کمپرسورهای توربوی بدون روغن؛ نسل جدید فشردهسازی مبرد در سیستمهای سرمایش و گرمایش
با افزایش تقاضا برای سیستمهای تهویه مطبوع و پمپهای حرارتی کممصرف، نقش کمپرسور به عنوان قلب این تجهیزات بیش از گذشته اهمیت پیدا کرده است. امروزه تنها توان فشردهسازی مبرد معیار انتخاب یک کمپرسور نیست؛ بلکه عواملی مانند راندمان انرژی، ابعاد، میزان مبرد موردنیاز، سطح صدا، قابلیت اطمینان و سازگاری با مبردهای جدید نیز به شاخصهای اصلی طراحی تبدیل شدهاند.
در همین راستا، ebm-papst نسل جدید کمپرسورهای توربوی بدون روغن خود با نام CompaNamic را معرفی کرده است؛ محصولی که برای پمپهای حرارتی، چیلرها و سیستمهای تبرید مدرن توسعه یافته و با بهرهگیری از یاتاقانهای گازی، موتورهای دوربالا و طراحی آیرودینامیکی پیشرفته، رویکردی متفاوت در فشردهسازی گاز ارائه میدهد.
چرا صنعت به کمپرسورهای بدون روغن نیاز دارد؟
در کمپرسورهای متداول، روغن علاوه بر روانکاری، وظیفه کاهش اصطکاک و خنککاری برخی اجزا را نیز بر عهده دارد. اما حضور روغن در مدار تبرید همیشه یک مزیت نیست.
مخلوط شدن روغن با مبرد میتواند راندمان انتقال حرارت در اواپراتور و کندانسور را کاهش دهد. همچنین وجود روغن، استفاده از تجهیزاتی مانند جداکننده روغن، مخزن روغن و سیستم بازگشت روغن را ضروری میکند که علاوه بر افزایش پیچیدگی طراحی، هزینه نگهداری سیستم را نیز بالا میبرد.
کمپرسورهای CompaNamic با حذف کامل سیستم روغنکاری، این مشکلات را برطرف میکنند. در این فناوری تنها مبرد در مدار جریان دارد و خبری از آلودگی روغنی یا تجهیزات جانبی مربوط به آن نیست. نتیجه، انتقال حرارت بهتر، طراحی سادهتر و افزایش راندمان کلی سیستم است.
طراحی فشرده با مصرف مبرد کمتر
یکی از مهمترین ویژگیهای این کمپرسورها، ابعاد بسیار کوچک آنها نسبت به ظرفیت تولیدی است.
مدل اولیه این خانواده با توان ۱۰ کیلووات الکتریکی تنها ۱۳۰ میلیمتر قطر، ۳۰۰ میلیمتر طول و حدود ۶ کیلوگرم وزن دارد. چنین ابعادی امکان طراحی سیستمهای بسیار فشرده را برای سازندگان تجهیزات فراهم میکند.
اما مزیت اصلی تنها در کوچک شدن ابعاد خارجی خلاصه نمیشود.
مهندسان ebm-papst موفق شدهاند حجم داخلی کمپرسور را از حدود ۵۰۰۰ سانتیمتر مکعب در نمونههای متداول به تنها ۴۰۰ سانتیمتر مکعب کاهش دهند؛ یعنی حدود ۹۰ درصد کاهش حجم داخلی.
این کاهش چشمگیر باعث میشود مقدار مبرد موردنیاز سیستم نیز به شکل قابل توجهی کاهش یابد؛ موضوعی که هم هزینه شارژ مبرد را پایین میآورد و هم اثرات زیستمحیطی سیستم را کاهش میدهد.
سازگار با مبردهای نسل جدید
با تغییر قوانین زیستمحیطی و حرکت صنعت به سمت مبردهای با پتانسیل گرمایش جهانی (GWP) پایین، کمپرسورها نیز باید قابلیت کار با این سیالات را داشته باشند.
نخستین مدلهای CompaNamic برای مبردهای R290 (پروپان) و R1234ze(E) توسعه یافتهاند و برای انواع پمپهای حرارتی و سیستمهای سرمایشی ساختمانهای بزرگ و کاربردهای صنعتی مناسب هستند.
همچنین معماری این خانواده به گونهای طراحی شده است که با تغییر طراحی آیرودینامیکی پروانه و اجزای داخلی، بتوان از آن برای مبردهای مختلف نیز استفاده کرد.
آیرودینامیک؛ عامل اصلی راندمان
در یک کمپرسور توربویی، تنها موتور تعیینکننده راندمان نیست؛ بلکه طراحی پروانه، مسیر عبور سیال و هندسه پرهها نقش بسیار مهمی در عملکرد دستگاه دارند.
