تفاوت کمپرسور اسکرو و اسکرال چیست؟

تفاوت کمپرسور اسکرو و اسکرال فقط به شکل قطعات داخلی آنها محدود نمی شود، بلکه نوع فشرده سازی مبرد، محدوده ظرفیت، شیوه کنترل بار، راندمان در شرایط کاری مختلف، سطح صدا، نحوه آب بندی و حتی استراتژی تعمیرات این دو کمپرسور با یکدیگر متفاوت است. کمپرسور اسکرال (Scroll Compressor) معمولا با دو صفحه مارپیچی ثابت و متحرک کار می کند، در حالی که کمپرسور اسکرو (Screw Compressor) از روتورهای مارپیچی درگیر با یکدیگر برای کاهش حجم گاز استفاده می کند.

همین اختلاف بنیادی باعث شده اسکرال بیشتر در سامانه های کوچک و متوسط و اسکرو در بسیاری از تجهیزات سرمایشی متوسط و پرظرفیت مورد استفاده قرار گیرد. در انتخاب نهایی باید علاوه بر ظرفیت برودتی، الگوی بار ساختمان، ساعات کار سالانه، هزینه انرژی، تعمیرپذیری و سرمایه اولیه را نیز بررسی کرد؛ حتی هزینه ساخت شاسی و بخش های فلزی تجهیزات می تواند تحت تاثیر عواملی مانند قیمت آهن قرار گیرد. اگر می خواهید بدانید کمپرسور اسکرال یا اسکرو برای پروژه مورد نظر شما انتخاب منطقی تری است، در ادامه مقاله تمام تفاوت های مهندسی این دو فناوری را به صورت دقیق بررسی می کنیم.

مقایسه کمپرسور اسکرال و اسکرو

برای مقایسه کمپرسور اسکرال و اسکرو نباید تنها به ظرفیت اسمی یا توان موتور توجه کرد. در میان انواع کمپرسور جابه جایی مثبت (Positive Displacement Compressors)، هر دو فناوری اسکرال و اسکرو قابلیت ایجاد فشار از طریق کاهش حجم محبوس گاز را دارند، اما هندسه محفظه تراکم، مسیر حرکت مبرد و روش کنترل ظرفیت آنها یکسان نیست. به همین دلیل ممکن است دو کمپرسور با ظرفیت نامی نزدیک، در بار جزئی، دمای تقطیر بالا یا ساعات کار طولانی رفتار انرژی متفاوتی داشته باشند. فرق کمپرسور اسکرو و اسکرال را می توان در معیارهای زیر به شکل دقیق تری بررسی کرد.

تفاوت در مکانیزم عملکرد

در کمپرسور اسکرال دو مارپیچ با هندسه مشابه مقابل یکدیگر قرار دارند؛ یکی ثابت است و دیگری حرکت مداری یا Orbiting Motion انجام می دهد. این حرکت باعث ایجاد حفره های بسته ای می شود که مبرد را از محیط خارجی مارپیچ دریافت کرده و همزمان با حرکت به سمت مرکز، حجم آن را کاهش می دهند. فرایند تراکم به صورت پیوسته انجام می شود و خبری از رفت و برگشت پیستون یا باز و بسته شدن دائمی شیرهای مکش و دهش متداول در کمپرسورهای پیستونی نیست.

در کمپرسور اسکرو معمولا دو روتور مارپیچی نر و ماده با سرعت بالا درون پوسته حرکت می کنند. گاز وارد فضای میان دندانه های روتورها شده و با حرکت محوری به سمت خروجی، فضای در اختیار آن به تدریج کوچک می شود. برای درک اهمیت این تفاوت باید ابتدا بدانیم چیلر چیست؛ چیلر دستگاهی است که گرمای آب یا سیال فرایندی را از طریق سیکل تبرید دریافت می کند و کمپرسور وظیفه ایجاد اختلاف فشار لازم برای گردش مبرد در این سیکل را بر عهده دارد. نوع کمپرسور بنابراین مستقیما بر ظرفیت، کنترل بار و عملکرد چیلر اثر می گذارد.

