Двухроторная машина
DOUBLE ROTOR MACHINE

Изобретение относится к области вакуумного машиностроения и компрессоростроения и может быть использовано в двухроторных вакуумных насосах, воздушных и холодильных компрессионных машинах, включающих в себя два одинаковых профилированных ротора в виде восьмерок.
Одним из наиболее важных факторов, влияющих на основные откачные характеристики двухроторной машины, является форма профиля ротора, т.к. она определяет обратные перетекания, производительность, остаточное давление и эффективность двухроторной машины в целом.
Известна двухроторная машина с роторами в виде восьмерок, при этом профиль ротора выбирается таким, чтобы траектория точки межроторного контакта имела максимальную амплитуду и напоминала синусоиду (US 5152684, F04C 18/12, 1991). Для перехода от теоретического профиля к действительному (с целью получения необходимого межроторного зазора) предлагается использовать уравнение эквидистанты.
Известна двухроторная машина с ротором в виде восьмерки с плавным сопряжением участков, из которых состоит контур профиля ротора (CN 106194729, F04C 18/14, 2006).
Недостатком вышеприведенных двухроторных машин является то, что они не обеспечивают минимальные перетекания через межроторный канал, в результате не достигаются оптимальные откачные характеристики, т.к. профилирование роторов ведется, только исходя из учета траектории линии контакта.
Известна двухроторная машина, выбранная в качестве прототипа, включающая корпус; пару параллельно вращающихся роторов в виде восьмерок, установленных в корпусе с возможностью свободного вращения (US 7320579, F01C 21/10, F03C 2/00, F04C 2/00, 2006). Профиль каждого ротора состоит из участка, образованного выпуклой дугой, участка, образованного эвольвентной кривой, и участка, образованного вогнутой дугой, которая является огибающей участка, образованного выпуклой дугой. Радиус окружности, образующей выпуклую дугу, находится в интервале  базовый радиус основной окружности эвольвентной кривой находится в диапазоне  где R - радиус образующий выпуклую дугу окружности, А - межосевое расстояние, r - базовый радиус основной окружности эвольвентной кривой, а=А/2.
Недостатком данной конструкции является низкая эффективность вследствие того, что конструкция не обеспечивает минимальных обратных перетеканий через канал между роторами и, следовательно, не обеспечивает оптимальные откачные характеристики.
Технической проблемой является повышение эффективности двухроторной машины.
а
Решение поставленной проблемы достигается тем, что в двухроторной машине, включающей корпус, пару параллельно вращающихся роторов в виде восьмерок, установленных в корпусе с возможностью свободного вращения, согласно изобретению профиль каждого ротора состоит из выпуклого участка, образованного эллипсом, и вогнутого участка, образованного кривой, сопряженной эллипсу, параметры которого определяются соотношениями  и , где r - меньшая полуось эллипса; b - расстояние от центра эллипса до оси ротора;  - половина межосевого расстояния.
Технический результат заключается в повышении эффективности двухроторной машины в среднем на 15% за счет уменьшения обратных перетеканий.
Изобретение поясняется следующими чертежами
на фиг. 1 представлена схема предлагаемой двухроторной машины;
на фиг. 2 показан разрез А-А предлагаемой двухроторной машины;
з
на фиг. 3 представлена зависимость коэффициента проводимости межроторного канала К от угла поворота ротора а для прототипа (кривая 1) и заявляемой двухроторной машины (кривая 2);
з
з
а
на фиг. 4 показан график зависимости коэффициента проводимости межроторного канала К от отношения  для различных отношений  где К - коэффициент проводимости межроторного канала, b - расстояние от центра эллипса до оси ротора;  - радиус начальной окружности, δ - межроторный зазор.