به همین دلیل، مهندسان ebm-papst برای هر محدوده کاری و هر مبرد، طراحی اختصاصی آیرودینامیکی انجام دادهاند.
در این فرآیند، نقاط کاری واقعی سیستمهای گرمایشی و سرمایشی (SCOP) مبنای طراحی قرار گرفته و سپس عملکرد کمپرسورها در آزمایشگاه اختصاصی این شرکت شبیهسازی، اندازهگیری و بهینهسازی شده است.
هدف از این طراحی، دستیابی به بیشترین راندمان ممکن در کنار کمترین افت جریان و حداقل فاصله بین پروانه و پوسته کمپرسور بوده است.
یاتاقان گازی؛ حذف کامل اصطکاک روغنی
یکی از نوآوریهای اصلی این کمپرسورها استفاده از یاتاقانهای گازی آیرودینامیکی است.
در این فناوری، محور کمپرسور هنگام کار روی یک لایه بسیار نازک از گاز شناور میشود و هیچ تماس مکانیکی دائمی میان قطعات وجود ندارد.
در نتیجه:
- نیازی به روغن وجود ندارد.
- آلودگی مبرد حذف میشود.
- استهلاک قطعات به حداقل میرسد.
- عمر کاری سیستم افزایش پیدا میکند.
بر اساس اعلام ebm-papst، این کمپرسورها برای حدود ۱۵۰ هزار ساعت کارکرد و بیش از یک میلیون سیکل روشن و خاموش شدن طراحی شدهاند؛ اعدادی که آنها را برای کاربردهای صنعتی و تجاری بسیار مناسب میکند.
موتورهای دوربالا؛ توان بیشتر در ابعاد کمتر
قلب CompaNamic را موتورهای سنکرون با روتور داخلی تشکیل میدهند.
این موتورها با وجود ابعاد بسیار کوچک، قادرند با سرعتی در حدود ۱۶۰ هزار دور در دقیقه کار کنند و توان ۱۰ کیلووات تولید کنند.
نسخههای بزرگتر این خانواده نیز با سرعت حدود ۶۰ هزار دور در دقیقه تا ۵۵ کیلووات توان خروجی خواهند داشت.
چنین سرعتهایی تنها با طراحی بسیار دقیق موتور، روتور، استاتور، سیستم خنککاری و الکترونیک قدرت امکانپذیر است؛ زیرا کوچکترین خطا میتواند باعث افزایش تلفات یا کاهش راندمان شود.
الکترونیک قدرت؛ مکمل موتورهای پرسرعت
برای کنترل موتورهایی با این سرعت، استفاده از اینورترهای معمولی کافی نیست.
الکترونیک قدرت این کمپرسورها قادر است فرکانسهای کنترلی بیش از ۱۰۰ کیلوهرتز را مدیریت کند و در عین حال راندمانی بیش از ۹۷ درصد حتی در بارهای جزئی حفظ کند.
طراحی ماژولار این بخش نیز امکان استفاده از طیف وسیعی از ولتاژهای تغذیه سهفاز را فراهم کرده و توسعه مدلهای مختلف را سادهتر کرده است.
دقت ساخت در حد میکرون
عملکرد صحیح یاتاقانهای گازی تنها زمانی امکانپذیر است که تمام قطعات با دقت بسیار بالا تولید شوند.
به همین دلیل، فرآیند تولید CompaNamic در محیطهای کاملاً کنترلشده از نظر دما انجام میشود و تلرانس ساخت قطعات از حدود ۳ تا ۴ میکرون در روشهای معمول، به کمتر از یک میکرون کاهش یافته است.
همچنین تمام قطعات در طول فرآیند تولید به صورت آنلاین اندازهگیری شده و اطلاعات هر قطعه همراه با شماره سریال آن ثبت و ذخیره میشود تا کیفیت محصول در تولید انبوه نیز حفظ شود.
مناسب برای نسل آینده سیستمهای HVAC
ترکیب طراحی فشرده، حذف روغن، کاهش چشمگیر مصرف مبرد، راندمان بالا، صدای کم و قابلیت کار با مبردهای دوستدار محیط زیست، کمپرسورهای CompaNamic را به گزینهای مناسب برای نسل جدید تجهیزات سرمایشی و گرمایشی تبدیل کرده است.
این فناوری علاوه بر کاهش مصرف انرژی، طراحی سیستم را سادهتر میکند، هزینههای نگهداری را کاهش میدهد و امکان استفاده از مبردهای طبیعی و کماثر بر گرمایش جهانی را فراهم میآورد.
با توجه به حرکت صنعت HVAC به سمت تجهیزات هوشمند، کممصرف و سازگار با محیط زیست، کمپرسورهای توربوی بدون روغن میتوانند یکی از مهمترین فناوریهای آینده در پمپهای حرارتی، چیلرها و سیستمهای تبرید صنعتی باشند.
