انواع کمپرسور چیلر تراکمی

پیش از مطالعه این مطلب در صورتی که با اصول کارکرد سیکل تبرید چیلر تراکمی آشنایی ندارید، پیشنهاد می شود مطلب نحوه کار چیلر تراکمی را مطالعه کنید.

مقدمه

        در سیکل تبرید چهار جزء اصلی وظیفه ایجاد سرمایش و برودت را بر عهده دارند. کندانسور، کمپرسور، اواپراتور و شیر انبساط. در حقیقت کارکرد چیلر های تراکمی وابسته به اجزای فراوانی است و این چهار جزء تنها بخشی از اجزای چیلر تراکمی می باشند. در این بخش به بررسی مختصر انواع کمپرسور سرمایشی و نقش کمپرسور در چیلر تراکمی خواهیم پرداخت. 

عملکرد کمپرسور

        برای مطالعه انواع کمپرسور چیلر تراکمی ابتدا باید دید کمپرسور چیست و چگونه کار می کند؟ جهت فشرده کردن و مکش گاز مبرد در سیکل تبرید، کمپرسور ها به واسطه یک عامل چرخش مانند انرژی الکتریکی و یا موتور های احتراقی و توربین های گاز، به حرکت در می آیند. فارغ از کاربرد و عامل محرک کمپرسور ها در چیلر، این تجهیزات به دو گروه عمده جابه جایی مثبت و دینامیک جای می گیرند. در کمپرسور های جابه جایی مثبت، عامل تراکم با جابه جایی از یک نقطه به نقطه ای دیگر و در یک محفظه، گاز را متراکم می کند. در کمپرسور های دینامیک، چرخش پر سرعت یک پروانه حول یک محور باعث مکش و تراکم گاز می شوند. در برخی از کمپرسور های دینامیک نیز، ساختار ونتوری شکل کمپرسور موجب تراکم گاز می شود. 

بازدهی و راندمان

        راندمان و بازده کمپرسور را به روش های مختلفی می توان نشان داد. در این مقاله به براندمان حجمی و نسبت تراکم می پردازیم.

• نسبت تراکم :ظرفیت و بازدهی کمپرسور وابسته به نسبت تراکم است. نسبت تراکم نسبتی است بین فشار دهش و فشار مطلق مکش که بسته به ابعاد کمپرسور، و سرعت گردش آن بر حسب دور در دقیقه متفاوت است. کمپرسور در نسبت تراکم های بالا نیاز به صرف انرژی و انجام کار بیشتر دارد. 

• راندمان حجمی: حجم واقعی بخار دریافت شده در مکش کمپرسور با حجم جابه جایی واقعی کمپرسور برابر است. نسبت بین حجم واقعی بخار به حداکثر حجمی که به صورت تئوری می تواند در سیلندر های کمپرسور وجود داشته باشد را راندمان حجمی می نامند. به طور کلی می توان گفت راندمان حجمی کمپرسور، نشانگر حجم واقعی مبردی است که توسط کمپرسور جا به جا می شود. 

تصویر انواع کمپرسور تبرید: تصویر سمت راست چیلر گریز از مرکز 4000 تنی را نمایش می دهد. حق کپی رایت تصویر متعلق به آقای مصطفی رشید ناصری

نقش کمپرسور چیلر

        در پاسخ به این سوال که کمپرسور چیلر چیست؟ و توضیح نقش کمپرسور چیلر، کمپرسور را می توان به قلب سیکل تبرید تشبیه کرد. در یک سیکل تبرید ساده کمپرسور سرمایشی بین اواپراتور و کندانسور قرار گرفته و و گاز مبرد را در سیکل به حرکت در می آورد. در نام بردن وظایف کمپرسور در سیکل تبرید ابتدا باید کاهش فشار اواپراتور و خارج کردن بخار مبرد از آن و سپس افزایش فشار در اثر تراکم و همچنین افزایش دمای بخار مبرد در سمت دهش(جهت تبادل حرارت بهتر و تقطیر ساده تر) را نام برد. در حقیقت می توان گفت که کمپرسور نقش اساسی در سیکل دارد. در سیکل تبرید کمپرسور ها به همان اندازه که موجب افزایش فشار و تقطیر راحت تر مبرد در کندانسور می شوند، موجب کاهش فشار و تبخیر ساده تر مایع مبرد در اواپراتور نیز می گردند. کمپرسور ها در سیکل تبرید به صورت تکی، چند مرحله ای، سری و یا موازی با یکدیگر کار می کنند. 

