معمولی ترین کمپرسورهایی که در حال حاضر در تاسیسات تبرید و تهویه مطبوع به کار می روند کمپرسورهای سیلندر پیستونی هستند. این کمپرسورها را رفت و برگشتی، ضربه ای و متقارن نیز می نامند. سیلندر این کمپرسورها ممکن است یک عدد و یا بیشتر باشد. سیلندرها در کمپرسورهای چند سیلندر به یکی از شکل های V، W، شعاعی یا خطی استقرار می یابند. کمپرسورهای دو و سه سیلندر معمولا خطی و کمپرسورهای چهار سیلندر یا بیشتر شعاعی ساخته می شوند و الگوی آنها V شکل یا W شکل است. سیلندرها را بیشتر از آلیاژ چدن-نیکل می سازند. سطح داخل سیلندرها باید کاملا صاف و صیقلی باشد. برای خنک نمودن سیلندر، بعضی مواقع جدار بیرونی آن را به صورت پره در می آورند تا انتقال حرارتی بهتری با محیط خارج داشته باشد.

اجزای تشکیل دهنده کمپرسور سیلندر پیستونی

الف) پیستون ها

شکل ظاهری پیستون ها استوانه ای می باشد ولی در بعضی از مواقع به علت انبساط، مقطع آن کاملا دایره ای نمی باشد. جنس پیستون ها بیشتر از چدن بوده که سطح آن را به دقت تراشکاری و پرداخت نموده اند. در روی پیستون شیارهایی برای قرار گرفتن رینگ به وجود می آورند. رینگ های روغن از چدن ساخته می شوند و کاملا جذب شیار روی پیستون می باشند و برای این منظور دو سر رینگ را به شکل مخروطی در می آورند. همچنین تلرانس بین سیلندر و پیستون بسیار ناچیز می باشد و آن را در حدود 0.0002 اینچ به ازای هر اینچ قطر پیستون در نظر می گیرند. در این پیستون ها در هر سیکل کامل فقط یک بار گاز فشرده می شود.

سیکل چهار زمانه پیستون به شرح زیر است:

1. مبرد پس از خارج شدن از اواپراتور از طریق لوله مکش به کمپرسور می رسد و وقتی پیستون به سمت پایین حرکت می کند، گاز مبرد از طریق سوپاپ مکش وارد سیلندر می شود. (مرحله دریافت)

2. پیستون به سمت بالا حرکت کرده و شروع به متراکم کردن گاز مبرد می نماید به طوری که حجم گاز مبرد کاهش یافته و فشار آن بالا می رود. 

3. در انتهای کورس پیستون، گاز مبرد از سوپاپ دهش خارج شده و از طریق لوله خروجی به کندانسور می رود. (مرحله تخلیه)

4. پیستون حرکت خود به سمت پایین را آغاز کرده و سیکل دوباره از سر گرفته می شود. (مرحله انبساط مجدد)

ب) شاتون

در کمپرسور سیلندر پیستونی، شاتون، قطعه ارتباط دهنده پیستون به میل لنگ است و حرکت دورانی میل لنگ را به حرکت رفت و برگشتی پیستون تبدیل می کند. شاتون معمولا از فولاد ساخته می شود. یک انتهای شاتون با گِژِن پین به پیستون متصل می شود و انتهای دیگر آن با میل لنگ درگیر است. فاصله آزاد بین میل لنگ و یاتاقان متحرک حدودا 0.001 اینچ می باشد. دسته های شاتون غالبا دو پارچه ساخته می شوند و توسط پیچ و مهره با یاتاقان متحرک و میل لنگ مرتبط می شوند.

ج) میل لنگ

در کمپرسورهای سیلندر پیستونی، وظیفه میل لنگ، تبدیل حرکت دورانی موتور به حرکت رفت و برگشتی پیستون است. میل لنگ معمولا از آهن با کربن متوسط ساخته می شود. تکیه گاه میل لنگ یاتاقان های ثابت انتهای آن می باشد و در محل اتصال شاتون به میل لنگ از یاتاقان های متحرک استفاده می شود. جنس این یاتاقان ها بسیار سخت بوده و از مس، برنز و یا آلیاژهای سرب ساخته می شوند که علاوه بر استحکام دارای خللی هستند که روغن بتواند به درون یاتاقان نفوذ کند. لنگ میل لنگ را هم می توان بصورت صفحه چدنی خارج از مرکز و هم می توان بصورت صفحه بادامک شکل تامین کرد.

