Профиль ротора винтового компрессора

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к области компрессорной техники, к профилю ротора винтовых компрессоров, а также винтовых детандеров. Профиль ротора винтовых компрессоров содержит два параллельно расположенных с взаимоогибаемыми винтовыми поверхностями ротора. Участки профиля зубьев ведущего ротора винтового компрессора выполнены из кривых удлиненной циклоиды, описываемых траекторией движения фиксированной точки, удаленной от центра производящей окружности, перекатывающейся без скольжения по прямой, расположенной в системе координат зуба ротора. Изобретение направлено на повышение гидравлического сопротивления щелей между контактирующими поверхностями с одновременным снижением утечек сжимаемого газа на всасывание, устранение излома профиля на ведущем роторе на начальной окружности, снижение длины линии контакта точечного зацепления с одновременным снижением площади треугольной щели в зацеплении зубьев роторов, а также повышение эффективности практического использования компрессора. 10 ил.

 

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к области компрессорной техники, к профилю ротора винтовых компрессоров (газовых, воздушных и холодильных), а также винтовых детандеров.

Известен профиль зубьев роторов винтового компрессора, содержащий два параллельно расположенных с взаимоогибаемыми винтовыми поверхностями ротора (см. патент РФ №2109170, МПК F04C 18/16, 1998 г.).

Однако известный профиль зубьев роторов винтового компрессора при своем использовании имеет следующие недостатки:

- образованная щель между контактирующими поверхностями имеет малое гидравлическое сопротивление, что приводит к большим утечкам сжимаемого газа на всасывание и снижает эффективность работы компрессора;

- образование излома профиля на ведущем роторе на начальной окружности;

- образование наибольшей длины линии контакта точечного зацепления с максимальной площадью треугольной щели в зацеплении зубьев роторов;

- низкая эффективность практического использования.

Задачей изобретения является разработка профиля ротора винтового компрессора.

Техническим результатом является повышение гидравлического сопротивления щелей между контактирующими поверхностями с одновременным снижением утечек сжимаемого газа на всасывание, устранение излома профиля на ведущем роторе на начальной окружности, снижение длины линии контакта точечного зацепления с одновременным снижением площади треугольной щели в зацеплении зубьев роторов, а также повышение эффективности практического использования компрессора.

Технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что предложен профиль ротора винтового компрессора, содержащий два параллельно расположенных с взаимоогибаемыми винтовыми поверхностями ротора, при этом участки профиля зубьев ведущего ротора винтового компрессора выполнены из кривых удлиненной циклоиды, описываемых траекторией движения фиксированной точки, удаленной от центра производящей окружности, перекатывающейся без скольжения по прямой, расположенной в системе координат зуба ротора, при этом профиль A₁B₁′, между наружной окружностью радиусом R₁ и окружностью радиусом R_B1, до точки B₁′, лежащей вне окружности радиусом R_1H, образован траекторией движения точки а, удаленной на расстояние R_a от центра A_o производящей окружности радиусом r_a, перекатывающейся по радиальной прямой O₁A₁ горизонтальной оси O₁x₁ ведущего ротора, или по прямой a₁a₁, перпендикулярной горизонтальной оси O₁x₁, профиль B₁′C₁, включающий в себя и профиль галтели B₁C₁ со стороны лобовой поверхности зуба от окружности впадин R_1BH до точки B₁′, образован траекторией движения точки b, удаленной на расстояние R_b от центра B_o производящей окружности радиусом r_b, перекатывающейся по нормали N_B1′ к профилю A₁B₁′ в точке B₁′, или по прямой b₁′b₁′ перпендикулярной нормали N_B1′, плавно сопрягающейся с профилем A₁B₁′ в точке B₁′ и касающейся окружности впадин R_1BH в точке C₁, профиль A₁′M₁′ зуба ведущего ротора между окружностями R₁ и R_m1 образован траекторией движения точки m, удаленной на расстояние R_m от центра M_o производящей окружности радиусом r_m, перекатывающейся по радиальной прямой O₁A₁′ в сторону центра O₁, системы координат x₁O₁y₁ ведущего ротора, или по прямой a₁′a₁′, перпендикулярной радиальной прямой O₁A₁′, профиль M₁F₁ зуба ведущего ротора сопряжен с профилем M₂F₂ зуба ведомого ротора, расположенным между окружностями радиусом R_M2 и начальной окружностью R_2H и выполненным по удлиненной циклоиде, образованной траекторией движения точки mf, удаленной на расстояние R_mf от центра MF_o производящей окружности радиусом r_mf, перекатывающейся по прямой m₂m₂, перпендикулярной нормали N_M2 к профилю A₂′M₂ в точке M₂, при этом профиль M₂F₂ плавно сопряжен с профилем A₂′M₂ в точке M₂ и касается радиальной прямой в точке F₂ на начальной окружности радиусом R_2H, при R_g<R_1H профиль галтели F₁F₁′E₁ включает в себя участок профиля F₁F₁′, который является частью кривой F₁G₁ удлиненной циклоиды между окружностями R_G и R_1H, образованной точкой f, расположенной на расстоянии R_f от центра F_o производящей окружности радиусом r_f, перекатывающейся по радиальной прямой, проходящей через точку G₁ и плавно сопрягающейся в точке F₁ на начальной окружности R_1H с профилем M₁F₁, а участок профиля F₁′E₁ галтели вблизи окружности впадин R_1BH очерчен по удлиненной эпициклоиде точкой E₂ ведомого ротора или при R_g=R_1BH профиль галтели F₁E₁ зуба ведущего ротора со стороны тыльной поверхности между начальной окружностью R_1H и окружностью впадин радиусом R_1BH выполнен по кривой удлиненной циклоиды, образованной траекторией движения точки f, удаленной на расстояние R_f от центра F_o производящей окружности радиусом r_f, перекатывающейся по радиальной прямой, проходящей через точку F₁, и плавно сопрягающейся с профилем M₁F₁ в точке F₁.

