Heinrich Krigar Hannover’de yaşıyordu ve onun tasarım çizimleri birbirinin aynı profile sahip iki rotoru göstermekteydi. Gerçekte, Krigar’ın tasarımı, Avrupa’da ilk kez 1867’de orya çıkan Root blower rotorlarına benziyordu ama arada önemli bir fark vardı, Krigar’ın tasarımında rotorların lob ve yivleri uzunlukları boyunca 180º sarma yapıyordu (helisel prensiple yer değiştiriyordu). O zaman için daha fazlasını düşünmek ve geliştirmek imalat teknolojisinin yetersizliği dolayısıyla mümkün değildi.
Yarım yüzyıl sonra, İsveç’li buhar türbini üreticisi Ljungstroms Angturbin AB şirketinin baş mühendisi Alf Lysholm modern vidalı kompresörün geliştirilmesine çok önemli katkılar sağladı. O zamanlar, Lysholm gaz ve buhar türbinlerinde kullanmak için hafif kompresörler araştırmaktaydı. Orijinal patent haklarının sona erdiği zamana denk gelince, Lysholm farklı rotor kombinasyonları denedi. Sadece rotorların şekli önemli değildi, rotorların hassas işlenmesi problemi de vardı ve Lysholm bu problemi çözüp, rotorların işlenmesi konusunda patent aldı. 1935 yılındaki patent açıkca göstermektedir ki, onun, erkek rotorun dört lobuna karşılık, dişi rotorda beş yiv kullandığı asimetrik profilli rotorları günümüzün vidalı kompresörlerinin doğuşu anlamına gelmektedir ve bu ilk asimetrik profilli dörde beş loblu tasarım yıllarca aynen kullanılmıştır.
Ljungstroms Angturbin AB şirketi adını 1951 yılında Svenska Rotor Maskiner AB (SRM) olarak değiştirdi. Bugün çok iyi bilenen kısa ismiyle, SRM, vidalı kompresör (vida) imalatçılarının hemen hemen hepsine imalat lisansı vermiştir. Avrupa’nın en büyük vida imalatçılarından biri olan Gutehoffnungshutte veya daha çok bilinen kısa adıyla GHH, günümüzde, bir çok vidalı kompresör ünitesi (paket) üreticisine vida satmaktadır. Rakip vida imalatçıları kendi araştırma ve geliştirme faaliyetlerine yatırım yaparak, 120 yılı aşan başlangıç konseptine bağlı olarak, yeni vida-rotor profilleri üretmişlerdir ve üretmeye devam etmektedirler.
Vidalı Kompresörün Serbest Hava Debisinin İfadesi (FAD) :
FAD, kompresörün bastığı havanın emdiği havanın miktarı cinsinden ifadesidir. Yani 20 ºC referans emiş sıcaklığına göre, atmosfer basıncında, 1 dakikada emilen hava miktarı (hacim olarak); m3/dk (metreküp/dakika).
Başkaca bir ifade yok ise, Kompresörün FAD değeri, kompresörün 1 dakikada bastığı havanın, 20 ºC’de, 1 atmosfer basınçta (0 bar efektif, 1 bar mutlak basınçta) kaplayacağı hacim anlamına gelir. Bununla birlikte, basınçlı hava aygıtlarının kapasitesi 25 ºC'yi referans alan Nm3/dk (normal metreküp/dakika) cinsinden ifade edilebilmektedir. (Hava soğudukça kompresörün bastığı havanın kütlesi artar, ısındıkça azalır. Kompresör çıkışındaki hava ısınmış olduğu için emdiğinden daha fazla hacime sahip olur. Burada asıl olan kompresörün emdiği hava miktarıdır, ki, aynı miktarı çıkışına taşıyarak, basar.)
Gerçekte boru içinden geçen havanın miktarı, kompresörün FAD değerinin çalışma basıncının mutlak (barometre) değerine bölünmesiyle bulunan değerdir. (Örneğin: 8 m3/dk FAD değeri ölçülüyorsa, 7 bar efektif basınçta, bu kompresörün bastığı hava boru içinden 1 m3/dk olarak geçiyor demektir. Boru içindeki hava hızını hesaplarken bu durumu dikkate almak gerekir.)
NOT: “Debi” birim zamanda akış miktarı demektir.
Kompresör Genel olarak havayı veya diğer gazları atmosfer basıncından daha yüksek basınçlara sıkıştırmak için kullanılan makina. Belirli bir oranda kompresörler kısmi vakum elde etmede veya atmosfer basıncının altına inmek için de kullanılır. Bu durumda pompa havalı yerdeki hava veya gazı dışarı atar.
