تحقیق مقاله دستگاه های تراکمی تبرید

اصول کار دستگاه های تراکمی تبرید

تمام سیستم های تبرید تراکمی که جهت ایجاد سرما بکار گرفته می‌شوند از چهار قسمت اصلی تشکیل شده اند. این چهار قسمت عبارت است از کمپرسور – کندانسور – وسیله انبساطی (شیر انبساط یا لوله موئین) اواپراتور.

عملی که در این چهار قسمت انجام می شود بدین قرار است. کمپرسور وسیله ای می باشد که فشار گاز را در سیستم بالا می برد و این اختلاف فشار بین ورود و خروج گاز کمپرسور باعث حرکت گاز مبرد در داخل سیستم می شود. کندانسور وسیله ای می باشد که گاز خروجی از کمپرسور که دارای دما و فشار بالا می باشد به مایع تبدیل می کند و دمای آنرا کاهش می دهد و وسیله انبساطی بدین صورت عمل می کند که مایع مبرد خروجی از کندانسور را بصورت پودر تبدیل می کند و علت امر شکستن یک مرتبه ای فشار همراه انبساط سریع گاز می باشد، اوپراتور وسیله ای است که پودر حاصل از وسیله انبساطی را بصورت تبخیر کامل و در نتیجه گاز تبدیل می کند. در شکل   گردش ماده مبرد را در یک تبخیربطور شماتیک نشان می دهد.

با توجه به شکل گاز حاصل از اواپراتور وارد کمپرسور می شود و بر اثر تراکم فشار آن بالا می رود و مقداری حرارت جذب کرده در نتیجه دما آن حدودی بالا می رود. گاز ورودی به کندانسور که دارای دما و فشار بالا می باشد. با تماس با محیط خنک تر، گرمای خود را پس می دهد و بصورت مایع تحت فشار در می آید. این مایع بطرف شیر انبساط حرکت کرده و در اینجا فشارش شکسته می شود و بصورت پودر در می آید. در شیر انبساط تقریباً گرمای رد و بدل نمی‌شود و فقط گاز منبسط می شود و گاز منبسط شده در اواپراتور تبخیر می شود و گرمایی که باعث تبخیر آن می شود از محیط خود می گیرد. در نتیجه گاز گرم و محیط خنک می شود و سپس دوباره به کمپرسور بر می گردد و سیکل همچنان ادامه پیدا می کند. چگونگی تئوری سیکل تبرید را در شکل  می توان مشاهده کرد.

تحول 1 تا 2 مرحله تراکم گاز در کمپرسور

تحول 2 تا 3 مرحله تقطیر (مایع شدن) گاز در کندانسور

تحول 3 تا 4 منبسط شدن گاز در شیر انبساط

تحول 4 تا 1 تبخیر شدن گاز در اواپراتور

تقسیم بندی قسمتهای سیکل تبرید از جهت فشار

یک سیکل بسته کامل تبرید مثلاً چیلر از دو مدار کم فشار و فشار بالا تشکیل شده است.

1- مدار کم فشار LOW PRESSOR SIDE

این قسمت شامل مسیر شیر انبساط – اواپراتور – لوله مکش تا سر کمپرسور می باشد.

باید دانست فشار از شیر انبساط تا کمپرسور ثابت می باشد و باصطلاح فشار مکش یا ساکشن نامیده می شود. چون اواپراتور مهمترین قسمت مدار ساکشن می باشد. بیشتر اواپراتور را فشار پایین می پندارند.

2- مدار با فشار بالا HIGH PRESSOR LINE

مدار با فشار زیاد شامل لوله رانش یا خروجی کمپرسور – کندانسور – مخزن ذخیره مایع – لوله خروجی کندانسور تا قبل از شیر انبساط می باشد.

