کمپرسور – Compressor

کمپرسور چیست؟

در صنعت تبرید “کمپرسور” به عنوان نوعی پمپ عمل کرده و باعث اختلاف فشار و جریان مبرد از یک قسمت سیستم به قسمتی دیگر می شود در نتیجه در سیکل تراکمی تبخیری کمپرسور بطور مداوم مبرد را در سیستم به گردش انداخته و به عنوان “قلب سیستم های سرد کننده” عمل می کند.

انواع کمپرسور

در حال حاضر طیف گسترده ای از انواع کمپرسور در صنایع تبرید مورد استفاده قرار میگیرد. صنایع برودتی انجماد سیستم در تولید یخچال فروشگاهی و سردخانه های صنعتی بالای صفر و زیر صفر از کمپرسورهای زیر استفاده می کند که به شرح هر کدام خواهیم پرداخت.

1. کمپرسورهای نوع رفت و برگشتی (ضربه ای) – Reciprocating Compressors
2. کمپرسورهای نوع حلزونی (اسکرال) – Scroll Compressors

کمپرسورهای نوع رفت و برگشتی

این نوع کمپرسورها در انواع دستگاه های تبرید مانند یخچال خانگی – یخچال صنعتی، یخچال و فریزر فروشگاهی و در سردخانه های صنعتی و … کاربرد گسترده ای داشته و دارای سیلندر و پیستون می باشند.

کمپرسورهای رفت و برگشتی مانند موتور اتومبیل کار می کنند. پیستون در داخل سیلندر حرکت تناوبی دارد و در هر رفت و آمد گاز مبرد داخل سیلندر تحت فشار قرار گرفته و موقعی که فشار آن به حد لازم رسید از طریق سوپاپ ها که به وسیله فنری بسته نگاه داشته می شوند از کمپرسور خارج می گردد. لذا در هر طرف پیستون در کمپرسور یک قسمت با فشارکم است که گاز اواپراتور وارد می شود و یک قسمت با فشار زیاد که گاز پس از تراکم شدن از آنجا خارج میشود. در واقع عمل کمپرسور عکس موتور اتومبیل است بدین معنی که در موتور خودرو گاز فشرده و محترق و منبسط می گردد و در اثر انبساط پیستون را به حرکت در آورده و میل لنگ را می چرخاند ولی در کمپرسورهای رفت و برگشتی تبرید میل لنگ که پیستون ها به آن متصل است توسط جریان برق یا الکترو موتور به حرکت درآمده و پیستون ها گاز داخل سیلندر را تحت فشار قرار داده و بیرون می فرستند.

در مورد کمپرسورهای تبرید انرژی الکتریکی را صرف فشردن و تراکم کردن گاز می کنند. به زبان ساده تر در کمپرسورهای تبرید میل لنگ حکم روتور را داشته و الکتروموتور استاتور دستگاه خواهد بود.

 

انواع کمپرسورهای نوع رفت و برگشتی

کمپرسورهای رفت و برگشتی که در صنعت تبرید مورد استفاده قرار می گیرند از نظر ساختمان به سه دسته تقسیم بندی شده اند:

1.  کمپرسورهای نوع بسته یا هرمتیک (Hermetic Compressor)
2. کمپرسورهای نوع نیمه بسته  (Semi- Hermetic Compressor)
3. کمپرسورهای نوع باز (Open Type Compressor)

صنایع برودتی انجماد از کمپرسورهای نوع بسته و نیمه بسته در محصولات و سردخانه های خود استفاده می کند که به شرح هر یک از این کمپرسورها خواهیم پرداخت.

کمپرسور هرمتیک یا بسته  (HERMETIC RECIPROCATING COMPRESSOR)

 

کمپرسور هرمتیک که الکتروموتور محرک آن با بخش مکانیکی در یک پوسته آب بندی شده قرار گرفته است و چون پوسته آن جوشی و غیر قابل تعمیر است به آن “کمپرسور بسته” می گویند.

