متن مقاله
کمپرسور، یکی از حیاتیترین اجزای هر چیلر یا سیستم تبریدی است؛ قطعهای که وظیفه فشرده کردن مبرد و به جریان انداختن آن در چرخه تبرید را بر عهده دارد. در میان انواع مختلف کمپرسورهایی که در طول دهههای گذشته توسعه پیدا کردهاند، کمپرسور اسکرال به دلیل ساختار مکانیکی نسبتاً ساده، صدای کم، لرزش پایین و راندمان مناسب، به یکی از گزینههای رایج در چیلرها و سیستمهای سرمایشی با ظرفیت کوچک تا متوسط تبدیل شده است.
در این مقاله بررسی میکنیم کمپرسور اسکرال دقیقاً چیست، چگونه کار میکند، چه مزیتها و محدودیتهایی نسبت به سایر انواع کمپرسور دارد و برای چه نوع کاربردهایی مناسبتر است.
کمپرسور اسکرال چیست؟
کمپرسور اسکرال، نوعی کمپرسور جابهجایی مثبت دورانی است که برخلاف کمپرسورهای رفتوبرگشتی، برای فشردهسازی مبرد از حرکت مداری دو قطعه مارپیچی استفاده میکند.
این کمپرسور از دو مارپیچ تشکیل شده است که یکی ثابت است و دیگری حرکت مداری انجام میدهد. حرکت مارپیچ متحرک باعث ایجاد فضاهای بستهای بین دو مارپیچ میشود. این فضاها بهتدریج کوچکتر شده و به سمت مرکز حرکت میکنند؛ در نتیجه، حجم گاز مبرد کاهش پیدا کرده و فشار آن افزایش مییابد. نام «اسکرال» نیز از شکل مارپیچی این دو قطعه گرفته شده است.
اجزای اصلی و مکانیزم کارکرد کمپرسور اسکرال
- دو مارپیچ اصلی
قلب کمپرسور اسکرال از دو قطعه مارپیچیشکل تشکیل شده است. یکی از این مارپیچها ثابت است و در جای خود قرار دارد؛ مارپیچ دیگر، که به آن مارپیچ متحرک یا Orbiting Scroll گفته میشود، حرکت مداری انجام میدهد.
مارپیچ متحرک حول محور خودش دوران کامل نمیکند، بلکه در یک مسیر مداری مشخص حرکت میکند. این حرکت توسط مکانیزم محرک کمپرسور ایجاد میشود و باعث میشود دو مارپیچ بهصورت کنترلشده نسبت به یکدیگر حرکت کنند.
- فرآیند فشردهسازی
مبرد گازی از قسمت بیرونی مجموعه مارپیچها وارد کمپرسور میشود. با حرکت مداری مارپیچ متحرک، فضاهای بستهای بین دو مارپیچ شکل میگیرند.
این فضاها بهتدریج به سمت مرکز حرکت کرده و حجم آنها کاهش مییابد. با کاهش حجم، فشار مبرد افزایش پیدا میکند. در نهایت، مبرد با فشار و دمای بالاتر به ناحیه مرکزی مجموعه میرسد و از مسیر تخلیه به سمت کندانسور هدایت میشود.
یکی از ویژگیهای مهم این فرآیند، پیوسته بودن فشردهسازی است؛ یعنی برخلاف کمپرسورهای پیستونی که فشردهسازی بهصورت ضربانی انجام میشود، در کمپرسور اسکرال چند ناحیه فشردهسازی میتوانند بهصورت همزمان در حال کار باشند.
در صورت نیاز به مشاوره جهت انتخاب چیلر و سایر تجهیزات حرارتی و برودتی با کارشناسان فنی تک سارال تماس بگیرید.
چرا طراحی اسکرال نسبت به کمپرسورهای رفتوبرگشتی مزیت دارد؟
- تعداد کمتر قطعات متحرک
کمپرسور اسکرال در مقایسه با کمپرسورهای رفتوبرگشتی، ساختار مکانیکی نسبتاً سادهای دارد و قطعات متحرک اصلی کمتری در فرآیند فشردهسازی آن دخالت دارند.
