آشنایی با کمپرسورهای رفت و برگشتی

همینطور که در مقاله قبلی با عنوان «آشنایی با انواع کمپرسورهای سیستم‌های خنک کننده و تهویه مطبوع» صحبت کردیم کمپرسورهای رفت و برگشتی (Reciprocating) جهت تولید هد (Head) بالا دبی نسبتا کم مناسب می‌باشند. کمپرسورهای رفت و برگشتی مورد استفاده در تبرید از نظر شکل محفظه و نحوه‌ی انتقال قدرت به سه دسته تقسیم می‌شوند که عبارتند از:

1. کمپرسورهای باز (Open Type)
2. کمپرسورهای بسته (Hernietic Type)
3. کمپرسورهای نیمه بسته (Semi Hermetic Type)

• کمپرسورهای باز:

در این نوع از کمپرسورها جزء محرک کاملا بیرون از پوسته‌ی کمپرسور قرار گرفته و انتقال قدرت توسط کوپلینگ (Direct-driven compressors ) یا تسمه و پولی (Belt-driven compressors) صورت می‌گیرد. به عنوان مثال می توان به کمپرسورهای اغلب سردخانه‌های بزرگ آمونیاکی اشاره کرد.

• کمپرسورهای بسته:

کمپرسور و موتور درون یک پوسته مشترک قرار می‌گیرند و هیچ گونه امکان دسترسی به آنها نیست و تقریبا غیر قابل تعمیر می‌باشند. به همین دلیل به این کمپرسورها لقب کمپرسورهای قوطی حلبی (Tin Can Compressors) را داده‌اند. چرا که در صورت خرابی اغلب باید آنها را مانند قوطی حلبی ( پس از استفاده ) دور انداخت با اینکه برای هرگونه دسترسی به داخل آن‌ها باید بدنه و پوسته را شکافت. در برخی از منابع نیز به این کمپرسورها لقب کمپرسورهای (Throw-away Compressors) را داده‌اند.

جالب است بدانید تنها چند شرکت معدود در سطح دنیا وجود دارند که دارای تخصص کافی و دانش فنی لازم برای تعمیر مجدد این نوع کمپرسورها می‌باشند. در این کمپرسورها محور الکتروموتور و میل لنگ کمپرسور به صورت یک پارچه و در امتداد یکدیگر ساخته می‌شوند. خنک کاری این کمپرسورها از طریق مبرد سرد ورودی صورت می‌گیرد، چرا که مبرد ورودی به داخل کل پوسته وارد می‌شود. به عنوان مثال می‌توان به کمپرسور یخچال فریزرهای خانگی و تجاری یا کمپرسور برخی از سردخانه‌های کوچک اشاره نمود.

• کمپرسور‌های نیمه بسته:

اگرچه در این کمپرسورها که به کمپرسورهای بسته‌ی قابل تعمیر (Hermetic Compressors Serviceable) نیز معروفند که کمپرسور و موتور در یک پوسته‌ی مشترک قرار می‌گیرند، اما امکان دسترسی به آنها جهت تعمیر وجود دارد.

به عنوان مثال می‌توان به کمپرسور اغلب چیلرهای تراکمی اشاره کرد. خنک کاری این کمپرسورها توسط جریان هوای آزاد و از طریق فین‌های ایجاد شده به صورت یکپارچه بر روی بدنه (Air Cooled) صورت می‌گیرد.

» اجزاء و جزییات ساختمانی کمپرسورهای رفت و برگشتی

• میل لنگ (Vehicle Crankshaft)

میل لنگ کمپرسورهای رفت و برگشتی از طریق شاتون‌ها، حرکت دورانی ایجاد شده توسط موتور را به حرکت رفت و برگشتی برای پیستون‌ها تبدیل می‌کند. جنس میل لنگ معمولا از چدن یا فولادهای کم کربن است.

برای ساخت میل لنگ می توان ابتداء توسط ریخته گری و سپس توسط عملیات ماشین کاری به شکل و اندازه‌ی مورد نظر دست یافت، در میل‌لنگ‌ها علاوه بر یاتاقان‌های موجود در محل نصب شاتون‌ها ( در هر یک از لنگ‌ها ) دو یاتاقان اصلی یکی بر روی محل ورود به پوسته در سمت موتور و دیگری در انتهای پوسته قرار می‌گیرند که معمولا یاتاقان سمت موتور از جهت اینکه بیشترین بار را انتقال می‌دهد بزرگترین یاتاقان است.

• انواع میل لنگ:

میل لنگ‌ها عموما در دو طرح کلی موجودند:

1. میل لنگ نوع لنگ (Crank Type)
2. میل لنگ نوع خارج از مرکز (Eccentric Type)

طرح خارج از مرکز این امکان را به ما می‌دهد که جهت ساخت میل لنگ از یک محور صاف و مستقیم و از فولاد استفاده کنیم. ممکن است عمر میل لنگ‌های خارج از مرکز کمتر باشد اما ماشین کاری آنها ساده‌تر است. البته باید توجه داشت که میل لنگ‌ها از هر نوعی که باشند نیاز به روغن کاری دارند. در کمپرسورهای کوچک از سیستم روغن کاری پاششی استفاده می‌شود و در کمپرسورهای بزرگتر راه گاه‌هایی در میل لنگ ایجاد می‌شود و روغن کاری به طریقه‌ی اجباری انجام می‌شود.

