Roots Blowers توضیح داده شده است: کارایی، قابلیت اطمینان و عملکرد

در دنیای ماشین آلات صنعتی و مهندسی با کارایی بالا، تعداد کمی از قطعات به اندازه قطعات اساسی و در عین حال اشتباه درک شده اند دمنده ریشه . این پمپ جابجایی مثبت، که اغلب به عنوان سوپرشارژر در زمینه های خودرو شناخته می شود، یک اسب کار از صنایع بی شماری است. از هوادهی فاضلاب گرفته تا فشار دادن هوا به موتور احتراقی، اصل آن ساده است، اما اجرای آن شگفتی مهندسی مکانیک است.

Roots Blowers چیست؟ اصل اساسی

دمنده Roots نوعی پمپ جابجایی مثبت است. این بدان معنی است که با هر دور چرخش شفت های خود، حجم ثابتی از سیال (در بیشتر موارد، هوا یا گاز دیگر) را از ورودی به خروجی حرکت می دهد. این مشخص ترین ویژگی آن و کلید درک عملکرد آن است.

این دستگاه در اصل توسط برادران روتس در دهه 1860 اختراع شد تا یک انفجار هوا برای ذوب آهن در کوره بلند فراهم کند. طراحی اصلی به طور قابل توجهی سازگار باقی مانده است: یک محفظه (یا “casing”) حاوی دو روتور یکسان، متقارن شکل و لوب دار که در جهت مخالف می چرخند. این روتورها با دقت ماشینکاری می شوند تا دقیقاً توسط مجموعه ای از چرخ دنده های زمان بندی هماهنگ شوند و اطمینان حاصل شود که هرگز با یکدیگر یا دیواره محفظه تماس برقرار نمی کنند.

چگونه کار می کند:

مصرف: همانطور که روتورها می چرخند، هوا در جیب های فضای بین لوب روتور و محفظه به دام می افتد.

حمل و نقل: هوای محبوس شده، بدون تغییر حجم، از سمت ورودی به سمت تخلیه در اطراف داخل محفظه حمل می شود.

تخلیه: همانطور که نوک روتور از درگاه تخلیه عبور می کند، هوای محبوس شده به داخل لوله خروجی آزاد می شود. نکته کلیدی این است که هوا فشرده نیست درون دمنده. فشرده سازی زمانی به صورت خارجی اتفاق می افتد که هوای تخلیه شده با مقاومت سیستم (به عنوان مثال، یک مخزن تحت فشار یا منیفولد ورودی موتور) روبرو شود، که آن را به حجم کمتری وادار می کند.

این عدم فشرده سازی داخلی تنها مهم ترین عامل موثر بر کارایی، رفتار حرارتی و مشخصات صدای یک دمنده از نوع Roots است.

ویژگی های عملکرد: جریان، فشار و سرعت

هنگام انتخاب دمنده Roots برای هر برنامه، سه پارامتر عملکرد بسیار مهم هستند: سرعت جریان، قابلیت فشار و سرعت کار.

نرخ جریان (CFM یا m³/h): دمنده های ریشه در جابجایی حجم بالای هوا استثنایی هستند. سرعت جریان آنها در درجه اول تابعی از اندازه آنها (حجم جابجا شده در هر دور) و سرعت چرخش آنها (RPM) است. از آنجایی که آنها دستگاه های جابجایی مثبت هستند، جریان آنها تقریباً مستقیماً با سرعت متناسب است و تا حد زیادی مستقل از فشار تخلیه است. این آنها را برای کاربردهایی که نیاز به جریان حجمی ثابت دارند، عالی می کند، حتی اگر فشار سیستم در نوسان باشد. این یک مزیت حیاتی در سیستم های دمنده هوا صنعتی و دمنده های هوادهی برای تصفیه فاضلاب .

قابلیت فشار (PSI یا نوار): در حالی که آنها می توانند فشار قابل توجهی ایجاد کنند، دمنده های Roots معمولاً در محدوده فشار کم تا متوسط، اغلب از چند PSI تا حدود 15-20 PSI (1 تا 1.3 بار) برای واحدهای صنعتی استاندارد اعمال می شوند. فشارهای بالاتر امکان پذیر است اما به دلیل ناکارآمدی ذاتی فشرده سازی خارجی منجر به افزایش قابل توجهی در تقاضای برق و تولید گرما می شود. درک سیستم فشار مورد نیاز برای دمنده های ریشه برای اندازه گیری مناسب و جلوگیری از ناکارآمدی بسیار مهم است.

