کمپرسورهای پیستونی

کمپرسور پیستونی (Reciprocating Compressor)

امروزه در صنعت تبرید بیش‌تر از کمپرسورهای پیستونی استفاده می‌شود. در این نوع کمپرسورها نیز از حرکت رفت و آمدی پیستون سیال را متراکم می نماییم.
این نوع کمپرسور اغلب در سیستم تبرید مورد استفاده قرار می‌گیرد و ممکن است قدرت آن‌ها از چند دهم اسب تا چند صدم اسب باشد و می‌توان از یک سیلندر و یا چند سیلندر تشکیل شده باشد. سرعت دورانی محور کمپرسور ممکن است از 2 تا 6 (r . s -1) تغییر نماید. در کمپرسورها ممکن است موتور و کمپرسور از هم جدا بوده که کمپرسورهای باز نامیده می‌شوند. (Hermetically Compressor) خواهیم داشت که بیش‌تر در یخچال‌های منزل که موتور کوچکی دارند از این نوع کمپرسورها استفاده می‌شود.

کمپرسورهای باز با قدرت‌های بالا غالباً افقی بوده و ممکن است دو عمله نیز باشند. در حالی که کمپرسورهای بسته معمولاً عمودی و یک مرحله‌ای می‌باشند.

تقسیم بندی کمپرسورهای پیستونی:

الف) از نظر قدرت برودتی به شرح زیر تقسیم بندی می‌شوند:
1- ریز ـ  تا 3.5 kw/h (300 کیلو کالری در ساعت)
2- کوچک ـ از 3.5 تا 23 kw/h (3 تا 20 هزار کیلو کالری در ساعت)
3- متوسط ـ از 23 تا 105 kw/h (20 تا 90 هزار کیلو کالری در ساعت)
4- بزرگ ـ بیش از 105 kw/h (بیش از 90 هزار کیلو کالری در ساعت)

ب) از نظر مراحل تراکم به کمپرسورهای یک مرحله‌ای وکمپرسورهای دو یا سه مرحله‌ای.

ج) از نظر تعداد حفره کارگر به حرکت ساده به طوری که مبرد فقط در یک طرف پیستون متراکم می‌شود و حرکت دوبل که مبرد به نوبت در هر دو طرف پیستون متراکم می‌شود.

د) از نظر سیلندر به تک سیلندر و چند سیلندر.

و) از نظر قرار گرفتن محور سیلندرها به افقی و قائم و زاویه (V شکل و مایل)

ر) از نظر ساختمان سیلندر و کارتر به ترکیبی و انفرادی.

م) از نظر مکانیزم میل لنگ و شاتون به بدون واسطه (معمولی) و با واسطه.

 

اجزاء کمپرسور پیستونی تناوبی:

 - کارتر
در کمپرسورهای قائم و V شکل کارتر یک قسمت اساسی برای اتصال قسمت‌های مختلف است و ضمنا نیروی ایجاد شده را تحمل می‌کند لذا باید سخت و مقاوم باشد.
کارترهای بسته تحت فشار مکش بوده و مکانیزم میل لنگ و شاتون و روغن کاری در آن قرار می‌گیرد و برای کنترل سطح روغن شیشه روغن نما و برای دسترسی به مکانیزم میل لنگ و شاتون و پمپ روغن درپوش‌های حفره‌ای و جنبی وجود دارد. در کمپرسورهای کوچک معمولا یک درپوش حفره‌ای وجود دارد که به فلانژ بالایی کارتر سیلندر متصل می‌گردد. در کمپرسورهای متوسط بزرگ کارتر و سیلندر با هم ریخته می‌شوند.

این امر باعث کم شدن تعداد برجستگی‌ها و هرمتیک بودن کمپرسور و درست قرار گرفتن محور سیلندرها نسبت به محور درز (سوراخ) زیر یاطاقان میل لنگ می‌شود.
کارتر کمپرسور معمولا از چدن ریخته شده بوده و در کمپرسورهای کوچک از آلیاژ آلومینیوم می‌باشد.
 

