تهویه صنعتی, تهویه مطبوع, چیلر

انواع کمپرسور سیکل تبرید

انواع کمپرسور

انواع کمپرسور سیکل تبرید که در چیلرهای تراکمی آب خنک و هوا خنک و سایر سیستم های تهویه مطبوع خانگی و صنعتی و سرد خانه ای استفاده می شوند در پنج تقسیم بندی قرار می گیرند که به شرح ذیل می باشند.
۱- کمپرسور روتاری (Compressor Rotary)
۲- کمپرسور اسکرال (Compressor Scroll)
۳- کمپرسور اسکرو (Compressor Screw)
۴- کمپرسور رفت و برگشتی (سیلندر پیستونی)(Reciprocating Compressor)
۵- کمپرسور گریز از مرکز (سانتریفیوژ) (Centrifugal Compressor)

۱- کمپرسور روتاری

کمپرسور روتاری

کمپرسورهای روتاری دارای مکانیزم جا به‌ جایی مثبت و از نوع چرخشی هستند. در این نوع کمپرسورها با گردش ۳۶۰ درجه ای تیغه ها عمل مکش و کمپرس گاز مبرد انجام می گیرد. این گاز بعد از چرخش کمپرسور فشار به مراتب بالاتری نسبت لحظه ورود پیدا خواهد کرد. همین فشار بالا باعث خروج سریع و پرتابی گاز از قسمت خروجی می شود. کمپرسورهای روتاری برای مناطقی که فشار هوا بالاست مناسب هستند و اغلب در کولرهای گازی مورد استفاده قرار می گیرند.

کمپرسور روتاری، راندمان بالایی ندارند و سر و صدای کمی ایجاد می کنند. مصرف پایین برق این نوع کمپرسورها، آنها را به کمپرسورهای محبوب تولیدکننده های کولر گازی خانگی تبدیل کرده است. این کمپرسورها همچنین طراحی بسیار ساده ای دارند. همین طراحی ساده باعث می شود نصب و تعمیر این کمپرسورها هم آسان تر و ارزان تر از مدل های دیگر باشد. می توان گفت کمپرسورهای روتاری تنها مدل کمپرسور کولر گازی هستند که شما می توانید آنها را باز کنید، به تعمیرگاه ببرید و بعد از تعمیر دوباره بدون مشکل نصب کنید.

معایب
طول عمر پایین
پایین رفتن راندمان کار دستگاه در محیط های کثیف
محدود بودن ظرفیت (ظرفیت این کمپرسورها معمولا بین ۷۰۰۰ تا ۳۶۰۰۰ BTU است.)

مزایا
مهمترین مزیت این مدل کمپرسور پایین بودن تعداد قطعات متحرک کم است. این تعداد پایین قطعات متحرک باعث می شود کمپرسور در زمان فعالیت سر و صدای بسیار کمی تولید کند؛ مسئله ای که در مصارف خانگی جزو مهمترین نکات است.

۲- کمپرسور اسکرال

کمپرسور های اسکرال از دو مارپیچ تشکیل شده است که یکی از مارپیچ ها ثابت بوده و مارپیچ دیگر در حال دوران خواهد بود. این دوران سبب فشرده شدن گاز و بالا رفتن دما و فشار آن می شود. استفاده از کمپرسورهای اسکرال در مواقعی که در چیلرهای تراکمی آب خنک و هوا خنک متداول است.

کمپرسور اسکرال

قطعات اصلی کمپرسورهای اسکرال:

  • مارپیچ‌های حلزونی بیرونی ثابت (اسکرال)
  • مارپیچ حلزونی درونی ( دوران کننده)
  • میل لنگ و یاتاقان ها
  • روتور و استاتور
  • لوله مکش و تخلیه و پمپ روغن

هر یک از این قطعات در نحوۀ عملکرد دستگاه نقشی دارند؛ ولی نقش اصلی به عهدۀ دو مارپیچ حلزونی است که به کمک میل لنگ به حرکت در می آیند.
سیکل عملکرد کمپرسور اسکرال شامل سه مرحله است: مکش مبرد – تراکم مبرد – تخلیه مبرد.
در تمامی این سه مرحله، مهم ترین وظیفه بر عهدۀ دو مارپیچ حلزونی دستگاه است. در ساختمان کمپرسور، مارپیچ بیرونی ثابت بوده و مارپیچ درونی پیوسته دوران دارد. سرعت دوران این مارپیچ در مدل های متحرک قابل تنظیم بوده و روی میزان هوای تولیدی نقش دارد.
عملیات مکش: با شروع به کار دستگاه، جریان گاز سرد از شیر ورودی به داخل دستگاه فرستاده می شود. رزوه درونی شروع به دوران کرده و جریان گاز را داخل مارپیچ گیر می اندازد.
عملیات تراکم: با حرکت دورانی مارپیچ درونی، جریان گاز در فضای ایجاد شدۀ بین دو مارپیچ پیش رفته و دما و فشار آن بالا می‌ رود.
عملیات تخلیه: وقتی گاز مبرد به آخر مسیر مارپیچ ها می رسد، از طریق شیر تخلیه که در وسط مارپیچ ثابت قرار گرفته است به بیرون هدایت می شود.

