[เครื่องอัดอากาศ] ความรู้พื้นฐาน

เครื่องอัดอากาศเป็นส่วนประกอบหลักของระบบจ่ายอากาศ เป็นอุปกรณ์ที่แปลงพลังงานกลจากตัวขับเคลื่อนหลัก (โดยปกติคือมอเตอร์ไฟฟ้า) เป็นพลังงานแรงดันแก๊ส ซึ่งทำหน้าที่เป็นเครื่องกำเนิดนิวแมติกสำหรับอากาศอัด

ในฐานะที่เป็นเครื่องจักรกำลังประเภทหนึ่ง คอมเพรสเซอร์จะช่วยลดปริมาตรก๊าซและเพิ่มแรงดัน ทำให้เกิดพลังงานจลน์จำนวนหนึ่งซึ่งสามารถใช้เป็นพลังงานกลหรือเพื่อวัตถุประสงค์อื่นได้

แผนผังของระบบอัดอากาศแสดงไว้ด้านล่าง:

1. การจำแนกประเภทตามคำจำกัดความ:

1) เครื่องอัดอากาศแบบปริมาตร: ลดปริมาตรก๊าซและเพิ่มแรงดันแก๊ส

แปลงพลังงานกลให้เป็นพลังงานศักย์

คอมเพรสเซอร์แบบลูกสูบ：ปริมาตรการทำงานเปลี่ยนแปลงเป็นระยะ ในขณะที่ตำแหน่งเชิงพื้นที่ยังคงไม่เปลี่ยนแปลง

คอมเพรสเซอร์โรตารี่: ปริมาณการทำงานเปลี่ยนแปลงเป็นระยะ และตำแหน่งเชิงพื้นที่เปลี่ยนแปลง

2) คอมเพรสเซอร์แบบไดนามิก

เพิ่มความเร็วในการเคลื่อนที่ของโมเลกุลก๊าซ โดยแปลงพลังงานจลน์ของโมเลกุลก๊าซเป็นพลังงานแรงดันแก๊ส ดังนั้นจึงเพิ่มความดันของก๊าซอัด

พลังงานจลน์ → พลังงานศักย์

คอมเพรสเซอร์แบบแรงเหวี่ยง : เป็นคอมเพรสเซอร์ประเภทความเร็ว ในอุปกรณ์นี้ มีใบพัดหมุนอย่างน้อยหนึ่งใบพัด (โดยปกติใบพัดจะอยู่ด้านข้าง) ที่ช่วยเร่งแก๊ส การไหลหลักคือแนวรัศมี

2. การจำแนกประเภทตามแรงดันปล่อย

1) โบลเวอร์: 0.01 ~ 0.1 MPa

2) ความดันต่ำ: 0.2 ~ 1.0 MPa

3) ความดันปานกลาง: 1 ~ 10 MPa

4) แรงดันสูง: 10 ~ 100 MPa

5) แรงดันสูงพิเศษ: > 100 MPa

3. การจำแนกประเภทตามการกำจัด

ขนาดเล็ก: ＜ 1 ลบ.ม./นาที

ขนาดเล็ก: 1 ～ 10 ลบ.ม./นาที

ปานกลาง: 10 ～ 100 ลบ.ม./นาที

ใหญ่: > 100 ลบ.ม./นาที

4. การจำแนกประเภทโดยวิธีทำความเย็น

1) ระบายความร้อนด้วยอากาศ: ใช้อากาศเป็นตัวกลางในการทำความเย็นและทำให้การไหลเวียนของอากาศสมบูรณ์ด้วยพัดลมระบายความร้อนของตัวเอง

2) ระบายความร้อนด้วยน้ำ: ใช้น้ำเป็นตัวกลางในการทำความเย็น โดยติดตั้งหอทำความเย็นเฉพาะหรือระบบหมุนเวียนน้ำหล่อเย็นแบบพิเศษ

5. การจำแนกประเภทตามวิธีการหล่อลื่น

1) หล่อลื่นด้วยน้ำมัน

ก. คอมเพรสเซอร์แบบฉีดน้ำมัน

ข. คอมเพรสเซอร์ไมโครออยล์

2) หล่อลื่นแบบไม่มีน้ำมัน

ก. หล่อลื่นด้วยน้ำ

ข. สกรูแห้ง

ค. ลูกสูบไร้น้ำมัน

ง. แรงเหวี่ยง

3. หลักการทำงานของเครื่องอัดอากาศ

1. เครื่องอัดอากาศแบบลูกสูบ

เมื่อลูกสูบเคลื่อนที่จากจุดศูนย์กลางตายบนไปยังจุดศูนย์กลางตายด้านล่างของกระบอกสูบ ปริมาตรภายในกระบอกสูบจะเพิ่มขึ้นและความดันจะลดลง

