مدل‌های مختلف کمپرسور تبرید برای استفاده‌های صنعتی و حجیم و در حقیقت پشتیبانی از دستگاه‌های با اندازه و توان زیاد، کاربرد ویژه‌ای دارند. به طوریکه با انتخاب و خرید کمپرسور تبرید مناسب، می‌توان به اهداف مهمی همانند: افزایش دمای سیالات گازی کم فشار (که معمولاَ به خودی خود دمایشان افزایش پیدا نمی‌کند.) و حذف بخارات بی استفاده در اواپراتورها، نایل آمد. این تجهیزات با اعمال فشار و در پی آن فشرده سازی گازهای مبرد، وظیفه‌ی به چرخش درآوردن این گازهای تبرید را بر عهده دارند. در واقع در تمامی مدل‌های گوناگون کمپرسورهای تبریدی، این وظایف به صورت یکسان وجود داشته و فقط مکانیزم کلی کار تغییر می‌کند و یا مثلاَ برای حجم معینی از گازهای تبرید و فشرده سازی آن، توان کمتری را مصرف می‌نمایند. در این مقاله با انواع اصلی کمپرسورهای تبریدی آشنا خواهید شد.
کمپرسور تبرید و کمپرسورهای تهویه مطبوع
کمپرسورهای تبرید و تهویه مطبوع، برای تأسیسات و تجهیزات در مقیاس بزرگ استفاده می‌شوند. این سیستم‌ها از فرایند فشرده سازی برای بالا بردن دمای یک گاز کم فشار و همچنین حذف بخار از اواپراتور استفاده می‌کنند. بیشتر کمپرسورهای تبریدی، واحد های مکانیکی و بزرگی هستند که قلب انواع سیستمهای سرمایشی، گرمایشی و تهویه مطبوع صنعتی (HVAC) را تشکیل می‌دهند. بسیاری از انواع کمپرسور تهویه مطبوع نیز در دستگاه‌های مکانیکی، در ظرفیت‌های بالا مورد استفاده قرار می‌گیرند. با این حال، این تجهیزات صنعتی به طور خاص برای سیستمهای تهویه مطبوع و دستگاه هواساز طراحی شده‌اند.
انواع کمپرسور بر اساس تغییر حجم
انواع مختلفی از کمپرسورها برای سیستمهای تبرید و تهویه مطبوع مورد استفاده قرار می‌گیرند. موضوع ثبات یا تغییر حجم در عملیات فشرده سازی، یکی از پارامترهای دسته بندی انواع کمپرسور به شمار می‌رود. بدین منظور، این تجهیزات را می‌توان به دو دسته کلی تقسیم بندی نمود که عبارت است از: کمپرسورهای دینامیکی و مدل‌های جابجایی مثبت. مجموعاً می‌توان گفت که کمپرسورهای جابجایی مثبت دارای محفظه‌هایی هستند که در حین فشرده سازی، حجم آنها کاهش می‌یابد. در حالی که انواع کمپرسور دینامیکی، دارای محفظه‌هایی با حجم ثابت هستند.
انواع کمپرسورها بر اساس نحوه فشرده سازی
فراتر از تمایزات پیشین و دسته بندی این تجهیزات در گونه‌های جابجایی مثبت و دینامیکی، انواع کمپرسورها بر اساس مکانیسم خاص خود برای فشرده سازی سیال، می‌توانند شامل مدل‌های مختلفی شوند. پنج نوع اصلی کمپرسورها شامل: پیستونی، چرخشی، تجهیزات پیچی، اسکرول و مدل‌های سانتریفیوژ یا گریز از مرکز هستند. هر یک از مدل‌های فوق در یک سیکل تبرید، به شیوه‌های گوناگونی به فشرده سازی سیال و به چرخش درآوردن گازهای مبرد، اقدام می‌کنند. اما گاهاً این سوال ذهن مخاطبان را به خود مشغول می‌سازد که سیکل تبرید چیست؟ به بیان ساده، سیکل‌های تبرید یا چرخه پمپ حرارتی، به چرخه ای گفته می‌شود که گرما را از محیط‌هایی با دمای پایین، به محیط‌هایی با دمای بالاتر انتقال می‌دهد.
