РАБОЧИЕ ОРГАНЫ ДВУХВИНТОВОЙ МАШИНЫ

Настоящее изобретение относится в основном к гидравлическим машинам, предназначенным для работы в режиме насоса или гидромотора. Изобретение может также использоваться в качестве компрессора.
Известны двухвинтовые насосы, состоящие из приводной части, корпуса и рабочих органов (см. книгу Д.Ф.Балденко и др. Винтовые насосы. М., Машиностроение, 1982).
Рабочие органы этих насосов состоят из цилиндрического статора-замыкателя и расположенных внутри него двух сопряженных роторов (ведущего и ведомого) с винтовыми поверхностями. В большинстве конструкций поперечное сечение роторов представляет собой квазициклоидальный профиль (последовательно расположенные и сопряженные участки циклоидальных и эвольвентных кривых, а также дуг окружностей), который не обеспечивает полную герметичность зацепления. Вследствие этого, двухвинтовые насосы развивают ограниченное давление при сохранении высокого уровня объемного КПД.
Кроме того для изготовления роторов стандартных двухвинтовых насосов серии 2В требуется создание сложного режущего и измерительного инструмента, а также методик их расчета.
Задачей изобретения является повышение эффективности эксплуатации и производства двухвинтовой машины за счет увеличения давления и упрощения технологии изготовления рабочих органов.
Поставленная задача решается тем, что в качестве профилей роторов используются идеально сопряженные и взаимоогибаемые гипоциклоида и эпициклоида, радиусы начальных окружностей которых назначаются из соотношения:
Г
Г
Э
Э
где R, z - радиус начальной окружности и число зубьев гипоциклоидального ротора; R, z - радиус начальной окружности и число зубьев эпициклоидального ротора.
В дальнейшем изобретение поясняется описанием и сопровождается чертежами, где на фиг.1 показано исходное положение начальных и производящей окружностей при образовании циклоидальных профилей; на фиг.2-4 представлены профили поперечных сечений роторов при различных передаточных отношениях (соответственно 3:1; 4:2 и 5:3); на фиг.5, 6 показаны поперечные сечения роторов с передаточным отношением 4:2, у которых участки сопряженных ветвей профилей гипоциклоиды и эпициклоиды
выполнены скругленными путем использования укороченных (фиг.5) и эквидистантных (фиг.6) циклоидальных кривых.
Заявленные профили поперечных сечений роторов двухвинтовой машины представляют собой идеально сопряженные между собой по всей длине замкнутого контура гипоциклоиду и эпициклоиду, образующиеся как траектории точки, связанной с производящей окружностью радиуса r, катящейся без скольжения соответственно внутри или снаружи начальной окружности радиуса R. Число зубьев ротора определяется отношением радиусов окружностей R/r.
Получаемый механизм представляет собой кинематическую пару с внешним циклоидальным зацеплением и неподвижными осями, передаточное (кинематическое) отношение которой определяется отношением чисел зубьев роторов:
а межосевое расстояние
Если ведущим элементом является гипоциклоидальный ротор, то за время его одного оборота, ведомый эпициклоидальный ротор поворачивается на угол
Рабочий процесс двухвинтовой машины обеспечивается разобщением полостей входа и выхода (всасывания и нагнетания) и образованием герметичных рабочих камер, расположенных между профилями роторов и внутренними цилиндрическими поверхностями статора-замыкателя. При вращении винтов их нарезки взаимно замыкаясь, отсекают некоторый объем жидкости в камере всасывания, перемещают его поступательно вдоль оси винтов и вытесняют в камеру нагнетания.
Профиль ротора на всей своей длине не имеет переходных участков, выполняется от единой циклоидальной кривой и описывается одним уравнением. Это обеспечивает полную взаимоогибаемость и герметичность зацепления, а также упрощает проектирование режущего инструмента и технологический процесс нарезания винтовых поверхностей.
Параметрические уравнения гипо- и эпициклоидального профилей соответственно имеют вид:
где τ - угловой параметр (угол поворота катящейся окружности); r - радиус катящейся окружности; u - передаточное отношение; λ - коэффициент внецентроидности, λ=е/r.
Поскольку кинематическая пара двух роторов представляет собой механизм внешнего зацепления с неподвижными осями, то радиусы основных окружностей (центроид) гипоциклоидного и эпициклоидного профиля равны радиусам их начальных окружностей, которые в свою очередь равны радиусам окружностей соответственно вершин и впадин зубьев.
Наружный диаметр роторов (диаметр окружности вершин зубьев) определяется следующим образом:
Следовательно, для получения роторов с одинаковыми наружными диаметрами необходимо, чтобы
Для придания профилям рациональной плавной формы и устранения участков с нулевым радиусом кривизны (на стыке ветвей циклоид) участки сопряженных ветвей профилей гипоциклоиды и эпициклоиды (соответственно в вершинах и во впадинах их зубьев) выполняются сглаженными (скругленными) путем использования укороченных (λ≠1), эквидистантных и корригированных циклоидальных кривых.
При работе двухвинтовой машины на сжимаемых средах (газожидкостные смеси или воздух) поверхности роторов и статора-замыкателя рабочих органов выполняются коническими.
Для уравновешивания осевых нагрузок, действующих на роторную группу и воспринимаемых подшипниками приводной части машины, каждый ротор может выполняться сдвоенным с противоположным направлением (левым и правым) винтовых поверхностей.
Циклоидальные профили роторов могут также использоваться в рабочих органах роторных гидромашин с прямозубым зацеплением и радиальным перемещением рабочей жидкости от входа к выходу.