 - سیلندرها:
در کمپرسورهای عمود (قائم) و V شکل بدون واسطه بصورت مجموعه دو سیلندر یا بصورت مجموع سیلندرها می‌سازند. در سیستم کارتر بوش داخلی پرس می‌شود که باعث کم شدن خورندگی و ساده شدن تعمیرات می‌گردد و در صورت سائیده شدن قابل تعویض هستند. مجموعه سیلندرها دارای کانال مکش و رانش مشترک می‌باشند. تحولات در داخل سیلندر عبارت است از مکش و تراکم رانش مبرد است و بدنه سیلندر نیروهای فشار گاز و فشردگی رینگ‌ها و نیروی نرمال مکانیزم میل لنگ و شاتون را تحمل می‌کند.


 - پیستون:
در کمپرسورهای عمودی وV و VV شکل بدون واسطه پیستون‌های تخت عبـوری بکار می‌رود. ولی در کمپرسورهای غیر مستقیم جریان ساده تر و غیر عبوری می‌باشد. در پیستون‌های عبوری که فرم کشیده تری دارند و سوپاپ مکش روی آن قرار دارد کانالی وجود دارد که از طریق این کانال بخار مبرد از لوله مکش به سوپاپ مکش هدایت می‌شود. در کمپرسورهای اتصال مستقیم با اتصال پیستون به شاتون به وسیله اشپیل‌های شناور پیستونی (3 گژنپین) انجام می‌گیرد.

پیستون بدون رینگ معمولاً از چدن یا فولاد با کربنیک پایین ساخته می‌شود. پیستون کمپرسورهای افقی از چدن یا فولاد با تسمه‌های بابیتی در قسمت پایین می‌باشد. مهره و پیستون از جنس فولاد است. در پیستون‌های تخت لوله‌ای سوراخ‌های زیر گژنپین باید در یک راستا و عمود بر محور پیستون باشد.
برای این‌که در جمع کردن پیستون با شاتون پیستون نسبت به محور سیلندر کج نباشد در پیستون‌های دیسکی سوراخ زیر میله باید در یک راستای سطح خارجی پیستون وسطح نگهدارنده لوله عمود بر محور پیستون باشد. شیارهای رینگ‌ها باید موازی هم بوده و سطوح خارجی آن‌ها عمود بر پیستون باشد. مفصل اتصال پیستون و شاتون (دسته پیستون) کاملاً شناور و آزاد است و می‌تواند در داخل بوش شاتون و بوش‌های بدنه پیستون آزادانه بچرخد.


 - رینگ‌های پیستون:
برای جلوگیری از نفوذ گاز متراکم شده به کارتر از رینگ‌های فشار(کمپرسی) و همچنین جلوگیری از خروج روغن از آن از رینگ‌های روغن استفاده می‌شود که در شیارهای مخصوص روی پیستون سوار می‌شوند. رینگ‌ها باید حتی الامکان کیپ شیار و در عین حال مانع حرکت آزاد پیستون در سیلندر نشوند. تعداد رینگ‌های آب بندی بستگی به دور کمپرسور دارد.


 - واسطه (کریسکف):
واسطه برای اتصال رابط و شاتون بکار می‌رود و یک حرکت متناوب مستقیم الخط را طی می‌کند.


 - شاتون:
شاتون برای اتصال میل لنگ به پیستون یا به واسطه بکار می‌رود و جنس آن فولاد و بعضی اوقات چدن تشکیل شده از میله با دو سر که یکی از آن‌ها اتصال ثابت دارد و دیگری مجزا یا جدا شونده است.


 - میل لنگ:
این قسمت کمپرسور یکی از مه‌ترین اجزاء می‌باشد و باید خیلی سخت و محکم و در سطح اتصال آن نباید در شرایط مختلف خورندگی ایجاد شود. میل لنگ یک محور چرخنده است که در حرکت دورانی الکتروموتور را توسط شاتون به حرکت متناوبی پیستون در داخل سیلندر تبدیل می‌کند.