در کمپرسورهای پیستونی، قطعاتی مانند پیستون، شاتون، میللنگ و مجموعه شیرهای مکش و دهش نقش مهمی در فرآیند فشردهسازی دارند. در مقابل، کمپرسور اسکرال با استفاده از حرکت مداری مارپیچ متحرک، فرآیند فشردهسازی را انجام میدهد.
این سادگی مکانیکی میتواند به کاهش تعداد نقاط مستعد خرابی و افزایش قابلیت اطمینان کمک کند؛ البته طول عمر واقعی کمپرسور به عواملی مانند کیفیت ساخت، شرایط کاری، روغنکاری و نگهداری سیستم نیز بستگی دارد.
- حرکت پیوسته بهجای حرکت رفتوبرگشتی
در کمپرسور پیستونی، پیستون دائماً جهت حرکت خود را تغییر میدهد. این تغییر جهت، میتواند باعث ایجاد لرزش و نوسان بیشتری شود.
در کمپرسور اسکرال، حرکت مداری مارپیچ متحرک، پیوستهتر است و تغییر جهت رفتوبرگشتی مشابه کمپرسور پیستونی وجود ندارد. به همین دلیل، این کمپرسورها معمولاً لرزش و صدای کمتری ایجاد میکنند.
- فشردهسازی پیوسته
در کمپرسور اسکرال، چند فضای فشردهسازی در مراحل مختلف چرخه میتوانند همزمان فعال باشند. به همین دلیل، جریان مبرد در مقایسه با کمپرسورهای رفتوبرگشتی، یکنواختتر است و نوسانات فشار کمتری ایجاد میشود.
مزیتهای کمپرسور اسکرال
- سطح صدای پایین
ساختار حرکتی کمپرسور اسکرال باعث میشود در بسیاری از شرایط کاری، سطح صدا و لرزش آن نسبت به کمپرسورهای رفتوبرگشتی مشابه کمتر باشد.
این ویژگی برای سیستمهای سرمایشی ساختمانی، بهخصوص مینیچیلرها و دستگاههایی که در نزدیکی فضاهای مورد استفاده افراد نصب میشوند، اهمیت زیادی دارد.
- قابلیت اطمینان مناسب
ساختار نسبتاً ساده، تعداد کمتر قطعات متحرک و نبود مجموعه پیچیده پیستون و میللنگ، از عواملی هستند که میتوانند به قابلیت اطمینان مناسب کمپرسور اسکرال کمک کنند.
البته قابلیت اطمینان یک کمپرسور فقط به نوع آن وابسته نیست و کیفیت ساخت، طراحی سیستم، روغنکاری، شرایط فشار و دما و نحوه بهرهبرداری نیز نقش مهمی دارند.
- راندمان انرژی مناسب
کمپرسورهای اسکرال در محدودههای کاری مناسب، میتوانند راندمان خوبی ارائه دهند. فشردهسازی پیوسته و کاهش برخی تلفات مکانیکی، از عواملی هستند که به عملکرد مناسب این کمپرسورها کمک میکنند.
با این حال، نمیتوان گفت اسکرال در تمام شرایط و در مقایسه با همه انواع کمپرسورها راندمان بالاتری دارد؛ انتخاب نوع کمپرسور باید بر اساس ظرفیت، شرایط کاری و طراحی کل سیستم انجام شود.
- لرزش کمتر
حرکت مداری مارپیچ متحرک، در مقایسه با حرکت رفتوبرگشتی پیستون، معمولاً لرزش مکانیکی کمتری ایجاد میکند.
کاهش لرزش علاوه بر کاهش صدای دستگاه، میتواند باعث کاهش انتقال ارتعاش به شاسی و سایر اجزای سیستم شود.
- اندازه فشرده
کمپرسورهای اسکرال معمولاً طراحی نسبتاً فشردهای دارند و میتوانند ظرفیت سرمایشی مناسبی را در ابعاد نسبتاً کوچک ارائه دهند.
این ویژگی باعث شده است که استفاده از آنها در مینیچیلرها، سیستمهای تهویه مطبوع کوچک و متوسط و سایر تجهیزات سرمایشی فشرده رایج باشد.
