الغلق مدى الحياة ولا يعتمد على الزيت المتداول للتشحيم. تسمح عملية إعادة هندسة عنصر الضغط بالكامل للنظام بالعمل بشكل موثوق مع جزء صغير من الزيت المطلوب تقليديًا، وهو مصدر مكاسب الكفاءة.

تقليل استهلاك الطاقة لتداول الزيت

أحد المجالات الأكثر مباشرة لتحسين الكفاءة في ضاغط الهواء اللولبي المزدوج ذو الزيت الصغير هو تقليل فقدان الطاقة الطفيلية المرتبط بتدوير الزيت. في النظام التقليدي، يلزم وجود مضخة زيت كبيرة لنقل كمية كبيرة من الزيت من الفاصل، من خلال مرشح، إلى مبرد الزيت، ثم إعادته إلى غرفة الضغط عند ضغط أعلى من ضغط الهواء النهائي. تمثل الطاقة المطلوبة لتشغيل هذه المضخة استنزافًا مستمرًا لإجمالي استهلاك الطاقة للنظام. من خلال تقليل حجم الزيت الذي يجب نقله بشكل كبير، يمكن لنظام الزيت الصغير استخدام مضخة زيت أصغر حجمًا وأقل قوة. وهذا يترجم مباشرة إلى انخفاض السحب الكهربائي. علاوة على ذلك، يتم أيضًا تقليل العمل المطلوب لدفع خليط الهواء والزيت عبر الفاصل. ويعني وجود زيت أقل أن الخليط يتمتع بكثافة ولزوجة أقل، مما يؤدي إلى انخفاض الضغط عبر الوعاء الفاصل. وتساهم الطاقة التي يتم توفيرها من خلال عدم الاضطرار إلى التغلب على انخفاض الضغط هذا في التحسين الشامل لكفاءة الوحدة الرئيسية.

انخفاض فروق الضغط الداخلي

داخل غرفة الضغط للضاغط اللولبي المزدوج، يؤدي وجود كمية كبيرة من الزيت إلى خلق كمية معينة من السحب أو المقاومة الديناميكية للسوائل. أثناء دوران الدوارات، يجب عليها ليس فقط تحريك الهواء، بل أيضًا الزيت السميك الذي يملأ الفراغات بين الفصوص والخلوصات. تتطلب هذه المقاومة الداخلية أن يستهلك المحرك طاقة إضافية تتجاوز ما هو مطلوب للضغط الفعلي للغاز. وفي نظام الزيت الصغير، تكون هذه المقاومة الداخلية أقل بكثير. مع وجود كمية أقل بكثير من الزيت في غرفة الضغط، تواجه الدوارات مقاومة أقل لزوجة. وهذا يعني أن المزيد من قوة المحرك يتم توجيهها نحو المهمة الأساسية المتمثلة في ضغط الهواء، ويتم إهدار قدر أقل في خلط الزيت. ويساهم هذا الانخفاض في فقدان الطاقة الداخلية في زيادة كفاءة الحرارة لعنصر الضغط نفسه. يمكن للضاغط تحقيق نفس نسبة الضغط مع عزم دوران أقل، وهو ما يعد تحسنًا أساسيًا في أدائه الميكانيكي والديناميكي الحراري.