باید یادآوری کنیم که برای نشان دادن مقدار فشار ضعیف معمولاً گیج فشارسنج را روی لوله رانش قبل از کمپرسور و برای نشان دادن مقدار فشار قوی گیج فشارسنج را روی لوله مکش بلافاصله بعد از کمپرسور قرار می دهند.

در شکل   منطقه فشار ضعیف و قوی سیستم تبرید نشان داده شده است. همچنین در شکل    دیاگرام فشار در نقاط مختلف نشان داده شده است.

شرح و ساختمان قسمتهای مختلف سیستم تبرید

1- کمپرسورها

مهمترین قسمت یک سیستم تبرید کمپرسورهای آن می باشد و عمل آن ایجاد اختلاف فشار و در نتیجه حرکت ماده مبرد در سیستم می‌باشد. کمپرسور در قسمت مکش یعنی مدار خروجی گاز از اواپراتور تولید فشار پایین و در قسمت رانش یا خروجی گاز تا تغذیه مایع به اواپراتور تولید فشار بالا می کند. کمپرسورها بسیار متنوع و هر کدام برای نوعی از دستگاه های تبرید طراحی شده اند. متداولترین کمپرسورها که در صنعت تبردی مورد استفاده قرار می گیرند عبارتند از:

1- کمپرسورهای پره ای یا دورانی

2- کمپرسورهای گریز از مرکز

3- کمپرسورهای پیستونی

الف) کمپرسورهای پره ای: کمپرسورهای پره ای به دو نوع تقسیم می شوند. کمپرسورهای پره ای با تیغه یا پره ثابت و دیگری با پره متحرک.

نوع پره ثابت هم مرکز با سیلندر و نوع پره متحرک خارج از مرکز سیلندر قرار دارد. عملکرد کمپرسورهای با پرده ثابت به این صورت می باشد که غلتک گردان بر روی محور خارج از مرکز سوار شده و در اثر گردش غلتک بین بدنه سیلندر و نوک خارجی پره ثابت فضای خالی بوجود می آید و این فضا شروع به مکش می کند تا پره از نقطه تماس دو سیلندر بگذرد و بعد شروع به رانش گاز با فشار بالا بطرف کندانسوز می کند.

در کمپرسورها با پره متحرک غلتک متحرک دارای دو یا چهار شکاف می باشد که داخل آنها دو یا چهار پره سوار شده محور غلتک با مرکز سیلندر هم مرکز نمی باشد و در جایی تقریباً فاصله بین غلتک و سیلندر به نزدیک صفر می رسد و در جایی دیگر گشاد می باشد. شکل  و هر دو نوع کمپرسور را نشان می دهد.

1- روش مکانیکی

در این طریق بوسیله میله و برس کندانسور را از رسوب پاک می‌کنند. روش کار بدین صورت می باشد که ابتدا کلید اصلی برق را قطع می کنند. شیرهای آب ورودی و خروجی کندانسور را می بینند. آب کندانسور را تخلیه می کنند و قالپاقهای دو سر کندانسور را باز می‌کنند و سپس با یک میل گرد تقطیر حدود 10 میل و بطول کندانسور همراه با یک فرچه سیمی بقطر حدود 25 میل که در انتهای میل وصل است وارد لوله های مسی می کنند و با حرکت های رفت و برگشتی و دورانی رسوبات و کثافات اخل لوله را تمیز می کنند. در این عمل باید توجه داشت که به لوله های مسی ضربه وارد نشود و احتمالاً لوله ها سوراخ نگردند. بعد از پاک کردن باید واشر زیر درپوش را عوض کرد.

