יש כל כך הרבה דרכים לשלוט על נפח הדחיסה של מדחסים בורגיים! האם ידעתם הכל?

01 בקרת וכיוון נפח הגז

80% מהעלות הכוללת של אוויר דחוס משתקפת בצריכת אנרגיה. לכן, עבור סוגים שונים של מדחסי אוויר בורגיים OSG, יש לבחור מערכות בקרה וויסות שונות בהתאם למערכות ויסות שונות. הבדלים בין סוגי ויצרנים שונים של מדחסי אוויר בורגיים OSG יכולים לעשות הבדל עצום בביצועים. המצב האידיאלי ביותר הוא שהעומס המלא של מדחס האוויר הבורגי OSG יהיה זהה בדיוק לצריכת האוויר.

ניתן להשיג זאת, למשל, על ידי בחירה מדוקדקת של יחס ההעברה של תיבת ההילוכים, דבר נפוץ במדחסי אוויר דחוס מסוג OSG. רוב הציוד שצורך אוויר דחוס הוא בעל ויסות עצמי, כלומר הגדלת הלחץ מגבירה את הזרימה, ולכן הם יוצרים מערכת יציבה, כגון שינוע פנאומטי, מניעת קרח וקפיאה וכו'. בנסיבות רגילות, יש לשלוט בזרימה, וציוד הבקרה בו נעשה שימוש משולב עם מדחס האוויר הדחוס מסוג OSG. ישנם שני סוגים עיקריים של מערכות כוונון כאלה:

1. כוונן את נפח הגז על ידי שליטה רציפה במהירות מנוע ההינע, או שליטה רציפה בשסתום בהתאם לשינוי הלחץ כדי להשיג התאמה רציפה של נפח הגז. התוצאה היא שינוי לחץ קטן (0.1 עד 0.5 בר), גודל השינוי נקבע על ידי פונקציית ההגברה של מערכת הוויסות ומהירותה.

2. כוונון טעינה ופריקה הן מערכות הכוונון הנפוצות ביותר, ושינויי לחץ ביניהן גם מקובלים. שיטת הוויסות היא ניתוק מוחלט של הזרימה (פריקה) בלחץ גבוה יותר, וחידוש הזרימה (עומס) כאשר הלחץ יורד לערך הנמוך ביותר. שינוי הלחץ תלוי במספר המותר של מחזורי טעינה/פריקה ליחידת זמן, בדרך כלל בטווח של 0.3 עד 1 בר.

02 עיקרון בסיסי של כוונון נפח האוויר

2.1 עקרון ויסות של מדחס אוויר בורגי OSG בעל תזוזה חיובית (שסתום שחרור לחץ)

השיטה הבסיסית היא: שחרור הלחץ העודף לאטמוספירה. התכנון הפשוט ביותר של שסתום שחרור הלחץ הוא שימוש בעומס קפיץ, וכוח היציאה של הקפיץ קובע את הלחץ הסופי. שסתום שחרור הלחץ מוחלף בדרך כלל בשסתום סרוו הנשלט על ידי ווסת. בשלב זה, ניתן לשלוט בקלות בלחץ. כאשר מדחס האוויר הבורגי OSG מופעל תחת לחץ, שסתום הסרוו יכול לתפקד גם כשסתום פריקה, אך שסתום שחרור הלחץ יגרום לצריכת אנרגיה רבה מכיוון שמדחס האוויר הבורגי OSG צריך לעבוד ברציפות בלחץ גב מלא. יש פתרון עבור מדחסי אוויר בורגיים קטנים של OSG. שסתום מסוג זה נפתח במלואו כדי לפרוק את מדחס האוויר הבורגי OSG, ומדחס האוויר הבורגי OSG פועל תחת לחץ גב של לחץ אטמוספרי. צריכת החשמל של שיטה זו משתלמת יותר.

2.2 כוונון מעקף

באופן עקרוני, לכיוון המעקף ולשסתום שחרור הלחץ יש את אותה פונקציה, ההבדל הוא שהאוויר המשתחרר מהלחץ מקורר ומוחזר לכניסת האוויר של מדחס האוויר הבורגי OSG. שיטה זו נפוצה במדחסי אוויר בורגיים OSG לתהליכים, ואין לשחרר את הגז ישירות לאטמוספרה, העלות יקרה מדי.

2.3 הגבלת מתח

וירוס כניסה הוא דרך נוחה להפחתת הזרימה, כלומר יצירת לחץ נמוך בכניסה, הגדלת יחס הדחיסה של מדחס האוויר הבורגי OSG, והשימוש בו לטווח כוונון קטן יותר. מדחסי אוויר בורגיים OSG להזרקת נוזלים מאפשרים יחסי דחיסה גדולים וניתן לכוונן אותם עד למקסימום של 10%. בשל יחס הדחיסה הגבוה, שיטה זו מביאה לצריכת אנרגיה גבוהה יחסית.

