روتس بلوئر (Roots blower)

یک پمپ لوب با جابجایی مثبت است که با پمپاژ مایعی با یک جفت لوب مشبک شبیه مجموعه ای از چرخ دنده های کشیده کار می کند. مایعات در جیب های اطراف لوب ها گیر کرده و از سمت ورودی به اگزوز منتقل می شود. متداول ترین کاربرد دمنده نوع روتس بلوئر دستگاه القایی در موتورهای دو زمانه دیزلی است ، مانند موتورهای تولید شده توسط Detroit Diesel و Electro-Motive Diesel. از نوع دمنده های ریشه ای برای سوپرشارژ کردن موتورهای چرخه اتو نیز استفاده می شود که دمنده از میل لنگ موتور از طریق کمربند دندانه دار یا V ، زنجیر غلتک یا قطار دنده ای رانده می شود. دمنده نوع روتس بلوئر به نام مخترعان و برادران آمریکایی Philander و Francis Marion Roots ، بنیانگذاران Roots Blower Company از Connersville ، ایندیانا آمریکا نامگذاری شده است که در سال 1860 طرح اولیه را به عنوان پمپ هوا برای استفاده در کوره های بلند و سایر کاربردهای صنعتی ثبت اختراع کرد . در سال 1900 ، گوتلیب دایملر یک دمنده به سبک روتس بلوئر را در طراحی موتور ثبت اختراع قرار داد و باعث شد که دمنده از نوع روتس بلوئر قدیمی ترین طرح موجود باشد. دمنده های ریشه ای معمولاً به عنوان دمنده های هوا یا دمنده های PD (جابجایی مثبت) شناخته می شوند ، و در صورت استفاده با موتورهای بنزینی سوز در اتومبیل های سفارشی با میله داغ ، می توان آنها را "هافر" نامید.

برنامه های کاربردی:

دمنده نوع روتس بلوئر ساده است و بسیار مورد استفاده قرار می گیرد. در ایجاد فشار منیفولد ورودی مثبت (یعنی بالاتر از فشار اتمسفر) در دور موتور پایین می تواند از سوپرشارژرهای جایگزین باشد ، و آن را به گزینه ای محبوب برای کاربردهای خودروهای سواری تبدیل کند. حداکثر گشتاور را می توان با حدود 2000 دور در دقیقه به دست آورد. برخلاف تصویر اساسی ، بیشتر شارژرهای مدرن نوع روتس بلوئر دارای روتورهای سه لوب یا چهار لوب هستند. این اجازه می دهد تا لوب ها در امتداد محورهای روتور پیچشی مختصر داشته باشند ، که باعث کاهش پالس در ورودی و خروجی می شود (این با دو لوب غیر عملی است ، زیرا حتی یک پیچ خوردگی کوچک می تواند یک مسیر آزاد را از طریق سوپرشارژر در زوایای خاص باز کند). گرمای انباشته در کارکرد کمپرسور در موتور احتراق داخلی نکته مهمی است. از سه نوع اساسی سوپرشارژر ، طراحی ریشه ها از نظر تاریخی دارای بدترین بازده حرارتی ، به ویژه در نسبت های فشار بالا بود. مطابق با قانون ایده آل گاز ، یک عمل فشرده سازی باعث افزایش دمای خروجی فشرده می شود. علاوه بر این ، عملکرد کمپرسور خود نیاز به انرژی ورودی دارد که به گرما تبدیل شده و می تواند از طریق محفظه کمپرسور به گاز منتقل شود و باعث گرم شدن بیشتر آن شود. اگرچه اینترکولرها بیشتر به دلیل استفاده در توربوشارژر شناخته می شوند ، اما سوپرشارژرها ممکن است از استفاده از اینترکولر نیز بهره مند شوند. احتراق داخلی بر اساس یک چرخه ترمودینامیکی است و دمای پایینتری از شارژ دریافتی منجر به انبساط ترمودینامیکی بیشتر و بالعکس می شود. یک بار شارژ گرم باعث ایجاد انفجار در یک موتور بنزینی می شود و می تواند پیستون ها را در یک دیزل ذوب کند ، در حالی که یک مرحله خنک کننده پیچیدگی بیشتری ایجاد می کند اما می تواند با افزایش میزان شارژ ورودی ، قدرت تولیدی را بهبود بخشد ، دقیقاً مثل اینکه موتور از ظرفیت بالاتری برخوردار است. یک اینترکولر با از دست دادن گرما (توان) وارد شده توسط فشرده سازی ، بازده ترمودینامیکی را کاهش می دهد ، اما به دلیل افزایش جرم کاری برای هر چرخه ، قدرت موجود را افزایش می دهد. بالاتر از حدود 5 psi (35 کیلو پاسکال) می توان بهبود بین خنک کننده را چشمگیر کرد. [نیاز به منبع] با استفاده از یک سوپرشارژر نوع روتس بلوئر ، یکی از روش های موفقیت آمیز افزودن یک مبدل حرارتی نازک است که بین دمنده و موتور قرار گرفته است. آب از طریق آن به یك واحد دوم كه در نزدیكی قسمت جلوی خودرو قرار گرفته است ، گردش می یابد كه در آن یك فن و جریان هوا می توانند گرمای جمع شده را از بین ببرند. از طرح روتس بلوئر معمولاً در موتورهای دو زمانه دیزلی استفاده می شد (که توسط بخش های دیترویت دیزل [کامیون و اتوبوس] و Electro-Motive [راه آهن] جنرال موتورز مشهور شده است) ، که به نوعی القا forced اجباری نیاز دارند ، زیرا مصرف جداگانه ای وجود ندارد. موتور دیزل دو زمانه شرکت Rootes که در خودروهای کامر و کاریر استفاده می شود ، دارای یک دمنده از نوع Roots بود. این دو شرکت به هم ربطی ندارند. سوپرشارژرهای مورد استفاده در موتورهای سوختی برتر ، اتومبیل های خنده دار و سایر دراگسترها و همچنین میله های گرم ، در واقع مشتقات دمنده های General Motors Coach Division برای موتورهای دیزلی صنعتی خود هستند که برای استفاده خودرو در مسابقات درگ سازگار شده اند. نام مدل این واحدها اندازه آنها را مشخص می کند - دمنده هایی که معمولاً از 4–71 و 6–71 مورد استفاده قرار می گرفتند ، برای انواع دیزلی سری 71 طراحی شده اند. کشنده های رقابت فعلی از انواع پس از GMC در طراحی مشابه سری 71 استفاده می کنند ، اما با افزایش طول روتور و ظرفیت برای ظرفیت اضافه شده. میله های گرم نیز از تولید مثل 6-71 استفاده می کنند. دمنده های ریشه ای معمولاً در کاربردهایی استفاده می شوند که باید حجم زیادی از هوا را از طریق دیفرانسیل فشار نسبتاً کوچک منتقل کرد. این شامل برنامه های وکیوم کم ، با دمنده روتس بلوئر  به تنهایی یا در ترکیب با سایر پمپ ها به عنوان بخشی از یک سیستم وکیوم زیاد است. یکی از کاربردهای رایج صنعتی در سیستم های انتقال پنوماتیک است ، [5] دمنده هوا مقدار زیادی هوا را برای حرکت مواد جامد فله از طریق لوله ها ارائه می دهد. برخی از آژیرهای دفاع مدنی از دمنده های روتس بلوئر برای پمپاژ هوا به روتور (هلی کوپتر) استفاده می کردند تا خروجی صدای آن را در تمام دامنه های فشار به شدت افزایش دهند. مشهورترین آنها فدرال سیگنال تاندربولت سری و ACA (شرکت سیگنال فعلی آمریکا) توفان است. این آژیرها به "آژیرهای سوپرشارژ" معروف هستند. بلورهای ریشه ای نیز برای معکوس کردن جریان گازها یا مایعات ، به عنوان مثال ، در کنتورهای گاز به صورت معکوس استفاده می شوند.

