VİDALI KOMPRESÖRLER

 

GENEL BİR VİDALI KOMPRESÖR TESİSİ

1. Vidalı Kompresör 2. Hava Tankı 3. Genel Maksatlı (Ön) Filtre 4. Soğutucu Akışkanlı Kurutucu 5. Hassas Filtre

1. Vidalı Kompresör
2. Hava Tankı
3. Genel Maksatlı (Ön) Filtre
4. Soğutucu Akışkanlı Kurutucu
5. Hassas Filtre

 

VİDALI KOMPRESÖR:

  1. Basınçlı hava ile çalışan makina ve aletlerin ihtiyacı olan basınçlı havayı sağlar. Genelde 7–8 bar arası basınçla çalışır. Elektrikli tesislerde, sabit tip, elektrik motorlu vidalı kompresörler kullanılır. Motor gücü ihtiyaç duyulan hava miktarına bağlı olarak değişir. Yağsız tipleri olmakla birlikte, genel uygulamalar için, kilowatt başına hava debisi daha yüksek olan ve daha uzun vida çalışma ömrü olan yağ enjeksiyonlu vidalı kompresörler tercih edilir.

    HAVA TANKI:

  2. Kompresörün bastığı havadan fazla veya az hava çekildiği anlarda, hava basıncındaki dalgalanmayı önler. Ani hava taleplerini kompresörü yüklemeden karşılar. Kompresörün dengeli çalışmasını sağlar.
    Hava basıncının sabit kalmasına yardımcı olur. Akümülatör veya amortisör görevi yapar.

    GENEL MAKSATLI (ÖN) FİLTRE:

  3. Sadece katı parçacıkları tutan ön filtre veya pulverize yağı tutan genel maksatlı filtre olabilir. Genel maksatlı filtreler kendilerinden sonra kullanılan hassas filtrelerin yükünü azaltarak, kullanım ömürlerinin uzun olmasını sağlar. Kurutucudan önce kullanılan genel maksatlı filtre, kurutucu eşanjörünün içine yağ kaçmasını ve kurutucunun performansının düşmesini önler.
    Genel maksatlı filtreler, yağ ve su zerrelerini tutmalarının yanı sıra, boru içindeki pas, kir ve diğer katı maddelerin sisteme taşınmasını ve basınçlı hava kullanan makina ve aletlere zarar vermesini önler.
    1-5 mikron’dan büyük zerreleri veya 0.5-5 mg/m3’ün üstündeki karışma yoğunluklarını filtreler.HASSAS FİLTRE:
    Basınçlı hava içindeki pulverize yağı (ve kısmen nemi) tutarak, basınçlı hava ile çalışan makina ve aletlerin, istenmeyen (kompresörden kaçan) yağ ve yoğuşumun (paslandırma ve tortu bırakma gibi) olumsuz etkilerinden dolayı hava kullanan makina ve aygıtlara; yağ ve kir bulaştırmasından dolayı imal edilen veya imalatta kullanılan malzemeye zarar vermesini veya işlemin kalitesinin düşmesini önler. (Örneğin: Havaya karışan yağ zerreleri püskürtmeli boyama işlemine zararlıdır.) Hassas filtreler, 0.01 – 0.1 mikron’dan büyük zerreleri veya 0.01 mg/m3 oranını aşan karışma yoğunluklarını filtreler.

    BASINÇLI HAVA SİSTEMİ DEVRE ELEMANLARI VE GÖREVLERİ

  4. • Vida

Vida

Vida

Vidalı kompresörün kalbidir. Erkek rotor ve dişi rotor olarak adlandırılan, bir gövde içerisinde dönen iki adet rotorun dönmesiyle emdiği havayı çıkışına doğru taşıyarak sıkıştırır. Rotorlarının görünüşünden dolayı vida olarak adlandırılır.

