آشنایی با کمپرسور پیستونی در سیستم های تبرید
فهرست مطالب
آشنایی با کمپرسور پیستونی در سیستم های تبرید
یکی از انواع کمپرسور، کمپرسور پیستونی است. به‌طورکلی کمپرسور، قلب سیستم‌های تبرید است. عملکرد این وسیله به این صورت است که در قسمت بیرونی قرار می‌گیرد و مبرد مایع را قبل از ارسال گاز به ایستگاه بعدی در چرخه تبرید، به یک گاز گرم شده فشرده تبدیل می‌کند.
برای انجام چرخه‌ای که در بالا توضیح داده شد، مدل‌های مختلفی از کمپرسورها تولیدشده است که هرکدام از آنها برای کاربرد در وسایل مختلف مناسب است. یکی از انواع این کمپرسورها، کمپرسور پیستونی است. عملکرد کمپرسور پیستونی با مکش هوا به داخل سیلندر در درگاه ورودی آن و سپس فشرده کردن آن درحرکت بالای پیستون انجام می‌شود.
سپس این گاز تحت‌فشار از طریق یک دریچه خروجی برای انجام کار به کندانسور تحویل داده می‌شود. کمپرسور پیستونی می‌تواند فشار بالاتری نسبت به کمپرسورهای دوار ارائه دهد. با این‌حال برای وسایلی که سرعت‌های پایین‌تری نیاز دارند کارآمدتر است.
سیستم تبرید چیست؟
سیستم‌های سرمایشی به دو دسته سیستم‌های تهویه مطبوع و سیستم‌های تبرید قابل تقسیم هستند. سیستم‌های تبرید بر حفظ و خنک کردن اقلام فاسدشدنی مانند مواد غذایی، نوشیدنی‌ها و لوازم پزشکی تمرکز دارد. درحالی‌که تهویه مطبوع برای آسایش و راحتی انسان در فضاهای داخلی استفاده می‌شود. دما در سیستم‌های تبرید بسته به عملکرد باید بین 5 تا 41 درجه فارنهایت باشد.
عملکرد کلی در سیستم‌های تبرید به این صورت است که گرما را از فضای داخلی یک فضای بسته مانند یخچال یا فریزر حذف کرده و به محیط اطراف می‌فرستند.
هدف حفظ دمای پایین در داخل محفظه عایق شده، جلوگیری از رشد باکتری‌ها و حفظ تازگی اقلام ذخیره‌شده است.
تنوع در سیستم‌های تبرید زیاد است، از یخچال‌های خانگی ساده گرفته تا سردخانه‌های پیچیده که در صنایع غذایی و دارویی استفاده می‌شود.
در وصف اهمیت سیستم‌های تبرید همین بس که بدانید نقص سیستم تبرید می‌تواند منجر به فاسدشدن کالاها یا واکسن‌های فاسدشدنی شود و به‌طور بالقوه باعث خسارات مالی قابل‌توجه یا به خطر افتادن سلامت عمومی شود.
اجزای تشکیل‌دهنده سیستم‌های تبرید
همان‌طور که همه ما می‌دانیم که سیستم تبرید از 4 جزء اصلی تشکیل‌شده است که عبارت‌اند از کمپرسور تبرید، کندانسور، دستگاه دریچه گاز (شیر انبساط مویرگی یا حرارتی یا شیر انبساط الکترونیکی) و اواپراتور. این اجزا 4 جزء اصلی چرخه تبرید هستند .
کمپرسور مبرد چیست؟
کمپرسور مبرد نوعی ماشین است که مبرد بخار با دمای پایین و فشار کم را به مبرد بخار با دمای بالا و فشار بالا تبدیل می‌کند. کمپرسور سیستم تبرید یکی از مهم‌ترین اجزای سیکل تبرید است. این دستگاه هسته اصلی سیستم تبرید است. اگر سیکل تبرید را با سیستم بدن انسان مقایسه کنیم، در حقیقت کمپرسور سیستم تبرید یکی از مهم‌ترین اجزا و قلب تپنده سیکل تبرید است.
کمپرسور در سیستم تبرید چه‌کار می‌کند؟
عملکرد کمپرسور در سیستم تبرید به شرح زیر است:
- مبرد بخار کم‌فشار با دمای پایین را از اواپراتور به درون خود می‌کشد.