مباحث فنی:

ساده ترین فرم دمنده روتس بلوئر دارای روتورهای سیکلوئیدی است که از مقاطع متناوب مماسی منحنی های هیپوسیکلوئید و اپی سیکلوئید ساخته شده است. برای یک روتور دو لوب ، دایره های تولید کوچکتر یک چهارم قطر بزرگتر هستند. دمنده های واقعی روتس بلوئر ممکن است مشخصات بیشتری برای افزایش کارایی داشته باشند. لوب های روی یک روتور با حداقل بازی آزاد در تمام موقعیت ها روتور دیگر را رانده نمی کنند ، بنابراین یک جفت چرخ دنده جداگانه مرحله بندی لوب ها را فراهم می کند. از آنجا که پمپ های لوب دوار نیاز به حفظ فاصله بین لوب ها دارند ، یک دمنده بلوئر روتس یک مرحله ای می تواند گاز را فقط در یک دیفرانسیل فشار محدود پمپ کند. اگر از پمپ فراتر از مشخصات آن استفاده شود ، فشرده سازی گاز گرمای کافی تولید می کند به طوری که لوب ها تا حدی منبسط می شوند که پلمپ شوند و به پمپ آسیب می رسانند. پمپ های ریشه ای قادر به پمپاژ حجم زیادی هستند ، اما چون فقط به فشرده سازی متوسطی دست می یابند ، دیدن چندین مرحله دمنده بلوئر روتس ، غالباً با مبدل های حرارتی (خنک کننده های داخلی) برای خنک کردن گاز ، غیرمعمول نیست. کمبود روغن در سطوح پمپاژ باعث می شود تا پمپ ها در محیط هایی کار کنند که کنترل آلودگی در آنها مهم است. سرعت بالای پمپاژ برای هیدروکربن ها به پمپ بلوئر روتس این امکان را می دهد تا بین پمپ های روغنی ، مانند پمپ های فشرده سازی دوار ، و محفظه خلا ، یک جداسازی موثر ایجاد کند. یک نوع از روتورهای پنجه ای شکل برای فشرده سازی بالاتر استفاده می کند. دمنده نوع بلوئر روتس با دستیابی به حداکثر نسبت فشار دو ممکن است تقریباً به بازدهی 70٪ برسد. نسبت فشار بالاتر قابل دستیابی است اما با کاهش کارایی. از آنجا که یک دمنده نوع بلوئر روتس هوا را در پالسهای گسسته پمپ می کند (برخلاف کمپرسور پیچ) ، ممکن است صدای ضربان و تلاطم به پایین دست منتقل شود. در صورت عدم مدیریت صحیح (از طریق هندسه لوله خروجی) یا محاسبه آن (با تقویت ساختاری اجزای پایین دست) ، تپش های حاصل می توانند باعث ایجاد حفره مایع و یا صدمه به اجزای پایین دست دمنده شوند.

