 | Эта статья требует дополнительных ссылок для проверки . ( май 2014 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить это сообщение-шаблон ) |
Ключ:
- Роторная лопатка 1
- Корпус насоса
- Поворотная заслонка 2
- Прием
- Перекачивание
- Нагнетание воздуха или топливовоздушной смеси во впускной коллектор
Корни типа нагнетатель является положительным смещением лопасти насоса , который работает путем закачивания жидкости с парой зацепления лепестков , напоминающих набором растянутых передач. Жидкость попадает в карманы, окружающие лопасти, и переносится от впускной стороны к выпускной. Чаще всего воздуходувки Рутса применялись в качестве индукционного устройства в двухтактных дизельных двигателях , таких как производимые Detroit Diesel и Electro-Motive Diesel . Воздуходувки типа Рутса также используются для наддува двигателей с циклом Отто , при этом нагнетатель приводится в действие от коленчатого вала двигателя через зубчатый илиКлиновой ремень , роликовая цепь или зубчатая передача .
Воздуходувка типа Рутса названа в честь американских изобретателей и братьев Филандера и Фрэнсиса Марион Рутс , основателей компании Roots Blower Company из Коннерсвилля, штат Индиана, США, которые в 1860 году запатентовали базовую конструкцию воздушного насоса для использования в доменных печах и других промышленных применениях. . В 1900 году Готтлиб Даймлер включил воздуходувку типа Рутса в запатентованную конструкцию двигателя, сделав воздуходувку типа Рутса самой старой из различных конструкций, доступных в настоящее время. Воздуходувки Рутса обычно называют воздуходувками или нагнетательными вентиляторами прямого вытеснения [1], и их можно обычно называть «нагнетателями» при использовании с бензиновыми двигателями вхотрод индивидуальные автомобили. [2]
Приложения [ править ]
Воздуходувка Рутса проста и широко используется. Он может быть более эффективным, чем альтернативные нагнетатели, при создании положительного давления во впускном коллекторе (т.е. давления выше атмосферного) при низких оборотах двигателя, что делает его популярным для применения в легковых автомобилях. Максимальный крутящий момент достигается примерно при 2000 об / мин. В отличие от базовой иллюстрации, большинство современных нагнетателей типа Рутса включают трех- или четырехлепестковые роторы; это позволяет лопастям слегка закручиваться вдоль осей ротора, что снижает пульсации на входе и выходе (это непрактично с двумя лепестками, так как даже небольшой поворот может открыть свободный путь через нагнетатель под определенными углами) [ цитата необходимо ] .
Накопленное тепло является важным фактором при работе компрессора в двигателе внутреннего сгорания . Из трех основных типов нагнетателей конструкция Рутса исторически обладала худшим тепловым КПД, особенно при высоких степенях давления. [3] [4] В соответствии с законом об идеальном газе операция сжатия приведет к повышению температуры сжатого продукта на выходе. Кроме того, работа самого компрессора требует ввода энергии, которая преобразуется в тепло и может передаваться газу через корпус компрессора, нагревая его больше. Хотя интеркулеры чаще используются в турбокомпрессорах., нагнетатели могут также выиграть от использования промежуточного охладителя. Внутреннее сгорание основано на термодинамическом цикле , и более низкая температура всасываемого заряда приводит к большему термодинамическому расширению и наоборот. Горячий всасываемый заряд вызывает детонацию в бензиновом двигателе и может расплавить поршни в дизеле, в то время как стадия промежуточного охлаждения добавляет сложности, но может улучшить выходную мощность за счет увеличения количества входящего заряда, как если бы двигатель имел большую мощность. . Промежуточный охладитель снижает термодинамический КПД за счет потери тепла (мощности), выделяемого при сжатии, но увеличивает доступную мощность из-за увеличения рабочей массы для каждого цикла. При давлении выше 5 фунтов на квадратный дюйм (0,3 бар) улучшение промежуточного охлаждения может стать значительным. [ необходима цитата] С нагнетателем типа Рутса одним из успешно используемых методов является добавление тонкого теплообменника, помещенного между нагнетателем и двигателем. Вода циркулирует через него во второй блок, расположенный рядом с передней частью автомобиля, где вентилятор и поток окружающего воздуха могут рассеивать накопленное тепло.