- بخار مبرد با دمای پایین و کم‌فشار را به مبرد بخار فوق گرم با دمای بالا و فشار بالا کمپرس می‌کند.
- مبرد فشرده‌شده را با فشار بالا به کندانسور تحویل می‌دهد. تخلیه مبرد با فشار به درون کندانسور باعث می‌شود که سیستم به جریان بیافتد تا چرخه تبرید کامل شود.
مشاهده می‌کنید که کمپرسور نقش بسیار مهمی در چرخه تبرید دارد. بنابراین کیفیت کمپرسور مبرد به‌طور مستقیم بر کیفیت سیستم تبرید تأثیرگذار است.
عملکرد کمپرسورها در سیستم‌های تبرید و سیستم‌های تهویه مطبوع دقیقاً یکسان است. اما با توجه به نیازهای متفاوت دما و ظرفیت سرمایش و شرایط کار، کمپرسورهای سیستم تبرید متفاوت است.
انواع کمپرسورهای تبرید
4 نوع اصلی کمپرسور تبرید وجود دارد که عمدتاً در تبرید تجاری و تبرید صنعتی استفاده می‌شود. این کمپرسورها عبارت‌اند از:
- کپرسورهای پیستونی یا رفت و برگشتی
- . کمپرسورهای پره‌ای دوار
- کمپرسورهای اسکرول
- کمپرسورهای اسکرو چرخشی
تمامی این کمپرسورها زیرمجموعه کمپرسورهای جابجایی مثبت هستند. به این معنا که با سیستم جابه‌جایی مثبت کار می‌کنند.
کمپرسور جابجایی مثبت چیست؟
کمپرسور جابجایی مثبت نوعی کمپرسور است که دارای محفظه تراکم است که از طریق تغییر حجم داخلی محفظه تراکم فشار مبرد را افزایش می‌دهد. کمپرسور جابجایی مثبت اغلب در تهویه مطبوع، تبرید تجاری و تبرید صنعتی استفاده می‌شود.
چرا کمپرسور پیستونی را برای سیستم تبرید انتخاب کنیم؟
کمپرسورهای تبرید پیستونی رایج‌ترین کمپرسورهای موجود در بازار هستند، آنها را می‌توان در تمامی پیکربندی‌ها (هرمتیک و نیمه هرمتیک) یافت و برای تمام سطوح توان، از پایین‌ترین تا بالاترین، استفاده کرد.
یک کمپرسور تبرید پیستونی نیاز به روغن‌کاری مداوم دارد و به وجود مایع در ورودی بسیار حساس است چراکه وجود مایع می‌تواند باعث از بین رفتن و خرابی شیرها شود.
در مقایسه با سایر فناوری‌ها، کمپرسورهای تبرید پیستونی قیمت‌های مناسب‌تری دارند و از لحاظ مصرف انرژی مقرون به‌صرفه‌تر هستند، اما از لحاظ فناوری، قدیمی‌ترین فناوری را دارند.
تاریخچه استفاده از کمپرسورهای پیستونی در سیستم‌های تبرید
این نوع از کمپرسورها تقریباً قدیمی‌ترین نوع کمپرسور هستند که از آنها برای استفاده در سیستم‌های تبریدی استفاده می‌کردند. استفاده از پیستون برای فشرده‌سازی هوا را می‌توان به اواسط دهه 1600 نسبت داد. از آن زمان تاکنون تغییرات اندکی در طراحی و مکانیسم کمپرسورهای هوای پیستونی ایجادشده است.
عملکرد کمپرسور پیستونی در سیستم های تبرید چگونه است؟
کمپرسور پیستونی یک فشرده کننده هوا است که در آن از پیستون‌هایی استفاده می‌شود که توسط یک میل‌لنگ هدایت می‌شوند تا هوا را فشرده کنند. پیستون‌ها در یک سیلندر به جلو و عقب حرکت می‌کنند و در حین حرکت به سمت سر سیلندر، هوا را فشرده می‌کنند.
