ЗУБЧАТОЕ ЗАЦЕПЛЕНИЕ ВИНТОВОГО КОМПРЕССОРА

ЗУБЧАТОЕ ЗАЦЕПЛЕНИЕ ВИНТОВОГО КОМПРЕССОРА


RU (11) 2193113 (13) C2

(51) 7 F04C18/16 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 26.12.2007 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 2001100641/06 
(22) Дата подачи заявки: 2001.01.09 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2001.01.09 
(45) Опубликовано: 2002.11.20 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: RU 2109170 C1, 20.04.1998. SU 1135922 A, 23.01.1985. FR 2499638 A, 13.08.1982. US 5624250 A, 29.04.1997. САКУН Н.А. Винтовые компрессоры. - М.-Л.: Машиностроение, 1970, с.107- 115. 
(71) Заявитель(и): Федеральное государственное унитарное предприятие "Конструкторское бюро "Арсенал" им. М.В.Фрунзе" 
(72) Автор(ы): Ванеев Ю.П.; Кураева Н.С.; Козырев П.А.; Алексеенко Д.Б. 
(73) Патентообладатель(и): Федеральное государственное унитарное предприятие "Конструкторское бюро "Арсенал" им. М.В.Фрунзе" 
Адрес для переписки: 195009, Санкт-Петербург, ул. Комсомола, 1/3, КБ "Арсенал", начальнику отдела промышленной собственности А.С.Березко 

(54) ЗУБЧАТОЕ ЗАЦЕПЛЕНИЕ ВИНТОВОГО КОМПРЕССОРА 

Изобретение может быть использовано в компрессорной технике. Зубчатое зацепление образовано двумя параллельно расположенными с взаимоогибаемыми винтовыми поверхностями роторами с большим и меньшим числом заходов, каждый из которых в торцевом сечении имеет профиль зуба, асимметричный относительно прямой, проходящей через вершину зуба и центр вращения ротора. Профиль зуба винтовой части ротора с меньшим числом заходов со стороны низкого давления от окружности выступов до начальной окружности образован последовательно расположенными сопряженными кривыми. Участки профиля винтовой части ротора с большим числом заходов являются огибающими соответствующих участков ротора с меньшим числом заходов. Изобретение позволяет повысить КПД зубчатого зацепления путем увеличения длины пути дросселирования газа по вершине зуба и увеличения угла давления на профиле со стороны низкого давления. 3 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение предназначено для использования в компрессорной технике и относится к зубчатым зацеплениям винтовых маслозаполненных компрессоров.

В последнее время в винтовых компрессорах применяются асимметричные в торцевом сечении профили зубьев винтовой поверхности роторов. К профилю зуба ротора с меньшим числом заходов со стороны низкого давления (к передней по направлению вращения стороне профиля зуба) не предъявляются требования по обеспечению герметичности вдоль оси роторов, т.к. зацепление этих участков происходит в области всасывания. Поэтому для профиля зуба ротора с меньшим числом заходов со стороны низкого давления могут быть использованы различные кривые и их сочетания, которые должны обеспечивать поперечную герметичность, минимальное сечение щелей при наибольшем сопротивлении движению в них газа. Выбор профиля зуба ротора с меньшим числом заходов осуществляется из условия обеспечения этих требований, а также из условия получения малой длины линии контакта роторов и максимально большей суммарной площади впадин для увеличения теоретической производительности компрессора.

Известны зубчатые зацепления винтовых компрессоров, содержащие два параллельно расположенных с взаимоогибаемыми винтовыми поверхностями ротора с большим и меньшим числом заходов, каждый из которых в торцевом сечении имеет профиль зуба, асимметричный относительно прямой, проходящей через вершину зуба и центр вращения ротора, в которых часть профиля зуба ротора с меньшим числом заходов со стороны низкого давления образована дугой окружности и эпициклоидой [1] стр. 107-115.

Известно также зубчатое зацепление винтового компрессора, содержащее два параллельно расположенных с взаимоогибаемыми винтовыми поверхностями ротора с большим и меньшим числом заходов, каждый из которых в торцевом сечении имеет профиль зуба, асимметричный относительно прямой, проходящей через вершину зуба и центр вращения ротора, в котором часть профиля зуба ротора с меньшим числом заходов со стороны низкого давления образована двумя последовательно расположенными от вершины зуба к его основанию дугами окружностей большего и меньшего радиусов [2].

К недостаткам указанных зацеплений можно отнести небольшую длину пути дросселирования газа по вершине зуба ротора с меньшим числом заходов, а также небольшую величину угла давления, т.е. угла между нормалью к профилю в точке его пересечения с начальной окружностью и нормалью к этой окружности, что ведет к значительным потерям энергии, связанным с трением в месте контакта винтовых поверхностей роторов.

