ЗУБЧАТОЕ ЗАЦЕПЛЕНИЕ ВИНТОВОГО КОМПРЕССОРА

Полезная модель относится к компрессорной технике, а именно к винтовым компрессорам и может быть использована в расширительных машинах.
Известно зубчатое зацепление винтовой машины, содержащее два параллельно расположенных с взаимоогибаемыми винтовыми поверхностями ротора, в котором профиль зубьев роторов выполнен из набора разнотипных криволинейных участков (см. патент РФ №2109170, МПК F04C 18/16, 1998).
Известное зубчатое зацепление винтовой машины 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.
Наиболее близким к предлагаемому - прототипом - является зубчатое зацепление винтового компрессора, содержащего два параллельно расположенных с взаимоогибаемыми винтовыми поверхностями ротора, в котором определенные участки профиля зубьев ведущего и ведомого роторов 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 (патент РФ №2457362, МПК F04C 18/16, 2010).
Прототип свободен от недостатков вышеприведенного аналога, однако имеет недостаточный КПД из-за малого гидравлического сопротивления щелей между контактирующими поверхностями и утечек сжимаемого газа на всасывание.
Задачей полезной модели является разработка зубчатого зацепления винтового компрессора с повышенным КПД.
Техническим результатом является повышение гидравлического сопротивления щелей между контактирующими поверхностями с одновременным снижением утечек сжимаемого газа на всасывание.
Указанный технический результат достигается тем, что в зубчатом зацеплении винтового компрессора, содержащем два параллельно расположенных с взаимоогибаемыми винтовыми поверхностями ротора, в котором участок профиля зуба ведущего ротора, ограниченный окружностью впадин и начальной окружностью, участок профиля зуба ведущего ротора, ограниченный начальной окружностью и точкой, сопряженной с точкой перегиба тыльной части профиля зуба ведомого ротора, участок профиля зуба ведущего ротора, ограниченный точкой, сопряженной с точкой перегиба тыльной части профиля зуба ведомого ротора, и наружной окружностью, участок профиля зуба ведущего ротора, ограниченный наружной окружностью и точкой, сопряженной с точкой перегиба лобовой части профиля зуба ведомого ротора, участок профиля зуба ведомого ротора, ограниченный начальной окружностью и точкой перегиба лобовой части профиля зуба ведомого ротора и участок профиля зуба ведомого ротора, ограниченный его наружной и начальной окружностями выполнены в виде эвольвент удлиненных циклоид, описываемых траекторией движения фиксированной точки, удаленной от центра производящей окружности, перекатывающейся без скольжения по прямой, расположенной в системе координат зубьев соответствующих роторов.
Полезная модель поясняется чертежами:
фиг. 1 - фрагмент ведущего ротора 1 с обозначенными участками профиля зубьев и связанными параметрами;
фиг. 2 - фрагмент ведущего ротора 1 на участке профиля зуба, ограниченного окружностью впадин и точкой, сопряженной с точкой перегиба тыльной части профиля зуба ведомого ротора;
фиг. 3 - фрагмент ведущего ротора 1 на участке профиля зуба, ограниченного наружной окружностью и точкой, сопряженной с точкой перегиба лобовой части профиля зуба ведомого ротора;
фиг. 4 - фрагмент ведомого ротора 2 с обозначенными участками профиля зубьев и связанными параметрами;
фиг. 5 - фрагмент ведомого ротора 2 на участке профиля зуба, ограниченного начальной окружностью и точкой перегиба лобовой части профиля зуба;
фиг. 6 - фрагмент ведомого ротора 2 на участке профиля зуба, ограниченного его наружной и начальной окружностями.
Зубчатое зацепление винтового компрессора содержит параллельно расположенные с взаимоогибаемыми винтовыми поверхностями ведущий ротор 1 (фиг. 1) и ведомый ротор 2 (фиг. 4), участки профиля которых согласно полезной модели сформированы следующим образом.
1
1
1
B'1'
1
1н
а
1
1
a
a
1
1
а1
1
1
Участок профиля AB' зуба ведущего ротора (фиг. 1) между наружной окружностью радиусом R и окружностью радиусом R до точки B', лежащей вне начальной окружности радиусом R, выполнен по траектории движения точки а с радиусом вектором ρ эвольвенты удлиненной циклоиды, касающейся горизонтальной оси Ox ведущего ротора и образованной точкой, лежащей на расстоянии R от центра производящей окружности радиусом r, перекатывающейся по прямой aa, расположенной под углом β к горизонтальной оси Ox при значении угла от 0 до 90°.
