انواع کمپرسور در چیلر صنعتی: راهنمای انتخاب و مقایسه

کمپرسورهای چیلر صنعتی قلب سیستم‌های برودتی هستند و نقش حیاتی در عملکرد بهینه دارند. انتخاب کمپرسور مناسب می‌تواند راندمان انرژی، طول عمر دستگاه و هزینه‌های نگهداری را به‌طور چشمگیری تحت تأثیر قرار دهد. در این مقاله با انواع کمپرسورهای چیلر صنعتی، ویژگی‌های آن‌ها و نکات انتخاب هوشمندانه برای کاربردهای صنعتی آشنا می‌شوید.

کمپرسورهای برودتی مطرح‌ترین کمپرسورهای مورد استفاده در چیلر‌های صنعتی است. برای اطلاعات بیشتر درباره کمپرسورهای برودتی پیشنهاد می‌شود مطلب «کمپرسور برودتی: انواع، مزایا، کاربردها و نکات مهم برای انتخاب صحیح» را نیز مطالعه کنید.

1. کمپرسورهای جابجایی مثبت (Positive Displacement)

کمپرسورهای جابجایی مثبت (Positive Displacement)، نوعی از کمپرسورها هستند که در آنها انتقال انرژی به سیال به صورت متناوب (پریودیک) انجام می‌شود. به عبارت ساده‌تر، در این کمپرسورها حجم مشخصی از گاز درون محفظه‌ای محصور شده و سپس با کاهش حجم آن، فشار گاز افزایش می‌یابد. این مکانیزم باعث می‌شود کمپرسور بتواند فشارهای بالای ثابت را ایجاد کند، حتی در دبی‌های پایین.

قدرت تراکم این کمپرسور نسبت به نوع دینامیک بیشتر است. البته دبی این کمپرسور به مراتب کمتر از نوع دینامیک است. نیروی محرکه کمپرسور ها بسته به قدرت آنها می‌تواند الکتروموتور (برقی) یا موتوردیزلی (Diesel Engine) باشد.

یک پمپ دوچرخه ساده ترین نوع یک کمپرسور جابجایی است، که در این نوع پمپ، هوا وارد سیلندر می‌شود و توسط پیستون متحرکی فشرده می‌شود. کمپرسور پیستونی دارای اصل عملکردی مشابهی است با یک پیستون، این کمپرسور دارای پیستونی است که در آن یک میله اتصال و یک میل لنگ چرخشی باعث عقب و جلو رفتن آن می‌شود. اگر برای فشردن هوا فقط یک طرف پیستون استفاده شود، پیستون یکطرفه نامیده می‌شود. اگر هر دو طرف بالا و پایین مورد استفاده قرار گیرد، کمپرسور دو طرفه نامیده می‌شود. تفاوت بین فشار در قسمت ورودی و قسمت خروجی به عنوان اندازه‌ای از کار کمپرسور است.

نسبت فشار، رابطه بین فشار مطلق در قسمتهای ورودی و خروجی است. بنابراین ماشینی که هوایی تحت فشار اتمسفر را تا 7 Bar فشرده می‌سازد دارای کاری با نسبت فشار ۱=۸ / (۷+۱) است.

ویژگی‌های کلیدی کمپرسورهای جابجایی مثبت:

• فشار خروجی ثابت حتی در دبی‌های متغیر
• مناسب برای کاربردهایی که نیاز به فشار بالا دارند
• قابلیت کار با گازهای متنوع و شرایط مختلف

انواع مهم کمپرسورهای جابجایی مثبت در چیلر صنعتی:

1-1. کمپرسور پیستونی (Piston / Reciprocating)

کمپرسور پیستونی (Piston Compressors) یکی از قدیمی‌ترین و پرکاربردترین انواع کمپرسور در صنعت تبرید و چیلرهای صنعتی است. این کمپرسور بر اساس حرکت رفت و برگشتی پیستون داخل سیلندر عمل کرده و با فشرده‌سازی گاز، فشار مورد نیاز سیستم را تأمین می‌کند.

این نوع کمپرسور در مدل‌های یک‌طرفه و دوطرفه طراحی می‌شود و می‌تواند به صورت روغن‌کاری شونده (Lubricated) یا بدون روغن (Oil-free) مورد استفاده قرار گیرد. در نمونه‌های کوچک‌تر، سیلندرها اغلب به صورت عمودی ساخته می‌شوند؛ در حالی که در ظرفیت‌های بزرگ‌تر، شکل‌بندی V-Type یا L-Type رایج‌تر است. طراحی L-Type به دلیل ترکیب سیلندر عمودی فشار پایین و سیلندر افقی فشار بالا، کارایی بهتری در فشارهای مختلف فراهم می‌کند.

سیستم روغن‌کاری در کمپرسورهای پیستونی معمولاً به دو روش انجام می‌شود:

• روغن‌کاری پاششی (Splash Lubrication) » ساده‌تر و مناسب برای ظرفیت‌های پایین.
• روغن‌کاری تحت فشار (Forced / Pressure Lubrication) » مناسب برای ظرفیت‌های بالا و افزایش طول عمر قطعات.

همچنین بیشتر کمپرسورهای پیستونی به سوپاپ‌های خودکار (Automatic Valves) مجهز هستند که با توجه به اختلاف فشار دو سمت سوپاپ، به طور اتوماتیک باز و بسته می‌شوند.

مزایا کمپرسور پیستونی

• راندمان بالا در فشارهای زیاد
• طراحی متنوع برای ظرفیت‌ها و شرایط کاری مختلف
• قابلیت تعمیر و نگهداری آسان به دلیل دسترسی راحت به قطعات

معایب کمپرسور پیستونی

• لرزش و صدای بیشتر نسبت به کمپرسورهای مدرن‌تر
• نیاز به فضای نصب بزرگ‌تر
• هزینه انرژی بالاتر در بارهای جزئی (Part Load)

2-1. کمپرسور مارپیچی (Screw / Rotary Screw)

کمپرسور مارپیچی (Screw Compressors) یکی از پرکاربردترین انواع کمپرسورهای جابجایی مثبت در چیلرهای صنعتی متوسط و بزرگ است. اصول طراحی آن نخستین بار در دهه ۱۹۳۰ توسعه یافت، زمانی که نیاز به کمپرسوری با ظرفیت بالا و جریان پایدار احساس می‌شد.

