چیلر پیستونی چیست؟
چیلر پیستونی نوعی چیلر تراکمی است که از کمپرسور پیستونی برای فشرده سازی گاز مبرد استفاده میکند. این نوع چیلر در ظرفیتهای مختلف تولید میشود و کاربردهای گستردهای در صنایع و تهویه مطبوع دارد.
چیلر پیستونی، بااستفاده از یک سیستم رفت و برگشتی اجازه میدهد سیال خنک کننده یا آب به چندین واحد تهویه مطبوع (رادیاتور، فن کویل و…) رسیده و سپس به تاسیسات بازگردد. این نوع چیلرها، به وسیله یک پیستون یا کمپرسور گشتاوری عمل کرده و برای فشردهسازی گازهای خنککننده استفاده میشوند. در ادامه به کاربردها و مزایای چیلر پیستونی میپردازیم.
ساختار و عملکرد چیلر پیستونی
چیلر پیستونی از ۴ جزء تشکیل شده، این اجزا به هم متصل بوده و مبرد که یک سیال است بین این ۴ جزء گردش میکند. سیالی که درون اجزا حرکت میکند، هیچگونه تماسی با بیرون ندارد و سیکل بهطور مجدد تکرار میشود. بههمینعلت، به این سیستم چرخه میگویند. کمپرسور مهمترین و پیچیده ترین بخش چیلر و نیز تنها بخش متحرک آن محسوب میشود.
این قطعه به دلیل سایش مداوم، نیاز به نگهداری و بازرسی منظم دارد. کمپرسور پیستونی در چیلر، مبرد را به شکل بخار وارد آن کرده و فشرده میساز، که این فرآیند سبب افزایش دمای مبرد میشود. افزایش دما در بخش بعد یعنی در کندانسور جبران میشود. وظیفه کندانسور انتقال گرمای مبرد به خارج از چرخه یعنی به هوای آزاد اطراف آن است. روش انتقال گرما در کندانسورهای مختلف، متغییر است. در چیلر پیستونی، از ۲ نوع کندانسور هوا خنک و آب خنک استفاده میشود.
عملکرد این تجهیزات به ساختار آنها بستگی دارد. دلیل این امر این است که هرکدام از آنها دارای ساختار خاص و اجزای مشخصی هستند؛ بنابراین باید در ابتدا با اجزای این تجهیزات آشنا شوید. سپس میتوانید عملکرد آنها را موردبررسی قرار دهید.
ساختار چیلر پیستونی و عملکرد هر یک از بخشهای آن بهطور خلاصه به شکل زیر است:
پیستونها
پیستون با فشرده کردن گاز درون سیلندرها، گاز را فشرده و به یک تبادرل حرارت دهنده منتقل میکنند. در چیلرهای پیستونی یک یا چند پیستون وجود دارد که حرکت عمودی یا افقی در سیلندر دارند.
سیستم گسیل آبی
گاز فشرده شده به یک سیستم گسیل آبی میرسد که حاوی آب است. این آب از طریق پمپها به سیستم لوله کشی وارد میشوند و وظیفه مهمی برعهده دارند.
تبادل حرارت
گازهای خنک کننده حرارت ناشی از چیلر پیستونی را به آب منتقل کرده و سپس گاز خنک شده به فشار پایینتری منتقل میشود.
فرآیند تبرید
گاز فشرده به کمک پیستون به حداکثر فشردگی میرسد، سپس این گاز به کمک یک کمپرسور به سیستم رفت و برگشتی فرستاده میشود. در این بخش، گاز با از دست دادن حرارت خود به شکل یک گاز سرد به واحدهای تهویه ارسال میشود.
فرآیند گرمایش
پس از اینکه گاز به واحدهای تهویه ارسال شد، حرارت خود را از آنها جذب میکند و به شکل یک گاز گرم به سیستم باز میگردد. با بازگشت گاز به کمپرسور، چرخه تبرید تکرار میشود.
کاربردهای چیلر پیستونی یا رفت و برگشتی
چیلرهای پیستونی (رفت و برگشتی) از جمله چیلرهایی هستند که براساس عملکرد پیستونها برای فشردهسازی و گسترش دادن گازهای خنککننده عمل میکنند. این نوع از چیلرها در کنار ساختار ساده، هزینه مقرونبهصرفهای نیز دارند و در موارد زیر مورداستفاده قرار میگیرند:
کاربردهای صنعتی
چیلرهای پیستونی در خنک کردن ماشینها، تجهیزات صنعتی و فرآیندهای تولید به طور ویژهای مورداستفاده قرار میگیرد.
سیستم های تهویه مطبوع
چیلرهای پیستونی به ایجاد هوای تازه و خنک در سیستم های تهویه مطبوع در فضاها و ساختمان ها کمک میکند.
استفاده در صنایع گاز و پتروشیمی
در صنایع پتروشیمی، از چیلرهای پیستونی برای خنکسازی فرآوردههای نفتی و گازی استفاده میکنند.
ساختمان ها و ادارات
چیلرهای پیستونی به دلیل توانایی در فشردهسازی بالا و نیز، توانایی ارائه حجم زیادی از هوای گرم یا سرد، در سیستم تهویه مطبوع ساختمانها و ادارات مورد استفاده قرار میگیرند.