• Emiş Regülatörü

Emiş Regülatörü

Emiş Regülatörü

Kompresörün emdiği, dolayısıyla, bastığı havanın miktarını kontrol eder. Emiş regülatörü klapesi tam açık iken, kompresör tam yükte çalışır; yani, tam kapasite hava basar. Emiş regülatörü klapesi kapalı iken, kompresör boşta çalışır, sisteme hava vermez Vidanın üstüne monte edilir.

• Separatör

Separatör

Separatör

Vidanın rotorları vasıtasıyla hava basması için rotorlar ve gövde arasındaki sızdırmazlık yağ yardımıyla sağlanır. Yağ sızdırmazlığın yanısıra, vida içinde sıkışma ve sürtünme sonucu ortaya çıkan ısıyı alır ve vida rulmanlarını yağlar. Vidadan havayla birlikte çıkan ısınmış yağın, havadan ayrılması ve soğutulup, filtre edildikten sonra, tekrar vidaya enjekte edilmesi gerekir. Kompresörün bastığı havadan yağı ayıran filtrelere “separatör” adı verilir.

• Vidalı Kompresör Ünitesi

Vidalı kompresör Ünitesi

Vidalı kompresör Ünitesi

Sabit tip (elektrikli), tek kademeli, yağ enjeksiyonlu vidalı kompresör ünitesi.

Çalışma Prensibi:
Kompresöre yol verilince, ana motor kalkışını tamamlayana kadar kompresör boşta çalışır.

Daha sonra, emiş regülatörü klapesi açılarak kompresör yüke geçirilir. Kompresör içindeki basınç minimum basınç değerini aştığı anda, minimum basınç valfi açılır ve kompresör ünitesi çıkışına hava verir.

Kompresör ünitesi çıkışındaki hava basıncı çalışma basıncı üst sınır değerine yükseldiği anda, emiş regülatörü klapesi kapanarak, kompresör boşa geçer ve basınç çalışma basıncı alt sınır değerine düştüğü anda, tekrar yüke geçer.

Bu şekilde, çalışma basıncı alt ve üst sınır değerleri arasında kompresör çalışmasını sürdürür.

Çalışma esnasında basınç, sıcaklık ve elektrik akımı sınırları aşılırsa, kompresör ünitesinin koruma devreleri tarafından kompresörün çalışması durdurulur.

• Yağ-Hava Soğutucusu

yağ hava soğutucu

yağ hava soğutucu

Yağ enjeksiyonlu vidalı kompresörlerde yağ sızdırmazlık, yağlama ve (vida içinde oluşan ısıyı alan) soğutucu akışkan işlevi görür.

Kompresörün çalışma sıcaklığını dengede tutmak için, ısınan yağın soğutulması gerekir. Yağ vidaya tekrar verilmeden önce, hava soğutmalı radyatörden geçirilerek soğutulur.

Soğutulan yağ, yağ filtresinden geçtikten sonra, vidanın enjeksiyon deliğinden, vida içine girer.

Yağın yanısıra, kompresörden çıkan havanın içindeki nemin yoğuşmasını kolaylaştırmak için, kompresörün bastığı havaya nihai soğutma yapılır ve hava soğutucusundan geçirildikten sonra ünite çıkışına verilir.

• Minimum Basınç Valfi

Vidalı kompresör

Vidalı kompresör

Kompresörün bastığı hava yağ karışımı yağ tankına girer ve yağ tankının çıkışındaki hava separatörden geçip Minimum Basınç Valfi ne gelir. Minimum Basınç Valfi kompresörün yağ tankında belirli bir basınç değeri olmadıkca çıkışa hava geçirmez ve böylece hem yağ dolaşımı hem de emiş regülatörü kontrol havası basıncı korunmuş olur. Ayrıca separatörlere düşük basınçta yağlı havanın hucum etmesini önlemiş olur. Minimum Basınç Valfi aynı zamanda bir geri dönüşsüz valf olup, yağ tankına ters yönde basınçlı hava girişini engeller.

