ВИНТОВОЙ КОМПРЕССОР Российский патент 1999 года по МПК F04C18/16 

Изобретение относится к области энергетического машиностроения, а именно к области винтовых компрессоров.

Известен винтовой компрессор, содержащий ведущий и ведомый винтовые роторы, торцовый профиль ведущего ротора которого имеет на передней стороне дугу окружности с радиусом, равным высоте зуба, и центром, расположенном на делительной окружности, а на тыльной стороне эпициклоиду. При этом профиль ведомого ротора выполнен по огибающим кривым /профиль Лисхольма, "Винтовые компрессорные машины", справочник Л.Е.Амосова и др. Л., 1977, стр. 39/.

Недостатком такого профиля является наличие защемленных объемов и износ кромок тыльной стороны во время остановок и переходных режимов, обусловленный точечным характером огибания этих кривых друг по другу. Это снижает эффективность работы компрессора и требует установки синхронизирующих устройств. Такими же недостатками обладают и другие асимметричные профили с циклоидальными кривыми на тыльной стороне торцового профиля, например, профили SRM, СКБК /"Винтовые компрессорные машины", справочник Л.Е.Амосов и др. Л., 1977, стр. 41/.

Известен винтовой компрессор, содержащий ведущий и ведомый винтовые роторы, торцевой профиль ведущего ротора которого на передней и тыльной стороне описан единой дугой окружности. Такой профиль, обладая отсутствием защемленных объемов, реверсивностью при вращении и высокой износостойкостью, обладает сравнительно худшими энергетическими показателями по сравнению с асимметричными профилями /круглый профиль, "Винтовые компрессорные машины", справочник Л.Е.Амосов и др. Л., 1977, стр. 40, рис. 11.3/.

Техническая задача решаемая изобретением, - повышение эффективности компрессора.

Указанная задача решается тем, что в винтовом компрессоре, содержащем ведущий и ведомый винтовые роторы, передняя и тыльная стороны торцового профиля винта ведущего профиля описаны в основном дугами окружностей, а профили ведомого ротора выполнены по огибающим кривым, согласно изобретению центры радиусов дуг, описывающих переднюю и тыльную стороны торцового профиля винта, расположены на делительной окружности, и радиусы имеют разную величину.

Возможен вариант, когда центры радиусов дуг окружностей, описывающих переднюю и тыльную стороны торцового профиля винта, размещены в одной точке, при этом радиус дуги, описывающий тыльную сторону торцового профиля, выполнен больше радиуса дуги, описывающего переднюю сторону профиля.

Возможен вариант, когда дуга, описывающая переднюю сторону профиля ведущего ротора, соединена с наиболее удаленной от оси ротора точкой дуги, описывающей тыльную сторону профиля участком дуги окружности с центром, расположенным внутри делительной окружности ротора.

Возможет вариант, когда центр участка дуги окружности, расположенный внутри делительной окружности ведущего ротора, размещен на линии, соединяющей ось ротора и наиболее удаленную от этой оси точку профиля.

Возможет вариант, когда дуга, описывающая переднюю сторону профиля ведущего ротора, соединена касательной к ней прямой с наиболее удаленной от оси ротора точкой дуги, описывающей тыльную сторону профиля.

Возможет вариант, когда дуга, описывающая переднюю сторону профиля ведущего ротора, соединяется с наиболее удаленной от оси ротора точкой дуги, описывающей тыльную сторону ротора участком дуги окружности с центром, расположенным за пределами дуги окружности, описывающей переднюю сторону профиля.

Возможен вариант, когда центр участка дуги окружности, расположенный за пределами дуги окружности, описывающей переднюю сторону профиля, расположен на окружности выступов ротора.

Предложенное техническое решение с одной стороны позволяет построить асимметричный профиль с произвольным соотношением высоты профиля к толщине передней или тыльной части профиля, а соответственно создать экономичный профиль независимо от формы кривых, описывающих его стороны /"Винтовые компрессорные машины", справочник Л.Е.Амосова и др. Л., 1977, стр. 54/. С другой стороны, профиль, включая участки окружностей на обеих сторонах, позволяет ему быть реверсивным, сохраняя износостойкость, характерную симметричному круговому профилю. Таким образом решается техническое противоречие и решается поставленная задача.

Предложенное техническое решение обладает новизной и полезностью.

Суть изобретения поясняется чертежами.

На фиг. 1 - 3 изображены варианты торцовых сечений профилей ведущего и ведомого винтовых роторов винтового компрессора. Торцовые сечения винтовых роторов, ведущего с центром О₁ /фиг. 1/ и ведомого с центром О₂ представляют сложные профили с диаметрами делительных окружностей d_э1 и d_э2 соответственно. Эти окружности вращаются друг относительно друга без скольжения. За пределами делительной окружности ведущего ротора выполнены профили с диаметром окружностей выступов D_e1, а на ведомом роторе сопряженные в профили по огибающим кривым с диаметром окружностей впадин D_i2.

