کمپرسور پیستونی که به آن کمپرسور رفت و برگشتی نیز گفته می‌شود، نوعی کمپرسور جابجایی مثبت است که از یک یا چند پیستون برای فشرده‌سازی هوا یا گاز در داخل یک سیلندر استفاده می‌کند. عملکرد آن مشابه پمپ دستی دوچرخه است، با این تفاوت که در مقیاس بسیار بزرگتر و با سرعت بسیار بالاتر انجام می‌شود.
نحوه عملکرد کمپرسور پیستونی:
* مکش: هنگامی که پیستون به سمت پایین حرکت می‌کند، حجم داخل سیلندر افزایش می‌یابد و فشار کاهش می‌یابد. این اختلاف فشار باعث باز شدن شیر ورودی و ورود هوا یا گاز به داخل سیلندر می‌شود.
* تراکم: با حرکت پیستون به سمت بالا، حجم داخل سیلندر کاهش می‌یابد و هوا یا گاز محبوس شده فشرده می‌شود. هرچه پیستون بیشتر به سمت بالا حرکت کند، فشار گاز بیشتر می‌شود.
* تخلیه: هنگامی که فشار گاز فشرده شده از یک حد معین فراتر می‌رود، شیر خروجی باز می‌شود و گاز پرفشار از سیلندر خارج شده و به مخزن ذخیره یا سیستم مورد نظر منتقل می‌شود.
* تکرار: این چرخه به طور مداوم تکرار می‌شود تا فشار مورد نظر در سیستم حفظ شود.
اجزای اصلی کمپرسور پیستونی:
* سیلندر: محفظه‌ای استوانه‌ای که پیستون در آن حرکت می‌کند.
* پیستون: قطعه‌ای متحرک که در داخل سیلندر به بالا و پایین حرکت کرده و عمل فشرده‌سازی را انجام می‌دهد. معمولاً از جنس آلومینیوم یا فولاد ساخته می‌شود.
* میل لنگ: قطعه‌ای چرخشی که حرکت دورانی موتور را به حرکت خطی رفت و برگشتی پیستون تبدیل می‌کند.
* میله اتصال: میله‌ای که پیستون را به میل لنگ متصل می‌کند.
* سوپاپ‌های ورودی و خروجی: شیرهای یک طرفه‌ای که ورود و خروج هوا یا گاز به داخل و خارج از سیلندر را کنترل می‌کنند.
* رینگ‌های پیستون: حلقه‌هایی که دور پیستون قرار می‌گیرند و از نشت گاز بین پیستون و دیواره سیلندر جلوگیری می‌کنند و همچنین به روغن‌کاری کمک می‌کنند.
* موتور: نیروی محرکه لازم برای به حرکت درآوردن میل لنگ را فراهم می‌کند (می‌تواند الکتریکی یا دیزلی باشد).
* مخزن ذخیره هوا (در کمپرسورهای باد): برای ذخیره هوای فشرده شده و تامین جریان یکنواخت آن استفاده می‌شود.
* سیستم خنک‌کننده: برای جلوگیری از گرم شدن بیش از حد کمپرسور در اثر فشرده‌سازی و اصطکاک.
انواع کمپرسور پیستونی:
کمپرسورهای پیستونی بر اساس عوامل مختلفی دسته‌بندی می‌شوند، از جمله:
* تعداد مراحل فشرده‌سازی:
* تک مرحله‌ای: فشرده‌سازی در یک مرحله انجام می‌شود و برای فشارهای متوسط مناسب است.
* دو مرحله‌ای یا چند مرحله‌ای: فشرده‌سازی در چند مرحله با کاهش حجم تدریجی انجام می‌شود و برای دستیابی به فشارهای بالاتر کارآمدتر است.
* نحوه عملکرد:
* یک طرفه (Single-acting): فشرده‌سازی فقط در یک طرف پیستون انجام می‌شود.
* دو طرفه (Double-acting): فشرده‌سازی در هر دو طرف پیستون در حین حرکت رفت و برگشتی انجام می‌شود و ظرفیت بیشتری دارد.
* نوع ساختار:
* مستقیم (Trunk): میله اتصال مستقیماً به پیستون متصل است.
* شافت هادی (Crosshead): از یک قطعه واسط به نام کراس هد برای اتصال میله پیستون به میله اتصال استفاده می‌شود که حرکت خطی دقیق‌تری را فراهم می‌کند و برای کمپرسورهای بزرگتر مناسب است.
* نوع کاربری: کمپرسورهای یخچال، کولر گازی، صنعتی، پزشکی و غیره.
کاربردهای کمپرسور پیستونی:
کمپرسورهای پیستونی به دلیل تنوع در اندازه، فشار قابل دستیابی و هزینه نسبتاً پایین، کاربردهای گسترده‌ای دارند، از جمله:
* تولید هوای فشرده: برای ابزارآلات بادی، رنگ‌پاشی، باد کردن تایرها، صنایع تولیدی و غیره.
* سیستم‌های تبرید و تهویه مطبوع: در یخچال‌ها، فریزرها، کولرهای گازی و سیستم‌های تهویه مطبوع صنعتی و تجاری.
* صنایع شیمیایی و پتروشیمی: برای فشرده‌سازی گازهای مختلف در فرآیندهای تولید.
* صنایع نفت و گاز: در مراحل مختلف استخراج، پالایش و انتقال گاز.
* کاربردهای پزشکی: برای تامین هوای فشرده در تجهیزات تنفسی و دندانپزشکی.
* قالب‌گیری بطری‌های پلاستیکی (PET).
مزایای کمپرسور پیستونی:
* ساختار نسبتاً ساده و قابل اطمینان.
* راندمان بالا در گستره وسیعی از فشارها.
* قابلیت کار در شرایط دمایی و فشاری متنوع.
* هزینه اولیه و نگهداری نسبتاً پایین (برای انواع کوچکتر).
* تنوع در اندازه و ظرفیت.
معایب کمپرسور پیستونی:
* ایجاد لرزش و صدا نسبتاً زیاد.
* جریان هوای خروجی غیریکنواخت و پالسی.
* محدودیت در ظرفیت و فشارهای بسیار بالا در مقایسه با برخی دیگر از انواع کمپرسورها (مانند اسکرو).
* نیاز به روغن‌کاری در برخی مدل‌ها.
* استهلاک قطعات متحرک بیشتر نسبت به کمپرسورهای روتاری.