مبدأ عمل الضاغط اللولبي ومقارنة الأنواع المغلقة بالكامل وشبه المغلقة والمفتوحة

1. بالمقارنة مع ضواغط التبريد ذات المكابس الترددية، تتمتع ضواغط التبريد اللولبية بسلسلة من المزايا مثل السرعة العالية، والوزن الخفيف، والحجم الصغير، والبصمة الصغيرة، وانخفاض نبضات العادم.

2. لا يحتوي ضاغط التبريد اللولبي على قوة قصور ذاتي للكتلة الترددية، وأداء توازن ديناميكي جيد، وتشغيل مستقر، واهتزاز قاعدة صغير، وقاعدة صغيرة.

3. يتميز ضاغط التبريد اللولبي ببنية بسيطة وعدد قليل من الأجزاء. فهو خالٍ من الأجزاء القابلة للتآكل مثل صمامات الهواء وحلقات المكابس. أما أجزاؤه الرئيسية التي تعمل بالاحتكاك، كالدوارات والمحامل، فتتمتع بقوة عالية ومقاومة للتآكل، كما أن ظروف التشحيم جيدة، مما يقلل من كمية التصنيع واستهلاك المواد، ويطيل دورة التشغيل، ويزيد من موثوقية الاستخدام، ويسهل الصيانة، ويساهم في أتمتة التشغيل.

4. بالمقارنة مع الضاغط ذي السرعة الثابتة، يتميز الضاغط اللولبي بخاصية دفع الغاز قسراً، أي أن الإزاحة لا تتأثر تقريباً بضغط التفريغ، ولا تحدث ظاهرة التذبذب عند انخفاض الإزاحة. وضمن نطاق الظروف، يمكن الحفاظ على كفاءة عالية.

5. يتم استخدام صمام الانزلاق للتعديل، والذي يمكنه تحقيق تعديل الطاقة بشكل متدرج.

6. لا يتأثر الضاغط اللولبي بدخول السائل، ويمكن تبريده عن طريق حقن الزيت، لذلك تحت نفس نسبة الضغط، تكون درجة حرارة العادم أقل بكثير من درجة حرارة النوع المكبسي، وبالتالي تكون نسبة الضغط أحادية المرحلة أعلى.

7. لا يوجد حجم تصفية، لذا فإن الكفاءة الحجمية عالية.

مبدأ عمل وبنية الضاغط اللولبي:

1. عملية الاستنشاق:

يجب تصميم منفذ السحب على جانب المدخل في الضاغط اللولبي بحيث تتمكن حجرة الضغط من سحب الهواء بالكامل، مع العلم أن هذا النوع من الضواغط لا يحتوي على مجموعة صمامات سحب وطرد، ويتم تنظيم الهواء الداخل فقط عن طريق فتح وإغلاق صمام تنظيم. عند دوران الدوار، تكون مساحة أخاديد أسنان الدوارين الرئيسي والمساعد في أقصى اتساع لها عند وصولها إلى فتحة جدار المدخل. يتم طرد الهواء بالكامل، وعند اكتمال الطرد، تصبح أخاديد الأسنان في حالة فراغ. عند دخول الهواء، يتم سحب الهواء الخارجي ويتدفق إلى أخاديد أسنان الدوارين الرئيسي والمساعد على طول المحور. تذكير بصيانة الضاغط اللولبي: عندما يملأ الهواء أخاديد الأسنان بالكامل، ينحرف السطح النهائي لجانب المدخل من الدوار بعيدًا عن مدخل الهواء في الغلاف، ويتم إحكام إغلاق الهواء بين أخاديد الأسنان.

2. عملية الإغلاق والنقل:

عند سحب الهواء من الدوار الرئيسي والدوار المساعد، تُغلق قمم أسنان الدوار الرئيسي والدوار المساعد مع الغلاف، ويُحبس الهواء في أخاديد الأسنان ولا يعود يتدفق للخارج، أي [عملية الإغلاق]. يستمر الدواران في الدوران، وتتطابق قمم الأسنان مع أخاديدها عند طرف السحب، وتتحرك الأسطح المتطابقة تدريجيًا نحو طرف العادم.