انواع کمپرسور اسکرال

کمپرسور اسکرال متحرک (دور متغیر)
در کمپرسورهای اسکرال متحرک، تعداد دور مارپیچ درونی قابل کنترل بوده و به کمک آن می توان میزان هوای متراکم شده و دما و فشار مبرد را کنترل کرد.
کمپرسور اسکرال دور ثابت
در کمپرسور اسکرال ثابت تعداد دور مارپیچ درونی ثابت بوده و قابل مدیریت نیست. در این حالت برای کنترل میزان هوای متراکم شده، می توان با جابه‌جا کردن یکی از مارپیچ ها (بلند کردن و یا حرکت دادن آن) این کار را انجام داد؛ برای مثال در کمپرسورهای دیجیتالی از این روش استفاده می شود؛ اگرچه میزان بازده کمپرسورهای ثابت نسبت به کمپرسورهای متحرک پایین تر است.

معایب
غیر قابل تعمیر شدن
محدود بودن ظرفیت جهت چیلر های بزرگ (ظرفیت این کمپرسورها بین ۲.۵ تا ۳۰ تن تبرید است.)

مزایا
بهبود بازدهی نسبت به کمپرسورهای دیگر
سر و صدا و لرزش بسیار پایین
طراحی ساده و کاربردی
طول عمر نسبتا بالا

۳- کمپرسور اسکرو

کمپرسور اسکرو یا کمپرسور پیچی نوعی کمپرسور جابجایی مثبت است که از مکانیزمی روتاری (دورانی) برای متراکم کردن گاز استفاده می‌کند از این کمپرسورها معمولاً در جایی که نیاز به حجم گاز متراکم زیادی باشد استفاده می‌شود.

با چرخیدن روتورها دندانه‌ها در هم درگیر شده و محفظه ای را بین کمپرسور و روتورها ایجاد می‌کند. این چرخش حلزونی در محفظه باعث می‌شود گاز از طرف ساکشن یا ورودی وارد شود و به سمت فشرده سازی حرکت کند. این محفظه ‌ها به دهانه ساکشن متصل هستند و از طریق پورت‌هایی به محفظه ‌های بزرگتری متصل می‌شوند آن گاه جریان گاز از دهانه عبور می‌کند.

کمپرسور اسکرو

اسکرو در لغت به معنای پیچ است و کمپرسور اسکرو جز دسته کمپرسورهایی است که با تجهیزات مارپیچی خود کار فشرده سازی را انجام می‌دهد.
رتورهای مدل کمپرسور اسکرو شبیه به مدل حلزونی و پیچ‌های چند راه است که به صورت نر و ماده در داخل یکدیگر می‌چرخند و گاز هوا را به سمت جلو به حرکت در می‌آورند. همین کار سبب ایجاد خلا و ورود دائمی گاز به داخل کمپرسور شده و هر چه مقدار فاصله بین مولکول‌های گاز کم شود، میزان فشار افزایش پیدا می‌کند. به طور کلی گاز به درون کمپرسور اسکرو کشیده شده و در برخورد با نر و مادگی رتورها از حجم گاز کاسته شده و به صورت متراکم شده از دستگاه بیرون می‌رود.

کمپرسور اسکرو
کمپرسور اسکرو

معایب
سر و صدای نسبتا بالا
اشغال فضای زیاد و وزن بالا

مزایا
تعدد در ظرفیت
عملکرد به صورت چهار مرحله ای
قابل تعمیر بودن
طول عمر بالا بدون کاهش راندمان

۴- کمپرسور رفت و برگشتی

این کمپرسورها انرژی خود را از نیروی برق تاًمین کرده و مراحل کارکرد آنها را می توان به موتور اتومبیل تشبیه کرد. کمپرسور های پیستونی یکی از انواع کمپرسورهای جابجایی مثبت هستند و نحوه عملکرد آن به صورت زیر می باشد.

در مرحله اول کمپرسور با استفاده از انرژی الکتریکی و تبدیل آن به انرژی مکانیکی پیستون موجود در سیلندر را به سمت پایین برده و همزمان با بازشدن سوپاپ های ورودی به کمپرسور عمل مکش را انجام داده و گاز کم فشار که از اواپراتور خارج می شود را وارد سیلندر می نماید.
در مرحله دوم با بسته شدن سوپاپ های ورودی و بالا کشیدن سیلندر توسط کمپرسور فشرده شده و دارای فشار مطلوب می باشد.
در مرحله سوم سوپاپ خروجی باز می شود و گاز با فشار بالا به سمت کندانسور رانده می شود و این مراحل به صورت مداوم انجام می شوند.
کمپرسورهای رفت و برگشتی معمولاً در مواردی استفاده می شوند که نسبت فشرده سازی زیاد (نسبت دبی به فشار مکش) در هر مرحله بدون سرعت جریان زیاد مورد نیاز باشد و مایع فرآیند نسبتاً خشک باشد.
خطوط انتقال گاز، نیروگاه های پتروشیمی و بسیاری از صنایع دیگر به این نوع کمپرسور احتیاج دارند.

