Когда речь заходит о промышленном оборудовании, способном работать с самыми разными средами — от газов до вязких суспензий, — на ум сразу приходит легендарный насос Рутса. Это устройство, придуманное ещё в середине XIX века, долгое время оставалось эталоном универсальности. Однако у любой, даже самой удачной конструкции есть свои пределы. И именно размышления об этих пределах однажды привели к появлению совершенно нового класса машин, которые сегодня можно встретить в самых неожиданных местах.
Классическая схема насоса Рутса, знакомая многим инженерам, обладает характерной особенностью — двумя роторами, вращающимися в противоположных направлениях. Именно эта простота и надёжность сделали её популярной. Но у медали есть и обратная сторона: нестабильность работы при определённых режимах, резкие скачки давления и ограничения по степени сжатия.
От прямых лопастей к спиральной геометрии
Идея усовершенствовать проверенную временем конструкцию витала в воздухе. Нужно было найти способ сохранить все достоинства роторной пары, но избавиться от врождённых недостатков. Решение оказалось элегантным и, как это часто бывает в технике, геометрически красивым: вместо прямых лопастей сделать их спирально закрученными.
Мне всегда казалось удивительным, как небольшое изменение формы способно кардинально повлиять на поведение механизма. Спиральный профиль роторов позволяет рабочей камере перемещаться вдоль оси постепенно, без резких перепадов. Это принципиально иной подход к процессу сжатия: вместо пульсирующего вытеснения — плавное, почти непрерывное движение среды.
Человеком, который довёл эту концепцию до рабочего состояния, стал шведский инженер Альф Лисхольм. Он внимательно разобрался в причинах компрессионного помпажа — неустойчивого режима, при котором давление и расход начинают колебаться, создавая вибрации и угрожая целостности оборудования. Лисхольм пришёл к выводу, что корень проблемы кроется именно в геометрии роторов и характере их взаимодействия.
Патент 1935 года и рождение нового стандарта
После серии экспериментов в 1935 году Лисхольм представил спиральный винтовой компрессор. Патент был оформлен на компанию Ljungstroms, где он работал, и это обстоятельство сыграло важную роль в дальнейшей судьбе изобретения. Новинку быстро оценили другие производители, и лицензии на выпуск стали приобретать компании по всему миру.
Стоит уточнить, что конструкция, показанная на ранних фотографиях, — лишь один из возможных вариантов. В ней шестерёнки выполнены зеркально симметричными. Но инженерная мысль не стояла на месте, и вскоре появились альтернативные профили.
Обратите внимание на характер зацепления: полукруглые выступы одного ротора входят в соответствующие углубления другого. Это напоминает зацепление Новикова, известное в зубчатых передачах. Такая геометрия обеспечивает более плотный контакт и лучшую герметизацию рабочих камер. Но и технологическая сложность изготовления подобных поверхностей значительно выше, чем у обычных прямозубых роторов.
Я представляю, с какими трудностями сталкивались первые производители. Ведь даже классические роторы винтового компрессора требуют высокой точности обработки, а уж асимметричные профили с криволинейными поверхностями — это настоящий вызов для станочного парка середины XX века.
Технологический рывок 1950-х годов
Ключевой момент в истории винтовых компрессоров наступил в 1952 году. Шотландская машиностроительная компания Howden нашла способ наладить серийное производство комплектующих, используя станки для резки Holroyd. Эти станки изначально предназначались для изготовления спиральных лопастных роторов, но оказались идеально приспособлены и для новой задачи. Благодаря этому стоимость и время производства удалось существенно снизить.
Ещё через два года произошло событие, которое окончательно утвердило винтовой компрессор в статусе промышленного стандарта. Howden совместно с компанией SRM разработала первый компрессор с масляным заполнением. Это решение позволило решить сразу две задачи: обеспечить эффективное охлаждение и улучшить герметизацию рабочих зазоров. Как следствие — возросла допустимая степень сжатия, а оборудование стало работать стабильнее.
Важно отметить, что патент на асимметричные роторы принадлежит именно SRM. А массовое производство таких роторов начала в 1969 году компания Sulliar. Так, постепенно, винтовой компрессор завоевал себе место в промышленности.
Современные винтовые компрессоры — это высокотехнологичные агрегаты, которые можно встретить в самых разных отраслях. Их основная задача — подача сжатого воздуха в крупных промышленных установках. Но спектр применения гораздо шире: предприятия по производству упаковки для пищевых продуктов, автоматизированные производственные системы, строительная техника.
Где сегодня работают компрессоры Лисхольма
Мне доводилось видеть такие агрегаты на прицепах и небольших дизельных двигателях. Они подают сжатый воздух для отбойных молотков, клепальных инструментов, пневматических насосов. Без них не обходится пескоструйная обработка и промышленные покрасочные системы. В горнодобывающей отрасли винтовые компрессоры устанавливаются на роторных буровых установках, а также на установках погружного пневмоударника, применяемых при разведочном бурении.
Отдельная сфера — обслуживание нефте- и газопроводов. Здесь компрессоры Лисхольма используют для пневматических испытаний и продувки трубопроводных систем. Требования к надёжности в таких условиях особенно высоки, и винтовая конструкция с масляным заполнением показывает себя достойно.
Интересно, что винтовые компрессоры нашли применение даже в автомобильной промышленности. Например, в некоторых моделях легковых автомобилей можно встретить агрегаты, работающие по принципу Лисхольма. Это лишний раз подтверждает универсальность конструкции и её способность адаптироваться к самым разным условиям эксплуатации.
Историческая несправедливость и признание заслуг
В истории техники нередко бывает так, что изобретение связывают не с тем, кто первым его запатентовал, а с тем, кто сумел довести идею до практического воплощения. С винтовым компрессором ситуация именно такая. Ещё в 1878 году немецкий инженер Генрих Кригар получил патент на устройство, по сути являвшееся винтовым компрессором. Но тогда это изобретение никого не заинтересовало. Производство не было налажено, сам Кригар так и не создал реально работающую машину, а срок действия патента истёк.
Поэтому, когда Лисхольм начал свои эксперименты, он формально не начинал с чистого листа — теоретическая база уже существовала. Но заслуга шведского инженера от этого не становится меньше. Он оказался в нужное время в нужном месте, и, что немаловажно, с нужным начальством. Роль компании Ljungstroms в продвижении компрессора на рынок трудно переоценить.
Альф Джеймс Рудольф Лисхольм прожил долгую и насыщенную жизнь — с 14 декабря 1893 года по 20 февраля 1973 года. В компании Ljungstrom он занимался разработкой паровых турбин и зарекомендовал себя как исключительно толковый и технически грамотный специалист. За свою карьеру он запатентовал целый ряд оригинальных изобретений, среди которых карбюратор и гидротрансформатор, и дослужился до должности главного инженера.
О самом Лисхольме, увы, сохранилось не так много информации, как хотелось бы. Но его главное наследие — винтовой компрессор — продолжает работать по всему миру, обеспечивая сжатым воздухом промышленные предприятия, строительные площадки и транспортные системы. Это, пожалуй, лучшая память об инженере.
Обсудить статью
