Klima Kompresör Çeşitleri ve Yapıları
Kompresör günümüzde kullanılan mekanik soğutma çevrimli klimaların en önemli mekanik ana elemanlarından biridir. Klima soğutma sisteminin kalbi olarak ele alınabilir. Kompresörler iç yapısı bakımından mekanik olarak hareket ederek çalışan parçalardan oluşması en çok arızalanma nedenlerini de yanında getirir. Soğutma çevriminde düşük basınçtaki soğutucu akışkanı mekanik yapısı ile emer ve yüksek basınç sıkıştırarak basma görevini yapan soğutma sistemi ana elemanıdır.
Günümüzde ev tipi klima cihazlarında genellikle üç farklı yapıya sahip kompresörler kullanılmaktadır. Tabi ki soğutma çevrimi mantığı içinde yaptıkları iş aynıdır. Bunları birbirinden ayıran emme ve sıkıştırma işi için kullanılan mekanik yapısıdır. Zaten kompresörlerde kullanılan bu mekanik yapı dikkate alınarak adlandırılmışlardır. Örneğin, pistonlu tip kompresör diye adlandırdığımız kompresörün iç yapısında emme ve sıkıştırma işlemi için piston, silindir ve krank gibi mekanik parçalar vardır. Genel yapıları itibariyle ev tipi klima cihazlarında en çok kullanılan kompresör çeşitlerini aşağıdaki Resim 2.1’de gösterildiği gibi sınıflandırmak mümkündür.
Resim 2.1: Günümüzde klimalarda kullanılan kompresör çeşitleri
Klima sistemlerinde kullanılan kompresörlerde şu özellikler aranır.
– İlk kalkışlarda dönme momentleri mümkün olduğunca az olması
– Değişik çalışma koşullarında emniyet ve güvenliğini muhafaza etmesi
– Titreşim ve gürültü seviyelerinin kısmi ve tam yüklerde ve değişik şarlarda belirli seviyenin üstüne çıkmaması
– Sürekli bir kapasite kontrolü ve geniş yük değişimi, çalışma rejimine uyabilme
– Daha az güç harcayarak birim soğutma değerini sağlayabilme
– Verimlerinin kısmi yüklerde de düşmemesi
– Soğutucu akışkan sıvı darbelerinde, yüksek basınç ve sıcaklıkta çalışması durumunda güvenlik tertibatının olması
– Maliyetinin mümkün olduğu kadar düşük olması
Fakat bu karakteristiklerin tümüne birden sahip olan bir kompresör yoktur denebilir. Uygulamalardaki şartlara göre yukarıdaki karakteristiklerden en fazlasını sağlayabilen kompresör, seçimde tercih edilmektedir. Ev tipi klima sistemlerinde kullandığımız kompresörlerin mekanik yapılarını kısaca inceleyecek olursak.
Hermetik pistonlu kompresörler kaynaklı, sızdırmaz bir gövde içerisine yerleştirilmiş motor ( pistonlu tip kompresör), bulunduğu yerde bakım-onarım gibi servis hizmetlerinin verilemeyeceği bir yapıdadır. Bu gövde içerisindeki mekanik sistem silindir içerisinde doğrusal olarak gidip gelme hareketi yapan bir piston Resim 2.2’de gösterilmektedir. Bu doğrusal hareketin elde edilmesinde dairesel hareketi doğrusal harekete çeviren bir krank ve biyel kolundan faydalanılır ( bk. Resim 2.3) Bu tip kompresörler 1/2 hp gücüne kadar tek pistonlu olarak üretilen hermetik kompresörler, daha büyük güçler için iki veya daha fazla pistonlu üretilir.
Pistonlu kompresörlerin uygulanma şartları, birim soğutucu akışkan soğutma kapasitesine isabet eden silindir hacmi gereksinimi az olan ve fakat emiş/basma basınç farkı oldukça fazla olan refrijeranlar için uygun düşmektedir.
Pistonun silindir içerisindeki doğrusal hareketi ile emme ve basma esnasında devreye giren valfler bulunmaktadır. Bu valfler çalıştıkları konum nedeniylede aynı ismi alarak emme valfi ve basma valfi olarak adlandırılır. Resim 2.4 ve Resim 2.5’te basma ve emme valfleri valf pleyti üzerinde gösterilmektedir. Bahsettiğimiz pistonlu kompresörlerin mekanik olarak çalışan parçaların daha fazla olması arızalanma olasılıklarını da yükseltir.
Tam kapalı hermetik tip pistonlu kompresörlerde düşey eksenli krank mili ve motor ile yatay eksenli silindir tertibi çok sık uygulanmaktadır. Tam hermetik pistonlu kompresörlerin yapısı nedeniyle emme buharı silindir veya silindirlere alınmadan önce motor sargılarından geçer. Bu da, hem motor sargılarındaki ısısının bir kısmının çekilmesine, hem de kompresöre girmiş olabilecek herhangi bir sıvı soğutucunun buharlaşmasına yardımcı olur.
Paletli kompresörler, pistonlu kompresörlerin gidip gelme hareketi yerine sıkıştırma işlemini yaparken dönel hareketi kullanırlar. Bu tip kompresörlerin yapısı pistonlu kompresörlere nazaran daha basit ve daha az parçadan oluşurlar. Dönel pistonun silindir içerisinde dönerken silindire ya da dönel piston çevresine yerleştirilen paletler vasıtasıyla bir taraftan emme diğer taraftan sıkıştırma işlemi yapar (Resim 2.6 ve 2.7). Paletli kompresörler, hareketli palet tip ve sabit paletli tip olmak üzere iki çeşittir.
