منحنی عملکرد کمپرسور | روش های استفاده و مزایای شناخت

این مقاله ترجمه ای اقتباسی از مقاله ای خرد با نام منحنی عملکرد کمپرسور از Phil Boudrea مدیر فروش بیتزر کانادا است. در این مقاله خرد برخی نکات دیگر از مقالات و منابع دیگری نیز افزوده شده است. دانش در زمینه های مختلف تبرید به ما یاد آوری می‌کند که طراحی، مشاوره و تعمیر سیستم های برودتی یک کار کاملا تخصصی است و نباید به افراد غیر متخصص سپرده شود.

تمام کمپرسور های برودتی برای مبرد های خاصی طراحی شده اند و رنج شرایط کارکرد مشخصی دارند. سازنده های سیستم های تبرید، چیلر های تراکمی و هیت پمپ ها معمولا منحنی عملکرد سیستم را برای دستگاه ارائه می‌دهند. برای کارکرد بهینه و بدون مشکل، کمپرسور سیستم برودتی باید در میان این منحنی عملکرد کمپرسور کار کند. بهره برداری خارج از منحنی عملکرد، باعث خطا و خرابی احتمالی کمپرسور می‌شود.

در تصویر زیر، هر حرف نشان دهنده یک محدوده محدود کننده در منحنی کارکرد کمپرسور است. در این مقاله ما به تعریف هر بخش و محدوده این منحنی می‌پردازیم. نگاهی به فاکتور هایی که این محدودیت ها را می‌سازند همراه با پیامدهای کارکرد در خارج از محدوده یک کمپرسور در این مقاله صورت خواهد گرفت.

علاوه بر محدودیت های بحث شده در اینجا، محدودیت های دیگری نیز وجود دارند که باید مورد توجه قرار گیرند. برای مثال اگر در کمپرسور از آنلود کمپرسور سیلندر پیستونی یا درایو دور متغیر کمپرسور استفاده شود، سازنده معمولا محدودیت های دیگری را نیز در نظر می‌گیرد. محدودیت های اضافی در نرم افزار سازنده کمپرسور و یا دیتا شیت های عملکرد دستگاه قرار دارند.

منطقه A: منطقه مورد تایید در منحنی عملکرد کمپرسور

شرایطی که درون مرز های منحنی عملکرد کمپرسور (منطقهA) قرار دارد، برای نشان دادن شرایط کاربری مجاز نشان داده شده است. با این حال بسیاری از منحنی های عملکرد کمپرسور با توجه به موتور های به کار رفته در کمپرسور تفاوت داشته و مناطق کاربری‌ آنها و مرز های منحنی تغییر می‌کنند. بنابر این این بسیار مهم است که بدانیم در کمپرسوری که بررسی می‌کنیم، کدام مدل موتور به کار رفته است.

در مثال ذکر شده در این مقاله و این کمپرسور خاص، دو مدل موتور موجود است. موتور یک در شکل زیر یک موتور پر قدرت و موتور دو یک موتور ضعیف تر برای قدرت های پایین تر را نشان می‌دهد.

منطقه B: حداقل دمای اشباع ساکشن (SST)

      در مرز سمت چپ منحنی، حداقل دمای اشباع ساکشن مشاهده می‌شود. چند عامل برای تعیین این حد، استفاده می‌شوند. در حداقل SST چگالی مبرد کم است و دبی جریان جرمی پایین است. این دو عامل قابلیت خنک کاری موتور در کمپرسور های بسته و نیمه بسته را کاهش می‌دهند.

از سوی دیگر کمپرسور هایی که با مبرد برگشتی خنک می‌شوند، نباید در حالت وکیوم کار کنند. همچنین کارکرد کمپرسور در حالت وکیوم ساکشن، می‌تواند باعث مکش هوا به درون سیستم شود. ورود هوا یعنی ورود رطوبت، اکسیژن نیتروژن و دیگر آلودگی های هوای اطراف. مسلما ورود این اجزا می‌تواند باعث صدمه به سیستم شود.

منطقهC: حداقل دمای اشباع دیسشارژ (SDT)

      دما های اشباع پایین یعنی دمای دیسشارژ پایین تر و این محدوده می‌تواند باعث تقطیر مبرد در سیلندر کمپرسور شود. این تقطیر باعث آسیب سوپاپ های کمپرسور خواهد شد. وقتی SDT خیلی کاهش پیدا می‌کند، از آب بندی و نشستن کامل سوپاپ دیسشارژ بر روی نشیمن گاه سوپاپ نیز جلوگیری می‌شود. این اتفاق قطعا منجر به کاهش راندمان کمپرسور و در نتیجه کاهش راندمان سیستم می‌شود.

ناحیهD: نسبت تراکم پایین

      این ناحیه شرایطی را نشان می‌دهد که در آن دبی مبرد بالا و نسبت تراکم پایین است. گوشه سمت راست بالای این بخش از منحنی، کمترین نسبت تراکم و بیشترین جریان مبرد را نشان می‌دهد. وقتی نسبت تراکم خیلی پایین باشد، آب بندی نشدن مناسب سوپاپ های کمپرسور باعث کاهش راندمان کمپرسور می‌شود.

به دلیل جریان مبرد بالا، سوپاپ های مکش و دیسشارژ کمپرسور تحت یک استرس و فشار بسیار زیاد هستند. بنابراین کارکرد در نسبت تراکم های پایین، موجب آسیب و یا شکستن سوپاپ در کمپرسور خواهد شد.