مکانیزم عملکرد این کمپرسور بر پایه دو روتور مارپیچی نر و ماده است که درون محفظه به صورت متقابل می‌چرخند. با حرکت روتورها به سمت یکدیگر، حجم محبوس بین آن‌ها کاهش یافته و گاز به تدریج فشرده می‌شود. برخلاف کمپرسورهای پیستونی، کمپرسور اسکرو فاقد سوپاپ مکانیکی است و همین ویژگی باعث عملکرد روان، لرزش کم و جریان یکنواخت می‌شود.

طراحی و عملکرد

• نسبت فشار در کمپرسورهای مارپیچی به پارامترهایی مانند طول روتور، فاصله بین دندانه‌ها و طراحی مجرای خروجی بستگی دارد.
• برای دستیابی به بالاترین راندمان انرژی، این نسبت فشار باید با فشار کاری مورد نیاز سیستم تبرید هماهنگ باشد.
• به دلیل طراحی بدون قطعات رفت‌وبرگشتی، این کمپرسورها می‌توانند در سرعت‌های بالا کار کرده و دبی‌های حجمی قابل توجهی تولید کنند.

مزایای کمپرسور مارپیچی

• جریان پیوسته و یکنواخت (بدون پالس)
• لرزش و صدای کمتر نسبت به کمپرسور پیستونی
• عمر کاری بالا و نیاز کمتر به تعمیرات متداول
• ابعاد جمع‌وجور نسبت به ظرفیت

معایب کمپرسور مارپیچی

• هزینه اولیه بیشتر نسبت به کمپرسورهای پیستونی
• نیاز به سیستم روغن‌کاری دقیق برای جلوگیری از سایش روتورها
• حساسیت بیشتر به کیفیت روغن و شرایط نگهداری

کاربرد در چیلرهای صنعتی

• چیلرهای با ظرفیت متوسط تا بزرگ (معمولاً 100 تا 2000 کیلووات)
• پروژه‌هایی که به کارکرد مداوم، جریان ثابت و طول عمر بالا نیاز دارند
• صنایع نفت، گاز، پتروشیمی، داروسازی و ساختمان‌های بزرگ

3-1. کمپرسور دیافراگمی (Diaphragm)

کمپرسور دیافراگمی (Diaphragm Compressors) نوعی کمپرسور جابجایی مثبت است که در آن فرآیند فشرده‌سازی گاز توسط یک غشای انعطاف‌پذیر (دیافراگم) انجام می‌شود. این دیافراگم به‌وسیله مکانیزم مکانیکی یا هیدرولیکی به حرکت در می‌آید و بدون تماس مستقیم گاز با قطعات متحرک، فشار مورد نیاز را ایجاد می‌کند.

دو نوع اصلی کمپرسور دیافراگمی وجود دارد:

• دیافراگمی مکانیکی » برای دبی‌های کم و فشارهای پایین، همچنین به‌عنوان پمپ خلأ در برخی کاربردها.
• دیافراگمی هیدرولیکی » برای ایجاد فشارهای بالا و فشرده‌سازی ایمن گازهای خاص.

مزایای کمپرسور دیافراگمی

• ایمنی بالا برای گازهای حساس یا خورنده (چون هیچ تماس مستقیمی با قطعات فلزی ندارند)
• جلوگیری از آلودگی گاز در فرآیند فشرده‌سازی
• قابلیت استفاده در صنایع دارویی، شیمیایی و نیمه‌هادی‌ها

معایب کمپرسور دیافراگمی

• ظرفیت و دبی پایین نسبت به کمپرسورهای پیستونی و مارپیچی
• هزینه اولیه بالا و پیچیدگی در طراحی و تعمیرات
• محدودیت در کاربردهای عمومی و استفاده بیشتر در شرایط خاص

کاربرد در چیلر صنعتی

اگرچه کمپرسورهای دیافراگمی به دلیل محدودیت ظرفیت کمتر در چیلرهای عمومی استفاده می‌شوند، اما در پروژه‌هایی که نیاز به فشرده‌سازی گازهای خالص، خورنده یا بسیار حساس وجود دارد (مانند صنایع داروسازی یا صنایع شیمیایی خاص) می‌توانند گزینه‌ای بی‌رقیب باشند.

کمپرسور‌های هوا یکی کمپرسورهای مورد استفاده در چیلر‌های صنعتی است. برای اطلاعات بیشتر درباره کمپرسور‌های هوا پیشنهاد می‌شود مطلب «کمپرسور هوا: انواع، کاربردها و راهنمای جامع انتخاب» را نیز مطالعه کنید.

2. کمپرسورهای دینامیکی (Dynamic / Centrifugal & Axial)

کمپرسورهای دینامیکی گروهی از کمپرسورها هستند که برخلاف کمپرسورهای جابجایی مثبت، بر اساس افزایش انرژی جنبشی سیال و تبدیل آن به فشار کار می‌کنند. در این کمپرسورها جریان گاز به صورت پیوسته وارد پروانه یا ایمپلر می‌شود، انرژی جنبشی دریافت می‌کند و سپس در بخش دیفیوزر به فشار تبدیل می‌گردد.

ویژگی اصلی کمپرسورهای دینامیکی این است که با فشار ثابت کار می‌کنند، در حالی‌که کمپرسورهای جابجایی مثبت بر اساس دبی ثابت عمل می‌کنند. همین موضوع باعث می‌شود عملکرد آن‌ها بیشتر وابسته به شرایط محیطی (مانند فشار ورودی، دمای هوا و شرایط بار سیستم) باشد.

کمپرسورهای دینامیکی به دو دسته اصلی تقسیم می‌شوند:

1-2. کمپرسورهای گریز از مرکز (Centrifugal Compressors)

کمپرسورهای گریز از مرکز یکی از رایج‌ترین انواع کمپرسورهای دینامیکی هستند که در چیلرهای سانتریفیوژ صنعتی کاربرد گسترده‌ای دارند. در این کمپرسورها، گاز از مرکز پروانه وارد شده و تحت تأثیر نیروی گریز از مرکز به سمت محیط پروانه پرتاب می‌شود. سپس در بخش دیفیوزر و محفظه حلزونی، انرژی جنبشی گاز به فشار تبدیل می‌گردد.

