تاریخچه کمپرسور
بسياري از پيشرفتهاي تكنولوژي امروزي اقتباس تكامل يافته اي ازدستاوردهاي مراحل نخستين زندگي بشر مي باشند.
به عنوان مثال، اولين مورد استفاده از کمپرسور هواي فشرده مربوط به زماني است كه انسان نخستين با دميدن به كنده هاي نيم سوزي كه بر اثر صاعقه بوجود آمده بود، آتش را روشن نگه مي داشت.
هواي مورد نياز براي دميدن را شش هاي وي كه كمپرسوري خدادادي با مشخصات شگفت انگيز است، تأمين مي كرد. شش هاي انسان عادي قادر است ١٠٠ ليتر در دقيقه و يا شش مترمكعب درساعت با فشاري معادل ٠,٠٨- ٠,٠٢ بار تأمين كند .
درصورت سالم بودن،اين كمپرسور اوليه انساني به نحو شايسته و بدون رقيب و بي وقفه كار كرده و هزينه نگهداري و تعميرات آن درحدصفر مي باشد.
اهميت كيفي اين كمپرسور طبيعي در روشن كردن اولين آتش است. چون اگر شش ها ي انسان درانجام اين امر مهم قاصر بود، بدون شك تمدن امروزي بشرمسير ديگري را طي مي كرد.
اما در سه هزارسال قبل ازميلاد حضرت مسيح، زمانيكه بشر فلزاتي ازقبيل طلا، مس، قلع و سرب را كه بصورت خالص درطبيعت وجود داشت كشف كرد و همچنين پس ازگذشت چندي، هنگاميكه براي احياء اكسيد اين فلزات، كه در واقع اولين مواد خام براي استفاده فلزكاران جهت مصنوعات فلزي آن روز بود، احتياج به عمل ذوب و توليد هواي فشرده براي ايجاد حرارت مورد نياز را داشت.
دراين هنگام كمپرسور انساني يعني شش ها ديگر قادربه تأمين هواي مورد نياز نبودند. براي رفع اين مشكل و ايجاد دماي حدود يك هزار درجه سانتي گراد ازكمپرسور قوي تر ديگري كه آنهم به دست طبيعت ساخته شده بود، استفاده كرد.
بايد توجه داشت كه اختراع دمي (اولين كمپرسور مكانيكي) را بايد به عنوان تولدي تازه براي توليد هواي فشره به حساب آورد. اين وسيله و دستگاه هائي كه توسط چرخ دوار آبي كار مي كردند، تا دويست سال بعد بدون وقفه مورد استفاده قرارگرفتند.
درحدود سال هاي١٧٠٠ ميلادي حجم كوره ها ي ذوب فلزات رو به افزايش گذاشت. ولي دستگاه هاي دمي موجوددرآن زمان از عهده انجام كارهاي مربوط به گداخت اين كوره ها بر نمي آمدند. تا سرانجام براي اولين بار جان اسميتون (John Smeaton) درسال ١٧٦٢ ميلادي سيلندرهوائي را اختراع كرد.
اين دستگاه هرچند بسيار ابتدائي بود ولي به هرصورت براي كوره هاي موجود مورد استفاده قرارگرفت. زيرا ساخت يك سيلندر دقيق و خوب براي توليد هواي فشرده درآن زمان امكان پذير نبود.
وضعيت كار به همين منوال ادامه داشت تا اينكه درسال١٧٧٦ ميلادي جان ويلكينسون دستگاه ماشين تراشي براي ساختن توپ اختراع كرد كه توسط آن مي شد سيلندرهاي دقيقي از فولاد ريختگي را تراشيد.
اولين دستگاه هواي فشرده دقيق توسط ويلكينسون ساخته و در كارگاهش نصب شد. اين كمپرسور مكانيكي فقط قادر بود هواي فشرده اي با فشاري برابر يك بار توليد كند و تراكم بيش از آن امكان پذير نبود. چرا كه درصورت افزايش فشار، دماي كمپرسور زياد شده و بندها و تسمه هاي چرمي كه به سوپاپ هاي چوبي اتصال داشتند تاب حرارت را نياورده و از بين مي رفتند.
اولين انتقال عظيم و موفق هواي فشرده هنگام تسريع در ساختمان تونل مونت سنيس (Mt.CeNis) دركوه هاي آلپ سويس صورت گرفت. اين تونل پس از تكميل داراي دو ريل و طولي برابر 13.6 كيلومتر بود.
