چیلر تراکمی اسکرو

در این نوشته به بررسی چیلر تراکمی اسکرو که در آن از کمپرسور نوع اسکرو استفاده شده است می پردازیم .

 

سیکل چیلر تراکمی

در ابتدای کار در چیلرهای تراکمی گاز مبرد توسط کمپرسور، متراکم می‌گردد. سپس این گاز به کندانسور وارد شده کندانسور به وسیله آب یا هوای محیط، خنک شده و گاز درون آن به مایع تبدیل می‌گردد این مایع با عبور از شیر انبساط یا لوله موئین وارد خنک‌کننده (اواپراتور) می‌شود که در فشار کمتری قرار دارد این کاهش فشار باعث تبخیر مایع گردیده و درنتیجه مایع سردکننده با گرفتن حرارت نهان تبخیر خود از محیط خنک‌کننده، باعث ایجاد برودت در موادی که با قسمت خنک‌کننده در ارتباطند می‌گردد. سپس گاز ناشی از تبخیر، به کمپرسور منتقل می‌شود.

 

انواع چیلر تراکمی

 

انواع چیلر تراکمی بر اساس نوع کمپرسور

چیلرهای تراکمی بر اساس نوع کمپرسور مورد استفاده جهت فشرده‌سازی مبرد به چهار دسته تقسیم می‌شوند.

 

1. چیلر رفت و برگشتی
2. چیلر اسکرو
3. چیلر اسکرال
4. چیلر سانتریفیوژ

 

انواع چیلر تراکمی بر اساس نوع کندانسور

 

1. چیلر هوا خنک
2. چیلر آب خنک

در چیلر تراکمی آب خنک عمل کندانس تجهیزاتی با عنوان برج خنک کن و در چیلر تراکمی هوا خنک از کندانسور هوایی برای خنک‌سازی ماده مبرد استفاده می‌گردد.

 

چیلر اسکرو چیست

امروزه در صنعت تهویه مطبوع، با پیشرفت تکنولوژی نسل جدیدی از چیلرهای تراکمی که در آن سیال توسط  کمپرسور اسکرو متراکم می‌شود، ساخته شده است. در کمپرسور اسکرو، فرآیند تراکم به‌ وسیله‌ی روتور انجام می‌شود. بنابراین، به دلیل آنکه از کمپرسور اسکرو ( کمپرسور مارپیچی ) در سیکل تبرید چیلرها استفاده می‌کند به نام چیلر اسکرو شناخته می‌شود. چیلر تراکمی اسکرو نسبت به سایر چیلرها دارای مزیت‌های  بیشتری است. یکی از مهم‌ترین مزایای آن ، قرار گرفتن تحت بار تدریجی متناسب با میزان برودت است. این مزیت یاری شایانی به  بهینه‌سازی مصرف برق چیلر اسکرو و کاهش استهلاک دستگاه می‌رساند . البته در مقایسه با سایر چیلرها از قیمت بالاتری برخوردار می‌باشد. چیلر اسکرو ، معمولاً در ظرفیت‌هایی بین ۲۵ تا ۴۵۰ تن تبرید طراحی و ساخته می‌شود. در صورت نیاز به ظرفیت‌های بالاتر چیلر اسکرو توانایی دارد  تا ظرفیت ۸۰۰ تن تبرید نیز ساخته شود.

در کمپرسور اسکرو معمولاً دو محور مارپیچی شکل قرار دارد، که در محوری ثابت در مقابل یکدیگر قرار می‌گیرند. چرخش روتورها باعث می‌شود، گاز با کاهش حجم مستقیم بین دو روتور متراکم شود. کمپرسور اسکرو به فرم کمپرسور آب‌بندی‌شده نیمه بسته ( Semi – Hermetically Sealed Compressors ) موجود بوده و می‌تواند با هر دو سیستم استاندارد جهانی IEEE و AIEE در محدوده ولتاژ ۴۰ تا ۱۰۰۰ اسب بخار کار کند. از طرفی، در برخی موارد می‌توان از کمپرسور اسکرو تک مارپیچ نیز استفاده نمود. در کمپرسور تک مارپیچ، حرکت سیال در سرتاسر دو چرخ ستاره‌ای، جهت ایجاد تراکم با تکیه بر چرخش یک محور مارپیچ انجام  می‌پذیرد.