Конструкция Рутса обычно использовалась в двухтактных дизельных двигателях (популяризированных подразделениями Detroit Diesel [грузовые автомобили и автобусы] и Electro-Motive [железная дорога] General Motors), которые требуют некоторой формы принудительной индукции , поскольку нет отдельного впуска. Инсульт. Rootes Co . двухтактный дизельный двигатель, используемый в автомобилях Commer и Karrier , имел нагнетатель типа Рутса; две компании не связаны.
Нагнетатели, используемые в топовых топливных двигателях , забавных автомобилях и других драгстерах , а также в хот-родах , на самом деле являются производными от нагнетателей General Motors Coach Division для их промышленных дизельных двигателей , которые были адаптированы для использования в автомобилях в дрэг-рейсингах . Название модели этих агрегатов указывает на их размер - бывшие в употреблении воздуходувки 4–71 и 6–71 предназначались для дизелей 71 серии . В настоящее время конкурирующие драгстеры используют послепродажные варианты GMC, похожие по конструкции на серию 71, но с увеличенными ротором и длиной корпуса для увеличения емкости; хот-роддеры Также воспользуйтесь репродукцией 6-71с.
Воздуходувки Рутса обычно используются в приложениях, где необходимо перемещать большой объем воздуха при относительно небольшом перепаде давления. Это включает приложения с низким вакуумом, когда нагнетатель Рутса работает отдельно или в сочетании с другими насосами как часть системы высокого вакуума. Одно из самых распространенных промышленных применений - это системы пневмотранспорта [5], когда нагнетатель подает большой объем воздуха для перемещения сыпучих материалов по трубам.
Некоторые сирены гражданской обороны использовали воздуходувки Рутса для нагнетания воздуха к ротору (чопперу), чтобы резко увеличить его выходную мощность во всех диапазонах высоты звука. Наиболее известными из них являются серия Federal Signal Thunderbolt и ACA (ныне American Signal Corporation) Hurricane. Эти сирены известны как «сирены с наддувом».
Воздуходувки Рутса также используются для измерения расхода газов или жидкостей, например, в газовых счетчиках .
Технические соображения [ править ]
Простейшая форма воздуходувки Рутса имеет циклоидальные роторы, состоящие из чередующихся тангенциальных участков гипоциклоидальных и эпициклоидальных кривых. Для двухлопастного ротора меньшие образующие круги составляют четверть диаметра большего. Воздуходувки Real Roots могут иметь более сложные профили для повышения эффективности. Лепестки одного ротора не будут приводить в движение другой ротор с минимальным свободным ходом во всех положениях, поэтому отдельная пара шестерен обеспечивает фазировку лопастей.
Поскольку роторно-лопастным насосам необходимо поддерживать зазор между лопастями, одноступенчатый нагнетатель Рутса может перекачивать газ только через ограниченный перепад давления. Если насос используется не по спецификации, при сжатии газа выделяется достаточно тепла, так что лепестки расширяются до такой степени, что они заклинивают, повреждая насос.
Насосы Рутса способны перекачивать большие объемы, но, поскольку они достигают только умеренного сжатия, нередко можно увидеть несколько ступеней нагнетателя Рутса, часто с теплообменниками ( промежуточными охладителями ) между ними для охлаждения газа. Отсутствие масла на поверхностях насоса позволяет насосам работать в средах, где важен контроль загрязнения. Высокая скорость откачки углеводородов позволяет насосу Рутса обеспечивать эффективную изоляцию между масляными насосами , такими как роторные компрессионные насосы , и вакуумной камерой.
В варианте используются роторы в форме кулачков для более высокого сжатия.
Воздуходувка типа Рутса может достигать КПД примерно 70% при максимальном перепаде давлений, равном двум. Более высокие отношения давления достижимы, но при снижении эффективности. Поскольку вентилятор типа Рутса перекачивает воздух дискретными импульсами (в отличие от винтового компрессора ), вниз по потоку могут передаваться пульсационный шум и турбулентность. При неправильном управлении (из-за геометрии выпускного трубопровода) или учете (конструктивным усилением компонентов ниже по потоку) возникающие пульсации могут вызвать кавитацию жидкости и / или повреждение компонентов после воздуходувки.
