بسم لله رحمن الحميم
ضواغط التبريد
(دراسة تفصيلية موسّعة)
تعريف الضاغط : هو جهاز يعمل على زيادة ضغط غاز ما .
في دارة التبريد ذات الانضغاط بالبخار ، يقوم الضاغط بتدوير وسيط التبريد ، حيث يسحبه من المبخر ويرفع ضغطه الى ضغط المكثف .
وعند الضغط المرتفع تكون درجة حرارة التشبع او الغليان مرتفعة كما هو الحال في المكثف ، حيث درجة حرارة وسيط التبريد اعلى من الوسط المحيط بالمكثف . بالتالي سيفقد المكثف الحرارة مما يؤدي الى تكثف وسيط التبريد.
اما في الناحية الاخرى من الضاغط هناك المبخر ، حيث الضغط منخفض وكذلك درجة حرارة التشبع منخفضة وهي اقل من درجة حرارة الوسط المحيط بالمبخر . بالتالي سيكتسب وسيط التبريد الحرارة مما يؤدي الى تبريد الوسط المحيط بالمبخر ، منتجاً بذلك ما يسمى بالتأثير التبريدي لدارة التبريد .
تصنيف الضواغط :
تصنف حسب طريقة زيادة الضغط الى :
الضواغط موجبة الازاحة positive displacement
والضواغط الديناميكية Dynamic compressors
الضواغط موجبة الازاحة: وفيها يتحقق زيادة الضغط نتيجة النقص في حجم الغاز . ومن هذه الضواغط نذكر :
الضواغط الترددية :reciprocating compressors
الضواغط الدورانية .rotary compressors ، ومنها :
الضواغط ذات الريش vane type
والضواغط الحلزونية screw type
والضواغط اللولبية scroll type
الضواغط الديناميكية : وفيها يتحقق زيادة الضغط بتحويل الطاقة الحركية التي يكتسبها الغاز اثناء دورانه في الضاغط الى طاقة ضغط حسب نظرية برنولي . ومن هذه الضواغط نذكر :
الضاغط النابذي (الطرد المركزي) centrifugal compressor
كما يمكن تصنيف الضواغط حسب طريقة التدوير الى :
1. ضواغط تدار مباشرة : اي تنقل الحركة من المحرك الى الضاغط مباشرةً . وتكون بنوعين :
أ. ضواغط مغلقة hermatic sealed حيث المحرك والضاغط في علبة واحدة
ب. ضواغط شبه مغلقة semihermatic sealed حيث المحرك والضاغط يتواجدان في مكانين منفصلين عن بعضهما .
2. ضواعط تدار بواسطة الاحزمة او السيور : حيث تنتقل الحركة من المحرك الى الضاغط بواسطة السيور ، وتدعى بـ الضواعط المفتوحة.
تعاريف اساسية :
ضغط السحب suction pressure : هو ضغط الغاز عند صمام الدخول الى الضاغط اثناء سحبه من المبخر ، ويمثل الضغط المنخفض في دارة التبريد .
ضغط التصريف discharge pressure : هو ضغط الغاز عند خروجه من صمام التصريف ، ويمثل الضغط المرتفع في دارة التبريد .
نسبة الانضغاط compression ratio : هي النسبة بين ضغط التصريف وضغط السحب .
سعة الضاغط compressor capacity : هي كمية الغاز الحجمية التي تمر في الضاغط خلال واحدة الزمن عند ضغط السحب .
قدرة الفرملة او الكبح brake power : هي القدرة الميكانيكية اللازمة لادارة الضاغط .
الضواغط الترددية
Reciprocating compressors
مبدأ عملها :
تقوم بضغط الغاز بحركة ترددية للمكبس داخل اسطوانة بها صمام لدخول الغاز وآخر لخروجه .
تتم العملية خلال شوطين للمكبس :
الاول شوط الدخول والذي يبدأ من وضع المكبس الاعلى “النقطة الميتة العليا” top dead center وينتهي عند “النقطة الميتة السفلى” bottom dead center .
بعد دخول الغاز يغلق صمام الدخول ويكون صمام الخروج ايضاً في وضع الاغلاق . ويضغط الغاز اثناء حركة المكبس في شوط الانضغاط نتيجة النقص في حجمه .
وعند وصول الضغط الى الحد المعين المطلوب يفتح صمام الخروج ويخرج الغاز من الاسطوانة .
استخدامها :
تستخدم في وسائط التبريد ذات الحجم النوعي الصغير ، ودارات التبريد ذات نسبة انضغاط مرتفعة ، حيث كمية التدفق قليلة نسبياً وضغط التصريف مرتفع .
نذكر ان وسائط التبريد التي تستخدم هذه الضواغط R-12 و R-22 . وتصنع باستطاعات مختلفة تتراوح من 50 واط في الثلاجات المنزلية الى 100 ك.واط في الثلاجات التجارية .