 - چرخ طیار:
چرخ طیار را روی میل لنگ بر خار نشانده و با مهره محکم می‌کنند. در زمانی که برای انتقال انرژی از الکتروموتور به میل لنگ از تسمه استفاده می‌شود.


 - کاسه نمد:
برای محکم نمودن میل لنگ و آب بندی خروجی آن از بدنه کارتر در کمپرسورهای اتصال مستقیم از کاسه نمد استفاده می‌شود. درست کارکردن کاسه نمد باعث آب بندی بودن کمپرسور و در نتیجه کار صحیح کمپرسور می‌شود.

کاسه نمدها را می‌توان به دو گروه تقسیم کرد:
1- کاسه نمد کمپرسورهای اتصال مستقیم با حلقه‌های اصطکاک، آب بندی بین حلقه‌ها در اثر ارتجاع فنر یا سیلیفون یا دیافراگم و همچنین به کمک وان روغنی که ایجاد سیفون هیدرولیکی می‌نماید می‌باشد. به گروه اول می‌توان کاسه نمد سیلیفونی و فنری را نسبت داد.

2- کاسه نمد کمپرسورهای اتصال غیرمستقیم دارای خانه‌های زیاد با حلقه‌های برجسته فلزی یا مسطح با قشر فلوئور است. کاسه نمد سیلیفونی با گشتاور (کوپل) اصطحکاک برتری.

فولاد تا سال‌های اخیر در کمپرسورهای کوچک فریونی با میل لنگ به قطر تا 40mm مورد استفاده قرار می‌گرفت. کاسه نمد فنری ـ کار کم‌تر در تهیه، معتبر در کار، مونتاژ ساده و کار ساده تر مزایای کاسه نمدهای فنری با سیفون روغنی است.

بهترین نوع کاسه نمد فنری با کوپل یا چفت‌های حلقه‌ای می‌باشد که یکی از گرافیت مخصوص و دیگری از فولاد سخت می‌شوند.


 - سوپاپ‌های مکش و رانش کمپرسور:
در کمپرسورهای مبرد این نوع سوپاپ‌ها خودکار است و بر اثر اختلاف فشار در دو طرفه صفحه سوپاپ بازشده و در اثر ارتجاع فنر صفحه بسته می‌شود. مورد استفاده بیش‌تر را نوع نواری (صفحه‌های باریک) ارتجاعی بدون فنر دو طرفه دارد که یک آب بندی قابل اطمینان را بوجود آورده و مقطع عبور زیادی را ایجاد می‌نمایند. صفحات این نوع سوپاپ‌ها از صفحات باریک فولادی که خاصیت ارتجاعی دارند و به ضخامت 0.2 تا 1 میلی‌متر هستــند تهیه می‌شوند و فرم صفحات مختلف است. اجزاء اساسی هر سوپاپ عبارتند از صفحه سوپاپ، پایه (نشیمنگاه) که صفحه روی آن می‌نشیند و مقطع عبور و بست را تشکیل می‌دهند و محدود کننده صفحات روی پایه.
در بعضی سوپاپ‌ها صفحه سوپاپ به وسیله فنر به پایه فشرده می‌شود و در کمپرسورهای فریونی غیرمستقیم الجریان سوپاپ‌های مکش و رانش در قسمت فوقانی سیلندر (تخته سوپاپ) واقع هستند.


 - سوپاپ محافظ :
برای حفاظت کمپرسور از سانحه در مواقع ازدیاد سریع فشار رانش از سوپاپ محافظ استفاده می‌شود. ازدیاد سریع فشار رانش ممکن است بخاطر نبودن آب در کندانسور یا بسته بودن شیر رانش در زمان روشن کردن کمپرسور بوجود بیاید.
در زمان کار کمپرسور سوپاپ محافظ باید بسته باشد و وقتی فشار از حد مجاز در سیلندر تجاوز کرد آن باز شده و قسمت رانش را با قسمت مکش کمپرسور مرتبط می‌کند. فشار باز شدن سوپاپ محافظ بستگی به اختلاف فشار محاسبه‌ای (Pk - Po) دارد که معمولا برای آمونیاک و فریون 22 حدود «1.2 مگا پاسکال» یا «12 کیلو گرم بر سانتی متر مربع» و برای فریون 12 حدود «0.8 مگا پاسکال» می‌باشد که باز شـدن سوپاپ محافـظ در اختلاف فـشار 1.6 (آمونیاک و فریون 22) و یک مگا پاسکال برای فریون 12 تنظیم می‌شود.


