Зубчатое зацепление винтового компрессора

Зубчатое зацепление винтового компрессора, содержащее 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. 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

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.

Участок профиля A₁B'₁ зуба ведущего ротора (фиг. 1) между наружной окружностью радиусом R₁ и окружностью радиусом R_B'1' до точки B'₁ , лежащей вне начальной окружности радиусом R_1н, выполнен по траектории движения точки а с радиусом вектором _а эвольвенты удлиненной циклоиды, касающейся горизонтальной оси O₁x₁ ведущего ротора и образованной точкой, лежащей на расстоянии R_a от центра производящей окружности радиусом r_a, перекатывающейся по прямой a₁a₁, расположенной под углом _а1 к горизонтальной оси O₁x₁ при значении угла от 0 до 90°.

Участок профиля B'₁C₁ зуба ведущего ротора (фиг. 2), включающий в себя и участок профиля B₁C₁ (как частный случай исполнения) со стороны лобовой поверхности зуба от окружности впадин R_1вн до точки B' ₁, плавно сопрягающийся с профилем A₁B' ₁ в точке B'₁ и касающийся окружности впадин R_1вн в точке C₁, выполнен по траектории движения точки b с радиусом вектором _b эвольвенты удлиненной циклоиды, касающейся нормали N_b'1 к профилю A₁B' ₁ в точке B'₁, и образованной точкой, лежащей на расстоянии R_b от центра производящей окружности радиусом r_b, перекатывающейся по прямой b' ₁b'₁, расположенной под углом _b к нормали N_b'1 при значении угла от 0 до 90°.

Участок профиля A₁ M₁ зуба ведущего ротора (фиг. 3) между окружностями R₁ и R_m1 выполнен по траектории движения точки а' с радиусом вектором _a' эвольвенты удлиненной циклоиды, касающейся радиальной прямой O₁A₁ и образованной точкой, лежащей на расстоянии R_a', от центра производящей окружности радиусом r_a', перекатывающейся по прямой a'₁a'₁ расположенной под углом _a' к радиальной прямой O₁A' ₁ при значении угла от О до 90°.

Участок профиля M₂F₂ зуба ведомого ротора (фиг. 5) между окружностями радиусом R_м2 и начальной окружностью R_2н и плавно сопрягающийся с профилем A'₂ M₂ в точке M₂ и касающийся радиальной прямой O₂F₂ в точке F₂, выполнен по траектории движения точки m с радиусом вектором _m эвольвенты удлиненной циклоиды, касающейся нормали N_M2 к профилю A₂M₂ в точке M₂, и образованной точкой, лежащей на расстоянии R_m от центра производящей окружности радиусом r _m, перекатывающейся по прямой m₂m₂ , расположенной под углом _m к нормали N_M2 при значении угла от 0 до 90°.

Участок профиля F₂ E₂ (фиг. 6) зуба ведомого ротора между начальной окружностью R_2н и наружной окружностью ротора R₂, плавно сопрягающийся с профилем M₂F₂ в точке F ₂ и пересекающий наружную окружность ротора R₂ под углом _e2 при значении угла от 0 до 90°, выполнен по траектории движения точки f с радиусом вектором _f эвольвенты удлиненной циклоиды, касающейся нормали N_F2 к профилю M₂F₂ в точке F₂ и образованной точкой, лежащей на расстоянии R_f, от центра производящей окружности радиусом r _f, перекатывающейся по прямой f₂f₂ , расположенной под углом _f к нормали N_F2 при значении угла от 0 до 90°.

Участок профиля зуба ведущего ротора (фиг. 1), сопряженный с участком профиля M₂ F₂ зуба ведомого ротора, участок профиля F₁ E₁ зуба ведущего ротора (фиг. 1), сопряженный с участком профиля F₂E₂ зуба ведомого ротора - являются удлиненной эпициклоидой, образованной точкой E₂ при качении окружности R_2н по R_1н.

Участок профиля A₂M₂ (фиг. 4) зуба ведомого ротора, сопряженный с участком профиля A₁M₁ зуба ведущего ротора, участки профилей роторов C₁ D₁)₂, C₂D₂, E ₁D₁, E₂D₂ (фиг. 4) - дуги окружностей.

Использование предложенного зубчатого зацепления винтового компрессора является традиционным и не требует дополнительных технических пояснений.

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 - A₁M₁, со стороны наружной окружности выполняют радиусную фаску A'₁A₁ 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'₂A₂ 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.

1. Зубчатое зацепление винтового компрессора с двумя параллельно расположенными с взаимоогибаемыми винтовыми поверхностями роторами, содержащее 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, отличающееся тем, что указанные участки профилей зубьев ведущего и ведомого роторов 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.

2. Зубчатое зацепление винтового компрессора по п. 1, отличающееся тем, что участок профиля зуба ведущего ротора, ограниченный наружной окружностью и точкой, сопряженной с точкой перегиба лобовой части профиля зуба ведомого ротора, со стороны наружной окружности снабжен радиусной фаской.

3. Зубчатое зацепление винтового компрессора по п. 1, отличающееся тем, что участок профиля зуба ведомого ротора, ограниченный внутренней окружностью и точкой перегиба лобовой части профиля, со стороны внутренней окружности снабжен радиусной фаской.

4. Зубчатое зацепление винтового компрессора по п. 2, отличающееся тем, что радиусная фаска профиля зуба ведущего ротора выполнена с радиусом наружной окружности ведущего ротора.

5. Зубчатое зацепление винтового компрессора по п. 3, отличающееся тем, что радиусная фаска профиля зуба ведомого ротора выполнена с радиусом наружной окружности ведущего ротора.