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 .
اخوكم يونس
