انواع کمپرسور

کمپرسور چیست

کمپرسور دستگاهی است که گاز را فشرده می کند. در این فرآیند حجم گاز کاهش یافته و دما و فشار آن افزایش می یابد.

دسته بندی کمپرسورها

کمپرسورها بر اساس عملکرد آن‌ها به دو گروه جابه‌جایی مثبت و چرخشی – دینامیکی ‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏(Roto – dynamic) تقسیم می‌شوند.

کمپرسورهای جابه‌جایی مثبت شامل کمپرسورهای پیستونی ‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏(رفت و برگشتی یا Reciprocating)، چرخان ‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏(Rotary - روتاری)، اسکرال ‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏(Scroll - حلزونی) و اسکرو ‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏(Screw - پیچشی) است.

کمپرسور های چرخشی – دینامیکی شامل کمپرسور های گریز از مرکز ‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏(Centrifuge - سانتریفیوژ) و محوری است.

کمپرسور رفت و برگشتی

کمپرسور روتاری

کمپرسور اسکرال

کمپرسور اسکرو

کمپرسور سانتریفیوژ

کمپرسور محوری ‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏(سمت چپ تصویر)

کمپرسور ها بر اساس نحوه قرار گیری موتور به سه گروه باز ‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏(Open)، نیمه بسته ‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏(Semi hermetic) و بسته ‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏(Hermetic) تقسیم می شوند.

کمپرسور باز ‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏(Open)

کمپرسور نیمه بسته ‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏(Semi hermetic)

کمپرسور بسته ‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏(Hermetic)

کمپرسورهای باز

ویژگی اصلی کمپرسورهای باز این است که کمپرسور و موتور از هم جدا هستند. موتور و کمپرسور از طریق اتصال کوپلینگ یا با استفاده از تسمه به یکدیگر متصل می شوند.

کمپرسورهای نیمه بسته

محفظه این کمپرسور ها، به صورت کامل بسته نیست و در صورت خرابی کمپرسور، تعمیرات کمپرسور امکان پذیر است. به همین دلیل قیمت کمپرسور های نیمه بسته از کمپرسور های بسته بیشتر است.

کمپرسورهای بسته

محفظه این کمپرسور ها به صورت کامل بسته است و هیچ گونه دسترسی به سیستم داخل آن وجود ندارد. به همین دلیل در صورت خرابی کمپرسور، قابل تعمیر نخواهد بود پس نسبت به کمپرسور های نیمه بسته، قیمت کمتری دارد. معمولا کمپرسور های بسته با توانی بیشتر از 50hp ساخته نمی‌شوند.

مبرد و کمپرسور

معمولاً نوع کمپرسور با چگالی مبرد و اندازه کمپرسور رابطه دارد. هرچه چگالی کمتر باشد ، کمپرسور بزرگتر است. توجه شود که اندازه کمپرسور هیچ تاثیری بر COP سیستم ندارد.

تاثیر مبرد بر کمپرسور

یک مبرد می تواند بر عملکرد کلی سیستم، ظرفیت سرمایی، نوع روغن و بازده سیستم تاثیر بگذارد. بهتر است در مورد مبرد انتخاب شده برای کمپرسور، با شرکت سازنده کمپرسور مشورت های لازم انجام شود.

کمپرسورهای سانتریفیوژ می توانند به طور کلی فقط در یک محدوده فشار خاص کار کنند. در این کمپرسور ها می توان از مبرد هایی با فشار/ چگالی کم مثل R1234ze یا R1234a استفاده نمود. البته تقریبا در بقیه مدل های کمپرسور می توان از تمام مبرد ها استفاده کرد. در نهایت، انتخاب کمپرسور و مبرد باید متناسب با نوع کاربرد سیستم و ظرفیت سرمایی مورد نیاز باشد.

نقش کمپرسور در سیکل تبرید

• سیکل های تبرید به طور کلی دارای چهار عضو اصلی شامل کندانسور، اواپراتور، شیر انبساط و کمپرسور هستند. این سیکل اجزای دیگری مانند کنترلر ها، فیلتر ها و جداکننده روغن و غیره نیز دارد.
• کمپرسور مهم ترین عضو و به طور معمول پر هزینه ترین عضو سیکل های تبرید تراکمی ‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏‏(VCRS) است.
• به منظور حفظ فشار کم و دمای پایین مبرد در اواپراتور، بخار مبرد به صورت پیوسته به داخل کمپرسور مکیده می شود.
• گاز پر فشار خارج شده از کمپرسور وارد کندانسور می شود تا در آن با تبادل حرارت، دما و فشارش کاهش یافته و به مایع تبدیل شود تا سیکل ادمه یابد.

در مثال زیر که از یک کمپرسور پیستونی استفاده شده است، نقش کمپرسور در سیکل تبرید نشان داده شده است.

انواع کمپرسورهای استفاده شده در سیستم‌های تبرید و تهویه مطبوع

• کمپرسور رفت و برگشتی
• کمپرسور اسکرال
• کمپرسور اسکرو
• کمپرسور سانتریفیوژ
• کمپرسور روتاری

کمپرسور رفت و برگشتی

متداول ترین نوع کمپرسور، کمپرسور پیستونی است.

• کمپرسور پیستونی با به دام انداختن و متراکم سازی مبرد بین پیستون و سیلندر کار می کند.
• با حرکت رفت و برگشتی پیستون، گاز به داخل مکیده می شود و از طرف دیگر تخلیه می گردد.
• با حرکت پیستون، سوپاپ ها در مراحل مکش و تخلیه به صورت اتوماتیک باز و بسته می شوند.
• کمپرسور پیستونی در سه نوع باز، نیمه بسته و بسته وجود دارد.