نکته: کمپرسورهای تبرید وظیفه گردش مبرد را در سیستم فراهم می‌کنند. ضمن اینکه برخلاف کمپرسورهای گازی، به طور مستقل خارج از سیستم تبرید مورد استفاده قرار نمی‌گیرند. دسته بندی‌های فوق به تفاوت کار کمپرسورها در ساختار ماشین‌های برودتی با شرایط عملکرد مدل‌های عمومی، اشاره دارد.
مدل‌های پیستونی یا رفت و برگشتی
کمپرسور پیستونی که با نام کمپرسورهای رفت و برگشتی نیز نامیده می‌شود، از آرایش پیستون و سیلندر برای تامین نیروی فشاری استفاده می‌کند. دقیقاً همانند موتورهای احتراقی یا پمپ‌های پیستونی. حرکت رفت و برگشتی پیستون در اثر نیروی خارجی، مبرد داخل سیلندر را فشرده می‌کند. معمولاً انواع تجهیزات با مکانیزم پیستون در صنعتی، قدرت فشار آوری و کنترل پذیری مناسب‌تری دارند.
مدل‌های کمپرسور پیستونی دارای هزینه اولیه کم و طراحی ساده و آسانی برای نصب هستند. تجهیزاتی که دارای محدوده توان خروجی زیادی هستند و می‌توانند به فشارهای بسیار بالا برسند. البته از معایب موجود در این تجهیزات غافل نشوید؛ زیرا مدل‌های رفت و برگشتی دارای معایب قابل تأملی همچون: هزینه‌های تعمیر و نگهداری بالا، مشکلات احتمالی در رابطه با ارتعاش، عدم طراحی برای ظرفیت های کامل و عدم توان کار مستمر هستند که کارفرمایان گرامی و هوشمند، بایستی به نکات فوق توجه ویژه‌ای داشته باشند. این نوع تجهیزات معمولاً در دستگاه‌های برودتی مورد استفاده قرار می‌گیرند. دستگاه‌های پیستونی را با آمونیاک و فریون محصور می‌کنند؛ بطوريکه انواع کمپرسور آمونیاکی توسط آب، خنک سازی می‌شوند. ولی عملیات خنک سازی کمپرسورهای فریونی، توسط هوا صورت می‌پذیرد.
تجهیزات مرتبط: کولینگ تاور
مزایای کمپرسورهای پیستونی
اضلی‌ترین مزایای مدل‌های پیستونی یا همان رفت و برگشتی، می‌توان به مولفه‌های زیر اشاره داشت:
- واحدهای کاملا پر سرعت
- توان خروجی بسیار عالی و کار در فشارهای بالا
- دستگاه‌های سبک و فشرده
- نصب آسان
- عمر مفید طولانی
کمپرسور روتاری
مدل‌های کمپرسور روتاری دارای دو عنصر چرخان مانند چرخ دنده هستند که مبرد بین آنها فشرده می‌شود. این نوع تجهیزات بسیار کارآمد و کاربردی هستند؛ زیرا عملیات جذب مبرد و فشرده سازی مبرد به طور هم زمان در آنها انجام می‌شود. ضمناً این تجهیزات قطعات متحرک بسیار کمی دارند. در نتیجه هزینه‌های اولیه به نسبت کمتر و نگهداری پایینی به همراه خواهند داشت و سرعت ساخت نیز به دلیل سادگی ساختاری، شدیداً افزایش می‌یابد.