کمپرسور گریز از مرکز تک مرحله‌ای

ویژگی‌ها و عملکرد

• فشار مرحله‌ای: نسبت فشار در هر مرحله مجموعاً فشار نهایی کمپرسور را مشخص می‌کند. در بسیاری از مدل‌ها، کمپرسورهای چندمرحله‌ای تا ۶ مرحله و فشار کاری حدود ۲۵ بار نیز متداول هستند.
• سرعت بالا: کمپرسورهای گریز از مرکز معمولاً با سرعت بسیار بالا (15,000 تا 100,000 دور بر دقیقه) کار می‌کنند. به همین دلیل از یاتاقان‌های لغزشی (Journal Bearings) یا یاتاقان‌های خاص به جای ساچمه‌ای استفاده می‌شود.
• خنک‌کاری بین مراحل: به دلیل افزایش دمای گاز در هر مرحله، سیستم‌های خنک‌کاری بین مراحل ضروری است تا راندمان بالا و عملکرد پایدار تضمین شود.
• پروانه‌ها: پروانه‌ها می‌توانند باز یا بسته باشند و اغلب از آلیاژهای مقاوم مانند فولاد ضدزنگ یا آلومینیوم ساخته می‌شوند.

آب‌بندی و ایمنی

از آن‌جایی که کمپرسورهای گریز از مرکز با فشار بالا و سرعت زیاد کار می‌کنند، سیستم آب‌بندی نقش بسیار مهمی دارد. رایج‌ترین انواع آب‌بندها شامل:

• آب‌بند لابیرینتی
• آب‌بند حلقوی (گرافیتی یا مایع)
• آب‌بند مکانیکی (Mechanical Seal)
• آب‌بند هیدرواستاتیکی

این آب‌بندها از نشتی گاز جلوگیری کرده و ایمنی سیستم را تضمین می‌کنند.

مزایا کمپرسور گریز از مرکز:

• راندمان بالا در ظرفیت‌های زیاد
• قطعات متحرک کمتر نسبت به کمپرسور پیستونی یا اسکرو
• هزینه نگهداری پایین‌تر در بلندمدت

معایب کمپرسور گریز از مرکز:

• حساسیت به تغییرات فشار و دمای ورودی
• نیاز به تخصص بالا در طراحی و نگهداری
• مناسب نبودن برای ظرفیت‌های پایین و متوسط

2-2. کمپرسور محوری (Axial Compressors)

کمپرسور محوری (Axial Compressors) یکی دیگر از انواع کمپرسورهای دینامیکی هستند که به جای جریان شعاعی (مثل کمپرسور گریز از مرکز)، جریان گاز در آن‌ها به صورت محوری و در امتداد محور چرخش حرکت می‌کند. در این نوع کمپرسور، گاز از میان ردیف‌هایی از پره‌های ثابت و متحرک عبور کرده و به تدریج فشرده می‌شود.

Axial-compressor کمپرسور محوری

ویژگی‌ها و عملکرد

• مکانیسم فشرده‌سازی: پره‌های متحرک انرژی را به گاز منتقل می‌کنند و پره‌های ثابت انرژی جنبشی را به فشار تبدیل می‌کنند.
• ظرفیت جریان بالا: کمپرسورهای محوری برای دبی‌های بسیار زیاد طراحی شده‌اند و معمولاً در کاربردهای صنعتی بزرگ یا سیستم‌های نیروگاهی به کار می‌روند.
• فشار کاری متوسط: معمولاً نسبت فشار این کمپرسورها به ندرت بیش از ۶ است، اما می‌توانند دبی‌هایی بالاتر از ۶۵ m³/s را مدیریت کنند.
• ابعاد و سرعت: این کمپرسورها در مقایسه با کمپرسورهای گریز از مرکز کوچکتر هستند، اما سرعت آن‌ها حدود ۲۵٪ بالاتر است.
• سیستم تعادل محوری: برای جلوگیری از آسیب ناشی از نیروهای محوری، یک استوانه تعادل در طراحی آن‌ها به کار می‌رود.

مزایا کمپرسور محوری

• توانایی مدیریت دبی‌های بسیار بالا
• طراحی جمع‌وجورتر نسبت به کمپرسورهای گریز از مرکز
• مناسب برای کاربردهای پیوسته و طولانی‌مدت

معایب کمپرسور محوری

• راندمان پایین‌تر در ظرفیت‌های کوچک و متوسط
• فشار نهایی محدود (معمولاً کمتر از ۶)
• نیاز به طراحی و نگهداری دقیق به دلیل حساسیت پره‌ها

کاربردهای کمپرسور محوری

• نیروگاه‌های گازی و توربین‌های صنعتی
• صنایع بزرگ که به جریان حجمی بسیار بالا نیاز دارند
• برخی از چیلرهای خاص با ظرفیت فوق‌العاده بالا

برای اطلاع از تفاوت‌های کمپرسور‌های هوا و کمپرسورهای برودتی پیشنهاد می‌شود مطلب «تفاوت کمپرسور هوا و کمپرسور برودتی | مقایسه کاربردها و راهنمای انتخاب» را نیز مطالعه کنید.

3. کمپرسور فرفره‌ای (Scroll Compressors)

کمپرسور فرفره‌ای یا اسکرال (Scroll) یکی از پرکاربردترین کمپرسورهای جابجایی مثبت در صنعت تبرید و چیلر است. در این نوع کمپرسور، فرآیند تراکم گاز از طریق حرکت یک مارپیچ متحرک درون یک مارپیچ ثابت انجام می‌شود. با حرکت این دو مارپیچ در کنار هم، محفظه‌هایی با حجم متغیر ایجاد می‌شوند که گاز را به تدریج از قسمت ورودی به سمت مرکز هدایت کرده و فشرده می‌سازند.

کمپرسور فرفره ای Compressor-turbinal

ویژگی‌ها و عملکرد

• ساختار اصلی: شامل یک حلزونی ثابت و یک حلزونی متحرک که با اختلاف فاز ۱۸۰ درجه روی هم قرار گرفته‌اند.
• عملکرد فشرده‌سازی: گاز ورودی در محفظه‌ها گیر افتاده و با حرکت مارپیچ متحرک به سمت مرکز فشرده می‌شود.
• جریان یکنواخت: به دلیل تراکم پیوسته، جریان گاز خروجی کاملاً بدون ضربه و لرزش است.
• راندمان بالا: طراحی ساده و بدون سوپاپ مکانیکی، باعث کاهش تلفات انرژی و افزایش طول عمر دستگاه می‌شود.