موتور ‏‏‏‏‏‏‏‏(1)، میل لنگ ‏‏‏‏‏‏‏‏(2)، شاتون ‏‏‏‏‏‏‏‏(3)، پیستون ‏‏‏‏‏‏‏‏(4)، رینگ های پیستون ‏‏‏‏‏‏‏‏(5) و سوپاپ های ورودی ‏‏‏‏‏‏‏‏(6) و خروجی  ‏‏‏‏‏‏‏‏(7)، از اجزای اصلی کمپرسور پیستونی هستند. این اجزا در شکل فوق نشان داده شده اند.

طرز کار کمپرسور رفت و برگشتی

• موتور به وسیله یک میله به میل لنگ متصل شده است. حرکت دورانی موتور توسط میل لنگ به حرکت خطی تبدیل شده و پیستون در سیلندر به صورت رفت و برگشتی حرکت می کند.
• هنگام حرکت پیستون به سمت پایین، سوپاپ ورودی باز شده و بخار مبرد به داخل سیلندر مکیده می شود. ‏‏‏‏‏‏‏(سوپاپ خروجی بسته است)
• با حرکت پیستون به سمت بالا، بخار مبرد فشرده می شود. در این حالت هر دو سوپاپ ورودی و خروجی بسته هستند.
• هنگامی که پیستون به بالاترین نقطه حرکتی خود در سیلندر می رسد ‏‏‏‏‏‏‏(Top end)، بخار مبرد در فشرده ترین و پر فشار ترین حالت قرار دارد. در این فشار، نیروی لازم از سمت بخار مبرد برای باز شدن سوپاپ خروجی اعمال می شود.
• بخار فشرده شده از مسیر سوپاپ خروجی، خارج می شود.

کمپرسور اسکرال

• کمپرسور اسکرال یک کمپرسور جا به جایی مثبت است و پره آن در یک مسیر دایره وار می چرخد.
• مکش و فشرده سازی مبرد به وسیله دو پره به شکل حلزونی صورت می گیرد. یک پره ثابت و دیگری در یک مسیر دایره وار حرکت می کند.
• معمولا ظرفیت سرمایی کمپرسور های اسکرال در بازه 3 – 200 KW است. ‏‏‏‏‏‏(1 تا 60 تن تبرید).
• کمپرسور اسکرال از نوع بسته است.

در این شکل مخزن روغن ‏‏‏‏‏‏(1)، لوله مکش ‏‏‏‏‏‏(2)، پوسته ‏‏‏‏‏‏(3)، موتور ‏‏‏‏‏‏(4)، میل لنگ ‏‏‏‏‏‏(5)، بدنه اصلی ‏‏‏‏‏‏(6)، پره متحرک ‏‏‏‏‏‏(7)، پره ثابت ‏‏‏‏‏‏(8) و لوله دهش ‏‏‏‏‏‏(9) از اجزای اصلی کمپرسور اسکرال هستند. 

کمپرسور روتاری

• کمپرسور روتاری دارای دو نوع پره ثابت ‏‏‏‏‏(Stationary vane) و پره چرخان ‏‏‏‏‏(Rotary vane) است.
• کمپرسور های روتاری جزو کمپرسور های جا به جایی مثبت هستند.
• کمپرسور های روتاری نسبتا کوچک هستند، به همین دلیل برای ایجاد سرمایش لازم حین جا به جایی ‏‏‏‏‏(مثل جا به جایی مواد غذایی توسط ماشین های مخصوص) مناسب هستند.

پره ثابت

• در سیستم های تبرید کوچک استفاده می شود.
• دارای یک میله هم محور و هم مرکز با قسمت استوانه ای شکل پوسته است. یک جرم غلتک مانند نیز به صورت خارج از مرکز، حول میله می چرخد. این حرکت، موجب مکش و افزایش فشار مبرد می شود.
• یک پره در داخل استوانه ثابت قرار دارد به گونه ای که حرکت دورانی خارج از مرکز جسم غلتک مانند، موجب حرکت رفت و برگشتی این پره می شود. این پره از مخلوط شدن مبرد کم فشار و پرفشار، جلوگیری می کند.

پره متحرک

• این کمپرسور ها نیازی به شیر های قطع و وصل در مکش و دهش ندارند اما برای حالتی که سیستم خاموش است، برای جلوگیری از بازگشت جریان خط دهش به کمپرسور، باید از شیر یک طرفه استفاده کرد.
• در این نوع از کمپرسور ها، مرکز دوران پره ها و مرکز دوران جسم غلتک مانند به روی هم منطبق هستند اما نسبت به پوسته استوانه ای، خارج از مرکز قرار دارند.

کمپرسور اسکرو

• کمپرسور اسکرو از نوع جا به جایی مثبت است.
• قسمت پیچی شکل این کمپرسور به صورت تکی یا دوتایی است.
• جریان مبرد در این کمپرسور عموما به صورت محوری است.
• با در هم تنیدگی و از هم گسستگی مداوم رزوه های قسمت پیچی شکل، مکش و افزایش فشار مبرد صورت می گیرد.
• در صنعت تبرید و تهویه مطبوع، کمپرسور اسکرو در سه نوع باز، نیمه بسته و بسته ساخته می شود.
• معمولا در سیستم های بزرگ از کمپرسور های اسکرو استفاده می شود.