محدودیتهای کمپرسور اسکرال
- محدودیت در ظرفیتهای بسیار بزرگ
کمپرسورهای اسکرال معمولاً برای ظرفیتهای کوچک تا متوسط گزینه مناسبی هستند. در ظرفیتهای بسیار بالا، کمپرسورهای اسکرو و سانتریفیوژ معمولاً کاربرد گستردهتری دارند.
با این حال، برای افزایش ظرفیت سیستم، میتوان چند کمپرسور اسکرال را بهصورت موازی در یک چیلر نصب کرد. این روش علاوه بر افزایش ظرفیت کلی، امکان کنترل مرحلهای ظرفیت و ایجاد مقداری افزونگی را نیز فراهم میکند.
- حساسیت به ورود مایع
کمپرسور اسکرال، مانند سایر کمپرسورهای تبریدی، برای فشردهسازی مبرد گازی طراحی شده است و ورود مقدار قابلتوجهی مبرد مایع میتواند به قطعات داخلی آن آسیب برساند.
برخی کمپرسورهای اسکرال دارای مکانیزم حفاظتی هستند که در صورت ورود مقدار محدودی مایع، اجازه میدهد مارپیچها برای مدت کوتاهی از یکدیگر جدا شوند و از آسیب جدی جلوگیری شود. با این حال، این قابلیت به معنی مجاز بودن ورود مایع به کمپرسور نیست.
به همین دلیل، طراحی صحیح مدار تبرید، تنظیم مناسب شیر انبساط و اطمینان از شرایط مناسب مبرد در ورودی کمپرسور اهمیت زیادی دارد.
- تعمیرپذیری محدود در خرابیهای داخلی
کمپرسورهای اسکرال معمولاً بهصورت واحدهای یکپارچه تولید میشوند و در بسیاری از مدلها، تعمیر اساسی مجموعه مارپیچها در محل یا بازسازی داخلی آنها مانند برخی کمپرسورهای قابل تعمیر، اقتصادی یا عملی نیست.
در صورت بروز خرابی جدی داخلی، بسته به نوع کمپرسور و شرایط خرابی، تعویض کامل کمپرسور ممکن است گزینه عملیتری باشد.
کمپرسور اسکرال در مقایسه با سایر انواع کمپرسور
در مقایسه با کمپرسورهای رفتوبرگشتی، کمپرسور اسکرال معمولاً صدای کمتر، لرزش پایینتر و ساختار مکانیکی سادهتری دارد و به همین دلیل، در بسیاری از کاربردهای کوچک و متوسط جایگاه مهمی پیدا کرده است.
در مقایسه با کمپرسور اسکرو، اسکرال معمولاً برای ظرفیتهای کوچکتر مناسبتر است؛ در حالی که کمپرسورهای اسکرو در بسیاری از کاربردهای متوسط و بزرگ مورد استفاده قرار میگیرند.
در مقایسه با کمپرسورهای سانتریفیوژ، اسکرال در محدوده ظرفیت بسیار پایینتری قرار دارد. کمپرسورهای سانتریفیوژ بیشتر برای سیستمهای سرمایشی با ظرفیت بسیار بالا و شرایط کاری مناسب برای این نوع کمپرسور طراحی میشوند.
بنابراین، نمیتوان یک نوع کمپرسور را بهطور مطلق بهترین گزینه دانست؛ انتخاب مناسب به ظرفیت، شرایط کاری، نوع مبرد، راندمان موردنظر، نحوه کنترل ظرفیت و الزامات پروژه بستگی دارد.
کمپرسور اسکرال با کنترل دور متغیر
برخی کمپرسورهای اسکرال مدرن به فناوری کنترل دور متغیر یا Variable Speed مجهز هستند. در این کمپرسورها، سرعت موتور میتواند متناسب با بار سرمایشی تغییر کند.