 

VİDALI KOMPRESÖRLERİN GELİŞMESİ,

 

Vidalı kompresör prensibi için ilk kez Almanya’da, Heinrich Krigar tarafından, 24 mart 1878 yılında (4121 patent numarasıyla) patent alındı.

Heinrich Krigar daha sonra tasarımını değiştirip, geliştirerek, 16 Ağustos 1878’de (7116 patent numarasıyla) ikinci bir patent aldı.

Bu patentler vidalı kompresör konusunda kayıtlı ilk patentler olup, Almanya Patent Ofisi’nin kurulmasından sadece bir yıl sonra alınmıştı.

Heinrich Krigar Hannover’de yaşıyordu ve onun tasarım çizimleri birbirinin aynı profile sahip iki rotoru göstermekteydi.

Gerçekte, Krigar’ın tasarımı, Avrupa’da ilk kez 1867’de orya çıkan Root blower rotorlarına benziyordu ama arada önemli bir fark vardı, Krigar’ın tasarımında rotorların lob ve yivleri uzunlukları boyunca 180º sarma yapıyordu (helisel prensiple yer değiştiriyordu). O zaman için daha fazlasını düşünmek ve geliştirmek imalat teknolojisinin yetersizliği dolayısıyla mümkün değildi.

Yarım yüzyıl sonra, İsveç’li buhar türbini üreticisi Ljungstroms Angturbin AB şirketinin baş mühendisi Alf Lysholm modern vidalı kompresörün geliştirilmesine çok önemli katkılar sağladı.
O zamanlar, Lysholm gaz ve buhar türbinlerinde kullanmak için hafif kompresörler araştırmaktaydı. Orijinal patent haklarının sona erdiği zamana denk gelince, Lysholm farklı rotor kombinasyonları denedi.

Sadece rotorların şekli önemli değildi, rotorların hassas işlenmesi problemi de vardı ve Lysholm bu problemi çözüp, rotorların işlenmesi konusunda patent aldı.

1935 yılındaki patent açıkca göstermektedir ki, onun, erkek rotorun dört lobuna karşılık, dişi rotorda beş yiv kullandığı asimetrik profilli rotorları günümüzün vidalı kompresörlerinin doğuşu anlamına gelmektedir ve bu ilk asimetrik profilli dörde beş loblu tasarım yıllarca aynen kullanılmıştır.

 

VİDALI KOMPRESÖR ÇALIŞMA PRENSİBİ

Vidalı kompresör basınçlı hava üretmek için piston yerine birbirine geçmiş rotor çiftinin kullanıldığı pozitif yerdeğiştirmeli makinadır.

Rotorlar bir mil üzerindeki helisel loblardan oluşur. Rotorların biri erkek rotor olarak adlandırılır ve onun helisleri dolgun yuvarlak çıkıntılardan/loblardan oluşur.

Diğer rotor dişi rotor olarak adlandırılır ve erkek rotorun loblarına karşılık gelen yivleri/yuvaları vardır. Tipik olarak, erkek rotorun dört lobuna karşılık, dişi rotorda altı yiv kullanılır(*) .

İki rotor birbirine geçmiş olarak dönerken, erkek rotorun bir turuna karşılık, dişi rotor sadece 240º döner.

Dişi rotorun bir tam tur dönmesi için erkek rotor 1.5 tur döner. Erkek rotorun lob sayısına karşılık dişi rotorun yiv sayısı vida üreticisine göre değişir.

Ama, daima, dişi rotorun yiv sayısı erkek rotorun lob sayısından fazladır.

Erkek rotor hareketini elektrik motorundan veya içten yanmalı motordan alır. Erkek rotorun dört lobu olması bir turda dört kompresyon çevrimi oluşturur.

