کمپرسورهای دوار در صنعت تبرید

   فشرده سازی مبرد مورد استفاده در سیکل های تبرید توسط کمپرسور صورت می گیرد. بسته به نوع سیکل تبرید از کمپرسورهای مختلفی استفاده می گردد. کمپرسورهای دوار رایج در تبرید سه نوع می باشند:

1) پیستون غلتکی

2) تیغه ای دوار

3) حلزونی (پیچی)

 

   در کمپرسورهای پیستونی غلتکی، یک غلتک استوانه ای فولادی که روی شفت خارج از مرکزی که به صورت هم مرکز با سیلندر نصب شده است، دوران می کند. به دلیل خارج از مرکز بودن شفت، غلتک استوانه ای با سیلندر هم مرکز نیست و در یک نقطه با حداقل خلاصی با دیواره سیلندر تماس می یابد. با چرخش شفت، غلتک استوانه ای در جهت چرخش شفت روی دیواره سیلندر می غلتد و همواره با آن در تماس باقی می ماند. در این کمپرسورها تیغه فنردار در شکافی در دیواره سیلندر قرار گرفته است و همواره با غلتک دوار در تماس باقی می ماند. با غلتیدن غلتک روی دیواره سیلندر، این تیغه به تبع از غلتک به داخل یا بیرون شکاف حرکت می کند. برای ایجاد تکیه گاهی برای میل بادامک و بستن طرفین سیلندر، سر سیلندررها یا صفحات انتهایی مورد استفاده قرار می گیرند. غلتک با تیغه خلاصی کافی بین صفحات انتهایی قرار گرفته است و جریان بخار از آنها مگر زمانی که غلتک روی مجراها قرار گرفته باشد، بطور پیوسته ادامه می یابد. بخارهای مکش و تخلیه داخل سیلندر، در نقاط تماس تیغه و غلتک از یک طرف و غلتک و دیواره سیلندر از طرف دیگر از یکدیگر جدا می شوند.

   نقطه تماس غلتک با دیواره سیلندر، با حرکت آن روی دیواره سیلندر به طور مرتب عوض می شود و هنگامی که غلتک روی مجرای تخلیه قرار گرفته باشد در داخل سیلندر تنها بخار کم فشار وجود خواهد داشت.

   در این کمپرسورها کل سیلندر در محفظه ای قرار گرفته و به صورت غوطه ور در حمامی از روغن کار می کند. ملاحظه می شود که بخار پرفشار به فضای بالای سطح روغن تخلیه شده و از آنجا وارد لوله تخلیه می گردد. سطوح تماس مالشی کمپرسور از جمله صفحات انتهایی کاملا صیقلی بوده و به صورت آب بندی به هم بسته می شوند. در این کمپرسورها هر چند که نیازی به سوپاپ مکش نیست ولی برای جلوگیری از برگشت بخار خروجی به داخل سیلندر شیر یک طرفه ای در مجرای تخلیه نصب می شود. هنگام کار کمپرسور لایه ای از روغن نواحی پرفشار و کم فشار را از یکدیگر جدا می کند ولی هنگامی که کمپرسور خاموش می شود لایه روغن از بین می رود و نواحی پرفشار و کم فشار به یکدیگر ارتباط می یابند لذا برای جلوگیری از برگشت گاز پرفشار خروجی از طریق کمپرسور و لوله مکش به اواپراتور، به هنگام خاموش بودن سیستم بایستی شیر یک طرفه ای در لوله مکش یا در لوله تخلیه نصب شود.

   کمپرسورهای دوار با تیغه های گردان از مجموعه ای از تیغه های گردان که با فواصل مساوی در پیرامون روتور شکاف داری نصب شده اند، تشکیل شده است. شفت روتور با سیلندر فولادی به صورت خارج از مرکز نصب شده است و روتور در محل تماس به وسیله لایه ای از روغن از یکدیگر جدا می شوند. در نقطه مقابل محل تماس روتور و سیلندر، فاصله آن دو ماکزیمم است. برای نگهداشتن شفت و آب بندی سیلندر، در طرفین آن از سیلندرها یا صفحات انتهایی استفاده می کند. هنگام چرخش روتور، تیغه ها در شیارهای مربوطه سریعاً جلو و عقب رفته و در اثر نیروی گریز از مرکز ناشی از چرخش روتور تیغه ها همواره با دیواره سیلندر در تماس باقی می مانند. در بعضی موارد برای آب بندی محل تماس تیغه ها با دیواره سیلندر از تیغه های فنردار استفاده می کنند.

   بخار مکش وارده به داخل سیلندر، از طریق مجاری موجود در دیواره سیلندر به فضای مابین تیغه های گردان جریان یافته و با چرخش تیغه ها از نقطه خلاصی ماکزیمم روتور، به نقطه خلاصی مینیمم، در اثر کاهش حجم، متراکم و از طریق مجراهای تعبیه شده در نزدیکی نقطه خلاصی مینیمم در دیواره سیلندر، از آن تخلیه می شود. مجراهای تخلیه در سیلندر چنان تعبیه شده اند که بخار تعبیه شده در نقطه مورد نظر بتواند از سیلندر خارج شود. این نقطه، نقطه طراحی کمپرسور است و کار کمپرسور در نسبت های تراکم بالاتر و پایین تر از نقطه طراحی به تلفات تراکم و افزایش توان لازم کمپرسور منجر می شود. دراین کمپرسور ماکزیمم نسبت فشار عملا به 7:1 محدود می شود.