در کمپرسورهای بسته چون سیم پیچ و قطعات متحرک کمپرسور در پوسته قرار دارند بطور طبیعی سرد نمی شوند بلکه بوسیله مبرد ورودی به کمپرسور از اواپراتور سرد می شوند. هرچه دمای مکش کمتر باشد حرارت از سیم پیچ و قطعات متحرک به بخار انتقال می یابد در نتیجه داغ کردن بخار مکش می بایستی تا حد امکان حداقل باشد تا حداکثر سرد شدن الکتروموتور امکان پذیر باشد. لذا شرکت های سازنده کمپرسورهای هرمتیک آنها را برای شرایط کار در دمای مختلف اواپراتور طراحی و به بازار عرضه می کنند.

انواع کمپرسور های بسته یا هرمتیک

بطورکلی کمپرسورهای بسته برای کارکرد در دماهای مختلف به سه دسته تقسیم بندی می شوند.

1. کمپرسورهای دما پایین (LBP) Low Back Pressure  – این کمپرسورها در محدوده دمایی بین 40- تا 15- درجه سانتیگراد مورد استفاده قرار گرفته و کاربرد آنها در یخچال و یخچال فریزرهای خانگی ، تجارتی و یخسازها می باشد.
2. کمپرسورهای دما متوسط (MBP) Medium Back Pressure   – محدوده دمایی این کمپرسور بین 30- تا 5- درجه سانتیگراد بوده و در یخچالهای خانگی و تجارتی کاربرد دارند.
3. کمپرسورهای دما بالا  (HBP) High Back Pressure   – این نوع کمپرسور برای کاربردهای دمای تبخیر 25- تا 15+ درجه سانتیگراد طراحی و در سیستم های تهویه مطبوع خودروها و چیلرهای خنک کننده آب و خشک ها مورد استفاده قرار می گیرند. صنایع برودتی انجماد از این نوع کمپرسور تا ظرفیت پانزده اسب در محصولات خود استفاده می کند.

—————————————————————————–

کمپرسورهای نوع نیمه بسته SEMI HERMETIC COMPRESSOR

کمپرسورهایی که تحت عنوان نیمه بسته نام گذاری شده اند به نحوی طراحی و ساخته شده اند که در صورت نیاز کلیه قطعات داخلی آنها شامل سر سیلندر – سوپاپ ها – میل لنگ – پیستون – شاتون – رتور و استاتور به آسانی قابل تعمیر و تعویض باشند. امتداد بدنه کمپرسورها با پیچ و مهره به هم وصل شده اند این امکان را فراهم می کند که تعمیرات آنها آسان و به سرعت صورت گیرد. در این نوع کمپرسور قسمت های مختلف شامل سیلندر- سوپاپ های رانش و مکش- میل لنگ- پیستونها- شاتون ها روتور و استاتور به آسانی قابل تعویض و تعمیر می باشند.

مزایا

از مزایای کمپرسورهای نیمه بسته سادگی و سرعت عمل در انجام تعمیرات و تعویض قطعات آن ها می باشد، بطوریکه در محل موتورخانه تاسیسات برودتی می توان تعمیرات سبک را روی این نوع کمپرسور با ابزارهای معمولی انجام داد.

در جدول زیر مشخصات فنی و میزان شارژ روغن کمپرسورهای نیمه بسته شرکت BITZER نوشته شده است.

مدل کمپرسور	قدرت	کاربرد	نوع روغن		مقدار شارژ روغن	تعداد سیلندر
			R22	R404A
2CES-3	3hp	زیر صفر	B5.2	BSE32	1.5L	2
2CES-4	4hp	بالای صفر زیر صفر	B5.2	BSE32	1.5L	2
4FES-5	5hp	بالای صفر زیر صفر	B5.2	BSE32	2L	4
4CES-6	6hp	زیر صفر	B5.2	BSE32	2L	4
4DES-7	7hp	بالای صفر زیر صفر	B5.2	BSE32	2L	4
4PES-15	15hp	بالای صفر زیر صفر	B5.2	BSE32	2.6L	4
4NES-20	20hp	بالای صفر زیر صفر	B5.2	BSE32	2.6L	4
4HE-25	25hp	بالای صفر زیر صفر	B5.2	BSE32	4.5L	4
6G-30.2	30hp	بالای صفر زیر صفر	B5.2	BSE32	4.75L	6
8GE-60	60hp	بالای صفر زیر صفر	B5.2	BSE32	5L	8

 

انواع کمپرسورهای نیمه بسته

کمپرسورهای نیمه بسته از نقطه نظر ساختمان داخلی به دو دسته تقسیم بندی می شود.