เมื่อความดันภายในกระบอกสูบลดลงต่ำกว่าความดันบรรยากาศภายนอก อากาศภายนอกจะดันเปิดวาล์วไอดีต้านแรงดึงสปริงภายใต้ความแตกต่างของความดัน และเข้าสู่กระบอกสูบ (วาล์วไอเสียยังคงปิดอยู่)

เมื่อลูกสูบถึงจุดศูนย์กลางตายด้านล่าง กระบอกสูบจะเต็มไปด้วยอากาศ และความดันของลูกสูบจะเท่ากับความดันบรรยากาศภายนอก เนื่องจากความสมดุลของแรงดัน สปริงวาล์วจะปิดวาล์วไอดี ซึ่งจะทำให้จังหวะไอดีสมบูรณ์

เมื่อลูกสูบเคลื่อนขึ้นจากจุดศูนย์กลางตายด้านล่างไปยังจุดศูนย์กลางตายด้านบน วาล์วไอดีและไอเสียจะปิด และอากาศภายในกระบอกสูบจะถูกบีบอัด

เมื่อลูกสูบเคลื่อนที่ขึ้น ปริมาตรกระบอกสูบจะลดลงอย่างต่อเนื่อง และความดันของอากาศอัดก็เพิ่มขึ้นมากขึ้น นี่คือจังหวะการอัด

เมื่อความดันของก๊าซอัดเกินแรงรวมของแรงดึงสปริงวาล์วและความดันในท่อระบาย วาล์วไอเสียจะเปิดขึ้น และอากาศอัดจะถูกระบายออกทางท่อระบายจนกระทั่งลูกสูบถึงจุดศูนย์กลางตายด้านบน

ณ จุดนี้ อากาศอัดส่วนใหญ่ในกระบอกสูบจะถูกระบายออก ความดันจะลดลงอย่างรวดเร็ว และวาล์วไอเสียจะปิดภายใต้แรงตึงของสปริง นี่คือจังหวะการคายประจุ

จากนั้นลูกสูบจะเคลื่อนลงอีกครั้ง โดยดึงเอาอากาศบริสุทธิ์และเริ่มรอบถัดไป

เครื่องอัดอากาศแบบลูกสูบทำงานในวงจรไอดี การบีบอัด และการปล่อยซ้ำหลายครั้ง

หมายเหตุ: ปัจจุบันเครื่องอัดอากาศแบบลูกสูบในตลาดแรงดันต่ำกำลังค่อยๆ ถูกแทนที่ด้วยเครื่องอัดอากาศแบบสกรู ดังนั้นจำเป็นต้องมีความเข้าใจพื้นฐานเท่านั้น

เครื่องอัดอากาศแบบสกรูแบ่งออกเป็นสองประเภท:

เครื่องอัดอากาศแบบสกรูคู่และเครื่องอัดอากาศแบบสกรูเดี่ยว

1) หลักการทำงานและการแนะนำเครื่องอัดอากาศแบบสกรูคู่

เครื่องอัดอากาศแบบสกรูคู่ประกอบด้วยโรเตอร์ (หรือสกรู) ตัวผู้และตัวเมียแบบขนานที่เชื่อมต่อกันซึ่งหมุนอยู่ภายในกระบอกสูบ

สิ่งนี้จะสร้างการเปลี่ยนแปลงปริมาตรเป็นระยะในช่องว่างระหว่างร่องโรเตอร์ เพื่อให้อากาศถูกลำเลียงอย่างต่อเนื่องในแนวแกนจากด้านดูดไปยังด้านระบาย

ด้วยวิธีนี้ กระบวนการไอดี การบีบอัด และการระบายของเครื่องอัดอากาศแบบสกรูจึงเสร็จสมบูรณ์

ช่องอากาศเข้าและทางออกอยู่ที่ปลายด้านตรงข้ามของคอมเพรสเซอร์

ร่องของโรเตอร์ตัวเมียและฟันของโรเตอร์ตัวผู้ถูกขับเคลื่อนให้หมุนโดยมอเตอร์หลัก

2) หลักการทำงานและการแนะนำเครื่องอัดอากาศแบบสกรูเดี่ยว

เครื่องอัดอากาศแบบสกรูเดี่ยวมีลักษณะพิเศษโดยมีโรเตอร์สกรูเพียงตัวเดียว

อย่างไรก็ตาม ในทางปฏิบัติ จะมีเพลาหมุนได้สามเพลา: โรเตอร์แบบสกรูหนึ่งตัวและล้อดาวสองล้อ (เฟืองดาวเคราะห์) ซึ่งตั้งฉากกับโรเตอร์แบบสกรู ในฐานะสมาชิกของกลุ่มเครื่องอัดอากาศแบบสกรู เครื่องอัดอากาศแบบสกรูเดี่ยวมีข้อดีที่คล้ายกับเครื่องอัดอากาศแบบสกรูคู่ อย่างไรก็ตาม คอมเพรสเซอร์อากาศแบบสกรูเดี่ยวยังไม่ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางในอุตสาหกรรมเนื่องจากปัญหาทางเทคนิคที่ยากลำบากหลายประการที่ยังคงแก้ไขได้ยาก

