کمپرسور سانتریفیوژ (گریز از مرکز) چیست؟

کمپرسورهای سانتریفیوژ چگونه کار می‌کنند؟

کمپرسورهای سانتریفیوژ از پرکاربردترین کمپرسورهای دینامیک در چیلرهای تراکمی هستند که ایجاد تراکم و تولید فشار در آن بر اساس سرعت یا انرژی جنبشی است. همان اتفاقی که در پمپ‌های گریز از مرکز برای مایعات می‌افتد. بدین صورت که بخار مبرد از مرکز پروانه‌ای (مکش) که با سرعت زیاد در حال گردش است وارد شده و با زاویه 90 درجه به دهانه دهش پرتاب می‌شود.

کمپرسورهای سانتریفیوژ کارکردی پیوسته دارند و در رده کمپرسورهای دینامیک قرار می‌گیرند.

اساس کارکرد کمپرسورهای سانتریفیوژ اینگونه است که ابتدا توسط روتور یا ایمپلر به سیال سرعت داده می‌شود و سپس این انرژی جنبشی در دیفیوزر به انرژی پتانسیل (فشار) تبدیل می‌گردد.

کمپرسورهای سانتریفیوژ نسبت به سایر کمپرسور‌ها مصرف انرژی کمتری دارند اما در یک مرحله قادر به رسیدن به نسبت‌های فشار بالا نیستند.

راندمان کمپرسور سانتریفیوژ نسبت مستقیم با سرعت آن دارد بنابراین برای بازده بیشتر باید سرعت نیز بیشتر باشد.

سرعت کمپرسورهای سانتریفیوژ متناسب با ظرفیت، بین 3000RPM تا 18000RPM است.

یکی از نکات مهم در تشریح عملکرد کمپرسورهای سانتریفیوژ (Centrifugal Compressors) و تأثیر عوامل مختلف بر بازده آن مربوط به سرعت دورانی (سرعت زاویه‌ای) و سرعت خطی یا نوک است.

سرعت دوران با دور در دقیقه سنجیده می‌شود اما سرعت نوک که مربوط به سرعت لبه خارجی پروانه و جابجایی سیال در آن است با واحد طول بر واحد زمان مانند فوت بر ثانیه یا متر بر ثانیه بیان می‌شود. برای مثال اتومبیل‌های مختلف با قطر چرخ‌های مختلف می‌توانند سرعت یکسانی داشته باشند اما بطور قطع برای یکسان بودن سرعت خطی و یا سرعت دو اتومبیل با قطر چرخ‌های مختلف، تعداد دوران چرخ‌های هر یک متفاوت خواهد بود. در کمپرسورها نیز برای رسیدن به سرعت مشخصی، قطر کوچکتر نیازمند دور در دقیقه بیشتری نسبت به قطر پروانه بزرگتر است.

ظرفیت کمپرسورهای سانتریفیوژ نسبت مستقیمی هم با قطر پروانه دارد و نوع مبرد نیز در انتخاب قطر پروانه مؤثر است. بعنوان مثال مبرد R123 که در فشار منفی عمل می‌کند، نسبت به R134a که در فشار مثبت عمل می‌کند با ظرفیت برابر نیازمند قطر بیشتری برای پروانه است.

منظور از مبردهای فشار منفی مبردهایی هستند که به دلیل نقطه جوش بالا، تبخیر آن‌ها در دمای اواپراتور مستلزم ایجاد خلاء نسبی توسط کمپرسور است.

در ظرفیت برابر دبی گاز (فوت مکعب در دقیقه به ازای هر تن یا متر مکعب در ساعت به ازای هر کیلو وات) R123 تقریباً شش برابر بیشتر از R134a است.

مطابق استاندارد AHRI به ازای هر تن تبرید، دبی R123 باید 8.54Lit/s باشد. در حالی که این مقدار برای R134a تنها 1.51Lit/s می‌باشد و این به معنای این است که با افت فشار برابر، قطر چشمی پروانه (مرکز پروانه) و خط دهش کمپرسوری که با R123 کار می‌کند باید شش برابر بزرگتر از پروانه کمپرسوری باشد که با R134a کار می‌کند.

