ВИНТОВОЙ КОМПРЕССОР Российский патент 2014 года по МПК F04C18/08 F04C18/16 

Область техники и предпосылки к созданию изобретения

Настоящее изобретение относится к винтовому компрессору для воздуха или газа, в частности для использования в применениях давления (например, при перемещении гранулированных материалов или порошков или при очистке воды) и в применениях вакуума (например, в системах выпуска газа, дыма или пара).

Как хорошо известно, винтовой компрессор содержит по меньшей мере один ведущий ротор и по меньшей мере один ведомый ротор, которые входят в зацепление вместе во время вращения вокруг соответствующих осей и размещаются в пределах корпуса. Каждый из двух роторов содержит винтообразные ребра, которые входят в зацепление с соответствующими винтообразными канавками другого ротора. В поперечном сечении как ведущий, так и ведомый ротор содержат заданное количество выступов (или зубьев), соответствующих их ребрам, и впадин, соответствующих их канавкам. Количество выступов ведущего ротора может отличаться от количества выступов ведомого ротора. Для того чтобы повысить объемный кпд винтовых компрессоров, еще в 1970-х гг. симметричные профили выступов и впадин роторов были заменены асимметричными профилями.

Как и во всех объемных компрессорах, объемный кпд винтового компрессора зависит от зазора между двумя роторами и между роторами и охватывающим их корпусом (образованным посредством двух цилиндров, соединенных вместе). Кроме того, на объемный кпд винтового компрессора оказывает влияние зазор между выступом корпуса и передней частью двух роторов, когда они входят в зацепление. Через данный зазор газ, содержащийся между впадинами роторов, сообщается с впускным участком компрессора; и поэтому газ перетекает обратно к последнему, и объемный кпд уменьшается. В поперечном сечении, соответствующем данному зазору, имеется зона канала для воздуха, имеющая форму треугольника с криволинейными сторонами, образованными концевыми участками выступов двух роторов. Данная зона канала для воздуха должна быть минимизирована посредством точного расчета профилей роторов, для того чтобы максимизировать объемный кпд.

Исходя из определения профиля одного из двух роторов (например, ведомого ротора) и применения принципа «сопряженных профилей», взятого из теории зацепления и зубчатых передач, можно получить профиль другого ротора (в данном случае ведущего ротора). Кстати необходимо отметить, что два профиля являются сопряженными тогда и только тогда, когда один профиль охватывает различные положения, которые другой профиль принимает в относительном перемещении, определяемом посредством двух поляр (в данном конкретном примере роторов, поляры представляют собой окружности). Применение принципа сопряжения профилей для образования роторов винтового компрессора описано, например, в документе US5454701.

Другая возможность для создания профилей двух роторов предусматривает использование образующей зубчатой рейки, которая показана, например, в документах WO 97/43550, US4643654 и GB2418455. Посредством перекатывания, без скольжения, поляры профиля образующей зубчатой рейки соответственно по поляре ведущего ротора и по поляре ведомого ротора, профили двух роторов определяются как огибающая положений, принимаемых самим профилем зубчатой рейки.

Одна из проблем, с которой приходится сталкиваться при расчете профилей роторов винтового компрессора, связана с образованием их профилей посредством режущих инструментов, которые склонны легко изнашиваться. В частности, особенно критичной является конструкция ведомого ротора, поскольку уменьшенная толщина его выступов ограничивает напряжения, допустимые во время вырезания самих выступов.

В связи с этим технической задачей, лежащей в основе настоящего изобретения, является создание винтового компрессора, который преодолевает ограничения вышеупомянутого известного уровня техники.

Раскрытие изобретения

В частности, целью настоящего изобретения является создание винтового компрессора, который является простым и экономичным для изготовления с использованием технологичных режущих инструментов, в которых износ уменьшен по сравнению с решениями известного уровня техники.

Другой целью настоящего изобретения является создание винтового компрессора, который обеспечивает оптимизацию объемного кпд, т.е. максимизацию объема, перемещаемого при полном обороте двух роторов.

Поставленная техническая задача и вытекающие из нее конкретные цели по существу достигаются посредством винтового компрессора, имеющего технические характеристики, описанные в одном или более пунктах прилагаемой формулы изобретения.

