تويت
ضاغط الهواء
ضاغط الهواء air compressor، هو آلة تعمل على تحريك ورفع طاقة الهواء (الغاز) المار عبرها، ونقله مضغوطاً عبر أنابيب إلى أماكن الاستخدام، أو تخزينه بحالة مضغوطة ونقله بعد ذلك إلى تلك الأماكن. يتم تقديم الطاقة للضاغط من محرك كهربائي أو محرك احتراق داخلي (ديزل)، ويتم نقل الحركة من المحرك إلى الضاغط بوصله مباشرة إلى محور الدوران أو عن طريق جملة نقل حركة. ويُوصف الضاغط بمجموعة البارامترات الآتية التي تميز ضاغطاً من آخر:
ـ التدفق (ويقاس بالمتر المكعب في الثانية m3/s) ويعرف بأنه كمية الهواء المارة عبر الضاغط في واحدة الزمن.
ـ ضغط الغاز عند مقطع الدخول إلى الآلة P1 ويقاس بالباسكال (Pa)، وكذلك الضغط عند مقطع الخروج P2[Pa ] ويقاس بالباسكال (Pa) أيضاً، أي من خلال معامل الانضغاطية الذي يعرف بأنه ضغط الغاز عند مقطع الخروج منسوباً إلى ضغط الغاز عند مقطع الدخول.
ـ سرعة دوران الضاغط n وتقدر بعدد الدورات في الدقيقة (r.p.m).
ـ الاستطاعة على محوره N وتقدر بالواط (watt).
تُصنف الضواغط على أنها إحدى آلات الجريان التي تحوي أيضاً المضخات pumpsوالمراوح fans والعنفات turbine. وتتميز الضواغط من المضخات بأنها تقدم الطاقة للهواء والغازات، في حين تقدم المضخات الطاقة للمائع (ماء، زيوت، …).
تتشابه الضواغط مع المراوح في عملهما على تحريك طاقة الهواء (الغاز) ورفعها، إلا أن المراوح تعمل بمعامل انضغاطية أصغر بكثير من ذلك الذي تعمل عليه الضواغط.
تمثل الأنواع الثلاثة المذكورة (ضواغط ومراوح ومضخات) أنواع آلات الجريان التي تقدم الطاقة للسائل، في حين تمثل العنفات الآلات التي تستفيد من طاقة السائل لتحولها إلى طاقة ميكانيكية تستخدم لتدوير منوِّبة وتوليد الطاقة الكهربائية. وتتشابه آلات الجريان كلها عموماً من حيث التصميم والشكل والأداء.
تصنيف الضواغط
تُصنف الضواغط حسب مبدأ عملها، في ثلاثة أنواع:
ـ الضواغط الحجمية (أو ذات الإزاحة الموجبة positive-displacement compressors)، وتعمل عن طريق الضغط المباشر على السائل من خلال تغير الحجم الذي يحوي هذا السائل (الهواء أو الغاز).
ـ الضواغط الحركية dynamic compressors (أو ذات الريش)، وتعمل عن طريق تحريك الغاز قسرياً وتحويل طاقته الحركية إلى طاقة كامنة (طاقة ضغط).
ـ وهناك نوع ثالث، هو الضواغط النفاثةjet - type compressors التي تعتمد على مزج تيارين مختلفي القدرة من سائلين، مما يؤدي إلى رفع طاقة السائل ذي الطاقة الأخفض.
يحتوي كل صنف من الصنفين الأولين على أشكال وأنواع مختلفة من حيث التصميم والأداء، إلا أنها تعمل وفق المبدأ ذاته.
الضواغط الحجمية:
ـ الضاغط المكبسي reciprocating compressor: وهو مؤلف من مكبس يتحرك داخل أسطوانة بشوطين؛ شوط سحب يكون خلاله صمام السحب مفتوحاً ويدخل الهواء (الغاز) إلى حجرة المكبس، وشوط دفع (ضغط) يتحرك خلاله المكبس بالاتجاه المعاكس، مما يؤدي إلى تقليل حجم الحجرة التي تحوي الهواء ومن ثم انضغاطه عند وصول قيمة ضغط الهواء إلى حد معين، يؤدي إلى أن يُفتح صمام الدفع ويخرج الهواء المضغوط من الحجرة، كما هو مبين في الشكل 1.