سپس هوای فشرده در یک مخزن گیرنده ذخیره می‌شود و آماده استفاده است. این مکانیسم، ساده و درعین‌حال مؤثر است. به همین دلیل است که این نوع از کمپرسورها در بسیاری از سیستم‌های تبرید مورداستفاده قرار می‌گیرد.
مزایای کلیدی استفاده از کمپرسورهای پیستونی در سیستم تبرید
- فشار و راندمان بالا: کمپرسورهای پیستونی می‌توانند فشار بالایی را به مبرد وارد کنند و برای کاربردهای سنگین مناسب‌اند. آنها در فشرده‌سازی هوا در مقایسه با سایر انواع کمپرسور انرژی کمتری مصرف می‌کنند.
- دوام و طول عمر: این کمپرسورها برای مقاومت در برابر شرایط سخت ساخته‌شده‌اند و با نگهداری مناسب عمر طولانی دارند. ساختار قوی آنها تضمین می‌کند که در محیط‌های سخت دوام می‌آورند.
- تطبیق‌پذیری: این کمپرسورها در صنایع مختلف از تولید و ساخت‌وساز گرفته تا خودروسازی و فرآوری مواد غذایی کاربرد دارند. توانایی آنها در تحمل طیف گسترده‌ای از میزان فشار و نرخ جریان، آنها را فوق‌العاده کاربردی می‌کند.
- مقرون و به‌صرفه در هزینه‌های اولیه: در مقایسه با انواع دیگر کمپرسورها، ساخت کمپرسور پیستونی معمولاً هزینه اولیه کمتری دارد. این مزیت، این نوع از کمپرسور را به گزینه‌ای جذاب برای مشاغلی تبدیل می‌کند که به دنبال این هستند که حداکثر بازگشت سرمایه را داشته باشند.
کاربرد کمپرسور پیستونی در صنایع
کمپرسورهای پیستونی در بخش‌های مختلفی از صنعت مورداستفاده قرار می‌گیرد. در صنعت تولید، به ابزارها و تجهیزات پنوماتیک نیرو می‌دهند. در بخش خودرو، این نوع از کمپرسور برای کارهایی مانند باد کردن تایرها و رنگ‌آمیزی بسیار مهم هستند. صنعت غذا و نوشیدنی برای عملیات بسته‌بندی و فرآوری به آنها متکی است. این کمپرسورها همچنین در سیستم‌های HVAC، تبرید و غیره استفاده می‌شوند.
نوآوری بر کمپرسورهای پیستونی چه تأثیری گذاشته است؟
کمپرسورهای پیستونی مدرن از فناوری‌های پیشرفته برای افزایش عملکرد و پایداری استفاده می‌کنند. ویژگی‌هایی مانند درایوهای سرعت متغیر (VSD) به بهینه‌سازی مصرف انرژی، کاهش هزینه‌های عملیاتی و اثرات زیست‌محیطی کمک می‌کند. علاوه بر این، بهبود در مواد و طراحی منجر به مدل‌هایی با صدای کمتر و ابعاد کوچک‌تر شده و کاربرد آنها را گسترش داده است.
نحوه نگهداری و مراقبت
تعمیر و نگهداری منظم کلید تضمین طول عمر و کارایی کمپرسور پیستونی است. پروسه تعمیر و نگهداری شامل بازرسی‌های معمول، تعویض به‌موقع قطعات فرسوده و تمیز نگه‌داشتن کمپرسور و روغن‌کاری مناسب است.
برخی از تولیدکنندگان برای کمک به کاربران در حفظ عملکرد بهینه دستگاه، برنامه‌های خدمات پس از فروش ارائه می‌دهند و سرویس و بازرسی کمپرسوری را که خود به فروش رسانده‌اند، عهده‌دار می‌شوند.
کمپرسورها انواع مختلفی از محفظه‌های فیزیکی دارند. محفظه‌های فیزیکی محفظه بیرونی هستند که حاوی کمپرسور هستند. این به چند شکل مختلف می‌آید.
انواع کمپرسور پیستونی در سیستم‌های تبرید از نظر نوع محفظه
بسته به نوع محفظه فیزیکی کمپرسور پیستونی و نوع سیستم تبریدی که کمپرسور در آن استفاده می‌شود، می‌توان آن را به یکی از دو دسته زیر تقسیم کرد:
- کمپرسورهای هرمتیک،
- کمپرسورهای سمی هرمتیک
کمپرسورهای هرمتیک
کمپرسورهای هرمتیک کاملاً آب‌بندی و به هم جوش داده می‌شوند. این بدان معناست که موتور و کمپرسور داخل یک پوسته قرارگرفته و مهروموم می‌شوند.