Краткое описание чертежей

Дополнительные характеристики и преимущества настоящего изобретения станут более очевидными из приведенного ниже примерного, и, следовательно, неограничивающего, описания предпочтительного, но не единственного варианта осуществления винтового компрессора, который проиллюстрирован в прилагаемых чертежах, в которых:

Фиг.1 изображает поперечное сечение винтового компрессора в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг.2 изображает поперечное сечение участка (выступа ведущего ротора) винтового компрессора, показанного на фиг.1;

Фиг.3 изображает поперечное сечение другого участка (впадины ведомого ротора) винтового компрессора, показанного на фиг.1;

Фиг.4а изображает график первого варианта осуществления профиля зубчатой рейки для создания компрессора, показанного на фиг.1;

Фиг.4b изображает увеличенный вид участка профиля зубчатой рейки, показанного на фиг.4а;

Фиг.5а изображает график второго варианта осуществления профиля зубчатой рейки для создания компрессора, показанного на фиг.1;

Фиг.5b изображает увеличенный вид участка профиля зубчатой рейки, показанного на фиг.5а;

Фиг.6 изображает участок (первую кривую) профиля зубчатой рейки, показанного на фиг.4 и 5, и способ его создания;

Фиг.7 изображает зону канала для воздуха винтового компрессора, показанного на фиг.1, в более подробной конфигурации, в поперечном сечении.

Предпочтительный вариант осуществления изобретения

Со ссылкой на чертежи, ссылочной позицией 1 указан винтовой компрессор, содержащий по меньшей мере один ведущий ротор 2 и по меньшей мере один ведомый ротор 3, сопряженные друг с другом. В варианте осуществления, описанном и проиллюстрированном в данном документе, имеется один ведущий ротор 2 и один ведомый ротор 3, размещенные в корпусе 8 (частично показанного на фиг.7). В частности, упомянутый корпус 8 образован посредством соединения двух цилиндров, которые сообщаются друг с другом с возможностью образования одной полости для размещения роторов 2, 3. В альтернативном (не проиллюстрированном) варианте осуществления, предусмотрено множество сопряженных пар ведущих роторов 2 и ведомых роторов 3. Как показано на фиг.1, ведущий ротор 2 вращается вокруг первой оси 01, а ведомый ротор 3 вращается вокруг второй оси 02 вращения. В частности, первая ось 01 расположена на расстоянии I (обычно называемом «межцентровым расстоянием») от второй оси 02 вращения. Первая ось 01 и вторая ось 02 взаимно параллельны. Каждый из упомянутых роторов 2, 3 содержит винтообразные ребра, которые входят в зацепление с винтообразными канавками, образованными между соответствующими винтообразными ребрами другого ротора 2, 3. Таким образом, в поперечном сечении ведущий ротор 2 содержит выступы 4 (или зубья) и впадины 6, входящие в зацепление с соответствующими впадинами 5 и выступами 7 (или зубьями) ведомого ротора 3.

На фиг.2 показаны важные параметры, которые характеризуют ведущий ротор 2. В частности, показана начальная окружность Cp1 ведущего ротора 2, соответствующая также поляре ведущего ротора 2. Величина радиуса Rp1 начальной окружности Cp1 ведущего ротора 2 пропорциональна количеству выступов 4 ведущего ротора 2. Каждый выступ 4 ведущего ротора 2 проходит предпочтительно за пределами соответствующей начальной окружности Cp1 до тех пор, пока не достигнет наружной окружности Се1 ведущего ротора 2. Оставшаяся часть выступа 4 ведущего ротора 2 проходит в пределах соответствующей начальной окружности Cp1 до тех пор, пока не достигнет корневой окружности Cf1 ведущего ротора 2. Радиус Rf1 корневой окружности Cf1 меньше радиуса Rp1 начальной окружности Cp1, который в свою очередь меньше радиуса Re1 наружной окружности Ce1 ведущего ротора 2.

Расстояние между начальной окружностью Cp1 и наружной окружностью Ce1 ведущего ротора 2 определяется как высота h1 головки зуба ведущего ротора 2. Упомянутая высота h1 головки зуба ведущего ротора 2 соответствует разности между величиной радиуса Re1 наружной окружности Ce1 и величиной радиуса Rp1 начальной окружности Cp1 ведущего ротора 2.