3. عملية الضغط وحقن الوقود:

أثناء عملية النقل، يتحرك سطح التعشيق تدريجيًا نحو طرف العادم، أي أن فجوة الأسنان بين سطح التعشيق وفتحة العادم تتقلص تدريجيًا، مما يؤدي إلى انضغاط الغاز في فجوة الأسنان وزيادة الضغط، وهي عملية الضغط. وخلال عملية الضغط، يُرش زيت التشحيم أيضًا في حجرة الضغط نتيجةً لاختلاطه مع هواء الحجرة بفعل فرق الضغط.

4. عملية العادم:

عندما يدور سطح تعشيق الدوار ليتصل بفتحة عادم الغلاف (حيث يكون ضغط الغاز المضغوط في أعلى مستوياته)، يبدأ الغاز المضغوط بالخروج حتى يتحرك سطح تعشيق قمة السن وأخدود السن باتجاه فتحة العادم. عندئذٍ، تصبح المسافة بين سطح تعشيق الدوارين وفتحة عادم الغلاف معدومة، أي أن عملية العادم قد اكتملت. في الوقت نفسه، يصل طول أخدود السن بين سطح تعشيق الدوارين ومدخل هواء الغلاف إلى أقصى حد له، ثم تبدأ عملية سحب الهواء من جديد.

1. ضاغط لولبي مغلق بالكامل

يتميز الهيكل ببنية من الحديد الزهر عالي الجودة ومنخفض المسامية، مما يقلل التشوه الحراري. كما يتميز ببنية مزدوجة الجدران مع قنوات عادم داخلية، مما يمنحه قوة عالية وكفاءة عالية في خفض الضوضاء. تتوازن القوى الداخلية والخارجية للهيكل بشكل أساسي، مما يجعله مقاومًا لخطر الضغط العالي دون الحاجة إلى فتح أو إغلاق جزئي. أما الغلاف الخارجي، فهو مصنوع من الفولاذ عالي القوة، ذو مظهر أنيق ووزن خفيف. وبفضل تصميمه الرأسي، يشغل الضاغط مساحة صغيرة، مما يُسهل تركيب وحدات التبريد متعددة الرؤوس. يُغمر المحمل السفلي في خزان الزيت، مما يضمن تزييته بشكل جيد. كما تم تقليل القوة المحورية للدوار بنسبة 50% مقارنةً بالأنواع المفتوحة أو شبه المغلقة (حيث يعمل عمود المحرك على جانب العادم على تحقيق التوازن). لا يوجد خطر من بروز المحرك الأفقي، مما يضمن موثوقية عالية. كما تم تجنب تأثير وزن دوار اللولب، وصمام الانزلاق، ودوار المحرك على دقة التركيب، مما يُحسّن الموثوقية. يتميز الهيكل بعملية تجميع سهلة وفعّالة. يتميز هذا الضاغط بتصميم رأسي لولبي لمضخة خالية من الزيت، مما يضمن عدم نقص الزيت أثناء التشغيل أو الإيقاف. يُغمر المحمل السفلي بالكامل في خزان الزيت، بينما يعتمد المحمل العلوي على نظام تزييت بفرق الضغط. يتميز هذا النظام بانخفاض متطلبات فرق الضغط، كما يوفر حماية من نقص تزييت المحامل في حالات الطوارئ، مما يُسهل بدء تشغيل الوحدة في المواسم الانتقالية.

العيوب: يتم اعتماد التبريد بالعادم، والمحرك موجود عند منفذ العادم، مما قد يتسبب بسهولة في احتراق ملف المحرك؛ بالإضافة إلى ذلك، لا يمكن التخلص منه في الوقت المناسب عند حدوث عطل.

2. ضاغط لولبي شبه محكم الإغلاق

يُبرَّد المحرك برذاذ سائل، مما يُخفض درجة حرارة تشغيله ويُطيل عمره. أما الضاغط المفتوح فيستخدم محركًا مُبرَّدًا بالهواء، فترتفع درجة حرارة تشغيله، مما يُؤثر على عمره، كما أن بيئة العمل في غرفة الضاغط غير مُلائمة. في حين يُبرَّد المحرك بغازات العادم، ترتفع درجة حرارة تشغيله بشدة، مما يُقصر عمره. عمومًا، يتميز فاصل الزيت الخارجي بحجمه الكبير وكفاءته العالية. أما فاصل الزيت المُدمج في الضاغط، فيكون حجمه صغيرًا، لذا تكون كفاءته أقل. تصل كفاءة فصل الزيت الثانوي إلى 99.999%، مما يضمن تزييتًا جيدًا للضاغط في مختلف ظروف التشغيل.