1. کمپرسورهای نیمه بسته نوع خنک شونده با هوا   (Air Cooled Compressors)
2. کمپرسورهای نیمه بسته نوع خنک شونده با گاز مکش  (Suction Gas Cooled Compressors)

کمپرسورهای نیمه بسته نوع خنک شونده با هوا

کمپرسورهای خنک شونده با هوا یا با جریان هوای ایجاد شده توسط فن کندانسور و یا توسط فن جداگانه ای می توانند خنک شوند. کمپرسورهایی که توسط هوا خنک می شوند دارای یک سیستم روغن کاری ساده و به روش گریز از مرکز می باشند که در این نوع کمپرسور پمپ روغن  وجود نداشته و عمل روغن کاری قطعات متحرک تحت نیروی گریز از مرکز انجام می شود.(مطابق تصویر). نحوه عمل بدین ترتیب است که روغن از طریق مجرای تعبیه شده در انتهای شفت وارد قسمت های متحرک گردیده و عمل روغن کاری انجام می شود.

کمپرسورهای نیمه بسته نوع خنک شونده با گاز مکش

 

در کمپرسورهای خنک شونده توسط گاز مکش استاتور (سیم پیچ) و رتور در مسیر گاز مبرد قرار دارند و بدینوسیله خنک می شوند. همانطور که در شکل تصویر بالا ملاحظه می کنید امتداد بدنه کمپرسور به عنوان محفظه ای جهت نصب الکتروموتور بکار می رود و توسط گاز خنک که از اواپراتور دستگاه وارد کمپرسور می شود خنک خواهد شد. از آنجا که اجزاء این نوع کمپرسور با پیچ و مهره به هم وصل شده و اتصال پوسته خارجی نیز به همین روش است در نتیجه تعمیر آن آسان و به این دلیل آن را “کمپرسور تعمیر پذیر یا نیمه بسته” می گویند.

در طراحی کمپرسورهای نیمه بسته یکی از مسائل مهمی که باید مورد توجه قرار گیرد انتقال حرارت و سرد کردن الکترو موتور است.

برای این منظور گاز مبرد سرد که از سمت اواپراتور وارد کمپرسور می شود قبل از ورود به داخل محفظه مکش وسیلندرها از روی سیم پیج الکتروموتور عبور کرده و آن را خنک می کند.

در کمپرسورهای نوع خنک شونده با گاز مکش توسط یک پمپ عمل روغن کاری قسمت های متحرک کمپرسور انجام می شود. این پمپ مستقیما به انتهای میل لنگ وصل و با آن به گردش در می آید. در این نوع کمپرسور پمپ روغن را از کارتل می مکد و از طریق مجراهای تعبیه شده روی میل لنگ قسمت های متحرک و ثابت  (یاتاقانهای متحرک و ثابت) را با فشار روغن کاری می کند. در قسمت مکش پمپ یک صافی مغناطیسی تعبیه شده است که مانع از ورود هر نوع براده و اجسام خارجی بداخل پمپ روغن کاری می شود.

 

دامنه کاربرد کمپرسورهای رفت و برگشتی

کمپرسورهای رفت و برگشتی با تنوع زیادی در مدل و مشخصات فنی و نوع مبردی که مورد استفاده قرار می گیرند توسط شرکت های سازنده کمپرسور تولید و به بازار عرضه می شوند. کمپرسورها در محدوده دمای تبخیر 5/12 تا 60- درجه سانتیگراد در سیستم های مختلف تبرید و تهویه مطبوع قادر بکار می باشند.

شرکت Copeland بر اساس جدول زیر دامنه کاربرد انواع کمپرسورهای تولید خود را معرفی نموده است.

