خنک سازی کمپرسور با لوله گرمایی


کمپرسورها یکی از مهمترین عوامل مصرف انرژی در صنعت می‌باشند، ازدیاد دما در کمپرسورها مخصوصا انواع جابه جایی مثبت که سطح تماس بین قطعات در آنها زیاد است موجب فاصله گرفتن فرایند تراکم از فرآیند آرمانی هم دما می‌شود. نزدیک کردن عملکرد آنها به فرایند هم دما بازده سامانه را افزایش داده و عمر عملیاتی کمپرسور نیز زیاد می‌شود.

اکثر کمپرسورها به خصوص کمپرسورهای هرمتیک یا بسته (Hermetic Type) به دلیل محدودیت‌های شکل ظاهریشان به صورت مناسب خنک کاری نمی‌شوند و کمپرسورهای بزرگ‌تر هم معمولا برای خنک کاری نیازمند مصرف انرژی می‌باشند که این انرژی به انرژی مصرفی کلی سامانه اضافه شده و در نتیجه بازده سامانه کاهش می‌یابد. بنابراین لوله گرمایی می‌تواند نقش بسزایی در بهبود انتقال حرارت از کمپرسور، بالا بردن بازده حجمی آن و همچنین کاهش توان کندانسور داشته باشد.

adbanner

» لوله گرمایی (Heat pipe)

لوله گرمایی از یک لوله فلزی تو خالی با قابلیت رسانایی بالا و انتهای بسته تشکیل شده است. مقداری از فضای داخل لوله با استفاده از یک مایع مانند آب، اتانول و غیره پر شده است، فشار داخل لوله کمتر یا نزدیک فشار بخار مایع مورد استفاده در آن است که در نتیجه سردساز (مبرد) که به صورت دو فاز مایع و بخار درون لوله موجود است، برای بخار شدن نیاز به دمای کمتری دارد.

یک انتهای لوله، سرد می‌باشد که مایع در آن قسمت حرارت محیط را گرفته و به بخار تبدیل می‌شود، بخار تولید شده توسط شیارهای موجود در بدنه یا یک فلز متخلخل به طرف گرم لوله گرمایی می‌رود در آنجا حرارت محیط را گرفته و به مایع تبدیل می‌شود. مایع تولید شده توسط شیارهای روی بدنه و یا از طریق فلز متخلخل، به قسمت سرد منتقل شده و فرایند فوق تکرار می‌گردد.

 لوله‌های گرمایی علاوه بر بهبود توزیع دما در کمپرسور موجب کاهش توان مصرفی کندانسور نیز می‌شوند.

کمپرسورهای مختلف به خصوص انواع جابه جایی مثبت آن با توجه به این که سطح تماس زیادی بین قطعاتشان دارند اصطکاک و حرارت بیشتری نسبت به کمپرسورهای دینامیکی تولید می‌کنند و دارای حساسیت خاصی می‌باشند. بهبود عملکرد و افزایش بازده کمپرسورها با توجه به قیمت و مصرف انرژی بالا ضروری به نظر می‌رسد. نزدیک کردن فرآیند کمپرسور به فرآیند ایده ال هم دما موجب بالا رفتن بازده و همچنین عمر کمپرسور می‌شود.

اکثر کمپرسورها به خصوص کمپرسورهای هرمتیک یا بسته به دلیل محدودیت‌های ظاهریشان به صورت مناسب خنک کاری نمی‌شوند و کمپرسورهای نوع باز و بزرگ‌تر هم معمولا برای خنک کاری نیازمند مصرف انرژی می‌باشند. لوله گرمایی به عنوان یک فناوری نوین می‌تواند باعث بهبود انتقال حرارت از کمپرسور، بالا رفتن بازده حجمی آن و افزایش عمر قطعات بشود و این فن آوری به خطر سادگی سامانه و نحوه عملکرد و همچنین عدم مصرف انرژی الکتریکی که با ارزش‌ترین انرژی است، می‌تواند جایگاه ویژه‌ای در خنک کاری کمپرسور داشته باشد.

» اهمیت خنک کاری کمپرسور

کاهش درجه حرارت روغن کمپرسور توسط لوله گرمایی از جهات مختلف دارای اهمیت است، از جمله این که کاهش دما باعث افزایش بازده حجمی کمپرسور می‌شود. انرژی مصرفی کمپرسور به دلیل نزدیک شدن فرایند تراکم به تراکم هم دما کمتر می‌شود. همچنین محدوده دمای عملیاتی کمپرسور که موجب افزایش عمر قطعات و روغن می‌شود، تقلیل می‌یابد.

کمپرسور به عنوان یکی از مهمترین عوامل مصرف انرژی در صنعت از جایگاه ویژه‌ای برخوردار است به طوری که بهینه سازی در مصرف انرژی آن حتی اگر درصد کمی داشته باشد بسیار موثر خواهد بود. در صورت کاهش دمای گاز ورودی به کمپرسور به دلیل افزایش چگالی گاز ورودی ظرفیت آن افزایش خواهد یافت و در تعداد مراحل کمتری دبی جرمی مورد نیاز تأمین می‌شود.

باید اشاره شود که مرحله تعداد گام‌هایی است که در یک کمپرسور برای متراکم سازی گاز استفاده می‌شود، برای مثال در کمپرسور رفت و برگشتی هر سیلندر و در کمپرسور گریز از مرکز هر پروانه یک مرحله است. همچنین  ظرفیت یک کمپرسور حجم کلی جریان گازی است که در دما و فشار معین متراکم و منتقل می‌شود.

