18 czerwca 2019


Zapewne bracia Roots zdobywając w 1860 roku patent na dmuchawę, którą sami nie śmieli nazwać sprężarką, nie przypuszczali, że ich wynalazek w XXI wieku okaże się bezkonkurencyjny w zupełne nieznanych im zastosowaniach.

Ryszard Romanowski

Wszystko podobno zaczęło się od maszyny z drewnianymi cykloidalnymi wirnikami, zastosowanej w młynie wodnym. Urządzenie działało do czasu aż drewno namokło i zwiększyło objętość, skutecznie blokując możliwość obracania się. Kolejne, wykonane już z metalu prototypy działały bez zarzutu. Philander Higley Roots wraz z bratem Francisem Marionem założyli Roots Blower Company w miasteczku Connersville, w stanie Indiana. Philander zmarł w roku 1879, a Francis w 1889. Z pewnością nigdy nie podejrzewali, że wynaleziona przez nich dmuchawa (blower) po stu latach zwana będzie super charger, czyli super doładowaniem.

sprezarki
Wirniki mają zwykle dwa lub trzy płaty

Pierwsze sprężarki Roots wykorzystywane były m.in. w kopalniach, do doprowadzania powietrza górnikom. Także w młyńskich tzw. wialniach, hutach itp. Były proste i niezawodne, jednakże wytwarzane przez nie ciśnienia ustępowały sprężarkom tłokowym, jak również rotacyjnym sprężarkom łopatkowym i podobnym.
Zaletą sprężarek rotacyjnych, do których zaliczają się również sprężarki Roots, jest brak części o większej masie, wykonujących ruchy posuwisto-zwrotne. W związku z tym, napędzane być mogą szybkoobrotowymi silnikami elektrycznymi lub spalinowymi, pobierając stosunkowo niewielką, w porównaniu do urządzeń tłokowych, moc.
Eksploatowane na wysokich prędkościach obrotowych urządzenia są lekkie i nieduże. W związku z tym ich koszt jest niższy niż tłokowych odpowiedników. W zastosowaniach przemysłowych nie wymagają dzięki temu dużych i stabilnych fundamentów. Niestety, w wielu zastosowaniach sprężarka Roots nie jest w stanie zastąpić droższych rozwiązań tłokowych, łopatkowych itp. Wynika to z jej zasady działania. Jest to objętościowa pompa rotacyjna, w której sprężanie gazu lub cieczy przemieszczających się od wlotu do wylotu z urządzenia odbywa się poprzez zmniejszanie objętości w komorach tworzonych przez obracające się wirniki, które wzajemnie się nie stykają. Najwyższe ciśnienie powstaje tuż przed wylotem. Jego wartość ulega pulsacyjnym zmianom, wywołującym burzliwy przepływ czynnika, w przeciwieństwie np. do sprężarki śrubowej. Oczywiście wzrasta temperatura urządzenia, musi ono być chłodzone (często stosowano do tego płaszcz wodny). Przy czym tzw. stosunek sprężania dmuchawy Roots zwykle był mniejszy lub równy 2. Impulsowe podawanie ciśnienia, turbulencje mogące prowadzić do kawitacyjnego zużycia wirników oraz generowany hałas, to niewątpliwe wady rozwiązania. Podkreślano również trudności w wykonaniu sprężarki. Mimo niewielkiej ilości części kłopoty sprawiało precyzyjne wykonanie wirników i obudowy urządzenia. W miarę rozwoju technologii okazało się jednak, że można je zminimalizować.

 

cały artykuł dostępny jest w wydaniu 10 (133) październik 2018