Kompresör nedir ve çeşitleri nelerdir?
Atmosferden aldığı havayı sıkıştırarak basıncını arttıran makinalara hava kompresörü denir. Kompresörler, hava basıncını arttırmakta kullanılan yöntem bakımından pozitif deplasmanlı ve dinamik olmak üzere iki ana gruba ayrılır.
Pozitif deplasmanlı kompresörler, havanın belli bir hacim içinde sıkıştırılmasıyla basıncın arttırılması ilkesine dayanır. Bu sıkıştırma, silindir içinde pistonun yer değiştirmesiyle ya da çeşitli şekillerdeki gövde ve içindeki rotor veya rotorların dönmesiyle gerçekleşir. Bu gruptaki kompresörler piston, silindir, rotor ve gövde şekillerine veya adetlerine göre çeşitlere ayrılmaktadır.
Dinamik kompresörler ise havanın türbinler yardımıyla yüksek hızlara getirilmesi ve daha sonra hızının düşürülerek basınç elde edilmesi prensibiyle çalışır.
Genel olarak işletmelerde pozitif deplasmanlı kompresörler kullanılmaktadır. Çok yüksek (yaklaşık 50-60 m³/dk ve üstü) ve sabit hava debisi ihtiyaçlarında ise dinamik kompresörler tercih edilmektedir.
İşletmelerin çoğunda çeşitli tiplerde pozitif deplasmanlı kompresörler bulunmaktadır. Bunların çoğu yakın zamana kadar pistonlu tip kompresörlerdi. Fakat pistonlu kompresörler hem gürültülü çalışırlar hem de yüksek hava debisi üretebilmesi için çok büyük boyutlarda imal edilmesi gerekmektedir. Gelişen teknolojiyle birlikte hem kompresörün verimi açısından hem de çalışma prensibi açısından vidalı kompresörler daha çok tercih edilmiş ve yaygınlaşmıştır.
Vidalı kompresörlerin kullanımı daha kolay, bakım maliyetleri daha ucuz olup verimleri pistonlu kompresörler göre daha yüksektir. Ayrıca vidalı kompresörlerde üretilen havanın kalitesi, pistonlu kompresörlere göre daha yüksektir (havanın sıcaklığı ve içinde bulunan partikül miktarına göre).
Vidalı kompresör nedir ve nasıl çalışır?
Vidalı kompresör basınçlı hava üretmek için 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.
Tahrik elemanı sayesinde motorun hareketi vida grubuna aktarılır ve rotor çiftinin dönmesiyle emiş kısmında vakum oluşur. Vakum sayesinde ortamdan emilen hava emiş kısmında bulunan filtrede temizlendikten sonra vida grubunun içindeki boşluklara girer ve çıkış kısmına doğru ilerler. Havanın girişteki hacmi çıkışa doğru azaldığından havanın basıncı artar.
Havanın sıkışmasıyla birlikte basıncı arttığı gibi sıcaklığı da artar. Oluşan bu ısıyı almak için vida grubuna yağ püskürtülür (yağ enjeksiyonlu vidalı kompresörlerde). Yağın diğer görevleri ise rotorların ve gövdenin üzerinde film tabakası oluşturarak havanın geri kaçmasını önler (sızdırmazlık sağlar) ve çalışan aksamları yağlayarak metal-metal sürtünmesinin önüne geçer.
Vida grubundan çıkan basınçlı hava-yağ karışımı separatör tankına gider ve burada basınçlı hava yağdan hem mekanik olarak tankın içinde ayrışır hem de ayırıcı filtreden geçerek minimum basınç valfine geçer. Yağdan arındırılmış hava buradan radyatöre gider (hava soğutmalı kompresörlerde) ve orada soğuyarak sisteme gönderilir.
Separatör tankında ayrışan yağ ise belli bir sıcaklığa kadar direkt olarak yağ filtresinden geçerek vida grubuna geri döner. Termostatik valf sayesinde belli bir sıcaklık aşılınca yağ bu sefer radyatöre gönderilir ve orada soğuyarak tekrar yağ filtresinden geçerek vida grubuna gönderilir ve çevrim tamamlanmış olur.
Sistemin çalışması, otomasyonu ve emniyeti; kompresöre eklenen elektrik panosu, kontrol paneli ve gerekli diğer ekipmanlar sayesinde gerçekleştirilir.
Vidalı kompresör tarihi
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.
Ljungstroms Angturbin AB şirketi adını 1951 yılında Svenska Rotor Maskiner AB (SRM) olarak değiştirdi. Bugün çok iyi bilenen kısa ismiyle, SRM, vidalı kompresör (vida) imalatçılarının hemen hemen hepsine imalat lisansı vermiştir. Avrupa’nın en büyük vida imalatçılarından biri olan Gutehoffnungshutte veya daha çok bilinen kısa adıyla GHH, günümüzde, bir çok vidalı kompresör ünitesi (paket) üreticisine vida satmaktadır. Rakip vida imalatçıları kendi araştırma ve geliştirme faaliyetlerine yatırım yaparak, 120 yılı aşan başlangıç konseptine bağlı olarak, yeni vida-rotor profilleri üretmişlerdir ve üretmeye devam etmektedirler.
Vidalı kompresör yerleşim şeması
Vidalı kompresörler için işletmelerde kompresör dairesinin yapılması kompresörün daha sağlıklı, uzun ömürlü ve sorunsuz çalışması için gereklidir. Aşağıda tipik bir yerleşim şeması gösterilmiş olup kompresör etrafında yaklaşık 1m boşluk bırakılması gerekmektedir. Bu oda mümkün olduğunca baca gazlarından ve dış ortamda bulunan kirli havadan, tozdan arındırılmalıdır.