[Kompresor Udara] Pengetahuan Dasar

Kompresor udara adalah komponen utama dari sistem pasokan udara. Ini adalah perangkat yang mengubah energi mekanik dari penggerak utama (biasanya motor listrik) menjadi energi tekanan gas, yang berfungsi sebagai generator pneumatik untuk udara bertekanan.

Sebagai salah satu jenis mesin tenaga, kompresor mengurangi volume gas dan meningkatkan tekanan, menghasilkan sejumlah energi kinetik tertentu yang dapat digunakan sebagai tenaga mekanik atau untuk keperluan lain.

Diagram skema sistem udara tekan ditunjukkan di bawah ini:

1. Klasifikasi berdasarkan Definisi:

1）Kompresor udara volumetrik：Mengurangi volume gas dan meningkatkan tekanan gas.

Mengubah energi mekanik menjadi energi potensial.

Kompresor Bolak-Balik：Volume kerja berubah secara berkala, sedangkan posisi spasial tetap tidak berubah.

Kompresor Putar：Volume kerja berubah secara berkala, dan posisi spasial berubah.

2）Kompresor Dinamis

Meningkatkan kecepatan pergerakan molekul gas, mengubah energi kinetik molekul gas menjadi energi tekanan gas, sehingga meningkatkan tekanan gas yang terkompresi.

Energi Kinetik → Energi Potensial

Kompresor sentrifugal ：ini adalah jenis kompresor kecepatan. Pada alat ini terdapat satu atau lebih impeler yang berputar (bilah biasanya terletak di samping) yang mempercepat gas. Aliran utamanya adalah radial.

2. Klasifikasi berdasarkan Tekanan Pelepasan

1）Blower: 0,01 ～ 0,1 MPa

2）Tekanan Rendah: 0,2 ～ 1,0 MPa

3）Tekanan Sedang: 1 ～ 10 MPa

4）Tekanan Tinggi: 10 ～ 100 MPa

5）Tekanan Sangat Tinggi: ＞ 100 MPa

3. Klasifikasi berdasarkan Perpindahan

Miniatur: ＜ 1 m³/mnt

Kecil: 1 ～ 10 m³/mnt

Sedang: 10 ～ 100 m³/mnt

Besar: ＞ 100 m³/mnt

4. Klasifikasi berdasarkan Metode Pendinginan

1）Berpendingin udara: Menggunakan udara sebagai media pendingin, dan melengkapi sirkulasi udara dengan kipas pendinginnya sendiri.

2）Berpendingin air: Menggunakan air sebagai media pendingin, dilengkapi dengan menara pendingin khusus atau sistem sirkulasi air pendingin khusus.

5. Klasifikasi berdasarkan Metode Pelumasan

1）Dilumasi minyak

A. Kompresor injeksi oli

B. Kompresor minyak mikro

2）Dilumasi bebas minyak

A. Dilumasi dengan air

B. sekrup kering

C. Piston bebas oli

D. Sentrifugal

3. Prinsip Kerja Kompresor Udara

1. Kompresor Udara Piston

Ketika piston bergerak dari titik mati atas ke titik mati bawah silinder, volume di dalam silinder bertambah dan tekanan turun.

Ketika tekanan di dalam silinder turun di bawah tekanan atmosfer eksternal, udara luar mendorong katup masuk melawan tegangan pegas di bawah perbedaan tekanan dan memasuki silinder (katup buang tetap tertutup).

Ketika piston mencapai titik mati bawah, silinder terisi udara, dan tekanannya sama dengan tekanan atmosfer luar. Karena keseimbangan tekanan, pegas katup menutup katup masuk, menyelesaikan langkah masuk.

Saat piston bergerak ke atas dari titik mati bawah ke titik mati atas, katup masuk dan katup buang tertutup, dan udara di dalam silinder dikompresi.

Dengan gerak piston ke atas, volume silinder terus mengecil, dan tekanan udara terkompresi semakin meningkat. Inilah langkah kompresi.