کمپرسورهای سانتریفیوژ از یک یا چند پروانه برای افزایش فشار مبرد استفاده می‌کنند که به کمپرسورهای سانتریفیوژ چند مرحله‌ای معروف هستند.

بخار مبرد فشرده شده از خروجی مرحله اول حرکت می‌کند، به ورودی پروانه مرحله دوم وارد می‌شود بعد از اینکه بخار مبرد با شتاب حداکثری آخرین پروانه را تک کرد به سمت خروجی کمپرسور و ورودی کندانسور حرکت می‌کند.

در چیلرهای مجهز به کمپرسور سانتریفیوژ تغییر دمای تقطیر تأثیر بسیار سریع و زیادی بر ظرفیت خنک کنندگی دارد. البته در کمپرسورهای رفتی برگشتی نیز تغییر ظرفیت خنک کنندگی متناسب با افزایش و کاهش دمای تقطیر زیاد یا کم می‌شود اما آن تغییرات در کمپرسورهای گریز از مرکز بسیار بیشتر و وسیع‌تر است.

کمپرسور سانتریفیوژ هم مانند کمپرسورهای اسکرو سوپاپی نداشته و قطعات متحرک آن بسیار کمتر از کمپرسورهای سیلندر پیستونی است.

تنها قطعه یا قطعات متحرک در کمپرسورهای سانتریفیوژ، پروانه یا پروانه‌های متصل به شفت اصلی هستند.

بنابر این اتلاف توان در کمپرسور تنها ناشی از اغتشاش و اصطکاک سیال مبرد است.

اجزای اصلی کمپرسور سانتریفیوژ

1- ورودی (inlet): یک لوله ساده می‌تواند باشد. معمولاً شامل چندین valve و وسایل اندازه‌گیری دما و فشار نیز است.

2- ایمپلر (impeller): یا روتور(rotor) مهم‌ترین بخش کمپرسور است و وظیفه آن سرعت دادن به سیال است. در خروجی ایمپلر سرعت سیال تا حدود سرعت صوت ممکن است افزایش یابد. طراحی ایمپلر می‌تواند به شکل باز (open) که پره‌ها در آن دیده می‌شوند و یا پوشیده (covered or shrouded) باشد. نوع باز اجازه رسیدن به سرعت‌های بالاتر را می‌دهد. نوع پوشیده اجازه داشتن چندین مرحله (stage) را می‌دهد.

3- دیفیوزر (diffuser): وظیفه تبدیل انرژی جنبشی گاز به انرژی پتانسیل فشاری بر عهده دارد. شکل کلی آن یک مسیر دایره‌ای شکل که مساحت مقطع آن افزایش می‌یابد، است. دیفیوزر می‌تواند به فرم ساده بدون پره (vaneless) یا پره‌دار (vaned) باشد.

4- کلکتور (collector): وظیفه آن جمع‌آوری جریان از دیفیوزر است. گاهی به آن plenum ،volute و یا scroll هم می‌گویند.

پدیده سرج (Surge) چیست؟

حالتی مخصوص کمپرسورهای سانتریفیوژ است. در این حالت کمپرسور قادر به جلو راندن سیال در مسیر به دلیل پس فشار بالا، نیست. این پدیده نامطلوب سبب بازگشت جریان در مسیر معکوس شده و آسیب‌هایی به شرح زیر به کمپرسور می‌رساند:

لرزش شدید دستگاه، افزایش دمای کمپرسور، آسیب به آب‌بندی کمپرسور و آسیب به یاتاقان‌های روتور.

کمپرسور سانتریفیوژ توربوکور چیست؟

در این کمپرسورها که برای کار با مبرد R134a بهینه و ساخته شده‌اند، صدای تولید شده کمتر از 70DB می‌باشد. همچنین وزن این کمپرسورها نسبت به کمپرسور مشابه با همان ظرفیت برودتی معادل 20% کمتر می‌باشد. این کمپرسورها اصطلاحاً کمپرسورهای دارای مغز نامیده می‌شوند. بردهای کنترل دیجیتالی این نوع کمپرسورها قدرت تشخیص مشکل احتمالی بوجود آمده در کمپرسور و قابلیت رفع عیب بوجود آمده را دارا می‌باشد.