Среди существенных признаков, характеризующих предложенный профиль ротора винтового компрессора, отличительными являются:

- выполнение участков профиля зубьев ведущего ротора из кривых удлиненной циклоиды, описываемых траекторией движения фиксированной точки, удаленной от центра производящей окружности, перекатывающейся без скольжения по прямой, расположенной в системе координат зуба ротора,

- образование профиля A₁B₁′ между наружной окружностью радиусом R₁ и окружностью радиусом R_B1′ до точки B₁′, лежащей вне окружности радиусом R_1H, траекторией движения точки а, удаленной на расстояние R_a от центра A_o производящей окружности радиусом r_a, перекатывающейся по радиальной прямой O₁A₁ горизонтальной оси O₁x₁ ведущего ротора, или образование по прямой a₁a₁, перпендикулярной горизонтальной оси O₁x₁,

- образование профиля B₁′C₁, включающего в себя и профиль галтели B₁C₁ со стороны лобовой поверхности зуба от окружности впадин R_1BH до точки B₁′, траекторией движения точки b, удаленной на расстояние R_b от центра B_o производящей окружности радиусом r_b, перекатывающейся по нормали N_B1′ к профилю A₁B₁′ в точке B₁′, или по прямой b₁′b₁′, перпендикулярной нормали N_B1′, плавно сопрягающейся с профилем A₁B₁′ в точке B₁′ и касающейся окружности впадин R_1BH в точке C₁,

- образование профиля A₁′M₁′ зуба ведущего ротора между окружностями R₁ и R_m1 траекторией движения точки m, удаленной на расстояние R_m от центра M_o производящей окружности радиусом r_m, перекатывающейся по радиальной прямой O₁A₁′ в сторону центра O₁, системы координат x₁O₁y₁ ведущего ротора, или по прямой a₁′a₁′, перпендикулярной радиальной прямой O₁A₁′,

- образование профиля M₁F₁ зуба ведущего ротора, сопряженного с профилем M₂F₂ зуба ведомого ротора, расположенным между окружностями радиусом R_M2 и начальной окружностью R_2H и выполненным по удлиненной циклоиде, образованной траекторией движения точки mf, удаленной на расстояние R_mf от центра MF_o производящей окружности радиусом r_mf, перекатывающейся по прямой m₂m₂, перпендикулярной нормали N_M2 к профилю A₂′M₂ в точке M₂,