   در کمپرسورهای با تیغه گردان نیز همچون کمپرسورهای دوار با پیستون غلتکی، برای جلوگیری از برگشت گازهای خروجی از طریق کمپرسور و لوله مکش به اواپراتور به هنگام خاموش بودن کمپرسور به شیر یک طرفه نیاز خواهد بود. هر چند که این کمپرسورها از نوع ماشین های با جابجایی مثبت می باشند ولی به دلیل حرکت دورانی و یکنواخت، جریان گازهای مکش و تخلیه در آنها یکنواخت تر و ارتعاشات مکانیکی و ضربان های تخلیه در آنها کمتر از کمپرسورهای رفت و برگشتی است در این کمپرسورها نیز همچون کمپرسورهای رفت و برگشتی به دلیل نشت از اطراف اجزای تراکم گرم شدن سیلندر، حجم فضای مرده و مقاومت در مقابل جریان، افت حجمی و تراکمی وجود دارد ولی به دلیل کم بودن حجم فضای مرده و انبساط مجدد بخار، راندمان آنها نسبتا زیاد و بسته به طراحی و شرایط کار حدود 65 تا 80% می باشد. کمپرسورهای دوار کوچک با پیستون غلتکی با تیغه های گردان، سالهاست که در یخچال های خانگی و فریزرها با مبردهای 12 و 114 مورد استفاده قرار می گیرند. اخیرا از کمپرسورهای دوار با قدرت خروجی تا 6 کیلو وات نیز در واحدهای تهویه مطبوع کوچک استفاده می کنند.

   کمپرسورهای دوار بزرگ با تیغه های گردان بطور وسیعی همراه با مبردهای 12 و 22 و آمونیاک، به عنوان کمپرسور طبقه پایین یا تقویتی درسیستم های تراکمی چند مرحله ای با دمای اشباع مکش پایین تا Untitled01.jpg مورد استفاده قرار می گیرد. در این کمپرسورها برای بهبود بخشیدن راندمان و جلوگیری از گرم شدن از ژاکت ها یا خنک کن روغن استفاده می شود. خنک کاری ژاکتی معمولاً با جریان دادن آب یا روغن انجام می شود. یکی از تولید کنندگان از روش انبساط مستقیم فریون 11 برای این منظور استفاده نموده است. کمپرسورهای بزرگ معمولاً با روغنی که به وسیله یک روانکار مکانیکی یا پمپ دنده ای که مستقیماً به وسیله میل لنگ کمپرسور به حرکت در می آید، به صورت فشاری روغن کاری می شود.

   در برخی موارد روغن سرد شده، برای روانکاری و خنک کاری تیغه ها و آب بندی کلیه سطوح لغزان، به داخل سیلندر پاشیده می شود. در این صورت نیازی به خنک کاری ژاکتی نخواهد بود. بعضا از خنک کننده های آب، گلیکول و در پاره ای موارد از کندانسورهای تبخیری استفاده می شود. در این صورت خنک شدن روغن معمولا در اثر انبساط مستقیم انجام می شود. روش دیگر ایجاد سرمایش لازم، پاشیدن مبرد مایع به داخل سیلندر یا محفظه بلافاصله پس از شکاف های تخلیه می باشد.هر چند ظرفیت کمپرسورهای دوار مستقیماً با سرعت تغییر می کنند، کنترل ظرفیت اکثرا با آزاد کردن مقداری از گاز مبرد کم فشار متراکم شونده قبل از متراکم شدن از طریق انشعاب آن از محفظه بین تیغه ها به لوله مکش و در نتیجه با تراکم تنها قسمتی از گاز انجام می شود.

   کمپرسورهای حلزونی از نوع کمپرسورهای با جابجایی مثبت هستند و در آنها عمل تراکم بخار با درگیر شدن دو روتور حلزونی که در سیلندری مجهز به مجراهای ورودی و خروجی لازم قرار گرفته اند انجام می شود. روتور نر محرک است و از یک سری پره (معمولا چهار عددی) در طول روتور تشکیل شده است که با پره های مشابهی (معمولا با شش پره) در روی محور مادگی یا متحرک درگیر می شوند.با چرخش روتور، گاز از طریق مجراهای ورودی وارد فضای بین پره های نر و ماده می شود و با تداوم چرخش آنها گاز کشیده شده از مجرای مکش، در فضای مابین پره ها محبوس می شود. این گاز به طور محوری و شعاعی حرکت می نماید و به دلیل کاهش تدریجی حجم فضای مابین پره های درگیر، متراکم می گردد. تراکم گاز تا زمانی که فضای مابین پره ها به مجرای خروجی سیلندر متصل شود و گاز متراکم شده از طریق آنها از سیلندر خارج گردد، تداوم می یابد.