1
1
1
1
1вн
1
1
1
1
1вн
1
b
b'1
1
1
1
b
b
1
1
b
b'1
Участок профиля B'C зуба ведущего ротора (фиг. 2), включающий в себя и участок профиля BC (как частный случай исполнения) со стороны лобовой поверхности зуба от окружности впадин R до точки B', плавно сопрягающийся с профилем AB' в точке B' и касающийся окружности впадин R в точке C, выполнен по траектории движения точки b с радиусом вектором ρ эвольвенты удлиненной циклоиды, касающейся нормали N к профилю AB' в точке B', и образованной точкой, лежащей на расстоянии R от центра производящей окружности радиусом r, перекатывающейся по прямой b'b', расположенной под углом β к нормали N при значении угла от 0 до 90°.
1
1
1
m1
a'
1
1
a'
a'
1
1
a'
1
1
Участок профиля AM зуба ведущего ротора (фиг. 3) между окружностями R и R выполнен по траектории движения точки а' с радиусом вектором ρ эвольвенты удлиненной циклоиды, касающейся радиальной прямой OA и образованной точкой, лежащей на расстоянии R, от центра производящей окружности радиусом r, перекатывающейся по прямой a'a' расположенной под углом β к радиальной прямой OA' при значении угла от О до 90°.
2
2
м2
2н
2
2
2
2
2
2
m
M2
2
2
2
m
m
2
2
m
M2
Участок профиля MF зуба ведомого ротора (фиг. 5) между окружностями радиусом R и начальной окружностью R и плавно сопрягающийся с профилем A'M в точке M и касающийся радиальной прямой OF в точке F, выполнен по траектории движения точки m с радиусом вектором ρ эвольвенты удлиненной циклоиды, касающейся нормали N к профилю AM в точке M, и образованной точкой, лежащей на расстоянии Rот центра производящей окружности радиусом r, перекатывающейся по прямой mm, расположенной под углом β к нормали N при значении угла от 0 до 90°.
2
2
2н
2
2
2
2
2
e2
f
F2
2
2
2
f
f
2
2
f
F2
Участок профиля FE (фиг. 6) зуба ведомого ротора между начальной окружностью R и наружной окружностью ротора R, плавно сопрягающийся с профилем MF в точке F и пересекающий наружную окружность ротора R под углом α при значении угла от 0 до 90°, выполнен по траектории движения точки f с радиусом вектором ρ эвольвенты удлиненной циклоиды, касающейся нормали N к профилю MF в точке F и образованной точкой, лежащей на расстоянии R, от центра производящей окружности радиусом r, перекатывающейся по прямой ff, расположенной под углом β к нормали Nпри значении угла от 0 до 90°.
2
2
1
1
2
2
2
2н
1н
Участок профиля зуба ведущего ротора (фиг. 1), сопряженный с участком профиля MF зуба ведомого ротора, участок профиля FE зуба ведущего ротора (фиг. 1), сопряженный с участком профиля FE зуба ведомого ротора - являются удлиненной эпициклоидой, образованной точкой E при качении окружности R по R.
2
2
1
1
1
1
2
2
2
1
1
2
2
Участок профиля AM (фиг. 4) зуба ведомого ротора, сопряженный с участком профиля AM зуба ведущего ротора, участки профилей роторов CD), CD, ED, ED (фиг. 4) - дуги окружностей.
Использование предложенного зубчатого зацепления винтового компрессора является традиционным и не требует дополнительных технических пояснений.
1
1
1
1
2
2
Максимальное повышение гидравлического сопротивления щелей между контактирующими поверхностями при одновременном снижении утечек сжимаемого газа на всасывание достигается, когда на участке профиля зуба ведущего ротора, ограниченном наружной окружностью и точкой, сопряженной с точкой перегиба лобовой части профиля зуба ведомого ротора - AM, со стороны наружной окружности выполняют радиусную фаску A'A с радиусом наружной окружности ведущего ротора, а на участке профиля зуба ведомого ротора, ограниченном внутренней окружностью и точкой перегиба лобовой части профиля, со стороны внутренней окружности выполняют радиусную фаску A'A с радиусом наружной окружности ведущего ротора.
Экспериментальные исследования предложенного зубчатого зацепления 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 одновременном снижении утечек сжимаемого газа на всасывание, что обеспечило повышение на 7,5% эффективности практического использования компрессора.
С учетом изложенного можно сделать вывод, что поставленная задача полезной модели - разработка зубчатого зацепления винтового компрессора с повышенным КПД - решена, и заявленный технический результат - повышение гидравлического сопротивления щелей между контактирующими поверхностями с одновременным снижением утечек сжимаемого газа на всасывание - достигнут.