کمپرسور هرمتیک چیست و چه ساختاری دارد؟

هنگامی که صحبت از سیستم‌های خنک کننده و واحدهای تهویه مطبوع به میان می‌آید، کمپرسورها نقش مهمی در کارکرد مؤثر آنها دارند.

کمپرسورها مانند قلب این سیستم‌ها عمل می‌کنند که مبرد را پمپاژ می‌کنند تا هوا را خنک کند.

انواع مختلفی از کمپرسورها وجود دارند که یکی از آنها، کمپرسور هرمتیک است.

در این مقاله به بررسی کمپرسور هرمتیک، ساختار، ویژگی‌ها، نحوه کارکرد، کاربرد این نوع کمپرسورها، اصل عملیات آنها و مزایا و معایب کمپرسور هرمتیک خواهیم پرداخت.

1# کمپرسور هرمتیک چیست؟

یک کمپرسور هرمتیک یک واحد مهر و موم شده است که تمامی اجزای آن در یک محفظه منفرد و بدون هوا محصور شده‌اند.

این بدان معنا است که موتور، کمپرسور و تمام قطعات دیگر در کنار هم قرار گرفته‌اند و به صورت جداگانه قابل دسترسی یا تعمیر نیستند؛ مانند یک جعبه سیاه که نمی‌توان آن را باز کرد.

این کمپرسورها معمولاً در واحدهای تبرید و تهویه مطبوع کوچکتر مانند کولرهای پنجره‌ای و یخچال‌های کوچک یافت می‌شوند.

کمپرسور هرمتیک، کمپرسوری است که به صورت کامل به دور از محیط بسته و بدنه آن مهر و موم شده و به هیچ وجه قابل دسترسی نیست.

hermetic معمولاً به معنای مهر و موم بدون هوا است.

در زمینه کمپرسور، به نحوه جداسازی کامل کمپرسور از محیط کار خارجی اشاره دارد.

در این حالت، نگرانی‌ای در مورد نفوذ زباله وجود نخواهد داشت.

با این حال، اشکالات جدی برای کمپرسور هرمتیک وجود دارد که نحوه استفاده از آن را محدود می‌کند، به خصوص در محیط‌ های سخت.

کمپرسورهای هرمتیک معمولاً به سیستم‌های کوچکتر محدود می‌شوند.

در صورت بروز مشکل مکانیکی، نمی‌توان این نوع کمپرسور را برای سرویس باز کرد.

یک مشکل ممکن است، ساده و آسان باشد؛ اما تنها گزینه شما تعویض کامل کمپرسور خواهد بود.

1-1# اجزای کمپرسور هرمتیک

اجزای یک کمپرسور هرمتیک عبارت اند از:

• درب بالایی
• بلوک با نگهدارنده استاتور
• استاتور (با پیچ)
• روتور
• سوپاپ (پیچ، پوشش سیلندر، آب بند، صفحه سوپاپ)
• میل لنگ با اسلیو
• شاتون با پیستون
• فنر با سیستم تعلیق
• لوله فشار (پیچ، واشر، مهر و موم)
• دستگاه راه اندازی (استارت PTC، پوشش، کشش برای کابل‌ها)
• پوسته
• سیلندر
• یک دریچه هوا
• سیستم روانکاری

2# ساختار کمپرسور هرمتیک و عملکرد آنها

در این بخش به بررسی ساختار کمپرسورهای هرمتیک و نحوه عملکرد هر یک از آنها خواهیم پرداخت.

1-2# برچسب

برچسب که روی هر کمپرسور هرمتیک یافت می‌شود، حاوی اطلاعات مهمی برای مشتری یا کاربر و همچنین برای فرآیند ارسال است.

جزئیات شامل نوع کمپرسور، مبردی که برای آن طراحی شده، فرکانس و ولتاژ شبکه است.

2-2# اتصال دهنده‌ها

کانکتور مکش برای مکش مبرد به داخل کمپرسور با کانکتورهای فرآیند و تخلیه که در طرفین مقابل قرار دارند، استفاده می‌شود.

مبرد فشرده از طریق کانکتور تخلیه از کمپرسور تخلیه می‌شود.

کانکتور فرآیند به سیستم خنک کننده اجازه می‌دهد تا پس از نصب کمپرسور با مبرد شارژ شود.

این فرآیند معمولاً در آخرین مرحله در خط مونتاژ سازنده انجام خواهد شد.