Известно также зубчатое зацепление винтового компрессора, выбранное в качестве прототипа как наиболее близкое к изобретению по совокупности существенных признаков. Данное зубчатое зацепление образовано двумя параллельно расположенными с взаимоогибаемыми винтовыми поверхностями роторами с большим и меньшим числом заходов, каждый из которых в торцевом сечении имеет профиль зуба, асимметричный относительно прямой, проходящей через вершину зуба и центр вращения ротора, часть профиля зуба ротора с меньшим числом заходов со стороны низкого давления образована дугой окружности, центр которой смещен в сторону высокого давления. Со стороны вершины зуба дуга окружности сопряжена с кривой

= R1(1-a13+a22н),

где R1 - радиус внешней окружности ротора с меньшим числом заходов,

- радиус-вектор, проведенный из центра вращения ротора,

- полярный угол,

а1, а2 - константы,

n - целое число (n=2, 3, 4),

а со стороны начальной окружности введен эллипс, малая ось которого лежит на прямой, соединяющей центр дуги окружности с точкой сопряжения дуги и эллипса. Данное сочетание сопряженных кривых, образующих профиль зуба со стороны низкого давления, позволяет увеличить длину пути дросселирования газа по вершине зуба ротора, а следовательно, повысить КПД компрессора, кроме того, увеличивается угол давления, что уменьшает потери энергии, связанные с трением в месте контакта винтовых поверхностей роторов [3].

Задачей изобретения является дальнейшее повышение КПД компрессора путем увеличения длины пути дросселирования газа по вершине зуба ротора с меньшим числом заходов и увеличения угла давления в месте контакта винтовых поверхностей роторов.

Зубчатое зацепление образовано двумя параллельно расположенными с взаимоогибаемыми винтовыми поверхностями роторами с большим и меньшим числом заходов, каждый из которых в торцевом сечении имеет профиль зуба, асимметричный относительно прямой, проходящей через вершину зуба и центр вращения ротора. Перечисленные признаки являются общими с прототипом. Сущность изобретения заключается в том, что в зубчатое зацепление часть профиля каждого зуба ротора с меньшим числом заходов со стороны низкого давления от окружности выступов до начальной окружности образована последовательно расположенными от вершины зуба к его основанию сопряженными кривыми: кривой

= R1(1-C12-C23+C34),

где R1 - радиус внешней окружности ротора, с меньшим числом заходов,

- радиус-вектор, проведенный из центра вращения ротора,

- полярный угол,

С1, C2, С3 - константы, соответственно равные

(0,05-0,9)10-2R1, (0,01-0,15)R1, (0,2-0,3)R1,

дугой окружности, радиус которой равен 1,22-1,29 высоты зуба, проведенной из центра смещенного в сторону высокого давления на расстояние, равное 0,1-0,12 высоты зуба и эллипсом, большая и малая оси которого составляют соответственно 1,65-1,80 и 1,45-1,60 высоты зуба, причем малая ось лежит на прямой, соединяющей центр дуги окружности с точкой сопряжения дуги и эллипса. Разности радиусов центральных окружностей, проходящих через точки сопряжения кривых и начальной окружности, равны соответственно 0,89-0,92 и 0,38-0,42 высоты зуба. Интервалы размеров, образующих указанные кривые, определяются из условия получения большей суммарной площади впадин винтовых поверхностей роторов при сохранении прочности зуба, а также из возможности сопряжения указанных кривых.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображены:

на фиг.1 - общий вид зацепления,

на фиг. 2 - профиль зуба и впадины соответственно ротора с большим и меньшим числом заходов (оси роторов условно разнесены),

на фиг.3 - вид на щель (выносной элемент I с фиг.1).

Зубчатое зацепление (фиг.1) винтового компрессора образуют роторы 1 и 2 с меньшим и большим числом заходов. Профиль зуба ротора 1 асимметричен относительно прямой O1A1 (фиг.2), проходящей через центр вращения ротора 1 и вершину зуба А1, соответственно профиль впадины ротора 2 асимметричен относительно прямой O2A2, проходящей через центр вращения ротора 2 и нижнюю точку впадины А2. Со стороны низкого давления профиль зуба ротора с меньшим числом заходов образован последовательно расположенными от вершины зуба к его основанию кривыми A1B1, B1C1, С1Д1 и Д1Е1. Участок A1B1 образован кривой = R1(1-C12-C23+C34), участок B1C1 - дугой окружности радиуса R=1,22-1,29 высоты зуба, центр которой смещен относительно прямой О1А1, соединяющей центр ротора 1 с вершиной на величину L=0,1-0,12 высоты зуба в сторону высокого давления, участок 1Д1 - эллипсом, малая ось которого лежит на прямой ORC1, соединяющей центр дуги окружности ОR с точкой сопряжения дуги и эллипса С1. Эллипс сопряжен с окружностью впадин дугой окружности радиуса r0. Границами участков служат центральные окружности радиусов B1, RC1 и RH1, причем разности (RB1-RH1) и (RC1-RH1) равны соответственно 0,89-0,92 и 0,38-0,42 высоты зуба.