ومع ذلك، فإن ضاغط اللولب شبه المحكم من نوع المكبس يتسارع من خلال نقل التروس، وتكون السرعة عالية (حوالي 12000 دورة في الدقيقة)، ويكون التآكل كبيرًا، والموثوقية ضعيفة.

3. افتح ضاغط الهواء اللولبي

تتمثل مزايا الوحدة المفتوحة فيما يلي:

1) يتم فصل الضاغط عن المحرك، بحيث يمكن استخدام الضاغط في نطاق أوسع؛

2) يمكن استخدام نفس الضاغط مع مواد تبريد مختلفة. بالإضافة إلى استخدام مواد التبريد الهيدروكربونية المهلجنة، يمكن أيضًا استخدام الأمونيا كمادة تبريد عن طريق تغيير مواد بعض الأجزاء؛

3) يمكن تجهيز المحركات ذات السعات المختلفة وفقًا لأنواع المبردات المختلفة وظروف التشغيل.

4) ينقسم النوع المفتوح أيضاً إلى نوعين: ذو برغي واحد وذو برغيين.

يتكون الضاغط أحادي اللولب من لولب أسطواني وعجلتين نجميتين مستويتين متناظرتين، مثبتتين داخل الغلاف. يشكل مجرى اللولب والجدار الداخلي للغلاف (الأسطوانة) وأسنان التروس النجمية حيزًا مغلقًا. تنتقل الطاقة إلى عمود اللولب، فيُدير اللولب العجلة النجمية. يدخل الغاز (سائل التشغيل) إلى مجرى اللولب من حجرة السحب، ويُطرد عبر منفذ العادم وحجرة العادم بعد ضغطه. يُشابه دور العجلة النجمية دور المكبس في ضاغط المكبس الترددي. عندما تتحرك أسنان العجلة النجمية نسبيًا داخل مجرى اللولب، يتقلص الحيز المغلق تدريجيًا، مما يؤدي إلى ضغط الغاز.

مبدأ عمل الضاغط اللولبي ومقارنة الأنواع المغلقة بالكامل وشبه المحكمة والمفتوحة

يحتوي لولب الضاغط أحادي اللولب على 6 أخاديد لولبية، بينما تحتوي عجلة التروس النجمية على 11 سنًا، أي ما يعادل 6 أسطوانات. تتعشق عجلتا التروس النجمية مع أخاديد اللولب في آن واحد. لذا، فإن كل دورة للولب تعادل تشغيل 12 أسطوانة.

كما هو معلوم، تُشكّل ضواغط اللولب (بما فيها ضواغط اللولب المزدوج والأحادي) النسبة الأكبر من الضواغط الدوارة. فعلى مستوى السوق العالمية، بلغ معدل النمو السنوي لمبيعات ضواغط اللولب 30% خلال العشرين عامًا الممتدة من 1963 إلى 1983. وحاليًا، تُمثّل ضواغط اللولب المزدوج 80% من ضواغط السعة المتوسطة في اليابان وأوروبا والولايات المتحدة. وبالمقارنة، تُشكّل ضواغط اللولب المزدوج، التي تُصنّف ضمن نفس نطاق التشغيل، أكثر من 80% من سوق ضواغط اللولب الإجمالية، وذلك بفضل تقنيات التصنيع المتطورة والموثوقية العالية. أما ضواغط اللولب العادي، فتُمثّل أقل من 20%. فيما يلي مقارنة موجزة بين نوعي الضواغط.

1. الهيكل

يشكل البرغي والترس النجمي في الضاغط أحادي البرغي زوجًا من التروس الكروية، ويجب أن يبقى عمود البرغي وعمود الترس النجمي عموديين في الفراغ. أما في الضاغط ثنائي البرغي، فيُعادل الدواران الذكري والأنثوي زوجًا من التروس، ويجب أن يكون عمودا الدوارين الذكري والأنثوي متوازيين. من الناحية الهيكلية، يصعب ضمان دقة التنسيق بين البرغي والترس النجمي في الضاغط أحادي البرغي، لذا فإن موثوقية الجهاز ككل أقل من موثوقية الضاغط ثنائي البرغي.

