100 χρόνια τεχνολογίας υπερπλήρωσης για βιομηχανίες (Industrial Turbocharging)

Το έτος 2024 σηματοδοτεί την 100ή επέτειο του πρώτου υπερπληρωτή, (turbocharging) για μεγάλους κινητήρες. Οι υπερπληρωτές αποτελούν πλέον εξοπλισμό σε κάθε μεγάλη εφαρμογή που τροφοδοτείται από κινητήρα εσωτερικής καύσης, από πλοία και σιδηροδρομικές μηχανές μέχρι σταθμούς παραγωγής ενέργειας και κέντρα δεδομένων. Ωστόσο, η υλοποίηση του αρχικού οράματος και η πειθώ του κόσμου για την αξία τους ήταν μια αργή και μάλλον αρκετά επίπονη διαδικασία για τον εφευρέτη τους, τον Alfred Büchi (1879-1959).

Ο Büchi ήταν σε θέση να ασκήσει σημαντική επιρροή στη μηχανική. Ήταν γιος διευθύνοντος συμβούλου της Sulzer, του ελβετικού γίγαντα της μηχανικής και των κατασκευών, η οποία ήταν ήδη μια καλά εδραιωμένη εταιρεία στα τέλη του 19ου αιώνα. Το 1899 γράφτηκε στο ETH της Ζυρίχης, ένα δημόσιο ερευνητικό πανεπιστήμιο, για να σπουδάσει μηχανολογία. Στη συνέχεια, αφού αποφοίτησε, εργάστηκε ως μηχανικός στο εξωτερικό, στο Βέλγιο και την Αγγλία, πριν επιστρέψει στην Ελβετία το 1908.

Μια ιδέα που άλλαξε τα πάντα

Κατά τη διάρκεια της παραμονής του στο εξωτερικό, το 1905, όταν ήταν μόλις 26 ετών, ο Büchi κατέθεσε δίπλωμα ευρεσιτεχνίας στη Γερμανία για έναν "σύνθετο κινητήρα υψηλής υπερπλήρωσης" με κινητήρα ντίζελ, αξονικό συμπιεστή και αξονικό στρόβιλο τοποθετημένο σε κοινό άξονα.

Μια εξαιρετικά πειραματική ιδέα για την εποχή, καθώς δεν υπήρχαν ακόμη ούτε τα υλικά ούτε τα καύσιμα για να μετατρέψουν την ιδέα του Büchi σε πραγματικότητα. Παρ’ ‘ολα αύτα, το δίπλωμα ευρεσιτεχνίας κάλυπτε τις θεμελιώδεις αρχές κάθε υπερπληρωτή που δημιουργήθηκε έκτοτε: ένας στρόβιλος που τροφοδοτείται με καυσαέρια περιστρέφεται σε υψηλή ταχύτητα για να τραβήξει φρέσκο αέρα μέσω ενός συμπιεστή στο θάλαμο ανάφλεξης, ώστε να ενισχύσει την απόδοση του κινητήρα και να μειώσει την κατανάλωση καυσίμου.

Στις αρχές του εικοστού αιώνα υπήρξε μια περίοδος τεράστιας καινοτομίας στη μηχανική. Οι αδελφοί Ράιτ πραγματοποίησαν την πρώτη τους μηχανοκίνητη πτήση το 1903 - το Ford Model T παρουσιάστηκε το 1908- ο ανοξείδωτος χάλυβας εφευρέθηκε το 1913- η διώρυγα του Παναμά ολοκληρώθηκε το 1914. Το οπλισμένο σκυρόδεμα, η εργοστασιακή γραμμή συναρμολόγησης, η ραδιοφωνική μετάδοση και οι διηπειρωτικές τηλεφωνικές κλήσεις έκαναν επίσης την πρώτη τους εμφάνιση κατά τη διάρκεια αυτής της σύντομης περιόδου.

Παράλληλα, κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, η ιδέα της υπερπλήρωσης κινητήρων κέρδιζε υποστήριξη και οι πρακτικές λεπτομέρειες της δημιουργίας τους επιλύονταν. Αρχικά, όμως, στόχευαν στον νέο τομέα των μικρών, ελαφριών κινητήρων αεροσκαφών, με επιτυχίες στην ενίσχυση της απόδοσης που επιτεύχθηκαν σε αεροπλάνα στις Ηνωμένες Πολιτείες και την Γαλλία. Οι άνθρωποι δεν έβλεπαν ακόμη την εφαρμογή τους σε μεγαλύτερους, πιο αργούς βιομηχανικούς κινητήρες, θεωρώντας ότι δεν θα ήταν οικονομικά βιώσιμοι.

Πραγματοποιώντας το όνειρο: 1924

Ο Büchi εργαζόταν σε κινητήρες ντίζελ για τη Sulzer κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, αν και είχε επίσης ξεκινήσει διάλογο με την ανερχόμενη ελβετική εταιρεία μηχανικής Brown, Boveri & Cie (BBC), τον άμεσο πρόγονο της Accelleron, για να δει αν θα μπορούσαν να συνεργαστούν για την υλοποίηση των ιδεών του.

