تاریخچه کمپرسورها:

بسیاری از پیشرفتهای تکنولوژی امروزی اقتباس تکامل یافته ای ازدستاوردهای مراحل نخستین زندگی بشر می باشند. به عنوان مثال ، اولین مورد استفاده از هوای فشرده مربوط به زمانی است که انسان نخستین بادمیدن به کنده های نیم سوزی که براثر صاعقه بوجود آمده بود ، آتش را روشن نگه می داشت.

اولین کمپرسور خدادادی با مشخصات شگفت انگیز شش انسان استکه قادر است 100 لیتر در دقیقه و یا شش متر مکعب در ساعت را با فشاری معادل 0.08-0.02 بار تامین کند.

aدر سال 1762 میلادی اولین کمپرسور سنتی یا موتودهای محرک آبی و ولوهای چوبی توسط جان اسمتین اختراع شد و در سال 1776 میلاذی اولین کمپرسور یا سیلندر چدنی و یا محدک بخار توسط جان ویلکینس تولید شد و منجر به تحول در تونل سازی و صنایع ذوب فلزات شد

هوای مورد نیاز برای دمیدن را شش های وی که کمپرسوری خدادادی با مشخصات شگفت انگیز است، تأمین می کرد.شش های انسان عادی قادراست ١٠٠ لیتر در دقیقه و یا شش مترمکعب درساعت با فشاری معادل08/-02/ بار تأمین کند . درصورت سالم بودن ، این کمپرسور اولیه انسانی به نحو شایسته و بدون رقیب و بی وقفه کارکرده و هزینه نگهداری وتعمیرات آن درحد صفر می باشد.

اهمیت کیفی این کمپرسور طبیعی در روشن کردن اولین آتش است . چون اگر شش های انسان درانجام این امر مهم قاصر بود، بدون شک تمدن امروزی بشر مسیر دیگری را طی می کرد. امادر سه هزارسال قبل ازمیلاد حضرت مسیح ، زمانیکه بشر فلزاتی ازقبیل ، طلا ، مس ، قلع وسرب راکه بصورت خالص درطبیعت وجود داشت کشف کرد وهمچنین پس ازگذشت چندی ، هنگامیکه برای احیاء اکسید این فلزات ،که در واقع اولین مواد خام برای استفاده فلزکاران جهت مصنوعات فلزی آن روز بود ، احتیاج به عمل ذوب وتولید هوای فشرده برای ایجاد حرارت مورد نیاز را داشت. دراین هنگام کمپرسور انسانی یعنی شش ها دیگر قادر به تأمین هوای مورد نیاز نبودند .برای رفع این مشکل وایجاد دمای حدود یک هزار درجه سانتی گراد ازکمپرسور قوی تر دیگری که آنهم به دست طبیعت ساخته شده بود، استفاده کرد.

 باید توجه داشت که اختراع دمی(اولین کمپرسور مکانیکی )راباید به عنوان تولدی تازه برای تولید هوای فشره به حساب آورد . این وسیله و دستگاه هایی که توسط چرخ دوار آبی کار می کردند، تادویست سال بعد بدون وقفه مورد استفاده قرارگرفتند.

شکل(1-1):نمونه ای از دمی آهنگری مورد استفاده در مصر باستان

درحدود سال های ١٧٠٠ میلادی حجم کور ه های ذوب فلزات روبه افزایش گذاشت . ولی دستگاه های دمی موجود درآن زمان از عهده انجام کارهای مربوط به گداخت این کوره ها بر نمی آمدند.تاسرانجام درسال ١٧۶٢ میلادی جان اسمیتون (John  Smeaton)  برای اولین بار سیلندر هوائی را اختراع کرد .این دستگاه هرچند بسیار ابتدائی بود ولی به هرصورت برای کوره های موجود مورد استفاده قرار گرفت . زیرا ساخت یک سیلندر دقیق وخوب برای تولید هوای فشرده درآن زمان امکان پذیر نبود.

وضعیت کار به همین منوال ادامه داشت تااینکه درسال ١٧٧۶ میلادی جان ویلکینسون  (JohnWilkinson)  دستگاه ماشین تراشی برای ساختن توپ اختراع کرد که توسط آن میشد سیلندرهای دقیقی ازفولاد ریختگی را تراشید. اولین دستگاه هوای فشرده دقیق توسط ویلکینسون ساخته و در کارگاهش نصب شد . این کمپرسور مکانیکی فقط قادر بود هوای فشرده ای با فشاری برابر یک بار تولید کند و تراکم بیش ازآن امکان پذیر نبود . چرا که در صورت افزایش فشار ،دمای کمپرسور زیادشده و بندها و تسمه های چرمی که به سوپاپ های چوبی اتصال داشتند تاب حرارت را نیاورده و از بین می رفتند.