تعزيز إدارة الحرارة والكفاءة الحجمية

على الرغم من أن الأمر قد يبدو غير بديهي، إلا أن استخدام كمية أقل من الزيت يمكن أن يؤدي إلى إدارة حرارية أفضل في بعض جوانب الدورة. في الضاغط التقليدي، يمتص الزيت الحرارة، ولكن يجب إزالة هذه الحرارة بعد ذلك بواسطة مبرد زيت كبير، والذي يتطلب في حد ذاته طاقة (للمراوح أو مضخات مياه التبريد). يشغل الحجم الكبير من الزيت أيضًا مساحة داخل جيوب الدوار، مما يقلل بشكل فعال من حجم الهواء الذي يمكن ابتلاعه في كل دورة، مما يؤثر بشكل طفيف على الكفاءة الحجمية. يسمح نظام الزيت الدقيق، حسب تصميمه، بمعالجة كتلة أكبر من الهواء مقارنة بكتلة الزيت. تتم إدارة الحرارة بشكل أكثر مباشرة، غالبًا من خلال غلاف الضاغط، والذي يمكن أن يكون مسارًا أكثر كفاءة لرفض الحرارة في تصميمات معينة. يعني انخفاض حجم الزيت أن هناك مساحة أقل يشغلها سائل غير قابل للضغط داخل غرفة الضغط. وهذا يسمح للدوارات باحتجاز حجم أكبر قليلًا من الهواء في كل دورة، مما يؤدي إلى زيادة هامشية ولكن قابلة للقياس في الكفاءة الحجمية. المزيد من الهواء الذي يتم توصيله لكل وحدة من طاقة الإدخال هو تعريف تحسين أداء الطاقة المحدد.

الآثار المترتبة على الطاقة المحددة (كيلوواط/100 قدم مكعب في الدقيقة)

وينعكس تتويج هذه التحسينات الفردية في المقياس الصناعي الرئيسي للطاقة المحددة، والتي يتم التعبير عنها عادةً بالكيلووات لكل 100 قدم مكعب في الدقيقة (كيلووات/100 قدم مكعب في الدقيقة). يمثل هذا الرقم كمية الطاقة الكهربائية اللازمة لإنتاج تدفق معين من الهواء المضغوط عند ضغط محدد. نظرًا للتأثيرات المجمعة لانخفاض طاقة مضخة الزيت، وانخفاض السحب الداخلي، والكفاءة الحجمية الأفضل بشكل طفيف، فإن ضاغط الهواء اللولبي المزدوج ذو الزيت الصغير سيُظهر بشكل عام تصنيف طاقة محدد أقل من الطراز التقليدي المماثل. على سبيل المثال، عندما يكون للضاغط التقليدي طاقة محددة تبلغ 18 كيلووات/100 قدم مكعب في الدقيقة، فإن إصدار الزيت الصغير بنفس القدرة قد يحقق 17 كيلووات/100 قدم مكعب في الدقيقة أو أقل. هذا الاختلاف، على الرغم من أنه يبدو صغيرًا على أساس كل وحدة، يتراكم في توفير كبير في تكاليف الطاقة على مدار العمر التشغيلي للضاغط، خاصة في التطبيقات ذات ساعات التشغيل العالية. يعد هذا التخفيض في الطاقة المحددة هو الدليل الأكثر مباشرة وقابل للقياس لتحسين كفاءة الوحدة الرئيسية.

تآزر نظام التصميم والتحكم

غالبًا ما يتم تضخيم فوائد الكفاءة لتصميم الزيت الصغير عند إقرانها باستراتيجيات التحكم الحديثة، وأبرزها محركات الأقراص ذات السرعة المتغيرة (VSD). يسمح VSD للضاغط بمطابقة سرعة محركه وإخراج الهواء بدقة مع الطلب المتقلب للمحطة، مما يؤدي إلى تجنب هدر الطاقة المرتبط بالتشغيل بحمولة كاملة ثم التنفيس أو التباطؤ. توفر الكفاءة المتأصلة لعنصر ضغط الزيت الصغير خطًا أساسيًا أفضل يمكن أن يعمل منه VSD. عندما يكون الطلب منخفضًا، يعمل نظام VSD على إبطاء عمل الضاغط. في ماكينة الزيت الصغيرة، يوجد انخفاض في دوران الزيت وانخفاض السحب الداخلي في جميع السرعات، مما يعني الحفاظ على ميزة الكفاءة عبر نطاق التشغيل بأكمله، وليس فقط عند التحميل الكامل. يتيح هذا التآزر بين التصميم الأساسي الفعال ونظام التحكم الذكي توفير الطاقة بشكل يتجاوز ما يمكن أن تحققه أي من التقنيتين بمفردها، لا سيما في سيناريوهات التحميل الجزئي الشائعة في معظم البيئات الصناعية.