- плавное сопряжение профиля M₂F₂ с профилем A₂′M₂ в точке M₂ с касанием радиальной прямой в точке F₂ на начальной окружности радиусом R_2H,

- при R_g<R_1H профиль галтели F₁F₁′E₁ включает в себя два участка:

- профиль F₁F₁′, который является частью кривой F₁G₁ удлиненной циклоиды между окружностями R_G и R_1H, образованной точкой f, расположенной на расстоянии R_f от центра F_o производящей окружности радиусом r_f, перекатывающейся по радиальной прямой, проходящей через точку G₁ и плавно сопрягающейся в точке F₁ на начальной окружности R_1H с профилем M₁F₁,

- участок профиля F₁′E₁ галтели вблизи окружности впадин R_1BH очерченный по удлиненной эпициклоиде точкой E₂ ведомого ротора,

- выполнение при R_g=R_1BH профиля галтели F₁E₁ зуба ведущего ротора со стороны тыльной поверхности между начальной окружностью R_1H и окружностью впадин радиусом R_1BH по кривой удлиненной циклоиды, образованной траекторией движения точки f, удаленной на расстояние R_f от центра F_o производящей окружности радиусом r_f, перекатывающейся по радиальной прямой, проходящей через точку F₁ и плавно сопрягающейся с профилем M₁F₁ в точке F₁.

Экспериментальные исследования предложенного профиля ротора винтового компрессора в реальных условиях показали его высокую эффективность. С использованием всех существенных признаков предложенного технического решения достигнуто повышение гидравлического сопротивления щелей между контактирующими поверхностями, при этом одновременно достигнуто снижение утечек сжимаемого газа на всасывание. Кроме того, устранен излом профиля на ведущем роторе на начальной окружности, достигнуто снижение длины линии контакта точечного зацепления с одновременным снижением площади треугольной щели в зацеплении зубьев роторов, а также повышена на 7% эффективность практического использования компрессора.

Предложенный профиль ротора винтового компрессора содержит участки, состоящие из кривых удлиненной циклоиды, описываемых траекторией движения фиксированной точки, удаленной от центра производящей окружности, перекатывающейся без скольжения по прямой, расположенной в системе координат зуба ротора, и состоят из участка A₁B₁′, участка B₁′C₁, включающего в себя и профиль галтели B₁C₁, участка A₁M₁, участка M₁F₁, сопряженного с профилем M₂F₂, участков F₁F₁′ и F₁′E₁ или F₁E₁.

Сущность предложенного технического решения поясняется чертежом, где на фиг.1 показано образование профиля A₁B′₁ на лобовой части зуба ведущего ротора перекатыванием окружности по радиальной прямой O₁A₁, на фиг.2 - образование профиля A₁B′₁ на лобовой части зуба ведущего ротора перекатыванием окружности по прямой a₁a₁, перпендикулярной радиальной прямой O₁A₁, на фиг.3 - образование профиля B′₁C₁ на лобовой части зуба ведущего ротора перекатыванием окружности по нормали N_B′1 в точке B′₁ профиля A₁B′₁, на фиг.4 - образование профиля B′₁C₁ на лобовой части зуба ведущего ротора перекатыванием окружности по прямой b′₁b′₁, перпендикулярной нормали N_B′1 в точке B′₁ профиля A₁B′₁, на фиг.5 - образование профиля A′₁M₁ на тыльной части зуба ведущего ротора перекатыванием окружности по радиальной прямой O₁A′₁, на фиг.6 - образование профиля A′₁M₁ на тыльной части зуба ведущего ротора перекатыванием окружности по прямой a′₁a′₁, перпендикулярной радиальной прямой O₁A'₁, на фиг.7 - сопряженные участки профиля впадины ведомого ротора, на фиг.8 - образование профиля F₂M₂ на ведомом роторе перекатыванием окружности по прямой m₂m₂, перпендикулярной нормали N_M2 в точке M₂ сопряженного профиля M₂A′₂, на фиг.9 - образование профиля галтели F₁F′₁E₁ на ведущем роторе при R_g<R_1H: - участок профиля F₁F′₁ образован перекатыванием окружности по радиальной прямой, проходящей через точку G₁; - участок профиля F′₁E₁ образован точкой E₂ ведомого ротора и на фиг.10 - образование профиля галтели F₁E₁ на ведущем роторе при R_g=R_1H перекатыванием окружности по радиальной прямой, проходящей через точку E₁.