مزایای کمپرسور فرفره‌ای:

• عملکرد بسیار بی‌صدا و بدون لرزش
• راندمان انرژی بالا
• ابعاد کوچک و طراحی جمع‌وجور
• طول عمر بالا به دلیل قطعات متحرک کمتر

معایب کمپرسور فرفره‌ای:

• محدودیت در ظرفیت (مناسب برای چیلرهای کوچک و متوسط)
• قیمت اولیه بالاتر نسبت به کمپرسور پیستونی
• حساسیت بیشتر به آلودگی روغن یا ذرات جامد در مبرد

کاربردهای کمپرسور فرفره‌ای

• چیلرهای کوچک و متوسط در ساختمان‌های اداری و تجاری
• سیستم‌های تهویه مطبوع خانگی و فروشگاهی
• کاربردهایی که نیاز به عملکرد کم‌صدا و پایدار دارند

4. کمپرسورهای مخصوص هوا و کاربردهای جانبی

علاوه بر کمپرسورهای اصلی مورد استفاده در چیلرهای صنعتی، گروهی از کمپرسورها وجود دارند که بیشتر به‌عنوان تجهیزات جانبی یا در کاربردهای خاص مورد استفاده قرار می‌گیرند. این کمپرسورها معمولاً برای تولید هوای فشرده، تخلیه و ایجاد خلأ، افزایش فشار در مراحل خاص یا کار با گازهای حساس به کار می‌روند. گرچه نقش مستقیم در قلب چرخه تبرید چیلر ندارند، اما در بسیاری از صنایع به‌عنوان پشتیبان فرایند تبرید، تأمین هوای کمکی و کنترل فشار نقشی حیاتی ایفا می‌کنند.

1-4. کمپرسور پره‌ای (Vane Compressor)

کمپرسور پره‌ای (Vane Compressor) یکی از انواع کمپرسورهای جابجایی مثبت است که ساختاری ساده و قابل اعتماد دارد. در این نوع کمپرسور، یک روتور خارج از مرکز درون استاتور قرار می‌گیرد و پره‌های متحرک روی آن با نیروی گریز از مرکز یا فنر به دیواره استاتور می‌چسبند. با دوران روتور، حجم محفظه‌های بین پره‌ها تغییر کرده و فرایند مکش، تراکم و تخلیه هوا یا گاز به‌صورت پیوسته انجام می‌شود.

ویژگی‌ها و مزایا:

• ساختار ساده و هزینه نگهداری نسبتاً پایین.
• قابلیت تولید جریان یکنواخت با ضربان کم.
• ابعاد کوچک‌تر در مقایسه با کمپرسور پیستونی برای ظرفیت مشابه.
• مناسب برای کاربردهایی که نیاز به هوای فشرده مداوم دارند.

معایب:

• حساسیت به کیفیت روغن و نیاز به روغن‌کاری مداوم (در بیشتر مدل‌ها).
• راندمان کمتر در فشارهای بالا نسبت به کمپرسورهای مارپیچی یا گریز از مرکز.
• استهلاک پره‌ها در اثر تماس مداوم با دیواره استاتور.

کاربرد در صنایع:

کمپرسورهای پره‌ای بیشتر در سیستم‌های هوای فشرده عمومی، تجهیزات پنوماتیک و صنایع بسته‌بندی استفاده می‌شوند و به‌طور محدود در سیستم‌های تبرید و تهویه کاربرد دارند، به‌ویژه در مواردی که نیاز به فشار متوسط با جریان یکنواخت و هزینه پایین‌تر مطرح است.

2-4. حلقه روغنی (Liquid-ring Compressor)

کمپرسور حلقه روغنی (Liquid-ring Compressor) یکی از انواع کمپرسورهای جابجایی مثبت است که بر اساس ایجاد یک حلقه مایع در محفظه عمل می‌کند. در این طراحی، روتور با پره‌های ثابت به‌صورت خارج از مرکز درون محفظه‌ای بیضوی می‌چرخد. مایع موجود در محفظه (معمولاً آب) به‌واسطه نیروی گریز از مرکز به شکل یک حلقه چرخان در اطراف روتور در می‌آید. تغییر متناوب حجم محفظه‌ها بین پره‌ها، موجب مکش، تراکم و تخلیه گاز می‌شود.

ویژگی‌ها و مزایا:

• قابلیت فشرده‌سازی گازهای مرطوب، خورنده یا حاوی ذرات.
• خنک‌کاری مستقیم به‌وسیله مایع، که باعث کاهش افزایش دما در طول تراکم می‌شود.
• طراحی ساده با لرزش و نویز کم.
• امکان استفاده از مایعات خاص برای جذب ناخالصی‌ها یا محافظت در برابر خوردگی.

معایب:

• راندمان پایین‌تر به دلیل اصطکاک گرانروی مایع و تلفات انرژی.
• نیاز مداوم به تأمین و مدیریت مایع کاری (معمولاً آب).
• اشباع‌شدن گاز با بخار مایع، که در برخی کاربردها می‌تواند مشکل‌ساز شود.

کاربرد در صنایع:

کمپرسورهای حلقه روغنی به‌طور گسترده در پمپ‌های خلأ، صنایع شیمیایی، پتروشیمی، پالایشگاه‌ها و فرایندهایی که با گازهای خورنده یا مرطوب سروکار دارند استفاده می‌شوند. در سیستم‌های تبرید صنعتی، به‌ندرت برای چرخه اصلی استفاده می‌شوند اما به‌عنوان تجهیزات جانبی یا برای شرایط ویژه، می‌توانند کاربرد داشته باشند.

3-4. کمپرسور دندانه‌ای (Gear Compressor / Tooth Compressor)

کمپرسور دندانه‌ای (Gear Compressor / Tooth Compressor) یکی از انواع کمپرسورهای جابجایی مثبت است که در آن دو روتور دندانه‌دار به‌صورت هم‌زمان و هماهنگ در یک محفظه می‌چرخند. فرآیند تراکم شامل سه مرحله مکش، تراکم و رانش می‌باشد. در مرحله مکش، هوا وارد محفظه می‌شود و با حرکت روتورها فضای محفظه کاهش می‌یابد. در مرحله تراکم، ورود هوا مسدود شده و فشار افزایش می‌یابد، سپس در مرحله رانش، گاز فشرده با نیروی زیاد به بیرون تخلیه می‌شود.