ـ الضاغط الدوراني rotary compressor: وهو محور دوران متوضع بشكل لا مركزي داخل الغلاف الخارجي للضاغط، ومزود بصفائح قابلة للحركة قطرياً، بحيث تبقى ملامسة للجدار الداخلي لجسم الضاغط. يتغير الحجم الذي يحوي السائل في أثناء دوران المحور، مما يؤدي إلى انضغاطه في أثناء حركته من قسم السحب إلى قسم الدفع، كما هو مبين في الشكل 2، ويميز من هذه الضواغط نوعان:
أـ ضاغط دوراني ذو ريشة ثابتة rotary compressor with stationary.
ب ـ ضاغط دوراني ذو ريَش متحركةvane- type rotary compressor.
ـ الضاغط الحلزوني screw compressor: يتكون من محورين مسننين معشقين فيما بينهما، أحدهما قائد والثاني مقاد، يملأ الغاز التجاويف بين المسننات وفي أثناء الدوران يضغط و ينتقل من جزء السحب إلى جزء الدفع.
الضواغط الحركية: وهي على نوعين أيضاً:
1ـ الضواغط النابذة المركزية centrifugal compressors: وهي دوارة تحوي مجموعة من الريش، بحيث يدخل الهواء إلى الجزء العامل موازياً محور الدوران، ويخرج منه عمودياً على هذا المحور (أي بشكل قطري).
2ـ الضواغط المحورية axial compressors: وتتألف أيضاً من مجموعة من الريش، يدخل إليها الهواء ويخرج منها موازياً محور الدوران.
يبيّن الجدول (1) مقارنة بين الأنواع الأربعة المذكورة أعلاه من حيث مجالات التدفق ومعامل الانضغاط وعدد الدورات التي يمكن أن تعمل بها.
تطبيقات ضاغط الهواء
يستخدم ضاغط الهواء في الكثير من المنشآت الصناعية وفي الكثير من الاستخدامات اليومية التي تصادف. فمثلاً يستخدم الضاغط في ورشات صيانة السيارات، حيث يوفر الهواء المضغوط من أجل ملء الإطارات المطاطية، ومن أجل تنظيف هذه السيارات بالهواء، كما يُشاهد استخدام آخر له في ورشات الدهان، حيث يستخدم الهواء المضغوط في بخ السطوح المراد دهانها؛ وذلك عبر تمرير الهواء المضغوط إلى حجرة مزج يمتزج فيها مع الدهان ويخرجان معاً عند الاستخدام. كما يستخدم في عيادات أطباء الأسنان لإدارة العنفة (التوربين) في المقبض الحامل لريش الحفر، ويستخدم في المشافي لضغط الأكسجين وتخزينه في عبوات للاستخدام عند الحاجة.
يُعدّ ضاغط الهواء عنصراً أساسياً لا يمكن الاستغناء عنه في دارات التبريد بجميع أنواعها (المكيفات وأنظمة التكييف المركزي، البرادات، …) وكذلك في محطات توليد الطاقة الغازية والبخارية. ومن الجدير بالذكر أن اختيار الضاغط العامل في هذه الحالات يعتمد إضافة إلى ما ذكر أعلاه من مواصفات على الدورة الحرارية التي يخضع لها الغاز أثناء في عملية الانضغاط ضمن الضاغط، ومن ثم على المواصفات الحرارية للغاز الخارج من الضاغط وملحقاته (المكثف في حالة دارات التبريد).
تلاقي الضواغط الهدروليكية استخداماً واسع الانتشار في الآلات الهندسية الإنشائية، ويستخدم ضاغط الهواء بفاعلية في الكثير من أنواع هذه الآلات، فعلى سبيل المثال لا الحصر، فهو يمثل العنصر الرئيسي في:
ـ مطارق التكسير اليدوية jackhammers: إذ يوفر ضاغط الهواء، الهواء المضغوط اللازم لتحريك إزميل الحفر، والذي يتحرك حركةً ترددية بوساطة حجز الهواء المضغوط وتحريره عبر آلية محددة صممت لهذا الغرض (الشكل 3).