ازآنجایی‌که کمپرسورهای هرمتیک از بیرون آب‌بندی می‌شوند، چندین مزیت دارند، از جمله:
- نشتی کمتر،
- آلودگی کمتر،
- نیاز به نگهداری کمتر،
- اندازه کوچک‌تر و
- آلودگی صوتی کمتر
از آنجایی که اجزای کمپرسورهای هرمتیک پیستونی به یکدیگر جوش داده‌شده‌اند، ابعاد کوچک‌تری دارند. این نوع از کمپرسورها به نسبت صدای کمتری تولید می‌کنند و به همین دلیل است که برای سیستم‌های تبرید خانگی گزینه مناسب‌تری هستند. معمولاً از کمپرسورهای هرمتیک در یخچال‌های خانگی استفاده می‌شود.
یکی از عیوب این نوع از کمپرسورها این است که اگر کمپرسور مشکلی داشته باشد، کل قطعه باید تعویض شود.
به‌عبارت‌دیگر اگر برای کمپرسور یا هر وسیله مکانیکی و الکتریکی دیگر مشکلی به وجود آید طبیعتاً باید باز شود و داخل وسیله موردبررسی قرار گیرد. در کمپرسورهای هرمتیک هیچ پیچ و مهره‌ای وجود ندارد که بتوان آن را به‌سرعت باز کرد و سپس آن را تعمیر نمود، بنابراین باید قطعه را تعویض کنیم.
کمپرسورهای سمی هرمتیک
در کمپرسورهای سمی هرمتیک، موتور و کمپرسور در یک پوسته قرار نمی‌گیرند. موتور و کمپرسور در پوسته‌های مختلف قرار دارند.
در مقایسه با کمپرسور هرمتیک، تفاوت اصلی این است که محفظه کمپرسور سمی هرمتیک به‌جای جوشکاری، پیچ و مهره است.
این کار باز کردن کمپرسور را آسان‌تر می‌کند و به ما امکان می‌دهد به‌جای تعویض کل قطعه، تعمیرات لازم را انجام دهیم.
اشکالی که در طرح در کمپرسورهای سمی هرمتیک وجود دارد این است که احتمال نشتی بیشتر است. ازآنجایی‌که کمپرسور و موتور توسط پیچ و مهره‌های لاستیکی به هم متصل می‌شوند، سیستم به‌اندازه سیستم‌های هرمتیک آب‌بندی نمی‌شود. همین عامل می‌تواند باعث نشت بیشتر شود.
کمپرسورهای پیستونی سمی هرمتیک به طور گسترده در تبرید سردخانه و سیستم‌های تبرید صنعتی استفاده می‌شود. ویژگی‌های این نوع از کمپرسورها عبارت‌اند از:
- با بازه‌های فشار بیشتر و نیازهای ظرفیت خنک کننده سازگار می‌شوند.
- الزامات و استانداردهای سخت‌گیرانه‌ای در مواد مورد استفاده در تولید این نوع از کمپرسورها وجود ندارد. در این شرایط، مواد فولادی رایج به دلیل قیمت مناسب و قابلیت دسترسی، بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرند. همچنین، پردازش این مواد نسبتاً آسان است و می‌توان آنها را به راحتی شکل داد.تکنولوژی و تولید کمپرسور پیستونی سمی هرمتیک نسبتاً پیچیده است.
- استفاده و نصب کمپرسور پیستونی سمی هرمتیک نسبتاً ساده است.
انواع کمپرسورهای پیستونی مورد استفاده در سیستم‌های تبرید از نظر تعداد مرحله
کمپرسور تک‌مرحله‌ای
عملکرد این نوع از کمپرسور ساده‌تر است. نام‌گذاری آن از این واقعیت ناشی می‌شود که اگرچه ممکن است چندین پیستون در این کمپرسور وجود داشته باشد، اما آنها به‌صورت موازی قرار می‌گیرند، بنابراین هرگز مرحله تراکم دوم وجود نخواهد داشت.