Карта эффективности корней [ править ]
Для любой воздуходувки Roots, работающей в заданных условиях, на карте будет отображаться одна точка. Эта точка будет повышаться с увеличением наддува и перемещаться вправо с увеличением скорости вентилятора. Видно, что при умеренной скорости и низком наддуве КПД может превышать 90%. Это та область, в которой изначально предназначались воздуходувки Рутса, и они очень хороши в этом.
Повышение давления выражается в соотношении давлений, которое представляет собой отношение абсолютного давления воздуха перед воздуходувкой к абсолютному давлению воздуха после сжатия воздуходувкой. Если наддува нет, степень сжатия будет 1,0 (то есть 1: 1), так как давление на выходе равно давлению на входе. Повышение давления 15 фунтов на квадратный дюйм отмечено для справки (коэффициент давления чуть выше 2,0 по сравнению с атмосферным давлением). При наддуве 1,0 бар (15 фунтов на кв. Дюйм) нагнетатели Рутса колеблются между 50% и 58%. Замена вентилятора меньшего размера на вентилятор большего размера сдвигает точку влево. В большинстве случаев, как показано на карте, это переместит его в области с более высокой эффективностью слева, поскольку вентилятор меньшего размера, вероятно, работал быстро в правой части диаграммы. Обычно использование вентилятора большего размера и его медленной работы для достижения такого же наддува дает повышение эффективности компрессора.
Объемный КПД воздуходувки типа Рутса очень хороший, обычно он составляет более 90% на всех скоростях, кроме самых низких. Из-за этого вентилятор, работающий с низким КПД, по-прежнему будет механически подавать в двигатель заданный объем воздуха, но этот воздух будет более горячим. В дрэг-рейсингах, где большие объемы топлива впрыскиваются горячим воздухом, испарение топлива поглощает тепло. Он функционирует как своего рода система доохладителя жидкости и в значительной степени сводит на нет неэффективность конструкции Рутса в этом приложении.
Сравнительные преимущества [ править ]
Роторные воздуходувки, обычно называемые бустерами в условиях высокого вакуума, не используются в качестве автономных насосов. В условиях высокого вакуума скорость откачки бустеров может использоваться для снижения конечного давления и увеличения скорости откачки.
Связанные термины [ править ]
Термин «воздуходувка» обычно используется для обозначения устройства, размещаемого на двигателях с функциональной потребностью в дополнительном потоке воздуха с использованием прямой механической связи в качестве источника энергии. Термин «нагнетатель» используется для описания различных типов нагнетателей. Винтового типа нагнетателя , Корни типа нагнетателя и центробежный нагнетатель все типы воздуходувок. И наоборот, турбокомпрессор , использующий сжатие выхлопных газов для вращения своей турбины, а не прямую механическую связь, обычно не рассматривается как «нагнетатель», а просто как «турбо».
См. Также [ править ]
- Дрэг-рейсинг , где нагнетатели типа Рутса используются для топливных драгстеров T / F , забавные автомобили F / C Fuel Coupe, каждый из которых использует нитрометановое топливо и драгстеры T / AD, и забавные автомобили TA / FC, использующие спиртовое топливо, и Pro Modified с использованием метанола. топливо в профессиональных классах дрэг-рейсинга
- TVS нагнетатель
Ссылки [ править ]
- ^ [1] , Услуги воздуходувки
- ^ Hot Rod Magazine в Street Машины и кронштейн гонки # 3 (ЛосАнджелес: Petersen Publishing, 1979), с.65.
- ^ Белл, Корки. С наддувом! . Bentley Publishers, 2001, стр. 48.
- ^ http://kennebell.net/tech/supercharger-tech/twin-screw-vs-roots/
- ^ http://www.powderprocess.net/Equipments%20html/Blowers.html
Внешние ссылки [ править ]
- (5 апреля 2002 г.). Пояснения к нагнетателям типа Рутса. SuperchargersOnline.com. Проверено 31 марта 2008 года.
- Нагнетатель Eaton TVS Нагнетатель Eaton TVS. Проверено 31 марта 2008 года.
 | Викискладе есть медиафайлы по теме нагнетатели Рутса . |
- Флэш-анимация насоса Рутса
- http://www.everestblowers.com/technical-articles/understandin-blowers.pdf
- http://www.pdblowers.com/t17-positive-displacement-blower-calculations.php
