چیلر با کمپرسور سانترفیوژ توربوکر :
چیلر سانتریفیوژ توربوکر نسل جدیدی است که اولین نوع از این چیلرها توسط کمپانی بزرگ Smardt طراحی و ساخته شد . شرکت اسمارت با 25 سال سابقه در زمینه ساخت چیلر با کمپرسورهای بدون روغن توربوکر تا به امروز حدود ده هزار چیلر را به بهره برداری رسانده است. بنیانگذار شرکت اسمارت آقای راجر ریچموند اسمیت توسعه کمپرسور توربوکر را در سال 1993 در ملبورن استرالیا آغاز کرد و تا به امروز ادامه دارد. نماینده فعال این کمپانی در ایران شرکت دی تهویه پارس می باشد که تا کنون چندین پروژه موفق نیز در کارنامه کاری خود دارد . از جمله آن می توان به چیلرهای توربوکر مرکز تجاری گالریا در ولنجک اشاره کرد.
در کمپرسور این نوع چیلرها از یاتاقانهای مغناطیسی و پروانه دو مرحله ای استفاده شده است. در این نوع کمپرسور ها به دلیل عدم وجود قطعه درگیر نیازی به اختلاط روغن با مبرد به منظور روانسازی و خنک کاری وجود ندارد و لذا این نوع کمپرسور ها از نوع بدون روغن یا Oil free می باشند. مشخصات فنی ذکر شده منجر به وزن بسیار پایین، لرزش، صدای بسیار کم و طول عمر بالای دستگاه های فوق می شوند. این مدل چیلر هم همانند سایر انواع چیلرها از نوع آب خنک و هوا خنک به صورت گسترده تولید و مورد استفاده قرار می گیرد.
کمپرسور های توربوکر در دور ۴۸.۰۰۰ ، حالت حداکثر توان به کار خود ادامه می دهند و کنترل آنها در بار جزئی بسیار ساده تر است به طوری که علاوه بر جلوگیری از ایجاد پدیده سرج ( رایج در کمپرسور های سانتریفیوژ نسل قدیم و اسکرو ) میزان کارایی دستگاه در بارهای جزیی بسیار بالاتر است به طوری که می توان گفت IPLV این مدل کمپرسور به میزان ۳۳ درصد بیشتر از بقیه مدل های کمپرسور است. راندمان این نوع چیلر از دیگر مدل های چیلر تراکمی بالاتر است.
اجزای چیلر سانتریفیوژ توربوکر
کمپرسور
خنک کاری کمپرسور
مبرد مایع از طریقی کانالی انشعابی از خط اصلی مایع به منظور خنک کاری اجزای الکترونیکی، مکانیکی و الکترومکانیکی وارد کمپرسور می شود.
اجزای کنترلی کمپرسور
- محرک موتور
- بورد استارت نرم
- کنترلر موتور یاتاقانهای کمپرسور
- روتور
- سریال درایور
- کانورتور HV DC-DC
سیستم محرکه موتور:
به منظور عملکرد دور متغییر موتور کمپرسور در چیلر سانتریفیوژ توربوکر، نیاز به فرکانس متغییر سه فاز وجود دارد. بدین منظور ولتاژ خط AC به وسیله یک سو کننده های جریانی که با سیلیکن کنترل می شوند تبدیل به ولتاژ DC می شود. خازن جریان مستقیم در خروجی SCRs قراردارد که وظیفه آن ذخیره انرژی و فیلتر امواج ولتاژ به منظور دستیابی به ولتاژ مستقیم بدون اشکال است. ترانزیستور از نوعIGBT یک اینورتر است که ولتاژ مستقیم را به یک ولتاژ جریان متناوب سه فاز قابل تنظیم، تبدیل می کند. سیگنال های PWM از BMCC ، اینورتور ولتاژ خروجی را کنترل می کنند. با تنظیم کردن زمان های خاموش و روشنِ کلید های قدرت اینورتر، موج های سینوسی سه فاز متغیر به دست می آیند.
قطع برق کمپرسور:
هنگام قطع برق ناگهانی ، موتور کمپرسور به حالت ژنراتور تغییر می کند و در نتیجه شارژ خازن نگه داشته می شود. این فن آوری به روتور توانمندی کاهش دور کنترل شده به منظور جلوگیری از آسیب قطعات را اعطا می سازد.
برد استارت نرم :
این برد از طریق انتقال تدریجی زاویه SCRs ، فشار جریان را محدود می سازد.
کنترلر موتور یاتاقان کمپرسور:
نرم افزار و سخت افزار کنترلر کمپرسور و کنترلر یاتاقان / موتور داخل BMCC قرار گرفته اند. BMCC ، پروسسور مرکزی کمپرسور می باشد.