يمكن ان تكون الضواغط الترددية :
منفردة التأثير single acting حيث يتم ضغط الغاز في جانب واحد من المكبس
او تكون مزدوجة التأثير double acting حيث يتم ضغط الغاز في في جانبي المكبس … (بمعنى في الوقت الذي يكون شوط الادخال في احد الجوانب يكون الجانب الآخر في شوط الانضغاط … وهكذا .)
الازاحة والمردود :
ازاحة المكبس : تعرف ازاحة المكبس لضاغط ترددي بانها تساوي الحجم المكنوس من قبل المكابس داخل اسطوانات الضاغط في واحدة الزمن . وتحسب من العلاقة التالية :
نعرف المردود الحجمي لضاغط ترددي بالعلاقة التالية :
قد يصل عدد الاسطوانات في الضواغط الكبيرة الى 16 اسطوانة ، وترتب في عدة اشكال : خط واحد او شكل حرف V او W
تدار الضواغط الترددية بواسطة محرك كهربائي ، وتحول الحركة الدورانية الى حركة ترددية للمكبس عن طريق عمود المرفق (الكرنك crank) ، وذراع التوصيل ، وتكون الاجزاء الميكانيكية داخل وعاء مغلق كتيم عديم التسرب يعرف بعلبة المرفق crankcase .
الضواغط الترددية المغلقة وشبه المغلقة والمفتوحة
الضواغط المغلقة
في الضواغط المغلقة يوضع المحرك الكهربائي والضاغط في علبة مشتركة ومغلقة ، وتوضع هذه الاجزاء مستندة الى نوابض لمنع وتقليل الاهتزازات اثناء التشغيل ، كما تزود بكاتم صوت على خط السحب . ويستفاد من وسيط التبريد في تبريد المحرك التي تمرر اسلاكه الكهربائية عبر علبة الضاغط من خلال وصلات معزولة ومانعة للتسرب .
تستخدم الوحدات (الضواغط) المغلقة hermatic sealed بشكل واسع لانظمة التبريد ذات السعات الصغيرة ، مثل الثلاجات المنزلية .
ومن مميزات هذه الضواغط : قلة الضوضاء وصغر الحجم بسبب دمج الاجزاء ، وبساطة عملية التزييت ، وعدم تسرب وسيط التبريد .
ومن مساوئها : صعوبة الصيانة حيث لايمكن الوصول الى الاجزاء المتحركة بداخلها .
في الضواغط الترددية شبه المغلقة semi hermatic sealed : يكون المحرك الكهربائي والضاغط بغلاف مشترك ، لكن في حجرتين منفصلتين ، بحيث يمكن الوصول الى رأس الاسطوانات والمرفق لاجراء الصيانة والاصلاح للصمامات والمكابس والاجزاء الداخلية .
الضواغط الترددية المفتوحة :
في هذا النوع من الضواغط لايوضع المحرك الكهربائي والضاغط في نفس الغلاف بل في مكانين منفصلين ، وتنتقل الحركة من المحرك الى عمود المرفق بواسطة احزمة او سلاسل او قوابض .
ويمر عمود المرفق من خلال مانع تسرب لمنع تسرب وسيط التبريد والزيت للخارج ، الا ان هذا يزيد من فرصة تسرب وسيط التبريد عند تلف مانع تسرب او الحشوة gasket .
أجزاء ومكونات الضواغط الترددية
تتكون الضواغط الترددية بشكل عام من الاجزاء التالية :
الاسطوانة cylinder
المكبس piston
الحلقات rings
ذراع التوصيل connecting rods
عمود المرفق (الكرنك) crankshaft ومانعات التسرب seals
صمامات السحب والتصريف suction and discharge valves
الاسطوانة
1. الاسطوانة:في الضواغط الصغيرة المغلقة تسكب الاسطوانة اما من حديد الزهر (حديد الصب) castiron أو من الالمنيوم . وقد تسكب الاسطوانة مع زعانف لزيادة المساحة المعرضة لتبريد الضاغط . وتصب الاسطوانة مع علبة المرفق كقطعة واحدة .
اما اسطوانات الضواغط الكبيرة المفتوحة ذات السعة العالية فتصب الاسطوانة من حديد الزهر واحياناً يضاف اليها النيكل ، لمنع تسرب وسيط التبريد خلال الاسطوانة . وتصب الاسطوانة وحدها وكذلك علبة المرفق على انفراد ، مع عمل شفة لكل منهما لربطهما ببعض ، بالبراغي والصامولات .
وتركب القمصان الداخلية liners او الجلبة في جسم الاسطوانة الداخلي لتقليل تآكل المكبس والحلقات ، ويمكن استبدال هذه القمصان فيما بعد عند تلفها .
كما ان هذه الضواغط تبرد من خلال سريان المياه في مجارٍ أو قنوات بداخل جسم الاسطوانة .
ولكوم جزيل شكر