صنعت
در صنایع مختلف، از جمله صنایع دارویی، شیمیایی و غذایی از چیلرهای پیستونی برای ایجاد سرمایش و گرمایش در فضاها و تجهیزات استفاده میشود. این مورد یکی از مهمترین کاربردهای این تجهیزات بهشمار میرود. چراکه ساخت دارو نیازمند رعایت بهداشت و تامین دمای موردنیاز است.
سیستم های خنک کننده اتومبیل ها
در صنعت خودروسازی، چیلرهای پیستونی بهعنوان خنککننده ماشینها و دستگاههای مکانیکی بکار میروند.
بیمارستان ها و مراکز درمانی
در مراکز درمانی بهداشتی، از چیلرهای پیستونی برای ایجاد شرایط مناسب حرارتی و تهویه اتاق ها بهره میگیرند.
کمپرسور پیستونی
کمپرسورها به ۲ دسته جابجایی مثبت و دوار طبقهبندی میشوند. در کمپرسور نوع دوار، قطعهای با سرعت بالا میچرخد و سیال را فشرده میکند که این روند بهطور پیوسته صورت میگیرد؛ اما در کمپرسور جابجایی مثبت با حبس سیال در یک محفظه و اعمال نیرو به وسیله مکانسیم های مختلف، فشار سیال افزایش می یابد.
از معروفترین کمپرسورهای جابهجایی مثبت، کمپرسورهای پیستونی هستند. این کمپرسورها با که با نام کمپرسور رفت و برگشتی نیز شناخته میشوند، از قدیمیترین کمپرسورهای صنعتی چیلر محسوب شده و تا چند دهه پیش بهعنوان رایجترین کمپرسور چیلر در صنعت تبرید بکار میروند.
کمپرسورهای پیستونی بر اساس حرکت رفت و برگشتی کار میکنند. در داخل کمپرسورهای رفت و برگشتی، سیلندر و پیستونهایی وجود دارد که هرکدام از این سیلندرها یک محفظه بسته با ۲ راه برای ورود و خروج هوا دارند که یک طرف آن بهوسیلهی پیستونی که به جلو و عقب حرکت میکند، مسدود شده است.
فرایند فشرده سازی
فرآیند فشرده سازی مبرد در کمپرسورهای پیستونی، با قرارگیری پیستون در پایینترین وضعیت خود آغاز میشود. در این حالت، حجم محفوظه به ماکسیمم مقدار خود رسیده و به دلیل نیروی مکشی که درون سیلندر وجود دارد، مبرد از طریق خط مکش و باز شدن شیر مکش به درون سیلندر وارد میشود. در این فرآیند، شیر مکش باز و شیر تخلیه بسته میشود.
زمانی که پیستون به پایینترین نقطه حرکت برسد، شیر مکش بسته شده و مبرد چیلر در داخل محوطه حبس میشود. در این وضعیت، پیستون شروع به حرکت به سمت بالا کرده و حجم هوایی که راه فرار ندارد کم میشود. با کاهش حجم هوا و افزایش فشار، درست در زمانی که این فشار به نقطه مقاومت شیر تخلیه رسید ، شیر باز شده و مبرد به سمت کندانسور هدایت میشود. با تنظیم فشار مقاومت شیر تخلیه به فشار دلخواه مبرد در چرخه تبرید تراکمی میرسیم.
زمانی که مبرد از پیستون خارج شود، فشار بخار داخل سیلندر کم شده و درنتیجه شیر تخلیه بسته میشود. بدین ترتیب از بازگشت مبرد به سمت عقب جلوگیری میشود. در این مرحله، پیستون با حرکت به سمت پایین، مکش را تکرار کرده و با تکرار این مراحل، یک کمپرسور پیستونی، مبرد را تا فشار موردنیاز چیلر فشرده میسازد.
کمپرسورهای پیستونی در چیلر رفت و برگشتی به ۲ شکل بسته و نیمه بسته تقسیم میشوند. در نوع بسته، موتور الکتریکی محرک آن و کمپرسور به شکل مستقیم کوپل شده و در یک محفظه آب بندی شده قرار دارند. در کمپرسورهای نیمه بسته، بدنه موتور و کمپرسور جدا از هم هستند. بازده و مدت زمان سرویس در کمپرسورهای نیمه بسته بالاتر است، درحالی که میزان نیاز به نگهداری در هر ۲ نوع کمپرسور بسته و نیمه بسته مشابه یکدیگر است.
انواع کمپرسور پیستونی
پیش از خواندن ادامه مطلب ، حتما مطالب فوق درمورد کمپرسورهای چیلر را مطالعه کنید تا درک بهتری نسبت به انواع آن پیدا کنید.
کمپرسور پیستونی یک طرفه
در کمپرسور پیستونی یک طرفه، یک شیر مکش و یک شیر تخلیه وجود دارد. در هر دور دوران میل لنگ، تنها یک چرخه تراکم وجود دارد.