ویژگی‌ها و مزایا:

• طراحی ساده و متقارن، بدون نیاز به شیر یا سوپاپ.
• جریان یکنواخت و بدون نوسان شدید.
• قابلیت کارکرد بدون روغن (Oil-free) و در نتیجه مناسب برای صنایع حساس.
• امکان استفاده در چند مرحله برای دستیابی به فشارهای بالاتر.

معایب:

• محدودیت نسبت تراکم در هر مرحله (حدود ۴.۵:۱).
• نیاز به مراحل متعدد برای فشارهای بالاتر که هزینه و پیچیدگی را افزایش می‌دهد.
• حساسیت نسبت به تلورانس‌های دقیق ساخت و فرسایش دندانه‌ها.

کاربرد در صنایع:

کمپرسورهای دندانه‌ای بیشتر در صنایع دارویی، غذایی، الکترونیک و فرایندهایی که نیازمند هوای کاملاً تمیز و بدون روغن هستند کاربرد دارند. همچنین در سیستم‌های خلأ و فرایندهای شیمیایی که جریان پیوسته و دقیق نیاز است، به‌کار گرفته می‌شوند.

4-4. سایر کمپرسورهای کمکی و تشدید کننده فشار

1-4-4. کمپرسور ۳P کاکا

کمپرسور 3P کاکا یکی از کمپرسورهای سه‌مرحله‌ای پیستونی است که به‌طور ویژه برای فشرده‌سازی اکسیژن طراحی شده است. نام آن از سه بخش گرفته شده است:

• 3 » سه‌مرحله‌ای
• P » پیستونی
• کا کا » مخفف واژه روسی «کیسلارود» به معنی اکسیژن

این کمپرسور که ساخت کشور روسیه (شوروی سابق) است، در صنایع مختلفی که به اکسیژن با فشار بالا نیاز دارند، مورد استفاده قرار می‌گیرد.

اجزای اصلی:

الکتروموتور، ژنراتور، پیستون‌ها، سیستم‌های خنک‌کننده گاز و روغن، پمپ روغن، بافرهای تعدیل فشار، لوله‌کشی و اتصالات گاز، آب و روغن، سوپاپ‌های گازی، کارتر و سیلندر.

نحوه عملکرد:

• در مرحله نخست، اکسیژن با فشار حدود ۰٫۵ اتمسفر وارد بافر اولیه شده و پس از تراکم به حدود ۲ اتمسفر می‌رسد.
• در مرحله دوم، گاز تا حدود ۱۵ تا ۱۷ اتمسفر فشرده شده و سپس در خنک‌کننده دوم تعدیل می‌شود.
• در مرحله سوم، فشار نهایی به بیش از ۲۵ اتمسفر می‌رسد و گاز پس از عبور از خنک‌کننده نهایی آماده مصرف می‌شود.

حفاظت و ایمنی:

این کمپرسور مجهز به سیستم‌های حفاظتی است که از بروز خطر و آسیب به تجهیزات جلوگیری می‌کند. به عنوان مثال، در صورتی که دمای یاتاقان‌ها از ۷۰ درجه سانتی‌گراد فراتر رود، سیستم هشداردهنده فعال شده و به صورت نوری یا صوتی وضعیت خطر اعلام می‌شود.

کاربردها:

به دلیل طراحی ویژه، کمپرسور ۳P کاکا بیشتر در صنایع پزشکی، فولادسازی، جوشکاری و هر جایی که به اکسیژن فشرده نیاز است استفاده می‌شود.

2-4-4. کمپرسور پیستونی روغن‌کاری نشونده (Oil-free Piston Compressor)

کمپرسور پیستونی روغن‌کاری نشونده (Oil-free Piston Compressor) نوعی از کمپرسورهای رفت و برگشتی هستند که بدون نیاز به روغن در محفظه تراکم عمل می‌کنند. این ویژگی باعث می‌شود تا گاز یا هوای فشرده تولیدی، عاری از هرگونه آلودگی روغنی بوده و برای صنایع حساس بسیار مناسب باشند.

کمپرسور پیستونی روغن کاری نشونده

ویژگی‌های ساختاری:

• این کمپرسورها معمولاً در مدل‌های دو، چهار یا شش سیلندر طراحی می‌شوند.
• رینگ‌های پیستونی آن‌ها از جنس پلی‌اتیلن یا کربن ساخته می‌شود که مقاومت بالایی در برابر سایش دارند.
• در برخی طراحی‌ها، دیواره پیستون و سیلندر مشابه کمپرسورهای مارپیچی شیاردار ساخته می‌شود تا اصطکاک کاهش یابد.

جزئیات فنی:

• کمپرسورهای بزرگ‌تر به یک یاتاقان متحرک و واشرهای درزگیر روی پین‌های انگشتی پیستون مجهز هستند.
• یک قطعه‌ی میانی تهویه‌کننده نیز در آن‌ها تعبیه شده که مانع از انتقال روغن از محفظه کارتل به محفظه تراکم می‌شود.
• کمپرسورهای کوچک‌تر معمولاً دارای کارتل روغن مستقل به همراه سیستم آب‌بندی هستند تا عمر یاتاقان‌ها افزایش یابد، در حالی‌که بخش تراکم همچنان بدون روغن باقی می‌ماند.

کاربردها:

به دلیل حذف روغن از فرآیند تراکم، این کمپرسورها به طور گسترده در صنایع دارویی، غذایی، پزشکی، آزمایشگاهی و هر جایی که نیاز به هوای کاملاً پاک وجود دارد استفاده می‌شوند.

3-4-4. کمپرسور مارپیچی روغن‌کاری نشونده (Oil-free Screw Compressor)

اولین کمپرسورهای مارپیچی به صورت متقارن طراحی شده بودند و در محفظه تراکم آن‌ها از هیچ مایعی استفاده نمی‌شد، به همین دلیل به آن‌ها «کمپرسور مارپیچی روغن‌کاری نشونده» یا «خشک» گفته می‌شد. در اواخر دهه ۱۹۶۰، طراحی جدیدی با مارپیچ نامتقارن معرفی شد که باعث افزایش راندمان به شکل چشمگیر شد. این بهبود کارایی عمدتاً به دلیل کاهش میزان نشتی هوا در فرآیند تراکم بود.