اولین انتقال عظیم و موفق هوای فشرده هنگام تسریع در ساختمان تونل مونت سنیس(Mt.Ce Nis) درکوه های آلپ سویس صورت گرفت . این تونل پس از تکمیل دارای دو ریل و طولی برابر ۶/۱۳کیلومتربود . عملیات احداث تونل درسال ١٨۵٧ بااستفاده ازچکش های دستی شروع شد.ولی باسرعتی که کارحفاری پیش می رفت، ساختن این تونل سی سال به طول می انجامید. بنابراین از روی ضرورت و اجبار مدیران راه آهن تصمیم گرفتند ازچکش های بادی که با هوای فشرده بافشار ۶ آتمسفر کار می کردند استفاده کنند.

ساختن کمپرسورها چهارسال طول کشید و در دو دهانه تونل نصب شد .در طول این مدت نیز چکش های بادی، توسط مهندس ارشد تونلها جرمن سومیلر(Germain Sommeiller) طراحی شد تا مورد استفاده قرارگیرد . باید توجه داشت که مشکلات و گرفتاریهائی که در کار این کمپرسورها وچکش های مربوطه به وجود آمد ، باعث پیشرفتهای فراوانی در زمینه ساختمان کمپرسورها وچکش ها ی بعدی شد و فن حفاری تونل گامی بزرگ به سوی تکامل برداشت . لازم به توضیح است که هردو کمپرسور ازنوع خنک شونده آبی بودند ، که آب برای خنک کردن هوای داخل سیلندرها استفاده می شد(شکل2-1).

شکل(۲-۱)نمونه ای از اولین کمپرسور صنعتی

این طرح ظاهرًا قدیمی ، سعی وکوششی بود که درجهت تکامل و پیشرفت وتوسعه دمی های هوائی قبلی صورت گرفته بود .زیرا مهندسین وطراحان از بوجود آمدن یک دیواره حرارتی بین سیلندرها، سوپاپها ، شیرها و دریچه ها که به صورت مشکل غیرقابل حلی جلوه گر می شد ، بیم داشتند. خوشبختانه دردسرهای جدی ومتعدد این سوپاپها و دریچه ها که به صورت ظاهرشدن فواره آب درآنها به سرعت بروز کرد ، باعث به وجود آمدن تکنیک ها ی جدید وماندنی به صورت پیستون های آبی شد .همچنین مشکلات موجود در اولین کوشش برای استفاده ازاین چکش های سنگ شکن در حدی بود که برای بهره برداری از ٩ دریل ، ۵۴ عدد از آن در کارگاه در دست تعمیر بودند.

هنگامیکه دوگروه حفاری به یکدیگر رسیدند ، تقریبًا از ٧٠٠٠ متر لوله برای انتقال هوای فشرده ای که از دهانه ها تا قسمت اصلی حفاری کشیده شده بود ، استفاده می شد. این اقدام نشان داد که نیروی هوای فشرده تامسافت های دور نیز قابل انتقال واستفاده می باشد. اخبار مربوط به حفر تونل مونت سنیس در روزنامه ها ومجلات صنعتی چاپ شد و مورد توجه اکثر مردم و مهندسین ودانشمندان درسراسر جهان قرار گرفت.

بحث و ابراز عقیده و دادن راهکارهای لازم درباره امکانات ایجاد وساخت شبکه های انتقال نیروی هوای فشرده وتغذیه واستفاده صنایع وتجارت ازاین نیرو ، رونق گرفت . در سال ١٨٧۵ در نزدیکی منطقه ای صنعتی واقع درجنوب سوئد ، بزرگترین کارخانه هیدروالکتریک (تولید نیروی برق ازآب ) به قدرت اولیه٣۶٠٠ kwو قابل توسعه تا  ١٣٠٠٠٠kw  برای تأمین نیروی لازم و به حرکت درآوردن کمپرسورهای تولید هوای فشرده ایجاد شد . ولی این پروژه موفقیت اقتصادی مطلوبی را در پی نداشت.

با استفاده از ابزارها و وسایل بادی ، قدرت و شعاع عمل دست بشر ، بدون آنکه ازمیزان حساسیت ،دقت وانعطاف پذیری غیرقابل رقابتش کاسته شود به مقدار قابل ملاحظه ای توسعه یافته و پیشرفت کرده است واین ضروری ترین مسئله ای است که درانجام کار باید صورت بگیرد .ابزارهای هوائی کم وزن ، جمع وجور ، بادوام ، مطمئن ودقیق اند .کارکردن با آنها برای فرد ایجادخستگی نکرده ودارای ایمنی بالایی می باشند.

هوای فشرده برای کنترل ونظارت ، تنظیم از راه دور و نزدیک و انجام فرمان های متناوب و زماندار وگاهی نیز همراه و همزمان و هماهنگ باسیستم های هیدرولیکی ، الکتریکی و الکترونیکی برای انجام مقاصد مورد نظر، درخدمت بشر در آمده است.