ـ مكنات التثقيب الهوائيةpneumatic drilling machines : يعمل ضاغط الهواء فيها على توفير الهواء المضغوط اللازم لتحريك مكنة الحفر، أما في مكنات التثقيب الهدروليكية hydraulic drilling machinesفيستخدم ضاغط الهواء من أجل تنظيف الثقوب المحفورة من نواتج الحفر (الشكل 4).
وتستخدم الضواغط أيضاً في تطبيقات كثيرة أخرى للحفر في أعمال التنقيب واستكشاف النفط، وحفر القنوات والأنفاق وغيرها.
عاصم قداح
ضاغط الهواء air compressor، هو آلة تعمل على تحريك ورفع طاقة الهواء (الغاز) المار عبرها، ونقله مضغوطاً عبر أنابيب إلى أماكن الاستخدام، أو تخزينه بحالة مضغوطة ونقله بعد ذلك إلى تلك الأماكن. يتم تقديم الطاقة للضاغط من محرك كهربائي أو محرك احتراق داخلي (ديزل)، ويتم نقل الحركة من المحرك إلى الضاغط بوصله مباشرة إلى محور الدوران أو عن طريق جملة نقل حركة. ويُوصف الضاغط بمجموعة البارامترات الآتية التي تميز ضاغطاً من آخر:
ـ التدفق (ويقاس بالمتر المكعب في الثانية m3/s) ويعرف بأنه كمية الهواء المارة عبر الضاغط في واحدة الزمن.
ـ ضغط الغاز عند مقطع الدخول إلى الآلة P1 ويقاس بالباسكال (Pa)، وكذلك الضغط عند مقطع الخروج P2[Pa ] ويقاس بالباسكال (Pa) أيضاً، أي من خلال معامل الانضغاطية الذي يعرف بأنه ضغط الغاز عند مقطع الخروج منسوباً إلى ضغط الغاز عند مقطع الدخول.
ـ سرعة دوران الضاغط n وتقدر بعدد الدورات في الدقيقة (r.p.m).
ـ الاستطاعة على محوره N وتقدر بالواط (watt).
تُصنف الضواغط على أنها إحدى آلات الجريان التي تحوي أيضاً المضخات pumpsوالمراوح fans والعنفات turbine. وتتميز الضواغط من المضخات بأنها تقدم الطاقة للهواء والغازات، في حين تقدم المضخات الطاقة للمائع (ماء، زيوت، …).
تتشابه الضواغط مع المراوح في عملهما على تحريك طاقة الهواء (الغاز) ورفعها، إلا أن المراوح تعمل بمعامل انضغاطية أصغر بكثير من ذلك الذي تعمل عليه الضواغط.
تمثل الأنواع الثلاثة المذكورة (ضواغط ومراوح ومضخات) أنواع آلات الجريان التي تقدم الطاقة للسائل، في حين تمثل العنفات الآلات التي تستفيد من طاقة السائل لتحولها إلى طاقة ميكانيكية تستخدم لتدوير منوِّبة وتوليد الطاقة الكهربائية. وتتشابه آلات الجريان كلها عموماً من حيث التصميم والشكل والأداء.
تصنيف الضواغط
تُصنف الضواغط حسب مبدأ عملها، في ثلاثة أنواع:
ـ الضواغط الحجمية (أو ذات الإزاحة الموجبة positive-displacement compressors)، وتعمل عن طريق الضغط المباشر على السائل من خلال تغير الحجم الذي يحوي هذا السائل (الهواء أو الغاز).
ـ الضواغط الحركية dynamic compressors (أو ذات الريش)، وتعمل عن طريق تحريك الغاز قسرياً وتحويل طاقته الحركية إلى طاقة كامنة (طاقة ضغط).
ـ وهناك نوع ثالث، هو الضواغط النفاثةjet - type compressors التي تعتمد على مزج تيارين مختلفي القدرة من سائلين، مما يؤدي إلى رفع طاقة السائل ذي الطاقة الأخفض.
