بررسی عملکرد چیلر تراکمی با کمپرسور اسکرو

چیلر با کمپرسور اسکرو

چیلر تراکمی اسکرو برای تهیه آب سرد به منظور تهویه در ساختمان به کارمی رود. چیلر تراکمی اسکرو مانند دیگر دستگاه های تبرید دارای چهارقطعه اصلی کمپرسور اسکرو کندانسور شیر انبساط و اواپراتور می باشد. در چیلرها نیز با استفاده از کمپرسور اسکرو فشار مبرد را به اندازه دمای کندانس بالا میبرد، کندانسور گاز فوق داغ به مایع اشباع تبدیل میگردد و در شیر انبساط به فشار را پایین آورده و بنابراین دما نیز به نیز متناسب با فشار افت می کند. با ورود مبرد به اواپراتور چیلر اسکرو در انجا با توجه به فشار اواپراتور و دمای اب، مبرد به صورت بخار فوق گرم تبخیر شده و دوباره وارد کمپرسور اسکرو می گردد. چیلرهای تراکمی اسکرو به دو دسته هوا خنک و آب خنک تقسیم می شوند. چیلر اسکرو هوا خنک، به چیلرهای اطلاق می شوند که کندانسور آن کویل هایی هوایی به همراه فین و به وسیله فن هوا از روی کویل گردش میکند. چیلر های آب خنک که دارای کندانسور شل و تیوپ باید به همراه برج خنک کننده در مدار قرار میگیرند. کمپرسور چیلر تراکمی قلب اصلی و جز بسیار مهم از اجزای چیلر می­باشد که وظیفه گردش مبرد در سیکل برعهده آن می­باشد. کمپرسور چیلر  را برحسب نیاز در ظرفیت های متفاوت می­سازند. حجم گازی که در کمپرسور چیلر باید متراکم شود، بستگی به میزان جابه­ جایی کمپرسور توان موتور الکتریکی کمپرسور چیلر تعیین و اندازه آن را مشخص می­گردد. وظیفه کمپرسور چیلر ایجاد جریان مبرد به وسیله اختلاف فشار ­ساکشن و دیسارژ میباشد. در این مقاله به بررسی کمپرسور اسکرو در چیلرهای تراکمی و نقش آن در بهبود عملکرد چیلر تراکمی بررسی میکنیم.

طرز کار چیلر کمپرسور اسکرو

کمپرسور اسکرو

این کمپرسورها برای چیلر با ظرفیت ۶۰-۸۰۰ تن تبرید مورد استفاده قرار می­گردد. بازده آن بالاتر از چیلرهای کمپرسورهای سیلندر پیستونی می­باشد، دارای دو روتور نر و ماده می­باشد، که با چرخش آنها مبرد متراکم می­گردد

مسیر تراکم مبرد کمپرسور چیلر در شکل زیر نمایان شده است

تراکم مبرد در کمپرسور اسکرو
تراکم مبرد در کمپرسور اسکرو

از جمله ویژگی های کمپرسور اسکرو که می­تواند یا انواع مبرد  HCFC و HFC برای چیلر سازگار است.

شماتیک کمپرسور اسکرو

در این مدل از کمپرسور ها، عمل تراکم بخار مبرد با درگیر شدن ۲ روتور حلزونی نر و ماده در سیلندری مجهز به مجراهای خروجی و ورودی قرار گرفته است، انجام میشود. روتور نر محرک است و از یک سری پره که حدودا تا ۴ عدد است که در طول آن تشکیل شده و با پره های مشابهی که معمولا تا ۶ عدد است در محور مادگی که متحرک است درگیر میشود. با چرخش روتور گاز از طریق مجرای ورودی وارد فضای بین پره های نر و ماده میشود و با ادامه چرخش روتورها چیلر کمپرسور اسکرو مبرد از مجرای کمپرسور کشیده شده و در فضای بین پره ها حبس میشود. این گاز به طور محوری و شعاعی حرکت میکند و به دلیل کاهش تدریجی حجم فضای مابین پره های کمپرسور اسکرو، درگیر و متراکم میگردد. مبرد تا زمانی که فضای مابین پره ها به مجرای خروجی سیلندر متصل شود، متراکم شده و از طریق آن ها از سیلندر خارج میگردد. در کمپرسورهای اسکرو میتوان ظرفیت آن را به کمک یک اسلایدر ولو تغییر داد. این قطعه در زیر محفظه روتور قرار گرفته است و به وسیله آن میتوان ظرفیت کمپرسور را تا ۲۵% کل ظرفیت کمپرسور اسکرو تغییر داد.