باگسترش چشمگیری که در نیمه دوم قرن نوزدهم برای صنایع به وقوع پیوست ، تولید انبوه محصولات وضرورت دستیابی به دبی و فشار بالاتر ومحدودیت هائی که کمپرسورهای تناوبی در دبی زیاد دارند باعث شد تا صنعتگران مجبور شوند در فکر طراحی وساخت انواع جدیدتری ازکمپرسورها باشند.

هرچند که کمپرسورهای تناوبی ازنظر قابلیت دستیابی به فشار بالا و راندمان هنوز هم مناسب ترین کمپرسورها می باشند ولی بالا بودن قیمت اولیه ، محدودیت دستیابی به دبی زیاد ، پائین بودن قابلیت اعتماد ، توقف های ناخواسته همراه با بالابودن هزینه های تعمیرات عملا” باعث گردید تا این کمپرسور ها قادر به تأمین تمامی نیازهای صنایعی که با رشدی شتابان درحال گسترش بودند نباشد . به همین خاطر از اواخر دهه ١٨۶٠ نسل جدیدی ازکمپرسورها که درحین دارا بودن بسیاری از ویژگیهای مطلوب کمپرسور های تناوبی ، قادر به تراکم و جابجا کردن حجم وسیعتری ازگاز بودند ابداع گردید که به لحاظ ماهیت رفتار ظاهری به کمپرسورهای دورانی ( Rotary) معروف شدند.

کمپرسورهای گوشواره ای را(Lobe) می توان اولین نمونه ازکمپرسورهای دورانی دانست که تولید آن ازدهه ١٨۶٠ شروع گردید . در اواخر قرن نوزدهم شرکتRoots  نمونه ای از دمنده فوق را که دارای گوشوارهائی به قطر۵/۷ متر بودند برای تهویه معادن بکار گرفت که قادر بود١٧۴٠۰۰ مترمکعب درساعت هوا را جهت تهویه به داخل تونل های معدنی بفرستد . قابلیت هایاین دمنده آنچنان بالا بود که بنام  شرکت سازنده(Roots) معروف گردید و هنوز هم در بسیاری ازمراجع علمی کمپرسورهای گوشواره ای بنام  Rootsنامیده می شوند .

اولین کمپرسور تیغه لغزنده ( Sliding Vane ) درسال ١٨٩٠ در آمریکا ساخته شد که بصورت خشک(Dry) طراحی شده بودند . پائین بودن راندمان ومشکل گرم کردن جزء معایب اساسی این کمپرسورها بوده تا اینکه درسال ١٩۴٧ با تزریق روغن که نقش آب بند کننده وخنک کاری کمپرسور را بعهده داشت، کارآئی ، عمرمفید و قابلیت های این کمپرسور به مقدار چشمگیری افزایش داده شد و امروزه نسل جدیدی ازکمپرسورهای دورانی بصورت روغن کاری شونده(Lubricated) درصد بالائی از بازار فروش کمپرسورها رابه خود اختصاص داده است . هرچند که کمپرسورهای دورانی درمقایسه با کمپرسورهای تناوبی ازقابلیت بالاتری در امر متراکم کردن گازها با دبی بیشتر برخوردار بودند ولی با این وجود قادر به تأمین تمامی نیازهای صنایع روبه گسترش که هر ساله ازنظر ظرفیت توسعه می یافتند نبودند.

کمپرسورهای گریز ازمرکز را می توان پاسخ مناسبی برای مشکل ظرفیت کمپرسورها دانست . اولین کمپرسور گریز ازمرکز درسال ١٨٩٩ توسط یک مهندس فرانسوی بنام Rateau با  ظرفیت ٢٠٠٠ مترمکعب درساعت و با نسبت تراکم۱ :۶/۱(فشار خروجی۲۶/۱بار مطلق)ساخته شد. درسال ١٩٠٣ کمپرسور گریز ازمرکز ۵ مرحله ای با نسبت تراکم کلی۵:۱ طراحی و بکار گرفته شد تولید کمپرسورهای گریز ازمرکز باظرفیت وفشار خروجی بالاتر دائمًا در دستور کارشرکت های سازنده قرارگرفته ، بنحوی که امروزه این کمپرسورها درظرفیت بیش از ١٢۵٠٠٠٠مترمکعب درساعت ساخته می شود. فشار قابل دسترسی دراین دسته ازکمپرسورها ازطریق افزایش تعداد طبقات تا ١۶ طبقه به بیش از ٧٠٠ بار نیز رسانیده شد کمپرسورهای گریز ازمرکز ذاتًا ازنوع خشک (Oil Free)بوده وبعلت بالابودن قابلیت اعتماد آن ،دوره های بهره برداری بدون توقف آن به بیش از سه سال نیز میرسد.