2- تمیز کردن کندانسور بطریق شیمیایی

در این طریق از مواد شیمیایی حلال رسوبات جهت پاک کردن کندانسور استفاده می کنند. روش کار به دو طریق زیر می باشد:

الف) از طریق برج خنک کننده بشرح زیر

1- ابتدا سیستم را پمپ دان می کنند (مایع فریون را در کندانسور جمع می کنند) و بعد برق اصی مدار را قطع می کنند. در لوله رفت بطرف برج یکعدد سه راهی یا شیر قرار می دهند که یک طرف آن به فاضلاب راه داشته باشد که در موقع لازم بتوان آب کثیف را به فاضلاب هدایت کرد. در برج های بزرگ می توان بجای آنکه آب از طریق فلوتو وارد تشت برج شود. بوسیله یک شیلنگ آب را مستقیم وارد برج کرد تا سریع پر شود.

2- در مرحله بعدی باید مواد شیمیایی ضد رسوب که در بازار به دی اسکیلر معروف می شود با در نظر گرفتن مقدار و نوع رسوب با نظر متخصص آب شناس به مقدار لازم به طشت برج اضافه کرد و بطور معمول باز از هر میلی متر رسوب 10% محلول باید در نظر گرفت و دمای عملیات را حدود 60-50 درجه سانتی گراد نگه داشت. در حالت عادی بهتر است حدود 78% آب و 22% محلول دی اسکیلر انتخاب کرد. سپس پمپ برج را راه اندازی کنید. در حالی که کمپرسور خاموش می‌باشد اجازه دهید تا محلول در داخل برج و کندانسور جریان داشته باشد بهتر است گاه گاهی چیلر را روشن کرد تا آب کندانسور کمی گرم شود زیرا عمل رسوب زدایی بهتر انجام می شود. زمان ادامه کار بستگی به ضخامت رسوب دارد و معمولاً حدود 12 ساعت طول می‌کشد. 

3- در مرحله بعدی درپوش تخلیه برج خنک کن و کندانسور را باز کرده و سیستم را از آب محلول اسیدی خالی کنید و برج را با آب شستشو دهید.

4- درپوش کندانسور و برج را بسته و سیستم را از آب پر کنید، سیستم آماده راه اندازی می باشد.

ب) از طریق کندانسور

1- سیستم را خاموش کنید و شیرهای ورودی و خروجی آب به کندانسور را ببندید. درپوش تخلیه کندانسور را باز کنید و آب آزاد تخلیه کنید.

2- لوله های ارتباطی ورودی و خروجی آب به کندانسور را باز کنید و دو لوله مطابق با شکل که در سر راه رفت و برگشت این لوله یک پمپ سیرکولاتور و یک بشکه و یک لوله عمودی جهت خارج شدن گازهای متصاعد شده از ترکیبات شیمیایی قرار دهید در لوله عمودی جهت خارج شدن گازهای متصاعد شده از ترکیبات شیمیایی قرار دهید در وسط مقطع طولی بشکه یک توری قرار دهید تا رسوبات دوباره به کندانسور برنگردد.

3- سپس به مقدار لازم محلول ضد رسوب در بشکه بریزید. چنانچه محلول خورنده لوله گالوانیزه باشد می توان از لوله سیاه استفاده کنید. زمان رسوب زدایی بستگی به غلظت دی اسکیلر و ضخامت رسوب دارد. بعضی از محلولهای شیمیایی عمل رسوب زدایی را در نیم ساعت انجام می دهند. ولی بهتر است اطلاعات مربوطه را از فروشنده این نوع مواد دریافت دارند.

4- بعد از حل کردن رسوب محلول را از کندانسور خالی کرده و با آب تمیز پاک کندانسور را بشویید و لوله های مربوطه را باز کنید و اتصالات خیلی را ببندید. شیر آب ورودی و خروجی را باز کنید. سیستم آماده بکار خواهد شد.

باید توجه داشت اشخاص تعمیرکار که با مواد شیمیایی برای پاک کردن کندانسورها و یا لوله ها سرکار دارند باید در مقابل استنشاق گازهای حاصله محافظت شوند وگرنه باعث مسمومیت و بیماری آنها خواهد شد.

کندانسورهای آبی که در زمستان کار نمی کنند حتماً باید از آب تخلیه شوند تا از خطر یخ زدگی و ترکیدن در امان بمانند.