کمپرسور اسکرو
ویژگی اصلی کمپرسور اسکرو این است که از یک جفت روتور استفاده می‌کنند. روتورهای جفتی که برای فشرده سازی مبرد بین خود، به یکدیگر متصل می‌شوند. دیگر ویژگی مدل‌های اسکرو این است که می‌توانند فشار بالایی را برای مقدار کمی گاز تولید کنند و نسبت به کمپرسورهای رفت و برگشتی، توان کمتری مصرف کنند. بیاد داشته باشید که این قطعات، هزینه‌های اولیه و تعمیر و نگهداری کم تا متوسط و قطعات متحرک کمی دارند.
کمپرسورهای اسکرو به طور گسترده ای در ماشین‌های تبرید مورد استفاده قرار می‌گیرند. آنها ماشین‌های یک یا دو روتور با اثر حجمی با درجه هندسی ثابت فشرده هستند. انواع کمپرسور اسکرو به دو نوع خشک و روغنی تقسیم می‌شوند. مقدار زیادی روغن به داخل مخزن دستگاه تزریق می‌شود تا شکاف‌ها، روانکاری و خنک سازی کمپرسورهای روغنی، افزایش پیدا نماید. تزریق روغن اجازه می‌دهد تا سطح سر و صدا را به طور قابل توجهی کاهش دهید.
مزیت های کمپرسور اسکرو
- سرعت بالا
- وزن سبک
- عملکرد در حالت های متغیر با تغییر جزئی در راندمان
- پایداری کامل از لحاظ ساختاری
- عملکرد بدون لرزش
- توانایی کار در محیط‌های مرطوب
- قابلیت اطمینان بالا و طول عمر قابل توجه
- سرویس آسان
- دارای اتوماسیون و کنترل از راه دور
توجه: ظرفیت خنک کنندگی کمپرسورهای اسکرو با حرکت لغزشی که در امتداد محور روتور حرکت می‌کند، تنظیم می‌شود.
کمپرسور اسکرول
پمپاژ در این نوع کمپرسورها توسط دو روتور انجام می‌شود که یکی متحرک و دیگری ثابت است. روتور ثابت در داخل محفظه کمپرسور ثابت می‌شود و روتور متحرک بر روی مرکز آن نصب می‌شود. با توجه به مشخصات انتخاب شده، محفظه‌هایی بین این روتور ها تشکیل می‌شود که گاز در امتداد آنها حرکت می‌کند. بدین ترتیب شکل آنها به گونه‌ای محاسبه می‌شود که حرکت نکنند و همین امر، میزان سایش آنها را بسیار کاهش می‌دهد.
از این نوع تجهیزات بیشتر برای فشرده سازی گاز های بدون روغن استفاده می‌شود. با توجه به ویژگی های سازنده آنها، دارای مزایایی نسبت به سایر انواع تجهیزات کمپرسور هستند. مدل‌های اسکرول واحد های آرام و روانی هستند که قطعات متحرک کمی دارند و بالا ترین راندمان را در بین انواع کمپرسورها دارند. سیستمهای اسکرول معمولاً در تکنولوژی های تهویه مطبوع اتومبیلها و چیلرهای صنعتی استفاده می‌شوند.
مزیت کمپرسورهای اسکرول
- کاهش بار روی موتور الکتریکی به ویژه در لحظه راه اندازی آن
- سیستم خنک کننده موثر و کارآمد برای موتور5
- اطمینان از یکنواختی عرضه گاز
- دارای سطح بالایی از قابلیت اطمینان
- سطح نویز بسیار پایین
در کنار تعدادی از مزایای کمپرسورهای اسکرول، معایبی نیز دارند که مانع از اجرای فعال‌تر آنها می‌شود. دو مورد از بارزترین معایب آنها عبارت است از:
- تکنولوژی ساخت پیچیده
- بهره وری نسبتا کم
کمپرسورهای گریز از مرکز یا سانتریفیوژ
تجهیزات سانتریفیوژی بر خلاف سایر کمپرسورها، بر اساس اصل جابجایی مثبت کار نمی‌کند. بلکه دارای محفظه‌های با حجم ثابت هستند. سیستمهایی که برای فشرده سازی حجم زیادی از مبرد با فشار های نسبتا کم، مناسب هستند. نیروی فشاری تولید شده توسط این تجهیزات کم است. بنابراین سیستمهایی که از کمپرسورهای گریز از مرکز استفاده می‌کنند، معمولاً از دو یا چند مرحله به صورت سری برای ایجاد نیروهای فشاری بالا استفاده می‌کنند. مدل‌های کمپرسورهای گریز از مرکز یا همان سانتریفیوژ، به دلایلی نظیر: طراحی ساده، قطعات متحرک کم و کارایی انرژی در هنگام کار با چند مرحله، بسیار مورد استفاده قرار می‌گیرند.