Ketika tekanan gas terkompresi melebihi gaya gabungan tegangan pegas katup dan tekanan pada pipa pembuangan, katup buang terbuka, dan udara terkompresi dibuang melalui pipa pembuangan hingga piston mencapai titik mati atas.

Pada titik ini, sebagian besar udara terkompresi di dalam silinder dibuang, tekanan turun tajam, dan katup buang menutup karena tegangan pegas. Inilah langkah pelepasan.

Piston kemudian bergerak ke bawah lagi, menarik udara segar dan memulai siklus berikutnya.

Kompresor udara piston beroperasi dalam siklus pemasukan, kompresi, dan pembuangan yang berulang.

Catatan: Kompresor udara piston di pasar tekanan rendah kini secara bertahap digantikan oleh kompresor udara ulir, jadi hanya diperlukan pemahaman dasar.

Kompresor udara sekrup diklasifikasikan menjadi dua jenis:

kompresor udara sekrup ganda dan kompresor udara sekrup tunggal.

1) Prinsip Kerja & Pengenalan Kompresor Udara Sekrup Kembar

Kompresor udara sekrup ganda terdiri dari sepasang rotor (atau sekrup) jantan dan betina yang saling terhubung dan berputar di dalam silinder.

Hal ini menciptakan perubahan volume periodik dalam ruang antara alur rotor, sehingga udara terus menerus dialirkan secara aksial dari sisi hisap ke sisi pelepasan.

Dengan cara ini, proses pemasukan, kompresi, dan pengosongan kompresor udara ulir selesai.

Saluran masuk dan keluar udara terletak di ujung kompresor yang berlawanan.

Alur rotor betina dan gigi rotor jantan digerakkan untuk berputar oleh motor utama.

2) Prinsip Kerja & Pengenalan Kompresor Udara Sekrup Tunggal

Kompresor udara sekrup tunggal ditandai dengan hanya memiliki satu rotor sekrup.

Namun dalam praktiknya, ia memiliki tiga poros berputar: satu rotor ulir dan dua roda bintang (roda gigi planet) yang tegak lurus terhadap rotor ulir. Sebagai bagian dari keluarga kompresor udara ulir, kompresor udara ulir tunggal menawarkan keunggulan serupa dengan kompresor udara ulir ganda. Namun, kompresor ini belum diadopsi secara luas di industri karena beberapa masalah teknis sulit yang masih sulit dipecahkan.

A. Banyak bagian yang bergerak:

Kompresor udara sekrup tunggal memiliki tiga poros berputar.

Selain itu, kekakuan rotor sekrup dan roda bintang (roda gigi planet) sangat berbeda, menyebabkan deformasi yang tidak merata selama pengoperasian. Hal ini menyulitkan untuk memastikan penyatuan yang akurat, sehingga menghasilkan efisiensi volumetrik yang rendah. Pada kompresor sekrup tunggal yang tersedia secara komersial, roda bintang terbuat dari bahan non-logam dengan ketahanan aus yang buruk. Selama pengoperasian kecepatan tinggi, keausan yang parah meningkatkan kebocoran internal, menyebabkan penurunan laju aliran yang signifikan setelah beberapa waktu penggunaan. Biasanya, setelah 3.000 hingga 4.000 jam pengoperasian, laju aliran berkurang rata-rata 5% hingga 10%.Oleh karena itu, kompresor udara sekrup tunggal memiliki efisiensi ekonomi yang sangat buruk dalam aplikasi industri. Selain itu, deformasi yang tidak merata dan akurasi penyatuan yang buruk mengurangi stabilitas mekanis seluruh unit, menyebabkan tingkat kegagalan yang tinggi dan tingkat pemeliharaan yang tinggi, yang selanjutnya membatasi cakupan penerapannya.