حروف نشان دهنده دامنه کاربرد کمپرسور	محدوده دمای تعریف شده
	دمای تبخیر Evaporating Temperture	دمای تقطیر Condensing Temperature
HH	10	80
H	5	55
M	-10	55
L	-25	55
LX	-40	40
S	دارای محدودیت و کاربرد خاص (به کاتالوگ مراجعه شود)

 

طبقه بندی کمپرسورها بر اساس دامنه کاربرد آنها (طبق جدول بالا) یک حالت کلی در برخواهد داشت و اصولا این نکته بایستی در نظر داشت هنگام انتخاب یک کمپرسور برای یک سیستم تبرید با در نظر گرفتن دامنه کاربرد آنها صرف نظر از نوع مبردی که در سیستم بکار می رود باید متغیرهای موثر دیگر که عبارتند از

• دمای تبخیر گاز
• دمای تقطیر گاز
• درجه حرارت گاز مکش در وروی به کمپرسور
• نوع سیستم
• ولتاژ برق محل نصب کمپرسور

را مورد توجه قرار دارد.

تمامی کمپرسورهای نوع نیمه بسته شرکت Copeland از نوع خنک شونده با هوا (Air Cooled) بمنظور دفع حرارت حاصله در قسمت الکتروموتور همچنین خنک شدن سرسیلندر به جریان هوای خنک کننده که از روی کمپرسور عبور داده می شوند نیاز دارند. که بطور معمول توسط فن کندانسور تامین می گردد.

در کمپرسورهای خنک شونده با گاز مکش (Suction Gas Cooled) گرمای حاصله از سیم پیچ کمپرسور توسط گاز مبردی که از روی آن عبور می کند کاهش پیدا می کند. در سیستم هایی که دمای گاز مبرد جهت برودت بیشتر خیلی پایین انتخاب می شود ( مانند سردخانه صنعتی زیر صفر تونل های انجماد) چگالی گاز در موقع ورود به کمپرسور کاهش یافته و در نتیجه توان خنک کنندگی آن کم می شود. تحت این شرایط گاز مبرد قبل از ورود به محفظه مکش بیش از اندازه گرم شده ( به دلیل جذب گرمای سیم پیچ کمپرسور) و همین امر موجب می شود گاز پس از متراکم شدن با دمای بیش از حد به طرف رانش کمپرسور  هدایت گردد. و در نهایت افزایش دمای گاز رانش، سرسیلندر کمپرسور رفته رفته داغ تر خواهد شد. شرکت Copeland  برای رفع این مشکل کمپرسورهای تولیدی خود را در محدوده کاربرد مشخص به فن خنک کننده جداگانه ای مجهز نموده است که به شکل عمودی روی سرسیلندر نصب می گردد.

سیستم شارژ مبرد به سرسیلندر کمپرسورهای کوپلند

کارکرد کمپرسورهایی که مبرد آنها  R-22 در دمای پایین مورد استفاده قرار می گیرد باعث گرم شدن بیش از اندازه سرسیلندر گردیده و ادامه این وضیعت موجب آسیب دیدن قسمت های داخلی کمپرسور خواهد شد. شرکت کوپلند در این راستا سیستمی را تحت عنوان Copeland Demand Cooling طراحی و روی کمپرسورها نصب می کند که با تزریق مبرد به بخش مکش پس از الکتروموتور از افزایش بیش از اندازه دمای سرسیلندر جلوگیری به عمل آورده وکمپرسور در شرایط ایده آل بکار خود ادامه خواهد داد.

این سیستم همانگونه که در تصویر نشان داده شده است شامل سه قسمت می باشند :

1. سنسور کنترل دما که روی سرسیلندر نصب می شود
2. کنترل الکترونیکی
3. شیر برقی تزریق مایع به سر سیلندر

شرکت آلمانی کمپرسور سازی Bitzer نیز سیستمی برای کمپرسورهایی که مبرد آنها R-22 بوده و در دمای تبخیر پایین تر از 30- درجه سانتیگراد کار می کنند طراحی و تعبیه کرده است. این سیستم با تزریق مبرد در قسمت مکش پس از الکتروموتور باعث خنک شدن دمای سرسیلندر و در نتیجه کارکارد کمپرسور در محدوده دمای مناسب خواهد شد. این سیستم تحت عنوان CIC ارئه گردیده است.