حتما بخوانید!
انتخاب بویلر برای چیلر جذبی

روغن در کمپرسور اسکرو نقشی تعیین کننده هم در فرایند کنترل ظرفیت و هم در عملیات روغن کاری دارد و حجم روغن زیادی در کمپرسور در جریان میباشد و با گاز خروجی از کمپرسور ترکیب شده است و به بیرون از محفظه کمپرسور خارج میگردد. لذا این کمپرسور ها احتیاج به اویل سپراتور یا جدا کننده روغن دارند. مهمترین  ویژگی این کمپرسورها سادگی و قابلیت تغییر ظرفیت و اطمینان آن، استقبال بسیار زیادی در صنعت تبرید و تهویه مطبوع داشته است و تا ظرفیت ۴۰۰ اسب نیز ساخته شده است. قطعات متحرک کمپرسورهای اسکرو در مقایسه با کمپرسورهای سیلندر پیستونی یک دهم آن میباشد که این امر به خاطر حذف شاتون میل لنگ و پیستون و سوپاپ ها میباشد که باعث می شود اجزای کمپرسور اسکرو کمتر و کنترل آن راحت تر و دقیق تر انجام گردد.

راه اندازی کمپرسور اسکرو

کنترل ظرفیت کمپرسور اسکرو

روش کنترل ظرفیت در این کمپرسورها در ارتباط با روغن و حرکت اسلایدر می­باشد که این کنترل چیلر به دو حالت پله ای و پیوسته قابلیت کار دارد. کمپرسورهای اسکرو به مدل های کمپرسور بیتزر و کمپرسور هنبل و کمپرسور رفکامپ در بازار ایران تقسیم بندی میشود. هر کدام از این کمپرسورها دارای مدار بندی خاص جهت کنترل ظرفیت کمپرسور اسکرو میباشند.

شیر های کنترل ظرفیت کمپرسور اسکرو
شیر کنترل ظرفیت کمپرسور اسکرو بیتزر

در شکل بالا شماتیک شیرهای کنترلی چیلر کمپرسور اسکرو بیتزر جهت چیلر مورد استفاده نشان داده شده است. این مدار دارای ۴ عدد برقی میباشد که به وسیله کنترل تابلو برق با فعال کردن آن ها ظرفیت چیلر تغییر میکند. اسلایدر به وسیله پیستون هیدرولیکی کنترل می شود .اگر شیر CR4 باز باشد، فشار روغن در محفظه روغن  افزایش می یابد و اسلایدر به سمت ساکشن حرکت می کند و ظرفیت برودتی افزایش می یابد . اگر شیرهای CR1,CR2,CR3 باز باشند، که به ترتیب شیرهای۲۵% ۵۰% ۷۵% میباشد،  فشار بر پیستون هیدرولیک کاهش می یابد به وسیله فشارروغن ، به سمت قسمت دیسشارژ حل داده می شود و ظرفیت کمپرسور کاهش می یابد.

مدار هیدرولیک کمپرسور اسکرو
مدار هیدرولیک کنترل ظرفیت کمپرسور اسکرو بیتزر

همان طور که در مدار هیدرولیک کنترل ظرفیت مشخص است با برق دار شدن شیرهای اسلایدولو با حرکت به سمت راست، مقدار بای پس گاز ساکشن کم میگردد. با برق دار شدن شیر برق های کمپرسور اسکرو فشار پشت روغن اسلایدر کم گردیده است و با حرکت اسلایدر به سمت چپ ، ظرفیت چیلر کمپرسور اسکرو کاهش میابد.