 - بای پاس (میان‌بر):
دو نوع میان‌بر وجود دارد:
برای کم کردن قدرت مصرفی در استارت کمپرسورهای متوسط و بزرگ از میان بر استارت استفاده می‌شود و قسمت رانش را به قسمت مکش متصل می‌کند و در نتیجه در زمان استارت نیروی وارد بر پیستون حذف می‌شود یعنی کمپرسور در خلاص کار می‌کند و قدرت فقط برای حرکت کمپرسور و جبران نیروی انرسی و مقاومت مصرف می‌گردد.
میان‌بر گاز ممکن است دستی یا اتوماتیک باشد که در این صورت برای باز شدن از یک شیر برقی (سلونوئید) استفاده می‌شود و بسته شدن از طریق ضربان رله زمانی وقتی الکتروموتور دور کافی را بدست می‌آورد صورت می‌پذیرد.

در میان بر دستی زمان استارت کمپرسور شیرهای رانش و مکش هر دو بسته هستند در حالی که در میان بر اتوماتیک هر دو باز بوده و در لوله برگشت یک سوپاپ برگشت بکار می‌رود. در کمپرسورهای کوچک و متوسط تا قدرت 20Kw معمولاً از میان‌بر استارت استفاده نمی‌شود و الکتروموتور آن‌ها با گشتاور استارت بیش‌تری انتخاب می‌گردد. در کمپرسورهای بزرگ برای تغییر بازده برودتی از میان بر تنظیم استفاده می‌شود و بطور دستی یا اتوماتیک قسمت سیلندر به قسمت مکش متصل می‌گردد و بدین ترتیب بازده برودتی حدود 40-60 درصد کاهش می‌یابد.