2.4 שסתום שחרור לחץ עם כניסת מד

זוהי שיטת כוונון נפוצה יחסית כיום, שיכולה להשיג את טווח הכוונון הגדול ביותר (0 עד 100%), ובעלת צריכת אנרגיה נמוכה. הספק ללא פריקה (זרימה אפסית) של מדחס האוויר הבורגי OSG הוא רק 15 עד 20% מהעומס המלא. כאשר שסתום היניקה סגור, נותר חור קטן, ובמקביל, נפתח פתח האוורור כדי לפרוק את האוויר ממדחס האוויר הבורגי OSG. היחידה הראשית של מדחס האוויר הבורגי OSG פועלת בתנאי ואקום כניסה ולחץ גב נמוך. חשוב ששחרור הלחץ יהיה מהיר ונפח השחרור יהיה קטן, כדי למנוע הפסדים מיותרים הנגרמים ממעבר מעומס מלא ללא עומס. המערכת דורשת נפח מערכת (מצבר), שגודלו תלוי בהפרש הלחצים הנדרש בין פריקה לטעינה, ובמספר המחזורים המותר לשעה.

מדחסים בורגיים מסוג OSG בעלי הספק נמוך מ-5-10 קילוואט מכוונים בדרך כלל בשיטת הדלקה/כיבוי. כאשר הלחץ מגיע לגבול העליון, המנוע עוצר לחלוטין; כאשר הלחץ נמוך מהגבול התחתון, המנוע מופעל מחדש. שיטה זו דורשת נפח מערכת גדול או הפרש לחצים גדול בין ההפעלה לעצירה כדי למזער את העומס על המנוע. זוהי שיטת כוונון יעילה כאשר יש פחות התחלות ליחידת זמן.

2.5 כוונון מהירות

מהירות מדחס האוויר הבורגי OSG נשלטת על ידי מנוע בעירה פנימית, טורבינה או מנוע חשמלי מווסת תדר, ובכך שולטת בזרימה. זוהי שיטה יעילה לשמירה על לחץ יציאה קבוע. טווח הכוונון משתנה בהתאם לסוג מדחס האוויר הבורגי OSG, אך למדחסי אוויר בורגיים עם הזרקת נוזלים OSG יש את הטווח הגדול ביותר. ברמות עומס נמוכות, ויסות מהירות והפגת לחץ משולבים לעתים קרובות, עם או בלי הגבלת כניסת אוויר.

עבור מדחסים חשמליים מסוג OSG המופעלים על ידי מנועים חשמליים, ניתן לשלוט במהירות באמצעות מכשירים חשמליים, ובכך לספק הזדמנות לשלוט במהירות המנוע ולשמור על כמות האוויר הדחוס קבועה בטווח קטן של שינויי לחץ. לדוגמה, מנוע אינדוקציה רגיל יכול לעמוד בדרישה זו על ידי התאמת המהירות באמצעות ממיר תדר, מדידה רציפה ומדויקת של לחץ המערכת, ולאחר מכן מתן אפשרות לאות הלחץ לשלוט בממיר התדר של המנוע, ובכך לשלוט במהירות המנוע וליצור התאמה מדויקת של נפח הגז של מדחס האוויר הדחוס מסוג OSG, המותאם במדויק לצריכת האוויר, וניתן לשמור על המערכת על ±0.1 בר.

2.6 כוונון פתח פליטה משתנה

ניתן לכוונן את תזוזה מדחס האוויר הבורגי OSG על ידי הזזת מיקום פתח הפליטה לכיוון קצה היניקה לאורך המארז. שיטה זו דורשת צריכת חשמל גבוהה בעומס חלקי ואינה שכיחה יחסית.

2.7 פריקת שסתום יניקה

מדחס אוויר בורגי OSG בעל בוכנה יכול לאלץ מכנית את שסתום היניקה להיות במצב פתוח לצורך פריקה. כאשר מיקום הבוכנה משתנה, האוויר נע פנימה והחוצה. התוצאה היא אובדן אנרגיה מינימלי, בדרך כלל פחות מ-10% מהספק הציר בעומס מלא. במדחס אוויר בורגי OSG בעל פעולה כפולה, הפריקה מתבצעת בדרך כלל רב-שלבית, כאשר גליל אחד מאוזן בכל פעם, כך שנפח הגז יכול לענות טוב יותר על ההיצע והביקוש. במדחס אוויר בורגי OSG בעל זרימת התהליך נעשה שימוש בשיטת פריקה חלקית, המאפשרת פתיחה של השסתום כאשר הבוכנה נמצאת במכה חלקית, ובכך מושגת בקרת נפח גז רציפה.