3-2# محفظه کمپرسور

پوسته کمپرسور از یک ورق فولادی ساخته شده که پوشش بالایی با محفظه پایینی آن جوش داده شده است.

این اتصال به صورت هرمتیک مهروموم شده به‌گونه‌ای که به کاربر این اطمینان را می‌دهد که مبرد نمی‌تواند به بیرون نشت کند.

به منظور تضمین باقی ماندن واحد مکانیکی (موتور، سیلندر و شیر) کمپرسور هرمتیک در مرکز محفظه آن، از چهار فنر برای نگه داشتن کمپرسور در موقعیت اختصاصی خود استفاده می‌کند.

رابط‌های خارجی پوسته شامل دو صفحه پایه است که کمپرسور را قادر می‌سازد تا داخل دستگاه نصب شود.

4-2# موتور و استاتور

موتور برای کمپرسور اهمیت کلیدی دارد و از یک استاتور، روتور و کابل برق تشکیل شده است.

اطمینان از این که سطح سروصدا به حداقل می‌رسد، ازجمله اولویت‌های آن است و موتور روی فنرها به همین دلیل نصب می‌شود که سطح ارتعاش را تا حد ممکن کاهش دهد.

استاتور از یک پشته استاتور به همراه دو سیم پیچ با سیم مسی تشکیل شده است.

پشته استاتور با استفاده از ورق فلز ساخته می‌شود.

سیم‌پیچ‌ها به شکلی مناسب محافظت می‌شوند تا این اطمینان را به کاربر بدهند که می‌توان از آسیب سیم‌های شل تا حد زیادی جلوگیری کرد.

در مقابل، روتور دارای یک هسته آهنی است که از آلومینیوم تشکیل شده است.

5-2# تجهیزات استارت برقی

دستگاه راه اندازی الکتریکی ارائه شده باید برای هر کمپرسور مناسب باشد.

دستگاه راه انداز وظیفه راه اندازی کمپرسور هرمتیک را بر عهده دارد و این کار را با تأمین نیروی لازم برای فعال شدن سیم پیچ استارت انجام می‌دهد.

هنگامی که کمپرسور شروع به چرخش کرد، برق از طریق موتور به سیم پیچ اصلی تأمین خواهد شد.

یک اتصال انعطاف پذیر به موتور از طریق کابل برق ارائه می‌شود.

6-2# واحد پمپ

واحد پیستون و سیلندر شامل چهار عنصر متمایز است:

• بلوک
• لوله تخلیه
• میل لنگ
• پیستون

لوله تخلیه با یک پمپ روغن در پایین میل لنگ نصب شده است.

پیستون دارای یک میله پیستون است که از طریق پین پیستون به یکدیگر متصل می‌شود.

دو محفظه تخلیه در داخل بلوک قرار دارند و برای فعال کردن مبرد فشرده به محل اتصال تخلیه استفاده می‌شود.

انعطاف پذیری خود لوله با چرخش لوله تخلیه افزایش می‌یابد.

میل لنگ به گونه‌ای ایمن به روتور متصل می‌‎شود و چرخش‌های موتور را به ضربات پیستون تبدیل می‌کند.

در نتیجه این ضربات پیستون، سیلندر به سمت بالا و پایین حرکت می‌کند.

این نوع حرکت است که اجازه می‌دهد مبرد به داخل مکیده شود، سپس فشرده و در نهایت تخلیه شود.

واحد سوپاپ از یک شیر تخلیه و واحد مکش استفاده می‌کند که هر دو روی صفحه شیر اصلی نصب می‌شوند.

دریچه‌های موجود در آن به باز و بسته شدن صفحات سوپاپ در طی فرآیندهای مکش و تخلیه کمک می‌کنند.

این عمل به مبرد فشرده شده اجازه می‌دهد تا راه خود را به داخل محفظه‌های تخلیه باز کند.

در نهایت از یک صدا خفه کن برای کاهش صدایی که در اثر مکش ایجاد شده، استفاده می‌شود.

بین کانکتور مکش و سمت مکش واحد پمپ نصب می‌شود.

3# ویژگی‌های کمپرسور هرمتیک

در کمپرسور هرمتیک، بدنه به دو قسمت بالا و پایین تقسیم می‌شود.

پس از مونتاژ اجزای داخلی، رابط بالایی و پایینی با جوشکاری آب بندی می‌شوند.