تفاوت در ظرفیت سرمایشی

ظرفیت سرمایشی یا Cooling Capacity یکی از واضح ترین تفاوت های این دو فناوری است. یک کمپرسور اسکرال معمولا برای ظرفیت های پایین تر ساخته می شود، اما در چیلرها می توان چند کمپرسور اسکرال را به صورت Tandem یا مجموعه های چندتایی کنار یکدیگر نصب کرد و ظرفیت سیستم را افزایش داد. این آرایش همچنین امکان مرحله بندی ظرفیت را فراهم می کند؛ برای مثال با کاهش بار ساختمان، تعدادی از کمپرسورها خاموش و بقیه فعال باقی می مانند.

کمپرسور اسکرو توانایی جابه جایی حجم بیشتری از مبرد را در یک واحد دارد و به همین دلیل در چیلرهای بزرگ، سردخانه های صنعتی و فرایندهای سرمایشی سنگین کاربرد گسترده تری دارد. البته مرز ظرفیت مطلق نیست و مدل های امروزی همپوشانی قابل توجهی دارند؛ برای نمونه Trane چیلرهای اسکرال را در برخی سری ها تا حدود 130 تن و محصولات اسکرو را در محدوده های چند صد تن عرضه می کند. افزایش ظرفیت کمپرسور همچنین بر انتخاب اواپراتور، کندانسور، سایز لوله ها، میزان شارژ مبرد و تجهیزات الکتریکی اثر می گذارد و بنابراین نباید ظرفیت کمپرسور به تنهایی معیار طراحی باشد.

تفاوت در مصرف انرژی

نمی توان گفت اسکرال در تمام شرایط برق کمتری مصرف می کند یا اسکرو همیشه راندمان بالاتری دارد. مصرف واقعی تابع نقطه کاری، نسبت فشار، دمای تبخیر و تقطیر، نوع مبرد، کنترل ظرفیت، ساعات کار و درصد بار سیستم است. در ظرفیت های کوچک و متوسط، یک مجموعه اسکرال با مرحله بندی مناسب می تواند عملکرد انرژی بسیار مطلوبی داشته باشد؛ به خصوص زمانی که چند کمپرسور متناسب با بار وارد مدار شوند.

در سیستم های بزرگ، کمپرسور اسکرو مجهز به Variable Frequency Drive یا کنترل ظرفیت مناسب می تواند خروجی خود را با بار لحظه ای تطبیق دهد و از روشن و خاموش شدن مکرر جلوگیری کند. در مقابل، کارکرد طولانی یک اسکرو با ظرفیت بسیار کمتر از نقطه طراحی و کنترل نامناسب می تواند مزیت راندمانی آن را کاهش دهد. بنابراین تفاوت اسکرو و اسکرال از نظر مصرف برق باید با شاخص های Full Load و Part Load و نه فقط توان نامی موتور بررسی شود.

تفاوت در راندمان حجمی

راندمان حجمی یا Volumetric Efficiency نشان می دهد چه مقدار از حجم تئوری جابه جایی کمپرسور عملا برای مکش و فشرده سازی مبرد مفید استفاده می شود. طراحی اسکرال به دلیل فضای مرده کم و فرایند پیوسته تراکم، در محدوده طراحی می تواند راندمان حجمی مناسبی ایجاد کند. کاهش نشتی داخلی بین مارپیچ ها نیز نقش مهمی در حفظ این راندمان دارد.

در کمپرسور اسکرو مقدار کلیرنس میان روتورها، نسبت فشار، شرایط روغن کاری و وضعیت روتورها بر نشتی داخلی و راندمان حجمی موثر است. اسکرو در دبی های بالا قابلیت جابه جایی حجم زیادی از گاز را دارد، اما عملکرد آن در بارهای بسیار پایین به روش کنترل ظرفیت وابسته است. در نتیجه برای مقایسه دقیق باید نقشه عملکرد یا Performance Map مدل های مورد نظر بررسی شود و نمی توان تنها بر اساس نام فناوری یک برنده مطلق تعیین کرد.