ویژگی‌های عملکردی:

• در این نوع کمپرسورها، چرخ‌دنده بیرونی وظیفه هماهنگی حرکت دو روتور را بر عهده دارد. روتورها در جهت مخالف یکدیگر حرکت می‌کنند.
• روتورها نه با یکدیگر و نه با دیواره محفظه تماس مستقیم ندارند، بنابراین نیازی به روانکاری در بخش تراکم نیست.
• نتیجه این طراحی، تولید هوای کاملاً عاری از روغن است که برای صنایع حساس اهمیت بالایی دارد.

جزئیات فنی:

• روتورها و محفظه با دقت بسیار بالا ساخته می‌شوند تا نشتی به حداقل برسد.
• نسبت فشار تراکم در این کمپرسورها به اختلاف دمای بین ورودی و خروجی محدود می‌شود.
• به همین دلیل، اغلب کمپرسورهای مارپیچی خشک به صورت چندمرحله‌ای طراحی می‌شوند تا فشار نهایی مورد نیاز تأمین گردد.

کاربردها:

کمپرسورهای مارپیچی روغن‌کاری نشونده به دلیل حذف کامل روغن، در صنایع دارویی، غذایی، شیمیایی و هر جایی که کیفیت و پاکیزگی هوا اهمیت دارد، به‌طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرند.

4-4-4. کمپرسور مارپیچی مایع تزریقی (Liquid-injected Screw Compressor)

در این نوع کمپرسور، برای روانکاری، خنک‌کاری و کاهش نشتی هوا، مایعی مستقیماً به داخل محفظه تراکم تزریق می‌شود. این مایع همچنین به یاتاقان‌ها و بخش‌های متحرک کمپرسور هم می‌رسد تا عملکرد مطمئن و بدون اصطکاک را تضمین کند.

نقش مایع تزریقی:

• کاهش دمای ناشی از فرآیند تراکم (خنک‌کاری مستقیم)
• روانکاری قطعات متحرک و یاتاقان‌ها
• آب‌بندی محفظه تراکم و جلوگیری از نشت برگشتی هوا به سمت ورودی

انواع مایعات مورد استفاده:

• روغن: رایج‌ترین گزینه به دلیل خواص عالی روانکاری و انتقال حرارت.
• آب: در برخی کاربردهای خاص برای تولید هوای کاملاً بدون روغن و خنثی استفاده می‌شود.

ویژگی‌های فنی:

• توانایی دستیابی به فشارهای بالا در یک مرحله تراکم (تا حدود ۱۳ بار).
• راندمان بالاتر نسبت به مدل‌های خشک به دلیل کاهش دما و نشتی.
• ساختار ساده‌تر در مقایسه با طراحی چندمرحله‌ای کمپرسورهای خشک.

کاربردها:

این کمپرسورها به دلیل کارایی بالا و امکان استفاده از روغن یا آب، در صنایع متنوعی مانند کارخانه‌های صنعتی، تولید انرژی، صنایع غذایی، دارویی و سیستم‌های هوای فشرده عمومی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

5-4-4. دمنده (Blower)

دمنده یا بلوئر دستگاهی است که وظیفه آن افزایش فشار و جابجایی هوا یا گاز در محدوده فشارهای پایین است. برخلاف کمپرسورهای جابجایی مثبت، دمنده‌ها فاقد تراکم داخلی هستند و فرآیند فشرده‌سازی عمدتاً زمانی رخ می‌دهد که محفظه تراکم در تماس با مجرای خروجی قرار گیرد. به همین دلیل بازدهی آنها نسبت به کمپرسورها پایین‌تر است و در عوض می‌توانند دبی‌های حجمی بالا در فشارهای کم تولید کنند.

ساختار و عملکرد:

• شامل دو روتور هم‌شکل و متقارن است که در محفظه استوانه‌ای و به‌صورت همزمان (با کمک چرخ‌دنده هماهنگ‌کننده) می‌چرخند.
• تراکم در اثر کاهش حجم محفظه و مقاومت فشار خروجی صورت می‌گیرد.
• معمولاً بدون روغن (Oil-free) کار می‌کنند.
• صدای کارکرد بالاتری نسبت به کمپرسورها دارند.

ویژگی‌ها:

• فشار خروجی محدود و عمدتاً تک‌مرحله‌ای (معمولاً کمتر از 1.5 بار).
• امکان استفاده چندمرحله‌ای وجود دارد ولی بازدهی کم آن را محدود می‌کند.
• توانایی جابجایی حجم بالای هوا یا گاز در مقایسه با کمپرسورهای مشابه.

کاربردها:

• سیستم‌های نیوماتیکی (انتقال مواد با هوا)
• صنایع فاضلاب و تصفیه آب (هوادهی)
• پمپ‌های خلاء با فشار پایین
• صنایع غذایی و دارویی برای انتقال مواد پودری یا گرانولی

6-4-4. پمپ خلأ (Vacuum Pump)

خلأ به شرایطی گفته می‌شود که فشار یک محیط کمتر از فشار اتمسفر باشد. پمپ خلأ در واقع نوعی کمپرسور یا جابجاکننده گاز است که به‌جای افزایش فشار، وظیفه اصلی آن کاهش فشار و ایجاد خلأ نسبی یا مطلق در یک محفظه است.

ساختار و عملکرد:

• پمپ‌های خلأ معمولاً مشابه کمپرسورها عمل می‌کنند اما محدوده فشار کاری آن‌ها متفاوت است.
• برخلاف کمپرسورهای معمولی که برای افزایش فشار استفاده می‌شوند، این تجهیزات برای رسیدن به فشارهای پایین‌تر از اتمسفر طراحی می‌شوند.
• در برخی طراحی‌ها از چند مرحله تراکم یا جابجایی استفاده می‌شود تا فشار تا محدوده‌های بسیار پایین (۱۰⁻¹ تا ۱۰⁻⁵ بار) کاهش یابد.

ویژگی‌ها:

• توانایی ایجاد نسبت فشار بسیار بالا (نسبت فشار = فشار اتمسفر ÷ فشار نهایی).
• بسته به نوع طراحی، می‌توانند از فشار 1 بار تا حدود 10⁻³ یا حتی پایین‌تر عمل کنند.