На фиг.3 показаны важные параметры, которые характеризуют ведомый ротор 3. В частности, показана начальная окружность Cp2 ведомого ротора 3, соответствующая также поляре ведомого ротора 3. Величина радиуса Rp2 начальной окружности Cp2 ведомого ротора 3 пропорциональна количеству выступов 7 ведомого ротора 3. Предпочтительно, количество выступов 7 ведомого ротора 3 отличается от количества выступов 4 ведущего ротора 2. В варианте осуществления, описанном и проиллюстрированном в данном документе, количество выступов 4 ведущего ротора 2 равно трем, а количество выступов 7 ведомого ротора 3 равно пяти.

Каждая впадина 5 ведомого ротора 3 проходит предпочтительно в пределах соответствующей начальной окружности Cp2 до тех пор, пока не достигнет корневой окружности Cf2 ведомого ротора 3. Оставшаяся часть впадины 5 ведомого ротора 3 проходит за пределами соответствующей начальной окружности Cp2 до тех пор, пока не достигнет наружной окружности Ce2 ведомого ротора 3. Радиус Rf2 корневой окружности Cf2 меньше радиуса Rp2 начальной окружности Cp2, который в свою очередь меньше радиуса Re2 наружной окружности Ce2 ведомого ротора 3.

Расстояние между начальной окружностью Cp2 и наружной окружностью Ce2 ведомого ротора 3 определяется как высота h2 головки зуба ведомого ротора 3. Упомянутая высота h2 головки зуба ведомого ротора 3 соответствует разности между величиной радиуса Re2 наружной окружности Ce2 и величиной радиуса Rp2 начальной окружности Cp2 ведомого ротора 3.

Как можно видеть на фиг.1, каждый выступ 4 ведущего ротора 2 имеет первую толщину T01, измеряемую по соответствующей начальной окружности Cp1, а каждый выступ 7 ведомого ротора 3 имеет вторую толщину T02, измеряемую по соответствующей начальной окружности Cp2.

Каждая впадина 5 ведомого ротора 3 содержит по меньшей мере одну сторону FS2, соединенную с последующим выступом 7 ведомого ротора 3 (т.е. с наружной окружностью Ce2 ведомого ротора 3) посредством первой дуги «а» с радиусом, имеющим заданную длину RT2. Предпочтительно, длина RT2 радиуса первой дуги «а» изменяется от минимальной величины, равной высоте h2 головки зуба ведомого ротора 3, умноженной на 1,1, до максимальной величины, равной высоте h2 головки зуба ведомого ротора 3, умноженной на 1,5.

Как можно видеть из фиг.3, каждая впадина 5 ведомого ротора 3 содержит две стороны FA2, FS2 с разной протяженностью, сопрягаемые с двумя соответствующими сторонами FA1, FS1 (также с разной протяженностью) выступа 4 ведущего ротора 2. В варианте осуществления, описанном и проиллюстрированном в данном документе, сторона FA1 с большей протяженностью выступа 4 ведущего ротора 2 является стороной, которая следует первой в направлении вращения упомянутого ведущего ротора 2, а сторона FS1 с меньшей протяженностью выступа 4 ведущего ротора 2 является стороной, которая идет следом в направлении вращения самого ведущего ротора 2. Сторона FA2 с большей протяженностью впадины 5 ведомого ротора 3 является стороной, которая следует первой в направлении вращения упомянутого ведомого ротора 3, а сторона FS2 с меньшей протяженностью впадины 5 ведомого ротора 3 является стороной, которая идет следом в направлении вращения самого ведомого ротора 3. Предпочтительно, обе стороны FA1, FS1 каждого выступа 4 ведущего ротора 2 соединяются посредством второй дуги b с радиусом, имеющим заданную длину RT1. Предпочтительно, длина RT1 радиуса второй дуги b изменяется от минимальной величины, равной удвоенной заданной длине RT2 радиуса упомянутой первой дуги «а», до максимальной величины, равной заданной длине RT2 радиуса упомянутой первой дуги «а», умноженной на 2,5.

Как показано на фиг.3, упомянутая первая дуга «а» соединяет сторону FS2 с меньшей протяженностью каждой впадины 5 ведомого ротора 3 с последующим выступом 7 ведомого ротора 3. Сторона FA2 с большей протяженностью впадины 5 ведомого ротора 3 соединена с последующим выступом 7 ведомого ротора 3 (т.е. с наружной окружностью Ce2 ведомого ротора 3) посредством соединяющей кривой с2.