تفاوت در نحوه آب بندی

در اسکرال، آب بندی حفره های تراکم از طریق تطابق بسیار دقیق سطوح مارپیچی و کنترل فاصله های شعاعی و محوری انجام می شود. طراحی سازندگان معمولا اجازه می دهد مارپیچ متحرک تا حد مشخصی خود را با مارپیچ ثابت تطبیق دهد تا نشتی مبرد از حفره پرفشار به حفره کم فشار محدود شود. کیفیت ماشین کاری این سطوح تاثیر مستقیمی بر راندمان کمپرسور دارد.

در بسیاری از کمپرسورهای اسکرو مورد استفاده در تبرید، روغن علاوه بر روانکاری یاتاقان ها برای آب بندی فاصله روتورها، کاهش نشتی و جذب بخشی از حرارت تراکم استفاده می شود. به همین دلیل مدار روغن، جداکننده روغن و کنترل کیفیت روغن اهمیت بالایی دارد. این فرق کمپرسور اسکرال و اسکرو باعث می شود سیستم روغن کاری اسکرو معمولا پیچیده تر از یک اسکرال هرمتیک معمولی باشد.

تفاوت در میزان صدا و لرزش

کمپرسور اسکرال به دلیل حرکت مداری نرم، تعداد کم قطعات متحرک و نبود ضربه های رفت و برگشتی شدید معمولا صدا و لرزش پایینی دارد. این ویژگی برای ساختمان های مسکونی، هتل ها، مراکز درمانی، ادارات و فضاهایی که تجهیزات سرمایشی نزدیک محدوده قابل استفاده نصب می شوند اهمیت زیادی دارد. Copeland نیز عملکرد آرام و لرزش پایین را از مزایای طراحی اسکرال معرفی می کند.

اسکرو نیز برخلاف کمپرسور پیستونی حرکت دورانی پیوسته دارد و ذاتا دستگاه پر ضربه ای محسوب نمی شود، اما توان موتور، اندازه روتورها و ظرفیت بالاتر آن می تواند انرژی صوتی بیشتری تولید کند. ارتعاش نهایی دستگاه به بالانس روتورها، یاتاقان ها، سرعت دوران، شاسی، اتصال لوله ها و عایق صوتی وابسته است. بنابراین تفاوت کمپرسور اسکرو و اسکرال در صدا باید در ظرفیت های نزدیک و شرایط نصب مشابه سنجیده شود.

تفاوت در طول عمر و استهلاک

ساختار اسکرال قطعات متحرک نسبتا کمی دارد و حذف مجموعه هایی مانند پیستون، شاتون و شیرهای متعدد، تعداد نقاط مستعد سایش مکانیکی را کاهش می دهد. در صورت رعایت محدوده کاری مجاز، بازگشت مناسب روغن و جلوگیری از ورود مایع به کمپرسور، اسکرال می تواند عمر عملیاتی بالایی داشته باشد. با این حال بسیاری از مدل های اسکرال هرمتیک برای تعمیر اساسی در محل طراحی نشده اند و در خرابی جدی، تعویض کامل کمپرسور رایج است.

کمپرسور اسکرو صنعتی از روتورها و یاتاقان های دقیقی استفاده می کند که برای کارکرد طولانی طراحی شده اند. مزیت مهم بسیاری از مدل های نیمه هرمتیک و باز، امکان سرویس تخصصی قطعات داخلی است. از طرف دیگر کیفیت روغن، وضعیت یاتاقان، اختلاف فشار و دمای دهش باید دقیقا کنترل شود. بنابراین طول عمر صرفا تابع اسکرال یا اسکرو بودن نیست؛ انتخاب درست ظرفیت و کیفیت نگهداری تعیین کننده تر است.