Günümüzde ev tipi klimalarda sabit paletli tip kompresörler sıklıkla kullanılmaktadır. Sabit paletli dönel kompresörlerde palet silindire yerleştirilmiş olup dönel hareket katılmamaktadır (Resim 2.8).
Dönel hareketli kompresörlerde en önemli husus; birbirine temas ederek hareket eden parçaların yüzey düzgünsüzlükleri ile çalışma boşluklarının mümkün olduğu kadar az olması (sızıntıların azaltılması için) ve sürtünme/aşınmaların asgari seviyede tutulmasını sağlayacak şekilde iyi bir yağlama yapılmasıdır. Ayrıca, iyi bir imalat tekniği ile ses ve titreşim seviyeleri pistonlu kompresörlere nazaran çok daha alçak seviyelerde olabilmektedir.
– Silindir: Hareket eden eksantrik milin temas ettiği iç yüzey ve karşılıklı iki yan yüzeyler çok dar toleranslarla işlenir, taşlanır ve honlanır. Hermetik tiplerde genellikle uygulanan tasarım şekli düşey motor/kompresör ekseni tertibi şeklidir.
– Eksantrik Mil: Tahrik miline eksantrik şekilde tespit eden rotor dönme hareketi yaparken dış gövdenin iç yüzeylerini sıyırarak hareket eder. Rotor, vasıflı çelikten yapılarak dar toleranslarda taşlanır ve parlatılır.
– Palet: Kompresör verimi büyük ölçüde paletin sızdırmazlık seviyesine bağlı olduğundan bunların çok ince toleranslarla işlenmesi ve şekillendirilmesi gereklidir. İmal edildikleri malzeme cinsleri, vasıflı gri pik döküm, çelik, alüminyum ve karbon şeklinde sayılabilir. Palet kalınlığı, yük altında fazla eğilmeyecek tarzda seçilir. Paleti rotora karşı bastıran yayın basma kuvveti, refrijeranın kondenser yoğuşma basıncına göre ve % 25 artırılarak tayin edilir.
– Valf: Dönel kompresörlerde akış sürekli olduğundan emiş valfine gerek yoktur. Basma tarafına, yüksek vasıflı çelikten yapılmış, genellikle yaprak tipi bir valf (klape) konulur. Valf kalınlığı, kompresörün büyüklüğüne bağlı olarak 0.1 ile 0.3 mm arasında değişir (5 hp’den küçük kompresörler için).
Valf yaprağının düzgün ve kenarlarının pürüzsüz olması sızdırmazlık yönünden çok önemlidir. Paletli tip kompresörlerde basma valfinden çıkan yüksek basınçtaki soğutucu akışkan direkt olarak kompresör gövdesine açılır. Elektrik motor sargılarına temas ederek basma borusundan sisteme basılır. Yani emişten gelen soğutucu akışkanımız direkt olarak emiş odasına girmektedir. Bu durum hem kompresörün yüksek ısılarda çalışmasına hem de soğutucu akışkan sıvı darbelerine maruz kalma olasılığını artırır. Bunun içindir ki bu kompresörlerin mekanik tüm parçaları ve elektrik motor sargıları ısıya dayanabilecek şekilde özel imal edilirler.
Dönüşten gelebilecek sıvı darbelerini engellemek içinde yan taraflarına akümülatör montajlı şekilde imal edilirler.
Bu tip kompresörler ev tipi klima sistemleri için çok nadiren kullanılmaktadırlar. Bu kompresörlerin içi yapısında Resim biri sabit diğeri hareketli iki salyangoz görünümündeki spiralden oluşur.
Resim 2.13: Scroll kompresörün hareketli ve sabit salyangoz parçaları
Hareketli olan salyangoz, 180° ters istikamette sabit salyangoz içinde yüksek hızda döner. Hassas işlenmiş ve yüksek hızda dönen salyangozlar arasına soğutucu akışkanla beraber emilen yağ ile sızdırmazlık sağlanır. Salyangoz ( spiral )yapıların birbirine ter istikamette dönmesi sonucu, salyangoz spiralleri arasında oluşan boşluklar içine gaz emilir. Emilen gaz birbirini takip eden daha küçük hacimli sarmal ceplere taşınarak sıkıştırma işlemi salyangoz parçalarının merkezine kadar artarak devam eder (Şekil 2.2).
Şekil 2.2: İç içe çalıĢan salyangoz parçaların emme ve basma konumları
Sistem kapasitesi scroll rotor devrinin ve hacminin bir fonksiyonu olduğu için yapı olarak pozitif yer değiştirmeli kompresör sınıfına girer. Scroll kompresörlerde her iki uçlarından birbirine yataklanmış biri sabit diğeri hareketli olarak çalışan salyangoz (spiral) parçalar arlarında sızdırmazlığı sağlamak üzere hassas işlenmişlerdir. Scroll kompresörlerin emme ve basma valfleri yoktur. Resim 2.14’te dikkatlice inceleyecek olursak, emişten gelen soğutucu akışkanımız direk gövdeye açılarak elektrik motor sargıları ile temas etmektedir. Basma çıkışı da gövdenin hemen üst bölmesini doldurarak basma borusundan çıkış verilmiştir. Yani basmadaki sıcak gazın elektrik motor sargıları ile teması söz konusu değildir. Bu yapıda scroll kompresörün yüksek sıcaklıklara ve soğutucu akışkan sıvı darbelerine maruz kalmasına bir nebze önüne geçecektir.
Resim 2.14: Scroll ( Salyangoz) kompresörün kesit ve emme-basma borularının görünümü