د) سوپاپ های سیلندر

سوپاپ های مکش و دهش سیلندر بر اساس اختلاف فشار بین داخل سیلندر و فشار در لوله مکش یا دهش کار می کنند. سوپاپ مکش زمانی باز می شود که مرحله پایین رفتن پیستون شروع شده است و در آن زمان فشار سیلندر از فشار در لوله مکش کمتر است. هنگام بالا رفتن پیستون فشار سیلندر افزایش می یابد و سوپاپ مکش بسته می شود. با بالاتر رفتن پیستون فشار بیشتر شده و هنگامی که فشار سیلندر بیشتر از فشار لوله خارجی شود، سوپاپ دهش باز شده و اجازه می دهد گاز به داخل لوله خروجی جریان یابد.

انواع کمپرسورهای سیلندر پیستونی

کمپرسورهای سیلندر پیستونی به دو نوع اصلی تک اثره (Single acting) و دو اثره (Double acting) تقسیم می شوند. کمپرسورهای سیلندر پیستونی Single acting کمپرسورهایی هستند که در آن ها تراکم گاز صرفا در یک طرف پیستون انجام می شود. در این نوع از کمپرسورهای سیلندر پیستونی، پیستون در حالت بالا رفتن گاز را متراکم می کند اما در موقع پایین آمدن، گازی متراکم نمی شود. در این کمپرسورها پیستون مستقیما بوسیله شاتون به حرکت در می آید و میل لنگ و شاتون در محفظه ای که از بیرون آب بندی شده اند قرار دارند.

در مقابل کمپرسورهای سیلندر پیستونی Single acting، کمپرسورهای سیلندر پیستونی Double acting وجود دارند که در آن ها با هر حرکت رفت و برگشت پیستون گاز دو بار فشرده می شود. این نوع از کمپرسورهای سیلندر پیستونی، دارای دو سوپاپ ورودی و دو سوپاپ خروجی هستند. هنگامی که پیستون به سمت چپ حرکت می کند، سوپاپ ورودی سمت راست باز شده و گاز به سمت راست سیلندر وارد می شود. با حرکت پیستون به این سمت، گاز در طرف راست پیستون فشرده می شود. با رسیدن پیستون به انتهای سمت راست، سوپاپ خروجی سمت راست باز شده و گاز پر فشار به بیرون رانده می شود. پس از تخلیه گاز پر فشار، سوپاپ خروجی سمت راست بسته و سوپاپ ورودی سمت چپ باز می شود.

با باز شدن سوپاپ ورودی سمت چپ و حرکت پیستون به این سمت، این بار گاز کم فشار وارد قسمت چپ سیلندر شده و عمل فشرده سازی در سمت چپ پیستون انجام می گیرد. به این ترتیب با هر عمل رفت و برگشت پیستون در داخل سیلندر، دوبار عمل فشرده سازی انجام می گیرد.

روغن کاری در کمپرسور سیلندر پیستونی

یاتاقان ها، سیلندرها، پیستون ها و سایر قطعات متحرک کمپرسور سیلندر پیستونی نیاز به روغن کاری دارند. همچنین روغن به عنوان یک درزبند عمل می کند و فاصله بین پیستون و دیواره سیلندر را آب بندی می کند. بطور معمول کمپرسورهای کوچک و از نوع باز از سیستم روغن کاری تغذیه پاششی (Splash feed) استفاده می کنند. در این روش وقتی میل لنگ می چرخد با روغن کارتل تماس پیدا کرده و آن را به یاتاقان ها، دیواره سیلندر و سایر قطعاتی که با سطح تماس دارند می پاشد. کمپرسورهای سیلندر پیستونی بزرگتر، سیستم روغن کاری تحت فشار دارند. در این سیستم میل لنگ با خود یک پمپ جابجایی مثبت را می گرداند که قطعات متحرک را روغن کاری می کند. در این روش تنظیم فشار روغن توسط یک رگولاتور انجام می شود.