کنترل ظرفیت در کمپرسور هنبل نیز همانند کمپرسور اسکرو بیتزر میباشد. کمپرسور اسکرو هنبل به کمک اسلاید ولو با کنترل شیر برقی ها کنترل میشود. در شکل زیر درصد شیرهای اسلاید ولو را مشاهده میکنید. مکانیسم عملکردی کمپرسور اسکرو هنبل نیز همانند کمپرسور اسکرو بیتزر میباشد.

شیر کنترل ظرفیت کمپرسور اسکرو
شیر کنترل ظرفیت کمپرسور اسکرو هنبل

در مدار هیدرولیک کنترل ظرفیت کمپرسور هنبل مطابق شکل زیر ابتدا با گذر روغن از لوله مویین به فشار روغن به پشت اسلاید ولو وارد میشود. با برق دار شدن شیر برقی های آنلود، اسلاید به سمت چپ حرکت کرده و باعث باپس شدن گاز ساکشن و کاهش ظرفیت میگردد. در این کمپرسور نیز کنترل ظرفیت پله ای از مدار ۲۵% تا مقدار ۱۰۰% ادامه پیدا میکند.

مدار هیدرولیک کمپرسور اسکرو هنبل
مدار هیدرولیک کنترل ظرفیت کمپرسور اسکرو هنبل

یکی از مزیت های کمپرسور اسکرو، امکان استفاده از کنترل ظرفیت خطی است. در این حالت ظرفیت کمپرسور بسته به نیاز و لود چیلر تراکمی از مقدار ۲۵% تا ۱۰۰% به طور خطی تغییر میکند. در این حالت تنها از دو شیر برقی استفاده میگردد که با عنوان لود و آنلود عنوان میگردد. در مدار هیدرولیک زیر چگونگی کنترل ظرفیت به صورت خطی را نشان داد شده است.

حتما بخوانید!
روغن کاری و کنترل فشار روغنکاری کمپرسور چیلر
مدار هیدرولیک کمپرسور ظرفیت پله ای
مدار هیدرولیک کنترل ظرفیت پله ای

در کنترل ظرفیت step less یا کنترل ظرفیت خطی  با برق دار شدن شیر لود باعث افزایش ظرفیت میشود. و در صورتی که شیر برقی شماره ۱۵ برق دار شود باعث کاهش لود و ظرفیت کمپرسور میگردد. این نحوه کنترل باعث افزایش عمر کمپرسور کاهش مصرف انرژی  و کاهش تعداد خاموش و روشن شدن های آن میگردد.

زمان برق دار شدن شیر برقی
زمان برق دار شدن شیر برقی در حالت کنترل ظرفیت step less

همان طور که در نمودار بالا مشاهده میکنید زمان برق دار شدن شیر برقی لود و انلود در کمپرسور اسکرو در حالت کنترل ظرفیت خطی بین ۱ تا ۱٫۵ ثانیه روشن و حدود ۱۵ الی ۲۰ ثانیه خاموش میگردد. این نحوه کنترل در حالت تغییر ظرفیت میباشد و در حالت استیبل شیر برقی ها بدون انجام برق دار شدن قرار میگیرند.

چیلر اسکرو

نسبت تراکم compression ratio (cr)