Использование предложенного профиля ротора винтового компрессора является традиционным и не требует дополнительных технических пояснений.

Профиль ротора винтового компрессора, содержащий два параллельно расположенных с взаимоогибаемыми винтовыми поверхностями ротора, отличающийся тем, что участки профиля зубьев ведущего ротора винтового компрессора выполнены из кривых удлиненной циклоиды, описываемых траекторией движения фиксированной точки, удаленной от центра производящей окружности, перекатывающейся без скольжения по прямой, расположенной в системе координат зуба ротора, при этом профиль A₁B₁′ между наружной окружностью радиусом R₁ и окружностью радиусом R_B1′ до точки B₁′, лежащей вне окружности радиусом R_1н, образован траекторией движения точки а, удаленной на расстояние R_a от центра A₀ производящей окружности радиусом r_a, перекатывающейся по радиальной прямой O₁A₁ горизонтальной оси O₁x₁ ведущего ротора или по прямой a₁a₁, перпендикулярной горизонтальной оси O₁x₁, профиль B₁′C₁, включающий в себя и профиль галтели B₁C₁ со стороны лобовой поверхности зуба от окружности впадин R_1вн до точки B₁′, образован траекторией движения точки b, удаленной на расстояние R_b от центра B₀ производящей окружности радиусом r_b, перекатывающейся по нормали N_B1′ к профилю A₁B₁′ в точке B₁′ или по прямой b₁′b₁′, перпендикулярной нормали N_B1′, плавно сопрягающейся с профилем A₁B₁′ в точке B₁′ и касающейся окружности впадин R_1вн в точке C₁, профиль A₁′M₁′ зуба ведущего ротора между окружностями R₁ и R_m1 образован траекторией движения точки m, удаленной на расстояние R_m от центра M₀ производящей окружности радиусом r_m, перекатывающейся по радиальной прямой O₁A₁′ в сторону центра O₁, системы координат x₁O₁y₁ ведущего ротора, или по прямой a₁′a₁′, перпендикулярной радиальной прямой O₁A₁′, профиль M₁F₁ зуба ведущего ротора сопряжен с профилем M₂F₂ зуба ведомого ротора, расположенным между окружностями радиусом R_M2 И начальной окружностью R_2н и выполненным по удлиненной циклоиде, образованной траекторией движения точки mf, удаленной на расстояние R_mf от центра MF₀ производящей окружности радиусом r_mf, перекатывающейся по прямой m₂m₂, перпендикулярной нормали N_M2 к профилю A₂′M₂ в точке M₂, при этом профиль M₂F₂ плавно сопряжен с профилем A₂′M₂ в точке M₂ и касается радиальной прямой в точке F₂ на начальной окружности радиусом F_2н, при R_g<R_1н профиль галтели F₁F₁′E₁ включает в себя участок профиля F₁F₁′, который является частью кривой F₁G₁ удлиненной циклоиды между окружностями R_G и R_1Н, образованной точкой f, расположенной на расстоянии R_f от центра F₀ производящей окружности радиусом r_f, перекатывающейся по радиальной прямой, проходящей через точку G₁, и плавно сопрягающейся в точке F₁ на начальной окружности R_lн с профилем M₁F₁, а участок профиля F₁′E₁ галтели вблизи окружности впадин R_1вн очерчен по удлиненной эпициклоиде точкой E₂ ведомого ротора или при R_g=R_1вн профиль галтели F₁E₁ зуба ведущего ротора со стороны тыльной поверхности между начальной окружностью R_1Н и окружностью впадин радиусом R_1вн выполнен по кривой удлиненной циклоиды, образованной траекторией движения точки f, удаленной на расстояние R_f от центра F₀ производящей окружности радиусом r_f, перекатывающейся по радиальной прямой, проходящей через точку F₁, и плавно сопрягающейся с профилем M₁F₁ в точке F₁.