نقشه کارایی روتس بلوئر:

چه نقشه ای؟
برای هر نوع دمنده بلوئر روتس که در شرایط مشخص کار می کند ، یک نقطه بر روی نقشه قرار می گیرد. این نقطه با افزایش افزایش افزایش می یابد و با افزایش سرعت دمنده به سمت راست حرکت می کند. دیده می شود که ، با سرعت متوسط ​​و تقویت کم ، بازده می تواند بیش از 90٪ باشد.
این ناحیه ای است که در ابتدا قرار بود بلورهای بلوئر روتس در آن کار کنند و در این زمینه بسیار خوب عمل می کنند. افزایش از نظر نسبت فشار داده می شود که عبارت است از نسبت فشار هوای مطلق قبل از دمنده به فشار هوای مطلق پس از فشرده سازی توسط دمنده.
اگر هیچ افزایشی وجود نداشته باشد ، نسبت فشار 1.0 خواهد بود (به معنی 1: 1) ، زیرا فشار خروجی برابر با فشار ورودی است. تقویت 15psi برای مرجع مشخص شده است (کمی بالاتر از نسبت فشار 2.0 در مقایسه با فشار جوی). با افزایش 15 psi (100 کیلو پاسکال) ، دمنده های بلوئر روتس بین 50 تا 58 درصد معلق هستند.
جایگزینی یک دمنده کوچکتر با یک دمنده بزرگتر ، نقطه را به سمت چپ حرکت می دهد. در بیشتر موارد ، همانطور که نقشه نشان می دهد ، این امر آن را به مناطق با کارایی بالاتر در سمت چپ منتقل می کند زیرا احتمالاً دمنده کوچکتر در سمت راست نمودار به سرعت کار می کند. معمولاً استفاده از دمنده بزرگتر و کندتر کارکردن آن برای رسیدن به همان تقویت باعث افزایش بازده کمپرسور می شود.
بازده حجمی دمنده از نوع بلوئر روتس بسیار خوب است ، معمولاً در کل بیش از 90٪ است اما کمترین سرعت دمنده است. به همین دلیل ، یک دمنده با راندمان پایین همچنان به صورت مکانیکی حجم مورد نظر هوا را به موتور می رساند ، اما هوا گرمتر خواهد بود.
در برنامه های مسابقه درگ ، که حجم زیادی از سوخت با آن هوای گرم تزریق می شود ، بخار شدن سوخت گرما را جذب می کند. این به عنوان نوعی سیستم پس خنک کننده مایع عمل می کند و تا حد زیادی به نفی کارآیی طراحی بلوئر روتس در آن برنامه می پردازد.

مزایای مقایسه ای:

دمنده های لوب دوار که معمولاً در کاربردهای خلأء زیاد بوستر نامیده می شوند ، به عنوان پمپ مستقل استفاده نمی شوند. در برنامه های خلاء زیاد ، می توان از سرعت پمپاژ بوسترها برای کاهش فشار نهایی و افزایش سرعت پمپاژ استفاده کرد.

اصطلاحات مرتبط:

اصطلاح "دمنده" معمولاً برای تعریف دستگاهی که روی موتورهایی با نیاز عملکردی به جریان هوای اضافی با استفاده از یک پیوند مکانیکی مستقیم به عنوان منبع انرژی قرار می گیرد ، استفاده می شود. اصطلاح دمنده برای توصیف انواع مختلف سوپرشارژر استفاده می شود.
سوپرشارژر نوع پیچ ، سوپرشارژر نوع بلوئر روتس و سوپرشارژر گریز از مرکز از انواع دمنده ها هستند. برعکس ، یک توربوشارژر ، با استفاده از فشرده سازی اگزوز برای چرخاندن توربین خود ، و نه یک اتصال مکانیکی مستقیم ، به طور کلی به عنوان "دمنده" در نظر گرفته نمی شود بلکه به عنوان یک "توربو" در نظر گرفته می شود.