يحتوي كل صنف من الصنفين الأولين على أشكال وأنواع مختلفة من حيث التصميم والأداء، إلا أنها تعمل وفق المبدأ ذاته.
الضواغط الحجمية:
 |
| الشكل (1) |
ـ الضاغط الدوراني rotary compressor: وهو محور دوران متوضع بشكل لا مركزي داخل الغلاف الخارجي للضاغط، ومزود بصفائح قابلة للحركة قطرياً، بحيث تبقى ملامسة للجدار الداخلي لجسم الضاغط. يتغير الحجم الذي يحوي السائل في أثناء دوران المحور، مما يؤدي إلى انضغاطه في أثناء حركته من قسم السحب إلى قسم الدفع، كما هو مبين في الشكل 2، ويميز من هذه الضواغط نوعان:
 |
| الشكل (2) |
ب ـ ضاغط دوراني ذو ريَش متحركةvane- type rotary compressor.
ـ الضاغط الحلزوني screw compressor: يتكون من محورين مسننين معشقين فيما بينهما، أحدهما قائد والثاني مقاد، يملأ الغاز التجاويف بين المسننات وفي أثناء الدوران يضغط و ينتقل من جزء السحب إلى جزء الدفع.
الضواغط الحركية: وهي على نوعين أيضاً:
1ـ الضواغط النابذة المركزية centrifugal compressors: وهي دوارة تحوي مجموعة من الريش، بحيث يدخل الهواء إلى الجزء العامل موازياً محور الدوران، ويخرج منه عمودياً على هذا المحور (أي بشكل قطري).
2ـ الضواغط المحورية axial compressors: وتتألف أيضاً من مجموعة من الريش، يدخل إليها الهواء ويخرج منها موازياً محور الدوران.
يبيّن الجدول (1) مقارنة بين الأنواع الأربعة المذكورة أعلاه من حيث مجالات التدفق ومعامل الانضغاط وعدد الدورات التي يمكن أن تعمل بها.
|
||||||||||||||||||||
| الجدول (1) |
يستخدم ضاغط الهواء في الكثير من المنشآت الصناعية وفي الكثير من الاستخدامات اليومية التي تصادف. فمثلاً يستخدم الضاغط في ورشات صيانة السيارات، حيث يوفر الهواء المضغوط من أجل ملء الإطارات المطاطية، ومن أجل تنظيف هذه السيارات بالهواء، كما يُشاهد استخدام آخر له في ورشات الدهان، حيث يستخدم الهواء المضغوط في بخ السطوح المراد دهانها؛ وذلك عبر تمرير الهواء المضغوط إلى حجرة مزج يمتزج فيها مع الدهان ويخرجان معاً عند الاستخدام. كما يستخدم في عيادات أطباء الأسنان لإدارة العنفة (التوربين) في المقبض الحامل لريش الحفر، ويستخدم في المشافي لضغط الأكسجين وتخزينه في عبوات للاستخدام عند الحاجة.
 |
| الشكل (3) |
تلاقي الضواغط الهدروليكية استخداماً واسع الانتشار في الآلات الهندسية الإنشائية، ويستخدم ضاغط الهواء بفاعلية في الكثير من أنواع هذه الآلات، فعلى سبيل المثال لا الحصر، فهو يمثل العنصر الرئيسي في:
ـ مطارق التكسير اليدوية jackhammers: إذ يوفر ضاغط الهواء، الهواء المضغوط اللازم لتحريك إزميل الحفر، والذي يتحرك حركةً ترددية بوساطة حجز الهواء المضغوط وتحريره عبر آلية محددة صممت لهذا الغرض (الشكل 3).
ـ مكنات التثقيب الهوائيةpneumatic drilling machines : يعمل ضاغط الهواء فيها على توفير الهواء المضغوط اللازم لتحريك مكنة الحفر، أما في مكنات التثقيب الهدروليكية hydraulic drilling machinesفيستخدم ضاغط الهواء من أجل تنظيف الثقوب المحفورة من نواتج الحفر (الشكل 4).
وتستخدم الضواغط أيضاً في تطبيقات كثيرة أخرى للحفر في أعمال التنقيب واستكشاف النفط، وحفر القنوات والأنفاق وغيرها.
عاصم قداح