Выступы 4 ведущего ротора 2 и впадины 5 ведомого ротора 3 содержат профили, образованные по меньшей мере частично, посредством огибания профиля p зубчатой рейки, определенного в декартовой системе координат (X, Y) и содержащего поляру, совпадающую с осью ординат Y. В данном случае словосочетание «по меньшей мере частично» указывает на то, что участки профиля выступов 4 ведущего ротора 2, проходящие за пределами соответствующей начальной окружности Cp1, и участки профиля впадин 5 ведомого ротора 3, проходящие в пределах соответствующей начальной окружности Cp2, образованы посредством огибания упомянутого профиля p зубчатой рейки. Предпочтительно, выступы 4 ведущего ротора 2 и впадины 5 ведомого ротора 3 содержат профили, образованные полностью посредством огибания упомянутого профиля p зубчатой рейки. Это означает, что даже участки профиля выступов 4 ведущего ротора 2, проходящие в пределах соответствующей начальной окружности Cp1, и участки профиля впадин 5 ведомого ротора 3, проходящие за пределами соответствующей начальной окружности Cp2, образуются посредством огибания упомянутого профиля p зубчатой рейки.

Профиль ведущего ротора 2 образуется посредством огибания положений, принимаемых профилем p зубчатой рейки, когда поляра (т.е. ось ординат Y) профиля p зубчатой рейки перекатывается без скольжения по поляре (т.е. по начальной окружности Cp1) ведущего ротора 2. Профиль ведомого ротора 3 образуется посредством огибания положений, принимаемых профилем p зубчатой рейки, когда поляр (т.е. ось ординат Y) профиля p зубчатой рейки перекатывается без скольжения по поляре (т.е. по начальной окружности Cp2) ведомого ротора 3.

В частности, профили выступов 4 ведущего ротора 2 и впадин 5 ведомого ротора 3 содержат участки, образованные посредством огибания первой кривой z1 профиля p зубчатой рейки (см. фиг.4а, 4b, 5а и 5b). Упомянутая первая кривая z1 проходит, в декартовой системе координат (X, Y), между первой точкой Н и второй точкой Q. Упомянутая первая точка Н находится на оси абсцисс X от начала О декартовой системы координат (X, Y) на расстоянии, равном высоте h1 головки зуба ведущего ротора 2. Предпочтительно, упомянутая первая кривая z1 имеет выпуклость в положительном направлении оси абсцисс Х.

Предпочтительно, упомянутая первая кривая z1 представляет собой ветвь гиперболы, в которой характерная точка S имеет координаты (XS, YS), определяемые следующими уравнениями:

XS=(h1+RA)-RA/cosϕ

YS=-HBtgϕ.

Упомянутые уравнения являются параметрическими, т.е. выраженными в виде функции первого параметра RA, второго параметра НВ и третьего параметра ϕ. Предпочтительно, упомянутая первая кривая z1 образована из вспомогательной окружности u и вспомогательной линии r, как показано на фиг.6. В частности, вспомогательная окружность u имеет центр С, находящийся на оси абсцисс X, и касается профиля p зубчатой рейки в упомянутой первой точке Н. Вспомогательная линия r параллельна оси ординат Y и пересекает ось абсцисс X между упомянутой первой точкой Н и центром С вспомогательной окружности u. Первый параметр RA представляет собой величину радиуса вспомогательной окружности u. Таким образом, центр С вспомогательной окружности u расположен от начала О декартовой системы координат (X, Y) на расстоянии, которое равно сумме высоты h1 головки зуба ведущего ротора 2 и величины RA радиуса вспомогательной окружности u. Предпочтительно, первый параметр RA изменяется от минимальной величины, равной межцентровому расстоянию I, до максимальной величины, равной межцентровому расстоянию I, умноженному на пятьдесят.

Второй параметр НВ представляет собой расстояние, на котором находится вспомогательная линия r от центра С вспомогательной окружности u.

Пусть Т обозначает вспомогательную точку, лежащую на вспомогательной линии r и имеющую ординату YT, равную ординате YS характерной точки S ветви гиперболы. Третий параметр ϕ обозначает вспомогательный острый угол, образованный осью абсцисс X и радиусом вспомогательной окружности u, проходящим через вспомогательную точку Т. В частности, третий параметр ϕ изменяется в пределах от 0º до 90º.