لوله مکش، لوله اگزوز و لوله فرآیند از پوسته بیرونی بیرون کشیده می‌شوند.

خط برق موتور از طریق فرآیند سینترینگ ترمینال روی دیواره پوسته ثابت می‌شود.

کف پوسته مجهز به واشر الاستیک است؛ بنابراین لرزش و صدای کمپرسور را می‌توان با هماهنگی فنر ضدلرزش داخلی و پد لاستیکی خارجی تا حد زیادی کاهش داد.

پلاک موجود در هر کمپرسور هرمتیک حاوی اطلاعات مهمی برای خریدار یا کاربر و همچنین برای فرآیند تحویل است.

از جمله مهم ترین داده‌ها می‌توان به تعیین نوع کمپرسور، نوع مبرد مورد استفاده و همچنین داده‌های اتصال الکتریکی اشاره کرد.

در درگاه مکش، مبرد گازی به داخل کمپرسور مکیده می‌شود، در طرف مقابل محفظه کمپرسور فرآیند و اتصال گاز فشرده قرار دارد.

مبرد فشرده از طریق اتصال گاز فشرده از کمپرسور به کندانسور منتقل می‌شود.

از طریق اتصال فرآیند، مبرد پس از نصب کمپرسور پر می‌شود.

این کار معمولاً در انتهای خط مونتاژ در کارخانه انجام خواهد شد.

محفظه کمپرسور از ورق فولادی ساخته شده، در حالی که قسمت پوشش بالایی به قسمت پایینی محفظه جوش داده شده است.

این اتصال به صورت هرمتیک مهر و موم شده است، بنابراین هیچ مبردی نمی‌تواند از آن خارج شود.

4 فنر واحد مکانیکی (موتور، سیلندر و واحد سوپاپ) کمپرسور هرمتیک را در محفظه در موقعیت مرکزی نگه می‌دارد.

موتور بخش بسیار مهمی از کمپرسور است که از استاتور، روتور و کابل برق تشکیل شده است.

استاتور از یک بسته آهنی با دو سیم پیچ مسی تشکیل شده است.

سیم پیچ‌ها به خوبی محافظت می‌شوند به گونه‌ای که هر قطعه سیم شل نمی‌تواند آسیبی ایجاد کند.

برخلاف استاتور، روتور دارای یک هسته آهنی است که اطراف آن با آلومینیوم پوشیده شده است.

4# نحوه کارکرد کمپرسور هرمتیک

در یک کمپرسور هرمتیک، فشرده سازی با هر یک از چندین ابزار فشرده سازی معمولی با تکیه بر مکانیزم‌های رفت و برگشتی یا چرخشی به دست می‌آید.

ویژگی اصلی یک کمپرسور هرمتیک این است که درایو چرخشی خود را که از داخل محفظه کمپرسور عبور می‌کند به یک وسیله محرک مستقل وارد نمی‌کند.

موتور و کمپرسور یک شفت مشترک دارند و در یک محفظه مهر و موم قرار می‌گیرند که در آن فقط لوله‌های ورودی و خروجی ساکن به علاوه هادی الکتریکی به صورت مهر و موم از داخل محفظه عبور می‌کنند.

برای ارائه هر توضیحی در مورد یک کمپرسور هرمتیک باید آن را با یک کمپرسور معمولی مقایسه کرد که در آن شفت محرک چرخان کمپرسور از محفظه آن عبور می‌کند تا بتواند توسط یک موتور مستقل به حرکت درآید؛ شفت کمپرسور با یک مهر و موم مجهز می‌شود و این مهر و موم در معرض سایش است و خرابی یا نشتی به علاوه اصطکاک، بازده انرژی کمپرسور را مهار می‌کند.

همه کمپرسورهای کوچکتر دارای مهر و موم هرمتیک، دارای محفظه‌های جوش هستند که درگاه ورودی را به محفظه جوش می‌دهد، خروجی از داخل محفظه به خروجی کمپرسور می‌گذرد و هادی الکتریکی از طریق پایانه‌هایی که دارای عایق مقاوم در برابر حرارت و لرزش هستند به داخل و خارج حرکت می‌کنند.

بعضی از کمپرسورهای هرمتیک به عنوان واحدهای بازشونده (با گیره نوار آب بندی) عمدتاً برای کاربردهای اقتصادی برس هوا با حجمی کم در دسترس هستند.