تفاوت در تعمیر و نگهداری

تعمیر و نگهداری اسکرال در سیستم های کوچک معمولا ساده تر است، زیرا تعداد اجزای جانبی کمتر بوده و کمپرسورهای هرمتیک نیاز محدودی به مداخلات داخلی دارند. کنترل فشارهای مکش و دهش، سوپرهیت، شارژ مبرد، کیفیت برق، روغن و تمیزی مدار از اقدامات اصلی نگهداری محسوب می شوند. اگر مکانیزم داخلی یک اسکرال هرمتیک آسیب جدی ببیند، تعویض کامل آن در بسیاری از پروژه ها اقتصادی تر از بازسازی داخلی است.

در اسکرو برنامه Maintenance گسترده تر است و ممکن است شامل بررسی روغن، فیلتر روغن، جداکننده روغن، یاتاقان ها، آب بندی شفت در مدل های باز، عملگر کنترل ظرفیت و وضعیت روتورها باشد. در عوض امکان اورهال بسیاری از کمپرسورهای اسکرو بزرگ باعث می شود برای تاسیساتی که ده ها هزار ساعت کارکرد دارند، تعمیر اساسی به جای تعویض کامل تجهیز امکان پذیر باشد.

تفاوت در کاربرد

اسکرال انتخاب رایجی برای سیستم های تهویه مطبوع مسکونی و تجاری سبک، روف تاپ ها، پمپ های حرارتی، تجهیزات تبرید تجاری و چیلرهای کوچک و متوسط است. ابعاد جمع و جور و امکان استفاده از چند کمپرسور به صورت موازی، ساخت چیلرهای Modular را نیز ساده می کند. در چنین آرایشی خرابی یک کمپرسور لزوما کل ظرفیت سرمایش را از مدار خارج نمی کند.

اسکرو بیشتر در چیلرهای متوسط و بزرگ، صنایع غذایی، سردخانه ها، پتروشیمی، فرایندهای صنعتی و تاسیساتی که بار سرمایشی پیوسته و قابل توجه دارند دیده می شود. توانایی کار با دبی بالای مبرد و قابلیت کنترل ظرفیت از دلایل اصلی این کاربرد است. پس تفاوت کمپرسور اسکرو و اسکرال در کاربرد، نتیجه مستقیم تفاوت در مقیاس کاری و نحوه مدیریت ظرفیت است.

تفاوت در قیمت

کمپرسور اسکرال در ظرفیت های پایین معمولا سرمایه اولیه کمتری نسبت به یک کمپرسور اسکرو دارد، زیرا ساختار سیستم، مدار روغن و تجهیزات کنترلی آن ساده تر است. البته در چیلرهای اسکرال بزرگ باید چند کمپرسور به صورت موازی نصب شود و در این حالت هزینه تابلو برق، اتصالات، شیرآلات و کنترلرهای چند مرحله ای نیز به سرمایه اولیه اضافه می شود.

اسکرو به دلیل ابعاد، ظرفیت، دقت ساخت روتورها و تجهیزات کنترل و روغن کاری معمولا قیمت خرید بالاتری دارد، اما مقایسه صرف قیمت هر کمپرسور گمراه کننده است. معیار حرفه ای تر، هزینه به ازای واحد ظرفیت و Total Cost of Ownership شامل خرید، برق مصرفی، سرویس و عمر اقتصادی است. در ظرفیت های بالا ممکن است یک اسکرو از نظر تعداد تجهیزات، اشغال فضا و مدیریت ظرفیت انتخاب اقتصادی تری از مجموعه بزرگی از کمپرسورهای اسکرال باشد.

جدول مقایسه کمپرسور اسکرال و اسکرو

برای جمع بندی فرق کمپرسور اسکرو و اسکرال باید ویژگی ها را در یک شرایط کاربردی مشترک مقایسه کرد. جدول زیر تفاوت های عمومی دو فناوری را نشان می دهد؛ مشخصات دقیق هر پروژه باید بر اساس کاتالوگ سازنده، نوع مبرد و شرایط طراحی محاسبه شود.