В первом варианте осуществления, показанном на фиг.4а, профиль p зубчатой рейки, помимо первой кривой z1, содержит вторую кривую z2, третью кривую z3, четверную кривую z4, пятую кривую z5 и шестую кривую z6.

Вторая кривая z2 профиля p зубчатой рейки состоит из отрезка прямой, проходящего между второй точкой Q и третьей точкой Р. В частности, упомянутая вторая кривая z2 касается первой кривой z1 во второй точке Q. Продолжение второй кривой z2 (т.е. отрезка прямой) пересекает ось ординат Y в четвертой точке J (см. фиг.4b) таким образом, чтобы образовать с осью ординат Y основной острый угол α. Предпочтительно, упомянутый основной острый угол α находится в пределах от 10º до 50º.

Третья кривая z3 профиля p зубчатой рейки состоит из дуги, проходящей между упомянутой третьей точкой Р и пятой точкой N. В частности, упомянутая третья кривая z3 касается второй кривой z2 в третьей точке Р. Радиус третьей кривой z3 имеет такую величину, что касательная к упомянутой третьей кривой z3 в пятой точке N параллельна оси ординат Y.

Четвертая кривая z4 профиля p зубчатой рейки состоит из трохоиды, проходящей между упомянутой первой точкой Н и шестой точкой G. В частности, упомянутая четвертая кривая z4 касается первой кривой z1 в первой точке Н. Посредством огибания ведущего ротора 2, четвертая кривая z4 образует вторую дугу b, соединяющую стороны FA1, FS1 ведущего ротора 2.

Пятая кривая z5 профиля p зубчатой рейки проходит между упомянутой шестой точкой G и седьмой точкой М, находящейся от оси ординат Y на расстоянии, равном высоте h2 головки зуба ведомого ротора 3. В частности, упомянутая пятая кривая z5 касается четвертой кривой z4 в шестой точке G. Посредством огибания ведомого ротора 3, упомянутая пятая кривая z5 образует упомянутую первую дугу «а».

Шестая кривая z6 профиля p зубчатой рейки состоит из отрезка прямой, параллельного оси ординат Y и проходящей между упомянутой седьмой точкой М и восьмой точкой L. В частности, расстояние между упомянутой восьмой точкой L и пятой точкой N равно сумме первой толщины Т01 выступа 4 ведущего ротора 2 и второй толщины Т02 выступа 7 ведомого ротора 3 (данная сумма указана Т0 на фиг.4а). Шесть вышеописанных кривых образуют результирующую кривую, при многократном копировании которой (посредством совмещения пятой точки N результирующей кривой с восьмой точкой L следующей результирующей кривой) получается профиль p зубчатой рейки.

Во втором варианте осуществления, показанном на фиг.5а, профиль p зубчатой рейки, помимо первой кривой z1, содержит третью кривую z3, четвертую кривую z4, пятую кривую z5 и шестую кривую z6.

В данном втором варианте осуществления третья кривая z3 состоит из дуги, продолжающейся между упомянутой второй точкой Q и пятой точкой N. Радиус третьей кривой z3 имеет такую величину, что касательная к упомянутой третьей кривой z3 в пятой точке N параллельна оси ординат Y.

Третья кривая z3 и первая кривая z1 имеют во второй точке Q одну касательную линию W (см. фиг.5b), пересекающуюся с осью ординат Y в четвертой точке J таким образом, чтобы образовать с осью ординат Y основной острый угол α. Предпочтительно, упомянутый основной острый угол α находится в пределах от 10° до 50°. Четвертая кривая z4, пятая кривая z5 и шестая кривая z6 второго варианта осуществления профиля p зубчатой рейки идентичны соответственно четвертой кривой z4, пятой кривой z5 и шестой кривой z6 первого варианта осуществления профиля p зубчатой рейки.