همانگونه که در تصویر ملاحظه می کنید شامل قسمت های زیر می باشد.

1. فن خنک کننده سر سیلندر که جریان هوای خنک راروی کمپرسور برقرار می کند.
2. سنسور PT1000 حسگر دمای سرسیلندر
3. شیر برقی و نازل تزریق مایع
4. کنترل الکترونیکی

—————————————————————————————————————————————–

کمپرسورهای حلزونی (اسکرال) SCROLL COMPRESSOR

از زمان اختراع و طراحی کمپرسورهای حلزونی حدود 100 سال می گذرد. شرکت HITACHI برای اولین بار در سال 1983 از کمپرسورهای اسکرال برای مصارف تهویه مطبوع خودرو استفاده نمود. در حال حاضر کمپرسورهای اسکرال در واحدهای کوچک و متوسط سیستم های تهویه مطبوع کاربرد گسترده ای پیدا کرده و صنایع برودتی انجماد از کمپرسورهای اسکرال در انواع یخچال و فریزر های فروشگاهی چون یخچال ایستاده، یخچال پرده هوا، یخچال ویترینی و سردخانه های بالای صفر و زیر صفر استفاده می کند.

کمپرسورهای اسکرال حرکت محدودی دارد به همین دلیل بالانس آن ها به راحتی صورت می گیرد زیرا فرآیند مکش و تخلیه در این نوع کمپرسور مداوم است.

 

قسمت های اصلی

کمپرسورهای اسکرال از دو قسمت اصلی تشکیل شده اند.

1. مارپیچ ثابت   Fixed Scroll
2. مارپیچ متحرک   Orbiting Scroll

در کمپرسورهای اسکرال مارپیچ متحرک حول محور چرخش یا گردش ندارد بلکه به صورت دورانی (Orbit) حرکت می کند.

در تصویر بالا مراحل مکش- تراکم و تخلیه در کمپرسورهای اسکرال نمایش داده شده است. در دوران اول اسکرال متحرک گاز را می بلعد و به حلزونی میانی انتقال داده و در نهایت گاز متراکم شده از مرکز اسکرال ها به لوله رانش تخلیه می شود. در کمپرسورهای اسکرال هر دو مرحله مکش (Suction) و تخلیه (Discharge) پیوسته و مداوم است. کمپرسورهای اسکرال از ظرفیت 3 تا 30 اسب در صنایع برودتی مورد استفاده قرار می گیرد.

مزایای کمپرسورهای اسکرال در مقایسه با کمپرسورهای رفت و برگشتی

کمپرسورهای اسکرال دارای مزایای متعددی در مقایسه با کمپرسورهای رفت و برگشتی هستند که عبارتند از:

• عدم وجود سوپاپ های مکش و رانش موجب کاهش ارتعاشات و صدا می گردد.
• مارپیچ (Scroll) هیچگونه فضای مرده ای ندارند و این پدیده سبب شده که راندمان حجمی این نوع کمپرسورها تا نزدیک صد در صد باشد.
• وجود قطعات متحرک کمتر نسبت به کمپرسورهای رفت و برگشتی موجب کاهش خرابی و هزینه های تعمیر و نگهداری کمپرسور می گردد.

 

منابع :

1. کتاب آموزش تبرید مولف محمد حضوری
2. کاتالوگ ها و جزوات آموزشی شرکت Danfoss
3. جزوات آموزشی شرکت Copeland
4. جزوات آموزشی شرکت Bitzer
5. کتاب نگرشی بر مهندسی تبرید و مقدمه ای بر طراحی تاسیسات سردخانه
6. هندبوک شرکت Carrier
7. Principles Of Refrigeration” ROY J.DOSSAT”
8. Refrigeration And Air Conditioning Technology