Предлагаемая двухроторная машина включает корпус 1 с двумя цилиндрическими расточками; две торцевые опорные крышки 2 и 3; пару роторов 4 и 5 в виде восьмерок, расположенных параллельно относительно друг друга в корпусе 1, на крышках 2 и 3 установлены картеры 6 и 7, картер 7 соединен с электродвигателем 8 (фиг .1). Роторы 4 и 5 установлены в корпусе 1 с гарантированными зазорами: N - между роторами (показано на фиг. 2); М - между роторами и корпусом и С - между роторами и торцевыми опорными крышками. В картере 6 расположены: механизм синхронизации вращения роторов в виде зубчатых колес 9, маслоразбрызгивающий диск 10. В картере 7 расположен маслоразбрызгивающий диск 11.
Двухроторная машина работает следующим образом: при включении электродвигателя 8 роторы 4 и 5 начинают вращаться навстречу друг другу (направление вращения показано стрелками на фиг. 2). Во время вращения роторы 4 и 5 входят в зацепления и образуют рабочие камеры 12 и 13, отсекающие порцию газа от входного патрубка 14 и переносят порцию газа к выхлопному патрубку 15, таким образом происходит откачка газа. Сущность изобретения заключается в следующем.
В прототипе профиль ротора двухроторной машины состоит из участка с выпуклой дугой; участка, образованного эвольвентной кривой, и участка, образованного вогнутой дугой, которая является огибающей участка, образованного выпуклой дугой. При этом не обеспечиваются максимально возможные радиусы кривизны стенок роторов в окрестностях минимального зазора и, как следствие, не обеспечиваются минимальные обратные перетекания через каналы между роторами.
1
1
1
2
2
2
В предлагаемой двухроторной машине (см. фиг. 2) выпуклый участок контура профиля ротора образован участком эллипса ABC, который в системе координат XOY описывается следующим образом:
где b - расстояние от центра эллипса до оси ротора; r - меньшая полуось эллипса; d - большая полуось эллипса; s - параметр профиля на плоскости.
1
1
1
Получение сопряженного профиля вогнутого участка CDE происходит перестроением вышеописанных уравнений, заданных в системе подвижных координат одного ротора, в систему подвижных координат другого ротора с помощью уравнений связи координат.
з
Быстрота действия и предельное остаточное давление двухроторной машины определяются обратными перетеканиями, причем наибольший вклад в обратные перетекания вносит межроторный канал N. Проводимость этого канала, т.е. вероятность прохождения молекул через него, определяется радиусом кривизны стенок роторов в окрестностях минимального зазора. При отношениях  и  предлагаемая конструкция ротора обеспечивает максимально возможные радиусы кривизны стенок роторов в окрестностях минимального зазора и, как следствие, обеспечиваются минимальные обратные перетекания через канал N между роторами, т.е. эффективность двухроторной машины увеличивается. При отношении  меньше 0,84 или  больше 0,64 коэффициент проводимости К межроторного канала не является минимальным, при отношении  больше 0,85 или отношении  меньше 0,61 значение коэффициента использования объема падает, и быстрота действия снижается.
з
з
з
На фиг. 3 показана зависимость коэффициента проводимости межроторного канала К от угла поворота ротора α для прототипа (кривая 1) и предлагаемой двухроторной машины (кривая 2) при одинаковых межроторных зазорах, межосевых расстояниях и диаметрах расточек корпуса. Как видно из графика средний коэффициент проводимости К предлагаемой двухроторной машины на 15% меньше коэффициента проводимости К прототипа, т.е. предлагаемая машина обеспечивает лучшие откачные характеристики, и, следовательно, более высокую эффективность.
з
На фиг. 4 представлены зависимости коэффициента проводимости К от отношения  для различных отношений  заявляемой двухроторной машины.
Как видно из графиков минимум обратных перетеканий через межроторный канал с эллиптическим профилем для всех рассмотренных зазоров достигается при  и
Таким образом, конструкция предложенной двухроторной машины позволяет уменьшить обратные перетекания и улучшить откачные характеристики двухроторной машины, и, как следствие, повысить эффективность.