Böylece, vidalı kompresörler pistonlu kompresörlerle kıyaslandığında dalgalanmıyor sayılacak nitelikte basınçlı hava üretilirler. Basınçlı hava vidalı kompresör ünitesinden çıkarken, dalgasız (sabit akışlı, titreşimsiz) çıkıyor denilebilir

Malzemeler;

1) Hava filtresi 2) Vidalı kompresör 3) Ön basınçlandırma valfi 4) Yağ separatörü 5) Minimum basınç valfi 6) Hava soğutucu radyatör 7) Su tutucu 8) Yağ soğutucu radyatör 9) Yağ filtresi 10) Yağ tahliye vanası 11) Termostat 12) Yağ süpürme hattı 13) Yağ stop valfi 14) Sisteme (Kullanıcılara) 15) Drenaj (su)

1) Hava filtresi 2) Vidalı kompresör 3) Ön basınçlandırma valfi 4) Yağ separatörü
5) Minimum basınç valfi 6) Hava soğutucu radyatör 7) Su tutucu 8) Yağ soğutucu radyatör 9) Yağ filtresi 10) Yağ tahliye vanası 11) Termostat 12) Yağ süpürme hattı
13) Yağ stop valfi 14) Sisteme (Kullanıcılara) 15) Drenaj (su)

1) Hava filtresi 2) Vidalı kompresör 3) Ön basınçlandırma valfi 4) Yağ separatörü
5) Minimum basınç valfi 6) Hava soğutucu radyatör 7) Su tutucu 8) Yağ soğutucu radyatör   9) Yağ filtresi 10) Yağ tahliye vanası 11) Termostat 12) Yağ süpürme hattı
13) Yağ stop valfi 14) Sisteme (Kullanıcılara) 15) Drenaj (su)

Atmosfer havası emilir ve kuru hava filtresinde (1) temizlenerek vida bloğunda (2) sıkıştırılır. Vida bloğu bir elektrik motoru ile tahrik edilir.

Vida bloğuna, rulmanları yağlamak, rotorlar arasında ve gövdeyle conta vazifesi görmek ve soğutma amacıyla çalışma sırasında soğutma yağı püskürtülür. Vida gövdesinin Normal çalışma şartlarında sıkıştırma sıcaklığı sadece 80 °C derece dolayındadır.

Üreticini tavsiyelerine göre sıcaklık 110 °C ye kadar çıkabilir. Bu sıcaklığın aşılması durumunda sistem otamitik olarak durur.
Basınçlı hava yağ karışımı seperatör haznesindeki (4) Filtreler yardımıyla yağdan ayrılır.
Ayrılan yağ, yağ soğutucusundan (8) ve mikro yağ filtresinden (9) geçerek tekrar vida bloğuna püskürtülür. Termoventil, tüm çalışma süresi içerisinde yağ sıcaklığını ayarlar ve optimize eder.

Basınçlı hava, yağ separatöründe (4) yağdan arındırılarak (< 2mg/m3) minimum basınç/çek valfinden (8) geçer ve nihai soğutucuya (6) girer.

Basınçlı hava, nihai soğutucuda çevre sıcaklığının yaklaşık 5 – 10 Kelvin üzerinde bir sıcaklığa indirilir. Bu sayede basınçlı havadaki nemin büyük bölümü de ayrışır. Basınçlı hava çıkışı (14).

Kompresör hakkında;

Yukarıda bir vidalı kompresörün çalışma sistemi şematik olarak gösterilmiştir.

Vidayı tahrik eden motor uygulamaya göre elektrikli veya dizel olabilir. Hava filtresinden emilen hava vida grubunda yağ ile basınçlanır.

Karışım seperatöre gider ve burada basınçlı hava ile yağ ayrışır. Basınçlı hava son soğutucuya gider, yoğuşan nem atılır ve hava tesise gider.

Seperatörde ayrılan yağ, soğutucusuna gider, oradan da yağ filtresinden geçerek tekrar vida grubuna döner.

Kompresör seçerken dikkate alınması gerekli değerler serbest hava debisi, paketin harcadığı enerji, maksimum çalışabileceği ortam sıcaklığı ve kompresörden çıkan basınçlı havanın sıcaklığıdır.