کمپرسورهای سانتریفیوژ توربوکور نسل جدید کمپرسورهای سانتریفیوژ می‌باشند که بطور مستقیم قابلیت اتصال به شبکه، مانیتور کردن و کنترل آن توسط شبکه بدون پرداخت هزینه اضافی و اتصال تجهیزات اضافی را دارا می‌باشند.

در این کمپرسورها در قسمت مدارات برقی یک رکتیفایر یا همان یکسوکننده وجود دارد که جریان متناوب ورودی کمپرسور را به ولتاژ بالا در جریان مستقیم جهت استفاده در موتور و یاتاقان‌های مغناطیسی تبدیل می‌کند.

خازن‌های موجود در کمپرسور نقش یک فیلتر در برق مستقیم خروجی از رکتیفایر و همچنین به عنوان یک منبع ذخیره انرژی برای شناور نگه داشتن روتور ما بین یاتاقان‌های مغناطیسی و جلوگیری از سقوط ناگهانی آن در صورتی که برق ورودی کمپرسور ناگهان قطع شود، تعبیه شده است.

متریال استفاده شده در ریخته‌گری پوسته این نوع کمپرسورها از آلیاژ آلومینیوم مورد استفاده در صنعت هوانوردی می‌باشد. همچنین محفظه قابی که در بالای کمپرسور که از کلیه قطعات و بردهای الکترونیکی و الکتریکی و بطور کلی از مغز کمپرسور محافظت می‌کند، از نوع خاصی پلاستیک ساخته شده که قابلیت ارتجاعی بسیار خوبی در تغییرات دمایی زیاد دارد.

حذف روغن چه مزایایی دارد؟

جدای از مشکلاتی که روغن کاری یک کمپرسور برودتی دارد که این مشکلات شامل رساندن روغن به تمامی قطعات متحرک، کنترل فشار پمپ روغن، جدا کردن روغن به حداقل رساندن روغن خروجی از کارتر کمپرسور و بازگرداندن آن به کارتر کمپرسور و … ببینیم آیا وجود روغن در یک سیستم برودتی آیا معایب دیگری نیز دارد؟

حتی با نصب بهترین اویل سپراتورها در خروجی کمپرسورهای برودتی، روغنی که از کارتر کمپرسور همراه مبرد فرار می‌کند را می‌توان به حداقل ممکن رساند ولی نمی‌توان درصد آن را صفر کرد. پس همواره در حین کار سیستم سطح داخلی تمام قطعات و اجزا که شامل لوله‌ها و شیرآلات و کنترل آلات و … می‌شود را فیلمی از روغن می‌پوشاند. از مهم‌ترین معایب قرار گرفتن این فیلم روغن کاهش ضریب انتقال حرارت در اواپراتور و کندانسور می‌باشد.

در تحقیق شماره 601 که توسط انجمن اشری چندین سال پیش انجام شده است مشخص شده در یک چیلر سانتریفیوژ که 12 درصد مخلوط مبرد و روغن که در سیستم گردش می‌کند را روغن تشکیل داده باشد، کاهش راندمان 15 الی 20 درصدی مشاهده می‌شود.

بطور کلی کمپرسورهای نوع سانتریفیوژ (گریز از مرکز) دارای راندمان و ضریب عملکرد بسیار بالایی هستند و جهت ساخت چیلرهای تراکمی نوع آب خنک با ظرفیت‌های برودتی بالا از آن‌ها استفاده می‌شود.

این نوع کمپرسورها به دلیل تکنولوژی بالا و محاسبات بسیار پیچیده در شرکت‌های معدودی در دنیا طراحی و تولید می‌شوند که عمده آن‌ها در کشور آمریکا و شرکت‌هایی مانند کریر، یورک، ترین و کمپرسور دانفوس هستند.

استفاده از چیلرهای مجهز به کمپرسورهای سانتریفیوژ دارای مزیت‌های متعددی است و تنها موردی که در هنگام انتخاب و خرید این نوع از کمپرسور می‌بایست به آن توجه داشت کیفیت و مدت زمان گارانتی و خدمات پس از فروش شرکت‌های وارد کننده چیلرهای مجهز به کمپرسور سانتریفیوژ است.

به این دلیل که متخصص و تعمیر کار مسلط به این نوع کمپرسورها و همینطور قطعات یدکی آن‌ها بسیار کم و نایاب می‌باشد.

پرسش‌های متداول