ПРОФИЛЬ РОТОРА ВИНТОВОГО КОМПРЕССОРА
SCREW COMPRESSOR ROTOR PROFILE

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.
1
1
1
B1
1
1H
a
o
a
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1BH
1
b
o
b
B1′
1
1
1
1
1
B1′
1
1
1
1BH
1
1
1
1
m1
m
o
m
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
2
2
M2
2H
mf
o
mf
2
2
M2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2H
g
1H
1
1
1
1
1
1
1
G
1H
f
o
f
1
1
1H
1
1
1
1
1BH
2
g
1BH
1
1
1H
1BH
f
o
f
1
1
1
1
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 AB′, между наружной окружностью радиусом R и окружностью радиусом R, до точки B′, лежащей вне окружности радиусом R, образован траекторией движения точки а, удаленной на расстояние R от центра A производящей окружности радиусом r, перекатывающейся по радиальной прямой OA горизонтальной оси Ox ведущего ротора, или по прямой aa, перпендикулярной горизонтальной оси Ox, профиль B′C, включающий в себя и профиль галтели BC со стороны лобовой поверхности зуба от окружности впадин R до точки B′, образован траекторией движения точки b, удаленной на расстояние R от центра B производящей окружности радиусом r, перекатывающейся по нормали N к профилю AB′ в точке B′, или по прямой b′b′ перпендикулярной нормали N, плавно сопрягающейся с профилем AB′ в точке B′ и касающейся окружности впадин R в точке C, профиль A′M′ зуба ведущего ротора между окружностями R и R образован траекторией движения точки m, удаленной на расстояние R от центра M производящей окружности радиусом r, перекатывающейся по радиальной прямой OA′ в сторону центра O, системы координат xOy ведущего ротора, или по прямой a′a′, перпендикулярной радиальной прямой OA′, профиль MF зуба ведущего ротора сопряжен с профилем MF зуба ведомого ротора, расположенным между окружностями радиусом R и начальной окружностью R и выполненным по удлиненной циклоиде, образованной траекторией движения точки mf, удаленной на расстояние R от центра MF производящей окружности радиусом r, перекатывающейся по прямой mm, перпендикулярной нормали N к профилю A′M в точке M, при этом профиль MF плавно сопряжен с профилем A′M в точке M и касается радиальной прямой в точке F на начальной окружности радиусом R, при R<R профиль галтели FF′E включает в себя участок профиля FF′, который является частью кривой FG удлиненной циклоиды между окружностями R и R, образованной точкой f, расположенной на расстоянии R от центра F производящей окружности радиусом r, перекатывающейся по радиальной прямой, проходящей через точку G и плавно сопрягающейся в точке F на начальной окружности R с профилем MF, а участок профиля F′E галтели вблизи окружности впадин R очерчен по удлиненной эпициклоиде точкой E ведомого ротора или при R=R профиль галтели FE зуба ведущего ротора со стороны тыльной поверхности между начальной окружностью R и окружностью впадин радиусом R выполнен по кривой удлиненной циклоиды, образованной траекторией движения точки f, удаленной на расстояние R от центра F производящей окружности радиусом r, перекатывающейся по радиальной прямой, проходящей через точку F, и плавно сопрягающейся с профилем MF в точке F.