B. Material roda bintang (planetary gear) perlu penyempurnaan lebih lanjut.

Sebagai salah satu komponen inti kompresor sekrup tunggal, roda bintang terutama berfungsi sebagai segel. Jika roda bintang baja digunakan, koefisien muai panas yang besar dan volume muai baja memerlukan jarak yang relatif besar antara roda bintang dan sekrup. Hal ini tidak hanya mengakibatkan kebocoran tinggi dan efisiensi rendah tetapi juga dapat dengan mudah menyebabkan kejang dan kegagalan besar. Jika material komposit digunakan, masalah di atas dapat dihindari. Namun, material komposit saat ini memiliki kekuatan yang rendah dan ketahanan aus yang buruk. Di bawah gaya geser dan gesekan mekanis selama pengoperasian, material tersebut cepat aus, menyebabkan peningkatan kebocoran internal dan penurunan efisiensi.Perbaikan yang sering juga meningkatkan beban kerja personel pemeliharaan dan biaya pemeliharaan.Menemukan material dengan kekuatan tinggi, ekspansi rendah, dan ketahanan aus yang tinggi telah menjadi masalah besar lainnya bagi produsen.Namun, mengingat kemajuan saat ini dalam ilmu material, solusi mendasar tidak mungkin tercapai dalam jangka pendek.

C. Profil sekrup memerlukan pengoptimalan lebih lanjut. Karena dua masalah di atas dan kurangnya solusi efektif di masa mendatang, promosi kompresor udara sekrup tunggal terbatas. Oleh karena itu, lembaga penelitian dan produsen kompresor udara besar belum banyak berinvestasi dalam penelitian profil sekrup tunggal, dan tidak ada kemajuan signifikan yang dicapai. Menemukan profil sekrup yang optimal adalah tugas penting lainnya sebelum promosi skala besar. Namun, karena prospek pasar yang buruk, produsen besar belum berinvestasi secara memadai, sehingga perbaikan mendasar sulit dilakukan dalam jangka pendek.

Singkatnya, dari perspektif perkembangan teknologi saat ini, kompresor udara sekrup kembar tidak hanya berteknologi maju tetapi juga sepenuhnya matang dalam aplikasi praktis.

3. Kompresor Sentrifugal

Pada kompresor sentrifugal, impeler dengan sudu-sudu berputar pada poros kompresor.

Gas yang memasuki impeller didorong untuk berputar oleh sudu-sudu, memperoleh peningkatan energi kinetik (kecepatan) dan head tekanan statis (tekanan). Gas kemudian meninggalkan impeller dan memasuki diffuser, di mana kecepatan gas diubah menjadi tekanan, selanjutnya meningkatkan tekanan. Gas yang dikompresi melewati saluran tikungan dan balik untuk memasuki impeller tahap berikutnya untuk kompresi lebih lanjut hingga tekanan yang diperlukan tercapai.

4. Kompresor Udara tipe Vortex

Kompresor udara tipe Vortex terdiri dari dua gulungan dengan profil persamaan fungsi ganda: gulungan yang mengorbit dan gulungan tetap, saling terkait satu sama lain. Selama proses pemasukan, kompresi, dan pelepasan, gulungan tetap dipasang pada rangka, sedangkan gulungan yang mengorbit digerakkan oleh poros eksentrik dan dibatasi oleh mekanisme anti-rotasi. Ia melakukan gerakan orbital dengan radius kecil di sekitar pusat lingkaran dasar gulungan tetap. Gas ditarik masuk melalui filter udara di pinggiran gulungan tetap. Saat poros eksentrik berputar, gas secara bertahap dikompresi dalam beberapa ruang kompresi berbentuk bulan sabit yang dibentuk oleh meshing yang mengorbit dan gulungan tetap, dan kemudian terus menerus dibuang melalui lubang aksial di bagian tengah gulungan tetap.

5. Kompresor Udara Baling-Baling

Sebuah rotor dipasang secara eksentrik di ruang kompresi. Terdapat 4 hingga 6 baling-baling pada rotor yang dapat meluncur secara aksial menuju pusat rotor. Pegas dipasang di bagian bawah baling-baling untuk menjaga baling-baling tetap bersentuhan dengan ruang setiap saat.