کندانسورهای تبخیری

این کندانسورها ترکیبی از کندانسورهای آبی و هوایی می باشد. بطوریکه می توان گفت از جمع شدن برج خنک کن و کندانسور در یکجا بوجود می آید و مقدار راندمان ها از کندانسور هوایی زیادتر و از کندانسور آبی کمتر می باشد و در مواردی که مقدار آب موجود کم باشد و نتوان محلی را پیدا کرد که سطح آن بالاتر از کندانسور باشد از این نوع کندانسور استفاده می کنند.

4- اواپراتورها (EVAPORATORS)

چهارمین قسمت اصلی یک سیستم تبرید اواپراتور می باشد. نتیجه و عملکرد یک دستگاه تبرید از اواپراتور گرفته می شود یعنی گاز مبرد که از کمپرسور و کندانسور گذشته به صورت پودر مایع وارد اواپراتور می شود و شروع به تبخیر می شود. در نتیجه گرمای محیط اطراف خود را جذب کرده و اطراف خود را سرد می کند.

از اواپراتور برای سرد کردن محفظه یخچال ها خنک کردن آب چیلر و سرد کردن آب درون سردکن ها و فضای سردخانه ها و خنک کردن هوا بوسیله هواسازها و کولر گازی و بسیاری دیگر از دستگاه های تبرید استفاده می شود.

اواپراتورها از لحاظ ماده مبرد به دو نوع مرطوب و خشک تقسیم می شود. طرز کار نوع مرطوب بدین صورت است که همیشه مقداری از مبرد بصورت مایع در تمام سطوح تبادل حرارتی وجود دارد و در نوع خشک ماده مبرد در انتهای مسیر تماماً بصورت بخار تبدیل می‌شود.

کنترل مایع سرمازا را در اواپراتورهای نوع مرطوب به وسیله شیر شناور صورت می گیرد در شکل   شماتیک یک اواپراتور همراه با مخزن جدا کننده و فلوتر نشان داده شده است.

اواپراتورها، کلاً از نظر تبخیر به دو دسته تقسیم می کنند.

1- اواپراتورهای انبساط مستقیم

2- اواپراتورهای غیرمستقیم

در طریقه اول اواپراتور مستقیماً در داخل محفظه و موادیست که باید سرد شوند مثال فریزرها و یخچال های خانگی وپکیج و کولرهای گازی.

در طریقه دوم از یک سیال واسطه استفاده می شود. بدین صورت که در اثر تماس سیال با اواپراتور سیال خنک می شود و این سرما را با خود به محلی که باید سرد شود منتقل می سازد. از این نوع اواپراتور بیشتر در چیلر استفاده می شود.

اواپراتورهایی که برای خنک کردن هوا بکار می روند به چهار دسته اصلی تقسیم می شوند.

1- اواپراتور نوع صفحه Plate Type Evaporator

2- اواپراتور نوع هوای طبیعی Air Cooled Evaporator

3- اواپراتور با هوای اجباری (تحت فشار) Forced Draft Evaporator

4- کویلهای سرد کننده Gravity Air-Cooled Evaporator

اواپراتور صفحه ای که بیشتر در یخچال های خانگی و فریزرها و سردخانه ها، کامیونها از آن استفاده می شود هوای گرم بطرف بالا و هوای سرد بطرف پایین یک حرکت طبیعی دارند. این حرکت بعلت تغییر وزن مخصوص می باشد.

نوع اواپراتور با جریان طبیعی هوا برای خنک کردن فضای اتاق در محلی قرار می گیرد که هوا در اثر سرد شدن بطرف پایین و هوای گرم بطرف بالا حرکت می کند و یک جابجای هوا را بوجود می آورد. در نتیجه هوای داخل اتاق خنک می شود.