سرعت عملیاتی (RPM): دمنده های ریشه می توانند در طیف وسیعی از سرعت ها کار کنند. سرعت های بالاتر سرعت جریان بالاتری را به همراه دارد اما سایش، نویز و دما را نیز افزایش می دهد. واحدهای مدرن طراحی شده با پروفیل های روتور و پوشش های پیشرفته می توانند به طور موثر در RPM های بالاتر کار کنند، به همین دلیل است که آنها یک انتخاب محبوب برای آن هستند سیستم های سوپرشارژر خودرو .

معادله کارایی دمنده های نوع ریشه

اصطلاح “efficiency” باید برای دمنده Roots به دقت تعریف شود. آنها ذاتاً ناکارآمد نیستند. بلکه کارایی آنها به شدت به کاربرد و اختلاف فشار بستگی دارد.

راندمان حجمی: اینجاست که دمنده های Roots برتری دارند. آنها به گونه ای طراحی شده اند که نشت داخلی (یا “blow-by”)— هوایی را که از سمت تخلیه فشار بالا به سمت ورودی کم فشار از طریق فاصله های کوچک بین روتورها و محفظه می لغزد، به حداقل برسانند. طرح های مدرن با روتورهای پیچ خورده و مارپیچ (3 لوب یا حتی بالاتر) به طور قابل توجهی این ضربان و نشتی را کاهش می دهند که منجر به راندمان حجمی بالاتر در محدوده عملیاتی گسترده تر می شود. این باعث می شود آنها یک انتخاب بسیار کارآمد برای دمنده هوا با فشار کم برنامه های کاربردی.

راندمان ترمودینامیکی/آدیاباتیک: این معیار کلاسیک بازده فشرده سازی است. به دلیل عدم فشرده سازی داخلی، راندمان آدیاباتیک دمنده Roots کمتر از کمپرسور پیچ یا دمنده گریز از مرکز در نسبت های فشار بالاتر است. فشرده سازی ناگهانی در درگاه خروجی گرمای قابل توجهی تولید می کند که منجر به دمای تخلیه بالاتر برای افزایش فشار معین می شود. این دلیل اصلی است که آنها در فشرده سازی هوای صنعتی با فشار بالا کمتر رایج هستند و برای کاربردهایی که اختلاف فشار متوسط است مناسب تر هستند.

بنابراین نقطه شیرین برای راندمان دمنده جابجایی مثبت در کاربردهای جریان بالا و فشار کم تا متوسط است. هنگامی که در پارامترهای طراحی مورد نظر خود استفاده می شود، دمنده Roots یک راه حل فوق العاده موثر و آگاهانه انرژی است.

مشخصه Roots Blowers: قابلیت اطمینان بی بدیل

اگر یک ویژگی وجود داشته باشد که دمنده های Roots را برای بیش از یک قرن به یک عنصر اصلی در صنایع حیاتی تبدیل کرده است، آن قابلیت اطمینان عمیق آنهاست. این قابلیت اطمینان از یک طراحی اساساً ساده و قوی ناشی می شود.

ساخت و ساز ساده و قوی: یک دمنده صنعتی معمولی Roots دارای قطعات متحرک بسیار کمی است: دو روتور، دو چرخ دنده زمان بندی و دو بلبرینگ. این سادگی به این معنی است که کمتر ممکن است اشتباه پیش برود. قطعات در یک پوشش سنگین و سفت و سخت قرار می گیرند که برای مقاومت در برابر تنش های عملیاتی برای چندین دهه طراحی شده است.

روتورهای غیر تماسی: این واقعیت مهم که روتورها با یکدیگر تماس ندارند یا پوشش منبع اصلی سایش را از بین می برد. نیازی به روانکاری داخلی در محفظه هوا نیست که آنها را برای دمنده هوا بدون روغن برنامه های کاربردی. این یک نیاز غیرقابل مذاکره در فرآوری مواد غذایی، تولید دارو و هوادهی فاضلاب است که در آن آلودگی نفتی فاجعه بار خواهد بود.

چرخ دنده های زمان بندی: چرخ دنده های زمان بندی دقیق ماشینکاری شده قلب سیستم همگام سازی هستند. آنها در محفظه یاتاقان ایزوله خود قرار می گیرند که معمولاً با روغن یا گریس روغن کاری می شود و از آنها در برابر آلاینده ها محافظت می کند و از تراز دقیق در طول ده ها هزار ساعت کار اطمینان می دهد.

نیازهای تعمیر و نگهداری کم: وظایف تعمیر و نگهداری اولیه ساده است: روغن کاری معمولی بلبرینگ و دنده، بررسی و تعویض تسمه های محرک در صورت وجود، و گاهی اوقات بررسی ترخیص ها. این نیاز به تعمیر و نگهداری کم به طور قابل توجهی به کم بودن کمک می کند کل هزینه مالکیت دمنده های صنعتی .

این ترکیب از سادگی، مواد قوی و عملکرد غیر تماسی منجر به ماشینی می شود که به خاطر آن شناخته شده است پمپ های هوای صنعتی با دوام طولانی و پمپ های جابجایی مثبت بادوام .