کنترل کمپرسور:
کنترلر کمپرسور به طور مداوم دیتاهای بحرانی را از طریق سنسور های خارجی جمع آوری می سازد. این اطلاعات نشان دهنده وضعیت کمپرسور می باشند و تحت برنامه ای از پیش تعیین شده، این کنترلر می تواند به تغییرات شرایط و نیاز های کمپرسور به منظور حصول عملکرد بهینه سیستم پاسخ دهد.
کنترل ظرفیت:
یکی از اصلی ترین وظایف کنترلر کمپرسور ، کنترل سرعت موتور و وضعیت IGV به منظور کنترل پیوسته ظرفیت و جلوگیری از پدیده سرج و شرایط خفگی کمپرسور می باشد.
کنترل شیر انبساط:
کنترلر شیر انبساط الکترونیکی که به روی برد کمپرسور نصب شده است می تواند از یک سیکل ساده به منظور کنترل شیر انبساط استفاده کند. باز شدن شیر انبساط از طریق تشخیص سطح مایع یا سوپر هیت صورت می پذیرد. بسته به نوع عملکرد می توان از یک شیر کنارگذر ( گاز داغ ) تحت فرمان شیر انبساط الکترونیکی استفاده کرد. تنظیم بار امکان رسیدن به ظرفیت پایین تر در فشار های بالا را برای کمپرسور فراهم کند.
کنترل یاتاقان موتور:
سیستم یاتاقانهای مغناطیسی بدون درگیری مکانیکی و اصطکاک شفت روتور را ساپورت می کند. کنترلر دیجیتال یاتاقان و موتور سیگنال های فرمان PWM را به تقویت کننده ی آن و اینورتر IGBT می فرستد. کنترلر یاتاقان اطلاعات مختلفی را از سنسور ها راجع به مختصات قرارگیری شفت جمع آوری می کند و از بازخورد آن در راستای قرارگیری مناسب شفت استفاده می کند.
نمایش عملکرد ها:
کنترلر کمپرسور بیش از ۶۰ پارامتر از جمله موارد زیر را نمایش می دهد:
فشار و دمای گاز
تشخیص نارسایی فاز
دمای موتور
جریان خط
و …
کندانسور:
کندانسور هواخنک در چیلر سانتریفیوژ توربوکر با الگوی ساخت و طراحی جریان موازی ساخته شده است. کندانسور چیلر جریان موازی در مقایسه با کندانسور های دارای تیوب و فین ، ۴۵ درصد افزایش عملکرد دارد. طراحی خاص مدار آن باعث ۶۵ درصد کاهش افت فشار در سمت گاز و منجر به بهینه سازی مصرف انرژی در کمپرسور می گردد. طراحی باریک آن ( ضخامت ۲۵ میلیمتر ) و پروفیل لوله جریان متقاطع باعث کاهش ۲۵ درصدی افت فشار هوا می شود که مزایای آن به شرح زیر است:
کاهش قطر فن های کندانسور هوایی
کاهش سطح صدای فن ها
مصرف پایین تر برق
کندانسور های آلومینیومی در مقایسه با کندانسور های لوله مسی دارای مزایای زیر است:
وزن کمتر ( کاهش ۴۰ درصدی وزن کندانسور)
افزایش ۴۰ درصدی عملکرد دستگاه
دوام بسیار بالاتر نکته مهم دیگر در استفاده از کندانسور های جریان موازی آلومینیومی امکان کاهش ۳۰ درصدی مقدار مبرد است. این امر در نگهداری دستگاه بسیار موثر است.
اواپراتور:
اواپراتور چیلر سانتریفیوژ توربوکر از نوع مستغرق و بهینه شده جهت استفاده از مبرد R 134 a می باشد. این نوع اواپراتور با طراحی ویژه لوله های فین و اختصاص محل ویژه ای جهت حسگر سطح می تواند از تمامی سطح تبادل حرارتی خود استفاده کند. هنر فن آوری به کار رفته در این اواپراتور ها باعث رسیدن به دمای اشباع بالاتر در قسمت مکش و COP بالاتر در هر دمای محیط و تحت بار های مختلف می شود.
این اواپراتور ها دارای بخش ویژه ی بازیافت انرژی هستند که منجر به دستیابی به عملکرد بهینه شده است. در این بخش ویژه، انتقال حرارت بین خط مکش گاز اشباع و خط کندانس گاز- مایع صورت می گیرد که در نتیجه باعث افزایش حرارت خط مکش گاز و ورود سیال به فاز سوپر هیت می شود. نتیجه ی آن افزایش عملکرد کمپرسور می باشد و از طرف دیگر سیال دو فازی خط کندانس با از دست دادن حرارت وارد فاز sub cooled می شود که در نتیجه باعث بهبود عملکرد اواپراتور می شود.
بخش تهویه:
دستگاه از فن های محوری دارای تیغه های دندانه دار که به صورت مستقیم با یک موتور از نوع روتور استاتور کوپل شده ، تشکیل شده است. هر فن با شبکه ای ساخته شده از استیل و روی محافظت می شود و دارای یک تنظیم کننده ی دور متصل به کنترلر اصلی دستگاه می باشد که از این طریق می توان در راستای کنترل کندانس، کاهش دور و صدای فن در شب یا مواقعی که دمای محیط پایین است، بهره برد.