انواع مختلفی دارند، از جمله:

• پمپ‌های جابجایی مثبت (مانند رینگ مایع یا پیستونی)
• پمپ‌های دینامیکی (مانند توربومولکولی)
• پمپ‌های کمکی برای ترکیب با کمپرسورها یا بلوئرها

کاربردها:

• صنایع شیمیایی و دارویی (خشک‌کن‌ها، تقطیر در خلأ)
• صنایع غذایی (بسته‌بندی خلأ، فریزدرایر)
• صنایع نیمه‌هادی و الکترونیک (ایجاد محیط‌های بدون هوا)
• پمپ‌های کمکی در کنار کمپرسورها برای رسیدن به فشارهای خیلی پایین

7-4-4. کمپرسور کمکی (Booster Compressor)

کمپرسور کمکی دستگاهی است که وظیفه دارد هوای فشرده‌ای را که از قبل توسط یک کمپرسور اولیه تولید شده است، تا فشار بالاتری متراکم کند. به بیان ساده، بوستر یک «مرحله تقویتی» در مسیر هوای فشرده است.

ویژگی‌ها و عملکرد:

• معمولاً در مواقعی به‌کار می‌رود که فشار هوای خروجی از کمپرسور اصلی کافی نباشد یا در طول مسیر انتقال در لوله‌های طولانی افت فشار رخ دهد.
• تراکم می‌تواند تک‌مرحله‌ای یا چندمرحله‌ای باشد.
• از نظر نوع طراحی، هم کمپرسورهای دینامیکی و هم جابجایی مثبت می‌توانند به‌عنوان بوستر عمل کنند، اما کمپرسورهای پیستونی رایج‌ترین نوع بوستر محسوب می‌شوند، زیرا توانایی رسیدن به فشارهای بسیار بالا را دارند.

مزایا و محدودیت‌ها:

• با استفاده از بوستر می‌توان فشار هوای فشرده را در یک بخش خاص از فرآیند افزایش داد بدون اینکه نیاز به طراحی مجدد کل سیستم هوای فشرده باشد.
• توان موردنیاز برای کمپرسور کمکی مستقیماً با نسبت فشار افزایش می‌یابد. این موضوع موجب می‌شود که بوسترها بیشتر برای افزایش فشار در جریان‌های نسبتاً کوچک استفاده شوند، نه برای جریان‌های حجیم.
• مشابه با پمپ‌های خلأ، منحنی توان مصرفی بوستر تابعی از فشار ورودی است؛ یعنی هرچه فشار ورودی کمتر باشد، توان مورد نیاز برای رسیدن به فشار نهایی بیشتر خواهد بود.

کاربردها:

• جبران افت فشار در خطوط انتقال طولانی هوای فشرده.
• رساندن فشار هوا به سطح بالاتری برای فرآیندهای صنعتی خاص (مانند پرس‌های پنوماتیکی، تجهیزات تست فشار، صنایع غذایی و دارویی).
• استفاده در سیستم‌هایی که نیاز به هوای فشرده با فشار دو سطحی دارند (یک فشار عمومی برای تجهیزات عادی و یک فشار بالاتر برای عملیات خاص).

8.4-4. تشدید کننده‌های فشار (Pressure Intensifiers)

تشدیدکننده‌های فشار تجهیزاتی هستند که برای افزایش فشار سیال (معمولاً هوا یا گازهای خنثی) تا مقادیر بسیار بالا به‌کار می‌روند. این دستگاه‌ها برخلاف کمپرسورهای متداول، برای دبی‌های کم طراحی شده‌اند اما قابلیت دستیابی به فشارهایی چند صد برابر فشار ورودی را دارند.

ویژگی‌ها و عملکرد:

• در ساده‌ترین حالت، یک فشار ورودی حدود ۷ بار می‌تواند در یک مرحله تا حدود ۲۰۰ بار تقویت شود.
• در مدل‌های چندمرحله‌ای، این مقدار حتی به ۱۷۰۰ بار نیز می‌رسد.
• فرآیند معمولاً به‌صورت تناوبی و ضربانی است تا فشار خروجی در محدوده‌ای از پیش تعیین‌شده تنظیم شود.
• اساس کار بر مبنای تفاوت سطح مقطع پیستون‌ها است:
  • یک سیال کم‌فشار (مثلاً هوا) باعث حرکت پیستون بزرگ می‌شود.
  • این حرکت به پیستون کوچک منتقل شده و فشار بسیار بالایی بر سیال ثانویه وارد می‌کند.

نکات مهم در بهره‌برداری:

• چون در این دستگاه‌ها فشارهای بسیار بالا تولید می‌شود، جریان خروجی محدود است و بیشتر در کاربردهای آزمایشگاهی و خاص به کار می‌رود.
• هنگام استفاده از هوا در تشدیدکننده‌های فشار، باید کاملاً عاری از روغن باشد تا از خطر احتراق خودبه‌خود جلوگیری شود.
• تمامی گازهای خنثی (مثل نیتروژن یا هلیوم) را می‌توان با این روش متراکم کرد.

کاربردها:

• تست فشار در شیرآلات، لوله‌ها، شیلنگ‌ها و مخازن.
• فرآیندهای آزمایشگاهی و تحقیقاتی که نیاز به فشار بسیار بالا در حجم کم دارند.
• صنایع هیدرولیک و پنوماتیک برای ایجاد فشارهای موضعی بسیار زیاد.

5. راندمان سیستم‌های کمپرسور

کمپرسورها بعد از پمپ‌ها، دومین تجهیزات مصرف کننده انرژی در صنایع مختلف هستند (با مصرف ۱۶ درصد برق موتورهای صنعتی توسط کمپرسورهای هوا و ۷ درصد آن توسط کمپرسورهای سیستم‌های تبرید) و نیز دومین جایگاه در پتانسیل کاهش مصرف انرژی را نیز به خود اختصاص می‌دهند (به طور متوسط ۱۷٫۱ درصد)

راندمان کمپرسورها به عوامل متعددی وابسته است:

• طراحی داخلی
• تعداد مراحل تراکم
• نوع خنک‌کاری
• شرایط بهره‌برداری.

در سیستم‌های چیلر، راندمان کمپرسور مستقیماً روی COP یا ضریب عملکرد کل سیستم اثر می‌گذارد.

6. عوامل تعیین‌کننده انتخاب کمپرسور برای چیلر صنعتی

انتخاب کمپرسور مناسب برای یک چیلر صنعتی تنها یک تصمیم فنی نیست؛ بلکه انتخابی استراتژیک است که می‌تواند سرنوشت کل سیستم سرمایشی را از نظر کارایی، پایداری و هزینه‌های بلندمدت تعیین کند. کمپرسور به‌عنوان قلب چیلر، نه‌تنها ظرفیت و عملکرد سیستم را مشخص می‌کند، بلکه بر میزان مصرف انرژی و هزینه‌های بهره‌برداری نیز اثر مستقیم دارد.