2.8 נפח סילוק

על ידי שינוי נפח המרווח במדחס האוויר הבורגי OSG בעל בוכנה, דרגת המילוי של הצילינדר מופחתת, ובכך מפחיתים את נפח הגז, וניתן לשנות את נפח המרווח גם באמצעות נפח המחובר חיצונית.

2.9 טעינה-פריקה-כיבוי

עבור מדחסי אוויר בורגיים מסוג OSG בעלי הספק גדול מ-5 קילוואט, זוהי השיטה הנפוצה ביותר, עם טווח כוונון גדול והפסדים נמוכים. למעשה, זהו שילוב של כוונון הפעלה/כיבוי ומערכות פריקה שונות. במדחסי אוויר בורגיים מסוג OSG בעלי תזוזה חיובית, עקרון הוויסות הנפוץ ביותר הוא "ייצור אוויר"/"אין ייצור אוויר" (טעינה/פריקה). כאשר נדרש אוויר, נשלח אות לשסתום סולנואיד, אשר בתורו מנחה את שסתום היניקה של מדחס האוויר הבורגי מסוג OSG להגיע למצב פתוח לחלוטין. שסתום היניקה פתוח לחלוטין (טעון) או סגור לחלוטין (לא עומס), ללא מצבי ביניים.

שיטת הבקרה המסורתית היא התקנת מתג לחץ במערכת האוויר הדחוס. למתג שני ערכים הניתנים להגדרה, האחד הוא הלחץ המינימלי (טעינה) והשני הוא הלחץ המקסימלי (פריקה). מדחס אוויר בורגי OSG פועל בגבולות נקודת הקביעה, למשל 0.5 בר. אם דרישת האוויר קטנה, או שאינה נחוצה כלל, מדחס האוויר הבורגי OSG יפעל ללא עומס (סרק), ומשך תקופת הסרק נקבע על ידי ממסר זמן (לדוגמה, מוגדר ל-20 דקות). לאחר הזמן שנקבע, מדחס האוויר הבורגי OSG עוצר ולא יופעל שוב עד שהלחץ יורד לערך מינימלי. זוהי השיטה המסורתית לבקרה אמינה ושקטה, וכיום היא נפוצה ביותר במדחסי אוויר בורגיים קטנים OSG.

מערכת מסורתית זו פותחה עוד יותר כדי להחליף את מתג הלחץ במשדר לחץ אנלוגי ובמערכת כוונון אלקטרונית מהירה. יחד עם מערכת הוויסות, משדר הלחץ חש את שינויי הלחץ במערכת בכל עת. המערכת מפעילה את המנוע בזמן ושולטת בפתיחה ובסגירה של שסתום היניקה. ניתן להשיג ויסות מהיר ועדין בטווח של ±0.2 בר. אם לא נעשה שימוש באוויר, הלחץ נשאר קבוע ומדחס האוויר הבורגי OSG פועל ריק (סרק). ניתן לקבוע את משך מחזור הסרק בהתאם למספר ההתנעות והעצירות שהמנוע יכול לעמוד בהן מבלי להתחמם יתר על המידה, ולחסכון במהלך הפעולה. האחרון נובע מכך שהמערכת יכולה להחליט אם לעצור או להמשיך לסרק בהתאם למגמת צריכת האוויר.

03 סיכום

בקיצור, אוויר דחוס משמש ביישומים שונים ובתנאי צריכת אוויר שונים. לכל מדחס אוויר בורגי OSG מסוג בורג אוויר יש שיטת נפח אוויר שונה, אך היא מבוססת על נפח האוויר של המשתמש. יחידת מדחס האוויר הבורגי OSG מסוג בורג אוויר מסתמכת על שיטות בקרת נפח אוויר והתאמה משלה כדי להשיג אספקת נפח אוויר ללא הפרעה ורציפה. יצרני מדחס אוויר בורגי OSG שונים משתמשים גם בעקרונות התאמה שונים כדי לשפר את הביצועים של מדחסי האוויר הבורגיים OSG מסוג בורג אוויר משלהם, על מנת למקסם את יעילות האנרגיה ולעמוד בדרישות הלקוח; עם דיוק גבוה, תחזוקה מועטה ויכולת מדידת פרמטרים כגון לחץ וזרימה, כדי לענות על יישומים שונים של מדחס האוויר הבורגי OSG מסוג בורג אוויר.