از نوع اواپراتور با هوای اجباری یک ونتیلاتور در پشت و یا جلو کویل اواپراتور قرار می گیرد و هوا را با فشار از روی کویل عبور می‌دهد. در این روش سرعت عمل بسیار زیاد می باشد و از تمام روشها موثرتر واقع می شود.

کویلهای سرد کننده طبیعی در سردخانه نصب می شود و این کویلها می تواند در شرایط هوای تحت فشار هم کار کند.

اواپراتور چیلرهای آبی

اواپراتور چیلرهای آبی از نوع پوسته Shell و لوله Tube می باشد. روش ساخت این اواپراتور مانند کندانسورهای آبی می باشد که از دو طرف بوسیله تیوپ شیب مسدود می باشد. و از داخل تیوپ شیت لوله‌های مسی عبور کرده است و برای اینکه زمان بیشتری برای انتقال حرارت وجود داشته باشد طرح های مختلفی جهت رفت و برگشت گاز وجود دارد. در اواپراتور چیلرها گاز درون لوله های مسی و آب خارج از لوله ها و درون پوسته جریان دارد و برای تبادل حرارتی بیشتر گاز پره های از جنس آلومینیوم بنام ستاره درون لوله های مسی قاب می‌دهند و لوله های مسی را روی آن محکم می کشند. پودر مایع مبرد از لوله ورودی بعد از شیر انبساط وارد قسمت پایین درپوش شده و بعد از بخار شدن دوباره به طرف محفظه بالای درپوش بر می گردد و بطرف کمپرسور حرکت می کند.

و آب هم از طرف بالا و انتهای پوسته وارد شده و مسیر مخالف جهت حرکت گاز را روی لوله های مسی طی می کند. سپس از لوله خروجی واقع در بالا و ابتدا پوسته خارج می شود. جهت عایق بودن اواپراتور پوسته آنرا با الیاف پشم شیشه و فایبرگلاس عایق می‌کنند. شکل  شکل ظاهری اواپراتور را نشان می دهد.

لوله های حامل مواد سرمازا

این لوله ها قسمت های مختلف یک دستگاه تبرید را به یکدیگر مربوط می سازند و باید سایز و نوع آنها به بهترین وجه انتخاب شود تا انتظار کار خوب از یک سیستم سرمازا داشت. لوله هایی که برای این منظور انتخاب می شوند باید جدار داخلی آنها صاف و صیقلی باشد تا افت فشار کمتری داشته باشد. زیرا چنانچه افت زیادی داشته باشد مقداری از توان کمپرسور را از بین می برند.

در دستگاه های تهویه مطبوع بیشتر از نوع لوله های مسی استفاده می کنند. زیرا لوله های مسی دارای جداری صاف و جنس نرم می‌باشد.

مدارهای لوله کشی سیستم تبرید به سه بخش تقسیم می شود که عبارتند از:

1- لوله های مداری فشار

2- لوله های مدار مایع

3- لوله های مدار مکش

الف) لوله های مدار فشار – این قسمت از مدار شامل لوله خروجی کمپرسور تا کندانسور می باشد و باید در سایز و نوع این لوله دقت کافی شود زیرا زیاد شدن فشار در این لوله باعث از بین رفتن قدرت کمپرسور و همچنین کم شدن ظرفیت کندانسور می شود.

ب) لوله مدار مایع – این لوله از مخزن مایع کندانسور تا شیر انبساط ادامه دارد. چنانچه در انتخاب این لوله دقت نشود افت فشار زیادتر از حد نرمال باعث کاهش ظرفیت شیر انبساط می شود. در نتیجه سیستم با اشکالات و یخ زدگی مواجه می شود.