در ادامه، مهم‌ترین معیارهایی که باید در انتخاب کمپرسور برای چیلر صنعتی مدنظر قرار گیرند آورده شده است:

1-6. ظرفیت سرمایشی مورد نیاز

ظرفیت طراحی چیلر نخستین پارامتر تعیین‌کننده نوع کمپرسور است:

• ظرفیت‌های کوچک (زیر ۱۰۰ تن تبرید): کمپرسورهای پیستونی و اسکرول رایج‌تر هستند.
• ظرفیت‌های متوسط (۱۰۰ تا ۵۰۰ تن تبرید): کمپرسورهای اسکرو (مارپیچی) بهترین گزینه محسوب می‌شوند.
• ظرفیت‌های بزرگ (بیش از ۵۰۰ تن تبرید): کمپرسورهای سانتریفیوژ انتخاب اصلی‌اند.

2-6. راندمان انرژی و پروفایل بار

از آنجا که کمپرسورها پس از پمپ‌ها دومین مصرف‌کننده انرژی در صنایع هستند، راندمان باید یکی از مهم‌ترین معیارها باشد.

• در بار کامل، اسکرو و سانتریفیوژ بیشترین راندمان را دارند.
• در بارهای جزئی و متغیر، اسکرول و پیستونی عملکرد بهتری ارائه می‌دهند.
• انتخاب باید متناسب با الگوی مصرف واقعی مجموعه انجام شود، نه فقط ظرفیت اسمی.

3-6. نوع مبرد و الزامات زیست‌محیطی

تحولات قوانین زیست‌محیطی و محدودیت‌های مربوط به گازهای گلخانه‌ای، نقش مبردها را در انتخاب کمپرسور برجسته کرده است.

• برخی کمپرسورها تنها با مبردهای خاص کار می‌کنند.
• فشار کاری مبرد و میزان سازگاری با تکنولوژی کمپرسور باید بررسی شود.
• برای پروژه‌های بلندمدت، استفاده از مبردهای کم GWP و سازگار با استانداردهای جدید توصیه می‌شود.

4-6. هزینه سرمایه‌گذاری و بهره‌برداری

انتخاب کمپرسور یک توازن میان هزینه اولیه خرید و هزینه‌های جاری انرژی و نگهداری است:

• کمپرسورهای پیستونی و اسکرول: قیمت اولیه پایین‌تر، اما نگهداری بیشتر.
• کمپرسورهای اسکرو و سانتریفیوژ: قیمت بالاتر، اما صرفه‌جویی چشمگیر در انرژی و هزینه‌های بلندمدت.

5-6. شرایط بهره‌برداری و نگهداری

محیط و شرایط عملیاتی تأثیر زیادی در انتخاب دارند:

• در مکان‌هایی با محدودیت دسترسی به خدمات فنی، کمپرسورهای ساده‌تر (پیستونی و اسکرول) پیشنهاد می‌شوند.
• در پروژه‌های بزرگ و حیاتی با تیم نگهداری حرفه‌ای، کمپرسورهای اسکرو و سانتریفیوژ گزینه‌های بهینه‌اند.

6-6. صدا و لرزش

• کمپرسورهای اسکرول و اسکرو به دلیل طراحی خاص، صدای کمتری تولید می‌کنند.
• کمپرسورهای پیستونی معمولاً لرزش و صدای بیشتری دارند و در محیط‌های حساس (بیمارستان‌ها، ساختمان‌های اداری) مناسب نیستند.

7-6. طول عمر و دوام

• اسکرو و سانتریفیوژ: طول عمر بالاتر و نیاز کمتر به تعمیرات اساسی.
• پیستونی: نیاز به سرویس مداوم و تعویض قطعات مصرفی بیشتر.

8-6. انعطاف‌پذیری در کنترل ظرفیت

یکی از عوامل کلیدی در کاهش مصرف انرژی، نحوه کنترل ظرفیت کمپرسور است:

• اسکرو و سانتریفیوژ: قابلیت تنظیم پیوسته و دقیق ظرفیت (Continuous Modulation).
• پیستونی و اسکرول: معمولاً کنترل پله‌ای (Step Control).

جمع‌بندی

انتخاب کمپرسور برای چیلر صنعتی یک فرآیند چندمعیاره است که باید با توجه به ظرفیت، راندمان، نوع مبرد، هزینه‌ها، شرایط محیطی و الزامات نگهداری انجام شود.

• برای پروژه‌های کوچک، کمپرسورهای پیستونی و اسکرول گزینه‌های اقتصادی و ساده‌اند.
• برای پروژه‌های متوسط، کمپرسورهای اسکرو به دلیل راندمان بالا و صدای کم، انتخاب اول هستند.
• برای پروژه‌های بزرگ، کمپرسورهای سانتریفیوژ با طول عمر زیاد و بهره‌وری بالا بهترین گزینه به شمار می‌روند.

برای شفافیت بیشتر، در جدول زیر یک مقایسه جامع میان انواع کمپرسورها ارائه شده است که به تصمیم‌گیری سریع و دقیق کمک می‌کند.

جمع‌بندی

• برای چیلرهای صنعتی، کمپرسورهای پیستونی، اسکرو (مارپیچی)، سانتریفیوژ و اسکرول بیشترین کاربرد را دارند.
• بقیه انواع بیشتر در کاربردهای جانبی یا صنایع خاص استفاده می‌شوند، ولی شناخت آن‌ها به خواننده کمک می‌کند تصویر کامل‌تری از تکنولوژی‌های تراکم هوا داشته باشد.

برای مشاهده برندهای معتبر کمپرسورهای چیلر صنعتی در ایران، مقایسه قیمت‌ها و خدمات بام تبرید سازان، به مقاله «کمپرسور برودتی: انواع، مزایا، کاربردها و نکات مهم برای انتخاب صحیح» مراجعه کنید.

برای سفارش خرید کمپرسور با ما تماس بگیرد.

در ضمن برا مشاوره با کارشناسان بام تبرید سازان، از طریق تماس با ما یا پر کردم فرم تماس در همین صفحه، جزئیات درخواست خود را برای ما ارسال کنید.