انواع کمپرسور چیلر تراکمی

        همانطور که گفته شد، از نظر نوع عملکرد کمپرسور ها به دو گروه جابه جایی مثبت و دینامیک تقسیم بندی می شوند. کمپرسور های جابه جایی مثبت شامل کمپرسور روتاری، کمپرسور تیغه ای، کمپرسور اسکرو، کمپرسور سیلندر پیستونی، کمپرسور دندانه ای و کمپرسور اسکرال هستند. کمپرسور های دینامیک نیز شامل کمپرسور سانتریفوژ شعاعی و محوری و همچنینی کمپرسورهای اجکتوری می شوند. 

در سیکل تبرید همه این نوع کمپرسور ها به کار نمی روند. در ادامه کمپرسور های مورد استفاده در سیکل تبرید را به اختصار معرفی می کنیم. 

کمپرسور های رفت و برگشتی(سیلندر پیستونی)

        کمپرسور های سیلندر پیستونی از رایج ترین انواع کمپرسور چیلر های تراکمی هستند. نوع کاکرد این کمپرسور ها که به کمپرسور پیستونی چیلر نیز معروفند به کارکرد موتور های احتراق داخلی بسیار شبیه است. هنگامی که پیستون به سمت بالا حرکت می کند، همزمان سوپاپ ورودی بسته شده و در نتیجه چرخش میل لنگ و حرکت پیستون فشار گاز به خاطر کاهش حجم سیلندر افزایش پیدا کرده و به اندازه ای که بتواند سوپاپ خروجی را باز کند، متراکم می شود. گاز متراکم از راه سوپاپ خروجی به لوله دیسشارژ کمپرسور راه می یابد. بعد از آن با حرکت مجدد پیستون به سمت پایین، گاز مبرد دوباره وارد کمپرسور شده و سیکل ادامه پیدا می کند.  در دهه های اخیر این نوع از کمپرسور ها به صورت روز افزون با کمپرسور های دیگر جایگزین می شوند. 

• انواع کمپرسور سیلندر پیستونی: کمپرسور های سیلندر پیستونی در مدل های باز، نیمه باز(سمی هرمتیک)، و بسته (هرمتیک) تولید و ساخته می شوند. استفاده از کمپرسور های باز به دلیل احتمال ایجاد نشتی و الاین(هم محوری) کردن دو محور کمپرسور و موتور کمتر مورد استفاده قرار می گیرند. از کمپرسور های هرمتیک یا بسته در سیکل های با ظرفیت های پایین استفاده می شود. در چیلر های ظرفیت متوسط و بالا از کمپرسور های نیمه بسته استفاده می شود. یکی از علل استفاده از کمپرسور های نیمه بسته در این چیلر ها، قابل تعمیر بودن، سهولت تعمیر و خنک کاری الکترو موتور توسط گاز ورودی می باشد. همچنین کمپرسور های سیلندر پیستونی را می توان در انواع عمودی، خورجینی Vشکل و یا W شکل با تعداد سیلندر های مختلف مشاهده کرد.
• مزیت ها و معایب کمپرسور رفت و برگشتی: سادگی عملکرد، از مزایای کمپرسور های سیلندر پیستونی می باشد. وجود قطعات متحرک زیاد و در نتیجه ارتعاش زیاد این نوع کمپرسور یکی از معایب این کمپرسور ها است. وجود سوپاپ مکش و رانش و در نتیجه حساسیت بالای کمپرسور های سیلندر پیستونی به ورود مایع مبرد در جریان گاز ورودی به کمپرسور نیز از معایب دیگر این تجهیزات هستند. همچنین فضای مرده بالای سیلندر، راندمان حجمی کمپرسور را کاهش داده و از معایب این نوع از کمپرسور های تبرید محسوب می شود. البته در کمپرسور های پیشرفته و جدید سعی بر رفع تمام این معایب می گردد. به طور مثال کمپرسور های منیروپ دانفوس با بهره گیری از تکنولوژی خاصی که در موتور ماشین های اسپرت به کار می رود، حجم مرده سیلندر را به حداقل ممکن رسانده است. در صورت تمایل به مطالعه بیشتر در این زمنیه می توانید مطلب کمپرسور منیروپ دانفوس را مطالعه کنید. از معایب دیگر این کمپرسور ها به بازدهی پایین تر نسبت به انواع دیگر کمپرسور و همچنین لرزش و سرو صدای بیشتر کمپرسور های سیلندر پیستونی می توان اشاره کرد.