 

عملکرد  کمپرسور چیلر اسکرو

کمپرسور چیلر اسکرو ، از دو شبکه مارپیچی ستاره‌ای (روتور) ، برای متراکم کردن سیال مبرد استفاده می‌کند. در یک کمپرسور اسکرو دوار خشک ، حفظ هماهنگی دقیق بین روتور های نر و ماده توسط چرخ‌دنده‌های مخصوص مشابه تسمه تایم انجام می‌پذیرد. در یک کمپرسور اسکرو سیلابی ، روغن روانکاوی در فضای بین روتورها اتصال برقرار می‌نماید، فضای روغن به وجود آمده، آب‌بندی هیدرولیکی و انتقال انرژی مکانیکی بین هر دو روتور محرک و روتور اصلی را تأمین می‌کند. گاز وارد بخش مکش شده و در سرتاسر شیارها همراه با چرخش مارپیچ‌ها ، به حرکت درمی‌آید. شبکه روتورها به گاز در سرتاسر کمپرسور نیرو وارد می‌کند و در نهایت گاز از بخش انتهایی مارپیچ‌ها خارج می‌شود. به بیانی دیگر، فرآیند فشرده‌سازی سیال مبرد توسط چرخش دو روتور دوار انجام می‌شود. در کمپرسور چیلر اسکرو ، کاهش روغن ممکن است  به برخی قطعات و یاتاقان‌ها آسیب برساند. بنابراین، کنترل فشار روغن و مقدار آن در چیلر اسکرو طی دوره زمانی منظم دارای اهمیت فراوانی است.

در مقایسه به روتورهای دمنده ، کمپرسور چیلر اسکرو با پروفایل‌های متفاوتی بر روی دو روتور ساخته می‌شود . لبه‌های روتور نر به فرم محدب می‌باشند که با بخش مقعر روتور ماده درگیر می‌شود. معمولاً، تعداد لبه‌ها در روتور نر کمتر از روتور ماده می‌باشد. بنابراین، تعداد لبه‌های کمتر باعث چرخش سریع‌تر روتور نر می‌گردد.

 

اجزای اصلی چیلر اسکرو

بسیاری  از وسایل تشکیل‌دهنده چیلر اسکرو مانند انواع دیگر چیلرهای تراکمی می‌باشد. اجزای اصلی آن عبارت‌اند از؛ کمپرسور، کندانسور ، شیر انبساط ، اواپراتور چیلر ، تابلو برق ، سیستم کنترلی و محفظه آب.

عملکرد و راندمان یک چیلر اسکرو علاوه بر کیفیت اجزای اصلی چیلر مانند کمپرسور به نحوه طراحی و ساخت چیلر اسکرو بخصوص ساخت کندانسور آب خنک بستگی دارد و ساخت اواپراتور چیلر حتی سازه آن نیز در بهبود عملکرد سرمایشی چیلر تأثیر به سزایی می‌گذارد. همچنین استفاده از مواد و متریال مناسب در ساخت چیلر اسکرو و اجزای آن نیز بر کیفیت نهایی آن می‌افزاید.

 