Ayrıca motor ile vida grubu arasındaki aktarma organı da önemlidir.

Günümüzde aktarma organı olarak kayış kasnak, dişli, kaplin ve son yıllarda direk akuple sistemler kullanılabilmektedir.

Vidalı kompresörlerin değişmesi gereken sarf malzemeleri hava filtresi, yağ filtresi, seperatör elemanı ve yağdır.

Bu da kullanıcıya önemli bir bakım avantajı sağlar. Bu malzemelerin ömrü kompresörün çalışma şartlarıyla yakından ilgilidir.
Vidalı kompresörlerde en çok kullanılan kontrol sistemi yükte boşta çalışmadır. Hava tankı önceden ayarlanan bir basınca ulaşana kadar kompresör yükte çalışır. Sonra tanktaki basınç belli bir basınca düşene kadar hava üretmez. Bir süre boşta çalıştıktan sonra durur. Boşta çalışma sırasında tam yükte çalışmanın yaklaşık %30’u kadar enerji tüketir. Bu süre sistemdeki tank hacmi ne kadar büyükse o kadar kısalır.

Tank kapasitesinin vidalı kompresörlerde yükte boşta çalışma şartlarındaki etkisi.

Tank kapasitesinin vidalı kompresörlerde yükte boşta çalışma şartlarındaki
etkisi.

Tank kapasitesinin vidalı kompresörlerde yükte boşta çalışma şartlarındaki
etkisi.

Yukarıdaki grafikte de düşük kapasitelerde tank hacminin harcanan enerjiye etkisi görülebilir.
Sabit kompresör üreticileri de boşta çalışmayı azaltmak için ihtiyaç kadar hava üreten değişken devirli kompresörler üretmeye başladılar. Bu uygulamalarda elektrik motoruna değişken devirli sürücüler takılmaktadır.

Eğer basınçlı havada yağ istenmiyorsa yağsız kompresörler kullanılır: yağsız pistonlu, yağsız vidalı ve sentrifuj kompresörler. Yağsız vidalı kompresörlerde vidaların üstü yüksek sıcaklığa dayanıklı bir malzeme ile kaplanır.

Basınçlı hava kompresörden suya doymuş olarak çıkar. Bu yüzden ilk fırsatta ihtiva ettiği suyu sisteme bırakır. Su borularda korozyona, hava ile çalışan makinelerin bozulmasına, vs neden olur. Kötü etkileri azaltmak için kompresörlerden çiğlenme noktasını
3 ºC’ye indirmek yetiyorsa soğutucu tip, daha düşük çiğlenme noktaları için kimyasal tip kurutucular kullanılmalıdır.

Soğutmalı tip kurutucu

Kimyasal tip kurutucu

Sistemde yağlı kompresör varsa ihtiyaca uygun basınçlı hava filtreleri kullanılabilir. Basınçlı hava sistemlerinde kullanılan tüm makinalar istenen basınçlı hava kalitesine göre seçilmelidir. Hava kalitesini belirlemek için aşağıdaki ISO sınıfları da kullanılabilir.

Basınçlı hava sistemlerinde boşa enerji harcanmasına neden olan en önemli etken hava kaçaklarıdır. Çok küçük kaçaklar bile yılda yüzlerce YTL’ye mal olmaktadır. İşletmeciler hem bu kaçakları tespit ederek kapatmalı, hemde sisteme yeten en düşük basınçta çalışarak kaçaklardan boşa giden hava miktarını azaltmalıdır.

Aşağıda 7 barlık bir sistemdeki deliklerden kaçan havanın ne kadar elektrik tüketimine neden olduğu gösterilmektedir.

Kompresör her bir bar için %7 daha çok enerji harcadıkları gözönüne alınırsa mümkün olan en düşük basınçta çalışmanın önemi daha çok anlaşılır.