ก. ชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวได้มากมาย:

เครื่องอัดอากาศแบบสกรูเดี่ยวมีเพลาหมุนสามเพลา

นอกจากนี้ ความแข็งแกร่งของโรเตอร์สกรูและล้อสตาร์วีล (เกียร์ดาวเคราะห์) ยังแตกต่างกันอย่างมาก ทำให้เกิดการเสียรูปไม่สม่ำเสมอระหว่างการทำงาน ซึ่งทำให้ยากต่อการรับรองตาข่ายที่แม่นยำ ส่งผลให้ประสิทธิภาพเชิงปริมาตรต่ำ ในคอมเพรสเซอร์แบบสกรูเดี่ยวที่มีจำหน่ายในท้องตลาด ล้อสตาร์วีลทำจากวัสดุอโลหะซึ่งมีความทนทานต่อการสึกหรอต่ำ ในระหว่างการทำงานที่ความเร็วสูง การสึกหรอหนักจะเพิ่มการรั่วไหลภายใน ส่งผลให้อัตราการไหลลดลงอย่างมากหลังจากใช้งานไประยะหนึ่ง โดยทั่วไปหลังจาก 3,000 ถึง อายุการใช้งาน 4,000 ชั่วโมง อัตราการไหลลดลงโดยเฉลี่ย 5% ถึง 10% ดังนั้น เครื่องอัดอากาศแบบสกรูเดี่ยวจึงมีประสิทธิภาพทางเศรษฐกิจต่ำมากในการใช้งานทางอุตสาหกรรม นอกจากนี้ การเสียรูปที่ไม่สม่ำเสมอและความแม่นยำในการประกบที่ไม่ดีจะลดความเสถียรทางกลของทั้งยูนิต นำไปสู่อัตราความล้มเหลวสูงและอัตราการบำรุงรักษาสูง ซึ่งจำกัดขอบเขตการใช้งานเพิ่มเติม

ข. วัสดุของล้อสตาร์ (เฟืองดาวเคราะห์) จำเป็นต้องได้รับการปรับปรุงเพิ่มเติม

เนื่องจากเป็นหนึ่งในส่วนประกอบหลักของคอมเพรสเซอร์แบบสกรูเดี่ยว ล้อสตาร์จึงทำหน้าที่เป็นซีลเป็นหลัก หากใช้ล้อสตาร์เหล็ก ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนขนาดใหญ่และปริมาตรการขยายตัวของเหล็กจะต้องมีระยะห่างค่อนข้างมากระหว่างล้อสตาร์และสกรู ซึ่งไม่เพียงส่งผลให้เกิดการรั่วไหลสูงและประสิทธิภาพต่ำ แต่ยังอาจทำให้เกิดอาการชักและความล้มเหลวที่สำคัญได้อย่างง่ายดาย หากนำวัสดุคอมโพสิตมาใช้ ปัญหาข้างต้นสามารถหลีกเลี่ยงได้ อย่างไรก็ตาม วัสดุคอมโพสิตในปัจจุบันมีความแข็งแรงต่ำและทนทานต่อการสึกหรอต่ำ วัสดุจะสึกหรอภายใต้แรงเฉือนและแรงเสียดทานทางกลระหว่างการทำงาน ส่งผลให้มีการรั่วไหลภายในเพิ่มขึ้นและมีประสิทธิภาพลดลง การซ่อมแซมบ่อยครั้งยังเพิ่มภาระงานของบุคลากรในการบำรุงรักษาและค่าบำรุงรักษาอีกด้วย การค้นหาวัสดุที่มีความแข็งแรงสูง การขยายตัวต่ำ และความต้านทานต่อการสึกหรอสูงกลายเป็นปัญหาสำคัญอีกประการหนึ่งสำหรับผู้ผลิต อย่างไรก็ตาม ด้วยความก้าวหน้าในปัจจุบันในด้านวัสดุศาสตร์ วิธีแก้ปัญหาขั้นพื้นฐานจึงไม่น่าเป็นไปได้ในระยะสั้น