ث) لوله مدار مکش – این لوله از انتهای اواپراتور تا سر کمپرسور ادامه دارد و معمولاً سایز این لوله در یک دستگاه سرمازا از سایز لوله رانش (دیسچارج) بزرگتر است و آن بدین علت است که در این لوله گاز با فشار پایین حرکت دارد. لوله مدار مکش را به نام لوله ساکشن یا مدار فشار پایین نیز می نامند. برای تعیین سایز لوله ها مدار رانش – مایع – مکش می توان از جداول شماره های    که مربوط به گاز فریون 12 و فریون 22 و R50. جهت لوله های مسی و فولادی می باشد استفاده کرد.

 در این جدول ها سه فاکتور اساسی یعنی مقدار بار برحسب تن تبرید و طول لوله کشی (زانویی و سه راهی و اتصالات را برحسب طول معادل منظور می کنند). برحسب فوت و سایز لوله برحسب قطر اسمی داده شده است که با در دست داشتن طول لوله و مقدار بار می‌توان براحتی سایز لوله را بدست آورد.

باید توجه داشت که در این جداول شرایط دمای اشباع اواپراتور F40 و دمای کندانسور F105 در نظر گرفته شده است. چنانچه شرایط فرق کند باید مقدار بار (تن تبرید) را در فاکتورهای بدست آمده در شرایط دلخواه ضرب کرد و بعد از جدول استفاده کرد.

لوله مایع جهت فریون 12 برای لوله های فولادی در شرایط دمای اشباع اواپراتور 40 و دمای کندانسور 105.

چنانچه دمای اشباع اواپراتور 40 و مای کندانسور 105 درجه فارنهایت نباشد باید بار را در فاکتور حاصل از جدول ضرب کرد.

مدار گاز چیلرهای آبی – مدار گاز چیلر شامل:

1- مدار یا لوله مکش یا ساکش که از اواپراتور تا کمپرسور ادامه دارد این قسمت به مدار کم فشار معروف است. فشار کار در حدود 70-60 پاند بر اینچ مربع می باشد. گاز درون لوله خنک می باشد و با رنگ آبی مشخص می شود.

2- مدار لوله رانش یا دیسچارج که از خروجی کمپرسور تا کندانسور ادامه دارد و به قسمت فشار بالا معروف می باشد. فشار کار این قسمت حدود 240-220 پاند بر اینچ مربع می باشد. گاز داخل لوله گرم می باشد و به رنگ قرمز نشان داده می شود.

3- مدار مایع که از خروجی کندانسور تا شیر انبساط (اکپنشن والو) ادامه دارد و فشار آن بالا می باشد. مایع مبرد داخل لوله گرم می باشد و به رنگ صورتی نشان داده می شود.

تجهیزات اضافی چیلر

در این فصل درباره قسمتهای اضافی چیلر که برای کنترل و بهتر کار کردن قسمتهای مختلف چیر بر روی چیلر نصب می شود بحث می‌کنیم.

تجهیزات اضافی که معمولاً در روی چیلر نصب می شود شرح زیر می باشد.

روی لوله مایع از کندانسور بترتیب سرویس والو (شیر سرویس)، چارچینگ والو (شیر تغذیه گاز به سیستم)، فیلتر درایر (فیلتر – خشک کن)، سلونوئید والو – سایت گلاس، اکبنشن والو (شیر انبساط) نصب می شود.

در روی اواپراتور آنتی فریز و ترموستات نصب می شود: و روی کمپرسور در قسمت ورودی یا مکش و خروجی گاز یا دیسچارج دو عدد گچ فشارسنج نصب می شود. همچنین دو عدد گیج فشارسنج بر روی پمپ روغن که یکی در قسمت فشار ضعیف و دیگری در قسمت فشار بالای پمپ وصل می شود. کار این گیج ها نشان دادن مقدار فشار می باشد.

یک کنترل فشار بالا و پایین بنام های لوپرشر HIGH-LOW-PRESSOR به قسمتهای فشار بالا یعنی رانش و پایین یا مکش نصب گردیده است. و چنانچه فشار از حد تنظیم شده زیادتر یا کمتر گردد برق چیلر قطع می شود.