مدل‌های مختلف کمپرسورهای هرمتیک، نیمه هرمتیک و باز
کمپرسورهای تبرید در ساخت دستگاه‌های هرمتیک، نیمه هرمتیک و باز متفاوت هستند. هریک از این مدل‌ها برای شرایط کاری و تجهیزاتی مختلفی قابل استفاده هستن؛ به عنوان مثال قطعات هرماتیک توان کارکردی بالایی دارند. ولی در مباحث خنک سازی، تا حدودی ضعیف‌تر از مدل‌های سمی هرماتیک عمل می‌کنند. در ادامه به بررسی دقیقتر این تجهیزات خواهیم پرداخت.
کمپرسور تبرید هرمتیک
کمپرسورهای هرمتیک در یک محفظه با یک موتور الکتریکی قرار گرفته‌اند که مستقیماً توسط مایع خنک‌کننده، خنک می‌شوند. اصلی‌ترین مزایای این تجهیزات عبارتست از: کمپرسورهای کاملا اقتصادی و سیستمهای فشرده. دیگر مزیت اصلی مدل‌های هرمتیک، سیستم آب بندی آن است که توسط پوشش محصور تضمین می‌شود. بدین شکل که به وضعیت یک یا چند اتصال (مثلاً مهر و موم محور چرخان) بستگی ندارد.
مدل‌های مختلف کمپرسور تبرید هرمتیک، دارای ظرفیت نسبتاً کمی تا 35 کیلو وات هستند. در این تجهیزات، موتور الکتریکی و قسمت کمپرسور در یک پاکت با جوش هرمتیک محصور شده‌اند. بخاطر داشته باشید که خنک شدن موتور توسط مایع مبردی که داخل بدنه را حمام می‌کند، تضمین می‌شود که سیال را گرم می‌کند و برای چرخه تبرید مضر است. یعنی در اصل، ظرفیت خنک کننده را نمی‌توان تنظیم کرد؛ مگر با تغییر فرکانس جریان تغذیه.
یکی دیگر از معایب این است که باز کردن پاکت بسته برای انجام هرگونه تعمیر غیرممکن است. به همین دلیل اگر چیزی از کار افتاد، کل بخش‌های کمپرسورهای تبریدی باید تعویض شود. البته نکته‌ی قابل توجه برای بسیاری از کارفرمایان این است که این سیستم‌ها، نسبتاً مقرون به صرفه هستند. کمپرسورهای تبرید هرمتیک برای نیازهای توان کم و متوسط در نظر گرفته شده است.
کمپرسور تبرید نیمه هرمتیک
انواع کمپرسور نیمه هرمتیک، در واحدهایی که به تجهیزات فشرده با ظرفیت بالا نیاز دارند، استفاده می‌شوند. این نوع تجهیزات می‌توانند تا 350 کیلو وات قدرت را توسعه دهند و اغلب در مدل‌های پیستونی و پیچی وجود دارند. اجزا و الکتروموتور این دستگاه در محفظه جدا شدنی قرار دارند که باعث می‌شود کمپرسور تعمیر پذیر شود. بنابراین صرفه‌ی اقتصادی بیشتری در درازمدت داشته و حتی باید گفت که به می به راحتی قابل جداسازی و تعمیر هستند. (پاکت جوشی بکار نرفته و موتور الکتریکی نیز قابلیت جدا سازی دارد.)