ค. โปรไฟล์สกรูต้องการการปรับให้เหมาะสมเพิ่มเติม เนื่องจากปัญหาสองข้อข้างต้นและการขาดวิธีแก้ปัญหาที่มีประสิทธิภาพในอนาคตอันใกล้ การส่งเสริมเครื่องอัดอากาศแบบสกรูเดี่ยวจึงมีจำกัด ดังนั้น สถาบันการวิจัยและผู้ผลิตเครื่องอัดอากาศรายใหญ่จึงไม่ได้ลงทุนมากนักในการวิจัยโปรไฟล์แบบสกรูเดี่ยว และไม่มีความคืบหน้าอย่างมีนัยสำคัญ การค้นหาโปรไฟล์สกรูที่เหมาะสมที่สุดเป็นงานสำคัญอีกงานหนึ่งก่อนการส่งเสริมการขายในวงกว้าง อย่างไรก็ตาม เนื่องจากแนวโน้มตลาดที่ไม่ดี ผู้ผลิตรายใหญ่จึงไม่ได้ลงทุนอย่างเพียงพอ ดังนั้นการปรับปรุงขั้นพื้นฐานจึงเป็นเรื่องยากใน ระยะสั้น.

โดยสรุป จากมุมมองของการพัฒนาทางเทคโนโลยีในปัจจุบัน เครื่องอัดอากาศแบบสกรูคู่ไม่เพียงแต่มีความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีเท่านั้น แต่ยังมีความสมบูรณ์ในการใช้งานจริงอีกด้วย

3. คอมเพรสเซอร์แบบแรงเหวี่ยง

ในคอมเพรสเซอร์แบบแรงเหวี่ยง ใบพัดที่มีใบมีดจะหมุนบนเพลาคอมเพรสเซอร์

ก๊าซที่เข้าสู่ใบพัดจะถูกขับเคลื่อนให้หมุนด้วยใบพัด ส่งผลให้พลังงานจลน์ (ความเร็ว) และหัวแรงดันสถิต (ความดัน) เพิ่มขึ้น จากนั้นก๊าซจะออกจากใบพัดและเข้าสู่ตัวกระจายลม ซึ่งความเร็วของก๊าซจะถูกแปลงเป็นความดัน ซึ่งจะเพิ่มความดันต่อไป ก๊าซที่ถูกอัดจะผ่านส่วนโค้งและช่องส่งกลับเพื่อเข้าสู่ใบพัดขั้นต่อไปสำหรับการบีบอัดเพิ่มเติมจนกว่าจะได้แรงดันตามที่ต้องการ

4. เครื่องอัดอากาศแบบวอร์เท็กซ์

เครื่องอัดอากาศประเภท Vortex ประกอบด้วยสกรอลล์สองตัวที่มีโปรไฟล์สมการฟังก์ชันคู่: สโครลแบบโคจรและสกรอลล์แบบคงที่ซึ่งเชื่อมต่อกัน ในระหว่างกระบวนการไอดี การบีบอัด และการปล่อยสกรอลล์แบบคงที่จะถูกติดตั้งบนเฟรม ในขณะที่สกรอลล์แบบโคจรนั้นขับเคลื่อนด้วยเพลาเยื้องศูนย์และถูกจำกัดโดยกลไกป้องกันการหมุน โดยจะเคลื่อนที่ในวงโคจรโดยมีรัศมีเล็กๆ รอบจุดศูนย์กลางของวงกลมฐานของม้วนกระดาษแบบตายตัว ก๊าซจะถูกดึงเข้าไปผ่านตัวกรองอากาศที่ขอบของม้วนกระดาษแบบตายตัว ในขณะที่เพลาเยื้องศูนย์หมุน ก๊าซจะถูกค่อยๆ บีบอัดในห้องอัดรูปจันทร์เสี้ยวหลายห้องที่เกิดขึ้นจากวงโคจรแบบตาข่ายและม้วนแบบตายตัว จากนั้นปล่อยออกอย่างต่อเนื่องผ่านรูตามแนวแกนในส่วนตรงกลางของม้วนแบบตายตัว

5. เครื่องอัดอากาศแบบใบพัด

โรเตอร์ได้รับการติดตั้งอย่างเยื้องศูนย์กลางในห้องอัด มีใบพัด 4 ถึง 6 ใบพัดบนโรเตอร์ที่สามารถเลื่อนตามแนวแกนไปยังศูนย์กลางโรเตอร์ได้ มีการติดตั้งสปริงที่ด้านล่างของใบพัดเพื่อให้ใบพัดสัมผัสกับห้องอัดตลอดเวลา