کمپرسور های روتاری

        یکی دیگر از انواع کمپرسور چیلر تراکمی کمپرسور های روتاری هستند. کمپرسور های روتاری دارای دو نوع تیغه لغزنده و تیغه گردان هستند. در نوع تیغه لغزنده، تیغه ای در محل مشخص و ثابت در بدنه سیلندر قرار داشته که در محل خود حرکت رفت و برگشتی دارد. عامل حرکت تیغه لغزنده در کمپرسور های روتاری، استوانه گردانی است که به صورت غیر هم مرکز با سیلندر، می چرخد. تیغه متحرک وظیفه جداکردن بخش مکش و دهش را در این نوع کمپرسور دارد. 

در نوع متحرک با تیغه گردان، دو الی هشت تیغه فولادی که به فاصله های مساوی حول محور استوانه قرار گرفته اند، وجود دارد. این تیغه های ضمن حرکت رفت و برگشتی، به دلیل قرار گرفتن بر روی استوانه دوار، حرکت چرخشی نیز دارند. وظیفه این تیغه ها حبس کردن گاز در بین خود است. با وجود این تیغه های متحرک کمپرسور، امکان مکش گاز از یک سوپاپ و رانش از سوپاپ دیگر را فراهم می کند. 

کمپرسور های اسکرو

        از دیگر انواع کمپرسور چیلر تراکمی می توان به کمپرسور های اسکرو اشاره کرد. در سال های اخیر با توجه به پیشرفت های حاصل شده در کمپسور های اسکرو، استفاده از این نوع کمپرسور ها در تهویه مطبوع و تبرید سنگین و نیمه سنگین بسیار متداول شده است. کمپرسو های اسکرو نیز از نوع جابه جایی مثبت هستند. نوع معمول این نوع از کمپرسور های تبرید، از دو روتور متحرک با سطح مقطع مکمل هم (نری و مادگی) تشکیل شده است. در این نوع از کمپرسور، یک روتور متحرک بوده و یکی به صورت هرزگرد میچرخد. با چرخش روتور متحرک، گاز مبرد از طریق مجرای مکش وارد فضای بین پره های نر و ماده می شود. با ادامه چرخش، این گاز، بین دو روتور محبوس شده و در ادامه حرکت خود، به صورت محوری و شعاعی به دلیل کاهش تدریجی فضای بین پره های درگیر، متراکم می شود. تراکم گاز حبس شده تا فضای خروجی کمپرسور، ادامه می یابد. کمپرسور های اسکرو در رنج بزرگی از 20 تا 300 تن تولید می شوند. 

• مزیت های کمپرسور های اسکرو: از مزیت های کمپرسور اسکرو می توان به راندمان بیشتر، عملکرد مطمئن و پایدارتر، عدم وجود سوپاپ مکش و دیسشارژ، ابعاد کوچکتر، امکان دسترسی به دماهای پایین تا 50- درجه سانتی گراد، لرزش و ارتعاشات کمتر و همچنین کاهش تلفات مبرد نام برد.