• شاتون (Connecting Rod)

شاتون‌ها ارتباط بین میل لنگ و پیستون‌ها را برقرار می‌کنند و به دو نوع یک پارچه و دوتکه تقسیم می‌شوند. شاتون‌ها را می توان از انواع مختلف فلزات ساخت، اما فولاد، برنج و آلومینیوم برای این کار معمول‌تر هستند. طراحی شاتون‌ها از اهمیت خاصی برخوردار است چرا که شاتون‌ها در کمپرسور باید بارهای برای زیادی را تحمل کنند.

شاتون‌های دوتکه را می‌توان به راحتی و در حالی که میل لنگ در جای خود قرار دارد باز و جدا نمود اما شاتون‌های یک پارچه را نمی‌توان بدون بیرون آوردن (خارج کردن یک پارچه‌ی مجموعه میل لنگ از درون کمپرسور) از میل لنگ جدا کرد. اتصال پیستون‌ها به شاتون‌ها از طریق گژن‌ پین صورت می‌گیرد. همچنین یک رینگ فنری (Snap ring) از لغزیدن گژن پین در داخل بدنه سیلندر جلوگیری می‌کند.

• پیستون و رینگ پیستون (Piston Ring)
  

پیستون در داخل سیلندر واقع می‌شود و از آنجا که در رودررویی با گاز پرفشار طی کورس تراکم قرار می‌گیرد باید روشی جهت جلوگیری از فرار گاز پرفشار به محفظه‌ی میل لنگ وجود داشته باشد و بدین منظور درست شبیه پیستون‌های موتور اتومبیل‌ها از رینگ‌های پیستون در دو نوع روغنی و کمپرسی استفاده می‌شود.

معمولا آب‌بندی اطراف پیستون در کمپرسورهای کوچک‌تر توسط یک لایه‌ی روغن بر روی دیواره‌ی سیلندر صورت می‌پذیرد، چرا که اغلب کمپرسورهای با قطر پیستون کمتر از ۵۰mm فاقد رینگ هستند.

یک نکته ی بسیار مهم در طراحی پیستون‌ها وزن آنها است. چرا که هر چه وزن این قطعه بیشتر باشد، موجب افزایش نیروهای لرزشی ( shaking forces ) می‌گردد به همین دلیل غالبا پیستون کمپرسورها از آلومینیوم و به صورت تو خالی ساخته می‌شوند.

• رینگ‌های پیستون

تعداد معمول رینگ‌های پیستون بین ۲ تا ۶ عدد متغیر است که به میزان نسبت تراکم کمپرسور بستگی دارد. هرچه نسبت تراکم بیشتر شود طبیعی است که نیاز به آب بندی بیشتر شده و تعداد رینگ‌ها افزایش می‌یابد.

اغلب اوقات علت کاهش بازده حجمی کمپرسور سوپاپ‌های معیوب هستند، ولی اگر آنها در وضعیت مناسبی باشند، اشکال در رینگ‌های پیستون است. اگر رینگ پیستون درست جا افتاده باشد و به خوبی روغن کاری شود، سایش آن بسیار کم است، ولی به تدریج و به مرور زمان ساییدگی در آنها پدیدار می‌شود و آن به جایی می‌رسد که فاصله‌ی بین رینگ و سیلندر زیاد شده‌، حالت انسدادی خود را از دست می‌دهد و روغن را از اطراف عبور می‌دهد.

• واشر سرسیلندر:

در کمپرسورها نباید هیچگونه نشتی در محل‌های اتصال به خارج وجود داشته باشد و برای جلوگیری از هرگونه نشت از واشر استفاده می‌شود. موثرترین نوع این واشرها، واشری است که بین سر سیلندر و بدنه‌ی کمپرسور قرار می‌گیرد. ضخامت این واشر اهمیت بسیار فراوانی دارد زیرا اگر خیلی نازک باشد امکان برخورد پیستون به سر سیلندر وجود خواهد داشت و اگر ضخیم باشد بازده حجمی کمپرسور به علت زیاد شدن فضای مرده‌ی بالای سیلندر کاهش می‌یابد.

جنس این واشرها باید طوری باشد که روغن و مبرد بر آن تاثیری نداشته و هیچگونه تغییر حالتی در آن پدید نیاورند. همچنین نباید اندازه‌ی آنها در اثر افزایش دما زیاد شود و ضریب انبساط حرارتی آن‌ها باید کوچک باشد. جنس این واشرها عموما از سرب، لاستیک، چوب پنبه، کاغذ یا پنبه نسوز است.

• پیاده سازی سیستم‌های تهویه مطبوع
• داکت یا کانال هوا و اندازه‌یابی درست ابعاد آن
• روش‌های خنک کاری در کمپرسورهای تبرید و تهویه مطبوع

منابع:

1. Refrigeration and Air Conditioning technology -William whitman
2. Priciples of Refrigeration – Olivo
3. A Practical Guide to Compressor Technology – Bloch
4. Principles of Refrigeration – Dossat
5. Mark’s standard hand book for Mechanical Engineers