در شرایطی که بار سرمایشی کاهش پیدا میکند، کمپرسور میتواند با ظرفیت پایینتری کار کند و در زمان افزایش بار، ظرفیت خود را افزایش دهد. این روش در مقایسه با روشن و خاموش کردن مکرر کمپرسور میتواند کنترل دقیقتر ظرفیت و در شرایط مناسب، مصرف انرژی پایینتری ایجاد کند.
البته میزان صرفهجویی انرژی به شرایط کاری، الگوی بار ساختمان، نحوه کنترل سیستم و طراحی کمپرسور بستگی دارد و صرفاً متغیر بودن دور کمپرسور بهتنهایی تضمینکننده کاهش مشخص مصرف انرژی نیست.
استفاده از چند کمپرسور اسکرال
در یک چیلر یکی از روشهای رایج برای افزایش ظرفیت چیلرهای مجهز به کمپرسور اسکرال، استفاده از چند کمپرسور بهصورت موازی است.
در این ساختار، بهجای استفاده از یک کمپرسور بسیار بزرگ، چند کمپرسور کوچکتر در مدار قرار میگیرند. کنترلر دستگاه میتواند بر اساس نیاز سرمایشی، تعداد مناسبی از کمپرسورها را وارد مدار کند.
این روش چند مزیت دارد؛ از جمله امکان کنترل مرحلهای ظرفیت، کاهش تعداد دفعات روشن و خاموش شدن هر کمپرسور و ایجاد نوعی افزونگی. برای مثال، اگر یکی از کمپرسورها از مدار خارج شود، بسته به طراحی دستگاه، کمپرسورهای دیگر ممکن است بتوانند بخشی از ظرفیت سرمایشی را همچنان تأمین کنند.
نگهداری کمپرسور اسکرال
کمپرسور اسکرال به دلیل ساختار مکانیکی نسبتاً ساده، معمولاً نیاز به تعمیرات مکانیکی مستقیم زیادی ندارد؛ اما وضعیت آن باید بهعنوان بخشی از برنامه نگهداری کلی چیلر بهطور منظم بررسی شود.
کنترل فشارهای کاری، دمای مکش و دهش، جریان برق کمپرسور، وضعیت روغن و سیستم روغنکاری در مدلهای مربوطه، و اطمینان از عملکرد صحیح تجهیزات کنترلی و حفاظتی، از جمله موارد مهم در سرویس دورهای هستند.
همچنین باید از ورود مایع به کمپرسور جلوگیری شود و عواملی مانند کمبود مبرد، گرفتگی مدار، دمای غیرعادی دهش یا شرایط نامناسب روغنکاری، بهموقع شناسایی و برطرف شوند.
جمعبندی
کمپرسور اسکرال، نوعی کمپرسور جابهجایی مثبت دورانی است که با استفاده از دو مارپیچ، یکی ثابت و دیگری دارای حرکت مداری، مبرد را بهصورت پیوسته فشرده میکند. ساختار نسبتاً ساده، صدای کم، لرزش پایین، ابعاد فشرده و راندمان مناسب در محدوده کاری طراحیشده، از مهمترین ویژگیهایی هستند که باعث شدهاند کمپرسور اسکرال در بسیاری از مینیچیلرها و چیلرهای با ظرفیت کوچک تا متوسط مورد استفاده قرار گیرد. در مقابل، محدودیت در ظرفیت هر واحد، حساسیت به ورود مقدار قابلتوجه مبرد مایع و تعمیرپذیری محدود در برخی خرابیهای داخلی، از جمله نکاتی هستند که باید هنگام انتخاب آن در نظر گرفته شوند. برای افزایش ظرفیت نیز میتوان از چند کمپرسور اسکرال بهصورت موازی استفاده کرد. در نهایت، انتخاب کمپرسور مناسب باید بر اساس ظرفیت سرمایشی، شرایط کاری، نوع مبرد، نحوه کنترل ظرفیت، راندمان مورد انتظار و شرایط پروژه انجام شود و نمیتوان یک نوع کمپرسور را برای تمام سیستمهای تبرید و تهویه مطبوع بهترین گزینه دانست.
در صورت نیاز به مشاوره جهت انتخاب چیلر و سایر تجهیزات حرارتی و برودتی با کارشناسان فنی تک سارال تماس بگیرید.