ازآنجایی‌که فقط یک مرحله دارد، فشار نهایی حاصل از آن مقدار متوسطی است، معمولاً زیر 10 بار.
کمپرسور چندمرحله‌ای
در این نوع از کمپرسور چندین مرحله فشرده‌سازی وجود دارد. در هر یک از آنها پیستون‌های اضافی به‌صورت سری وجود دارد که می‌توانند هوا را به فشارهای بالاتر فشرده کنند. به‌این‌ترتیب می‌توان به فشارهای خروجی بسیار بالایی دست‌یافت. به همین دلیل از این نوع کمپرسورهای پیستونی در کاربردهایی استفاده می‌شود که فشارهای 12 بار تا 400 بار موردنیاز است.
ساخت این نوع کمپرسورها با قرار دادن واسط‌های خنک‌کننده میانی در بین مراحل مختلف انجام می‌شود.
چگونه کمپرسور پیستونی مناسب برای سیستم‌های تبرید انتخاب کنید
هنگام انتخاب کمپرسور برای سیستم‌های تبرید، اولین عنصری که باید در نظر بگیرید ظرفیت تبرید مورد نیاز شما است، زیرا انواع مختلف کمپرسورها محدوده عملکرد یکسانی ندارند.
در صورتی که نیاز یک کمپرسور کم قدرت و یا پرقدرت داشته باشید، انتخاب برای شما آسان‌تر خواهد بود چون تنوع کمپرسورها با این خصوصیات کمتر است، اما برای یک کمپرسور با ظرفیت متوسط، انتخاب دشوارتر است زیرا چندین نوع کمپرسور می‌توانند مناسب باشند.
در نظر گرفتن فاکتور اقتصادی و قیمت کمپرسور پیستونی نیز مهم است. برای مثال یک کمپرسور هرمتیک که قابل تعمیر نیست، قیمت ارزان‌تری نسب به یک کمپرسور سمی هرمتیک که قابل تعمیر هستند، دارد.
برای نیازهای قدرت بالا، می‌توانید بین یک کمپرسور پیستونی ارزان‌قیمت یا یک کمپرسور پره‌ای دوار گران‌تر اما کم‌مصرف‌تر انتخاب کنید.
معیارهای دیگری که می‌تواند بر انتخاب شما تأثیر بگذارد شامل سطح نویز و میزان صدای تولیدی کمپرسور و فضای موردنیاز است.
مورد دیگر تأثیرگذار در انتخاب، مدلی است که با مبرد مورداستفاده در مدار تبرید سازگار باشد. سیالات زیادی در دسترس هستند و سازندگان کمپرسورهای تبرید مدل‌های جدیدی را نیز ارائه می‌دهند.
پس به طور خلاصه معیارهای انتخاب یک کمپرسور مناسب سیستم تبرید شما عبارت‌اند از:
- ظرفیت خنک کننده سیستم، بسته به شرایط کاری:
- حداقل دمای چگالش: این امر بر روانکاری کمپرسور تأثیر می‌گذارد.
- حداکثر دمای تبخیر: بر جریان جرم بالا، نیروی بیش از حد بر یاتاقان‌ها، میله‌های اتصال تأثیر می‌گذارد.
- حداکثر دمای چگالش: بر حداکثر فشار کمپرسور تأثیر می‌گذارد.
- دمای تبخیر کم: به دلیل چگالی کم گاز بر خنک شدن ناکافی موتور تأثیر می‌گذارد.
- حد حرارتی: دمای تخلیه بیش از حد بالا را تحت تأثیر قرار می‌دهد.
- قیمت
- اندازه تجهیزات
- سطح نویز.
مقایسه کمپرسور پیستونی و کمپرسور اسکورو در سیستم‌های تبرید
کمپرسور اسکرو امروزه به عنوان رایج‌ترین نوع کمپرسور در سیستم‌های تبرید صنعتی شناخته می‌شود، در حالی که پیش‌تر کمپرسورهای پیستونی بیشتر مورد استفاده قرار می‌گرفتند. دلایل این تغییر شامل موارد زیر است:
- ظرفیت خنک‌کنندگی بیشتر: کمپرسورهای اسکرو می‌توانند ظرفیت‌های خنک‌کنندگی بالاتری نسبت به کمپرسورهای پیستونی ارائه دهند.
