Войти
Воздуходувка Рутса с двухлопастными роторами. Роторы большинства настоящих воздуходувок Рутса имеют три или четыре лопасти.. Обозначения: Воздуходувка Рутса представляет собой поршневой лепесток насос, который работает путем перекачивания жидкости с парой зацепляющихся лепестков, напоминающих набор растянутых шестерен. Жидкость задерживается в карманах, окружающих лопасти, и переносится со стороны впуска к выпуску. Чаще всего воздуходувки Рутса применялись в качестве индукционного устройства в двухтактных дизельных двигателях, например, в двигателях Detroit Diesel и Electro-Motive Diesel.. Воздуходувки типа Рутса также используются для наддува двигателей с циклом Отто, при этом вентилятор приводится в действие от коленчатого вала двигателя через зубчатый или Клиновой ремень, роликовая цепь или зубчатая передача.
Воздуходувка Рутса названа в честь американских изобретателей и братьев Филандер и Фрэнсис Мэрион Рутс, основатели Roots Blower Company из Коннерсвилля, Индиана США, которые запатентовали базовую конструкцию в 1860 году как воздушный насос для использования в доменных печах и других промышленных применениях. В 1900 году Готтлиб Даймлер включил воздуходувку Рутса в запатентованную конструкцию двигателя, что сделало воздуходувку Рутса самой старой из различных конструкций, доступных сейчас. Воздуходувки Рутса обычно называются воздуходувками или нагнетательными вентиляторами (с принудительным вытеснением) , и их обычно называют «глушителями» при использовании с бензиновыми двигателями в автомобилях hot rod, изготовленных по индивидуальному заказу..
Нагнетатель Eaton M62 Roots типа виден спереди этого двигателя Ecotec LSJ в 2006 Saturn Ion Red Line Воздуходувка Рутса проста и широко используется. Он может быть более эффективным, чем альтернативные нагнетатели, при создании положительного давления во впускном коллекторе (то есть давления выше атмосферного) на низких оборотах двигателя, что делает его популярным для применения в легковых автомобилях. Пиковый крутящий момент может быть достигнут 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 для двух лепестков, так как даже небольшой поворот может открыть свободный путь через нагнетатель под определенными углами).
Накопленное тепло является важным фактором при работе компрессора в двигателе внутреннего сгорания. Из трех основных типов нагнетателей конструкция Рутса исторически имела худший тепловой КПД, особенно при высоких степенях давления. В соответствии с законом идеального газа операция сжатия повышает температуру сжатого выходящего потока. Кроме того, для работы самого компрессора требуется подводимая энергия, которая преобразуется в тепло и может передаваться газу через корпус компрессора, нагревая его больше. Хотя промежуточные охладители более широко известны своим использованием в турбокомпрессорах, нагнетатели также могут получить выгоду 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. В случае нагнетателя типа Рутса одним из успешно используемых методов является добавление тонкого теплообменника, расположенного 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.
Воспроизвести мультимедиа Анимация, показывающая направление потока через трехлопастный вентилятор Рутса с небольшим поворотом ротора Дизайн Рутса обычно использовался на двухтактных дизельных двигателях (популяризован подразделениями Detroit Diesel [грузовики и автобусы] и Electro-Motive [железная дорога] General Motors), которые требуют некоторой формы принудительной индукции, как там нет отдельного такта впуска. The Rootes Co. двухтактный дизельный двигатель, используемый в автомобилях Commer и Karrier, имел нагнетатель типа Рутса; две компании не связаны.
Нагнетатели, используемые на топовых двигателях, забавных автомобилях и других драгстерах, а также в хот-родах, на самом деле производные от General Motors Coach Division воздуходувки для их промышленных дизельных двигателей, которые были адаптированы для использования в автомобилях в дрэг-рейсинге. Название модели этих агрегатов указывает на их размер - бывшие в употреблении воздуходувки 4–71 и 6–71 были разработаны для дизелей серии 71 серии. Текущие конкуренты драгстеры используют вторичные варианты GMC, аналогичные по конструкции серии 71, но с увеличенными ротором и длиной корпуса для увеличения производительности; хотроддеры также используют репродукцию 6-71s.