برخی از کمپرسورهای بزرگتر در محفظه‌های محکم شده با اتصال دهنده قرار دارند و همچنین ممکن است شامل سرسیلندرهای قابل دسترسی خارجی باشند در حالی که کمپرسور و درایو دارای یک شفت مشترک هستند.

1-4# نحوه خنک شدن کمپرسور هرمتیک

کمپرسورهای مهر و موم شده هرمتیک، ماشین‌های تبرید را به حرکت در می‌آورند.

آن ها دارای فشارهای داخلی بالا بدون وجود نشتی هستند.

در یخچال، یک گاز فشرده یا متراکم و به یک سیال تبدیل می‌شود و به اواپراتور پمپ شده و در آنجا منبسط یا تبخیر و دوباره به گازی تبدیل خواهد شد که برای تکمیل و تکرار چرخه به داخل کمپرسور مکیده می‌شود.

وقتی گاز فشرده می‌شود، گرما آزاد می‌کند. این گرما به محیط خارجی منتقل می‌شود؛ اما مایع هنوز داغ یا حداقل بسیار گرم است.

هنگامی که سیال داغ به اواپراتور با فشار پایین‌ تر پرتاب می‌شود، گرما را از محیط محلی خود جذب و آن فضا را خنک می‌کند.

این امر سبب خواهد شد تا گاز تا حدودی گرم شود؛ اما هنوز هم بسیار سرد است، نه در حدی که بتوان از آن استفاده کرد.

وقتی به کمپرسور می‌رسد که به اندازه کافی سرد شده باشد و بتواند کمپرسور و موتور را خنک کند.

اگر تهویه مطبوع در خانه دارید، مشاهده خواهید کرد که هنگام کار دو لوله وجود دارد، در این حالت، متوجه خواهید شد که یکی از لوله‌ها نسبتاً گرم می‌شود و دیگری با عایق بوده و بسیار سرد است.

عایق از به هم ریختن تراکم کف جلوگیری می‌کند.

خط گرم، خط تأمین سیال از کمپرسور به اواپراتور بوده، در حالی که خط سرد، خط برگشت گاز به کمپرسور، برخلاف تصور رایج است.

2-4# نحوه افزایش فشار گاز در کمپرسور هرمتیک

در کمپرسور معمولاً دو روش برای افزایش فشار گاز وجود دارد که عبارت اند از:

• یک کمپرسور می‌تواند فشار گاز را با کاهش حجم گاز افزایش دهد، این نوع کمپرسورها به کمپرسورهای جا به جایی مثبت معروف هستند.
  نمونه ای از این کمپرسورها، کمپرسورهای رفت و برگشتی هستند.
• کمپرسورهایی که می‌توانند فشار گاز را با انتقال انرژی جنبشی به گاز و سپس افزایش فشار گاز با تأخیر در حرکت آن افزایش دهند، کمپرسورهای روتودینامیکی نامیده می‌شوند.
  نمونه ای از این نوع کمپرسورها، کمپرسورهای گریز از مرکز هستند.

کمپرسور هرمتیک در دسته کمپرسورهای جا به جایی مثبت قرار می‌گیرد.

در کمپرسورهای هرمتیک، موتور و سیستم‌های مکانیکی در یک واحد محصور شده اند.

5# کاربرد کمپرسور هرمتیک

استفاده متداول از کمپرسورهای هرمتیک در سیستم‌های تهویه مطبوع مسکونی و سیستم‌های تهویه مطبوع در فضاهای تجاری سبک است.

ظرفیت آن می‌تواند تا 7.5 تن یا شاید 10 تن باشد؛ اما دومی اغلب به صورت بی صدا استفاده نمی‌شود.

از دیگر کاربردهای این نوع کمپرسورها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• به منظور جلوگیری از نشت مبرد در یخچال خانگی استفاده می‌شود.
• در موتور هواپیما به منظور تأمین هوای کابین استفاده می‌شود.
• برای تأمین هوا با حجم کم ثابت در کاربردهای فشار بالا همانند عملیات صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
• به منظور تأمین هوا با فشار کم در کاربردهایی با حجم بالا مانند پره‌های هوا به کار می‌رود.
• به دلیل اندازه فشرده و کارایی در فریزر خانگی استفاده می‌شود.
• مناسب برای واحدهای تهویه مطبوع پنجره ای یا قابل حمل است.
• در واحدهای تبرید تجاری کوچک مانند ویترین استفاده می‌شود.
• اغلب در سیستم‌های پمپ حرارتی در مقیاس کوچک برای گرمایش و سرمایش منازل یافت می‌شود.
• پمپ‌های حرارتی؛ در سیستم‌های پمپ حرارتی، کمپرسورهای هرمتیک به انتقال گرما از یک مکان به مکان دیگر، برای مقاصد گرمایشی یا سرمایشی، کمک می‌کنند.
• کاربردهای صنعتی؛ به دلیل کارایی و قابلیت اطمینانی که در کاربردهای صنعتی مختلف از جمله چیلرها و سیستم‌های خنک کننده فرآیندی وجود دارد، از این نوع کمپرسورها استفاده می‌شود.