کنترل ظرفیت در کمپرسور سیلندر پیستونی

روش های مختلفی برای کنترل ظرفیت کمپرسورهای سیلندر پیستونی متناسب با اندازه و کاربرد کمپرسور وجود دارد که در زیر توضیح داده شده اند:

1. کنارگذر گاز داغ (hot gas bypass): در این نوع روش کنترل ظرفیت از یک شیر مغناطیسی (solenoid valve) در خط کنارگذر استفاده می شود. هنگامی که فرمان کاهش بار صادر می شود، شیر باز شده و قسمتی از گاز داغ به لوله مکش کمپرسور بر می گردد و باقیمانده گاز مبرد به کندانسور می رود. این عمل ظرفیت کمپرسور را به نسبت گاز کنارگذر کاهش می دهد. این روش کنترل ظرفیت، انرژی مصرفی را به حداقل می رساند.

2. کنارگذر سیلندر: در این نوع کنترل نیز از یک شیر مغناطیسی روی خط کنار گذر استفاده می شود. این شیر که توسط فشار یا دما کنترل می شود با فرمان کاهش بار باز می شود. در این روش گاز خروجی از سیلندر دوباره به خط مکش کمپرسور برگشته و در آنجا با گاز ورودی مخلوط می شود. تا زمانی که فشار مکش از فشار تنظیم این شیر مغناطیسی کمتر باشد این روند ادامه می یابد و هنگامی که فشار مکش بالا رفته و به نقطه تنظیم شیر برسد، شیر بسته شده و کمپرسور به ظرفیت کامل می رسد. در این روش یک شیر یکطرفه در لوله خروجی مانع از بازگشت گاز فشار بالا به سیلندری که کنار گذاشته شده می شود.

3. بی بار کردن سیلندر (cylinder unloader): مکانیزم بی بار کردن سیلندر در کمپرسورهای سیلندر پیستونی ممکن است الکتریکی، مکانیکی یا هیدرولیکی باشد. اگر بار ساختمان کاهش پیدا کند و درخواست برای تبرید در اواپراتور کم شود، فشار مکش نیز کاهش پیدا می کند. در این شرایط محرک (Actuator) که با اختلاف فشار بین فشار مبرد در مکش و فشار محیط کار می کند، این کاهش فشار را حس کرده و فشار روغن به مکانیزم هیدرولیکی را کم می کند (اگر مکانیزم بی بار کردن سیلندر هیدرولیکی باشد). این مکانیزم سوپاپ مکش سیلندر را باز کرده و به همین حالت می ماند تا فشار روغن دوباره افزایش یابد. پیستون به چهار مرحله کار خود ادامه می دهد ولی از آنجا که سوپاپ مکش در حالت باز است، گاز در هنگام بالا آمدن پیستون متراکم نشده و گاز مبرد به لوله مکش بر می گردد و در همین حال چون فشار داخل سیلندر از فشار لوله خروجی بیشتر نمی شود، سوپاپ دهش در حالت بسته باقی می ماند. اگر بار ساختمان و در نتیجه فشار مکش همچنان کاهش یابد، محرک، سوپاپ ها و مکانیزم بی بار کننده با هم عمل کرده و سیلندر بعدی را بدون بار می کنند و بنابراین در حالت بار جزئی (partial load) تمام سیلندرها عمل متراکم کردن گاز مبرد را انجام نداده و به حالت خلاص کار می کنند و در نتیجه توان مصرفی کاهش می یابد. اکنون هرگاه بار ساختمان افزایش پیدا کند، این افزایش توسط ترموستات اتاق حس شده و در نتیجه مبرد بیشتری وارد اواپراتور می شود و فشار مکش را افزایش می دهد. محرک این افزایش را حس کرده و فشار روغن مکانیزم هیدرولیکی بی بار کننده را افزایش داده و سوپاپ مکش برای انجام کار عادی خود بسته می شود. با حرکت پیستون به سمت پایین سوپاپ مکش باز شده و گاز مبرد بیشتری وارد سیلندر می شود تا هنگامی که فشار مکش و فشار داخل سیلندر برابر شوند که در این حالت سوپاپ بسته شده و پیستون به سمت بالا آمده و مبرد را متراکم می کند.

4. کنترل سرعت: چهارمین روش کنترل ظرفیت کمپرسورهای سیلندر پیستونی تغییر سرعت آن ها از طریق تغییر دادن سرعت محرک آن ها است. معمولا از دو سرعت استفاده می شود و کمپرسور یا با ظرفیت کامل و یا با ظرفیت 50% بار کامل کار می کند. چنانچه محرک کمپرسور یا موتور با دو سیم پیچی مجزا باشد می توان چهار محرک سرعت داشت. در این صورت انرژی با توان سوم ظرفیت کاهش می یابد.

شرکت بین المللی پاراکس