به دلیل اهمیت کمپرسورها و این که عملکرد آن تاثیر مستقیم در بازده سامانه دارد، انواع و اقسام کمپرسورها با ویژگی های خاص وجود دارد. کمپرسورهای جابه جایی مثبت و مخصوصاً انواع بسته آنها به دلیل داشتن اجزای لغزنده که با یکدیگر در تماس می‌باشند، بیشتر در معرض افزایش دما قرار می‌گیرند و لوله‌های گرمایی نقش موثرتری در خنک کاری آنها می‌تواند داشته باشند.

» روش‌های خنک کاری کمپرسورها

روش‌های متفاوتی برای خنک کاری کمپرسور وجود دارد، اما روش‌های کلی که برای انواع کمپرسورها به این شکل است که در کمپرسورهای کوچک پره‌هایی روی آن قرار داده می‌شوند تا کمپرسور توسط جابه جایی آزاد خنک شود. در انواع بزرگ‌تر، آب یا روغن و با استفاده از ژاکت عمل خنک کاری را انجام می‌دهد. یک روش جدید برای خنک کاری کمپرسورها استفاده از لوله گرمایی است.

adbanner

در یک تحقیق ری و همکارانش، استفاده از لوله‌های گرمایی برای خنک کاری کمپرسور را بیان نموده و سپس میزان کاهش توان کندانسور مورد بررسی قرار گرفته است.

» روش‌های خنک کاری کمپرسورهای بسته

موتور کمپرسور نوع بسته بیشتر در معرض داغ شدن قرار می‌گیرد، به این دلیل روش‌های متفاوتی برای خنک کاری آنها وجود دارد. به طور کلی روغن کاری در کمپرسورها به دو صورت کلی پاششی و یا تحت فشار تقسیم بندی می‌شود.

استفاده از روغن یا آب یکی از روش‌های رایج برای خنک کاری است. در هنگام طراحی کمپرسورهای بسته هرچه فاصله‌ی سیلندر تا پوسته کمتر باشد و همچنین اگر سطح خارجی پوسته پره‌دار ساخته شود، انتقال حرارت و خنک کاری بهتر صورت می‌گیرد. در مواردی سردساز را قبل از ورود به سیلندر وارد محفظه کمپرسور می‌کند و یا لوله ورودی بخار به کمپرسور را به دور آن می‌پیچانند تا هم سردساز مقداری فوق اشباع شده و هم کمپرسور خنک کاری گردد.

در این روش توجه به این نکته ضروری است که سردساز نباید بیش از حد گرم شود زیرا ظرفیت کمپرسور کاهش می‌یابد. استفاده از فن نیز روش رایج دیگری است که برای خنک کاری استفاده می‌شود. به دلیل اینکه دمای کمپرسورها به ندرت از (C°) ۸ بالاتر می‌رود، انبساط ناشی از حرارت مشکلی ایجاد نمی‌کند. روغن مورد استفاده در کمپرسورها باید به دقت انتخاب شوند، زیرا باعث ایجاد رسوب در سوپاپ‌ها می‌گردد.

» عملکرد لوله گرمایی

عملکرد لوله گرمایی بر پایه مکانیسم تغییر فاز بوده و می‌تواند حرارت را از مکانی به مکان دیگر منتقل کند. لوله‌های گرمایی از یک لوله فلزی تو خالی با قابلیت رسانایی بالا و از جنس‌هایی مانند مس و الومینیوم ساخته شده است و ابتدا و انتهای آن بسته است. درصدی از فضای درون لوله، با استفاده از یک مایع مانند آب، اتانول، اسستون، سدیم یا جیوه، بسته به نوع کاربرد و دمای محل استفاده پر گردیده در حالی که فشار داخل لوله کمتر یا نزدیک فشار بخار مایع مورد استفاده تنظیم شده است.

در نتیجه برای تبخیر ماده مورد نظر که به صورت دو فاز مایع و بخار درون لوله وجود دارد، نیاز به دمای کمتری است. دیواره داخلی در برخی از لوله‌های گرمایی از یک پودر فلزی متخلخل پرشده ویا شیارهایی روی دیواره آن تعبیه گردیده تا امکان برگشت مایع را به تبخیر کنده فراهم سازد.

این فلز متخلخل باعث ایجاد فشار مویرگی شده و هنگامی که بخار به مایع تبدیل شود به داخل شیارها منتقل می‌گردد و در نتیجه به پایین لوله که در محیط گرم‌ترى قرار دارد، انتقال می‌یابد. در شکل زیر نحوه عملکرد لوله گرمایی نشان داده شده است.

در صورت استفاده از لوله گرمایی دمای کمپرسور (C°) ۱۰-۱۵ کاهش می‌یابد. این عمل علاوه بر کاهش اصطکاک بین قطعات تغییرات دمای فرایند تراکم را نیز کمتر می‌کند، در نتیجه بازده تراکم افزایش یافته و میزان مصرف انرژی کاهش می‌یابد. کاهش دمای کمپرسور و گاز خروجی موجب کاهش توان مصرف کندانسور می‌شود.

منابع:

  • Vasiliev, L.L. (2008)
  • Reay, D. and Kew, P. (2006)
  • Longo, G.A.andCaracciolo

بدون دیدگاه

دیدگاهتان را بنویسید

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

3 × چهار =

    خانهداکت اسپلیتتماس با ما