 - سیستم روغن کاری:
روغن کاری گرم شدن و خورندگی قسمت‌های متحرک کمپرسور را کم کرده و انرژی مصرفی برای مقاومت را تقلیل می‌دهد. همچنین باعث آب بندی بیش‌تر کاسه نمد، رینگ‌ها و سوپاپ‌ها می‌گردد. در کمپرسورهای مبرد از روغن‌های مخصوص طبیعی و مصنوعی استفاده می‌گردد و برای مبردهای مختلف روغن‌های متفاوتی بکار می‌رود. (با عددی که نشان دهنده غلظت روغن است) روغن کاری کمپرسورها به دو طریق فشاری یک پمپ کوچک روغن را تحت فشار به یاطاقان‌ها ثابت متحرک می‌رساند. پمپ‌های مورد استفاده چرخ دنده‌ای یا پروانه‌ای و یا پیستونی می‌باشند که یک سوپاپ آزاد کننده فشار در مسیر پمپ سوار می‌شود تا از تمرکز فشار زیاد بر روی پمپ جلوگیری بعمل آورد. نیروی لازم برای کار پمپ از گردش میل لنگ تأمین می‌گردد که در پمپ‌های پیستونی شناور انتهای میل لنگ یک بادامک یا برجستگی خارج از مرکز خواهد داشت و در پمپ چرخ دنده‌ای سر میل لنگ نیز چرخ دنده‌ای برای چرخش پمپ دارد و در پمپ‌های پروانه‌ای انتهای میل لنگ دارای یک وسیله گرداننده پره‌ای می‌باشد.
در قسمت مکش پمپ یک فیلتر قرار می‌گیرد. توری در ارتفاع 10 الی 15 میلی متر از کف کارتر قرار گرفته و تعداد خانه‌های (شبکه‌های توری) فیلتر بین 150 تا 300 عدد در یک سانتی متر مربع می‌باشد. در قسمت رانش پمپ روغن کمپرسورهای متوسط و بزرگ یک فیلتر صفحه‌ای شکافدار توری ریز قرار می‌گیرد که با کمک آن‌ها وقتی محور بطور دستی می‌گردد متناوبا تمیز می‌شود. فاصله بین صفحات 0.03 تا 0.1 میلی متر است. فشار روغن از طریق سوپاپ مخصوص کنترل می‌شود و در صورت افزایش فشار باز شده و روغن از قسمت رانش پمپ به کارتر می‌ریزد. معمولا فشار روغن بین 0.6 تا 2 اتمسفر بیش از فشار در کارتر است و هر چقدر فشار روغن زیاد باشد مقدار روغن خروجی از کمپرسور نیز زیادتر می‌گردد. وقتی از یاطاقان‌های لغزنده استفاده می‌شود معمولاً تمام روغن از پمپ به یاطاقان فرستاده شده و از طریق کانال‌های مخصوص در میل لنگ به یاطاقان شاتون و همچنین کاسه نمد می‌رود. وقتی میل لنگ با یاطاقان نوسانی استفاده می‌شود، روغن به کاسه نمد داده شده و از شیار میل لنگ به قسمت‌های دیگر روانه می‌گردد. کمپرسورها معمولا دارای کلید اطمینان روغن هستند که به فشار روغن کار می‌کند و هر زمان که فشار روغن به دلیل خرابی سیستم افت کند موتور را از کار می‌اندازد و کمپرسور خاموش می‌شود. در سیستم روغن کاری به طریق پاشش کارتر تا نیمه‌های یاطاقان اصلی پر از روغن می‌شود و زمانی که میل لنگ می‌چرخد ته شاتون (قسمت خمیده) وارد روغن شده و با گردش میل لنگ روغن را به قسمت انتهای سیلندر و پیستون می‌پاشد. گاهی قسمت انتهای شاتون در اتصال به میل لنگ دارای محفظه‌ای است که در ورود به روغن پر شده و وارد یاطاقان می‌شود. سیستم روغن کاری پاششی معمولا در کمپرسورهای کوچک مورد استفاده قرار می‌گیرد.
 
در بعضی کمپرسورها برای سیستم روغن کاری خنک کننده آبی یا هوایی بصورت کوئل در نظر می‌گیرند. در کمپرسورهای معمولی مخزن روغن همان کارتر کمپرسور است ولی در کمپرسورهای واسطه‌ای مخزن روغن مخصوصی در نظر گرفته می‌شود.
در کمپرسور هرمتیک از روغن کاری فشاری استفاده می‌شود.

سیستم خنک کننده کمپرسور:

کمپرسورها به دو علت اساسی خنک می‌شوند که یکی اصطکاک بین قطعات متحرک و دیگری افزایش درجه حرارت ناشی از تراکم بخار است. خنک کردن کمپرسور به منظور جلوگیری از کاهش کارآیی کمپرسور و همچنین نگهداری کیفیت روغن و روغن کاری است.

روغنی که برای روغن کاری به گردش در می‌آید وسیله خوبی برای جذب و دفع گرما می‌باشد و به همین جهت در بعضی از کمپرسورها خنک کننده مخصوص برای روغن بکار می‌رود و در بعضی از کمپرسورها سطح خارجی را پره دار می‌سازند تا سطح تبادل حرارتی آن را با هوا زیاد کنند و در بعضی انواع نیز از یک موتور و پنکه جهت عبور هوا بر روی کمپرسور و خنک کردن آن استفاده می‌شود.
در سیستم‌هایی که تقطیر مبرد به وسیله آب خنک کننده برج است، کمپرسور نیز با آب خنک می‌شود. برای گردش آب لوله با محفظه‌ای در قسمت مجاور بالای سیلندر در نظر گرفته می‌شود که به کیسه خنک کننده معروف است. کمپرسورهای هرمتیک (بسته) که موتور و کمپرسور در یک پوسته قرار دارند بیش‌تر در معرض داغی قرار دارند و معمولا با عبور دادن بخار قسمت مکش کمپرسور با اطراف موتور گرمای آن را می‌گیرند.