2. وضع القيادة

يمكن توصيل كلا النوعين من الضواغط مباشرةً بالمحرك أو تشغيلهما بواسطة بكرة سير. وعندما تكون سرعة الضاغط اللولبي المزدوج عالية، يلزم زيادة سرعة التروس.

3. طريقة ضبط سعة التبريد

تتشابه طرق ضبط حجم الهواء في كلا الضاغطين بشكل أساسي، حيث يمكن لكليهما استخدام الضبط المستمر للصمام المنزلق أو الضبط التدريجي للمكبس. عند استخدام الصمام المنزلق للضبط، يحتاج الضاغط ثنائي اللولب إلى صمام منزلق واحد، بينما يحتاج الضاغط أحادي اللولب إلى صمامين منزلقين في الوقت نفسه، مما يجعل التركيب أكثر تعقيدًا ويقلل من الموثوقية.

4. تكلفة التصنيع

ضاغط أحادي اللولب: يمكن استخدام المحامل العادية لمحامل اللولب وعجلات النجوم، وتكون تكلفة التصنيع منخفضة نسبيًا.

ضاغط اللولب المزدوج: نظرًا للحمل الكبير نسبيًا على دوارات اللولب المزدوج، فإنه يتطلب استخدام محامل عالية الدقة، وتكون تكلفة التصنيع مرتفعة نسبيًا.

5. الموثوقية

ضاغط أحادي اللولب: تُعدّ عجلة النجمة في الضاغط أحادي اللولب جزءًا حساسًا. فبالإضافة إلى المتطلبات العالية لمادة صنعها، يجب استبدالها بانتظام.

ضاغط اللولب المزدوج: لا توجد أجزاء قابلة للتآكل في ضاغط اللولب المزدوج، ويمكن أن يصل وقت التشغيل الخالي من الأعطال إلى 40000 إلى 80000 ساعة.

6. التجميع والصيانة

بما أن عمود البرغي وعمود عجلة النجمة في الضاغط أحادي البرغي يجب أن يظلا عموديين في الفضاء، فإن متطلبات دقة الموضع المحوري والقطري عالية جدًا، لذا فإن سهولة تجميع وصيانة الضاغط أحادي البرغي أقل من سهولة تجميع وصيانة الضاغط ثنائي البرغي.

تتمثل العيوب الرئيسية للوحدة المفتوحة فيما يلي:

(1) من السهل أن يتسرب مانع تسرب العمود، وهو أيضًا موضوع صيانة متكررة من قبل المستخدمين؛

(2) يدور المحرك المجهز بسرعة عالية، ويكون ضجيج تدفق الهواء كبيرًا، كما أن ضجيج الضاغط نفسه كبير نسبيًا، مما يؤثر على البيئة؛

(3) تتطلب مكونات نظام الزيت المعقدة مثل فواصل الزيت المنفصلة ومبردات الزيت تكوينًا، والوحدة ضخمة وغير مريحة في الاستخدام والصيانة.

ضاغط رباعي وثلاثي اللولب

يُحدد الهيكل الهندسي الفريد للضاغط ثلاثي الدوارات انخفاض معدل التسريب فيه مقارنةً بالضاغط ثنائي الدوارات؛ كما يُمكن للضاغط اللولبي ثلاثي الدوارات أن يُقلل بشكل كبير من الحمل على المحمل؛ ويؤدي انخفاض حمل المحمل إلى زيادة مساحة العادم، مما يُحسّن الكفاءة؛ ومن المهم جدًا تقليل تسريب الوحدة تحت أي ظرف من ظروف الحمل، وخاصةً عند التشغيل تحت ظروف الحمل الجزئي، حيث يكون التأثير أكبر.

التنظيم الذاتي للحمل: عندما يتغير النظام، يستجيب المستشعر بسرعة، ويقوم جهاز التحكم بإجراء الحسابات ذات الصلة، وذلك من أجل التنظيم الذاتي بسرعة وبشكل صحيح؛ لا يقتصر التنظيم الذاتي على المشغلات، أو ريش التوجيه، أو الصمامات اللولبية، أو الصمامات المنزلقة، ويمكن تنفيذه بشكل مباشر وسريع وموثوق.