کمپرسور اسکرو معمولاً در دو طرح اصلی وجود دارند: کمپرسورهای اسکرو خشک یا کمپرسورهای پیچی مرطوب/غرق روغن. هر دو نوع کمپرسور متشکل از روتورهایی هستند که به هم متصل هستند. کمپرسورهای اسکرو خشک هیچ روغنی در بین پیچ ها ندارند. یک کمپرسور اسکرو خشک از دو روتور تشکیل شده است، یک جفت نزدیک که در یک سوراخ استوانه ای با فاصله کم نصب شده اند. کمپرسورهای اسکرو مرطوب یا روغنی دارای روغن در بین پیچ ها هستند. یک کمپرسور پیچی پر از روغن همچنین دارای یک جفت روتور نزدیک به هم است که در یک سوراخ سیلندر با فاصله تنگ نصب شده اند. با این حال، کمپرسورهای اسکرو سیلابی روغنی به اندازه کمپرسورهای اسکرو خشک نیازی به فاصله خالی ندارند.
اکثر کمپرسورهای اسکرو از نوع روغن کاری شده هستند. دو نوع کمپرسور اسکرو وجود دارد: کمپرسور اسکرو خشک و روغنی. در حالت اول، موتور در همان محفظه کمپرسور قرار دارد، در حالی که در دومی موتور خارج از محفظه کمپرسور قرار دارد و بنابراین نیاز به مهر و موم شفت دارد. تنها قطعات متحرک در کمپرسورهای اسکرو دو روتور مارپیچی به هم پیوسته هستند. روتورها از یک لوب نر که به عنوان پیستون غلتشی عمل می کند و یک فلوت ماده که به عنوان یک استوانه عمل می کند تشکیل شده است. از آنجایی که فشرده سازی پیچ دوار یک فرآیند جابجایی مثبت مداوم است، هیچ موجی در سیستم ایجاد نمی شود.
کمپرسورهای اسکرو به تعمیر و نگهداری بسیار کمی نیاز دارند زیرا روتورها با سرعت های محافظه کارانه می چرخند و به خوبی با روغن خنک کننده روغن کاری می شوند. خوشبختانه بیشتر روغن در کمپرسورهای اسکرو به راحتی از گاز جدا می شود. به طور معمول، تنها سطوح کمی از ناخالصی بین 1.0 تا 2.0 ppm وزنی پس از فشرده سازی در گاز باقی می ماند. برای کاهش ناخالصی های زیر این سطح می توان از فیلترهای زغالی استفاده کرد.
مزایا کمپرسور اسکرو
مزیت اصلی کمپرسورهای اسکرو این است که امکان دستیابی به نسبت های فشار بالا را در یک حالت واحد فراهم می کند. برای رسیدگی به همین حجم های زیاد با یک کمپرسور رفت و برگشتی نیاز به یک واحد دو مرحله ای است. به دلیل این مزیت و سایر مزایا، کمپرسورهای اسکرو در حال حاضر به کمپرسورهای رفت و برگشتی برای کاربردهای تبرید و مایع سازی هلیوم ترجیح داده می شوند. آنها در سایر کاربردها نیز با کمپرسورهای گریز از مرکز قابل رقابت هستند.
کمپرسورهای اسکرو به دلیل راندمان بالا و قابلیت اطمینان بالا در مقایسه با سایر انواع کمپرسورها به طور فزاینده ای در صنایع تبرید و گاز طبیعی مورد استفاده قرار می گیرند. ویژگی‌های عملکرد بهبودیافته مزایای زیادی مانند هزینه عملیاتی پایین‌تر و ردپای کربن کلی کم را ارائه می‌کند که به کاهش تأثیر بر محیط‌زیست کمک می‌کند. از این رو پیش‌بینی‌های دقیق عملکرد به‌شدت مورد نیاز محصولات کمپرسور اسکرو و پیشرفت‌های سیستم است.