عمليات احداث تونل درسال ١٨٥٧ با استفاده از چكش هاي دستي شروع شد. ولي با سرعتي كه كار حفاري پيش مي رفت، ساختن اين تونل سي سال به طول مي انجاميد. بنابراين از روي ضرورت و اجبار مديران راه آهن تصميم گرفتند از چكش هاي بادي كه با هواي فشرده با فشار ٦ آتمسفر كار مي كردنداستفاده كنند.
ساختن كمپرسورها چهارسال طول كشيد و در دو دهانه تونل نصب شد. درطول اين مدت نيز چكش هاي بادي، توسط مهندس ارشد تونل ها جرمن سوميلر (GermainSommeiller) طراحي شد تا مورد استفاده قرارگيرد .
بايد توجه داشت كه مشكلات و گرفتاريهائي كه در كار اين كمپرسورها و چكشهاي مربوطه به وجود آمد، باعث پيشرفتهاي فراواني در زمينه ساختمان كمپرسورهاو چكشهاي بعدي شد و فن حفاري تونل گامي بزرگ به سوي تكامل برداشت.
لازم به توضيح است كه هردو كمپرسور از نوع خنك شونده آبي بودند، كه آب براي خنك كردن هواي داخل سيلندرهااستفاده مي شد.
اين طرح ظاهرا قديمي، سعي و كوششي بود كه درجهت تكامل و پيشرفت و توسعه دمي هاي هوائي قبلي صورت گرفته بود. زيرا مهندسين و طراحان از بوجود آمدن يك ديواره حرارتي بين سيلندرها،سوپاپها، شيرها و دريچه ها كه به صورت مشكل غيرقابل حلي جلوه گر مي شد، بيم داشتند.
خوشبختانه دردسرهاي جدي و متعدد اين سوپاپها و دريچه ها كه به صورت ظاهر شدن فواره آب درآنها به سرعت بروز كرد، باعث به وجود آمدن تكنيك ها ي جديد و ماندني به صورت پيستونهاي آبي شد. همچنين مشكلات موجود در اولين كوشش براي استفاده از اين چكش هاي سنگ شكن در حدي بود كه براي بهره برداري از ٩ دريل، ٥٤ عدد از آن در كارگاه در دست تعمير بودند.
هنگاميكه دوگروه حفاري به يكديگر رسيدند، تقريبا از ٧٠٠٠ متر لوله براي انتقال هواي فشرده اي كه از دهانه ها تا قسمت اصلي حفاري كشيده شده بود، استفاده مي شد. اين اقدام نشان دادكه نيروي هواي فشرده تا مسافت هاي دور نيز قابل انتقال و استفاده مي باشد.
اخبار مربوط به حفر تونل مونت سنيس در روزنامه ها و مجلات صنعتي چاپ شد و مورد توجه اكثر مردم ومهندسين و دانشمندان درسراسر جهان قرارگرفت. بحث و ابراز عقيده و دادن راهكارهاي لازم درباره امكانات ايجاد و ساخت شبكه هاي انتقال نيروي هواي فشرده و تغذيه و استفاده صنايع و تجارت از اين نيرو، رونق گرفت.
در سال ١٨٧٥ درنزديكي منطقه اي صنعتي واقع درجنوب سوئد، بزرگترين كارخانه هيدروالكتريك (توليد نيروي برق از آب ) به قدرت اوليهkw٣٦٠٠ و قابل توسعه تاkw١٣٠٠٠٠ براي تأمين نيروي لازم و به حركت درآوردن كمپرسورهاي توليد هواي فشرده ايجاد شد. ولي اين پروژه موفقيت اقتصادي مطلوبي را در پي نداشت.
با استفاده از ابزارها و وسايل بادي، قدرت و شعاع عمل دست بشر، بدون آنكه از ميزان حساسيت، دقت و انعطاف پذيري غيرقابل رقابتش كاسته شود به مقدار قابل ملاحظه اي توسعه يافته و پيشرفت كرده است و اين ضروري ترين مسئله اي است كه در انجام كار بايد صورت بگيرد.
ابزارهاي هوائي كم وزن، جمع وجور، بادوام،مطمئن و دقيق اند. كاركردن با آنها براي فرد ايجاد خستگي نكرده و داراي ايمني بالايي مي باشند. هواي فشرده براي كنترل ونظارت، تنظيم از راه دور و نزديك و انجام فرمان هاي متناوب و زمان دار وگاهي نيز همراه و همزمان و هماهنگ با سيستم هاي هيدروليكي، الكتريكي و الكترونيكي براي انجام مقاصد مورد نظر، درخدمت بشر در آمده است.