При выбранной декартовой системе координат (X, Y), первая кривая z1 и вторая кривая z2 находятся в четвертом квадранте декартовой системы координат (X, Y). Третья кривая z3, в обоих вариантах осуществления (фиг.4 и фиг.5), находится частично в третьем и частично в четвертом квадранте декартовой системы координат (X, Y). Четвертая кривая z4 находится в первом квадранте декартовой системы координат (X, Y). Пятая кривая z5 находится частично в первом и частично во втором квадранте декартовой системы координат (X, Y). Шестая кривая z6 находится во втором квадранте декартовой системы координат (X, Y). В частности, проекция профиля p зубчатой рейки на ось абсцисс X имеет величину, определяемую суммой высоты h1 головки зуба ведущего ротора 2 и высоты h2 головки зуба ведомого ротора 3. Проекция профиля p зубчатой рейки на ось ординат Y имеет величину, определяемую суммой первой толщины Т01 выступа 4 ведущего ротора 2 и второй толщины Т02 выступа 7 ведомого ротора 3 (данная сумма обозначена Т0 на фиг.5а).

Ниже описана работа винтового компрессора в соответствии с настоящим изобретением.

Профили обоих роторов 2, 3 образованы способом огибания профиля p зубчатой рейки.

Профиль ведущего ротора 2 образован посредством огибания положений, принимаемых профилем p зубчатой рейки, когда поляр (т.е. ось ординат Y) профиля p зубчатой рейки перекатывается без скольжения по поляру (т.е. по начальной окружности Cp1) ведущего ротора 2. Профиль ведомого ротора 3 образован посредством огибания положений, принимаемых профилем p зубчатой рейки, когда поляра (т.е. ось ординат Y) профиля p зубчатой рейки перекатывается без скольжения по поляре (т.е. по начальной окружности Cp1) ведомого ротора 3.

После того как роторы 2, 3 созданы, они приводятся во вращение вокруг соответствующих осей. В частности, ведущий ротор 2 вращается вокруг первой оси 01 вращения, а ведомый ротор 3 вращается вокруг второй оси 02 вращения. При вращении винтообразные ребра ведущего ротора 2 входят в зацепление с винтообразными канавками ведомого ротора 3 и наоборот.

На фиг.7 показано положение роторов 2, 3, когда они начинают сцепляться, при этом корпус 8, ведомый ротор 3 и ведущий ротор 2 находятся в конфигурации максимального сближения друг с другом. Буквой А обозначена первая точка ведомого ротора 3, находящаяся на меньшем расстоянии от корпуса 8. В частности, упомянутая первая точка А находится на меньшем расстоянии от первой стороны 1 корпуса 8 (рассматривая компрессор 1 в поперечном сечении). Пусть q обозначает продолжение упомянутой первой стороны 1 корпуса 8; оно пересекается с ведущим ротором 2 во второй точке В. Буквой С обозначена третья точка ведомого ротора 3, находящаяся на меньшем расстоянии от ведущего ротора 2 (по меньшей мере, упомянутая третья точка С является точкой контакта между двумя роторами 2, 3). Буквой D обозначена четвертая точка D, полученная посредством проецирования первой точки А на первую сторону 1 корпуса 8. Зона АР канала для воздуха определяется как зона, ограниченная первой точкой А, четвертой точкой D, второй точкой В и третьей точкой С и находящаяся между ведомым ротором 3, ведущим ротором 2, первой стороной 1 корпуса 8 и упомянутым продолжением q, проходящим через вторую точку В. Необходимо отметить, что третья точка С фактически является точкой контакта между двумя роторами 2, 3 в случае маслозаполненного

винтового компрессора 1. В случае винтового компрессора 1 с сухим сжатием, контакт между двумя роторами 2, 3 в третьей точке С отсутствует.

Характеристики, а также преимущества винтового компрессора в соответствии с настоящим изобретением очевидны из приведенного описания.

В частности, благодаря тому, что первая кривая имеет вышеописанное строение, можно достичь очень высоких значений высоты головки зуба ведущего ротора и толщины выступа ведущего ротора. Фактически, как хорошо известно, для того чтобы максимизировать объем, создаваемый профилями роторов, необходимо максимизировать зону между профилем зубчатой рейки и его поляром. Высота головки зуба и толщина выступа ведущего ротора являются параметрами, которые оказывают максимальное влияние при расчете упомянутой зоны и поэтому максимизированы в соответствии с выбором первой кривой (гиперболы), которая служит для устранения проблем при создании и сопряжении профилей роторов.