کمپرسور چیلر اسکرو

کمپرسور اسکرو ( کمپرسور مارپیچی ) در محدوده وسیعی از چیلرهای تراکمی در ابعاد متوسط به‌صورت تک مارپیچ یا چند مارپیچ جهت دست‌یابی به ظرفیت تا ۵۰۰ تن مورد استفاده قرار می‌گیرد. با چرخش روتور مارپیچی، گاز مکش متراکم می‌گردد. کمپرسور چیلر اسکرو برای اتمام فرآیند تراکم دارای یک یا چند روتور می‌باشد. همانند کمپرسورهای اسکرال، کمپرسور اسکرو نیز به دلیل دارا بودن قطعاتی با کمترین حرکت دارای مزیت قابل قبولی نسبت به کمپرسور رفت برگشتی است. کمپرسور چیلر اسکرو همچون کمپرسور اسکرال و کمپرسور رفت و برگشتی از نوع جابه‌جایی مثبت می‌باشد، این بدین معنا است که کمپرسور اسکرو مقدار ثابتی از گاز را در یک محفظه تراکم، متراکم می‌کند. کمپرسور چیلر تراکمی اسکرو به دلیل قابلیت اعتماد زیاد و بازدهی خوب به‌خصوص در بارگذاری جزئی ، از محبوبیت بالایی برخوردار است. طراحی‌های متفاوتی از کمپرسور اسکرو با ویژگی‌های تک روتور یا چند روتور موجود است. کمپرسور چیلر اسکرو به‌وسیله‌ی مکانیسم شیر یک‌طرفه یا شیر سولونوئید که میزان حجم گاز در حال تراکم را تغییر می‌دهد، تخلیه می‌شود. بدین ترتیب، ظرفیت کاهش می‌یابد.

 

انواع کندانسور در چیلر تراکمی اسکرو

در چیلر اسکرو ، کندانسور میان کمپرسور و شیر انبساط حرارتی قرار می‌گیرد. هدف اصلی از قرار دادن کندانسور در این چرخه، حذف حرارت از مبردی است که وارد اواپراتور می‌شود. اکثر کندانسورها، به دو صورت تقسیم می‌شوند :خنک شونده با هوا که به کندانسور هوا خنک معروف است و یا خنک شونده با آب که به آن کندانسور آب خنک می‌گویند.

 

مزایای چیلر اسکرو

مهم‌ترین مزایای چیلر تراکمی اسکرو  شامل:

 

• هزینه کم تعمیرات و نگهداری.
• قابلیت تعمیر آسان به دلیل تعداد کم قطعات لغزنده.
• جریان گاز در چیلر تراکمی اسکرو به‌صورت آرام و پیوسته است.
• از نقطه نظر بعد و اندازه، چیلر اسکرو نسبت به سایر چیلرهای تراکمی کوچک‌تر بوده و دارای وزن کمتری می‌باشد.
• در صورت برگشت مایع کمپرسور آسیب کمتری خواهد دید.
• چیلرهای اسکرو دارای بازده حجمی بالایی هستند.
• راندمان چیلر اسکرو، در هر دو حالت بار کامل و بار جزئی بالا است. درحالی‌که راندمان چیلر سانتریفیوژ فقط در حالت تمام بار زیاد می‌باشد.
• کاهش مصرف انرژی در هنگام کنترل ظرفیت.
• چیلر اسکرال در مقایسه با دیگر چیلرها از صدا و ارتعاش کمتری برخوردار است.
• دارای عمر طولانی و قابلیت اطمینان بالاتری به نسبت سایر کمپرسورها است.
• ضریب عملکرد آن در مقایسه با سایر چیلرها بالا است.

 

کمپرسورهای اسکرو در مقایسه با کمپرسورهای پیستونی

 

• کم بودن صدا و لرزش نسبت به نوع پیستونی
• کمپرسور اسکرو فضای کمتری اشغال می‌کند
• پدیده‌ی ضربه‌ی قوچی به‌طور کامل در اسکرو وجود ندارد
• عمر اسکرو بالاتر است و به دلیل بکار گرفتن تجهیزات کم نیاز کمتری به تعمیرات مشاهده می‌شود
• کیفیت هوای تولید شده توسط کمپرسور اسکرو بالاتر است
• کمپرسورهای پیستونی به مراتب ارزان‌تر هستند

معایب چیلر اسکرال

قیمت بالای چیلر اسکرو در مقایسه با انواع دیگر چیلر تراکمی، از مهم‌ترین معایب این دسته از چیلرها می‌باشد.

 

مقایسه‌ی کمپرسورهای اسکرو و اسکرال

 

• مقاومت کمپرسورهای اسکرال از کمپرسورهای اسکرو بیشتر است
• در ظرفیت‌های پایین(کمتر از بیست تن) از کمپرسور اسکرو نمی‌توان استفاده کرد .
• در ظریفت های بیشتر از 200 تا تبرید استفاده از کمپرسور اسکرال توجبه منطقی و فنی ندارد .