   با چرخش روتور فضای مابین پره ها از جلوی مجرای مکش گذشته و فضای بین پره ها آب بندی می شود. چرخش مداوم روتور به صورت تصاعدی با کاهش حجم اشغال شده موجب تراکم گاز می گردد. گاز برای پر نمودن فضای مابین پره ها مکیده می شود.

   با توجه به مطالب فوق بدیهی است که کمپرسورهای حلزونی، کمپرسورهای با نسبت حجمی ثابت هستند و نسبت حجمی آنها تابعی از طرح داخلی کمپرسور می باشد. همانطوری که قبلاً بیان شد، کمپرسورهای با حجم ثابت هنگامی که نسبت تراکم سیستم مطابق با نسبت تراکم داخل کمپرسور باشد با بازدهی خیلی بالایی عمل می نمایند. چون ساخت کمپرسورهای مطابق با نیبت تراکم داخلی هر سیستمی، میسر نمی باشد لذا چند نسبت تراکم داخلی استاندارد شده وجود دارد. استفاده از کاتالوگ سازندگان کمپرسور که همواره مقداری انحراف از نسبت تراکم بهینه را نشان می دهد امکان انتخاب یک نسبت حجمی را که به توان ورودی مینیمم منجر شود امکان پذیر می سازد. در این کمپرسورها کنترل ظرفیت با استفاده از یک شیر لغزان که در داخل محفظه کمپرسور و زیر روتورها قرار گرفته است و به وسیله پیستون هیدرولیکی نصب شده بر روی کمپرسور عمل می نماید، انجام می شود. پیستون به وسیله روغن روانکاری تغذیه شده به وسیله پمپ روغن عمل می نماید و با حرکت دادن شیر لغزان، نقطه ای را که در آن تراکم شروع می شود تغییر می دهد. این امر جریان قسمتی از گاز را میسر ساخته و تنظیم ظرفیت آرام کمپرسور را برای تطابق با نیاز سیستم تا ده درصد ظرفیت طراحی، با کاهش کامله متناسب در توان لازم کمپرسور فراهم می سازد.

   شیر لغزان همچنین راه اندازی بی بار کمپرسور را فراهم می سازد و انتخاب اولیه آن نسبت حجمی داخلی را تعیین می کند و به این ترتیب وسیله ای برای بهینه کردن توان لازم در یک کاربرد ویژه به وجود می آید.

   سیستم روغنکاری این کمپرسورها نسبتا پیچیده بوده و از یک روغن پمپ خارجی، یک جدا کن روغن، یک مخزن یا حوضچه و وسایلی برای خنک کردن روغن، فیلتر و تجهیزات حفاظتی لازم تشکیل می شود. کمپرسورهای حلزونی تا اواخر سال 1960 که روش پاشش روغن به داخل کمپرسور برای جذب حرارت تراکم ابداع گردید، در سیستم های تبرید مورد استفاده قرار نمی گرفتند. در این کمپرسورها نیز همچون کمپرسورهای دوار تیغه ای، پاشش روغن ضمن آب بندی فاصله مابین قسمت های متحرک روتورها، خنک کاری داخلی انجام داده و از گرم شدن بیش از حد کمپرسور جلوگیری می کند. به دلیل اینکه خنک کاری داخلی بدون توجه به نسبت تراکم، دمای تخلیه را نسبتا یکنواخت پایین تر ازUntitled0_copy_copy_copy.jpg نگه می دارد استفاده از کمپرسورهای حلزونی تا نسبت های تراکم 25:1 امکان تراکم یک مرحله ای را به جای تراکم چند مرحله ای که سابقا برای ایجاد دماهای پایین مورد استفاده قرار می گرفت میسر می سازد.

   به دلیل زیاد بودن میزان روغنی که به داخل سیلندر پاشیده شده و با گازهای خروجی از کمپرسور از آن خارج می گردد، به یک جداکن روغن با بازدهی بالا نیاز خواهد بود. چون روغن خروجی از جداکن روغن در دمای گازهای خروجی ازکمپرسور می باشد، بایستی قبل از تزریق مجدد به داخل سیلندر، خنک شود تا بتواند وظیفه خنک کاری خود را به نحو مطلوبی انجام دهد. خنک کاری روغن با آب، گلیکول یا مبدل های حرارتی پوسته و لوله خنک شونده با مبرد یا با پاشیدن مستقیم مبرد مایع به قسمت خروجی کمپرسور انجام می شود. کمپرسورهای حلزونی برای کار با تمام مبردهای متداول مناسب هستند و در محدوده وسیعی از نسبت های تراکم، راندمان بالایی دارند. این کمپرسورها به دلیل سادگی، قابلیت تغییر، دوام و اطمینان با استقبال چشمگیری مواجه شدند و در ظرفیت های 175kw و بیشتر در تبرید صنعتی و کاربردهای تهویه مطبوع کاربرد روز افزونی دارند.

 

           

اطلاعات تکميلي