کمپرسور اسکرو را می توان با نسبت حجم ساکشن به حجم دیسشارژ در کمپرسور مشخص کرد. نسبت حجم مستقیما بر از تراکم داخلی (Pi) تاثیر میپذیرد. در کمپرسور های سیلندر پیستونی با توجه به شرایط کارکردشان این نسبت تراکم متناسب با نسبت فشار میباشد و سوپاپ کمپرسور سیلندر پیستونی با توجه به متراکم کردن مبرد در محفظه سیلندر به محض رسیدن به مقدار فشار دیسشارژ سوپاپ باز گشته و مقدار تراکم حجم با فشار متناسب است. اما در کمپرسور اسکرو با توجه به شرایط کارکرد آن این موضوع کمی متفاوت است و کمپرسور باید متناسب با شرایط فشار ساکشن و دیسشارژ و همچنین کاربری و نوع مبرد این مقدار نسبت تراکم انتخاب گردد. در نمودار زیر نشان داده شده از بیشتر یا کمتر شدن تراکم، نسبت تراکم سیستم (CR) بایستی برابر نسبت تراکم داخلی کمپرسور (Pi) باشد. برای کارکرد پیوسته، مهم است که کارکرد کمپرسور در این محدوده باقی بماند. کارکرد در دمای اشباع خیلی پایین می تواند باعث مشکلات روغن و خنک کردن سیم پیچ شود و کارکرد در دماهای بالای اشباع کندانس می تواند باعث کوتاه شدن عمر کمپرسور به دلیل نامناسب بودن خنک کاری سیم پیچ و محفظه کمپرس کردن شود.

نمودار های نسبت تراکم
نمودار های نسبت تراکم

نسبت فشار مطلق دهش به فشار مطلق مکش کمپرسور چیلر است.

درشرایط کارکرد چیلر این نسبت تراکم فشار با نسبت حجم متراکم شده  رابطه مستقیم دارد

با توجه به شکل زیر اگر ساختار داخلی کمپرسور متناسب با نسبت فشار نباشد عملکرد کمپرسور از بازده آیزنتروپیک فاصله خواهد گرفت و دمای کمپرسور و انرژی مصرفی کمپرسور بالاتر می­رود. از مزیت چیلر با کمپرسور اسکرو قابلیت انتخاب این نسبت با توجه به نوع چیلر و منطقه دمایی نصب چیلر است.

در نرم افزار انتخاب کمپرسور شرکت معظم هنبل کمپرسور مدل RC2180 را جهت چیلر تراکمی در شرایط چیلر تراکمی آب خنک و در شرایط چیلر تراکمی هواخنک بررسی میکنیم. (جهت اطلاعات بیشتر به مقاله مقایسه چیلر تراکمی هواخنک با چیلر تراکمی آب خنک مراجعه گردد) همان طور که ملاحظه میکنید با افزایش فشار دیسشارژ نسبت تراکم نیز تغییر کرده و متناسب با نسبت فشار های اشباع، نسبت تراکم نیز بیشتر میگردد.

انتخاب کمپرسور آب خنک
انتخاب کمپرسور در شرایط آب خنک
انتخاب کمپرسور هواخنک
انتخاب کمپرسور در شرایط هواخنک

مزایا چیلر کمپرسور اسکرو

این کمپرسور دارای قطعات کمتر مکانیکی میباشد و دارای ظرفیت های بالایی میباشد. یک کمپرسور می تواند به تنهایی ظرفیتی به اندازه ۴۰۰ تن تبرید را به دارا میباشد. این مزیت باعث کاهش استهلاک و هزینه اولیه تامین کمپرسور میگردد. در این چیلرهای تراکمی اسکرو در مقایسه با چیلرهای تراکمی سیلندر پیستونی، دارای جریان مبرد یکنواخت میباشد. این جریان یکنواخت نیاز تجهیزاتی مانند لرزه گیر بی نیاز میباشد. از جمله تجهیزات کنترلی نصب شده بر روی کمپرسور اسکرو محافظ دمای دیسشارژ هر کمپرسور با ۴ سنسور PTC نصب شده بر روی کمپرسور فروخته می شود که شامل ۳ سنسور بر روی سیم پیچ موتور و یکی در خط دیسشارژ یا دماس روغن میباشد. سنسورهای PTC نصب شده در خط دیسشارژ و موتور در مدول نصب شده در تخته کلمپ با یکدیگر سری می شوند به داخل جهت کنترل قطعه ای به نام SEE1  یا INT69 وارد شده است. در صورتی که دمای سیم پیچ و یا دمای روغن افزایش یابد، باعث قطع شدن مدار برقی کمپرسور میگردد.