Максимизация высоты головки зуба и толщины выступа ведущего ротора обеспечивается выбором интервалов изменения для первого параметра, определяющего гиперболу, и для основного острого угла. Такой выбор обеспечивает также оптимизацию соотношения между толщинами выступов роторов, таким образом уменьшая износ инструментов, используемых для нарезания профилей роторов. Следовательно, увеличивается не только временной интервал между заточками, но и срок службы упомянутых инструментов, в значительной степени способствуя уменьшению общей стоимости.

Кроме того, благодаря заранее выбранным коэффициентам пропорциональности между длиной радиуса первой дуги и длиной радиуса второй дуги, обеспечивается уменьшение зоны канала для воздуха и таким образом максимизация объемного кпд компрессора.

Кроме того, благодаря конфигурации четвертой и пятой кривых, минимизируется величина газовых карманов, которые образуются между сторонами с меньшей протяженностью ведущего ротора и ведомого ротора во время их сцепления. Данный выбор способствует максимизации объемного кпд предлагаемого винтового компрессора.

Изобретение относится к винтовому компрессору для воздуха или газа. Винтовой компрессор (1) содержит ведущий ротор (2) и ведомый ротор (3), вращающиеся соответственно вокруг первой оси (O1) и второй оси (O2) вращения. Роторы (2, 3) содержат, в поперечном сечении, входящие в зацепление выступы (4) и впадины (6) и имеют профили, образованные посредством огибания профиля зубчатой рейки, включающего первую кривую профиля зубчатой рейки, проходящую между первой точкой и второй точкой в декартовой системе координат и имеющую выпуклость в положительном направлении оси абсцисс. Первая точка находится на оси абсцисс от начала декартовой системы координат на расстоянии, равном высоте головки зуба ведущего ротора (2). Изобретение направлено на создание простого и экономичного для изготовления винтового компрессора. 12 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Винтовой компрессор (1), содержащий по меньшей мере один ведущий ротор (2) и по меньшей мере один ведомый ротор (3), вращающиеся соответственно вокруг первой оси (O1) и второй оси (O2) вращения, причем ведущий ротор (2) содержит, в поперечном сечении, выступы (4) и впадины (6), входящие в зацепление с соответствующими впадинами (5) и выступами (7) ведомого ротора (3), причем выступы (4) ведущего ротора (2) и впадины (5) ведомого ротора (3) имеют профили, по меньшей мере частично образованные посредством огибания профиля (p) зубчатой рейки, отличающийся тем, что профили выступов (4) ведущего ротора (2) и впадин (5) ведомого ротора (3) имеют участки, образованные посредством огибания первой кривой (z1) профиля (p) зубчатой рейки, причем первая кривая (z1) проходит, в декартовой системе координат (X, Y), между первой точкой (Н) и второй точкой (Q) и имеет выпуклость в положительном направлении оси абсцисс (X), причем первая точка (Н) находится на оси абсцисс (X) от начала (О) декартовой системы координат (X, Y) на расстоянии, равном высоте (h1) головки зуба ведущего ротора (2).

2. Компрессор (1) по п.1, в котором первая кривая (z1) представляет собой ветвь гиперболы, в которой характерная точка (S) имеет координаты (XS, YS), определяемые следующими уравнениями:
XS=(h1+RA)-RA/cos ϕ
YS=-HB tg ϕ,
причем данные уравнения являются параметрическими и зависимыми от первого параметра (RA), второго параметра (НВ) и третьего параметра (ϕ), при этом первый параметр (RA) представляет собой величину радиуса вспомогательной окружности (u), касательной к профилю (p) зубчатой рейки в упомянутой первой точке (Н) и имеющей центр (С), находящийся на оси абсцисс (X), при этом второй параметр (НВ) представляет собой расстояние, на котором находится от центра (С) вспомогательной окружности (u) вспомогательная линия (r), параллельная оси ординат (Y) и пересекающая ось абсцисс (X) между упомянутой первой точкой (Н) и центром (С) вспомогательной окружности (u), при этом третий параметр (ϕ) представляет собой вспомогательный острый угол, образованный осью абсцисс (X) и радиусом вспомогательной окружности (u), проходящим через вспомогательную точку (Т), находящуюся на вспомогательной линии (r) и имеющую ординату (YТ), равную ординате (YS) характерной точки (S), находящейся на упомянутой ветви гиперболы.