معیار مقایسه	کمپرسور اسکرال	کمپرسور اسکرو
مکانیزم تراکم	دو مارپیچ ثابت و متحرک	دو روتور مارپیچی درگیر
محدوده رایج ظرفیت	کوچک تا متوسط	متوسط تا بسیار بالا
کنترل ظرفیت	مرحله بندی، دیجیتال یا کنترل دور	Slide Valve، کنترل دور و روش های مدولاسیون
رفتار در بار جزئی	مناسب با مرحله بندی یا مدولاسیون	بسیار وابسته به روش کنترل ظرفیت
صدا و لرزش	معمولا کمتر	بیشتر در ظرفیت مشابه، اما همچنان حرکت دورانی نرم
سیستم روغن	نسبتا ساده	معمولا پیچیده تر
تعمیر داخلی	محدود در مدل های هرمتیک	امکان اورهال در بسیاری از مدل ها
ابعاد هر واحد	کوچک و جمع و جور	بزرگ تر و سنگین تر
کاربرد شاخص	ساختمان و سرمایش تجاری سبک تا متوسط	چیلر و سرمایش صنعتی متوسط و سنگین
سرمایه اولیه	معمولا کمتر در ظرفیت پایین	معمولا بیشتر
قابلیت توسعه ظرفیت	مناسب با افزودن کمپرسورهای موازی	مناسب برای تامین ظرفیت زیاد با تعداد کمتر
پیچیدگی نگهداری	کمتر	بیشتر و تخصصی تر

این جدول نشان می دهد که انتخاب میان این دو فناوری نباید با یک معیار منفرد انجام شود. ممکن است اسکرال از نظر قیمت خرید، صدا و سادگی تعمیرات جانبی جذاب تر باشد، اما در یک کارخانه با بار سرمایشی بالا، استفاده از تعداد زیادی اسکرال فضای بیشتر، اتصالات بیشتر و کنترل پیچیده تری ایجاد کند. در نقطه مقابل، نصب اسکرو برای یک ساختمان کوچک می تواند به معنای سرمایه گذاری بیش از نیاز و عملکرد نامناسب در بارهای بسیار پایین باشد.

کمپرسور اسکرال بهتر است یا اسکرو؟

پاسخ به این سوال که کمپرسور اسکرال یا اسکرو بهتر است به مشخصات بار سرمایشی بستگی دارد. برای ظرفیت های پایین و متوسط، پروژه هایی با محدودیت صدا، فضاهای تجاری و ساختمان هایی که قابلیت مرحله بندی چند کمپرسور اهمیت دارد، اسکرال اغلب گزینه منطقی تری است. طراحی ساده، ابعاد کوچک، تعداد قطعات متحرک محدود و امکان ایجاد مدارهای مستقل باعث شده Scroll Chiller در بسیاری از ساختمان ها انتخاب مناسبی باشد. فناوری هایی مانند Digital Scroll و Variable Speed نیز باعث شده توان کنترل ظرفیت مدل های جدید بسیار بیشتر از اسکرال های ثابت قدیمی باشد؛ برای نمونه برخی فناوری های دیجیتال امکان مدولاسیون ظرفیت در محدوده گسترده را فراهم می کنند.

اسکرو زمانی مزیت بیشتری پیدا می کند که بار سرمایشی بالا، ساعات کار سالانه زیاد، نیاز به تامین پیوسته سرمایش و کنترل ظرفیت در یک تجهیز بزرگ مطرح باشد. با این حال تفاوت کمپرسور اسکرال و اسکرو را نباید به قانون ساده «اسکرال برای کوچک و اسکرو برای بزرگ» محدود کرد؛ نسل جدید تجهیزات همپوشانی قابل توجهی در ظرفیت دارند. مهندس طراح باید Cooling Load، حداقل و حداکثر بار، شرایط اقلیمی، دمای آب خروجی، نوع مبرد، راندمان در بار جزئی، فضای موتورخانه، سطح صدای مجاز، دسترسی به خدمات تخصصی و هزینه چرخه عمر را همزمان بررسی کند. در واقع بهترین کمپرسور مدلی نیست که روی کاغذ راندمان بالاتری دارد، بلکه کمپرسوری است که بیشتر ساعات سال نزدیک محدوده عملکرد بهینه خود کار کند.

سوالات متداول