کاربرد کمپرسور اسکرو
کمپرسورهای روتاری اسکرو از دو پیچ مارپیچ بسیار نزدیک به هم که به روتور معروف هستند برای فشرده سازی گاز استفاده می کنند. در یک کمپرسور مارپیچ چرخشی خشک، چرخ دنده‌های زمان‌بندی تضمین می‌کنند که روتورهای نر و ماده، تراز دقیق را بدون تماس حفظ می‌کنند که باعث سایش سریع می‌شود. در یک کمپرسور مارپیچ دوار پر از روغن، روغن روان کننده فضای بین روتورها را پل می کند و هم یک آب بند هیدرولیکی ایجاد می کند و هم انرژی مکانیکی را بین روتورها انتقال می دهد و به یک روتور اجازه می دهد که به طور کامل توسط دیگری هدایت شود. گاز از سمت مکش وارد می شود و با چرخش پیچ ها از طریق رزوه ها حرکت می کند. روتورهای مشبک گاز را وارد کمپرسور می کنند و گاز از انتهای پیچ ها خارج می شود. ناحیه کار حجم بین لوبی بین روتور نر و ماده است. در انتهای ورودی بزرگتر است و در طول روتورها تا درگاه اگزوز کاهش می یابد. این تغییر حجم، فشرده سازی است. بار ورودی در انتهای روتورها در فاصله زیاد بین لوب های نر و ماده کشیده می شود. در انتهای ورودی، لوب نر بسیار کوچکتر از همتای ماده خود است، اما اندازه‌های نسبی نسبت‌ها را در طول هر دو روتور معکوس می‌کنند (نر بزرگتر و ماده کوچکتر می‌شود) تا زمانی که (مماس به درگاه تخلیه) فضای خالی بین هر دو روتور ایجاد شود. جفت لوب بسیار کوچکتر است. این کاهش حجم باعث فشرده شدن شارژ قبل از ارائه به منیفولد خروجی می شود.
اثربخشی این مکانیسم به تنظیم دقیق فاصله بین روتورهای مارپیچ و بین روتورها و محفظه برای آب بندی حفره های فشاری بستگی دارد. با این حال، برخی از نشتی ها اجتناب ناپذیر است و باید از سرعت های چرخشی بالا برای به حداقل رساندن نسبت نرخ جریان نشتی به جریان موثر استفاده شود.
برخلاف دمنده های Roots، کمپرسورهای اسکرو مدرن با پروفیل های مختلف روی دو روتور ساخته می شوند: روتور نر دارای لبه های محدب است که با حفره های مقعر روتور ماده مشبک می شود. معمولا روتور نر دارای لوب های کمتری نسبت به روتور ماده است، به طوری که سریعتر می چرخد. در ابتدا، کمپرسورهای اسکرو با پروفیل‌های حفره روتور متقارن ساخته می‌شدند، اما نسخه‌های مدرن از روتورهای نامتقارن استفاده می‌کردند که طرح‌های دقیق روتور موضوع ثبت اختراع است.
اندازه های کمپرسور اسکرو
ظرفیت کمپرسورهای دوار پیچ معمولاً بر حسب اسب بخار (HP)، فوت مکعب استاندارد در دقیقه (SCFM) و پوند بر اینچ مربع (PSIG.) برای واحدهای در محدوده 5 تا 30 اسب بخار، اندازه فیزیکی این واحدها تعیین می شود. قابل مقایسه با یک کمپرسور معمولی دو مرحله ای هستند. با افزایش اسب بخار، صرفه جویی قابل توجهی در مقیاس به نفع کمپرسورهای مارپیچ دوار وجود دارد. به عنوان مثال، یک کمپرسور ترکیبی 250 اسب بخاری قطعه بزرگی از تجهیزات است که عموماً برای قرار دادن تجهیزات به فونداسیون ویژه، تجهیزات ساختمانی و ریگرهای بسیار آموزش دیده نیاز دارد. از طرف دیگر، یک کمپرسور چرخشی 250 اسب بخاری را می توان با استفاده از یک لیفتراک استاندارد در یک طبقه معمولی مغازه قرار داد. در صنعت، یک کمپرسور چرخشی 250 اسب بخاری معمولاً یک قطعه جمع و جور از تجهیزات در نظر گرفته می شود.
کمپرسورهای روتاری اسکرو معمولاً در محدوده 5 تا 500 اسب بخار موجود هستند و می توانند جریان هوای بیش از 2500 SCFM را تولید کنند. در حالی که فشار تولید شده توسط یک کمپرسور اسکرو تک مرحله ای به 250 PSIG محدود می شود، یک کمپرسور اسکرو دو مرحله ای می تواند فشار تا 600 PSIG را ارائه دهد.
کمپرسورهای روتاری اسکرو معمولاً با ارتعاش محدود کار می کنند، بنابراین نیازی به پایه یا سیستم نصب تخصصی ندارند. به طور معمول، کمپرسورهای روتاری اسکرو با استفاده از پایه‌های استاندارد عایق لاستیکی که برای جذب لرزش‌های فرکانس بالا طراحی شده‌اند، نصب می‌شوند. این امر به ویژه در کمپرسورهای روتاری اسکرو که با سرعت چرخش بالا کار می کنند صادق است.
میزان کمتر، برخی از کمپرسورها بر حسب فوت مکعب واقعی در دقیقه (ACFM) رتبه بندی می شوند. برخی دیگر بر حسب فوت مکعب در دقیقه (CFM) رتبه بندی می شوند. استفاده از CFMبرای رتبه‌بندی کمپرسور نادرست است، زیرا نرخ جریانی را نشان می‌دهد که مستقل از مرجع فشار است. یعنی 20 CFM در 60 PSI.