6# اصل عملیات کمپرسور هرمتیک

اصل عملیات کمپرسورهای هرمتیک به صورت زیر است:

• فاز مکش: گاز مبرد کم فشار از طریق خط مکش وارد کمپرسور می‌شود.
  موتور کمپرسور پمپ را به حرکت در می‌آورد و یک ناحیه کم فشار ایجاد می‌کند که اجازه می‌دهد، مبرد به داخل جریان یابد.
• فاز تراکم: هنگامی که مبرد وارد کمپرسور می‌شود، توسط پمپ فشرده خواهد شد.
  افزایش فشار باعث افزایش دمای مبرد می‌شود.
  این امر معمولاً از طریق یک مکانیسم جابه‌جایی مثبت، مانند یک اسکرول یا طرح رفت و برگشتی به دست می‌آید.
• فاز تخلیه: گاز مبرد با فشار و دمای بالا از کمپرسور از طریق خط تخلیه به کندانسور خارج می‌شود.
  در کندانسور، مبرد گرما را به محیط اطراف آزاد می‌کند و به مایع تبدیل می‌شود.
• ادامه چرخه: مبرد مایع سپس از طریق یک دستگاه انبساط (مانند شیر اندازه گیری) جریان خواهد یافت، جایی که قبل از ورود به اواپراتور، افت فشار و دما را تجربه می‌کند، در این حالت، گرما را از محیط جذب کرده و دوباره به گاز تبدیل کرده و در نتیجه چرخه کار را کامل می‌کند.

7# مزایا و معایب کمپرسور هرمتیک

در این بخش به بررسی مزایا و معایب کمپرسورهای هرمتیک خواهیم پرداخت.

1-7# مزایا

کمپرسور تبرید و موتور هر دو در یک پوسته جوش فیوز یا لحیم شده نصب می‌شوند و یک دوک مشترک دارند که نیازی به دستگاه مهر و موم شفت نداشته و اندازه و وزن کل کمپرسور را بسیار کاهش می‌دهد.

فقط لوله‌های مکش و اگزوز، لوله‌های فرآیند و سایر لوله‌های ضروری (مانند لوله‌های پاشش)، پایانه‌های برق ورودی و براکت‌های کمپرسور در بیرون جوش داده می‌شوند.

از دیگر مزایای این نوع کمپرسورها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• ضد نشتی: طراحی مهر و موم شده، تلفات مبرد را به حداقل می‌رساند.
• فشرده: به صورت کلی کوچکتر و سبک تر از انواع دیگر کمپرسورها است.
• کم سر و صدا: طراحی محصور این نوع کمپرسور، سر و صدای عملیاتی را کاهش می‌دهد.
• طراحی: طراحی کمپرسور هرمتیک به گونه‌ای است که از اجزای داخلی در برابر عوامل محیطی محافظت کرده، خطر آلودگی را کاهش می‌دهد و این کمپرسورها را برای کار طولانی مدت مناسب می‌کند.

2-7# معایب

از آنجایی که واحد الکتریکی در یک محفظه مهر و موم شده قرار گرفته که باز نمی‌شود، انجام تعمیرات داخلی دشوار است.

بنابراین نیاز به قابلیت اطمینان بالا، عمر طولانی کمپرسور و نیاز به نصب حرفه ای برای کل سیستم تبرید دارد.

کمپرسور هرمتیک به شکل کلی در حجم تولید انبوه کمپرسور تبرید با ظرفیت تبرید کم استفاده می‌شود.

از دیگر معایب این نوع کمپرسورها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• غیر قابل سرویس: اگر کمپرسور خراب شود، کل دستگاه باید تعویض شود.
• ظرفیت محدود: معمولاً برای سیستم‌های تبرید کوچکتر استفاده می‌شود.