حتما بخوانید!
آموزش کامل شارژ گاز چیلر
مدار بندی کمپرسور اسکرو
مدار بندی کمپرسور اسکرو

یکی دیگر از کنترل های قطعه SEE1  کمپرسور اسکرو، کنترل دور کمپرسور اسکرو میباشد. در کمپرسورهای اسکرو باید دور کمپرسور ساعت گرد باشد و در صورتی که دور کمپرسور برعکس گردد باعث آسیب شدید و خرد شدن روتورها میگردد. لذا کنترل دور کمپرسور بسیار مهم میباشد.

شارژ گاز کمپرسور اسکرو

معایب چیلر اسکرو

چیلر تراکمی کمپرسور اسکرو همانند همانند دیگر مدل های چیلرها نیز دارای مشکلاتی میباشد. کمپرسورهای اسکرو دارای نیازمند تعمیرات تخصصی میباشند و در صورت خرابی و ایرادات در ساختار آن، هزینه تعمیرات بسیار سنگین میباشد. با توجه فیزیک و اندازه های آن جابجایی و انتقال آن دشوار پر هزینه خواهد بود. سیم پیچ کمپرسورهای اسکرو دارای سنسورهای PTC جهت مانیتور دمای سیم پیچ میباشد. در صورتی که سیم پیچ در سوخته شود. هزینه تعویض سیم پیچ فابریک کمپرسور اسکرو بسیار گزاف میباشد. در چیلرهای تراکمی کمپرسور اسکرو با توجه به حساسیت های بالای آن در صورتی کوچکترین اشتباه در محاسبات و طراحی سیستم کنترل باعث از کار افتادن کمپرسور اسکرو میگردد. یکی از این موارد سیستم لیکویید انجکشن میباشد که در صورتی که دمای سیم پیچ و یا دیسشارژ بالاتر از حد استاندار رود باید این سیستم فعال گردد. در شکل زیر عملکرد سیستم لیکویید اجکشن کمپرسور اسکرو را مشاهده میکنید.

سیستم لیکوئید اینجکشن
سیستم لیکویید اینجکشن کمپرسور اسکرو

یکی از معایب کمپرسور اسکرو، محدودیت در تعداد خاموش و روشن شدن های کمپرسور میباشد. در کمپرسور های اسکرو تا ظرفیت ۹۰ اسب تعداد ۶ نهایتا تعداد ۶ بار در ساعت و در کمپرسورهای ۱۱۰ اسب به بالا تعداد ۴ بار در ساعت باید در نظر گرفته شود. در صورتی که تعداد خاموش روشن شدن های کمپرسور اسکرو از این تعداد بالاتر رود باعث آسیب به سیم پیچ  کمپرسور اسکرو میگردد.

در کمپرسورهای اسکرو نیز به دلیل قرار گرفتن کارتر روغن در محفظه دیسشارژ و گاز داغ، دمای روغن بالا میرود. بنابراین روغن های استفاده شده در این کمپرسورهای اسکرو، با ویسکوزیته بالا تعبیه شده اند. این روغن ها معمولا با ویسکوزیته ۳۲۰ یا ۱۷۰ ، cst  شارژ شده اند. این روغن ها معمولا از نوع poe  بوده و در صورت تماس با هوا، به سرعت رطوبت هوا را جذب کرده و آلوده میشوند. لذا هزینه تعویض روغن و شستشوی سیکل تبرید چیلرهای کمپرسورهای اسکرو، در مقایسه با کمپرسورهای دیگر پیچیده تر میباشد. لذا تعمیر نگهداری و راه اندازی انها باید توسط افراد با تجربه بالا با دانش فنی صورت پذیرد.

تحریریه تیم خدمات فنی مهندسی به فیکس

برداشت از مطالب سایت تنها با ذکر منبع و لینک سایت مجاز می باشد

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *