کمپرسور اسکرو در سال 1878 میلادی اختراع شد اما استفاده از آن در چیلرهای تراکمی سال‌های درازی به تعویق افتاد و طی سالیان اخیر کاربرد فراوانی در چیلرهای تراکمی پیدا کرده است. ابتدا استفاده از کمپرسورهای پیچی (اسکرو) در صنایع مورد توجه قرار گرفت و تنها در اواخر سال‌های قرن بیستم استفاده از آن در سیستم‌های تهویه مطبوع رایج شد.
همچون کمپرسور سیلندر پیستونی، کمپرسور اسکرو (Screw Compressor) نیز نوعی کمپرسور جابجایی مثبت محسوب می‌شود.
قسمت‌های اصلی کمپرسور اسکرو
مارپیچ
کمپرسور اسکرو می‌تواند دارای یک یا دو مارپیچ گردان باشد. در نوع تکی، مارپیچ اصلی به وسیله دو چرخ دنده که در طرفین آن قرار گرفته‌اند به چرخش در می‌آید و در نوع دوتایی، دو مارپیچ با هم درگیر هستند.
در چیلرهای تراکمی استفاده از نوع دوتایی به مراتب رایج‌تر است زیرا بین 3 تا 4 درصد بازده بیشتری دارد. البته کمپرسورهای پیچی تکی نیز از امتیازاتی مانند استهلاک و صدای کمتر برخوردارند.
در گونه دوتایی، مارپیچ نر بطور مستقیم به الکتروموتور متصل می‌شود و در واقع گردانه (روتور) اصلی، این مارپیچ است.
دامنه ظرفیت کمپرسورهای پیچی از نوع دو مارپیچ بسیار گسترده و بین 20 تا 1300 تن تبرید (70-4570kW) است که البته بیشتر در دامنه 50 تا 350 تن تبرید (176-1230kW) کاربرد دارند. بطور کلی بازده انرژی کمپرسورهای پیچی بیشتر از کمپرسورهای سیلندر پیستونی و اسکرال و کمتر از کمپرسورهای گریز از مرکز است.
اسلایدر
اسلایدر در کمپرسور اسکرو قطعه‌ای است که بر روی مارپیچ‌ها قرار می‌گیرد و با حرکت بر روی آن‌ها طول موثر آن‌ها را کاهش و یا افزایش می‌دهد و با این که حجم مبرد تحت تراکم را کاهش و یا افزایش داده و در نتیجه ظرفیت کمپرسور اسکرو را تغییر داده و کنترل می‌کند.
شیر برقی
شیر برقی‌های کمپرسور اسکرو با باز و یا بسته کردن مسیر بخشی از روغن کارتر کمپرسور و هدایت آن از طریق مجراهای جداگانه باعث حرکت اسلایدر بر روی مارپیچ‌ها می‌شوند. تعداد شیر برقی‌های تعبیه شده بر روی کمپرسور اسکرو تعداد استپ‌های کنترل ظرفیت کمپرسور را مشخص می‌کند.
به عنوان مثال تعداد شیر برقی‌های کمپرسورهای اسکرو بیتزر 4 عدد هستند که هر کدام 25 درصد از ظرفیت کمپرسور را کنترل می‌کند.
اویل سپراتور
به دلیل حجم بالای روغن در کمپرسور اسکرو در داخل ورودی روغن به محفظه مارپیچ‌ها، اویل سپراتور یا جداکننده روغن نصب می‌شود تا روغن مخلوط در مبرد را جدا کرده و مبرد را بدون روغن به سمت مارپیچ‌ها هدایت کند.
در کمپرسورهای اسکرو اویل سپراتور معمولاً بصورت الیاف درهم تنیده بوده و در داخل پوسته کمپرسور اسکرو قرار می‌گیرد.
کنترل کننده سطح روغن
در کمپرسور اسکرو به دلیل اهمیت بیشتر حجم روغن موجود در کارتر سطح آن توسط سنسور کنترل می‌شود.
این کنترل کننده می‌تواند در صورت کاهش روغن از حد مجاز فرمان خاموشی به کمپرسور بدهد.
گرمکن روغن
برای اینکه به هنگام خاموش بودن کمپرسور، مبرد مایع در کارتر ته‌نشین نشود و روغن داخل کارتر سفت نگردد و همزمان با روشن شدن کمپرسور، عملیات روان کاری نیز بدون وقفه آغاز شود، لازم است که روغن تا حدی گرم نگه داشته شود. به این منظور از یک گرمکن برقی که در داخل کارتر جاسازی شده، استفاده می‌شود که با خاموش شدن کمپرسور روشن شده و با آغاز به کار کمپرسور خاموش می‌شود. این گرمکن، هیتر کارتر نیز نامیده می‌شود.
مزایای کمپرسور اسکرو
کمپرسور اسکرو به دلیل تکنولوژی جدید و مزایای متعدد مورد، توجه تولید کنندگان تجهیزات تهویه مطبوع و سرمایشی قرار گرفت. به دلیل تکنولوژی نسبتاً بالا و بروز این نوع کمپرسور، تولید کننده‌های کمپرسور اسکرو بسیار کم و انگشت شمار هستند. در جدول زیر به مهم‌ترین مزایای کمپرسور اسکرو اشاره شده است:
| ردیف | مزایای مهم در کمپرسور اسکرو |
|---|---|
| 1 | بازده و راندمان بالا |
| 2 | ضریب عملکرد بالا |
| 3 | عملکرد مطمئن و پایدارتر نسبت به سایر انواع کمپرسور |
| 4 | ابعاد کوچکتر نسبت به توان برودتی تولیدی |
| 5 | کاربرد در ظرفیت های بالای برودتی |
| 6 | امکان دسترسی به دماهای پایین در مدل های خاص |
| 7 | کاهش هزینه های تولید |
| 8 | لرزش و صدای کمتر |
| 9 | امکان کنترل ظرفیت برودتی |
| 10 | کاهش قابل توجه تلفات مبرد |
روغن
یکی از مهم‌ترین مواردی که در کارکرد و طول عمر کمپرسور مؤثر است، نوع و کیفیت روغن کمپرسور می‌باشد.
استفاده از روغن با فرمولاسیون، دانسیته و حجم مناسب از مهم‌ترین مواردی است که در هنگام راه‌اندازی کمپرسور می‌بایست به آن توجه داشت.
از مهم‌ترین مواردی که در انتخاب روغن می‌بایست مورد توجه قرار گیرد سازگاری آن با نوع مبردی است که در سیستم در جریان می‌باشد.
در صورتی که نوع مبرد با نوع روغن سازگار نباشد می‌تواند پدپده عدم بازگشت روغن به کمپرسور رخ دهد و باعث بروز خسارات جبران ناپذیری به آن شود.
البته وجود جدا کننده روغن از مبرد (Oil separator) در کمپرسور اسکرو تا حد زیادی مانع از خروج روغن به همراه مبرد از کمپرسور می‌شود.
در گام بعدی میزان روغن موجود در کارتر کمپرسور بسیار حائز اهمیت است و مقدار آن نباید از حد تعیین شده کمتر باشد.
در کمپرسور اسکرو علاوه بر وجود شیشه رویت سطح روغن، سنسور کنترل سطح روغن نیز وجود دارد که در صورت کاهش سطح روغن در کارتر کمپرسور آلارم مربوطه را به بهره بردار می‌دهد و در آخر استفاده از برندهای معتبر تولید کننده روغن خطر بروز مشکل در کمپرسور را کاهش می‌دهد.
در مورد کمپرسورهای نوع اسکرو پیشنهاد می‌شود از روغن‌های تولید شده در کارخانه تولید کننده کمپرسور استفاده شود.
مبرد
نوع و کیفیت مبرد استفاده شده در کمپرسور تأثیر مهم و مستقیم در کیفیت عملکرد و طول عمر آن دارد.
کمپرسورهای اسکرو معمولاً برای کار با چند نوع مبرد طراحی و تولید می‌شوند. بعنوان مثال عمده کمپرسورهای اسکرو امکان کار با مبردهای R22 و R134a و R407c را دارند برای شارژ هر یک از این مبردها می‌بایست روغن متناسب با آن نیز به کمپرسور شارژ شود.
باید توجه داشت در صورت تعویض مبرد می‌بایست روغن کمپرسور بطور کامل تخلیه شده و داخل کمپرسور توسط گاز R141b شستشو شود و سپس اقدام به شارژ مبرد شود.
در جدول زیر مبردهای مناسب جهت هر یک از مدل‌های کمپرسورهای اسکرو بیتزر و هنبل آمده است:
| ردیف | برند (شرکت) | مدل | نوع مبرد |
|---|---|---|---|
| 1 | بیتزر | CHS | R22 |
| 2 | R134a | ||
| 3 | R407c | ||
| 4 | R407a | ||
| 5 | R407f | ||
| 6 | R450a | ||
| 7 | R413a | ||
| 8 | R515b | ||
| 9 | R1234yf | ||
| 10 | R1234ze | ||
| 11 | CSH.6 | R134a | |
| 12 | R450a | ||
| 13 | R513a | ||
| 14 | R1234yf | ||
| 15 | R1234ze | ||
| 16 | CSW | R22 | |
| 17 | R1234a | ||
| 18 | R407c | ||
| 19 | R450a | ||
| 20 | R513a | ||
| 21 | R1234yf | ||
| 22 | R1234ze | ||
| 23 | CSV4 | R134a | |
| 24 | R450a | ||
| 25 | R513a | ||
| 26 | R1234yf | ||
| 27 | R1234ze | ||
| 28 | CSVW | R134a | |
| 29 | R450a | ||
| 30 | R513a | ||
| 31 | R1234yf | ||
| 32 | R1234ze | ||
| 33 | هنبل | RC2B | R1234yf |
| 34 | R134a | ||
| 35 | R22 | ||
| 36 | R404a | ||
| 37 | R407C | ||
| 38 | R450a | ||
| 39 | R507a | ||
| 40 | R513a |
سربندی
ستاره
راه‌اندازی کمپرسور با سربندی ستاره بدین صورت است که در این نوع اتصال راه‌اندازی نرم و عملکرد با توان نامی صورت می‌گیرد. از طرفی جریان راه‌اندازی بسیار کم بوده و مانع گرم شدن بیش از حد سیم پیچ می‌شود. از این نوع سربندی برای کمپرسورهای کوچک نهایتاً تا ظرفیت 5 اسب بخار استفاده می‌شود.
ستاره مثلث
در بیشتر موارد برای کاهش جریان راه‌اندازی کمپرسورهای سه فاز پرقدرت از روش سربندی ستاره مثلث استفاده می‌شود. در این روش ابتدا سیم پیچ ستاره راه‌اندازی شده پس از سپری شدن جریان راه‌اندازی، سیم پیچ ستاره از مدار خارج شده و سیم پیچ مثلث وارد مدار می‌شود که دلیل آن نیاز به سیم پیچ پر قدرت است.
کاهش جریان راه‌اندازی و کاهش آسیب به دیگر مصرف کننده‌های خط، کاهش مصرف برق و راه‌اندازی نرم‌تر و مهم‌تر از همه جلوگیری از آسیب دیدن سیم پیچ، از مزایای این نوع سربندی است.
مثلث مثلث (Part winding)
در این نوع سربندی کمپرسور دارای 2 سیم پیچ هم قدرت است و سیم پیچ دوم در کسری از ثانیه بعد از سیم پیچ اول وارد مدار می‌شود.
راه‌اندازی نرم‌تر کمپرسور، کاهش جریان اولیه راه‌اندازی، کاهش مصرف برق، جلوگیری از آسیب دیدگی سیم پیچ‌ها، از مزایای این نوع سربندی است اما عیب این نوع سربندی در لحظه راه‌اندازی می‌باشد. در این لحظه تمام بار راه‌اندازی فقط روی سیم پیچ اول است.
در کمپرسورهای اسکرو به دلیل قدرت بالای سیم پیچ‌ها معمولاً از روش پارت وایندینگ یا مثلث مثلث استفاده می‌شود.
انواع سوختگی کمپرسور
در کمپرسورهای نوع بسته و نیمه بسته سیلندر پیستونی، الکتروموتور توسط گاز مبرد خنک می‌شود. همان‌طور که می‌دانید استاتور (سیم پیچ)، در مسیر گاز قرار گرفته و هنگامی که گاز آلوده و اسیدی شود بلافاصله عایق روی سیم پیچ را خورده و باعث اتصال کوتاه و در نهایت سوختن الکتروموتور خواهد شد. تحت این شرایط دو نوع سوختگی اتفاق خواهد افتاد.
سوختگی خفیف و نقطه‌ای (Mild burnout)
سیم پیچ الکتروموتور کمپرسور اتصال کوتاه به وقوع پیوسته و کمپرسور از کار افتاده است. در اینگونه مواقع اگر اپراتور دستگاه سریعاً متوجه سوختگی شده و اقدام به توقف سیستم نماید امکان آلودگی کل مدار خیلی کم بوده و پس از تعویض سیم پیچ کمپرسور می‌توان با تعویض فیلتر درایر و روغن کمپرسور دستگاه را مجدداً راه‌اندازی کرده و مورد بهره برداری قرار داد.
سوختگی شدید (Severe burnout)
بر اثر گرمای زیاد تقریباً بخش اعظم عایق سیم پیچ کمپرسور دچار سوختگی شدید گردیده که باعث آلودگی مدار تبرید و دستگاه‌ها خواهد شد.
نگهداری و تعمیرات کمپرسور
موضوع تعمیرات و نگهداری کمپرسورهای برودتی بسیار مهم بوده و تأثیر مستقیمی بر روی کیفیت عملکرد و طول عمر آن‌ها دارد.
کمپرسورهای اسکرو در دو نوع نیمه بسته و باز طراحی و تولید می‌شوند.
در کمپرسور نوع باز به دلیل اینکه این نوع از کمپرسور فاقد سیم پیچ در داخل پوسته است در نتیجه بروز هرگونه مشکل در عملکرد کمپرسور از نوع مکانیکی خواهد بود.
در کمپرسورهای نوع نیمه بسته، به علت قرار گرفتن قسمت مکانیکی و سیم پیچ کمپرسور در داخل یک پوسته مشترک در صورت بروز مشکل در عملکرد کمپرسور یکی از دو قسمت یا هر دو قسمت می‌تواند دچار مشکل شده باشد.
در جدول زیر به مواردی که می‌بایست در طول کارکرد کمپرسور به آن توجه شود اشاره شده است:
| ردیف | موارد مهم |
|---|---|
| 1 | کنترل جریان نامی کمپرسور |
| 2 | کنترل مقدار مبرد در سیستم در حین کار |
| 3 | کنترل میزان روغن موجود در کارتر کمپرسور در حین کار |
| 4 | کنترل دمای قسمت سیم پیچ |
| 5 | کنترل دمای مکش و دهش کمپرسور |
| 6 | کنترل فشار مکش و دهش کمپرسور |
ضریب عملکرد
ضریب عملکرد در کمپرسورهای اسکرو عدد قابل قبولی است و بیش از 3 می‌باشد اما به سختی به عدد 4 می‌رسد.
ضریب عملکرد نسبتاً بالا برای این نوع کمپرسورها که در توان‌های بالا تولید می‌شوند، یک مزیت به حساب می‌آید و استفاده از آن‌ها را در ساخت چیلرهای با ظرفیت برودتی بالا مقرون به صرفه کرده و افزایش می‌دهد.
شرکت‌های تولید کننده کمپرسور اسکرو
از شرکت‌های معتبر تولید کننده کمپرسورهای اسکرو در دنیا می‌توان از شرکت‌های بیتزر آلمان، هنبل تایوان، فراسکولد ایتالیا و رفکامپ ایتالیا نام برد.
حداقل بازده چیلرهای پیچی با کندانسور آبی در استاندارد ASHRAE/IESNA standard 90.1-1999 آمده است.
بطور کلی کمپرسور نوع اسکرو را می‌توان بهترین گزینه برای چیلرهای با ظرفیت برودتی بالا دانست. حجم بالای جابجایی مبرد، ضریب عملکرد مناسب، صدا و لرزش کم، طول عمر بالا و قابل تعمیر بودن از مزایای این نوع از کمپرسور است.
کمپرسورهای اسکرو دارای کنترل ظرفیت هستند و این یکی از ویژگی‌های بسیار سودمند آن‌ها است.
پرسش‌های متداول
بله، در صورتی که توان آن‌ها همین‌طور میزان جابجایی مبرد شان یکسان باشد می‌توان کمپرسور اسکرو را جایگزین کمپرسور نوع دیگری کرد.
در صورتیکه کنترل ظرفیت از نوع شیر برقی و اسلایدر باشد خیر، تأثیر چندانی ندارد ولی اگر کمپرسور از نوع هوشمند و دارای درایو اینورتر باشد بله.
در صورتیکه از یک برند واحد باشند قیمت کمپرسور اسکرو بیشتر است.
خیر، هیچ الزامی برای این کار وجود ندارد اما به دلیل حساسیت بالای کمپرسور اسکرو بهتر از این تدابیر در نصب و راه اندازی دیده شود.
بطور کلی ضریب عملکرد هر نوع کمپرسوری در چیلر آب خنک بالاتر از چیلر هوا خنک است. کمپرسور اسکرو هم از این قاعده مستثنی نیست.