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,
1
1
1
B1′
1
1H
a
o
a
1
1
1
1
1
1
1
1
- образование профиля AB′ между наружной окружностью радиусом R и окружностью радиусом R до точки B′, лежащей вне окружности радиусом R, траекторией движения точки а, удаленной на расстояние R от центра A производящей окружности радиусом r, перекатывающейся по радиальной прямой OA горизонтальной оси Ox ведущего ротора, или образование по прямой aa, перпендикулярной горизонтальной оси Ox,
1
1
1
1
1BH
1
b
o
b
B1′
1
1
1
1
1
B1′
1
1
1
1BH
1
- образование профиля B′C, включающего в себя и профиль галтели BC со стороны лобовой поверхности зуба от окружности впадин R до точки B′, траекторией движения точки b, удаленной на расстояние R от центра B производящей окружности радиусом r, перекатывающейся по нормали N к профилю AB′ в точке B′, или по прямой b′b′, перпендикулярной нормали N, плавно сопрягающейся с профилем AB′ в точке B′ и касающейся окружности впадин R в точке C,
1
1
1
m1
m
o
m
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
- образование профиля A′M′ зуба ведущего ротора между окружностями R и R траекторией движения точки m, удаленной на расстояние R от центра M производящей окружности радиусом r, перекатывающейся по радиальной прямой OA′ в сторону центра O, системы координат xOy ведущего ротора, или по прямой a′a′, перпендикулярной радиальной прямой OA′,
1
1
2
2
M2
2H
mf
o
mf
2
2
M2
2
2
2
- образование профиля MF зуба ведущего ротора, сопряженного с профилем MF зуба ведомого ротора, расположенным между окружностями радиусом R и начальной окружностью R и выполненным по удлиненной циклоиде, образованной траекторией движения точки mf, удаленной на расстояние R от центра MF производящей окружности радиусом r, перекатывающейся по прямой mm, перпендикулярной нормали N к профилю A′M в точке M,
2
2
2
2
2
2
2H
- плавное сопряжение профиля MF с профилем A′M в точке M с касанием радиальной прямой в точке F на начальной окружности радиусом R,
g
1H
1
1
1
- при R<R профиль галтели FF′E включает в себя два участка:
1
1
1
1
G
1H
f
o
f
1
1
1H
1
1
- профиль FF′, который является частью кривой FG удлиненной циклоиды между окружностями R и R, образованной точкой f, расположенной на расстоянии R от центра F производящей окружности радиусом r, перекатывающейся по радиальной прямой, проходящей через точку G и плавно сопрягающейся в точке F на начальной окружности R с профилем MF,
1
1
1BH
2
- участок профиля F′E галтели вблизи окружности впадин R очерченный по удлиненной эпициклоиде точкой E ведомого ротора,
g
1BH
1
1
1H
1BH
f
o
f
1
1
1
1
- выполнение при R=R профиля галтели FE зуба ведущего ротора со стороны тыльной поверхности между начальной окружностью R и окружностью впадин радиусом R по кривой удлиненной циклоиды, образованной траекторией движения точки f, удаленной на расстояние R от центра F производящей окружности радиусом r, перекатывающейся по радиальной прямой, проходящей через точку F и плавно сопрягающейся с профилем MF в точке F.
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.
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
2
2
1
1
1
1
1
1
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 AB′, участка B′C, включающего в себя и профиль галтели BC, участка AM, участка MF, сопряженного с профилем MF, участков FF′ и F′E или FE.
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
B′1
1
1
1
1
1
1
1
B′1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
2
2
2
2
M2
2
2
2
1
1
1
g
1H
1
1
1
1
1
2
1
1
g
1H
1
Сущность предложенного технического решения поясняется чертежом, где на фиг.1 показано образование профиля AB′ на лобовой части зуба ведущего ротора перекатыванием окружности по радиальной прямой OA, на фиг.2 - образование профиля AB′ на лобовой части зуба ведущего ротора перекатыванием окружности по прямой aa, перпендикулярной радиальной прямой OA, на фиг.3 - образование профиля B′C на лобовой части зуба ведущего ротора перекатыванием окружности по нормали N в точке B′ профиля AB′, на фиг.4 - образование профиля B′C на лобовой части зуба ведущего ротора перекатыванием окружности по прямой b′b′, перпендикулярной нормали N в точке B′ профиля AB′, на фиг.5 - образование профиля A′M на тыльной части зуба ведущего ротора перекатыванием окружности по радиальной прямой OA′, на фиг.6 - образование профиля A′M на тыльной части зуба ведущего ротора перекатыванием окружности по прямой a′a′, перпендикулярной радиальной прямой OA', на фиг.7 - сопряженные участки профиля впадины ведомого ротора, на фиг.8 - образование профиля FM на ведомом роторе перекатыванием окружности по прямой mm, перпендикулярной нормали N в точке M сопряженного профиля MA′, на фиг.9 - образование профиля галтели FF′E на ведущем роторе при R<R: - участок профиля FF′ образован перекатыванием окружности по радиальной прямой, проходящей через точку G; - участок профиля F′E образован точкой E ведомого ротора и на фиг.10 - образование профиля галтели FE на ведущем роторе при R=R перекатыванием окружности по радиальной прямой, проходящей через точку E.
Использование предложенного профиля ротора винтового компрессора является традиционным и не требует дополнительных технических пояснений.