- کاهش هزینه‌های اولیه و نگهداری: استفاده از یک کمپرسور تک اسکرو به جای چند کمپرسور پیستونی به کاهش هزینه‌های اولیه و نگهداری کمک می‌کند.
- عملکرد در دماهای پایین‌تر: کمپرسورهای اسکرو توانایی کار در دماهای پایین‌تر را دارند و نسبت تراکم بیشتری ارائه می‌دهند.
- کاهش لرزش: کمپرسورهای اسکرو به دلیل طراحی متعادل‌تر، لرزش کمتری دارند.
- تعمیر و نگهداری آسان‌تر: نگهداری کمپرسورهای اسکرو به طور کلی کمتر و آسان‌تر است.
با این حال، کمپرسور پیستونی هنوز هم به عنوان گزینه‌ای مناسب در سیستم های تبرید صنعتی محسوب می‌شوند، چون در برخی شرایط می‌توانند کارآمدتر از کمپرسورهای اسکرو عمل کنند، به‌ویژه در بار کامل یا بار جزئی.
مزایای استفاده از کمپرسورهای پیستونی در سیستم‌های تبرید
تغییرات در وزن مولکولی ترکیب گاز می‌تواند یک عامل حیاتی باشد. کمپرسورهای جابجایی مثبت نسبت به کمپرسورهای دینامیکی تحمل بیشتری نسبت به این تغییرات دارند. با در نظر گرفتن این توضیح باید تشخیص دهیم که این مورد برای حوزه کاری ما اهمیت دارد یا خیر.
اگر تصمیم به انتخاب یک کمپرسور جابجایی مثبت داریم، باید از مزایای کمپرسورهای پیستونی نسبت به کمپرسورهای اسکرو آگاه باشیم:
- اصل سادگی کار: کمپرسورهای پیستونی اساس کار ساده‌ای دارند، به این معنی که ماشین‌آلات پیچیدگی کمتری دارند. این سادگی باعث می‌شود که تولید آنها ارزان‌تر شود.
- فناوری شناخته‌شده: فناوری پشت کمپرسورهای پیستونی در صنعت به‌خوبی شناخته‌شده است. این مورد تضمین می‌کند که یافتن پشتیبانی برای تعمیر و نگهداری آنها آسان و راحت است.
- قطعات یدکی فراوان و مقرون‌به‌صرفه: به دلیل طراحی با پیچیدگی کمتر و استفاده گسترده، قطعات یدکی کمپرسورهای پیستونی فراوان و بسیار مقرون‌به‌صرفه هستند.
- در بر گرفتن طیف وسیعی از اندازه‌ها: کمپرسورهای پیستونی در طیف وسیعی از ابعاد و اندازه‌ها موجود هستند، این موضوع آنها را هم برای مشاغل کوچک و هم برای تأسیسات بزرگ‌تر مناسب می‌کند.
- قابلیت حمل آسان: کمپرسورهای پیستونی کوچک‌تر قابل‌حمل هستند. کمپرسورهای کوچک‌تر برای کاربردهای خاص مفید است.
- فشار حداکثری در هنگام تخلیه: کمپرسورهای رفت و برگشتی یا پیستونی معمولاً دارای حداکثر فشار تخلیه نسبتاً بالایی هستند.
با در نظر گرفتن این عوامل، می‌توانیم تصمیم آگاهانه‌ای در مورد اینکه آیا کمپرسور جابجایی مثبت، به‌ویژه کمپرسور پیستونی، انتخاب مناسبی برای نیازهای ما است، اتخاذ کنیم.
نتیجه‌گیری
کمپرسور پیستونی سنگ بنای عملیات صنعتی در سراسر جهان را پایه‌گذاری کردند. کارایی، دوام و تطبیق‌پذیری آنها، آنها را به انتخابی ارجح برای سیستم های تبرید صنعتی و تجاری تبدیل می‌کند. با پیشرفت‌های مستمر و تمرکز بر پایداری، این کمپرسورها به‌عنوان یک جزء حیاتی در چشم‌انداز صنعتی باقی می‌مانند.