Το 1923, η BBC έλαβε ένα αίτημα από την Swiss Locomotive and Machine Works. Είχαν αναπτύξει έναν πειραματικό δίχρονο κινητήρα για τρένα ντίζελ. Ο κινητήρας έπρεπε να αποδίδει μεγαλύτερη ισχύ και να παρέχει καλύτερη κατανάλωση καυσίμου. H Brown, Boveri & Cie (BBC) πρότεινε τη χρήση ενός υπερπληρωτή και η SLM προχώρησε σε συμφωνία. Τον Ιούνιο του 1924, ο VT402, ο πρώτος υπερπληρωτής βαρέως τύπου στον κόσμο, ολοκληρώθηκε στο εργοστάσιο της BBC στο Baden.

Εν τω μεταξύ, η ναυτιλιακή βιομηχανία άρχισε επίσης να υιοθετεί την ιδέα των υπερπληρωτών. Το 1923, το ναυπηγείο Vulkan στη Γερμανία είχε παραγγείλει δύο μεγάλα επιβατηγά πλοία - το Preussen και το Hansestadt Danzig - το καθένα από τα οποία θα εφοδιαζόταν με δύο υπερτροφοδοτούμενους 10 κύλινδρους τετράχρονους κινητήρες MAN. Οι υπερπληρωτές σχεδιάστηκαν και κατασκευάστηκαν στη Brown, Boveri & Cie (BBC) υπό την επίβλεψη του Büchi. Τα δύο αυτά πλοία, που καθελκύστηκαν το 1926, ήταν τα πρώτα στην ιστορία που διέθεταν υπερτροφοδοτούμενους κινητήρες.

Η εφεύρεση και η εμπορική αξιοποίηση του υπερπληρωτή είναι ένα επίτευγμα που έθεσε τα θεμέλια για την ανάπτυξη της σύγχρονης οικονομίας όπως τη γνωρίζουμε σήμερα. Χωρίς την ύπαρξη του δεν θα ήταν δυνατόν να παράγουμε την ισχύ του κινητήρα που χρειαζόμαστε

Ένας αιώνας βελτίωσης

Αρκετά στοιχεία της ιστορίας είναι εξαιρετικά. Το πρώτο είναι ο τρόπος με τον οποίο οι βασικές αρχές της υπερπλήρωσης τέθηκαν από την αρχή. Η χρήση των, κατά τα άλλα χαμένων καυσαερίων, για την άντληση φρέσκου αέρα ώστε να δουλέψει καλύτερα ο κινητήρας, είναι μία από εκείνες τις ιδέες που φαίνονται απλές και προφανείς, αλλά ταυτόχρονα, μέχρι να τις αποτυπώσει ο Büchi στο χαρτί, κανείς δεν είχε συνδέσει τα σημεία.

Το δεύτερο είναι ότι ενώ οι πιο επιθυμητοί στόχοι από την υπερπλήρωση έχουν αλλάξει με την πάροδο των ετών, από την απόδοση του κινητήρα στην αποδοτικότητα καυσίμου και τώρα στη μείωση των εκπομπών, οι αρχές και το σχήμα του υπερπληρωτή είναι ουσιαστικά τα ίδια. Τα χαρακτηριστικά απόδοσης, τα υλικά, η γεωμετρία και η κατασκευή του βελτιώνονται συνεχώς, αλλά οι βασικές αρχές παραμένουν οι ίδιες.

Το χαρακτηριστικό που έχει διατηρηθεί σταθερό στην πορεία του χρόνου είναι ότι οι συνεργασίες μεταξύ κατασκευαστών και ειδικών αποτελούν χαρακτηριστικό της βιομηχανίας από τα πρώτα χρόνια. Οι καινοτομίες σπάνια είναι προϊόν ενός μυαλού. Ο Büchi ήταν αναμφίβολα μια ιδιοφυΐα, αλλά χωρίς τη συνεργασία της Brown, Boveri & Cie (BBC) για τη δημιουργία των προϊόντων του και των κατασκευαστών κινητήρων για την πίστη τους στις ιδέες του, τίποτα δεν θα είχε συμβεί. Αυτή η ίδια διασύνδεση ιδεών, κατασκευής και δημιουργίας λύσεων για τους πελάτες συνεχίζει να οδηγεί την καινοτομία στη βελτιστοποίηση των κινητήρων εσωτερικής καύσης μέχρι σήμερα.

Ξεκινήστε το ταξίδι: 100 years (accelleron-industries.com)

Οι πιο πρόσφατες Ειδήσεις

Διαβάστε πρώτοι τις Ειδήσεις για ό,τι συμβαίνει τώρα στην Ελλάδα και τον Κόσμο στο thetoc.gr