Воздуходувки Рутса обычно используются в приложениях, где необходимо перемещать большой объем воздуха при относительно небольшом перепаде давления. Сюда входят 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, 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 выход звука во всех диапазонах высоты звука. Наиболее известными являются серия Federal Signal Thunderbolt Series и ACA (ныне American Signal Corporation) Hurricane. Эти сирены известны как «сирены с наддувом».
Воздуходувки Рутса также используются в обратном направлении для измерения расхода газов или жидкостей, например, в газовых счетчиках.
Конструкция двухлопастного циклоидального ротора. Красная кривая - это эпициклоида, а синяя кривая - это гипоциклоида. Меньшие порождающие круги (красный и синий) составляют четверть диаметра большего порождающего круга (чёрного). Профиль ротора - жирная линия. 
Трехлопастная воздуходувка Рутса. (Открытая анимация )Простейшая форма воздуходувки Рутса имеет циклоидальные роторы, состоящие из чередующихся тангенциальных секций гипоциклоидальных и эпициклоидальных кривых. Для двухлопастного ротора: меньшие образующие круги составляют одну 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 люфтом во всех положениях, поэтому отдельная пара шестерен обеспечивают 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 за пределами допустимого диапазона Согласно спецификации, сжатие газа генерирует достаточно тепла, так что лопасти расширяются до такой степени, что они заклинивают, повреждая насос.
Насосы Рутса способны перекачивать большие объемы, но, поскольку они только достигают умеренного сжатия, нередко можно увидеть мю 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 загрязненными маслом 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 максимальной степени перепада давления, равной двум. Возможны более высокие отношения давлений, но при снижении эффективности. Поскольку нагнетатель 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 ниже по потоку от нагнетателя.
Карта эффективности нагнетателя Корня . Обобщенная карта эффективности воздуходувки показывает, как эффективность нагнетателя изменяется в зависимости от скорости и наддува. Для любого данного нагнетателя Рутса, работающего в заданных условиях, на карте будет 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 дается в единицах степени давления, которая представляет собой отношение абсолютного давления воздуха перед воздуходувкой к абсолютному давлению воздуха после сжатия нагнетателем. 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 давлении наддува 15 фунтов на квадратный дюйм (1,0 бар) нагнетатели Рутса колеблются между 50% и 58%. Замена воздуходувки меньшего размера на нагнетатель большего размера смещает точку влево. В большинстве случаев, как показано на карте, это переместит его в области с более высокой эффективностью слева, так как вентилятор меньшего размера, вероятно, будет быстро работать в правой части диаграммы. Обычно использование вентилятора большего размера и его медленной работы для достижения того же наддува дает повышение эффективности компрессора.
Объемный КПД воздуходувки Рутса очень хороший, обычно он остается выше 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 соревнованиях по дрэг-рейсингу, когда большие объемы топлива впрыскиваются горячим воздухом, испарение топлива поглощает тепло. Это функционирует как своего рода система доохладителя жидкости и в значительной степени сводит на нет неэффективность конструкции Рутса в этом приложении.
Роторные лопастные нагнетатели, обычно называемые бустерами в условиях высокого вакуума, не используются в качестве автономных насосов. В системах с высоким вакуумом скорость откачки бустеров может использоваться для снижения конечного давления и увеличения скорости откачки.
Термин «нагнетатель» обычно используется для определения устройства, размещенного на двигателях с функциональной потребностью в дополнительном потоке воздуха, использующего прямую механическую связь в качестве источника энергии. Термин «нагнетатель» используется для описания различных типов нагнетателей. Винтовой нагнетатель , нагнетатель Рутса и центробежный нагнетатель - это все типы нагнетателей. 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».
 | На Викискладе есть медиафайлы, связанные с нагнетателями Рутса. |