کمپرسور پیستونی دو طرفه
در کمپرسور پیستونی دوطرفه، ۲ شیر مکش و ۲ شیر تخلیه وجود دارد که بهازای هر دور دوران میل لنگ، ۲ چرخه متراکم دیده میشود. هم در قسمت بالا و هم در قسمت پایین سیلندر، یک شیر تخلیه و یک شیر مکش قرار دارد.
کمپرسور پیستونی دیافراگمی
این نوع از کمپرسور، شکل تغییر یافتهی کمپرسورهای پیستونی است که مبرد در بالا و پایین آمدن یک پرده یا غشا فشرده میشود. حرکت بالا و پایین دیافراگم با استفاده از اتصال آن به یک پیستون به دست میآید. حرکت پیستون نیز به وسیلهی میل لنگ صورت میگیرد. میل لنگ توسط یک الکتروموتور چرخانده میشود. با پایین آمدن دیافراگم، حجم محفظه داخلی افزایش یافته و درنتیجه یک مکش ایجاد میکند.همچنین با بالا رفتن پیستون و دیافراگم، مبردی که در محفظه محبوس شده، فشرده و به بیرون فرستاده میشود.
مزایای چیلر پیستونی چیست؟
از جمله مهمترین مزایای چیلر پیستونی میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
کارایی بالا
چیلرهای پیستونی به دلیل ساختار ساده و کمپرسور گشتاوری که دارند، از کارایی بالایی برخوردارند.
قیمت مناسب
وجود ساختار ساده و همچنین کاهش هزینه های تولید، چیلرهای پیستونی اغلب از قیمت مناسبتری نسبت به دیگر چیلرها دارند.
قابلیت فشرده سازی بالا
یکی از مهمترین علتهای بالا بودن کارایی چیلر پیستونی، طراحی فشرده سازی بالا و انجام کار در فشارهای بالاست.
قابلیت تنظیم براساس نیاز
در چیلرهای پیستونی قابلیت تطبیق و تنظیم سرعت کمپرسور با نیازهای حجم هوای خنک کننده وجود دارد که این ویژگی موجب صرفه جویی در مصرف انرژی نیز میشود.
استفاده از گازهای خنک کننده متنوع
چیلرهای پیستونی توانایی استفاده از انواع گوناگونی از خنک کننده ها را دارند که این امر سبب انعطاف پذیری در عملکرد آنها نیز شده است.
معایب چیلر پیستونی
کمپرسور در چیلر پیستونی دارای تعداد زیادی قطعه است که برخی از قطعات آن متحرک هستند. به دلیل نوع عملکرد این قطعات، سایش زیادی بین قطعات وجود دارد که در گذر زمان دچار اختلال در دستگاه و تحمیل هزینه های جانبی برای شما میشود. همچنین چیلر پیستونی در مقایسه با دیگر چیلرها نیازمند به مراقبت بیشتری دارد که این موضوع باعث تحمیل هزینه های بیشتر از جمله هزینه بازرسی و تعمیر میشود.
کمپرسور پیستونی به حضور رطوبت و مایعات در داخل کمپرسور حساس است. این موضوع میتواند سبب کج شدن شاتون یا شافت پیستون و حتی بریده شدن میل لنگ شود. بازده کمپرسورها بهعلت نوع طراحی و مکانسیم آنها پایین است که این موضوع باعث میشود که ضریب عملکرد چیلر پایین باشد. پایین بودن ضریب عملکرد، انرژی مصرفی چیلر را بالا برده درنتیجه، هزینه های جاری چیلر پیستونی بیشتر از سایر چیلرهاست.
عیب دیگر چیلرهای پیستونی، وجود صدای بالای آن است که این موضوع، به دلیل مکانسیم رفت و برگشتی تراکم مبرد است. گاز خروجی از کمپرسور، دارای ضربان بوده و احتمال بروز پدیده تشدید در صورتی که از چند کمپرسور به شکل موازی استفاده کنیم وجود دارد؛ لذا در این حالت باید حتما از قطعات ضربه گیر در قسمت دهش استفاده کنیم.
قیمت
چیلرهای پیستونی بر اساس مدل، تجهیزات، ظرفیت، امکانات،قطعات و نوع برند چیلر قیمتهای متفاوتی دارند. در هنگام خرید این دستگاه باید به صورت تخصصی تمام مواردی که مد نظرتان است موردبررسی قرار دهید تا بتوانید چیلر پیستونی موردنیازتان را با مناسبترین قیمت خریداری کنید.
نتیجه گیری
چیلر پیستونی یا رفت و برگشتی، همانطورکه گفته شد مزایای و معایبی را به همراه کاربردهای خاصی به همراه دارد. ساختار ساده و هزینه مقرونبهصرفه از جمله مواردی است که استفاده از چیلر پیستونی را نسبت به سایر چیلرها برتری میبخشد. توسعه فناوری ها و همچنین نگهداری مداوم آن میتواند به کاهش مشکلات احتمالی و بهبود عملکرد آن کمک کند. درنهایت، انتخاب چیلر مورد نیازتان باید با توجه به نیازها و شرایط هر پروژه صورت بگیرد تا باعث بهبود کارایی سیستم و صرفه جویی در هزینه های شما شود.