باگسترش چشمگيري كه در نيمه دوم قرن نوزدهم براي صنايع به وقوع پيوست ، توليد انبوه محصولات و ضرورت دستيابي به دبي و فشار بالاتر و محدوديت هائي كه كمپرسورهاي تناوبي در دبي زياد دارند باعث شد تا صنعتگران مجبور شوند در فكر طراحي و ساخت انواع جديدتري ازكمپرسورهاباشند.
هرچند كه كمپرسورهاي تناوبي ازنظر قابليت دستيابي به فشار بالا و راندمان هنوز هم مناسب ترين كمپرسورها مي باشند ولي بالا بودن قيمت اوليه، محدوديت دستيابي به دبي زياد ، پائين بودن قابليت اعتماد، توقف هاي ناخواسته همراه با بالابودن هزينه هاي تعميرات عملا باعث گرديد تا اين كمپرسور ها قادر به تأمين تمامي نيازهاي صنايعي كه با رشدي شتابان درحال گسترش بودند نباشد .
به همين خاطر ازاواخر دهه ١٨٦٠ نسل جديدي ازكمپرسورها كه درحين دارا بودن بسياري از ويژگيهاي مطلوب كمپرسور هاي تناوبي، قادر به تراكم و جابجا كردن حجم وسيعتري ازگاز بودند ابداع گرديدكه به لحاظ ماهيت رفتار ظاهري به كمپرسورهاي دوراني(Rotary) معروف شدند.
كمپرسورهاي گوشواره اي (Lobe) را مي توان اولين نمونه ازكمپرسورهاي دوراني دانست که توليد آن ازدهه ١٨٦٠ شروع گرديد.دراواخر قرن نوزدهم شركتRootsكه نمونه اي ازدمنده فوق را كه داراي گوشواره هائي به قطر 7.5 متر بودند براي تهويه معادن بكار گرفت كه قادر بود١٧٤٠٠٠ مترمكعب درساعت هوا را جهت تهويه به داخل تونل هاي معدني بفرستد .
قابليت هاي اين دمنده آنچنان بالا بود كه بنام شركت سازنده(Roots) معروف گرديد و هنوز هم در بسياري ازمراجع علمي كمپرسورهاي گوشواره اي بنامRootsناميده مي شوند .
اولين كمپرسور تيغه لغزنده (SlidingVane) درسال١٨٩٠ در آمريكا ساخته شدكه بصورت خشك (Dry) طراحي شده بودند. پائين بودن راندمان و مشكل گرم كردن جزء معايب اساسي اين كمپرسورها بوده تا اينكه درسال١٩٤٧ با تزريق روغن كه نقش آب بند كننده و خنك كاري كمپرسور را بعهده داشت، كارآئي،عمرمفيد و قابليت هاي اين كمپرسور به مقدار چشمگيري افزايش داده شد .
امروزه نسل جديدي ازكمپرسورهاي دوراني بصورت روغن كاري شونده (Lubricated) درصد بالائي از بازار فروش كمپرسورها رابه خود اختصاص داده است . هرچند كه كمپرسورهاي دوراني درمقايسه با كمپرسورهاي تناوبي ازقابليت بالاتري درامر متراكم كردن گازها با دبي بيشتر برخوردار بودند ولي با اين وجود قادر به تأمين تمامي نيازهاي صنايع روبه گسترش كه هر ساله ازنظر ظرفيت توسعه مي يافتند نبودند.
كمپرسورهاي گريز از مركز را مي توان پاسخ مناسبي براي مشكل ظرفيت كمپرسورها دانست .اولين كمپرسور گريز ازمركز درسال ١٨٩٩ توسط يك مهندس فرانسوي بنامRateauباظرفيت ٢٠٠٠ مترمكعب درساعت و با نسبت تراكم 1.16:1 (فشارخروجي 1.62 بار مطلق ) ساخته شد.
درسال ١٩٠٣ كمپرسور گريز ازمركز ٥ مرحله اي با نسبت تراكم كلي 1:5طراحي و بكارگرفته شد. توليد كمپرسورهاي گريز ازمركز با ظرفيت و فشار خروجي بالاتر دائما دردستوركار شركتهاي سازنده قرارگرفته، بنحوي كه امروزه اين كمپرسورها درظرفيت بيش از١٢٥٠٠٠٠ مترمكعب در ساعت ساخته مي شود.
فشار قابل دسترسي در اين دسته ازكمپرسورها ازطريق افزايش تعداد طبقات تا ١٦ طبقه به بيش از ٧٠٠ بار نيز رسانيده شد. كمپرسورهاي گريز ازمركز ذاتًا ازنوع خشك (Oil Free) بوده و بعلت بالابودن قابليت اعتماد آن، دوره هاي بهره برداري بدون توقف آن به بيش از سه سال نيز مي رسد.