3. Компрессор (1) по п.2, в котором первый параметр (RA) изменяется от минимальной величины, равной расстоянию (I) между первой осью (О1) и второй осью (О2) вращения роторов (2, 3), до максимальной величины, которая в пятьдесят раз больше расстояния (I) между осями (О1, О2) вращения роторов (2, 3).

4. Компрессор (1) по любому из пп.1-3, в котором каждое из углублений (5) ведомого ротора (3) имеет по меньшей мере одну сторону (FS2), соединенную с последующим выступом (7) ведомого ротора (3) посредством первой дуги (а) с радиусом, имеющим заданную длину (RT2), изменяющуюся от минимальной величины, равной высоте (h2) головки зуба ведомого ротора (3), умноженной на 1,1, до максимальной величины, равной высоте (h2) головки зуба ведомого ротора (3), умноженной на 1,5.

5. Компрессор (1) по п.4, в котором каждый из выступов (4) ведущего ротора (2) имеет две стороны (FA1, FS1), соединенные посредством второй дуги (b) с радиусом, имеющим заданную длину (RT1), изменяющуюся от минимальной величины, которая вдвое больше заданной длины (RT2) радиуса первой дуги (а), до максимальной величины, равной заданной длине (RT2) радиуса первой дуги (а), умноженной на 2,5.

6. Компрессор (1) по п.1, в котором профиль (p) зубчатой рейки дополнительно содержит вторую кривую (z2), состоящую из отрезка прямой, проходящего между упомянутой второй точкой (Q) и третьей точкой (Р), причем вторая кривая (z2) касается первой кривой (z1) в упомянутой второй точке (Q) и имеет продолжение, пересекающееся с осью ординат (Y) в четвертой точке (J) с образованием с осью ординат (Y) основного острого угла (α).

7. Компрессор (1) по п.1, в котором упомянутый профиль (p) зубчатой рейки дополнительно содержит третью кривую (z3), состоящую из дуги, проходящей между упомянутой второй точкой (Q) и пятой точкой (N), причем третья кривая (z3) и первая кривая (z1) в упомянутой второй точке (Q) имеют одну касательную линию (w), пересекающуюся с осью ординат (Y) в четвертой точке (J) с образованием с осью ординат (Y) основного острого угла (α).

8. Компрессор (1) по п.6, в котором профиль (p) зубчатой рейки дополнительно содержит третью кривую (z3), состоящую из дуги, проходящей между упомянутой третьей точкой (Р) и пятой точкой (N), причем третья кривая (z3) касается второй кривой (z2) в упомянутой третьей точке (Р).

9. Компрессор (1) по пп.6-8, в котором упомянутый профиль (p) зубчатой рейки дополнительно содержит четвертую кривую (z4), состоящую из трохоиды, проходящей между упомянутой первой точкой (Н) и шестой точкой (G), причем четвертая кривая (z4) касается первой кривой (z1) в упомянутой первой точке (Н) и образует, посредством огибания ведущего ротора (2), вторую дугу (b), соединяющую две стороны (FA1, FS1) ведущего ротора (2).

10. Компрессор (1) по п.9, в котором профиль (p) зубчатой рейки дополнительно содержит пятую кривую (z5), проходящую между упомянутой шестой точкой (G) и седьмой точкой (М), находящейся от оси ординат (Y) на расстоянии, равном высоте (h2) головки зуба ведомого ротора (3), причем пятая кривая (z5) касается четвертой кривой (z4) в упомянутой шестой точке (G) и образует, посредством огибания ведомого ротора (3), первую дугу (а).

11. Компрессор (1) по п.10, в котором профиль (p) зубчатой рейки дополнительно содержит шестую кривую (z6), состоящую из отрезка прямой, параллельного оси ординат (Y) и проходящего между упомянутой седьмой точкой (М) и восьмой точкой (L), расположенной от пятой точки (N) на расстоянии, равном сумме первой толщины (Т01) выступов (4) ведущего ротора (2) и второй толщины (Т02) выступов (7) ведомого ротора (3).

12. Компрессор (1) по любому из пп. 6, 7, 8, 10 или 11, в котором основной острый угол (α) находится в пределах от 10° до 50°.

13. Компрессор (1) по п.9, в котором основной острый угол (α) находится в пределах от 10° до 50°.