معایب
بازدهی پایین
سر و صدای زیاد
تحرک بیش از حد
هزینه های بالای نگهداری
مشکلات لرزشی در قطعات
حساسیت نسبت به ورود مایعات

مزایا
طول عمر بسیار بالا
استفاده در صنعت های نیاز به آب زیر صفر با تنوع ظرفیت
انتقال بدون روغن
برخورداری از فشارهای نسبتا بالا
صرف هزینه اولیه کمتر نسبت به سایر کمپرسورها

۵- کمپرسور سانتریفیوژ

کمپرسور گریز از مرکز نوعی از کمپرسورهای دینامیک است که با استفاده از نیروی گریز از مرکز مقدار فشار سیال طی عبور از ایمپلر افزایش می‌یابد. بعد از ایمپلر سیال وارد پخش‌کننده می‌شود و با کاهش سرعت سیال فشار استاتیک آن افزایش می‌یابد، در ادامه سیال وارد جمع‌کننده می‌شود که مقطع آن می‌تواند دایروی، بیضوی یا مستطیلی باشد.
فشار ایجاد شده در کمپرسور گریز از مرکز به نسبت سایر کمپرسور ها از جمله کمپرسور اسکرو و کمپرسور پیستونی کمتر می باشد و دبی هوا در این کمپرسور ها بسیار زیاد است.
این کمپرسور که با نام کمپرسور شعاعی نیز شناخته می‌شود، با افزایش انرژی جنبشی مبرد توسط روتور یا همان پروانه، به افزایش فشار دست پیدا می‌کند. سازوکار کمپرسورهای سانتریفیوژ شباهت‌های به کمپرسورهای محور دارد. هر دو کمپرسور با ایرفویل دوار طراحی ساخته می‌شوند. بخش ابتدایی کمپرسورهای سانتریفیوژ که القاگر (Inducer) نامیده می‌شود، بسیار شبیه به کمپرسورهای محوری است، تنها از این جهت تفاوت دارد که تغییری بیشتری در شعاع جریان به خروجی روتور (بخش چرخنده یک دستگاه یا ماشین) ایجاد می‌کنند.

نحوه کارکرد

کمپرسور سانتریفیوژ

روش کاری این نوع کمپرسور به این شکل است که ابتدا مبرد توسط پره‌ها به سمت مرکز پروانه هدایت شده و بعد توسط نیروی گریز از مرکز به سوی محیط پروانه به سمت بیرون پرتاب می‌شود. در مرحله بعدی مبرد از یک محفظه حلزونی مارپیچ عبور می‌کند که در آنجا انرژی جنبشی آن به فشار استاتیک تبدیل می‌شود. فشار کلی کمپرسور سانتریفیوژ وابسته به نسب فشار هر مرحله است. بعد از آنکه مبرد از هر پروانه دورا عبور کرد سرعت آن به کاهش می‌یابد. دمای مبرد در ورودی هر مرحله تاثیر مستقیم بر توان مورد نیاز کمپرسور دارد. به همین دلیل معمولاً بین مراحل خنک کاری انجام می‌شود.

کمپرسورهای گریز از مرکز می‌توانند تا شش مرحله داشته باشند. پروانه‌های این نوع کمپرسورها در دو طرح باز و بسته وجود دارند که از طرح باز برای کمپرسورهای گازی و یا هوا نیز استفاده می‌شود. پروانه‌های دوار این کمپرسور از جنس آلیاژ فولاد ضدزنگ و یا از آلومینیوم ساخته می‌شود. سرعت دوران کمپرسورهای سانتریفیوژ نسبت به دیگر کمپرسورها بسیار بالا است که تا ۱۵ هزار یا حتی ۱۰۰ هزار دور بر دقیقه نیز می‌رسد. دوران با سرعت بالا باعث شده که در کمپرسورهای سانتریفیوژ به جای یاتاقان‌های ساچمه‌ای، از یاتاقان‌های تخت یا لغزشی استفاده شود.

نکته بسیار مهم در طراحی کمپرسروهای سانتریفیوژ آب‌بندی مناسب آن است. مقداری نشتی در راستای شفت که از میان محفظه کمپرسور عبور می‌کند، بسیار رایج است. برای جلوگیری از این امر از آب‌بندی‌های مختلفی استفاده می‌شود. از جمله آن‌ها می‌توان به لابیرینتی، حلقوی، مکانیکی و یا هیدروستاتیک نام برد.

اجزای کمپرسور سانتریفیوژ
یک کمپرسور سانتریفیوژ یا گریز از مرکز شامل چهار قسمت اصلی است:
منفذ ورودی – روتور یا پروانه – دیفیوزر – کلکتور

معایب
هزینه سرمایه‌گذاری بیشتر
عدم قابلیت استفاده در ظرفیت‌های پایین
احتمال برگشت جریان

مزایا
ظرفیت‌های نسبتا بالا
عدم نیاز به روغن
ساختار فشرده و کم حجم و کمترین ارتعاش ممکن
نیاز به تعمیرات کمتر