Полярный радиус на участке А1В1 проведен из центра ротора 1. Величины коэффициентов С1, C2 и C3 в уравнении кривой участка A1B1 определяются исходя из равенства функций и их первых производных в точке B1 сопряжения первого и второго участков и в зависимости от геометрических размеров профилей составляют соответственно (0,0005-0,009)R1, (0,01-0,15)R1 и (0,2-0,3)R1. Величины большой и малой осей эллипса а и b составляют соответственно 1,65-1,80 и 1,45-1,60 высоты зуба и определяются из условия увеличения величины угла давления , угла между нормалью к профилю N в точке его пересечения Д1 с начальной окружностью и нормалью к этой окружности, с обеспечением необходимой толщины зуба ротора 2.

Так как малая ось и центр эллипса лежат на прямой ОRС1, а точка C1 является общей для окружности участка B1C1 и эллипса, то обеспечивается равенство функций и их первых производных в точке C1 сопряжения второго и третьего участков, что обеспечивает плавность сопряжения кривых в точке C1.

Профиль зуба ротора 2 с большим числом заходов со стороны низкого давления образован кривыми А2В2, B2C2, С2Д2 и Д2Е2, которые являются огибающими кривых A1B1, В1С1, С1Д1 и Д1Е1.

Был произведен обсчет профилей роторов, имеющих следующие основные геометрические характеристики:

Ротор с меньшим числом заходов: радиус внешней окружности RI=40 мм, радиус начальной окружности РIII=27 мм, радиус окружности впадин RBIII=26,2 мм, число зубьев Z1=6.

Ротор с большим числом заходов: радиус внешней окружности R2=36,8 мм, радиус начальной окружности RH2=36 мм, радиус внутренней окружности RBH2=23 мм, число зубьев Z2=8.

Расстояние между центрами роторов А=63 мм.

При выполнении вершины зуба 3 со стороны низкого давления по кривой = R1(1-C12-C23+C34) и данных геометрических размерах профилей роторов величина глубины щели В (фиг.3) равна 1,804 мм.

Размер глубины щели В определен по методике [1] cтр. 229, при этом глубина щели В равна ширине зуба на расстоянии h от вершины зуба, равном чертежному зазору между поверхностями одного знака кривизны.

Глубина щели, рассчитанная по той же методике, для профиля прототипа [3] при этих же геометрических размерах роторов В=0,96 мм. Большая глубина щели создает большее сопротивление перетечкам газа по гребню ротора с меньшим числом заходов, что обеспечивает меньшую разность давлений в соседних парных полостях винтовых поверхностей роторов и, следовательно, повышение КПД винтового компрессора.

Выполнение профиля зуба 3 на стороне низкого давления со стороны начальной окружности в виде эллипса с указанными выше размерами и положением центра позволяет увеличить угол давления до 70,5-70,8o против 65-70o для роторов, выполненных по [3]. С увеличением угла давления уменьшаются потери энергии на трение винтовых поверхностей роторов.

Указанные преимущества профилей роторов позволяют получить технический результат при использовании изобретения - повышение КПД компрессора на 0,7-1,2%.

Кроме того, зубчатое зацепление выполнено с передаточным числом i1,2= Z2/Z1= 8/6= 1,33 (фиг.1) в отличие от известных схем винтовых компрессоров, где i1,2= 1,5 и Z1/Z2=4/6. Увеличение числа зубьев позволяет увеличить степень сжатия газа в компрессоре, уменьшить шум, снизить колебания крутящего момента, повысить экономичность компрессора.

Литература

1. Сакун И.А. Винтовые компрессоры. - М. - Л.: Машиностроение, 1970.

2. Авторское свидетельство СССР 1135922, МПК F 04 C 18/16, опубл. 1985 г.

3. Патент РФ 2109170, МПК6 F 04 C 18/16, опубл. 20.04.98 (прототип). 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



Зубчатое зацепление винтового компрессора, образованное двумя параллельно расположенными с взаимоогибаемыми винтовыми поверхностями роторами с большим и меньшим числом заходов, каждый из которых в торцевом сечении имеет профиль зуба, асимметричный относительно прямой, проходящей через вершину зуба и центр вращения ротора, часть профиля зуба ротора с меньшим числом заходов со стороны низкого давления образована дугой окружности, центр которой смещен в сторону высокого давления, отличающееся тем, что со стороны вершины зуба введена кривая

= R1(1-C12-C23+C34),

где R1 - радиус внешней окружности ротора с меньшим числом заходов;

- радиус-вектор, проведенный из центра вращения ротора;

- полярный угол;

С1, С2, С3 - константы, соответственно равные (0,05-0,9)10-2, 0,01-0,15 и 0,2-0,32 от R1,

а со стороны начальной окружности введена часть эллипса, большая и малая ось которого составляет соответственно 1,65-1,80 и 1,45-1,60 высоты зуба, малая ось лежит на прямой, соединяющей центр дуги окружности с точкой сопряжения дуги и эллипса, при этом величина радиуса окружности выполнена равной 1,22-1,29 высоты зуба, ее центр смещен на расстояние 0,10-0,12 высоты зуба, а разности радиусов центральных окружностей, проходящих через точки сопряжения кривых и начальной окружности, равны соответственно 0,89-0,92 и 0,38-0,42 высоты зуба.






ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Насосы и компрессорное оборудование






СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+центробежный -насос".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "насос" будут найдены слова "насосы", "насосом" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("насос!").



Рейтинг@Mail.ru