Tarihçesi: Tarihçesi oldukça eskidir. Ancak 1650 Otto von Guericke’nin kompresör ve vakum pompalarında önemli gelişmeler yaptığı bilinmektedir. 1829’da William Mann basınçlı hava kompresör makinasının patentini aldı. Bu gelişmelerle, ekonomik alanda daha hafif makinalar elde edildi.
1872’den sonra sıkıştırma ile beraber soğutma da yapıldı. Bu yöntemde, silindirin içinde su jeti fışkırtılmaktaydı. Bu sistemde çalışan kompresörler bazı problemleri de yanında getirdi. Bu tür işlem terk edilerek etrafında su elbisesi bulunan kompresörler kullanılmaya başlandı. Bu tür ıslak kompresörler günümüzde hala kullanılmaktadır.
Kompresör Türleri
İleri-geri kompresörleri: Bu türde, pistonun ileri-geri hareketi ile hava sıkıştırılır. Pistona bağlı havanın içeri girmesi ve çıkması için kapakçıklar bulunur. Genel olarak, kompresörde dönme hareketini gel-git doğrusal harekete çeviren, biyel mekanizması bulunur. Sıkıştırılacak akışkan, pistona giriş kapakçığı ile emilerek alınır. Piston hacmi en büyük olduğu zaman giriş kapakçığı kapanır ve piston ileri doğru hareket eder. Akışkana basınç tatbik edilir ve basınç arttığı zaman çıkış kapakçığı açılır ve akışkan dışarı atılır. Kompresör tek yönlü çalışan türden ise, gaz veya hava olan akışkan tek bir taraftan emilerek basılır. İki yönlü çalışan kompresörlerde pistonun bir tarafından akışkan emilirken, diğer taraftan dışarı basılır. Daha sonra bu işlem yön değiştirerek devam eder. Eski kompresörler buhar makinasındaki büyük silindir hacmine, düşük hıza, iki yönlü çalışmaya ve yatay eksene sahiptiler. Ancak otomobillerdeki içten yanmalı motorun gelişmesiyle, küçük hacimli kısa hareket mesafeli, çok silindirli, yüksek hızlı ve düşey eksenli kompresörler yaygınlaşmıştır.
Eğer hava yüksek basınçlara çıkarılırsa, sıcaklığı artar ve silindir ve pistonun yağlama sisteminde problemler doğurur. Bu sebepten ve güçten tasarruf sağlamak amacıyla birden fazla silindirli pompalar kullanılır. Birinci silindir, geçen basıncı biraz yükseltilmiş havanın soğuk su kullanılarak sıcaklığı düşürülür. Daha sonra bu hava yüksek basınç silindirine basıncının daha yükseltilmesi için gönderilir.
Genel olarak bu türler az miktardaki havayı yüksek basınca çıkarmak için en uygun türlerdir. Sabit hızla çalıştığı zaman, belirli miktardaki havayı yüksek basınçta ve en yüksek verimde verir. Ancak sıcaklıkla, silindirdeki yağın buharlaşıp sıkıştırılan gaza karışması bazdan arzu edilmeyebilir. Mesela, besin hazırlanması hususu böyle bir duruma örnek sayılabilir.
Bu tür kompresörler, yaygın bir şekilde, az miktarda yüksek basınçlı havaya ihtiyaç duyulan aletlerin işletilmesi, dökümlerin temizlenmesi gibi işlerde kullanılır. Ayrıca benzer ilkelere göre benzin veya buharla çalışan üfleyici motorlar, demir cevherinden, dökme demir elde edilmesi sırasında yüksek fırınlarda kullanılmaktadır. Mesela 0,9 tonluk demir yaklaşık 4 ton veya 2800 metre küp havaya ihtiyaç gösterir. Çelik yapımında kullanılan Bessemer fırınlarına hava temin etmekte de benzer kompresörler kullanılır.
Dönel kompresörler:
Bunların da esas olarak üç türü vardır: Merkezkaç kompresörler, eksen el akımlı kompresörler, dönel pozitif yer değiştirmeli kompresörler.
Merkezkaç kompresörler: Bu tür kompresörde hava veya başka gaz merkezi olarak dairevi hazneye alınır. Buradaki hava dönme hareketi sonucu, merkezkaç kuvveti tesiri altında hızlanır. Ancak dış kısma ulaştığında hızı düşer. Bernouilli ilkesine göre hızın düşmesi basıncın artmasına sebep olur. Buradan hava toplanma halkasına alınır ve dışarı sevk edilir.
