ضاغط حلزوني

الضاغط الحلزوني (يُسمى أيضًا الضاغط اللولبي ، أو المضخة الحلزونية ، أو مضخة التفريغ الحلزونية ) هو جهاز لضغط الهواء أو غاز التبريد. ^{[ 1 ]} يُستخدم في أجهزة تكييف الهواء ، وفي شواحن السيارات (حيث يُعرف باسم الشاحن الحلزوني )، وكمضخة تفريغ . تستخدم العديد من أنظمة المضخات الحرارية المركزية وأنظمة تكييف الهواء المنزلية، وبعض أنظمة تكييف الهواء في السيارات، الضاغط الحلزوني بدلاً من الضواغط الدوارة والترددية وضواغط الألواح المتذبذبة التقليدية .

الضاغط الحلزوني الذي يعمل في الاتجاه المعاكس هو موسع حلزوني ، ويمكنه توليد عمل ميكانيكي .

حصل ليون كرو على براءة اختراع أول ضاغط حلزوني عام 1905 في فرنسا والولايات المتحدة. ^{[ 2 ]} اخترع كرو الضاغط كمفهوم لمحرك بخاري دوار ، لكن تقنية صب المعادن في ذلك الوقت لم تكن متطورة بما يكفي لبناء نموذج أولي عملي، نظرًا لأن الضاغط الحلزوني يتطلب دقة عالية جدًا ليعمل بكفاءة. في براءة الاختراع لعام 1905، عرّف كرو موسعًا بخاريًا عكسيًا يدور في مدار مشترك أو يدور حول محور واحد، مدفوعًا بعمود مرفقي ذي نصف قطر ثابت على عمود واحد. ^{[ 3 ]} مع ذلك، لم يتمكن محرك الموسع الحلزوني من التغلب على عقبات التصنيع المتعلقة بالمرونة الشعاعية المتأصلة في تحقيق الكفاءة في التشغيل الحلزوني، والتي لم تُعالج بشكل كافٍ حتى أعمال نيلز يونغ عام 1975. ^{[ 4 ]} لم تظهر أول ضواغط حلزونية عملية في السوق إلا بعد الحرب العالمية الثانية ، عندما مكّنت أدوات الآلات عالية الدقة من تصنيعها. في عام 1981، بدأت شركة ساندن بتصنيع أول ضواغط حلزونية متاحة تجاريًا لمكيفات هواء السيارات. ^{[ 1 ] [ 5 ]} لم تُنتج هذه الأجهزة تجاريًا لتكييف الهواء المنزلي حتى عام 1983 عندما أطلقت شركة هيتاشي أول مكيف هواء في العالم مزود بضاغط حلزوني محكم الإغلاق. ^{[ 6 ] [ 7 ]}

يستخدم ضاغط اللولب ريشتين متداخلتين لضخ أو ضغط أو زيادة ضغط السوائل ، مثل السوائل والغازات . قد يكون شكل الريشة حلزونيًا ، أو لولبيًا أرخميديًا ، أو منحنيات هجينة. ^{[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]}

في كثير من الأحيان، يكون أحد اللوالب ثابتًا، بينما يدور الآخر بشكل لا مركزي دون دوران، مما يؤدي إلى حصر وضخ أو ضغط جيوب من السائل بين اللوالب. يمكن لعمود لا مركزي توفير الحركة المدارية، ولكن يجب منع اللولب من الدوران، عادةً باستخدام وصلة من نوع أولدهام ، أو أعمدة وسيطة لا مركزية إضافية، أو وصلة منفاخ (خاصةً للتطبيقات عالية النقاء). هناك طريقة أخرى لإنتاج حركة الضغط وهي تدوير اللوالب معًا، في حركة متزامنة، ولكن بمراكز دوران متباعدة. الحركة النسبية هي نفسها كما لو كان أحدهما يدور حول الآخر.

يُمنع التسرب من الفجوات المحورية باستخدام موانع تسرب طرفية حلزونية الشكل، تُوضع في أخاديد على أطراف كلا الحلزونين. ^{[ 13 ]} تُساعد موانع التسرب الطرفية هذه أيضًا على تقليل الاحتكاك، ويمكن استبدالها عند تآكلها. تستخدم بعض الضواغط غاز التفريغ المضغوط لدفع كلا الحلزونين معًا، مما يُلغي الحاجة إلى موانع التسرب الطرفية ويُحسّن الإحكام مع الاستخدام؛ ويُقال إن هذه الضواغط تتحسن مع الاستخدام بدلًا من أن تتآكل. ^{[ 14 ] [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ]}

تُعرف هذه الأجهزة بأنها تعمل بسلاسة وهدوء وموثوقية أكبر من الضواغط التقليدية في بعض التطبيقات. ^{[ 18 ]}

الدوران وتدفق النبض

تستغرق عملية الضغط ما يقارب دورتين إلى دورتين ونصف لعمود المرفق، مقارنةً بدورة كاملة للضواغط الدوارة، ونصف دورة للضواغط الترددية. أما عمليتا التفريغ والشفط في الضواغط الحلزونية فتستغرقان دورة كاملة، مقارنةً بأقل من نصف دورة لعملية الشفط في الضواغط الترددية، وأقل من ربع دورة لعملية التفريغ. تحتوي الضواغط الترددية على عدة أسطوانات (عادةً من اثنتين إلى ست أسطوانات)، بينما تحتوي الضواغط الحلزونية على عنصر ضغط واحد فقط. يقلل وجود عدة أسطوانات في الضواغط الترددية من نبضات الشفط والتفريغ. لذلك، يصعب الجزم بأن الضواغط الحلزونية تتميز بمستويات نبضات أقل من الضواغط الترددية، كما يدّعي بعض مورديها. يؤدي التدفق الأكثر استقرارًا إلى تقليل نبضات الغاز، والضوضاء، والاهتزازات في الأنابيب المتصلة، دون التأثير على كفاءة تشغيل الضاغط.

تتميز ضواغط اللولب بقلة أجزائها المتحركة مقارنةً بالضواغط الترددية، مما يُفترض نظرياً أن يُحسّن موثوقيتها. ووفقاً لشركة إيمرسون كلايمت تكنولوجيز، الشركة المصنعة لضواغط كوبلاند اللولبية، فإن ضواغط اللولب تحتوي على أجزاء متحركة أقل بنسبة 70% من الضواغط الترددية التقليدية. ^{[ 23 ]}

توصلت إحدى الشركات المصنعة على الأقل من خلال الاختبارات إلى أن تصميم الضاغط الحلزوني يوفر موثوقية وكفاءة تشغيل أفضل من الضواغط الترددية. ^{[ 24 ]}

الموسع الحلزوني هو جهاز لإنتاج الطاقة يُستخدم غالبًا في تطبيقات استعادة الحرارة ذات الضغط المنخفض. وهو في الأساس ضاغط حلزوني يعمل بشكل عكسي؛ حيث يدخل سائل أو غاز عامل ذو محتوى حراري عالٍ إلى جانب التفريغ في الضاغط، ويدير الحلزون اللامركزي قبل أن يخرج من مدخل الضاغط. التعديل الأساسي المطلوب لتحويل الضاغط الحلزوني إلى موسع حلزوني هو إزالة صمام عدم الرجوع من مخرج الضاغط. ^{[ 25 ]}

• بطارية هواء مضغوط

• قناة Copeland Compressors 111 على يوتيوب – فيديو يوضح كيفية عمل ضاغط التمرير