      همانطور که مبرد در کمپرسور فشرده می‌شود، آنتالپی به دلیل گرمای ناشی از فشرده سازی مبرد افزایش می‌یابد. در نتیجه مبرد همیشه کمپرسور را با درجه ای مشخص از سوپرهیت ترک می‌کند. حتی اگر مبرد به کمپرسور به صورت بخار اشباع (با سوپرهیت 0 ) وارد شود.

در دما های اشباع پایین، سوپرهیت دیسشارژ کاهش پیدا می‌کند. وقتی که کمپرسور در این ناحیه محنی عملکرد کمپرسور کار می‌کند، چون محلول مبرد بیش از حد در روغن برودتی وجود دارد، اطمینان از اینکه میزان سوپرهیت دیسشارژ کمتر از حداقل های تعیین شده توسط سازنده نیست بسیار مهم است. پیامد های احتمالی کارکرد در این محدوده، کاهش روانکاری به دلیل ویسکوزیته پایین روغن برودتی، فوم شدن شدید روغن برودتی و نرخ انتقال روغن بالاتر خواهد بود.

محدوده E: حداکثر دمای اشباع ساکشن (SST)

      این منطقه محدودیت حداکثر SST را نشان می‌دهد. این محدودیت با حداکثر نیروهای وارد به اجزای متحرک کمپرسور به دلیل فشار ساکشن بالا ایجاد می‌شود. اجزای متحرک کمپرسور شامل یاتاقان ها، میل لنگ، شاتون و ... هستند.

فیلم نازکی از روغن باید بین قطعات متحرک در تمام زمان کاری کمپرسور وجود داشته باشد. در بارهای برودتی بالاتر، این فیلم روغن نازک تر بوده و از میان اجزای متحرک به بیرون رانده خواهد شد. در شرایط حاد، ادامه این فرایند می‌تواند به برخرود فلز به فلز در اجزای متحرک کمپرسور و در نتیجه آسیب کمپرسور منجر شود.

محدوده F: حداکثر دمای دیسشارژ اشباع( SDT)

        این محدوده بلاترین حد SDT است. کارکرد کمپرسور در این محدوده باعث تحمیل بار مکانیکی حداکثری در قطعات متحرک کمپرسور می‌شود. همچنین این محدودیت شامل قابلیت حداکثر فشار تحملی بدنه کمپرسور نیز می‌شود.

وقتی کمپرسور های انتخابی نزدیک این محدوده کار می‌کنند، تاثیرات فشار ساکشن بالا در هنگام راه اندازی افزایش پیدا می‌کند. در برخی موارد حتی شاید نیاز به تنظیم فشار ساکشن در هنگام راه اندازی ایجاد شود.

        بیشترین فشار به موتور وقتی که کمپرسور در محدوده گوشه بالایی سمت راست کار می‌کند وارد می‌شود. کارکرد کمپرسور نزدیک به این ناحیه اصلا پیشنهاد نمی‌شود. در این محدوده علاوه بر کارکرد موتور در حداکثر فشار، آنبالانسی ولتاژ کمپرسور نیز باعث فشار مازاد به موتور و در نتیجه سوختن کمپرسور می‌شود.

باید توجه داشت برای مثال یک آنبالانسی و انحراف ولتاژ 1 درصدی می‌تواند موجب افزایش جریان 5 درصدی در کمپرسور شود. همچنین دمای سیم پیچ موتور به صورت تصاعدی با درصد ناچیزی از آنبالانسی ولتاژ افزایش پیدا می‌کند.

محدوده Cو H: نسبت تراکم بالا

        این محدوده ها با نسبت تراکم بالا و حد نهایی تحمل دمایی کمپرسور شناخته می‌شوند. در شرایطی که کمپرسور در این محدوده کار کند، خنک کنندگی موتور به خطر افتاده و دمای دیسشارژ بالا است. در این شرایط، روانکاری کمپرسور نیز خوب انجام نمی‌شود. در چنین شرایطی دمای دیسشارژ به دلیل کاهش چگالی مبرد در خط ساکشن و افزایش گرمای کمپرسور بالا می‌رود.

این منطقه ممکن است به خاطر شرایط آب و هوایی، یا سایر اقداماتی که منجر به کاهش دما شوند، محدودیت های دیگری را نیز به ارمغان آورد. در این مورد نشان داده شده در تصویر، محدوده سایه خورده G نشان دهنده نیاز برای نگهداری دمای گاز ساکشنRGT، یا دمای سوپرهیت زیر مقادیر مشخص است. یک خنک کننده اضافی مثل فن خنک کننده سر سیلندر به حذف گرما کمک می‌کند.

ناحیه سایه زده شده H در این شکل نشان دهنده نیاز برای تنظیم دمای سوپرهیت و یا RGT حتی با وجود فن خنک کننده سر سیلندر است.

فایل صوتی پادکست دانفوس در مورد منحنی عملکرد کمپرسور را می‌توانید در پیوست این مقاله بشنوید.

جمع بندی

در این مقاله بررسی اجمالی منحنی عملکرد کمپرسور های برودتیصورت گرفت. در صورت نیاز به مطالعه بیشتر در این خصوص می‌توانید به اینفوگرافیک منحنی عملکرد کمپرسور مراجعه کنید. در صورت نیاز به مشاوه تخصصی، انتخاب سیستم بهینه و هرگونه سوال با ما در تماس باشید.

نام گالري فيلم و نام ويديو

پادست منحنی عملکرد کمپرسور در این پادکست از مجموعه پادکست کول تاک دانفوس به منحنی عملکرد کمپرسور پرداخته می‌شود.