کمپرسور های اسکرال

        در شمارش انواع کمپرسور چیلر تراکمی، باید به کمپرسور های محبوب اسکرال نیز اشاره نمود. در کمپرسور های اسکرال، دو نوار مارپیچ در داخل هم، وظیفه تراکم گاز را بر عهده دارند. حلزونی ای که در بالا قرار گرفته ثابت و حلزونی پایین در بالایی فرو رفته و متحرک است. در هنگام مکش گاز مبرد، گاز وارد فضای بین دو حلزونی شده و طی حرکت پیوسته به مرکز دو نوار حلزونی رفته و از نقطه میانی آن خارج می شود. 

        کمپرسور های اسکرال دارای ظرفیت های بالایی نیستند و برای دستیابی به ظرفیت های بالا باید چندین کمپرسور با هم موازی شوند. کمپرسور اسکرال در هر دو نوع باز و بسته تولید شده و به کار می روند. از معروف ترین سازندگان این کمپرسور ها می توان به شرکت کوپلند و دانفوس اشاره کرد. 

• مزیت های کمپرسور اسکرال: عدم وجود سوپاپ مکش و رانش، ارتعاش و صدای کمتر نسبت به کمپرسور های سیلندر پیستونی، راندمان حجمی بسیار بالا تا نزدیک 100 درصد و قطعات متحرک کمتر در نتیجه هزینه های نگهداری و خرابی کمتر بخشی از مهمترین مزایای کمپرسور های اسکرال هستند. 

کمپرسور های گریز از مرکز یا سانتریفیوژ

        یکی از پرکاربرد ترین کمپرسور های دینامیکی در چیلر های تراکمی، کمپرسور گریز از مرکز است. همانطور که قبلا در انواع کمپرسور چیلر تراکمی خواندیم، کمپرسور چیلر های ترامی به دو نوع عمده کمپرسور دینامیک و جابه جایی مثبت تقسیم می شوند. ایجاد تراکم و فشار در کمپرسور ها سانتریفیوژ مبتنی بر انرژی جنبشی (سرعت) است. عملکرد این نوع از کمپرسور ها تقریبا مشابه عملکرد پمپ های سانتریفوژ است. به این صورت که گاز مبرد از مرکز(چشمه) پروانه ای دوار که با سرعت زیاد می چرخد، وارد شده و با زاویه 90 درجه به دهانه دیسشارژ پرتاب می شود. در این نوع کمپرسور ها، راندمان نسبت مستقیمی با سرعت دارد یعنی هر چه سرعت کمپرسور بیشتر باشد، راندمان نیز بیشتر است. مشخصات این نوع از کمپرسور ها کاملا به گاز مبرد وابسته است. به طور مثال قطر پروانه کمپرسور سانتریفوژ مناسب برای گاز R134a یک ششم پروانه مناسب برای گاز R123 است. 

کمپرسور های سانتریفوژ می توانند از چند پروانه سری استفاده کنند. همچنین از این کمپرسور ها در ظرفیت های بسیار زیاد(مثلا 4000 تن تبرید) استفاده می شود. 

• معایب و مزایای کمپرسور سانتریفیوژ: عدم وجود سوپاپ دهش و مکش، راندمان بالا، توانایی استفاده در ظرفیت های بسیار بالا، اتلاف توان کم به دلیل اتصال پروانه به شفت اصلی و قطعات متحرک کمتر از مزایای این کمپرسور ها هستند. البته تاثیر زیاد در تغییرات دمای تقطیر را می توان از معایب این نوع کمپرسور ها دانست. این تجهیزات به دلیل ساختار تخصصی و عدم شناخت کافی تکنسین های تبرید، خاص بوده و هزینه تعمیر و نگهداری به نسبت بالایی دارند. همچنین راندمان این کمپرسور ها در دور های پایین کاهش می یابد.

جمع بندی

        در این مقاله با انواع کمپرسور به کار رفته در صنعت تبرید به طور خیلی مختصر آشنا شدیم. این کمپرسور ها در ابعاد و ظرفیت های گوناگون و تناژ تبرید مختلف تولید می شوند. از شرکت های بزرگ تولید کمپرسور، می توان به دانفوس، امرسون، بوک، گ آ،  سابرو، استال، فریک، هیتاچی، پاناسونیک، میتسوبیشی، سامسونگ، ال جی، بیتزر و ... نام برد. لطفا نظرات خود را با ما به اشتراک بگذارید.