Makina yüksek hızla döndüğü için, dengelenmiş, yani ağırlık merkezinin dönme ekseni üzerinde olması gerekir. Küçük bir sapma bile makinada büyük titreşimlere ve hasarlara sebep olur.
Bu tür kompresörler basit kullanışlı olup, kapakçıklara ihtiyaç göstermezler. Yağlama olmadığı için basınçlanmış havada yağ buharı bulunmaz. Dönme yataklarından başka sürtünen parça olmadığı için çalışma masrafı da düşüktür. Yüksek hızdan dolayı büyük miktardaki havayı fazla yüksek olmayan basınca getirmek mümkündür. Basınçlı hava sürekli olarak çıkar ve basınç dalgalanmalarını düzenleyecek bir ana hazneye ihtiyaç duyulmaz. 0,5 kgf/cm2lik basınca kadar tek kompresör yeterse de, daha yüksek basınçlar için seri şeklinde düzenlenmiş kompresöre ihtiyaç duyulur. 2,5 kgf/cm2nin üstündeki basınçlar için ise ana soğutması gerekli olabilir. Bu durumda bir devreden diğer devreye geçen havanın sıcaklığı düşünülerek soğutulur.
Eksen el akımlı kompresörler:
Bu tür kompresörde hava dönme eksenine paralel olarak hareket ederek, helisel şekilde ilerler. Bu sırada da sürekli basınç artar. Bir anlamda çalışma sistemi türbinin tersine uygundur.
Tipik bir eksen el akımlı kompresörünün parçaları:
1. Pervane veya türbin kanatları olan ve kompresörün iç cidarını meydana getiren kısım.
2. Çıkış kısmını meydana getiren ve dönen kısmı mesnetleyen yatak bölümü.
3. Duran ve kompresörün dış cidarlarını meydana getiren kısım. Montaj kolaylığı bakımından iki yarı daire şeklinde imal edilir. İçinde helisel olan ve pervane kısımları ile uyuşan kanallar mevcuttur.
4. Çalışması sırasında giren hava hızlandırılır ve daha sonra hızı düşürülür, bu arada Bernouilli ilkesine göre basınç yükselir.
Birbirine eklenebilen bölümlerden ibaret olması, küçük hacim kaplaması, dönen kısımların merkezi bulunması ve bu sebepten merkezkaç kuvvetinin düşük olması bu türün tercih sebebidir.
Dönel pozitif yer değiştirmeli kompresörler:
Bu tür pompada, hava dış merkez pompalarla birbirini takip eden küçük hacimlere alınır. Hacim azaldıkça basınç artar. Motorun dönen parçası, akışkanı girişten çeker, etrafında döndürür ve çıkıştaki yüksek basınç kısmına verir. Doğalgaz endüstrisinde gaz ölçüsü olarak kullanılır ve içinde is gibi yabancı madde bulunan gazlar, kolaylıkla bu kompresörden geçirilebilir.
Jet kompresörleri:
Genel olarak iki türü mevcuttur. Hidrolik kompresörler ve gaz ve buhar kompresörleri.
Hidrolik kompresörler:
Düşen suyu veya basınç altındaki suyu, mekanik hareketli bir parça kullanmadan, havaya basınç uygulamak için kullanan kompresörlerdir. En basitinde yüksek seviyeli su kütlesi, düşük seviyeye getirilirken havaya da basınç uygulanır. Daha sonra basınçlı havadan su ayrılır. Bunların en yenileri Taylor kompresörü olarak isimlendirilir. İlk kurulma masrafı yüksek olmasına karşılık, verimi yüksek, işletme masrafları düşüktür.
Gaz ve buhar kompresörleri:
Esas olarak basınçlı havanın veya buharın çıktığı bir ağız mevcuttur. Buradan yüksek basınçlı hava çıkarken genişler ve hızlı hareketi sırasında havayı da beraberinde sürükler. Daha sonra azalan kinetik enerji, basıncın artmasını doğurur. Bu tür pompa özellikle buharın zararlı etkisinin bulunmadığı yerlerde hava üfleyici ve ısı pompalarında ve havalandırma cihazlarında termo kompresör olarak kullanılır. Kompresör basit olup, hareketli bir parçası yoktur. Kullanımı kolay ve bakım masrafı düşüktür. Buna karşılık pompa olarak verimi düşük olması en önemli sakıncasını teşkil eder.