کاربردهای کلیدی: جایی که Roots Blowers می درخشد

مشخصات عملکرد منحصر به فرد دمنده های Roots آنها را به راه حلی ایده آل برای مجموعه ای متنوع از برنامه ها تبدیل می کند:

تصفیه فاضلاب: این یکی از بزرگترین برنامه های کاربردی است. دمنده های ریشه حجم زیادی از هوای مورد نیاز برای فرآیند هوادهی بیولوژیکی را فراهم می کنند، جایی که باکتری ها مواد آلی را تجزیه می کنند. توانایی آنها برای ارائه جریان ثابت هوای بدون روغن ضروری است. عبارات جستجوی کلیدی در اینجا هستند دمنده های هوادهی فاضلاب و دمنده های هوادهی برای تصفیه فاضلاب .

نوار نقاله پنوماتیک صنعتی: دمنده های ریشه برای جابجایی مواد فله خشک مانند آرد، سیمان، گلوله های پلاستیکی و پودر از طریق خطوط لوله با ایجاد جریان هوا استفاده می شوند. سرعت جریان ثابت آنها برای اطمینان از حرکت قابل اعتماد مواد بدون گرفتگی عالی است.

سوپرشارژ خودرو: در دنیای خودرو، سوپرشارژر به سبک Roots نمادین است. این موتور که در بالای موتور نصب شده است، حجم بالایی از هوا را به منیفولد ورودی وارد می کند و باعث افزایش فوری قدرت و گشتاور می شود. مشخصه ناله و پاسخ فوری دریچه گاز از ویژگی های این سیستم است.

سایر برنامه ها: آنها همچنین در اصلاح خاک، آبزی پروری، تقویت هوای احتراق و به عنوان پمپ خلاء در فرآیندهای مختلف صنعتی استفاده می شوند.

Roots Blowers در مقابل سایر فناوری ها

درک کامل دمنده Roots بدون مقایسه آن با رقبای اصلی آن غیرممکن است.

در مقابل دمنده های گریز از مرکز: دمنده های گریز از مرکز از یک پروانه برای شتاب دادن هوا به بیرون استفاده می کنند و سرعت را به فشار تبدیل می کنند. آنها از نظر ترمودینامیکی در فشارها و نرخ جریان بالاتر کارآمدتر هستند اما می توانند در جریان های کم از افزایش رنج ببرند. دمنده های ریشه منحنی فشار-جریان مسطح تری را ارائه می دهند که آنها را در سرعت های پایین پایدارتر و برای کاربردهایی که نیاز به جریان ثابت در برابر فشار متغیر دارند بهتر می کند. انتخاب اغلب به این بستگی دارد دمنده ریشه در مقابل دمنده سانتریفیوژ برای هوادهی .

در مقابل کمپرسورهای پیچ: کمپرسورهای پیچ نیز جابجایی مثبت هستند اما دارای فشرده سازی داخلی هستند. آنها به طور کلی در فشارهای بالاتر کارآمدتر و ساکت تر هستند، اما پیچیده تر، گران تر هستند و اغلب برای خنک کردن و آب بندی نیاز به تزریق روغن دارند (اگرچه نسخه های بدون روغن وجود دارد). دمنده های ریشه بر اساس سادگی، هزینه اولیه و مناسب بودن برای عملکرد واقعی بدون روغن برنده می شوند.

نتیجه گیری: طراحی بی انتها، به طور مداوم بهبود یافته است

دمنده Roots گواهی بر مهندسی ظریف است. اصل اساسی آن، که در قرن نوزدهم تصور شد، امروزه بسیار مرتبط است. در حالی که ممکن است مطلق ترین کمپرسور از نظر ترمودینامیکی در همه محدوده ها نباشد، نقاط قوت آن غیرقابل انکار است: توانایی جابجایی حجم عظیم هوا با قوام تزلزل ناپذیر، قابلیت اطمینان مکانیکی افسانه ای، و عملکرد ساده و بدون روغن.

پیشرفت های مدرن در متالورژی، پروفیل روتور (به عنوان مثال، پیچش مارپیچ) و ساخت دقیق تنها قابلیت های آن را افزایش داده است، کاهش سر و صدا، بهبود کارایی حجمی و افزایش عمر مفید. برای مهندسان و مدیران کارخانه که به دنبال راه حلی قابل اعتماد و با حجم بالا برای جابجایی هوا برای کاربردهای فشار کم تا متوسط هستند، دمنده Roots همچنان یک انتخاب فوق العاده کارآمد، قابل اعتماد و با کارایی بالا است. درک اصول اصلی آن اولین گام برای استفاده از مزایای منحصر به فرد آن برای برنامه خاص شما است.