مدار سرمایش:
مدار سرمایش از لوله های مسی ساخته شده است که شامل قطعات زیر است:
شیر قطع و وصل و شیر الکترونیکی
فیلتر درایر با کارتریج قابل تعویض
نمایشگر مایع و رطوبت
شیر انبساط الکترونیکی
شیر اطمینان فشار در بخش فشار بالا
سنسور فشار پایین
سوکت های فشار جهت تخلیه یا پر کردن مبرد
عایق کامل قسمت فشار پایین با مواد ضد کندانس
تابلو کنترل:
تابلو کنترل چیلر سانتریفیوژ توربوکور کامل عایق شده است و در درجه حفاظت الکتریکی IP 54 و طبق استاندارد های اتحادیه اروپا ساخته شده است. مدار قدرت برای برق ۴۰۰/۳/۵۰ V/PH/Hz طراحی و برای هر کمپرسور فیوز محافظ، کنتور و رله حرارتی در نظر گرفته شده است. مدار کنترل با برق ۲۳۰/۱/۵۰ V/PH/Hz کار می کند و در بر گیرنده ی تمامی وسایل کنترلی از جمله سیستم الحاقی ترموستاتیک کمپرسور است. هر تابلو برق مجهز به سوکت IEC است و تابلو برق دستگاه های دارای چند کمپرسور، به ترموستات روشن/خاموش تهویه مجهز گردیده است.
پمپ تقویت کننده ی فشار مایع مبرد (LPA)
ویژگی های منحصر به فرد حاصل از کاربرد این نوع پمپ عبارتند از:
- تغذیه مناسب اواپراتور در تمامی شرایط عملکردی
- تزریق مایع مبرد توام با عملیات دی سوپر هیت
- توانایی کارکرد در فشار های بسیار پایین کندانس
- کاهش مصرف برق
- مانیتور الکترونیکی کامل سیستم
شماتیک سیکل چیلر با کمپرسور توربوکر :
تشریح مزایای چیلرهای سانتریفیوژ توربوکر:
۱ . کمترین هزینه تعمیر و نگهداری و بیشترین طول عمر کمپرسورهای توربورکر (به خاطر حذف اصطکاک مکانیکی بین قطعات) در مقایسه با سایر کمپرسورها .
۲ . وزن کم و ابعاد کوچک (وزن کمپرسورهای توربوکر در مقایسه با انواع اسکرو و پیستونی و در ظرفیت های برابر حدودا یک پنجم یا ۲۰ درصد است) .
۳ . سازگاری کامل با مبردهای دوست دار محیط زیست از جمله R1234ze , R513A , R515B
۴ . عدم وجود روغن در مدار کمپرسور و حذف کامل آن .
۵ . افزایش راندمان کمپرسور به علت استفاده از یاتاقان های مغناطیسی و حذف اتلافات اصطکاکی .
۶ . کنترل هوشمند و دیجیتالی یاتاقان های مغناطیسی ، شیرهای انبساط ، پاور و تمامی قطعات برقی چیلر توربوکر .
۷ . قابلیت کارکرد با سرعت های دورانی بسیار بالا از ۱۶,۰۰۰ تا ۵۰,۰۰۰ دور بر دقیقه (چیلرهای ساتریفیوژ هر چه سرعت دورانی بالاتری داشته باشند در شرایط بهینه تری کار می کنند) .
۸ . کاهش مصرف انرژی در کمپرسور سانتریفیوژ توربوکر نوع VTT شرکت دانفوس تا ۴۰ درصد (مطابق کاتالوگ های شرکت دانفوس). این کمپرسورها در مقایسه با کمپرسورهای سانتریفیوژ معمولی حدود ۳۰ درصد ، در مقایسه با انواع اسکرو ۳۳ درصد و در مقایسه با انواع پیستونی ۴۰ درصد انرژی کمتر مصرف می کنند (مطابق مقاله Small Oil-Less Centrifugal Compressors منتشر شده در نشریه ۲۰۰۵ ACEEE Summer Study on Energy Efficiency in Industry). برای مثال یک مرتبه کمپرسور اسکرو بر روی یک چیلر و در مرتبه دوم کمپرسور توربوکر با همان ظرفیت بر روی همان چیلر نصب و تست شده است و در نتیجه انرژی مصرفی ماهانه (Energy estimated per month) چیلر توربوکر ۳۲٫۵ درصد نسبت به حالت قبل کاهش یافته است (مقدار مصرف انرژی از ۴۵۷۵۱ کیلووات ساعت در چیلرهای اسکرو به ۳۰۸۷۸ کیلووات ساعت در چیلرهای توربوکر کاهش یافته است).
انیمیشنی کامل که در آن نحوه کار این مدل چیلر بخوبی نشان داده شده است