Делительные окружности в нашем случае для простоты рассмотрения совпадают с диаметром впадины d_э1 = D_i1 для ведущего ротора и с диаметром выступов d_э2 = D_i2 для ведомого ротора. Передняя сторона выступа ведущего ротора в основном образована дугой К₁Г₁ окружности, описанной радиусом R₁ с центром О₃, лежащим на линии О₁О₂. При этом размер R₁ меньше высоты выступа, равного H_в1 = (D_e1 - D_i1)/2, где D_e1 - диаметр окружности выступов ведущего ротора, а толщина B_п1 передней стороны выступа больше H_в. Тыльная сторона выступа ведущего ротора в основном описана дугой Б₁А₁ окружности радиусом R₂ с центром О₃. При этом размер R₂ больше высоты, а толщина B_т1 тыльной стороны выступа меньше H_в1. Пересечение этой дуги в точке Б₁ с окружностью выступов диаметра D_e1 определяют вершину выступа ведущего ротора, точку, наиболее удаленную от оси ведущего ротора с центром О₁. Участок К₁Б₁ профиля выступа представляет участок дуги окружности радиуса R₃ с центром О₄, лежащим внутри делительной окружности диаметром d_э1 на линии Б₁О₁. При этом радиус R₃ проходит через точку О₃ дуги К₁Б₁, которая является сопряженной с дугой К₁Г₁ и с окружностью выступов ведущего ротора диаметром D_e1.

Передняя и тыльная стороны впадины, выполненной на ведомом роторе, описаны соответственно дугой К₂Г₂ радиусом R₁ с центром О₃ и дугой Б₂А₂ радиусом R₂ с центром О₃. Участок И₂Б₂ впадины, а также участки А₁Д₁ и Г₁Е₁ выступа представляют участки эпициклоид, описанные соответственно точками Б₁, А₁ и Г₂ при вращении роторов друг относительно друга. Участок И₂К₂ впадины выполнен по огибающей кривой при повороте участка К₁Б₁ выступа.

Аналогичными кривыми описаны профили выступов и впадин на фиг. 2 и 3 с той лишь разницей, что на фиг. 2 участок Б₁К₁ представляет прямую, касательную к дуге К₁Г₁, а на фиг. 3 участок Б₁К₁ представляет дугу окружности радиусом R₄ с центром О₄, лежащим за пределами дуги окружности, описывающую переднюю сторону профиля и расположенную на окружности выступов диаметром D_e1. Выступ ведущего ротора является асимметричным с толщиной передней стороны профиля B_п1 /фиг. 1/, больше толщины тыльной стороны B_т1.

Работает компрессор следующим образом.

Ведущий ротор, вращаясь, ведет за собой ведомый ротор. При этом в каждом сечении вдоль оси ротора в контакте находятся круговые участки К₁Г₁ при вращении в рабочем направлении, либо Б₁А₁ при вращении в нерабочем направлении. Это гарантирует отсутствие износа при обегании точками Б₁ и А₁ соответственно участков Б₂И₂ и А₁Д₁, что повышает эффективность работы винтового компрессора при длительной эксплуатации. В то же время подбор радиусов R₁ и R₂ может быть выполнен таким образом, чтобы обеспечить эффективное соотношение B_п1/H, B_т1/H_в1 на передней и тыльной сторонах профиля выступа ротора. Вариант с сопрягающим участком цепи в виде прямой линии может иметь предпочтение в виде технологического упрощения, а вариант с ведением радиуса R₄ с центром на окружности выступа D_e1 может иметь преимущество, когда острая кромка в точке Б₁ имеет роль уплотнительного выступа при прохождении по поверхности расточка корпуса.

Предложенные варианты профиля не требуют специального оборудования и могут быть обеспечены на соответствующих винторезных и заточных станах.

Винтовой компрессор может быть использован в энергетическом машиностроении. Компрессор содержит ведущий и ведомый роторы. Передняя и тыльная стороны торцевого профиля винта ведущего ротора описаны в основном дугами окружностей. Профили ведомого ротора выполнены по огибающим кривым. Для повышения эффективности компрессора центры радиусов дуг, описывающих переднюю и тыльную стороны торцового профиля винта, расположены на делительной окружности. Радиусы имеют разную величину. 6 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Винтовой компрессор, содержащий ведущий и ведомый винтовые роторы, причем передняя и тыльная стороны торцевого профиля винта ведущего ротора описаны в основном дугами окружностей, а профили ведомого ротора выполнены по огибающим кривым, отличающийся тем, что центры радиусов дуг описывающих переднюю и тыльную стороны торцевого профиля винта расположены на делительной окружности и радиусы имеют разную величину. 2. Компрессор по п.1, отличающийся тем, что центры радиусов дуг окружностей, описывающих переднюю и тыльную стороны торцового профиля винта, размещены в одной точке, при этом радиус дуги, описывающей тыльную сторону торцового профиля, выполнен больше радиуса дуги, описывающего переднюю сторону профиля. 3. Компрессор по пп.1 и 2, отличающийся тем, что дуга, описывающая переднюю сторону профиля ведущего ротора, соединена с наиболее удаленной от оси ротора точкой дуги, описывающей тыльную сторону профиля участком дуги окружности с центром, расположенным внутри делительной окружности ротора. 4. Компрессор по пп.1 - 3, отличающийся тем, что центр участка дуги окружности, расположенный внутри делительной окружности ведущего ротора, размещен на линии, соединяющей ось ротора и наиболее удаленную от этой оси точку профиля. 5. Компрессор по пп.1 и 2, отличающийся тем, что дуга, описывающая переднюю сторону профиля ведущего ротора, соединена касательной к ней прямой с наиболее удаленной от оси ротора точкой дуги, описывающей тыльную сторону профиля. 6. Компрессор по пп.1 и 2, отличающийся тем, что дуга, описывающая переднюю сторону профиля ведущего ротора, соединена с наиболее удаленной от оси ротора точкой дуги, описывающей тыльную сторону ротора участком дуги окружности с центром, расположенным за пределами дуги окружности, описывающей переднюю сторону профиля. 7. Компрессор по пп.1 и 2, отличающийся тем, что центр участка дуги окружности, расположенной за пределами дуги окружности, описывающей переднюю сторону профиля, расположен на окружности выступов ротора.