همچنین می‌توان قطعات آن را تعویض نمود. با بستن بخشی از دریچه‌های مکش، امکان تنظیم حالت کار این سیستم‌ها مهیا است. از دیگر مزایای این تجهیزات می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- توان بالا
- فشردگی سیستم
- سهولت در تعمیر و نگهداری
نکته حائز اهمیت اینجاست که کمپرسور برودتی نیمه هرمتیک، سازشی بین کمپرسورهای سردخانه صنعتی باز و هرمتیک است. سیستم آب بندی بهتری نیز از مدل‌های خنک کننده باز دارند. زیرا هیچ مهر و موم چرخشی روی شفت انتقال وجود ندارد. البته هنوز مهر و موم های استاتیکی روی قطعات قابل جابجایی وجود دارد و بنابراین آب بندی به اندازه کمپرسورهای تبرید هرمتیک، کامل نیست. قطعات تبرید نیمه هرمتیک، برای نیازهای توان متوسط استفاده می‌شوند و قیمت آنها به طور قابل توجهی بیشتر از کمپرسورهای تبرید هرمتیک است.
کمپرسورهای تبرید باز
ویژگی اصلی یک کمپرسور باز، وجود یک موتور خارجی است. تجهیزاتی که به لحاظ کاربردهای صنعتی، دارای مزایای بسیار فراوانی هستند. اغلب کمپرسورهای باز در کارخانه های صنعتی بزرگ و جایی که نیاز به بیشترین کارایی ممکن را دارند، مورد استفاده قرار می‌گیرند. ازجمله مزایای سیستمهای تبرید باز، می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- امکان استارت از راه دور جهت کاهش بار موتور
- قابلیت اطمینان بالا
- نگهداری آسان و راحت
- عملکرد بهینه با استفاده از سیستمهای اینورتر
انتخاب یک کمپرسور تبرید مناسب
- هنگام انتخاب کمپرسور تبرید، اولین عنصری که باید در نظر بگیرید ظرفیت تبریدی مورد نیاز شما است. زیرا انواع مختلف کمپرسورها، محدوده عملکرد یکسانی ندارند. درصورت نیاز به قدرت کم یا زیاد، انتخاب یک فناوری آسان خواهد بود.
- برای خرید یک کمپرسور با ظرفیت متوسط، انتخاب دشوارتر خواهد بود. زیرا چندین نوع سیستم مختلف می‌توانند مناسب باشند.
- هنگام خرید یخساز صنعتی، به کیفیت و توان کمپرسورها توجه ویژه ای داشته باشید.
- همچنین مهم است که عامل اقتصادی را در نظر بگیرید. به‌عنوان مثال انتخاب بین یک hermetic compressor ارزان قیمت که قابل تعمیر نیست و یا یک کمپرسور نیمه هرمتیک یا باز گرانتر که قابل تعمیر باشد. برای نیازهای قدرت بالا، می‌توانید بین مدل‌های پیستونی ارزان قیمت یا مدل‌های پیچی گرانتر اما کم مصرف‌تر، انتخاب کنید.
- معیارهای دیگری که می‌تواند بر انتخاب شما تأثیر بگذارد، عبارتند از: سطح نویز و فضای مورد نیاز.
مبردهای مورد استفاده در compressor
معمولاً کمپرسورها برای کار با نوع خاصی از مبرد ها طراحی شده‌اند. انتخاب یک کمپرسور تبرید یا تهویه مطبوع مناسب، مستلزم یافتن مبردی متناسب است. مبردهای ایده آل دارای خواص ترمودینامیکی مطلوبی هستند و از نظر شیمیایی بی اثر (غیر خورنده)، سازگار با محیط زیست (تجزیه پذیر) و ایمن (غیر سمی، غیر قابل اشتعال) هستند. سیال مورد نظر باید نقطه جوش کمی کمتر از دمای هدف، گرمای تبخیر زیاد، چگالی مایع متوسط، چگالی گاز بالا و دمای بحرانی بالا داشته باشد.
